Что такое жизнь? Понять биологию за пять простых шагов

В мои повседневные обязанности входило приготовление отваров с питательными веществами, нужных ученым для выращивания микробов. Я вскоре понял, что порядок изо дня в день почти не менялся, поэтому мог заранее в понедельник приготовить большую порцию, которой хватило бы на неделю. Я сходил к моему боссу Вику Ниветту (который, между прочим, в свободное время увлекался грузинскими танцами, что мне открылось, когда как-то вечером я узрел его отчебучивающим пляску на лабораторной скамье!). Он великодушно предложил мне выполнить исследовательский проект по заражению куриных яиц сальмонеллой. Я, восемнадцатилетний парень, был на седьмом небе, проводя каждый день эксперименты и строя из себя ученого.

В какой-то день этого моего года на пивоваренном заводе один симпатичный преподаватель из Бирмингемского университета пригласил меня на собеседование и в итоге убедил университет закрыть глаза на мои слабости в иностранных языках, поэтому в 1967 г. я смог приступить к изучению биологии. Некогда я не дружил с французским, однако спустя тридцать пять лет именно французский президент наградил меня Légion d’honneur (орденом Почетного легиона) за мои исследования дрожжей – вот же ирония судьбы! Мне даже пришлось произнести благодарственную речь на французском языке! Однако, несмотря на то что занимался дрожжами почти всю жизнь, я ни разу в жизни не сделал ни капли вина или пива собственноручно.

Научное изучение ферментации началось в XVIII в. с французского аристократа и ученого Антуана Лавуазье, одного из основателей современной химии. К несчастью для него и для науки в целом, его работа по совместительству сборщиком налогов привела к тому, что Лавуазье сложил голову на гильотине в мае 1794 г. во время Французской революции. Судья на вынесшем его приговор политическом процессе, который больше напоминал фарс, заявил: «Республика не нуждается в ученых и химиках». Нам, ученым, явно следует относиться к политикам с осторожностью! У политиков, особенно популистского толка, имеется тенденция пренебрегать мнением экспертов, в частности когда оно противоречит плохо обоснованным взглядам политиков.

До своей несвоевременной встречи с гильотиной Лавуазье был зачарован процессом ферментации. Он пришел к выводу, что «ферментация – это химическая реакция, в которой сахар исходного виноградного сока превращается в спирт готового вина». До того никто так не думал. Затем Лавуазье пошел еще дальше, предположив наличие некоего «фермента», вроде как исходящего из самого винограда и играющего ключевую роль в химической реакции. Впрочем, он не мог сказать, что представляет собой этот «фермент».

Положение дел прояснилось почти полвека спустя, когда виноделы, производившие этиловый спирт, обратились за помощью к французскому биологу и химику Луи Пастеру для решения загадки порчи своей продукции. Они хотели знать, почему брожение жома сахарной свеклы иногда дает вместо этанола едкую, неприятную кислоту. Пастер приступил к поиску решения, как детектив приступает к расследованию. И с помощью микроскопа он нашел разгадку. Осадки в бродильных чанах, в которых получали спирт, содержали дрожжевые клетки. Дрожжи были явно живыми организмами, так как некоторые из них почковались, указывая на активное размножение. Когда же он посмотрел на чаны со скисшим продуктом, никаких дрожжей там не оказалось. На основе этих простых наблюдений Пастер предположил, что трудноуловимым ферментом были микробные живые формы дрожжей: фактор, ответственный за производство этанола. Какой-то другой микроб, возможно бактерия меньшего размера, производил кислоту, разрушавшую партии продукта. Суть в том, что рост живых клеток напрямую отвечает за химическую реакцию. В данном случае дрожжевые клетки преобразовывали глюкозу в этанол. Самое главное, что удалось Пастеру, это шаг от частного к общему, приведший к новому важному выводу. Он указал, что химические реакции не просто интересная черта жизни клеток – это один из определяющих жизнь факторов. Пастер блестяще обобщил это словами «химические реакции являются выражением жизни клетки».

Теперь мы знаем, что в клетках всех живых организмов одновременно происходят многие сотни, даже тысячи химических реакций. Эти реакции создают молекулы жизни, образующие компоненты и структуры клеток. Они также разрушают молекулы, повторно используя клеточные компоненты и высвобождая энергию. Взятое в совокупности огромное количество химических реакций, происходящих в живых организмах, называется метаболизмом. Это основа всего, что делают живые существа: поддержание жизни, рост, организация и воспроизводство и источник всей энергии для реализации этих процессов. Метаболизм – химия жизни.