Книга рассказывает не столько про достижения науки, сколько про нерешённые научные проблемы, про несозданные теории и неизвестные законы природы …

Как возникла жизнь на нашей планете? — этот вопрос для многих людей решался просто: жизнь на Земле была сотворена по воле богов. Сторонники этого мнения назывались «креационистами», от латинского слова, означающего «творение». Но этот ответ не удовлетворял учёных и философов. Аристотель выдвинул передовую по тем временам гипотезу о самозарождении жизни — например в оплодотворённом яйце, в лучах света, тине или в гниющем мясе — там, как полагал древнегреческий философ, содержится «активное начало», создающее жизнь.

— Да он предсказал генетику! — поразилась Галатея, слушавшая очередную вечернюю сказку, которую мать читала по толстой книге.

— В каком-то смысле — да, — ответила Дзинтара. — Эти аристотелевские представления благополучно уцелели до XVII века — ведь каждый человек мог убедиться, что в гнилом мясе «ниоткуда» появляются личинки мух. Средневековые мыслители приводили и такой наглядный пример самозарождения жизни: бросьте в тёмный шкаф грязную рубашку и горсть пшеницы — и там за несколько недель непременно самозародится мышь!

Галатея расхохоталась:

— А они не рассматривали возможность того, что мышь заберётся в шкаф через дырку?

Андрей подхватил:

— Конечно, нет — дырка в шкафу противоречила бы воззрениям великого Аристотеля!

Дзинтара продолжила:

— Только в 1668 году нашёлся смелый человек, проверивший теорию Аристотеля на практике. Это был итальянский натуралист Франческо Реди. Он затянул горшок с тухлым мясом кисеёй, которая не позволяла мухам садится на мясо, — и в горшке никакого самозарождения жизни в виде личинок мух не произошло. За свои исследования Реди стал знаменит, в его честь назвали лунный кратер и один из подвидов европейских гадюк.

— Бр-р! — поёжилась Галатея. — Твой кратер — это здорово, а вот гадюка твоего имени — это... это...

Она не нашла как правильно сформулировать свои ощущения, а Дзинтара продолжила рассказывать историю о самозарождении жизни.

— Ещё лет двести велись споры между последователями Аристотеля, которые полагали, что микроскопическая жизнь самозарождается, например, во вкусных мясных подливках, даже если их прокипятить и закрыть пробкой, и теми, кто показывал, что если хорошо прокипятить самую вкусную мясную подливку и хорошо её закрыть, то никакого самозарождения жизни не происходит. Мнение последних победило и оставалось доминирующим до XX века, когда споры о самозарождении жизни вышли на новый виток. Они были связаны с теорией Опарина — Холдейна, появившейся в 1920-х годах. Сразу два исследователя предположили, что жизнь всё-таки самозародилась, но не в тёмном шкафу с грязными рубашками, а четыре миллиарда лет назад в первичном бульоне — в водоёмах первобытной Земли, в которых было много органических соединений, в том числе аминокислот. Именно из них и образовались нуклеиновые кислоты и белки, ставшие основой жизни на нашей планете. Опарин предполагал, что в водоёме сначала появляются коацерваты — пузырьки, окружённые мембраной, внутри которой в спокойной изолированной обстановке возникают сложные молекулы, а коацерват постепенно становится клеткой.

— А откуда взялись аминокислоты на первобытной Земле? — поинтересовалась Галатея. — В космосе много воды и разных газов, но там редко найдешь сахар и прочую органику.

— Опарин и Холдейн выдвинули гипотезу, что аминокислоты возникли в атмосфере первичной Земли, в которой не было кислорода, зато были аммиак, водяной пар и углекислый газ. Гипотезу Опарина и Холдейна в 1953 году решили проверить американские химики Стэнли Миллер и Гарольд Юри. Они создали достаточно простую установку, в которой пары воды смешивались с атмосферой из метана, аммиака, водорода и монооксида углерода. Через эту смесь пропускались электрические разряды, чтобы промоделировать воздействие молний на первичную атмосферу Земли. Эксперимент увенчался полным успехом! Учёные нашли в колбах, где проводился опыт, многочисленные органические вещества: аминокислоты, сахара, липиды и предшественники нуклеиновых кислот. Миллер и Юри нашли в образовавшейся смеси пять аминокислот, но когда оставшиеся от опыта образцы были проанализированы в 2008 году более точными методами, то было найдено двадцать две различных аминокислоты. Так было доказано, что аминокислоты, составляющие белок и нуклеиновые кислоты, можно получить из простых химических веществ при подводе дополнительной энергии. Эксперимент Миллера — Юри стал классическим и впоследствии неоднократно повторялся в разных вариантах, потому что вопрос о составе атмосферы первобытной Земли вызывает много споров.

В тайне зарождения жизни есть один особенно загадочный момент — каким образом генетическая информация передаётся от одного поколения организмов к следующему поколению? Во времена Опарина и Холдейна многие учёные полагали, что именно белки переносят генетическую информацию, хотя как они это делают, никто не знал. Но эти представления оказались ошибочными.

1953 год вошёл в историю биологии не только из-за эксперимента Миллера — Юри, но благодаря одному молодому американскому вундеркинду, который с детства увлекался птицами и уже в пятнадцать лет поступил в Чикагский университет для изучения орнитологии. Звали молодого гения Джеймс Уотсон. Кроме птиц, он увлекался чтением книг и, став студентом, прочёл небольшую книгу знаменитого физика Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь с точки зрения физики?» Эта книга резко изменила профессиональные интересы Уотсона — с птиц он переключился на генетику.

— Что, вообще говоря, не означает уход от птиц, потому что они тоже подчиняются генетике, — отметил педантичный Андрей.

— Правильно. В девятнадцать лет Уотсон получил степень бакалавра, а в 1951 году он в возрасте двадцати трёх лет прибыл в знаменитую Кавендишскую лабораторию Кембриджского университета и стал работать вместе с Фрэнсисом Криком. Используя прекрасные рентгенограммы Розалинды Франклин и Мориса Уилкинса, Крик и Уотсон предложили двухспиральную модель ДНК как базисный элемент генетики. Статья об этом вышла 30 мая 1953 года в журнале Nature, стала вехой в генетике и принесла её авторам Нобелевскую премию. Идея Уотсона и Крика была простой и красивой: двухспиральная ДНК могла разделяться в две отдельные спирали, которые потом присоединяли к себе недостающие элементы и снова превращались в полноценные двухспиральные ДНК. Этот процесс был ключевым в биологическом размножении и передаче генетической информации новому поколению клеток. Таким образом, передатчиками генетической информации оказались не белки, а нуклеиновые кислоты.

После открытия Уотсона — Крика перед биологами возникла суперзадача: расшифровка ДНК человека и других живых существ. Эта задача распадается на два уровня. Сначала нужно расшифровать последовательность расположения остатков нуклеотидов в ДНК. Эта последовательность значительно различается у организмов разного вида, но даже внутри популяции одного вида, например человека, она слегка различается.

— Именно поэтому у нас глаза и волосы разных цветов! — сказала торжествующе Галатея, и её яркие глаза вспыхнули.

— Да. Второй уровень понимания структуры ДНК означает знание того, за что отвечает в организме тот или иной участок ДНК или ген. Мы только приступили к расшифровке ДНК, и нас там ждёт масса удивительных открытий.

Но вернёмся к проблеме происхождения жизни. К XXI веку биологи пришли к выводу, что создание белков сразу из аминокислот нереально. Была предложена гипотеза РНК-мира, в котором сначала возникли РНК — молекулы рибонуклеиновой кислоты, которые по структурным свойствам располагаются между белками и ДНК, но могут выполнять их функции. С одной стороны, РНК имеют такие же, как у ДНК, двухспиральные участки и могут передавать генетическую информацию, с другой — они, подобно белкам, могут сворачиваться в сложные пространственные структуры и катализировать биохимические реакции. Но РНК тоже достаточно сложная молекула. Может ли она возникнуть из смеси более простых органических молекул?

— Самозародиться! — подсказала Галатея.

— Верно. На этот вопрос ещё не получено убедительного и однозначного ответа, хотя первые опыты дали обнадёживающие результаты. Нужно учитывать, что в биологических средах существуют многочисленные механизмы самоорганизации, которые исследовал Илья Пригожин с сотрудниками. Алан Тьюринг, талантливейший математик, доказал, что в биохимических системах существует неустойчивость Тьюринга, которая приводит к возникновению различных структур и пятен.

— Как на шкурах животных? — спросила Галатея.

— Да. Эти механизмы самоорганизации играют важную роль в самозарождении жизни. Ряд исследователей полагает, что сначала возник естественный отбор в мире циклических химических реакций, что привело к ускорению биохимических процессов и возникновению РНК. Ещё совершенно не изучено, как из отдельных, пусть и сложных молекул создать клетку, отгороженную от среды мембраной и способной к делению, то есть к размножению.

— Ты хочешь сказать, что учёные до сих пор не смогли синтезировать из неорганических молекул хотя бы одну живую клетку? — в восторге воскликнула Галатея. — Да это же отличная задачка — стать богом и создать новую жизнь из воды и глины!

— И получить за это Нобелевскую премию! — поддакнул Андрей.

— Да, загадка происхождения жизни далека от своего полного решения. Пока сделаны только первые шаги на этом пути — и там исследователей ждут невероятные открытия, удручающие разочарования и непрерывное удивление. Как сказал Холдейн: «Я подозреваю, что Вселенная не только страннее, чем мы себе представляем, но и страннее, чем мы можем представить».

— Решено! — Галатея ударила по столу крепким кулачком. — Становимся богами... то есть биологами — и создаём новую жизнь! Непременно сделаю себе ласковую говорящую кошку!

Примечания для любопытных

Аминокислоты — органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы. Все они — кристаллические вещества, многие из них имеют сладкий вкус.

Белки — макромолекулы, состоящие из аминокислот и играющую ключевую роль в строении и функционировании живых организмов. Часто имеют чрезвычайно сложную пространственную структуру. За расшифровку аминокислотной последовательности белка инсулина Фредерик Сенгер получил Нобелевскую премию в 1958 году.

Нуклеиновые кислоты — высокомолекулярные органические соединения; биополимеры, образованные остатками нуклеотидов. Примеры нуклеиновых кислот — ДНК и РНК.

РНК — рибонуклеиновая кислота. Макромолекула, играющая важную роль в кодировании, прочтении и регуляции генов.

ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота. Макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов.

Ген — единица наследственности живых организмов, которая представляет собой участок ДНК.

***

Аристотель (384–322 гг. до н. э.) — знаменитый древнегреческий философ, выдвинувший теорию самозарождения жизни. Ученик Платона, воспитатель Александра Македонского.

Франческо Реди (1626–1697) — итальянский врач и натуралист, который опроверг мнение Аристотеля о самозарождении жизни в гнилом мясе.

Александр Иванович Опарин (1894–1980) — советский биолог и биохимик, создавший теорию происхождения жизни из неорганических компонентов. Академик АН СССР.

Джон Холдейн (1892–1964) — английский биолог и философ, внёсший важный вклад в теорию происхождения жизни. Член Лондонского королевского общества (1932).

Стэнли Миллер (1930–2007) — американский химик, осуществивший в 1953 году, будучи студентом, знаменитый опыт Миллера — Юри по образованию аминокислот из неорганических веществ.

Гарольд Юри (1893–1981) — американский физик и химик. Лауреат Нобелевской премии по химии (1934) за открытие дейтерия — тяжёлого изотопа водорода.

Розалинда Франклин (1920–1958) — английский биофизик и рентгенограф, внёсшая важный вклад в изучение структуры ДНК.

Джеймс Уотсон (р. 1928) — американский биолог. Лауреат Нобелевской премии за 1962 год за открытие структуры молекулы ДНК.

Фрэнсис Крик (1916–2004) — британский биолог. Лауреат Нобелевской премии за 1962 год вместе с Уотсоном и Уилкинсом.

Морис Уилкинс (1916–2004) — английский физик и биолог. Лауреат Нобелевской премии за 1962 год «за открытия, касающиеся молекулярной структуры нуклеиновых кислот и их значения для передачи информации в живой материи».

Илья Пригожин (1917–2003) — бельгийский физик и химик, основатель теории самоорганизации. Лауреат Нобелевской премии по химии за 1977 год. Виконт Бельгии.

Алан Тьюринг (1912–1954) — выдающийся английский математик, оказавший глубокое воздействие на криптографию, логику и биологию. Один из основателей современной кибернетики. В 1950 году выдвинул идею эмпирического теста на разумность искусственного интеллекта. В честь учёного учреждена «Премия Тьюринга» — самая почётная премия в области информ

Источник http://elementy.ru/bookclub/chapters/434386/Neotkrytye_miry_Glava_iz_knigi