Механизмы происхождения и функционирования структур живого
В свое время Дж. Джинс привел пример: вероятность случайного, самопроизвольного образования молекулярных структур жизни не выше, чем если бы обезьяна, стуча по клавишам, случайно выбила тома Британской энциклопедии.
Из миллиардов органических соединений, существующих в природе, в построении живого участвуют лишь несколько сотен, например, из 100 аминокислот в состав белка входят 20 (причем совершенно обязательных — 9, остальные, вероятно, синтезируются организмом); лишь по 4 нуклеотида ДНК и РНК — в основе сложных полимеров, ответственных за наследственность и регуляцию белкового синтеза. Тем более замечательно образование столь огромного многообразия из столь узкого круга условий и компонентов. Ключ к пониманию загадки жизни дает концепция самоорганизации. Выясняется, что здесь «естественный отбор» идет из продуктов, которые можно получить множеством различных способов и которые обладают при этом обширным каталитическим спектром, т. е. путеводной нитью для природы и нашего понимания природы является своеобразный принцип избыточности (обеспечивающий наибольшие шансы для возникновения и «выживания»). Установлено, что каталитические процессы включаются только при температурах ниже 5000°, т. е. после длительной подготовки, согласования, сбалансирования процессов горячей по молодости Вселенной. При этом образуются достаточно обыденные углеродные соединения типа СН3ОН, Н2СО и т. д. — как некая некаталитическая база последующего большого катализа. Возникновение градиента температуры, сохраняющегося в течение длительного времени, служит условием образования (в охлаждающихся областях вблизи звезд) сложных молекул, лежащих в основе жизни. Есть предположение (Дж. Коккони) об изоморфизме (общности форм) определенных типов структур, характерных для микромира (при повышении энергии столкновения молекул), и биологических структур, формирующихся при росте времени (величины, канонически сопряженные с энергией). В этом смысле можно говорить о специфическом, физико-биологическом типе дополнительности, позволяющем понять условия самозарождения жизни. Выяснилось также, что в условиях сверхнизких температур и интенсивных излучений (где, как не в космосе!) могут образовываться структуры, очень близкие к молекулярным структурам живого. Как показал М. Эйген, условия для образования таких структур возникают благодаря передаче информации на предбиологическом уровне, на так называемой стадии гиперциклов; предварительная информация как бы инструктирует организацию материи. Еще более совершенный механизм передачи информации, на еще более высоком уровне организации и со многимм «степенями защиты» обеспечивает воспроизведение жизни. Раз возникнув, жизнь продолжает создавать условия для своей эволюции. Как результат коэволюции макро- и микроявлений, связанных диссипативными процессами, предстает и возникновение сознания. На молекулярно-генетическом уровне биологических структур важнейшее значение имеет асимметрия, как синоним антиэнтропий- ности, повышения организации. Аминокислоты, содержащиеся не только в человеческом организме, но и во всем живом, растениях и даже вирусах, являются изомерами левого вращения, соответствующим образом отклоняя поляризованный свет. Столь же оптически активными являются правовращательные аминокислоты. Это свойство называется молекулярной хиральностью (от греч. cheir — рука). А вот неорганические вещества, обладая симметрией, соответственно лишены такой формы оптической активности. Стоит добавить, что если бы человек превратился вдруг в свое зеркальное, «правохиральное» отображение, то в принципе ничего бы не изменилось до момента приема пищи животного и растительного происхождения, которую он не смог бы переварить. Выяснилось также, что чем длиннее и сложнее трофические (пищевые) связи между составляющими живую систему элементами, тем она жизнеспособнее и устойчивее. Выделяя роль механизмов приема пищи в жизненном балансе, различают автотрофные организмы, которые не нуждаются в органической пище и могут жить за счет либо ассимиляции углекислоты (бактерии), либо фотосинтеза (растения). Гетеротрофными называются организмы, которые не могут жить без органической пищи.
Какие из них возникли раньше, пока неясно. Логично предположить, что сложные органические вещества, необходимые для гетеротрофного питания, могли образоваться лишь после подготовки условий для этого автотрофными организмами. С другой стороны, можно предположить (А. Опарин) первичный «бульон», содержащий органические вещества как питательную среду для дальнейшего развития. Еще убедительнее выглядит мысль, что правильнее рассматривать этот вопрос комплексно, с точки зрения самоорганизации и коэволюции автотрофных и гетеротрофных структур. Нельзя исключать возможности небелковой формы жизни: ни сам белок, ни его составные элементы не представляются уникальными соединениями с точки зрения химии. Вероятно, белковая форма оказалась наиболее подходящей для Земли — как результат своеобразного «естественного» отбора и коэволюции земных условий и возникающих в них биологических структур. Что касается «всеядности» человека и сложности его трофической организации, то это — результат эволюции, но особой «подпитки» требует мозг человека. Отдельно следует сказать о вирусах. Эти странные существа, превосходящие обычную молекулу белка в тысячу раз, воспроизводятся в клетке «хозяина». Пока идут споры, в какой форме их можно отнести к живому, вирусы активно разрушают живые структуры. Впрыскивая в клетку ДНК, вирус производит захват и разрыв клетки, подготавливая плацдарм к лавинообразному возникновению новых вирусов. Бороться с этим процессом чрезвычайно трудно, и если вирус погибает без живого носителя, то, напротив, при наличии вируса погибают живые клетки (хотя правильнее говорить об их своеобразном взаимодействии и, соответственно, нарушениях в ослабленном организме). На вирусах наглядно можно проследить результаты обмена информацией. Так, если поместить на некотором расстоянии две изолированные пробирки, одна из которых инфицирована вирусом, то вскоре в обеих пробирках среда оказывается или «вирусной», или «здоровой». Еще раньше (70-е годы прошлого века) это удивительное свойство обнаружено на клеточном уровне, что используется в современной медицине: если не удается подавить больную клетку, то она хотя бы блокируется (например, лазером) как источник избыточной информации. Поскольку клетка считается минимальной живой системой, «атомом» живого, то именно с нее начинается изучение онтогенетического уровня (т. е. отдельного, индивидуального). Простейшие клетки, лишенные ядер, называются прокариотами, клетки, содержащие ядра, — эукариотами. Эти два класса клеток обладают существенными различиями в строении клеточных стенок и мембранных систем, механизмах белкового синтеза, структуре и функционировании генетического аппарата и т. д. Из эукариотов состоят такие одноклеточные организмы, как бактерии, грибы, так называемые сине-зеленые водоросли. Все остальные организмы — одноклеточные, а также многоклеточные — построены из позже возникших эукариотов. Существуют также архебактерии, клетки которых сходны и с прокариотами, и с эукариотами. Вероятно, все эти три линии развития жизни на Земле восходят из неких протоклеток, обладающих основными свойствами живых организмов. Это прежде всего способность к обмену со средой (основной признак открытых систем), способность к метаболизму, т. е. биохимическим реакциям усвоения необходимых для роста клетки веществ и удаления отработанных, способность к делению и т. д. Каждое из перечисленных звеньев было необходимым для возникновения и поддержания жизни (например, растения в кислородно-углеродном обмене). Существенно иметь в виду, что прокариоты (например, микробы) вполне могут прожить без всех верхних этажей пирамиды живых существ, а человек, «венец природы», без нижних этажей не может (хотя слишком редко об этом задумывается). Обильное распространение в последнее время сине-зеленых водорослей, спутников первобытного синтеза тревожно — это не только свидетельство загрязнения озер и морей, но и еще более грозный звонок: с разрушением экосистем Земле угрожает гибель, и она начинает цикл с начала.