Жизнь пришла на Землю из Космоса

Это знали еще древние индейцы доколумбовой Америки. Знали о генах, хромосомах, аппарате наследственности и строении ДНК...

Что такое ДНК и РНК

Живая клетка состоит из ядра, цитоплазмы и оболочки. Ядра клеток содержат молекулы двух сортов - белки и нуклеиновые кислоты.

Швейцарский биохимик и врач Иоганн Фридрих Мишер (1844-1895), исследуя клетки лейкоцитов, в ядрах обнаружил соединения кислотной природы. Поскольку их обнаружили в клеточных ядрах (греч. нуклеосядро) они получили название "нуклеиновые кислоты".

Существует два основных типа нуклеиновых кислот. Каждый назван по типу сахара, входящего в его состав. Один из типов нуклеиновой кислоты содержит пятиуглеродный сахар рибозу. Нуклеиновые кислоты с рибозой называются рибонуклеиновыми кислотами - РНК.

В составе РНК содержится гидроксильная группа OHI. Если отнять от этой гидроксильной группы атом кислорода, получим рибозу, лишенную кислорода, или дезоксирибозу (дез. лат. - отсутствие + окси. греч. - кислород). Соответственно, содержащая ее нуклеиновая кислота будет называться дезоксирибонуклеиновая кис-лота". Или сокращенно - ДНК.

Молекулы ДНК и РНК - носители генетической информации в клетке. Они присущи всему живому. Нуклеиновые кислоты осуществляют первичный контроль над всеми важнейшими процессами жизнедеятельности во всех организмах от листа растения до человека. В случае человека под этим подразумевается и размножение, и гениальные открытия, и морские путешествия.

Получается, что эти крошечные молекулы разумнее самого разума и осмысленнее самой воли.

На троих...

ДНК и РНК, в свою очередь, состоят из нуклеотидов - более мелких структурных единиц живых молекул. (Читатель заметил, что мы постепенно углубляемся в живую материю, но, как он увидит, сложность ее от этого только возрастает).

Нуклеотиды образуются из оснований (кольцеобразных соединений атомов азота и углерода), сахаров и фосфатных групп (фосфорной кислоты). Эта химическая троица образует строительные блоки, составляющие молекулы нуклеиновых (ядерных) кислот. Все нуклеотиды сходны между собой. Все они построены одинаково из 3 частей: основание + сахар + фосфорная кислота. Вроде бы так просто, и нет никаких тайн. Где же возникает это самое гениальное управление?

Цветные бусины

Сахар и фосфатная группа одинаковы у всех нуклеотидов.

Однако оснований существует четыре вида. Соответственно есть и четыре вида нуклеотидов. Каждый из них включает то или иное основание. С небольшим различием эти нуклеотиды входят в состав ДНК и РНК, то есть в состав всех живых клеток.

Каждую молекулу нуклеиновой кислоты, вытянутой в виде длинной цепи, образуют все четыре вида нуклеотидов. Но располагаются они вдоль молекулы самым различным образом. Подобно этому на одну нитку мы можем в разной последодовательности нанизать красные, синие, желтые и зеленые бусины. Бусины - нуклеотиды. Их порядок и определяет своеобразие молекулы нуклеиновой кислоты, ибо сочетать четыре основания (как и четыре цвета) можно громадным числом способов.

Считается, что именно порядок расположения и количество нуклеотидов в молекулах нуклеиновых кислот определяют все различия и все то разнообразие живых организмов на Земле, которое мы наблюдаем. А в настоящее время их насчитывается около 500 тысяч растительных и около полутора миллионов животных видов. Бактерий и вирусов - на порядки больше. Предполагается также, что число животных видов на самом деле достигает одного миллиарда. Всего же на Земле за всю ее историю, как предполагают, существовало 1,5 - 2 миллиарда видов животных.

Такие различия обеспечивают только четыре нуклеотида!

Этот же порядок расположения нуклеотидов в ДНК определяет функционирование и жизнедеятельность всех организмов, населяющих (и населявших) Землю: программу наследственности от рождения до смерти.

Спираль жизни

В 1944 году было открыто (на бактериях), что передачу наследственной программы осуществляет ДНК. Так был найден ключ к разгадке тайны специфического вещества наследственности, ее материального носителя. Это открытие позволило связать явление передачи наследственного признака, например, голубых или карих глаз у человека, с химическим действием конкретного химического соединения.

Итак, возникла гипотеза, что именно ДНК контролирует наследственность и жизнедеятельность клеток. Существуют различные типы ДНК, по-разному активные. Но у них есть один удивительный общий знаменатель. Самое главное свойство ДНК - способность дублировать себя. Оно воспроизводит подобные себе молекулы, столь же замечательные, сложные и умные, если не сказать супергениальные.

Как отмечено выше, основное свойство живого - деление клеток. Руководит этим делением и контролирует этот процесс ДНК.

Как установили в 1953 году биохимики Д. Уотсон и Ф. Крик (Кембриджский университет в Англии), получившие за свое открытие Нобелевскую премию, молекула ДНК представляет собой пространственную структуру в виде двойной спирали. Части этой спирали соединены слабыми водородными связями.

Водородные связи как бы ступеньки этой витой лестницы. Перила же состоят из фосфатов и лишенных кислорода нуклеотидов (дезоксирибоза). Отсутствие атома кислорода высвобождает водородную связь в гидроксильной группе OHI. За счет этого образуется свободная химическая валентность (способность присоединять другие атомы).

Эта связь слабенькая, но их тысячи по "перилам" лесенки ДНК. И молекула ДНК держит форму. Многочисленность связей позволяет молекуле ДНК сохранять форму, а слабость водородных связей обеспечивает легкий разрыв цепочки. И в этом состоит великая тайна зарождения новой жизни, тайна удвоения молекул ДНК.

Как работает застежка-молния

Длинная скрученная молекула ДНК, как застежка-молния, может рваться (связи-то слабые!). И эта возможность разрыва играет в живом колосальную роль. Сама же молекула обладает свойством управлять химическими процессами в клетке, присоединяя к себе из ее химической материи нужные атомы.

Среди сырьевых запасов клетки всегда есть разные нуклеотиды. "Расстегнутая" ДНК начинает присоединять к себе нужные нуклеотиды, все прочие присоединяться не будут. Дело в том, что "перила" лестницы ДНК построены из пар нуклеотидов, химически строго соответствующих друг другу. Так, аденин соединен с тимином и только с ним. Если расплелась спираль ДНК, то аденин присоединит к себе новый тимин, материнский тимин притянет новый аденин. Связи замкнутся. Цепочка начинает себя удваивать в точной копии. Цепочка ДНК начнет расплетаться дальше, достраивая саму себя. Пока не будут образованы две совершенно одинаковые нити ДНК. Произошло удвоение генетического материала.

Маленький ядерный взрыв внутри клетки

Молекула ДНК входит в состав ядра клетки и начинает в подлинном смысле ядерную реакцию.

Молекула ДНК, разделившись, вызовет деление хромосомы - набора молекул ДНК.

Под микроскопом хромосома выглядит как спутанный клубок нитей с выступающими петлями. Каждая нить - молекула ДНК. Вся хромосома напоминает длинного живого червя, который шевелится, съеживается и, наконец, делится пополам. Он удваивает сам себя до двух новых, совершенно идентичных, хромосом. Внутри каждой хромосомы - идентичные пары молекул ДНК с дважды повторенной генетической программой.

Вернемся на уровень ДНК. Аденин, как сказано, всегда образует пару только с тимином, гуанин - только с цитозином (все четыре соединения - это основания). Связи образуются между водородом и крупными атомами, такими, как азот и кислород.

Вся эта модель - всего лишь гипотеза. Но она удобно объясняет многие явления генетики. Понятен становится, например, механизм самоудвоения молекул ДНК, а соответственно и передачи генетического материала от клетки к клетки.

Суть этого механизма с физико-химической точки зрения в различной величине молекул оснований. Они выстраиваются в строгие пары, как девушки и парни на танцплощадке. Кто там девушки, кто - парни, не будем разбираться. Главное, что общее количество аденинов в ленте ДНК равно числу тиминов (они спариваются), число гуанинов - числу цитозинов. Вот такой исполняется микромолекулярный "танец любви" внутри каждого из нас от рождения до смерти. Существование удивительной зависимости - микромолекулярной "любви" - подтверждено опытным путем.

Кстати, опытные наблюдения над хромосомами ставят вопрос и о пределах живого. Если целое - человек живой, то и каждая его часть (рука, нога) живая. Аналогично этому, если огромная молекула хромосомы движется и живет подобно живому червю, проявляя все признаки жизни, то соответственно ее фрагменты - тоже живые существа. Фрагменты фрагментов, то есть, например, "перила" ДНК или отдельные основания, участвующие в микромолекулярном "танце любви", - живые они или мертвые?

Вот ведь в чем вопрос. Пожалуй, что на него надо ответить положительно. То есть в том смысле, что ДНК и ее отдельные части - живая материя. Но так мы дойдем и до атомов. А что же тогда остается косному веществу? Ведь и атомы находятся в непрерывном движении. Скажем, тот же азот или кислород. Они тоже участвуют в "танце" соединения пар оснований. Точно так же, как отдельные люди - в общем хороводе.

Отсюда может следовать только один вывод - вся природа живая, и пределов этому живому нет, в том числе и на микроуровне.

Это-то, может быть, и обеспечивает функционирование механизма воспроизведения живого уже и на макроуровне.

Гениальное упрямство природы

Тщательно проведенные биохимические опыты позволили установить, что химический состав ДНК и их количество в клетках животных или растений одного и того же вида постоянны от поколения к поколению.

Удивительно, но природа упорно воспроизводит во все новых и новых особях одних и тех же видов совершенно одинаковые свойства.

Это и обеспечивает постоянство наследственных свойств. Удивительно, но это постоянство выдерживается порой миллионы лет. Так, в янтаре, застывшей смоле доисторических деревьев, находят насекомых (например, пчел), ничем не отличающихся от современных. Это даже дало основание знаменитому французскому энтомологу Ж. А. Фабру (1823-1915), оставившему прекрасные труды о жизни насекомых, утверждать, что насекомые не подвержены эволюции. Еще пример. В водах Австралии, вообще загадочного континента, живет двоякодышащая рыба, которая не изменилась за 350 миллионов лет. В этих случаях сотни тысяч и миллионы лет молекулы наследственности упорно передают одни и те же признаки миллиардам особей живых существ, обеспечивая особенности вида. Именно благодаря этому воспроизводятся вирус, роза или крокодил.

(Окончание следует).

Лев МеЛьНиков

Зодиак 51,2004