Эволюция для всех, или Путь кентавра

И вот происходит она, встреча. Узнавание. Транспортная РНК находит свою аминокислоту. Она скрепляется с ней. Она тащит ее к рибосоме. А там уже стоит, ждет, изготовившись, лента информационной РНК.

Транспортные РНК разные, но есть в них и общее: каждая похожа на скрепку — на каждой есть особый изгиб, похожий на бородку ключа. А вот узор этой бородки, то есть последовательность химических групп, у каждой транспортной РНК на этом изгибе свой. «Ключ» узнает свой «замок». Бородка «узнает» зеркально-подобный (комплементарный) «узор» на ленте информационной РНК и временно скрепляется с ним.

Как только первая аминокислота оказывается на месте, лента информационной РНК сдвигается «на одно деление» (на один ген), и к ней теперь может подойти следующая транспортная РНК с другой аминокислотой, которая укладывается рядышком с предыдущей. После того как аминокислоты соединились, транспортная РНК высвобождается для новой операции подтаскивания. Долго ли, коротко ли, но вот вся лента информационной РНК «проиграна» через рибосому, аминокислоты выстроены в нужном порядке и химически соединены, а все транспортные РНК отсоединены и отправлены восвояси (на эти соединения и отсоединения требуется энергия, и она все время подводится к месту сборки с помощью специальных молекул — носителей энергии). Есть молекула белка!

Ну что, все просто и ясно? Ты заметил, процесс столь сложен, что мне то и дело приходится употреблять такие слова, как будто в самом деле речь идет о настоящем заводе. Я не буду рассказывать еще подробней, про один процесс синтеза белка можно написать (и написаны) целые книги, здесь важно уяснить следующее: везде, где я говорил о переносе⁷, подтас-ке, узнавании, соединении, подводе энергии, дело не обходилось… без тех же белков-ферментов! «Завод» клетки в массе производит не только детали своего устройства, но и «работников»!

Долго рассказывать и о том, как происходит второй главнейший процесс живого — самовоспроизведение, деление клетки. Скажу только, что центральный момент этого процесса — это разделение, перепечатка «семейной реликвии-инструкции» — ДНК. Двойная спиральная молекула ДНК вдруг расплетается, и на каждой из двух образовавшихся нитей собирается по второй нити-спирали. И этот процесс самовоспроизведения ДНК не обходится без… опять-таки фермента-белка! Ну а этот белок тоже заранее изготавливается ДНК с помощью рибосом и РНК.

Вот как все сложно в живой клетке. Без ДНК не построишь белка (и РНК!), но без РНК тоже невозможно представить себе синтез белка. А без белка-фермента еще никто не смог добиться репликации (самовоспроизведения) ДНК. Без репликации же нет самовоспроизведения клеток, значит, нет размножения, наследования и роста, основных свойств живого мира. Когда-то это назвали центральной догмой молекулярной биологии и изобразили в виде формулы:

ДНК → РНК → белок

И вот как будто получается, что жизнь могла начаться только с того момента, когда на древней Земле, в «первичных бульонах», где-то в одном месте встретились все три вещества преджизни, пусть даже очень упрощенного устройства, но все три: ДНК, РНК, белок… Путь к каждому из этих веществ и так очень непрост, но чтобы они встретились в одном месте… Многие ученые снова стали подумывать о счастливейшей редкой случайности, вроде той, когда брошенные буквы сами сложились в осмысленные слова.

ПОИСКИ ВЫХОДА

В науке так бывает нередко: только начинает казаться, что на горизонте появился просвет, как новый факт или новое рассуждение показывает, что до решения путь еще не близкий. И если я скажу, что теперь ученые уже знают, что появилось раньше — ДНК, РНК или белок — и как могло произойти, что они встретились, да еще «узнали» друг друга (ведь в современной клетке далеко не каждая нуклеиновая кислота не с каждым белком может «найти общий язык»), то заранее попрошу тебя мне не верить. Эта трудная проблема еще далека от своего разрешения, может быть, она подождет, пока ты не станешь биохимиком и не займешься ею всерьез.

Но безвыходных положений не бывает, и сейчас, когда я пишу эти строки, в десятках лабораторий мира ученые нащупывают пути решения этой загадки. Что же именно делается?

Вспомним главные молекулярные превращения в клетке.

ДНК →ДНК (самовоспроизведение, репликация генной записи клетки).

ДНК → РНК (строительство самых простых, транспортных и более сложных информационных рибонуклеиновых кислот над особыми участками цепи ДНК — генами).

РНК → белок (строительство белковой цепи в рибосомах по записи информационной РНК и с помощью «услуг» транспортных РНК).

Кажется, все ясно, в основе всего — ДНК, от нее и следует вести родословную наших предков. Но ни одно из этих трех превращений не идет без белка-фермента, причем для каждого превращения нужен свой особый фермент, а для того — опять-таки особый ген в ДНК и вся процедура с двумя РНК. Заколдованный круг!

Некоторые российские и американские ученые сделали важное открытие, разрывающее этот порочный круг хотя бы в одном месте. Выяснилось, что отдельные гены, звенья ДНК и даже целые молекулы ДНК могут не только собирать (с помощью белка-фермента) РНК, но и, наоборот, собираться сами с помощью молекул РНК — правда, для этого нужен еще один особый фермент. Это потрясающее открытие, о котором мы поговорим в последней главе этой книги: творение новых генов на основе РНК могло бы объяснить некоторые загадочнейшие зигзаги эволюции растений и животных и поможет когда-нибудь человеку победить наследственные болезни и искусственно создать новые, нужные нам виды домашних животных и культурных растений. Здесь же для нас важно то, что неимоверно сложная спираль ДНК могла быть в принципе создана, если в первобытной луже встретились гораздо более простые РНК и белок.

Но может быть, для начала не нужна была и РНК? В нескольких лабораториях мира удалось собрать белковоподобную короткую молекулу антибиотика грамицидина без всяких рибосом и нуклеиновых кислот. Кодом-инструкцией для сборки цепочки грамицидина послужил другой белок. Все это означает, что первые шаги жизни были возможны и без чудесной встречи трех сложнейших молекул. Жизнь, может быть, началась на чисто белковой основе, и только позже ее усовершенствовало появление РНК, а еще позже создание настоящего гена.

СОЛЯРИС НА ЗЕМЛЕ

…Вот уже много лет кружит космический корабль землян вокруг планеты Солярис. Понять странные явления, происходящие на планете, пока не удается. Гибнут люди, они не могут найти взаимопонимания с необычайным живым и разумным веществом — океаном планеты Солярис…

Читатель, наверное, узнал сюжет фантастического романа польского писателя Станислава Лема. И фильм такой есть. У нас на Земле все живые существа — отдельно. Тебя не перемешаешь со мной, люди — отдельно даже от обезьян, а от кур и подавно. А вот на Солярисе вся жизнь планеты вместе, она единая, все живое — это океан Солярис, и океан Солярис — это единственный живой организм планеты. А интересно, может такое в самом деле где-нибудь быть?

Всякая фантастика основана на каких-то реальных знаниях. Лем хорошо знал историю споров по поводу проблемы происхождения жизни. Действительно, жизнь без существ, без организмов, возможно, существовала когда-то и на нашей планете. Эта мысль принадлежит выдающемуся англичанину Дж. Берналу, борцу за мир и ученому. «Быть может, никакого точного начала жизни не было вообще, — писал он. — Могли установиться известные циклы, которые были самовоспроизводящимися, то есть молекула А производила молекулу В и так далее, до тех пор, пока молекула Z снова не производила молекулу А. На этой стадии всю среду можно было бы назвать живой в биохимическом смысле, хотя ни единого организма еще не существовало». В сказке Л. Кэрролла Чеширский кот умел исчезать так, чтобы от него оставалась улыбка. Жизнь без организмов, на первый взгляд, напоминает эту симпатичную, но фантастическую улыбку без кота. Но только на первый взгляд…