Портал функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Вначале была РНК? В поисках молекулы первожизни

Кандидат биологических наук С. ГРИГОРОВИЧ.

На самой ранней заре своей истории, когда человек приобрел разум, а с ним и способность к абстрактному мышлению, он стал пленником непреодолимой потребности все объяснить. Почему светят Солнце и Луна? Почему текут реки? Как устроен мир? Безусловно, одним из самых главных был вопрос о сути живого. Резкое отличие живого, растущего, от мертвого, неподвижного, слишком бросалось в глаза, чтобы его можно было проигнорировать.

Первый вирус, описанный Д. Ивановским в 1892 году, - вирус табачной мозаики. Благодаря этому открытию стало ясно, что существуют живые создания более примитивные, чем клетка.
Русский микробиолог Д. И. Ивановский (1864-1920), основоположник вирусологии.
В 1924 году А. И. Опарин (1894-1980) высказал предположение, что в атмосфере молодой Земли, состоявшей из водорода, метана, аммиака, углекислого газа и паров воды, могли синтезироваться аминокислоты, которые затем спонтанно соединились в белки.
Американский биолог Освальд Эвери убедительно продемонстрировал в опытах с бактериями, что именно нуклеиновые кислоты отвечают за передачу наследственных свойств.
Сравнительная структура РНК и ДНК.
Двумерная пространственная структура рибозима простейшего организма Tetrahymena.
Схематическое изображение рибосомы - молекулярной машины для синтеза белка.
Схема процесса 'эволюции в пробирке' (селекс-метод).
Луи Пастер (1822-1895) первым обнаружил, что кристаллы одного и того же вещества - винной кислоты - могут иметь две зеркально-симметричные пространственные конфигурации.
В начале 1950-х годов Стенли Миллер из Чикагского университета (США) проделал первый эксперимент, моделирующий химические реакции, которые могли протекать в условиях молодой Земли.
Хиральные молекулы, например аминокислоты, зеркально симметричны, как левая и правая рука. Сам термин 'хиральность' происходит от греческого слова 'хирос' - рука.
Теория РНК-мира.

На каждом этапе истории люди предлагали свое решение загадки появления жизни на нашей планете. Древние, не знавшие слова "наука", находили для неизвестного простое и доступное объяснение: "Все, что есть вокруг, было когда-то и кем-то создано". Так появились боги.

Со времен зарождения древних цивилизаций в Египте, Китае, затем и в колыбели современной науки - Греции, вплоть до Средних веков, основным методом познания мира служили наблюдения и мнения "авторитетов". Постоянные наблюдения однозначно свидетельствовали, что живое при соблюдении определенных условий появляется из неживого: комары и крокодилы - из болотной тины, мухи - из гниющей пищи, а мыши - из грязного белья, пересыпанного пшеницей. Важно лишь соблюсти определенную температуру и влажность.

Обеспечим библиотеки России научными изданиями!

Европейские "ученые" Средневековья, опираясь на религиозную догму о сотворении мира и непостижимости божественных замыслов, считали возможным спорить о зарождении жизни только в рамках Библии и религиозных писаний. Суть сотворенного Богом невозможно постичь, а можно лишь "уточнить", пользуясь сведениями из священных текстов или находясь под влиянием божественного вдохновения. Проверять гипотезы в то время считалось плохим тоном, и всякая попытка подвергнуть сомнению мнение святой церкви рассматривалась как дело небогоугодное, ересь и святотатство.

Познание жизни топталось на месте. Вершиной научной мысли в течение двух тысяч лет оставались достижения философов Древней Греции. Наиболее значимыми из них были Платон (428/427 - 347 гг. до н. э.) и его ученик Аристотель (384 - 322 гг. до н. э.). Платон в числе прочего предложил идею одушевления изначально неживой материи благодаря вселению в нее бессмертной нематериальной души - "психеи". Так появилась теория самозарождения живого из неживого.

Великое для науки слово "эксперимент" пришло с эпохой Возрождения. Две тысячи лет понадобились для того, чтобы человек решился усомниться в непреложности авторитетных утверждений ученых древности. Одним из первых смельчаков, известных нам, стал итальянский врач Франсиско Реди (1626 - 1698). Он провел чрезвычайно простой, но эффектный опыт: поместив в несколько сосудов по куску мяса, одни из них накрыл плотной тканью, другие - марлей, а третьи оставил открытыми. Тот факт, что личинки мух развивались только в открытых сосудах (на которые могли садиться мухи), но не в закрытых (к которым все же был доступ воздуха), резко противоречил верованиям сторонников Платона и Аристотеля о непостижимой жизненной силе, носящейся в воздухе и превращающей неживую материю в живую.

Этот и подобные ему опыты положили начало периоду ожесточенных сражений между двумя группами ученых: виталистами и механистами. Суть спора состояла в вопросе: "Может ли функционирование (и появление) живого быть объяснено физическими законами, применимы ми также и к неживой материи?" Виталисты отвечали на него отрицательно. "Клетка - только из клетки, все живое - только от живого!" Это положение, выдвинутое в середине XIX века, стало знаменем витализма. Самое парадоксальное в этом споре то, что даже сегодня, зная о "неживой" природе составляющих наш организм атомов и молекул и в общем согласившись с механистической точкой зрения, ученые не имеют экспериментального подтверждения возможности зарождения клеточной жизни из неодушевленной материи. Никому еще не удалось "составить" даже самую примитивную клетку из "неорганических", присутствующих вне живых организмов, "деталей". А значит, окончательную точку в этом эпохальном споре еще предстоит поставить.

Так как же могла возникнуть жизнь на Земле? Разделяя позиции механистов, легче всего конечно же представить, что жизнь сначала должна была возникнуть в какой-нибудь очень простой, примитивно устроенной форме. Но, несмотря на простоту строения, это все же должна быть Жизнь, то есть то, что обладает минимальным набором свойств, отличающих живое от неживого.

Каковы же они, эти критически важные для жизни свойства? Что, собственно, отличает живое от неживого?

До конца XIX века ученые были убеждены, что все живое построено из клеток, и это является самым очевидным отличием его от неживой материи. Так считали до открытия вирусов, которые, хотя и меньше всех известных клеток, могут активно заражать другие организмы, размножаться в них и производить потомство, обладающее такими же (или очень похожими) биологическими свойствами. Первый из обнаруженных вирусов, вирус табачной мозаики, описан русским ученым Дмитрием Ивановским (1864-1920) в 1892 году. С той поры стало ясно, что более примитивные создания, чем клетки, могут также претендовать на право называться Жизнью.

Открытие вирусов, а затем и еще более примитивных форм живого - вироидов позволило в итоге сформулировать минимальный набор свойств, которые необходимы и достаточны, чтобы исследуемый объект можно было назвать живым. Во-первых, он должен быть способен к воспроизводству себе подобных. Это, однако, не единственное условие. Если бы гипотетическая первородная субстанция жизни (например, примитивная клетка или молекула) была способна лишь просто производить свои точные копии, она в итоге не смогла бы выжить в меняющихся условиях окружающей среды на молодой Земле и образование других, более сложных форм (эволюция) стало бы невозможным. Следовательно, нашу предполагаемую примитивную "субстанцию первожизни" можно определить как нечто, устроенное максимально просто, но при этом способное изменяться и передавать свои свойства потомкам.

Что же может претендовать на звание такой "первичной жизненной субстанции"? Совершим еще один небольшой исторический экскурс, чтобы посмотреть, как сменялись "фавориты", претендовавшие на звание первожизни.

КАНДИДАТЫ В МОЛЕКУЛЫ ПЕРВОЖИЗНИ

Чтобы понять, как устроена жизнь, в первую очередь необходимо было установить, из каких компонентов состоит живая материя и что ее в этом отношении отличает от материи неживой. Затем требовалось определить, какие из этих компонентов отвечают за самое важное свойство живого - передачу наследственных свойств от родителей потомкам.

Конечно, в наше время бурного развития биологии ответы на эти вопросы кажутся яснее ясного, однако всего несколько десятилетий назад ученым пришлось немало поломать над ними головы.

Тот факт, что живая материя отличается от неживой по составу, был очевиден уже для естествоиспытателей древности. Все живое более хрупко и неустойчиво - отмечали они. Если сильно нагреть что-либо неживое - воду или камень, они после остужения снова превращают ся в исходную форму. Если то же проделать с живым - оно либо меняется, либо разрушается. Какие же вещества определяют эту существенную разницу?


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Гипотезы, предположения, факты»

Детальное описание иллюстрации

Двумерная пространственная структура рибозима простейшего организма Tetrahymena. Участки РНК, обозначенные оранжевым цветом, комплементарны, и потому они взаимодействуют друг с другом, образуя короткие двойные цепочки. Дальние взаимодействия участков РНК, приводящие к формированию более сложной трехмерной пространственной структуры рибозима, выделены голубым цветом. Некомплементарные участки цепи РНК отмечены зеленым цветом. Удивительное свойство рибозима состоит в том, что он способен к автокаталитическому вырезанию самого себя из более длинной молекулы РНК. Участки, остающиеся после такого автокаталитического расщепления РНК, окрашены на рисунке в серый цвет.
Схематическое изображение рибосомы - молекулярной машины для синтеза белка. Последовательность из трех нуклеотидов кодирует определенную аминокислоту. Рибосома 'считывает' код и присоединяет нужную аминокислоту к строящейся пептидной цепочке. На рисунке аминокислоты обозначены буквами: М - метионин, R - аргинин, S - серин.
В начале 1950-х годов Стенли Миллер из Чикагского университета (США) проделал первый эксперимент, моделирующий химические реакции, которые могли протекать в условиях молодой Земли. Нижняя колба с водой представляла собой 'океан'; при нагревании пары воды поднимались вверх и попадали в другой сосуд, содержащий характерную для первобытной атмосферы смесь газов - метана (CH<SUB>4</SUB>), аммиака (NH<SUB>3</SUB>) и водорода (H<SUB>2</SUB>). Когда через 'атмосферу' пропускали электрические разряды ('молнии'), в газовой смеси начинались химические реакции. Водорастворимые продукты реакций конденсировались в холодильнике и стекали в 'океан'. В этом эксперименте удалось получить сложные органические соединения, включая сахара и аминокислоты. Позднее было показано, что, если добавить в реакционную смесь цианиды, среди продуктов появляются азотистые основания, входящие в состав нуклеиновых кислот.