Глава 4. Жизнь на Земле
Обмен учебными материалами


Глава 4. Жизнь на Земле



От микроба до человека

Прогресс науки в современную эпоху происходил за счет отказа от некоторых традиционных обоснований веры в Бога. Не зная ничего о том, как возникла Вселенная, проще было считать, что она появилась в результате действия (или ряда действий) Бога. Аналогичным образом, пока Кеплер, Коперник и Галилей не перевернули привычные представления об устройстве мира, нахождение Земли в центре Вселенной, в окружении величественного звездного неба, казалось мощным доводом в пользу существования Бога: коль скоро Он поместил нас в середину мира, то и весь мир, очевидно, сотворил ради нас. Гелиоцентрическая система, вынудившая людей отказаться от этого взгляда, для многих стала потрясением основ веры.

Однако по-ирежнему сохранял свой вес третий аргумент — сложность земной жизни служила явным свидетельством разумного замысла для любого, кто был способен рассуждать логически. Как мы увидим, к настоящему моменту наука сокрушила и эту идею. Но я постараюсь показать, что здесь — точно так же, как в случае физики и астрономии, — верующий должен не отрицать науку, а принять ее выводы как основание для веры. Изящная простота, стоящая за сложностью и многообразием жизни, поистине достойна восхищения и благоговения, безусловно, она тоже способна служить источником веры, хотя и не в той примитивной форме, которая казалась привлекательной до появления дарвиновской теории.

«Аргумент от порядка мира», или телеологическое доказательство бытия. Бога, встречающееся уже у Цицерона, было особенно удачно использовано Уильямом Пейли в книге «Естественная теология, или Доказательства существования и свойств божественной сущности по явлениям природы». Пейли, философ-моралист и англиканский священник, выдвинул знаменитую аналогию с часовщиком:

Пусть, например, бродя по пустоши, я задел ногой камень, и меня спрашивают, как он здесь оказался. Возможно, я ответил бы, что, насколько мне известно, этот камень всегда здесь лежал, и, думаю, было бы весьма затруднительно доказать абсурдность такого ответа. Но предположим, я нашел на земле часы, и меня спрашивают, каким образом они оказались в этом месте. Вряд ли мне пришел бы в голову ответ, аналогичный предыдущему: мол, насколько мне известно, часы, наверное, лежали здесь всегда... у часов должен быть создатель — некий мастер или мастера, когда-то и где-то изготовившие их с целью, которой они, как мы видим, соответствуют, причем эти мастера понимали, как устроены часы, и предназначали их для определенного использования... Все те признаки замысла, все те проявления плана, что мы находим в часах, есть и в творениях природы, с тем лишь отличием, что природа неизмеримо величественнее и могущественнее1.

На протяжении большей части истории человечества существование в природе разумного плана представлялось людям очевидным. Сам Дарвин до путешествия на «Бигле» восхищался трудами Пейли и разделял его взгляды. Однако Пейли допустил логическую ошибку. Попробуем кратко повторить ход его рассуждений:



1. Часы сложны.

2. У часов есть разумный создатель.

3. Жизнь сложна.

1 Paley W. The Works of William Paley, edited by Victor Nuovo and Carol Keene. New York: Thoemmes Continuum, 1998.

4. Следовательно, у нее тоже есть разумный создатель.

Но из того, что какой-то признак (сложность) у двух объектов совпадает, не следует, что все их признаки обязательно совпадут. Рассмотрим, например, следующую логическую цепочку:

1. Электрический ток в моем доме представляет собой поток электронов.

2. Электрический ток вырабатывается на электростанции.

3. Молния представляет собой поток электронов.

4. Следовательно, молния вырабатывается на электростанции.

Как ни привлекательны доводы Пейли, ограничиваться ими нельзя. Чтобы исследовать во всей сложности жизнь на этой планете и наше собственное происхождение, мы должны глубоко проникнуть в увлекательнейшие революционные открытия из области палеонтологии, молекулярной биологии и генетики, проливающие свет на природу живых существ и наше с вами происхождение. Пусть верующие не боятся, что в результате такого исследования Бог окажется свергнут с трона; если Он действительно всемогущ, вряд ли Ему могут угрожать наши слабые попытки понять устройство Его мира. Наука в состоянии открыть искателю знания много интересного о работе механизмов, управляющих жизнью. Но с помощью одной науки нам никогда не найти ответа на вопросы о том, почему существует жизнь и зачем нужны мы.

Происхождение жизни на планете Земля

Научный ответ на вопрос о сложности жизни начинается с хронологии. Мы сейчас знаем, что Вселенной около 14 млрд лет. Век назад не было даже известно, сколько времени существует наша собственная планета. Однако затем благодаря открытию радиоактивности и естественного распада некоторых химических изотопов появилось радиоактивное датирование — изящный и довольно точный метод определения возраста различных горных пород, встречающихся на Земле. Научную основу этого метода, подробно описанного в книге Брента Далримпла «Возраст Земли»1, составляют известные и очень долгие периоды полураспада трех радиоактивных элементов: урана, постепенно превращающегося в свинец, калия, который становится аргоном, и довольно редкого стронция, переходящего в еще

■ более редкий рубидий. Измеряя соотношение в породе элементов из этих пар, можно оценить возраст планеты. Результаты независимых измерений здесь замечательным образом сходятся, указывая на возраст Земли порядка 4,55 млрд лет с возможным отклонением около 1%. Самым древним горам на нынешней поверхности Земли примерно 4 млрд лет, но около 70 метеоритов еще старше — им, как и нескольким образцам лунной породы, приблизительно 4,5 млрд лет.

1 Dalrymple G.B. The Age of the Earth. Stanford University Press, 1991.

Все, что мы знаем о раннем состоянии Земли, показывает, что в первые 500 млн лет своего существования наша планета была очень негостеприимной. Па нее постоянно падали, производя огромные разрушения, гигантские астероиды и метеориты; в результате столкновения с одним из них от Земли, как сейчас считается, отделилась Луна. Потому не удивительно, что породы, образовавшиеся 4 млрд лет назад или раньше, не несут абсолютно никаких признаков существования жизни. Всего через 150 млн лет начинают обнаруживаться различные типы микроорганизмов. По-видимому, эти одноклеточные существа были способны к хранению информации — возможно, на основе ДНК, — могли самовоспроизводиться и затем развились в несколько различных типов.

Недавно Карл Вёзе выдвинул весьма правдоподобную гипотезу, согласно которой примитивные организмы той ранней эпохи были способны обмениваться своими ДНК1. Биосфера состояла из огромного количества крохотных независимых клеток, но эти клетки интенсивно взаимодействовали друг с другом. Если какой-то организм начинал вырабатывать белок или ряд белков, обеспечивающих некоторое преимущество, его соседи могли быстро приобрести новые свойства. Тем самым, в определенном смысле эволюция на ранней стадии была, пожалуй, скорее «общественной», чем индивидуальной. Этот так называемый «горизонтальный перенос генов» зафиксирован в наши дни у древнейшей из существующих ныне форм бактерий — архебактерий, или архей; вероятно, именно он способствовал быстрому распространению новых свойств.

Но откуда все-таки взялись самовоспроизводящиеся организмы? Честно будет сказать, что в настоящее время мы этого просто не знаем. Ни одна из современных гипотез не приближает нас к объяснению того, каким образом за каких-то 150 млн лет в пребиотической среде, существовавшей на планете, зародилась жизнь. Безусловно, гипотезы предлагались, в том числе и вполне разумные, но с точки зрения статистики их правдоподобие представляется все-таки невысоким.

1 Woese C.R. A New Biology for A New Century. // Microbiology and Molecular Biology Reviews, 68 (2004). P. 173-186.

Пятьдесят лет назад Стэнли Миллер и Гарольд Юри провели знаменитый эксперимент по реконструкции так называемого первичного бульона — смеси воды и органических веществ, которая могла бы служить основой для земной жизни. Пропуская через эту смесь электрические разряды, ученые сумели получить небольшие количества важнейших веществ, входящих в состав живых организмов, в том числе аминокислоты. Следы аналогичных соединений на метеоритах, прибывших из межпланетного пространства, также указывали, что сложные органические молекулы могут образовываться в результате естественных процессов, происходящих во Вселенной.

Однако все прочие детали остались очень и очень схематичными. Как из этих химических соединений могла сложиться самовоспроизводящаяся молекула, несущая информацию? Представляется совершенно немыслимым случайное появление молекулы ДНК, где на фосфатно-сахарном остове держатся причудливо расположенные органические основания, громоздящиеся чуть ли не поверх друг друга и соединенные попарно на каждом витке двойной спирали. Сравнительно недавно рядом исследователей было выдвинуто предположение о первичности не ДНК, а РНК, которая тоже в состоянии нести информацию и вдобавок выступает катализатором в определенных реакциях, где ДНК участвовать не может. ДНК — нечто вроде жесткого диска компьютера: она должна играть роль стабильного средства хранения информации (хотя и в ней, точно так же, как в компьютере, возможны сбои и путаница). РНК больше похожа на Zip-диск или флэш-карту — она перемещается вместе со своей программой и способна сама производить определенные события. Однако несмотря на попытки, предпринимавшиеся многочисленными исследователями, в экспериментах с первичным бульоном ни разу не удалось получить основных блоков РНК; никому, кроме того, не удалось сконструировать полностью самовоспроизводящуюся РНК.

Фундаментальные сложности с прослеживанием пути возникновения жизни привели некоторых ученых, в том числе Фрэнсиса Крика (открывшего вместе с Джеймсом Уотсоном двойную спираль ДНК), к идее о внеземном происхождении жизни, которая была занесена на планету мелкими частицами, дрейфующими в межзвездном пространстве и захваченными полем тяготения Земли, а может быть, даже — намеренно или случайно — каким-то древним космическим путешественником. Но давая ответ на вопрос о происхождении жизни на Земле, данная гипотеза оставляет нерешенной проблему происхождения жизни вообще — просто это поразительное событие переносится в другое место и еще более давнее время.

Здесь стоит сказать несколько слов о часто выдвигаемом возражении против возможности спонтанного возникновения жизни на Земле, которое основано на Втором начале термодинамики. Согласно Второму началу, в замкнутой системе, не получающей извне и не отдающей вовне ни материю, ни энергию, неорганизованность (или, используя более формальный термин, энтропия) со временем может только возрастать. Поскольку формы жизни являются высокоорганизованными, они, тем самым, не могли возникнуть без вмешательства сверхъестественного Творца. Но такое рассуждение выдает непонимание смысла Второго начала: повысить степень организованности в определенной части системы, разумеется, вполне возможно (и это происходит ежедневно — например, когда вы застилаете постель или убираете со стола грязную посуду), но для этого потребуется энергия извне — не должна уменьшаться только общая энтропия всей системы в целом. В ситуации с происхождением жизни замкнутой системой является, в сущности, вся Вселенная, а энергия поступает от Солнца, так что предположение о локальном увеличении организованности, выразившемся в самопроизвольном формировании макромолекул, Второму началу термодинамики никак не противоречит.

Поскольку наука на данный момент не может прояснить фундаментальный вопрос о происхождении жизни, некоторые теисты связывают возникновение РНК и ДНК с божественным вмешательством. Если в намерения Бога, творившего Вселенную, входило появление существ, с которыми Он мог бы взаимодействовать, а именно людей, и если необходимая для этого начальная степень сложности была недостижима за счет самоорганизации химических веществ, почему бы Ему не вмешаться и не начать процесс?

Такая гипотеза выглядит очень привлекательно, тем более что ни один серьезный ученый в наши дни не готов дать убедительное естественное объяснение происхождению жизни. Но сегодня это так, а завтра может измениться. Следует быть очень осторожным, вводя утверл<дение о вмешательстве Бога в той или иной сфере, где научных знаний на настоящий момент недостаточно. От затмений в древнейшие времена и движения планет в Средние века до происхождения жизни сегодня концепция «Бога пробелов» слишком часто оказывала медвежью услугу религии и, как следствие, самому Богу (если такое возможно). Вера, помещающая Бога туда, где нам не хватает знаний о природе, окажется перед лицом кризиса, когда благодаря прогрессу науки пробел удастся заполнить. Столкнувшись с не вполне понятными естественными процессами, верующие должны остерегаться обращения к сверхъестественному в загадочных сейчас областях, чтобы не построить ненужное доказательство существования Бога, обреченное на опровержение в будущем. Для веры в Бога есть серьезные основания, включая существование при возникновении мира математических принципов и порядка. Это положительные причины, базирующиеся на знании, а не допущения на основе (временного) отсутствия знаний.

В целом, хотя вопрос о происхождении жизни, безусловно, относится к числу самых захватывающих, а неспособность современной науки предложить статистически вероятный механизм ее возникновения выглядит весьма интригующе, думающему человеку не стоит подвергать здесь риску свою веру.

Окаменелости

Любители и профессиональные ученые занимаются окаменелостями уже не один век, но последние два десятилетия принесли особенно много находок. Новые открытия в области палеонтологии помогают сейчас восполнить целый ряд пробелов в наших знаниях об истории жизни на Земле. При этом метод радиоактивного датирования, о котором мы говорили в связи с определением возраста Земли, часто позволяет довольно точно установить, когда именно жили исчезнувшие организмы.

Отметим, что от подавляющего большинства существ, когда-либо живших на Земле, не осталось абсолютно никаких следов, так как окаменелости образуются лишь в очень редких случаях. (Например, необходимо, чтобы существо застряло в грязи или горной породе определенного типа, но не досталось на растерзание хищникам; кости как правило гниют и разрушаются, мягкие ткани разлагаются.) Учитывая это, можно только поражаться обилию информации об организмах, когда-то живших на нашей планете.

Хронология, восстановленная по окаменелостям, удручающе неполна, но все же очень полезна. Например, в отложениях старше 550 млн лет встречаются только одноклеточные организмы, хотя не исключено, что уже существовали и более сложные формы жизни. Около 550 млн лет назад в окаменелостях внезапно появляются многочисленные отпечатки различных беспозвоночных. Это событие, часто именуемое «кембрийским взрывом», весьма подробно и доступно описано в книге «Чудо жизни»1, принадлежащей перу покойного Стивена Джея Гулда, самого вдохновенного и лиричного популяризатора теории эволюции в своем поколении. Гулд задается там вопросом, каким образом эволюция могла бы привести

1 Gould S.J. Wonderful Life. New York: W.W. Norton & Co., 1989.

к такому огромному разнообразию отпечатков за столь короткий период времени. (Другие эксперты — впрочем, не столь известные широкой публике, — значительно более скептически отнеслись к заявлениям о том, что кембрийский взрыв свидетельствует о скачкообразном становлении сложных форм жизни; быть может, он в действительности отражает лишь изменение условий, в результате которого появилось большое количество отпечатков, а сами организмы существовали уже миллионы лет.)

Хотя некоторые теисты пытались рассматривать кембрийский взрыв как момент вмешательства некой сверхъестественной силы, тщательное изучение фактов не дает оснований для такого вывода. Это вновь «Бог пробелов», т. е. гипотеза, не заслуживающая того, чтобы рисковать ради нее верой.

Имеющиеся на настоящий момент данные позволяют предположить, что жизнь сначала существовала только в воде, а суша оставалась безжизненной, пока около 400 млн лет назад на ней не появились первые растения, произошедшие от водных форм жизни. Прошло еще каких-то 30 млн лет, и на сушу вышли животные. Одно время на этом шаге также присутствовал пробел — слишком мало было известно переходных форм между морскими существами и сухопутными четвероногими. Но недавние открытия дали убедительные примеры именно такого перехода1. Около 230 млн лет назад началась эпоха динозавров. Сейчас общепризнано, что она закончилась внезапно и катастрофически приблизительно 65 млн лет назад; Земля тогда столкнулась с гигантским астероидом, который упал в окрестностях нынешнего полуострова Юкатан. Следы пепла, поднявшегося в воздух в результате этой чудовищной катастрофы, обнаруживаются по всему земному шару; по-видимому, преобладающие виды динозавров не выдержали климатических изменений, вызванных огромным количеством пыли в атмосфере. Они вымерли, и на Земле распространились млекопитающие.

Искушение предположить здесь сверхъестественное вмешательство очень велико. Не исключено, что астероид был единственным возможным средством освободить планету от динозавров и создать условия для процветания млекопитающих. Если бы не он, мы, возможно, так никогда бы и не появились.

1 Falk D. Coming to Peace with Science. Oowners Grove: Intervarsity Press, 2004.

Для большинства из нас представляют особый интерес ископаемые останки предков человека, и в этом случае находки последних нескольких десятилетий тоже очень многое проясняют. В Африке были обнаружены кости более чем дюжины человекообразных видов с постоянно растущей способностью к прямохождению. Первые образцы, которые мы опознаем как принадлежащие Homo sapiens, восходят к периоду, начавшемуся около 195 ООО лет назад. Остальные ветви нашего семейства оказались тупиковыми: до наших дней не дожили ни неандертальцы, обитавшие в Европе 30 ООО лет назад, ни «хоббиты», скелеты которых недавно были найдены на индонезийском острове Флорес. Этих низкорослых людей с небольшим головным мозгом отделяют от нас всего 13 ООО лет.

Хотя реконструкция по окаменелостям во многом несовершенна и в палеонтологии остается ряд нерешенных вопросов, практически все находки согласуются с идеей филогенетического дерева, родства всех живых организмов и их общего происхождения. Хорошо прослеживаются переходные формы от рептилий и к птицам, и к млекопитающим. Что же касается возражений, базирующихся на неспособности данной модели объяснить возникновение определенных видов — например, китов, — то очень многие из них были отметены благодаря вновь открытым переходным формам, причем место находки и возраст отложений часто в точности соответствовали предсказанным на основе теории эволюции.

Революционная идея Дарвина

Чарльз Дарвин, родившийся в 1809 г., сначала изучал в университете богословие и готовился стать священником англиканской церкви, но серьезно увлекся естествознанием. И хотя в молодости ему представлялась убедительной аналогия с часовщиком, предложенная Пейли, и он рассматривал высокую организованность жизни как доказательство ее божественного происхождения, эти взгляды стали меняться в 1831-1836 гг. во время путешествия на корабле «Бигль». Дарвин побывал тогда, в частности, в Южной Америке и на Галапагосских островах, где изучал окаменелые останки древних организмов и наблюдал разнообразие форм жизни в условиях их изоляции от внешнего мира.

На основе наблюдений, сделанных в период путешествия, а также дополнительных исследований, которые он вел на протяжении более чем 20 лет, Дарвин создал теорию эволюции путем естественного отбора. В 1859 г., когда выяснилось, что его может опередить Альфред Рассел Уоллес (развивавший аналогичные идеи), он в конце концов подготовил к печати и опубликовал свое знаменитое «Происхождение видов». Хорошо понимая, что его суждения наверняка будут иметь широкий резонанс, Дарвин в конце книги скромно отмечает: «Когда воззрения, развиваемые мною в этой книге и м-ром Уоллесом, или аналогичные взгляды на происхождение видов сделаются общепринятыми, это будет сопровождаться, как мы смутно предвидим, глубоким переворотом в области естественной истории»1.

Дарвин выдвинул гипотезу о происхождении всех видов живых существ от немногочисленных общих предков — возможно, от единственного предка. В пределах вида случайным образом происходят изменения, а выживание или гибель каждого организма зависит от его способности адаптироваться к окружающей среде. Этот процесс Дарвин назвал естественным отбором. Осознавая, что реакция, вероятно, будет очень бурной, он намекал на возможность аналогичного развития и для человека; соответствующая концепция была им позднее подробно развита в книге «Происхождение человека».

На «Происхождение видов» сразу же обрушилась лавина критики, хотя реакция влиятельных священнослужителей не во всех случаях была такой однозначно отрицательной, как ее часто изображают сегодня. Так, выдающийся протестантский теолог консервативного направления Бенджамин Уорфилд принимал эволюцию как «теорию метода, применявшегося божественным провидением»2, выдвигая тезис о том, что природа самой эволюции может быть сверхъестественной.

Многие истории об общественной реакции на теорию Дарвина — мифы. Например, хотя знаменитый диспут между ярым сторонником эволюционной теории Томасом Хаксли и епископом Сэмюэлом Уилберфор-сом действительно имела место, Хаксли, вопреки легенде, по-видимому, не говорил там, что ему не стыдно происходить от обезьяны, а стыдно лишь иметь что-либо общее с теми, кто затуманивает истину. Замечу, кроме того, что Дарвин похоронен в Вестминстерском аббатстве, так что религиозная община его вовсе не отвергала.

Самого Дарвина очень беспокоило воздействие его теории на религиозные верования, хотя он и постарался предложить возможную гармоничную интерпретацию. «Я не вижу, — пишет он в "Происхождении видов", — достаточного основания, почему бы воззрения, излагаемые в этой книге, могли задевать чье-либо религиозное чувство... Один знаменитый писатель и богослов писал мне: "Я мало-помалу привык к мысли об одинаковой совместимости с высоким представлением о божестве как веры в то, что оно создало несколько первоначальных форм, способных путем саморазвития дать начало другим необходимым формам, так и веры в то, что оно нуждалось каждый раз в новом акте творения для того, чтобы заполнить пробелы, вызванные действием установленных им законов"»1.

1 Darwin C.R. The Origin of Species. New York: Penguin, 1958. P. 456. (Здесь и далее цит. по: Дарвин, Чарльз. Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь. СПб.: Наука, 1991.) 2 Warfield В.В. On the Antiquity and the Unity of the Human Race. //Princeton Theological Review, 1911. P. 1-25.

А завершается «Происхождение видов» следующими знаменательными словами: «Есть величие в этом воззрении, по которому жизнь с ее различными проявлениями Творец первоначально вдохнул в одну или ограниченное число форм; и между тем как наша планета продолжает вращаться согласно неизменным законам тяготения, из такого простого начала развилось и продолжает развиваться бесконечное число самых прекрасных и самых изумительных форм»2.

Собственные религиозные представления Дарвина были неоднозначными и, по-видимому, претерпели изменения в течение последних лет его жизни. Как-то он сказал: «Правильнее всего было бы описать мое умонастроение как агностическое». В другой раз написал о «крайней трудности или даже невозможности представить себе эту необъятную и чудесную Вселенную, включая сюда и человека с его способностью заглядывать далеко в прошлое и будущее, как результат слепого случая или необходимости, — и заключил: — Размышляя таким образом, я чувствую себя вынужденным обратиться к Первопричине, обладающей интеллектом, в какой-то степени схожим с разумом человека, т.е. заслуживаю названия теиста»3.

Ни один серьезный биолог сегодня не сомневается в способности теории эволюции объяснить удивительную сложность жизни и ее разнообразие. Фактически учение о родстве всех видов и связывающем их механизме эволюции представляет собой настолько фундаментальную основу биологической науки, что без него трудно себе представить вообще какое бы то ни было исследование живой природы. И все же ни одна сфера человеческих знаний не вступала в такие серьезные конфликты с религиозным мировоззрением, как революционные идеи Дарвина. Этой битве — от анекдотического «обезьяньего процесса» против учителя Джона Скоупса до нынешних дебатов о преподавании в школах теории эволюции — пока не видно конца.

ДНК, наследственный материал

1 Darwin. The Origin of Species. P. 452. 2 Darwin. The Origin of Species. P. 459 3 Cm. Miller, Kenneth R. Finding Darwin's God. New'York: HarperCollins, 1999. P. 287.

Догадка Дарвина представляется тем более замечательной, если вспомнить, что в его время ничего еще не было известно о физической основе эволюции. Лишь спустя столетие биологам удалось установить, какой конкретный механизм отвечает за дарвиновское «происхождение, сопровождаемое модификацией».

Грегор Мендель, сравнительно малообразованный монах августинского монастыря на территории современной Чехии, был современником Дарвина и читал «Происхождение видов», но два ученых, по-видимому, не были знакомы лично. Мендель был первым, кто показал дискретный характер наследования. Многолетние опыты с горохом на монастырском огороде позволили ему заключить, что наследственные факторы, участвующие в формировании таких признаков, как сморщенная или гладкая поверхность горошин, подчинены математическим законам. Мендель не знал, что такое ген, но его наблюдения заставляли предположить существование чего-то подобного.

В течение 35 лет на эти исследования почти никто не обращал внимания, а затем произошло одно из тех удивительных совпадений, которые иногда случаются в истории науки. На рубеже XX в. труд Менделя практически одновременно (в течение нескольких месяцев) заново открыли трое других ученых. Арчибальд Гаррод, изучая «врожденные нарушения метаболизма» — редкие заболевания, встречавшиеся в семьях некоторых из его пациентов, — смог убедительно показать, что законы Менделя распространяются на людей и расстройства передаются по наследству по схеме, выявленной Менделем для растений.

Конечно, факт передачи по наследству определенных признаков — например, цвета кожи или глаз — был известен каждому, кто пристально наблюдал за нашим видом, но Мендель и Гаррод внесли в представления о наследовании математическую специфику. Механизм, стоявший за этими моделями, оставался, однако, неясным, поскольку никому не удавалось проследить химическую основу наследственности. В первой половине XX в. исследователи в основном предполагали, что наследуемые признаки передаются через белки, в силу большого разнообразия белковых молекул в составе живых организмов.

Лишь в 1944 г. Освальд Т. Эйвери, Колин М. Маклауд и Маклин Мак-карти сумели в ходе микробиологических экспериментов выявить роль ДНК в передаче наследуемых признаков. О существовании ДНК на тот момент было известно уже почти сто лет, но ее считали всего-навсего «набивкой» клеточного ядра, не представляющей особого интереса.

Менее чем через десять лет Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик первыми нашли решение вопроса о химической природе наследования, оказавшееся поистине красивым и элегантным. История бешеной гонки, итогом которой стало открытие в 1953 г. структуры ДНК, подробно описана в занимательной книге Уотсона «Двойная спираль»1. Уотсон, Крик и Морис Уил-кинс, пользуясь данными, полученными Розалиндой Франклин, смогли определить, что молекула ДНК представляет собой двойную спираль — как бы скрученную веревочную лестницу, — а записанная в ней информация определяется химическими компонентами, составляющими «ступеньки» этой лестницы.

Будучи химиком и понимая, насколько необычайны свойства ДНК и как блестяще она решает проблему кодирования «чертежей» живых организмов, я преклоняюсь перед этой молекулой. Позвольте мне рассказать и вам о ее красоте.

У молекулы ДНК (см. рис. 4.1) — целый ряд замечательных свойств. Ее внешний остов состоит из однообразно чередующихся фосфатов и Сахаров, а все самое интересное спрятано внутри. «Ступеньками лестницы» служат пары химических компонентов — нуклеиновых (азотистых) оснований, — которых насчитывается четыре. Они условно обозначаются начальными буквами своих химических наименований — А, С, G и Т (аде-нин, цитозин, гуанин и тимин).

Каждое основание обладает специфической формой, причем А соответствует Т и только вместе с ним может образовать «ступеньку», a G соответствует С. Это так называемые «комплементарные пары». Таким образом, существует четыре возможных типа ступенек: А-Т, Т-А, C-G и G-C. Если какое-то основание в одной из цепочек двойной спирали окажется повреждено, его легко будет восстановить, обратившись ко второй цепочке: единственная допустимая замена для Т (к примеру) — тоже Т. И — может быть, самое элегантное — двойная спираль прямо в себе содержит способ самокопирования: каждая из цепей способна служить шаблоном для создания новой. Если расщепить пополам все комплементарные пары, разрезав «лестницу» по серединам «ступенек», каждая половинка будет содержать всю информацию, необходимую для восстановления точной копии первоначальной молекулы.

1 Watson J.D. The Double Helix: A Personal Account of the Discovery of the Structure of DNA. New York: Atheneum, 1980 (first published in 1968).

Таким образом, в первом приближении можно рассматривать ДНК как сценарий или программу, записанную в ядре живой клетки. Эта программа закодирована на языке, в алфавите которого всего четыре буквы (или, используя компьютерную терминологию, букве соответствуют два бита). Каждая ее команда — ген — состоит из сотен тысяч букв кода, и гены определяют все сложнейшие функции клетки даже в таких организмах, как человеческий.

Сначала ученые не представляли себе, как в действительности «выполняется» программа. Разгадкой стало выявление «матричной РНК» (сокращенно мРНК), в которую копируется информация ДНК, соответствующая определенному гену. Молекула РНК представляет собой одинарную цепочку — как бы половинку веревочной лестницы со свисающими вбок ступеньками. Эта цепочка выходит из ядра клетки (хранилища информации) в цитоплазму (весьма сложную смесь белков, жиров и углеводов) и затем попадает в рибосому — удивительную фабрику по производству белков. В рибосоме происходит трансляция — считывание матрицы и построение по ней молекулы соответствующего белка. Последовательность из трех нуклеиновых оснований кодирует одну аминокислоту. Именно белки обеспечивают работу клетки и отвечают за ее структурную целостность (см. рис. 4.2).

Это краткое описание дает лишь очень поверхностное представление об удивляющем и восхищающем ученых изяществе строения ДНК, РНК и белка. Возможных трехбуквенных комбинаций из букв А, С, Т и G, как легко посчитать, 64, а аминокислот — всего 20. Это означает, что генетический код обладает встроенной избыточностью: например, последовательность GAA в коде ДНК и РНК означает глутаминовую кислоту, GAG — ее же.

Исследования многих организмов, от бактерий до людей, показали, что генетический код, определяющий, каким образом информация, записанная в ДНК и РНК, должна транслироваться в белок, един у всех известных живых существ. Язык жизни не испытал Вавилонского столпотворения. GAG соответствует глутаминовой кислоте и в почвенной бактерии, и в горчичном семечке, и в аллигаторе, и в вашей тетушке Гертруде.

Эти успехи дали начало новому научному направлению — молекулярной биологии. Открытие множества других миниатюрных химических чудес, включая белки, действующие как клей и как ножницы, позволило ученым манипулировать молекулами ДНК и РНК, сшивая вместе кусочки молекулярных программ, взятых из разных источников, и получая в результате так называемые рекомбинантные ДНК. Отсюда родилось еще одно новое направление — биотехнология, которая, наряду с другими достижениями, обещает революционные сдвиги в лечении многих заболеваний.

Научная истина и выводы из нее

То, что изложено в этой главе, может расстроить верующего, для которого аргумент от порядка мира был убедительным доказательством


сотворения жизни Богом. Без сомнения, многие мои читатели думали про себя или слышали, например, в религиозной проповеди, что великолепие цветка или орлиного полета могло возникнуть только благодаря сверхъестественному разуму, ценившему сложность, разнообразие и красоту. Теперь же, когда все это начинают объяснять с помощью молекулярных механизмов, генов и естественного отбора, кому-то наверняка хочется воскликнуть: «Довольно! Своими естественно-научными объяснениями вы лишаете мир всякой божественной тайны!»

Не огорчайтесь, божественная тайна не пострадала. Многие люди, рассмотрев все научные и религиозные доказательства, по-прежнему видят в мире творящую и направляющую руку Бога. Сам я нисколько не разочарован открытиями молекулярной биологии — наоборот. Какой же удивительной и замысловатой оказалась жизнь, как чудесно цифровое изящество ДНК! Как прекрасны и совершенны компоненты живых существ, от рибосомы, где строится белок по матрице РНК, до гусеницы, превращающейся в бабочку, или павлина, привлекающего самку своим немыслимым оперением! Учение об эволюции может — и должно быть — истинным. Но разве эволюция не имеет автора? У тех, кто верит в Бога, сейчас больше, а не меньше причин для благоговения перед Ним.


Последнее изменение этой страницы: 2018-09-12;


weddingpedia.ru 2018 год. Все права принадлежат их авторам! Главная