Тайны жизни

"Юноша спросил у святого мудреца Джиафара:

- Учитель, что такое жизнь?

Хаджи молча отвернул грязный рукав своего рубища и показал ему отвратительную язву, разъедавшую его руку.

А в это время гремели соловьи и вся Севилья была наполнена благоуханием роз".

Ученые, однако, не смогли бы, подобно мудрецу Джиафару из стихотворения в прозе В. М. Гаршина, обойтись одним красноречивым жестом. Ведь вопрос "что такое жизнь?" появился на свет вместе со способностью человека мыслить и определил собой все развитие биологии. И хотя эта наука прошла длинный путь, вопрос юноши и по сей день остается для нее самым трудным.

Но не будем забегать вперед. Сначала постараемся найти главные отличия живого от неживого.

Движение? Но ведь растения не двигаются, а в том, что они живые, еще не сомневался ни один из смертных. Потребление кислорода? Но на свете существуют микробы, живые существа, которые прекрасно обходятся и без него.

Какие же тогда главные признаки? Прежде всего следует назвать обмен питательных веществ и энергии.

В самом деле, невозможно представить себе живой организм, который мог бы существовать без пищи. И как бы ни были различны такие организмы и их "меню", процесс питания у всех одинаков: полезные вещества поглощаются из окружающей среды и расходуются на построение организма.

"Но позвольте, - может возразить читатель, - кусок металла, например ржавеющее железо, тоже вступает в обмен с внешней средой. Но разве его можно назвать живым?"

Конечно, нет. Под влиянием неблагоприятных условий железо покрывается ржавчиной, превращается в окись железа и перестает существовать в прежнем качестве. А живое в результате обмена с внешней средой усваивает такие вещества, которые превращает в элементы своего тела, созидает с их помощью свой организм.

Помимо обмена веществ, не менее важен и обмен энергии. По этому признаку мир клеток можно разделить на два царства: растений и животных. Клетки растений используют энергию Солнца - единственную даровую энергию на Земле и созидают в процессе фотосинтеза молекулу глюкозы, а затем и более сложные молекулы крахмала и других углеводов. В химических связях этих веществ запасена энергия для всей жизни на планете. В царстве животных горючее - углеводы, созданные растениями. В конечном счете, вся жизнь на Земле получает энергию от Солнца. Только растения - непосредственно, а животные - через посредство растений.

И наконец, третий важнейший признак живого - способность к размножению. Кажется, ни одна из машин, даже самая совершенная, не способна порождать себе подобных. Впрочем, сейчас все чаще поговаривают о том, что таким свойством будут обладать кибернетические машины. Но пока они не созданы, привилегия воспроизводить самих себя остается целиком за царством живых.

Это обстоятельство почти никогда не вызывало изумления. Но заставляло задуматься другое: удивительная преемственность между родителями и их потомством. В самом деле, почему люди, кошки, собаки, комары, растения, бактерии, вирусы, короче-все формы живых существ воспроизводят только себе подобных?.. Ученые назвали такую преемственность наследственностью.

Однако характеристика живого этим не исчерпывается. Есть еще одна черта, и немаловажная - изменчивость признаков, как бы оборотная сторона наследственности. Дети бывают до курьеза похожи на своих родителей и все-таки не копируют их, а имеют свои индивидуальные черты. Между поколениями всегда есть различия, которые вместе с естественным отбором являются основой совершенствования (эволюции) мира живых существ.

Итак, обмен веществ, обмен энергии, способность к размножению, наследственность и изменчивость - вот постоянные атрибуты и признаки жизни.

Биофизики определяют живые организмы земли как сложные, открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, важнейшими функциональными веществами которых служат биополимеры - белки и нуклеиновые кислоты.

Открытой называют систему, обменивающуюся с окружающей средой веществом и энергией.

Саморегулирующийся организм обладает высокой степенью согласованности всех своих внутренних физико-химических и биологических процессов. А термин "самовоспроизводящийся" уже не требует никаких специальных пояснений. Сегодня этот процесс удается проследить вплоть до самовоспроизведения молекул.

Своеобразие структуры живого организма - в содержании сложнейших полимеров: белков и нуклеиновых кислот. Это гигантские молекулы, состоящие из сотен тысяч, а иногда и миллионов атомов. Они называются полимерами потому, что в их строении повторяются сходные между собой частицы. Так, например, белок - это длиннейшая цепь различных аминокислот, а нуклеиновые кислоты построены из "кирпичиков" - нуклеотидов.

Определение понятия "жизнь", данное биофизиками, которое мы только что рассмотрели, развивает на современном молекулярном уровне классическую формулу Энгельса: "Жизнь - это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой..."

Формула Энгельса сохраняет свое значение и по сей день. В ней только не сказано о нуклеиновых кислотах, которые, как мы теперь знаем, так же существенны для жизни, как и белок, и о которых в то время ученым еще ничего не было известно.

Необходимо подчеркнуть, что ни белок, ни нуклеиновые кислоты, ни вместе, ни отдельно не могут стать живыми. Живых молекул нет. Жизнь гетеромолекулярна, то есть она возникает лишь при взаимодействии молекул разного сорта.

Увлекательны маршруты современной биологии. Жизнь клетки... Разгадка тайн наследственного вещества... Расшифровка кода (программы) построения белка... Синтез первого в истории земли искусственного белка... Тайны биоэнергетики клетки... Проблема жизни на далеких планетах... Из множества путей мы выберем тот, по которому наука шла и идет на штурм загадок наследственности.

Каждое высшее животное или растение развивается из одной-единственной клетки. Она образуется в момент оплодотворения, путем слияния мужской и женской половых клеток. Вначале из нее образуются 2, потом 4, потом 8 и так далее до многих миллиардов клеток, из которых состоит взрослый организм. В оплодотворенной клетке (зиготе) заключен весь план построения будущего организма, все его особенности, начиная от внешних характеристик и кончая тончайшими деталями обмена веществ. Эта экономичность "записи" кажется еще более удивительной, если учесть, что яйцеклетка имеет 0,13-0,14 мм в диаметре, а сперматозоид и того меньше. Например, в объеме, равном по величине одной таблетке аспирина, может поместиться около двух миллиардов сперматозоидов- число достаточное, чтобы дать жизнь новому поколению людей на всем земном шаре.

Как же в микроскопической клетке умещается множество признаков, которыми будет обладать взрослый организм? Где все это "записано"?

Не будем углубляться в далекое прошлое, когда сведения о причинах столь точного воспроизведения наследственных признаков у живых существ находились на уровне мировоззрения Кифы Мокиевича - натурфилософа из поэмы Н. В. Гоголя "Мертвые души". Помните? "Вот, например, зверь, - говорит он. - Зверь родится нагишом. Почему именно нагишом? Почему не так, как птица, почему не вылупливается из яйца? Как, право, того: совсем не поймешь натуры, как побольше в нее углубишься!"

Конечно же, не смешные натурфилософы двигали вперед пауку о наследственности. Ее тайну разгадали те, кто десятилетиями трудился над составлением карт наследственного вещества. И чтобы лучше понять их путь, мы пойдем следом. От первых карт до расшифровки загадочных письмен, которыми природа "записала" программу синтеза белка - главного вещества живой клетки, - вот основной стержень нашего маршрута. Он начнется с опытов чешского ученого Грегора Менделя, который первым приподнял завесу над тайнами наследственности, пройдет через лабораторию американского исследователя Томаса Гента Моргана, составившего первую карту, и окончится у источников, смывших налет таинственности с генетического кода. Эти источники нашлись в мире бактерий и вирусов.

Достижения молекулярной генетики общеизвестны. Но не все знают, что она добилась их, работая с "невидимыми". В этом проявился один из удивительных парадоксов науки: тайны наследственности были вскрыты в царстве существ, у которых столь долго отрицалось само существование наследственности. Поэтому вполне справедливо, что жители невидимого мира станут главными героями и проводниками нашего путешествия.