5.5. Состав живых организмов

Жизнь на Земле существует уже более 3 млрд. лет (дискуссии относительно времени возникновения жизни на планете продолжаются, и любые цифры могут быть оспорены). За это время эволюция не прерывалась: все живые организмы, от вирусов до, имеют один и тот же генетический код.

Какие механизмы действуют в природе и почему мы не просто внешним сходством, а пристрастиями и при­вычками, болезнями и характером так сильно походим на родителей, бабушек, дедушек? В Древней Греции философы стремились дать лаконичные определения буквально всему. Так, Платон определил человека как двуногое, лишенное перьев. Не успел стихнуть смех учеников, как Диоген принес Платону в качестве опро­вержения ощипанного петуха. После чего Платон был вынужден добавить: «... и с плоскими ногтями». Как из­вестно, в каждой шутке есть доля правды.

Одним из последних достижений в биологии было успешное расшифрование человеческого генома (от слов «ген» + «хромо­сома»). В основе отличий человека от других живых организмов лежат особенности его генетического «текста». Ребенок каждого из родителей получает текст длиной в 3 млрд. букв. И отличия генома человека от родственных видов не так уж и велики. Например, при сопоставлении сходных генов шимпанзе и человека 99 из 100 букв, как правило, одинаковы. В настоящий момент расшифровка продолжается и уже выяснено, что, при всей уникальности генома человека, в его ДНК есть довольно много сходства даже с мышами и дрозофилами [http://www.chem.msu.su/ rus/journals/chemlife/2000/genom.html].

Важной особенностью биологических организмов является их способность к воспроизводству в результате смены поколений особей и передаче наследственной информации от предыдущего поколения к последующему.

В живых организмах обнаружены почти все элементы Периодической системы элементов Д.И. Менделеева, но содержание многих из них чрезвычайно мало. Академик А.И. Опарин провел ряд модельных экспериментов, пытаясь воспроизвести природные условия, существовавшие на планете 3 млрд. лет назад. Результаты эксперимента доказали, что и в далекие геологи­ческие эпохи основа органического вещества была неизменной и состояла из простых углеводородов, спиртов, альдегидов и некоторых аминокислот. Такие каркасные элементы для всех ор­ганизмов биосферы – это кислород, углерод, водород и азот. Их общее содержание в живом веществе биосферы составляет 98,72%, и именно благодаря высокой реакционной способности и растворимости они могут образовывать самые разнообразные химические соединения. И все многообразие живых организмов планеты – от облака «живой пыли» (микроорганизмов) до 41 метрового кита – построено главным образом из этих четы­рех элементов. Таким образом, для всех живых организмов планеты характерно биохимическое единство.

Живые организмы на 70% содержат кислород, большая часть которого связана с водородом и образует воду. В водных организмах количество воды превышает 90% общей массы, в зеленой растительности – более 85%, крупные млекопитающие на 60 %,. состоят из воды, и только споры и семена содержат менее 11%, немецкий физиолог Эмиль Дюбуа–Реймон и человека на – «одушевленной водой», поскольку мы более чем на 2/3 состоим из воды.

Кроме названых четырех химических элементов к первичным элементам жизни добавляют еще два элемента: фосфор и серу. Фосфор входит в состав основы молекул наследственно–» mi – ДИК и РНК, а также молекулы, поставляющей энергию – АТФ; сера входит в состав двух из 20 основных аминокислот. Эти 6 элементов, благодаря распространенности во всех клетках, органах и тканях как растительных, так и животных и шов, являются эволюционно «сквозными», несмотря на то, что сера и фосфор в весовом отношении занимают сравнительно скромное место.

Кроме этого, к элементам–органогенам следует добавить натрий, калий, магний, кальций, хлор и железо. Таким образом, 99,9% живой массы организмов составляют элементы «исходной дюжины»: водород, углерод, азот, кислород, натрий, магний, фосфор, сера, хлор, калий, кальций, железо. На то, что они все относ итог к первым 26 элементам Периодической системы, об­ратил и свое время внимание еще Д.И. Менделеев.

Выборочно накапливая отдельные элементы и выделяя их во внешнюю среду в форме совершенно новых химических соединений, организмы тем самым изменяют и химизм биосферы.

Недостаток или избыток некоторых элементов изменяет параметры функционирования организма. Исходя из этой особенности, к группе жизненно–важных элементов необходимо причислить также кремний, медь, цинк, хром, селен, молибден, никель, олово, йод, кадмий, кобальт, свинец, фтор, барий, стронций и ртуть. Так, дефицит кобальта в почвах Австралии привел к массовым заболеваниям коров и овец анемией и к массовому падежу скота. А избыток в растениях селена вызывает облысение овец, выпадение перьев у птиц. В Средние века в мастер­ских по изготовлению головных уборов была распространена «болезнь сумасшедшего шляпочника». В те времена при изго­товлении фетровых шляп применялись препараты, содержащие ртуть, и в организме мастеров происходило постепенное накоп­ление этого тяжелого металла, поражающего в конечном итоге центральную нервную систему.

В некоторых поселениях забайкальских казаков на реке Уров и в соседних долинах еще в XIX в. была описана странная болезнь – ломкость и искривление кос­тей, названная местным населением «коряжной болез­нью». Больные были не в состоянии передвигать ноги и становились полными инвалидами. Болезнь поражала не только людей, но и домашних животных. Тайна уровской болезни была раскрыта в 30–х годах XX в. Причина – недостаток кальция, йода, фосфора в почве, воде и растениях и повышенное содержание стронция и ба­рия. В результате замещения кальция на стронций в скелетах людей возникает нарушение обмена веществ, проявляющееся в хрупкости костей и недоразвитии скелета. Десятки других элементов содержатся в очень малых количествах; возможно, их влияние на живые ор­ганизмы планеты еще выявят в будущем.