Происхождение эволюции. Идея естественного отбора до и после Дарвина - [62]
Это привело к еще одному важнейшему открытию. В конце 1850-х гг. другой немец, Рудольф Вирхов (1821–1902), опираясь на работы Роберта Ремака (1815–1865), доказал, что клетки не появляются спонтанно[45]. В 1858 г. (в том же году, когда была опубликована «совместная статья» Дарвина и Уоллеса) он писал, что если есть клетка, то должна была быть и предшествующая ей клетка. Подобно тому как у животных всегда есть родители, а растения вырастают только из семян других растений, клетки появляются только в результате деления других клеток. Жизнь на Земле не может возникать самопроизвольно. Все живые клетки происходят, в непрерывной последовательности, от далекого предка (или предков) из древнего геологического прошлого. Хотя Вирхов не решился заявить, что одна клетка в буквальном смысле является предком всей современной жизни на Земле, сегодня это считается наиболее вероятным объяснением сходства всей земной жизни на молекулярном уровне. Появление первой клетки по-прежнему остается загадкой; но после книги Вирхова источник жизни современных животных и растений загадкой уже не был.
Когда истинность всех этих открытий полностью признали, изучение жизни стало изучением клеток. В основе своей структура всех клеток одинакова; каждая из них является мешочком с густой жидкостью размером от 10 до 100 мкм (микрометров) в поперечнике, окруженным очень тонкой мембраной толщиной менее 0,01 мкм. Для целей этой книги нас больше всего интересуют клетки, из которых состоят животные и растения, и все они имеют центральное темное ядро — впоследствии физики позаимствовали этот термин, чтобы описать сердцевину атома. Хотя изолированные друг от друга клетки, подобно мыльным пузырям, принимают сферическую форму, объединяясь с другими клетками, они могут сжиматься и растягиваться, приобретая различные очертания. Клеточные мембраны сохраняют обособленность каждой клетки, как у кирпичей в кладке, но, в отличие от кирпичей, сквозь мембрану внутрь и наружу клетки могут по мере необходимости поступать определенные химические вещества.
Если рассматривать организм, подобный нашему, то загадка жизни состоит в том, как слияние большой клетки, яйцеклетки, с маленькой клеткой, сперматозоидом, приводит к образованию одной клетки, которая затем многократно делится посредством сложного многоступенчатого процесса, вследствие чего развивается взрослая особь. Изучая эти стадии развития под микроскопом, к середине XIX в. биологи поняли, что развитие живого существа происходит в соответствии с неким генеральным планом — внутри яйцеклетки не прячется миниатюрная версия взрослой особи, готовая просто вырасти в результате воздействия некого стимула. Но что это за генеральный план и в какой части клетки он спрятан? Поиск ответа на этот вопрос в итоге привел к открытию ДНК и признанию ее «молекулой жизни». История этого поиска началась с экспериментов, осуществленных в 1860-х гг. в Тюбингенском университете швейцарским биохимиком Фридрихом Мишером (1844–1895).
В 1866 г. немецкий биолог Эрнст Геккель (1834–1919) предположил, что факторы, которые передают наследственные признаки от родителей потомству, содержатся в клеточном ядре. К тому времени уже было известно, что белки являются самыми важными структурными веществами в организме, — этот факт отражен в их втором названии, «протеины», от греческого «протос», что означает «первичный, важнейший». Белки — это сложные вещества с молекулярной массой от нескольких тысяч до нескольких миллионов атомных единиц; такая единица равна одной двенадцатой массы атома углерода, что дает некоторое представление об их размере. Белки состоят из более мелких компонентов, аминокислот, которые в основном имеют молекулярную массу чуть больше 100 атомных единиц. Всего двадцать типов аминокислот соединяются друг с другом в сложных сочетаниях, иногда в очень большом числе, образуя разные типы белков, являющихся основой жизни. Сами аминокислоты состоят из атомов углерода, водорода, кислорода и азота (вместе известных как CHON) и реже атомов серы.
Мишер хотел определить, какие белки задействованы в химических процессах внутри клетки, и найти ключ к тайне жизни. Он собирал материал с пропитанных гноем повязок, которыми его снабжала близлежащая хирургическая клиника. Выделяя из гноя белые кровяные тельца, лейкоциты, он обнаружил, что заполняющая клетку густая жидкость действительно богата белками. Но потом он заметил кое-что новое. При обработке клеток слабым щелочным раствором применяемые им химические методы показали наличие другого вещества, которое не являлось белком. Изучая клетки под микроскопом, он увидел, что под воздействием щелочи ядро клетки набухает и лопается, из чего следовало, что обнаруженное им «новое» вещество содержится в ядрах. Ядра состоят не из белка, а из этого другого вещества, которое он назвал «нуклеин» (от слова nucleus, «ядро»). В нуклеине, как и в белке, содержалось много углерода, водорода, кислорода и азота, но также и фосфора, которого нет ни в одном белке. Мишер писал: «Я думаю, что данный анализ, каким бы неполным он ни был, показывает, что мы имеем дело не с какой-то случайной смесью, а… с химическим веществом или смесью очень близкородственных веществ». Но ему не удалось выяснить строение молекул нуклеина. В 1869 г. Мишер завершил первый этап работы, уволился из Тюбингенского университета и подготовил результаты исследования к публикации. Увы, из-за череды чрезвычайных обстоятельств, в том числе Франко-прусской войны, его работа была опубликована только в 1871 г. Во время дальнейших опытов Мишер обнаружил, что в молекулах нуклеина содержатся кислотные группы, и к концу 1880-х гг. для описания этого вещества стал применяться термин «нуклеиновая кислота».
