Как возникла жизнь? — этот вопрос волнует многих. Чтобы получить убедительный ответ нужно постараться приложить усилия. Прочитав эту статью полностью вы получите неопровержимые факты и доказательства, и тогда ваша жизнь, поверьте не будет бессмысленной.
Появление жизни
Земля полна жизни. От заснеженной Арктики до влажнотропических лесов Амазонии, от песков Сахары до болот Эверглейдс, от темных глубин океана до
сверкающих горных вершин — жизнь есть повсюду. И мы не перестаем ей удивляться.
Разнообразие видов и размеров, а также количество живых существ потрясают воображение. На нашей планете жужжат и копошатся миллионы видов насекомых. В окружающих нас водах плавают рыбы более 20 000 видов, одни размером с рисовое зернышко, другие — с хороший грузовик.
Нашу планету украшают по меньшей мере 350 000 видов растений, некоторые из них причудливые, большинство — удивительно красивые. У нас над головой летают более 9 000 видов птиц. Все эти творения, включая человека, и создают ту обстановку и гармонию, которую мы называем жизнью.
Но полное единство живого мира поражает нас еще больше, чем восхитительное разнообразие форм жизни. Биохимики — люди, которые глубоко изучают живые организмы, населяющие Землю,— объясняют, что все формы жизни, будь то амёба или человек, зависят от поразительного взаимодействия — от слаженной работы нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) и белковых молекул.
Сложные процессы с участием этих компонентов происходят практически во всех
клетках нашего тела, а также в клетках колибри, льва и кита.
Это общее взаимодействие создает прекрасное разнообразие форм жизни. Как появилась такая изумительная гармония жизни? Как возникла жизнь?
Вероятно, вы согласитесь, что жизнь на Земле существовала не всегда. Такого мнения придерживаются ученые, об этом говорится во многих религиозных книгах. И все же вам, наверное, известно, что два эти источника — наука и религия — по-разному объясняют то, как на Земле возникла жизнь.
Миллионы людей с самым разным уровнем образования верят, что жизнь на Земле создал разумный Творец, первый Конструктор. А многие ученые считают, что жизнь зародилась из неживой материи случайно в ходе постепенных химических реакций. Какая из этих двух версий правильна?
Не следует думать, будто это нас не касается и никак не относится к нашему поиску более осмысленной жизни. Как уже отмечалось, вопрос о том, откуда
появился человек,— это один из самых важных вопросов, на которые люди пытаются найти ответы.
Большинство научных курсов посвящается вопросам адаптации и выживания форм жизни, а не более важному вопросу возникновения жизни. Может быть,
вы замечали, что попытки объяснить, как возникла жизнь, обычно сводятся к обобщениям типа: на протяжении миллионов лет молекулы, сталкиваясь,
каким-то образом создали жизнь. Но приносит ли такой ответ подлинное удовлетворение?
Этот ответ означает, что под влиянием энергии Солнца, электрических разрядов или вулканов некая неживая материя начала двигаться, превратилась в органическую и в конце концов стала живым организмом, причем все это происходило без какого-либо руководства. Какой огромный скачок! Живая материя из неживой! Возможно ли это?
В средние века такое представление могло бы показаться вполне приемлемым, ведь в то время было распространено понятие о самопроизвольном зарождении жизни — убеждение, что живые организмы самопроизвольно возникают из неживой материи.
Однако, в XVII веке итальянский врач Франческо Реди доказал, что безногие личинки появляются в тухлом мясе только после того, как мухи отложат на нем яйца. В мясе, до которого мухам не добраться, личинки не появляются. Но если живые организмы размером с муху и не возникают самопроизвольно, то, может быть, возникают микробы, которые появляются на пище независимо от того, закрыта она или нет?
Хотя последующие эксперименты показали, что микробы не возникают
самопроизвольно, вопрос оставался спорным. Затем появился труд Луи Пастера.
Многие помнят о вкладе Пастера в решение проблем, связанных с брожением и с инфекционными болезнями. Но он также ставил эксперименты, целью которых было выяснить, могут ли самопроизвольно зарождаться мельчайшие формы жизни.
Может быть, вы читали, что Пастер наглядно показал: в простерилизованной воде, защищенной от загрязнения, не образуются даже мельчайшие бактерии. В 1864 году Пастер объявил: «Доктрина самопроизвольного зарождения никогда не оправится от смертельного удара, нанесенного ей этим простым экспериментом». Утверждение Пастера остается справедливым до сих пор.
Ни одному экспериментатору не удалось создать живое из неживого.
Как же тогда на Земле возникла жизнь? Началом современных попыток ответить на этот вопрос можно считать 1920-е годы, когда вышел в свет труд русского биохимика Александра Ивановича Опарина. Опарин, а впоследствии и другие ученые разработали нечто вроде сценария драмы в трех актах, которая, по их утверждению, разыгралась на подмостках планеты Земля.
В первом акте элементы земли, или сырье, превратились в группы молекул. В
следующем акте произошел скачок к макромолекулам. И в последнем акте этой драмы — ещё один скачок, уже к первой живой клетке. Но происходило ли всё так на самом деле?
Принципиально важное значение для этой драмы имеет предположение о том, что первичная атмосфера Земли была совсем не такой, как сегодня. В согласии с одной теорией, в той атмосфере практически не было свободного кислорода, а азот, водород и углерод образовывали аммиак и метан.
Концепция такова: под действием электрических разрядов и ультрафиолетовых лучей, которые пронизывали атмосферу, состоявшую из этих газов и водяного пара, образовались сахара и аминокислоты. Не будем забывать, однако, что это только теория.
По сценарию этой теоретической драмы, такие молекулярные соединения смывались в океаны или другие места скопления воды. С течением времени
сахара, кислоты и другие соединения сконцентрировались в густой «первичный бульон», в котором аминокислоты, например, соединялись и образовывали белки.
Продолжая эту теоретическую последовательность, другие соединения, называемые нуклеотидами, образовывали цепи и превращались в нуклеиновые кислоты, например, ДНК. Все это, как предполагают, было подготовкой к последнему акту молекулярной драмы.
Этот последний акт, который документально не подтвержден, можно назвать «историей любви». Молекулы белков и ДНК случайно встретились, узнали
друг друга и обнялись. А затем, под занавес, родилась первая живая клетка.
«Посмотрев» эту драму, вы, возможно, задаетесь вопросом: что это — правда или сказка? Неужели жизнь на Земле возникла действительно так?
Возникновение жизни в лаборатории?
В начале 1950-х годов ученые решили проверить теорию А. И. Опарина экспериментально. То, что живое возникает только из живого, было уже
установлено, но учёные строили гипотезы о том, что если в прошлом условия на Земле были совсем другими, то жизнь могла постепенно появиться из
неживой материи. Можно ли было это продемонстрировать?
Ученый Стенли Миллер, который работал в лаборатории Гарольда Юри, смешал водород, аммиак, метан и водяной пар (из этих веществ, по его мнению, состояла первичная атмосфера Земли), запаял эту смесь в сосуд, в нижней части которого
кипела вода (представлявшая океан), и стал пропускать через пары электрические разряды (игравшие роль молний).
Не прошло и недели, как в сосуде появились следы красноватого липкого вещества, и, когда Миллер его исследовал, оказалось, что оно богато аминокислотами,— а это основа для построения белков.
Возможно, вам хорошо известно об этом эксперименте, потому что многие годы о нем рассказывали в научных трудах и школьных учебниках как об эксперименте, объясняющем возникновение жизни на Земле. Но так ли это?
Классический, но сомнительный
Эксперимент, выполненный Стенли Миллером в 1953 году, часто приводится как доказательство возможности самопроизвольного зарождения жизни в прошлом. Однако все объяснение Миллера построено на предположении, что первичная атмосфера Земли была «восстановительной». Это означает, что в ней было очень мало свободного (химически не соединенного) кислорода. Почему?
В одном труде говорится, что при большом количестве свободного кислорода «не смогла бы образоваться ни одна из аминокислот, а если бы она как-то и образовалась, то быстро бы распалась» («The Mystery of Life’s Origin: Reassessing Current Theories»). Насколько обоснованным было предположение Миллера о так называемой первичной атмосфере?
В классическом докладе, опубликованном спустя два года после эксперимента, Миллер писал: «Эти идеи являются, конечно же, гипотезами, ведь мы не знаем, была ли атмосфера восстановительной во время формирования Земли. […] Прямых доказательств этого до сих пор не найдено» («Journal of the American Chemical Society», 12 мая 1955 года).
Были ли вообще найдены доказательства? Прошло примерно 25 лет, и научный публицист Роберт Кауэн написал: «Ученым приходится пересматривать некоторые из своих предположений. […]
Практически нет доказательств в поддержку идеи о насыщенной водородом, восстановительной атмосфере, а некоторые доказательства свидетельствуют против этой идеи» («Technology Review», апрель 1981 года).
Появились ли с тех пор доказательства? В 1991 году Джон Хорген писал в «Сайентифик америкэн»: «В последнее время взгляды Миллера и Юри
относительно состава первичной атмосферы все чаще ставятся под сомнение.
Результаты экспериментов и компьютерного моделирования древней земной
атмосферы… позволяют сделать вывод, что ультрафиолетовое излучение Солнца, которое в настоящее время в значительной степени задерживается
озоном атмосферы, должно было разрушать содержащие водород молекулы газов. […] Такая атмосфера [углекислый газ и азот] неблагоприятна для
синтеза аминокислот».
Почему же тогда многие все еще считают, что первичная атмосфера Земли была восстановительной, с малым содержанием кислорода?
Сидней Фокс и Клаус Дозе отвечают в книге «Молекулярная эволюция и возникновение жизни»: в атмосфере не могло быть большого количества кислорода потому, что, во-первых, «лабораторные опыты показывают, что наличие кислорода в атмосфере значительно затормозило бы химическую эволюцию», и, во-вторых, такие соединения, как аминокислоты, «не могли бы сохраниться на протяжении геологических периодов в присутствии кислорода».
Разве это не замкнутый круг? Говорится, что первичная атмосфера была восстановительной, потому что в противном случае не могло бы произойти
самопроизвольное зарождение жизни. Но гарантии того, что та атмосфера была восстановительной, в действительности нет.
И еще одна немаловажная деталь: если во время эксперимента смесь газов представляет атмосферу, электрический разряд изображает молнии, а
кипящая вода — океан, то что или кого представляет ученый, который подготавливает и проводит этот эксперимент?
Сегодня значение эксперимента Миллера подвергается серьезным сомнениям.Тем не менее кажущийся успех этого эксперимента подтолкнул ученых к проведению других экспериментов, в ходе которых удалось создать даже компоненты, обнаруживаемые в нуклеиновых кислотах (ДНК или РНК).
Это окрылило специалистов в этой области (которых иногда называют специалистами по вопросам возникновения жизни), ведь казалось, что они
воспроизвели первый акт молекулярной драмы. Создавалось впечатление, что вскоре будут воспроизведены в лабораторных условиях и два других акта.
Один профессор-химик утверждал: «В обозримом будущем с помощью эволюционных механизмов будет объяснено происхождение простейшего живого организма».
А один автор заметил: «Многие считали вполне вероятным, что уже в скором времени станет возможно, подобно [придуманному писательницей Мэри Шелли] доктору Франкенштейну, создавать искусственным путём „в пробирке“ целые живые существа и тем самым раскроется весь процесс зарождения и развития организма». Многие полагали, что тайна самопроизвольного зарождения жизни была разгадана.
Правовращающие, левовращающие
Из приблизительно 100 известных аминокислот в состав белков входят только 20, и все они левовращающие. Когда ученые, создав в лаборатории условия, которые, по их мнению, соответствуют условиям первичного бульона, получают аминокислоты, то оказывается, что образуется одинаковое количество правовращающих и левовращающих молекул.
«Такое распределение 50 на 50,— говорится в «Нью-Йорк таймс»,— не характеризует жизнь, которая зависит исключительно от левовращающих аминокислот».
Почему все живые организмы состоят только из левовращающих аминокислот — это «великая тайна». Даже в аминокислотах, обнаруженных в метеоритах, «наблюдался избыток левовращающих форм».
Д-р Джеффри Бэйдэ, занимающийся вопросами возникновения жизни, сказал, что «некую роль в установлении того, правовращающими или левовращающими станут биологические аминокислоты, сыграло, возможно, какое-то внеземное влияние».
Взгляды меняются, вопросы остаются
В последующие годы оптимизм улетучился. Проходят десятилетия, а секреты возникновения жизни остаются неразгаданными. Спустя примерно 40 лет после своего эксперимента профессор Миллер сказал в интервью журналу «Сайентифик америкэн»: «Проблема происхождения жизни оказалась гораздо
более сложной, чем представлялось в начале».
Меняются взгляды и других ученых. Например, в 1969 году профессор биологии Дин Кеньон стал одним из авторов труда «Биохимическое предопределение» («Biochemical Predestination»). Но позднее он пришел к выводу, что «абсолютно невероятно, чтобы материя и энергия преобразовались в живые организмы без посторонней помощи».
И действительно, лабораторные исследования подтверждают мнение Кеньона о том, что существует «некий коренной недостаток во всех современных теориях о химических основах жизни».
После того как Миллер и другие синтезировали аминокислоты, ученые задались целью получить белки и ДНК, без которых жизнь на Земле невозможна. К чему же привели бесчисленные эксперименты, для проведения которых в лабораториях воспроизводили так называемые первичные условия на Земле?
В одном труде говорится: «Наблюдается впечатляющий контраст между значительным успехом в синтезе аминокислот и постоянными неудачами в попытках синтезировать белок и ДНК» («The Mystery of Life’s Origin: Reassessing Current Theories»).
Попытки синтезировать белок и ДНК заканчиваются «постоянными неудачами».
Тайной окутано не только то, как возникли первые молекулы белка и нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК). Не менее таинственно и то, как они сотрудничают. «Только благодаря сотрудничеству этих двух молекул на Земле сегодня существует жизнь»,— говорится в «Новой британской энциклопедии».
При этом в энциклопедии отмечается, что появление такого сотрудничества остается «важнейшей и нерешенной проблемой в вопросе о возникновении жизни». Это действительно так.
В Приложении «Слаженная работа ради жизни» приводятся некоторые основные факты о поразительном взаимодействии белков и нуклеиновых кислот в наших клетках. Даже такое краткое знакомство с царством клеток нашего тела вызывает восхищение достижениями ученых в этой области.
Они поведали нам о чрезвычайно сложных процессах, которые ежесекундно происходят в нашем организме и о которых почти никто из нас даже не задумывается. Но, с другой стороны, эти процессы настолько сложны и точны, что мы снова возвращаемся к вопросу: как все это возникло?
Может быть, вам известно, что специалисты по вопросам возникновения жизни не оставляют попыток создать правдоподобный сценарий драмы о возникновении жизни. Однако их новые сценарии неубедительны.
Например, ученый Клаус Дозе из Института биохимии в городе Майнц (Германия)
заметил: «В настоящее время все дискуссии об основных теориях и экспериментах в этой области либо заводят в тупик, либо заканчиваются признанием их ошибочности».
Решения не были найдены даже на проходившей в 1996 году Международной конференции по вопросам возникновения жизни. Как сообщалось в журнале
«Сайенс», около 300 ученых, которые собрались на конференцию, «бились над загадкой о том, как появились первые молекулы [ДНК и РНК] и как они
эволюционировали в саморазмножающиеся клетки».
Чтобы изучать и хотя бы попытаться объяснить, что же происходит в наших клетках на молекулярном уровне, потребовался разум и специальное образование. Разумно ли тогда полагать, что сложные преобразования в «первичном бульоне» происходили без всякого руководства, самопроизвольно и
случайно? Или требовалось нечто большее?
Почему это загадки?
Сегодня человек может размышлять о почти полувековой истории гипотез и о бесчисленных попытках доказать, что жизнь возникла сама собой. Однако,
размышляя об этом, трудно не согласиться с нобелевским лауреатом Фрэнсисом Криком. Говоря о выдвигаемых теориях возникновения жизни, Крик заметил, что существует «слишком много домыслов и слишком мало фактов».
Понятно, почему некоторые из тех ученых, кто изучает факты, приходят к
выводу, что жизнь слишком сложна, чтобы возникнуть неожиданно даже в специально оборудованной лаборатории, не говоря уже о неуправляемой
окружающей среде.
Если современная наука не может доказать возможность самозарождения жизни, то почему некоторые ученые продолжают отстаивать такие теории?
Несколько десятилетий тому назад на этот вопрос частично ответил в книге «Возникновение жизни» профессор Джон Бернал: «Предъявляя к данной проблеме [самопроизвольного зарождения жизни] строгие требования научного метода, можно убедительно показать, почему жизнь не могла возникнуть; вероятность некоторых этапов биопоэза слишком мала, и слишком сомнительны шансы на появление жизни».
Бернал добавил: «К сожалению — для этой точки зрения — жизнь на Земле во всем многообразии ее форм и функций уже существует, и приходится подгонять факты, чтобы они объясняли ее существование». С тех пор положение не изменилось.
Рассмотрим скрытый смысл таких рассуждений. Они равносильны высказыванию: «С научной точки зрения, справедливо утверждение, что жизнь не могла возникнуть сама собой. Но самопроизвольное зарождение жизни — это единственная возможность, которую мы будем принимать во внимание.
Значит, необходимо так подогнать факты, чтобы они поддерживали гипотезу о самопроизвольном зарождении жизни». Устраивает ли вас такая логика? Не
слишком ли сильно придется подгонять факты, чтобы поддержать такие рассуждения?
И все же есть знающие, уважаемые ученые, которые не считают нужным искажать факты ради того, чтобы подогнать их под преобладающее
представление о возникновении жизни. Такие ученые делают на основании имеющихся фактов разумное заключение. Что это за факты и к какому
заключению они приводят?
Информация и разум
Давая интервью в документальном фильме, известный генетик из Института дендрологии Польской Академии Наук Мачей Гиертих сказал: «Нам стало известно о том, как много информации содержится в генах.
Наука не в состоянии объяснить, как эта информация могла возникнуть самопроизвольно. Для этого необходим разум, информация не может возникнуть случайно. Простой набор букв не создает слов».
Гиертих добавил: «Например, сложнейшая система воспроизведения ДНК, РНК и белков в клетке должна была быть совершенной с самого начала. В противном случае живые организмы не могли бы существовать. Единственное логичное объяснение заключается в том, что источником всего неисчерпаемого объема
информации был разум».
Чем больше становится известно о чудесах жизни, тем более логичным кажется вывод: для возникновения жизни необходим источник, обладающий разумом. Что это за источник?
Как мы уже говорили, миллионы образованных людей приходят к выводу, что жизнь на Земле создал высший разум, некий конструктор.
После беспристрастного изучения этого вопроса такие люди понимают, что даже в наш век научного прогресса разумно согласиться с псалмопевцем, который
очень давно сказал в Библии о Боге: «Ибо у Тебя источник жизни» (Псалом 35:10).
Независимо от того, пришли вы уже к окончательному выводу или нет, давайте посмотрим на некоторые чудеса, касающиеся лично вас. Такое рассмотрение является наиболее убедительным и в значительной степени проясняет этот вопрос, затрагивающий нашу жизнь.
Какова вероятность случая?
«Случай и только случай был первопричиной возникновения всего, от первичного бульона до человека»,— утверждал нобелевский лауреат Христиан де Дюве, говоря о возникновении жизни. Но является ли случай разумным объяснением возникновения жизни?
Что такое случай? Некоторые отождествляют случай с математической вероятностью, например, как при подбрасывании монеты.
Однако применительно к возникновению жизни многие ученые понимают слово «случай» совсем не так. Неопределенным словом «случай» заменяется более точное слово, такое, как «причина», особенно если причина не известна.
«Олицетворять „случай“ как причинный фактор,— говорит биофизик Дональд Макай,— это все равно что делать неправомерный переход от научного понятия к полу религиозному мифологическому понятию».
Подобным образом высказывается и Роберт Спроул: «Неизвестную причину называют случаем так долго, что люди уже начинают забывать о произведенной замене. […] Предположение „случай равен неизвестной причине“ для многих уже означает „случай равен причине“».
Цепочку рассуждений «случай равен причине» использовал и нобелевский лауреат Жак Моно. Он писал: «Первоосновой поразительной структуры
эволюции является чистый случай, ничем не обусловленный, слепой случай. Человек теперь уже знает, что он одинок в бесчувственной необъятной
Вселенной и что он возник благодаря случаю».
Заметьте, Моно говорит «благодаря случаю». Моно делает то же, что делают многие другие: он превозносит случай, ставя его на уровень творческой силы. Случай преподносится как средство, которое привело к возникновению жизни на Земле.
В словарях случай определяется как «предполагаемый безличный бесцельный определяющий фактор необъяснимых происшествий». Значит, если кто-то
утверждает, что жизнь возникла благодаря случаю, он говорит, что жизнь возникла по неизвестной причине. Не получается ли, что некоторые буквально
олицетворяют «Его величество Случай», говоря, по сути, «Творец»?
«[Мельчайшая бактерия] гораздо больше похожа на человека, чем смеси химикатов, полученные Стенли Миллером, ведь у бактерии уже есть свойства
биологической системы. Поэтому проще бактерии превратиться в человека, чем смеси аминокислот превратиться в эту бактерию» (профессор биологии Линн Маргулис).
Кислород — это элемент с высокой химической активностью. Например, он соединяется с железом и образует ржавчину, или с водородом — и образует
воду. Если бы во время образования аминокислот в атмосфере было много свободного кислорода, то, как только появлялись бы эти органические молекулы, кислород быстро соединялся бы с ними и разрушал бы их.
«Эти эксперименты… приписывают действию не биологического синтеза то, что в действительности создал и сконструировал высокообразованный и очень даже биотический человек, пытаясь отстоять идеи, которым он весьма предан» («Origin and Development of Living Systems»).
«Целенаправленное осмысленное действие»
Английский астроном Фред Хойл десятки лет изучал Вселенную и жизнь в ней и даже поддерживал идею о занесении жизни на Землю из космоса.
Выступая с лекцией в Калифорнийском технологическом институте, он обсуждал порядок следования аминокислот в белках.
«Большую проблему в биологии,— сказал Хойл,— создает не столько сам факт, что белок состоит из цепи аминокислотных звеньев, соединенных в определенной последовательности, сколько то, что эта определенная последовательность наделяет цепь особыми свойствами…
Если бы аминокислотные звенья соединялись случайно, получалось бы огромное число соединений, бесполезных для живой клетки.
Если учесть, что в цепи обычного фермента может быть 200 звеньев и для каждого звена есть 20 возможностей соединения, то нетрудно представить, насколько огромно число возможных бесполезных соединений — больше числа атомов во всех галактиках, видимых в самые большие телескопы.
И это только для одного фермента, а их более 2 000, и у каждого из них свои функции. Как же все это могло получиться?»
Хойл добавил: «Вместо того чтобы соглашаться с бесконечно малой вероятностью возникновения жизни под действием слепых сил природы, лучше,
наверное, предположить, что жизнь возникла в результате целенаправленного осмысленного действия».
Профессор Майкл Бихи сказал: «Человек, который не считает себя обязанным ограничиваться в поиске только не наделенными разумом причинами, приходит к неизбежному выводу, что многие биохимические системы были сконструированы.
Они были сконструированы не законами природы, не волей случая и необходимости, они были спроектированы. […] Жизнь на ее основополагающем уровне, в самых важных ее составляющих — это плод осмысленной деятельности».
Слаженная работа ради жизни
Жизнь на Земле невозможна без слаженной работы белка и молекул нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) в живой клетке.
Давайте вкратце рассмотрим некоторые особенности этого поразительного молекулярного взаимодействия, ведь именно из-за них многим трудно поверить в то, что живые клетки возникли случайно.
Тщательно изучая человеческое тело вплоть до уровня микроскопических клеток, мы обнаружим, что состоим в основном из белковых молекул.
Большинство этих молекул состоят из похожих на ленты звеньев аминокислот, которые изогнуты и скручены в разнообразные формы. Одни свернуты в шарики, другие сложены в гармошку.
Определенные белки вместе с липидами образуют мембраны клеток. Другие помогают разносить кислород из легких в другие части тела. Есть белки, которые действуют как пищеварительные ферменты (катализаторы), расщепляя содержащиеся в пище белки на аминокислоты. Это лишь несколько функций белков.
Вы не ошибетесь, если скажете, что белки — это мастеровые жизни, без них жизнь невозможна. Но белки, в свою очередь, не могли бы существовать, не будь они связаны с ДНК. Что такое ДНК? Что она собой представляет? Как она связана с белками? За ответы на эти вопросы выдающиеся ученые удостаивались Нобелевской премии. Но, чтобы понять основы, не нужно быть великим биологом.
Управляющая молекула
Клетки состоят в основном из белков, поэтому для поддержания жизни клеток, для образования новых клеток и для ускорения химических реакций в клетках постоянно нужны новые белки. Инструкции, необходимые для синтеза белков, содержатся в молекулах ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты).
Чтобы лучше разобраться в том, как синтезируется белок, давайте поближе познакомимся с ДНК.
Молекулы ДНК находятся в ядре клетки. Помимо того что ДНК содержит инструкции, необходимые для синтеза белков, она хранит и передает от одного
поколения клеток к другому генетическую информацию. По форме молекулы ДНК напоминают скрученную веревочную лестницу (она называется двойной спиралью).
Каждая из двух нитей «лестницы» ДНК состоит из огромного числа более мелких составляющих, называемых нуклеотидами, у которых бывают четыре типа оснований: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т). В этом «алфавите» ДНК пара букв — либо А и Т, либо Г и Ц — образует одну ступеньку двухспиральной «лестницы». Эта «лестница» содержит тысячи генов, основных носителей наследственной информации.
В гене находится информация, необходимая для синтеза белка. Цепочка букв в гене образует генетический код, или «конструкционный план», который указывает, какой вид белка нужно синтезировать. Таким образом, ДНК со всеми входящими в нее составляющими является управляющей молекулой жизни.
Без содержащихся в ней закодированных инструкций не было бы различных белков, а значит, и жизни.
Из «мира РНК» или из другого мира?
Зайдя в тупик при объяснении взаимодействия ДНК — РНК — белок, некоторые исследователи предложили теорию «мира РНК». Что это за теория?
Эти исследователи уже не доказывают, что ДНК, РНК и белки возникли одновременно, а говорят, что первой искрой жизни была сама РНК. Обоснована ли эта теория?
В 1980-е годы исследователи обнаружили в своих лабораториях, что молекулы РНК могут выступать в роли ферментов, разрезаясь на две одинаковые части и сращиваясь снова. Поэтому была выдвинута теория о том, что молекула РНК была, возможно, первой саморазмножающейся молекулой.
Предполагают, что со временем эти молекулы РНК «научились» создавать клеточные мембраны и что в конце концов микроорганизм РНК образовал ДНК.
Фил Коуэн пишет в «Нью сайентист»: «Сторонники мира РНК полагают, что их теорию нужно рассматривать если не как доктрину, то как наиболее приближенную к истине».
Не все ученые согласны с таким сценарием. Как отмечает Коуэн, скептики «аргументируют тем, что слишком большая пропасть лежит между демонстрацией того, как две молекулы РНК совершают в пробирке акт членовредительства, и заявлением о том, что молекула РНК была способна без
посторонней помощи образовать клетку и дать начало жизни на Земле».
Есть еще и другие проблемы. Биолог Карл Уоз считает: «Теория мира РНК… обречена на провал, потому что она не объясняет, откуда взялась энергия
для создания первых молекул РНК». Ученым никогда не удавалось обнаружить участок РНК, который мог бы воспроизвести себя с нуля.
Кроме того, остается вопрос о том, откуда взялась первая РНК. Хотя теория «мира РНК» приводится во многих учебниках, но, как говорит исследователь Гэри Олсен, это большей частью «оптимизм, основывающийся на теории».
Еще одна теория, которой придерживаются некоторые ученые, состоит в том, что жизнь на нашу планету была занесена из космоса. Но эта теория практически не отвечает на вопрос: как возникла жизнь?
Научный публицист Бойс Ренсбергер отмечает, что теория о занесении жизни на Землю из космоса «лишь указывает другое место, в котором находится тайна».
Эта теория не объясняет, как возникла жизнь. Теория обходит этот вопрос, указывая, что жизнь возникла в другой солнечной системе или галактике. А основной вопрос остается.
Связующие звенья
План синтеза белка хранится в ядре клетки, а непосредственно синтез происходит вне ядра, поэтому необходима помощь для доставки закодированного плана из ядра к месту синтеза. Такую помощь оказывают молекулы РНК (рибонуклеиновой кислоты).
Химически молекулы РНК подобны молекулам ДНК, и в синтезе белка участвуют несколько видов РНК. Давайте посмотрим, как с помощью РНК происходят чрезвычайно сложные процессы синтеза так необходимых нам белков.
Работа начинается в ядре клетки с того, что раскручивается и открывается часть «лестницы» ДНК. Благодаря этому буквы РНК образуют связи с открытыми
буквами ДНК одной из нитей ДНК. Фермент переносит буквы РНК, чтобы соединить их в нить.
Так буквы ДНК «переписываются» в буквы РНК, образуя нечто вроде «диалекта» ДНК. Новообразованная цепочка РНК отделяется, и «лестница» ДНК снова закручивается.
После дальнейших изменений этот вид закодированной РНК готов. РНК выходит из ядра и направляется к месту синтеза белка, где буквы РНК расшифровываются.
Каждый набор из трех букв РНК образует «слово», обозначающее одну конкретную аминокислоту. Другой вид РНК отыскивает эту аминокислоту, захватывает ее с помощью фермента и доставляет к месту синтеза белка.
По мере прочтения и перевода сообщения РНК цепочка аминокислот растет. Эта цепочка закручивается и укладывается в уникальную форму, создавая один вид белка. И таких видов в нашем теле может быть свыше 50 000.
Примечателен даже процесс укладки белка. В 1996 году ученые со всего мира, «вооружившись самыми лучшими компьютерными программами, состязались в решении одной из сложнейших проблем биологии: они пытались понять, как белок, состоящий из длинной цепочки аминокислот, укладывается в замысловатую форму, которая определяет роль этого белка в жизни. […]
Результаты этого состязания в двух словах можно выразить так: белки одержали полную победу над компьютерами. […] По оценкам ученых, на то, чтобы просчитать все возможности укладки белка среднего размера, состоящего из 100 аминокислот, потребовалось бы 1027 (миллиард миллиардов миллиардов) лет» («Нью-Йорк таймс»).
Мы лишь вкратце посмотрели, как синтезируется белок, но вы, вероятно, уже поняли, какой это неимоверно сложный процесс. Как вы думаете, сколько времени требуется для образования цепочки из 20 аминокислот? Около одной секунды! И этот процесс происходит непрерывно во всех клетках нашего
тела от макушки до пяток. Здесь
Какой из всего этого следует вывод? Хотя есть еще и другие факторы, слишком многочисленные, чтобы рассказать о них всех, но слаженная работа, без которой невозможно создать и поддерживать жизнь, поражает воображение.
И выражение «слаженная работа» не передает полностью того, насколько точное взаимодействие необходимо для создания молекулы белка, ведь белку необходима информация от молекул ДНК, а ДНК необходимо несколько видов специальных молекул РНК. Не следует забывать и о различных ферментах, каждый из которых играет свою и очень важную роль.
Когда в нашем организме создаются новые клетки — а это происходит миллиарды раз в день и без нашего сознательного участия,— необходимы копии всех трех
«участников» этого процесса: ДНК, РНК и белков.
Понятно, почему в журнале «Нью сайентист» говорится: «Отнимите одну из трех составляющих, и жизнь угаснет». Или, развивая эту мысль, можно сделать следующий вывод. Жизнь не могла бы возникнуть, не будь этой полной и работоспособной «бригады».
Разумно ли полагать, что все три члена этой «молекулярной бригады» самопроизвольно возникли в одно время и в одном месте и при этом так точно
подошли друг другу, что смогли объединиться, чтобы начать свою чудесную работу?
Но существует и другое объяснение возникновения жизни на Земле. Многие люди приходят к заключению, что жизнь — это плод старательного труда Конструктора, обладающего высочайшим разумом.
Понравилась статья: Как возникла жизнь, тогда поделись с друзьями в социальных сетях. Желаешь получить больше полезной информации? Подписывайся на новые статьи, а также заказывай интересующую тебя тему или вопрос Здесь
Случайность или замысел?
«Всевидящий» скелет змеехвостки
Панцирь офиур, или змеехвосток, обитающих на морских рифах, поистине уникален. Во внешний скелет этих животных «вмонтированы» микроскопические линзы, превращающие их панцирь в некое подобие собирательного глаза.
Обратите внимание
Как сообщалось в одном журнале, исследовав скелетные пластинки змеехвосток, ученые обнаружили «необычный массив сферических прозрачных микроструктур, каждая из которых тоньше человеческого волоса» (Natural History).
Эти структуры, состоящие из кристаллов карбоната кальция (кальцита),представляют собой идеальные микролинзы. Они фокусируют свет на расположенные прямо под ними светочувствительные рецепторы. Более того, именно такая форма линз нужна для точного воспроизведения образа.
По словам химика Джоанны Айзенберг, двоякая роль панциря змеехвостки «отражает важный принцип: биологические материалы часто оптимизированы для многофункциональности».
Изучая биологию змеехвосток, исследователи разработали простой и недорогой метод создания систем кальцитных микролинз. Такие линзы, проводящие световые сигналы, будут использоваться в оптических сетях, а также во многих других областях техники.
Что вы думаете?
Появился ли «всевидящий» скелет змеехвостки в результате эволюции? Или же он свидетельствует о мудрости Творца? Читать