Кислород. Молекула, изменившая мир - [66]

В ядре сосредоточен генетический материал эукариотической клетки — аморфный хроматин, состоящий из спиралей ДНК, обернутых вокруг белкового каркаса. При делении эукариотической клетки сначала происходит репликация ДНК, а затем хроматин конденсируется, образуя две плотные спирали (хромосомы), которые расходятся в стороны с помощью белкового каркаса и образуют два новых ядра. Изучение структуры генов эукариот преподнесло один из величайших сюрпризов в молекулярной биологии конца прошлого столетия. ДНК эукариот вовсе не является линейной кодирующей последовательностью, состоящей из генов, как ожерелье из бусин (так думали раньше, и так устроена бактериальная ДНК), а имеет прерывистую структуру, в которой гены составляют лишь несколько процентов. У большинства эукариот ДНК «состоит из кусочков»: гены белков чередуются с длинными некодирующими последовательностями ДHK, да и сами гены тоже прерываются участками, как кажется, бессмысленной ДНК. Бóльшая часть этой лишней ДНК, по-видимому, является «мусорной» и реплицируется клеткой, не принося ей никакой пользы. Какая-то часть — «обломки затонувших кораблей», фрагменты генов, измененных до неузнаваемости под действием мутаций, как нефункциональный человеческий ген витамина С[46]. Можно сказать, что эукариоты — клетки «с истинным ядром» — живут не под своим именем. Если бы мы придумывали им название сегодня, слово «истинный» следовало бы немедленно исключить. Эукариоты буквально «сотканы из лжи», в том смысле что они — совсем не то, чем представляются.

Бактерии устроены совсем по-другому. Прежде всего, у них нет ядра, и поэтому их относят к домену прокариот (что означает «не имеющий ядра»). Они гораздо мельче эукариот, обычно всего несколько миллиметров в диаметре, и окружены жесткой клеточной стенкой, что делает их похожими на малюсенькие капсулы. Клеточная стенка бактерий состоит из пептидогликанов — длинных цепей аминокислот и сахаров. Многие эукариоты тоже имеют клеточную стенку, но другого состава.

Бактериальные гены «голые»: их ДНК не опирается на белковый каркас. И число генов у бактерий значительно меньше, чем у эукариот, — несколько тысяч против десятков тысяч. Гены бактерий организованы в группы, объединенные общей функцией (опероны), и почти не содержат «мусорной» ДНК. В клетках бактерий нет складок внутренних мембран, белкового скелета или митохондрий. Простота организации позволяет бактериям размножаться с огромной скоростью просто путем деления пополам. Гены одних бактерий могут участвовать в рекомбинации с генами других бактерий в результате прямой инъекции генетического материала в процессе конъюгации. В результате такие свойства, как нечувствительность к антибиотикам, быстро распространяются по всей бактериальной популяции. По сравнению с неповоротливыми эукариотами, похожими на гигантские военные корабли, бактерии эволюционируют с ловкостью и скоростью истребителей.

Между прокариотами и эукариотами существует глубочайший провал, но две эти группы, безусловно, связаны между собой на самом фундаментальном уровне — на уровне биохимических механизмов. Это один из факторов, заставляющих биологов полагать, что все живые существа на Земле имеют между собой родственные связи. Все дороги ведут в Рим. Тoт факт, что все формы жизни систематически движутся по одному и тому же пути, означает, что все они изначально получили одни и те же инструкции. Например, гены всех клеток состоят из ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты). Четырехбуквенный генетический код ДНК определяет порядок расположения аминокислот в белках. Этот код является универсальным для всех живых организмов. Кроме того, все детали механизма синтеза белка на основе заключенной в ДНК информации тоже одинаковы. Последовательность букв в ДHK считывается (транскрибируется) в последовательность информационной РНК (рибонуклеиновой кислоты). Эта молекула содержит инструкции для построения конкретного белка специализированными молекулярными машинами, называемыми рибосомами. На рибосомах закодированная информация превращается в белок. Во всех клетках это превращение осуществляется по одной и той же схеме при участии специфических «адаптерных» молекул. Это тоже молекулы РНК (транспортные РНК), которые связывают соответствующие аминокислоты. Транспортная РНК каждого типа распознает «свою» последовательность знаков на информационной РНК и присоединяет к растущей цепи белка соответствующую аминокислоту. Практически во всех живых организмах этот процесс протекает одинаково — на основе уникального генетического кода, с помощью информационной РНК, транспортных РНК, рибосом и аминокислот. По-видимому, для матери-природы в Рим ведет лишь одна дорога.

Какой из всего этого следует вывод? Вывод такой, что общее происхождение всех живущих или живших на Земле существ в первую очередь подтверждается на самом фундаментальном уровне. Речь идет о симметрии биологических молекул. Многие биологические молекулы, включая аминокислоты и простые сахара, могут существовать в двух зеркальных версиях — как левая и правая рука или как две перчатки. В природе оба изомера встречаются в одинаковой пропорции, и на первый взгляд непонятно, почему живые организмы должны отдавать предпочтение одной из двух форм. Но, когда решение принято, менять что-то по пути уже невозможно. Левую перчатку нельзя надеть на правую pуку. Фермент, катализирующий превращения левовращающего изомера, не может использовать в качестве субстрата правовращающий изомер. И если в ДНК закодирована одна или другая форма фермента, ничего уже не изменить. Синтезировать два фермента, работающие с зеркально-симметричными формами молекул, весьма расточительно: жизнь должна принять решение и следовать ему. Учитывая случайность выбора, можно ожидать, что какие-то виды организмов используют правовращающие молекулы, а какие-то — левовращающие (и, таким образом, полнее используют природные ресурсы), но это не так. Все формы жизни предпочитают правовращающие изомеры. Единственное разумное объяснение этого факта заключается в том, что LUСА использовал правовращающие изомеры (так уж вышло) и передал это свойство по наследству всем своим потомкам.