Часть 3. Эволюция мертвых

Глава 14. Химия и жизнь

свою структуру при случайном разрушении водородных связей между половин­ками ступени ДНК. Дело в том, что разрыв водородных связей не разрывает, а всего лишь раздвигает или, как принято говорить, расплавляет ступень ДНК, половинки которой остаются связанными через фосфатные группы. Кстати, слу­чайно раздвинуть ступень ДНК не так просто, т.к. половинки ступени достаточно массивны и раздвигаются только в одном направлении, поворачиваясь вокруг центра атома кислорода, заключенного между двумя атомами фосфора.

Что же происходит дальше? Раздвинутая ступень ДНК ловит своими поло­винками комплементарные пары, выходящие из недр Земли или образующие­ся в «топке» «черного курильщика». Захватив себе пару, ступень превращается в две одинаковые ступени, т.е. удваивается. Дальше эволюция может пойти по двум различным путям. Либо две ступени, связанные по фосфатным группам, разойдутся в стороны (размножение), либо образуется вторая, теперь уже про­дольная диэфирная связь (первой продольной связью становится в этом слу­чае материнская поперечная связь, с которой все началось). В этом случае мы наблюдаем рост молекулы ДНК. Оба эти процесса полезны, однако, в начале эволюции, живые системы больше размножаются, чем растут. Достигая неко­торого уровня развития (в данном случае концентрации одноступенчатых ДНК), молекулы начинают больше расти, чем размножаться.

Если температура в недрах «черного курильщика» понижается, то доля раз­множающихся молекул падает, в то время как доля растущих возрастает. Рас­тущие молекулы начинают различаться по своему составу, образуя первые виды одномолекулярных живых организмов. Прародителем таких организмов мож­но считать аденозинмонофосфат, который в современных организмах выпол­няет энергетическую и информационную функции одновременно.

Число видов быстро возрастает, однако выясняется, что некоторые одно-молекулярные оказываются способными ускорять образование нуклеотидов из азотистых оснований и фосфолипидов, а другие - пожирать менее приспо­собленных одномолекулярных. В дальнейшем аналогичное различие функций ярко проявится у растений и животных.

Хитрость механизма одномолекулярных заключается в том, что одноце-почечная спираль ДНК, состоящая из нуклеотидов, может образовывать комп­лементарные пары внутри себя (вспомните внутренние связи т-РНК). Если эти комплементарные пары сшивают одноцепочечную ДНК, образуя механизм на­падения, то новоявленный хищник начинает охотиться на других одномолеку­лярных, подрастая и размножаясь за их счет, т.е. используя готовые блоки, на которые он разобрал своих конкурентов.

Господствующий вид одномолекулярных начинает и «внутривидовую» борьбу, в которой выживает наиболее приспособленный, который сохраняет свою структуру в виде последовательности нуклеотидов, передавая ее по на­следству. Многие виды не выдерживают конкуренции и надолго (если не на­всегда) исчезают с лица «черного курильщика». Удачные виды начинают лако­миться не только выходящими из жерла «черного курильщика» нуклеотидами, но и отдельными азотистыми основаниями, самостоятельно доделывая их до нуклеотидов. Для этого к захваченному азотистому основанию нужно приде­лать фосфолипид с нужной стороны, а если он слишком длинный, то обрезать ему лишнюю часть «хвоста». С этого момента рост и размножение «полиглота» резко усиливается. Дело в том, что вероятность найти фосфолипид произволь­ной длины гораздо выше, а точное место присоединения к азотистому основа­нию отсекает неподходящие изомеры нуклеотидов.

Через некоторое время появляются «суперполиглоты», которые способ­ны синтезировать фосфолипиды из произвольных углеродных цепочек и фос­форной кислоты. Дальнейшая «всеядность» требует изготовления самих азо­тистых оснований, которые в современных клетках синтезируются из углекис­лого газа, соединений азота и других простых молекул.

Каждое такое усовершенствование вызывает своеобразный демографи­ческий взрыв в недрах «черного курильщика». Но нет предела совершенству. Став всеядными одномолекулярными организмами, они начинают образовы­вать новые и новые виды, одни из которых могут быть полезны другим. Появля­ются катализаторы эволюции или одномолекулярные симбионты. Одни из них способны строить жилища, защищающие их самих и их друзей от невзгод и назойливых собратьев. Жилища, похожие на коммунальные квартиры, способ­ствуют подбору уживчивых жильцов, способных разделить между собой обя­занности. Появляются молекулы-профессионалы. Профессионализм в созда­нии всевозможных белковых механизмов характеризует сложную молекулу рибосомальной РНК, которая впоследствии войдет в состав митохондрии под именем рибосомы.

Отличительной чертой митохондрии является способность совмещать в себе коллектив молекул-профессионалов, которому для жизни требуются лишь простые молекулы в качестве сырья и электронный градиент, преобразуемый ею в универсальный энергоноситель аденозинтрифосфат (АТФ), используе­мый всеми земными организмами. Эволюция митохондрий в десятки раз быс­трее протекает в утробе черного курильщика, чем на поверхности океана, од­нако митохондрии уже способны путешествовать из тела одного «курильщика» в тело другого. Внутри общих предков современных клеток и митохондрий эво­люция продолжает набирать темп. Совершенствование рибосом и других орга-нелл древней клетки приводит к появлению нового уровня организации: «клет­ка в клетке», где более крупная и совершенная клетка содержит в себе микро­клетки-митохондрии. Новые рибосомы в макро-клетке уже не просто присоединяют одну аминокислоту к другой, как в митохондриях, а ориентиру­ют их, согласно третьей букве генетического кода. Это делает клетку более жизнеспособной за счет ускорения процесса образования вторичной структу­ры белка, который теперь при нормальной температуре идет почти также быс­тро, как самосборка при высокой температуре.

Следующий серьезный шаг, позволяющий покинуть родину, это освоение порфиринового кольца, в частности магнийсодержащего, с помощью которого появилась возможность использовать в качестве источника энергии солнеч­ный свет.

Возвращаясь к скорости размножения ДНК, отметим, что изменение дав­ления или температуры может приводить к задвиганию и раздвиганию комп­лементарных пар ступени ДНК.

Образование сложных клеточных структур, подобных аппарату Гольджи, клеточному ядру и пр., мы рассматривать не будем ввиду их чрезвычайной сложности. А эволюция «от амебы до гориллы» хорошо изложена в популяр­ной книге с одноименным названием, а также во всех учебниках биологии.

Упомянем лишь некоторые любопытные особенности этого процесса. Ска­жем, в ступени развития хордовых была забавная развилка эволюции. Существу­ет животное, минога, у которой мозг имеет уже все разделы человеческого, а на месте, где у грудного ребенка расположено темечко, у миноги - третий (темен­ной) глаз. Когда человек рождается, на этом месте прочные кости черепа отсут-

118

ш