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!
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.
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.
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 информатики.
Сказка о живой планете
Дзинтара предупредила детей:
— У нас гости: сегодняшнюю сказку будет читать сам автор.
В комнату вошёл седой сказочник, который вёл за руку совсем маленького мальчика, совсем недавно научившегося ходить. Мальчик заинтересованно огляделся по сторонам, поприветствовал всех загадочной фразой:
— Ищь адядя! — и сразу направился к большому аквариуму с разноцветными рыбками.
Сказочник же со вздохом уселся в кресло и показал на мальчика.
— Я привёл с собой своего внука Лёвушку, потому что он важный герой этой истории. Хочу рассказать вам о живой планете: о нашей Земле и её обитателях. Вы спросите: почему бы не дать рассказать эту историю вашей маме, биологу по профессии? Но я полагаю очень важным, чтобы ценность жизни на нашей планете была понятна для всех обычных людей, а не только для биологов. Земляне — часть живой природы, но мы, как правило, не знаем латинских названий даже хорошо знакомых нам растений и животных; мы плохо представляем, как устроены скелеты и пищеварительные системы окружающих нас существ. Но это не должно мешать нам жить в единстве с земной биосферой. Поэтому я расскажу вам о животных, которых можно встретить совсем рядом, не совершая путешествия в тропические страны или далекие континенты.
Мой дом стоит в лесу, и я частенько наблюдаю за жизнью его обитателей. Знойным летним днём вокруг стоит неумолчный шум от кузнечиков и цикад. Яркие бабочки любят цветы, которые растут в горшках у меня на веранде. Иногда прибредёт крупный зелёный богомол или коричневый палочник, длиной с ладонь, очень похожий на сухую веточку дерева. Пение и щебетание птиц никогда не надоедает. Вокруг дома растут густые голубые ели, и там нередко устраивают гнёзда разные птицы.
Кто только не прилетал к моему дому: красные кардиналы и золотые зяблики, дятлы с красными шапочками и индюки с пышными хвостами. Однажды синяя птица, которая была настолько синей, что в её реальность верилось с трудом, ударилась об оконное стекло и некоторое время сидела в оцепенении, отходя от шока. Я взял её и положил в коробку с тёплой подстилкой и кормом, чтобы она могла согреться и отдохнуть. Через час она улетела, оставив яркое воспоминание и фотографию на память. У каждой птицы свои повадки: мелкие воробьишки с коротким клювом клюют в траве зёрнышки, а колибри с длинным изогнутым клювом сосут нектар из цветков с узкой горловиной. Красный кардинал, заметив своё отражение в стекле, обычно решает, что это соперник, который покушается на его территорию, и начинает безуспешную борьбу с зазеркальным противником. Однажды парочка кардиналов устроила гнездо в голубой ели и вывела птенцов. Настал день, когда птичьи дети вылетели из гнезда, возможно понукаемые родителями. Но один птенец долго не отваживался на самостоятельный полёт: он сидел, крепко вцепившись в ветку дерева, и не решался броситься вниз, даже когда огромные двуногие звери столпились вокруг и принялись его фотографировать.