Что такое жизнь? Понять биологию за пять простых шагов

Мы живем в грандиозной и ужасающей Вселенной, но жизнь, которая цветет здесь и сейчас, в нашем крохотном уголке этого гигантского единого целого, – одна из его самых чарующих и таинственных частей. Пять понятий этой книги должны служить ступенями, по которым мы станем восходить, последовательно выявляя принципы, определяющие жизнь на Земле. Это также поможет нам задуматься о том, как могла начаться жизнь на нашей планете и какой она может быть, если нам доведется когда-нибудь встретиться с ней где-то еще во Вселенной. Какова бы ни была ваша отправная точка – даже если вы считаете, что не знаете ничего или почти ничего о науке, – я желаю, чтобы к финалу этой книги вы стали лучше понимать связь между мною, вами, хрупкой желтой бабочкой и всеми остальными живыми существами на нашей планете.

Я верю, вместе мы окажемся ближе к пониманию, что такое жизнь.

1 Клетка Атом биологии

Свою первую клетку я увидел, когда учился в школе, вскоре после встречи с желтой бабочкой. Мой класс проращивал лук и расплющивал корни под предметным стеклом микроскопа, чтобы увидеть, из чего они состоят. Мой учитель, энтузиаст биологии Кит Нил, объяснял, что мы увидим клетки, основную единицу жизни. И мы увидели: аккуратные ряды похожих на ящички клеток, выстроенные в правильные колонны. Поразительным казалось, что благодаря тому, что малюсенькие клетки растут и делятся, корни лука пробиваются сквозь почву, а растущее растение получает воду, питательные вещества и крепится в грунте.

Чем больше я узнавал о клетках, тем большее изумление они вызывали. Разнообразие их форм и размеров невероятно. Большую часть их не увидеть невооруженным глазом, настолько они мелкие. Можно выстроить 3000 отдельных клеток одной разновидности паразитических бактерий, поражающих мочевой пузырь, друг за другом на отрезке в один миллиметр. Другие клетки огромны. Если вы едите на завтрак яйцо, учтите, что весь его желток состоит из одной-единственной клетки. В нашем теле некоторые клетки тоже громадных размеров. Например, отдельные нервные клетки тянутся от основания позвоночника до кончика большого пальца на ноге. Это значит, что они могут достигать примерно метр в длину.

Каким бы ни было невероятным разнообразие клеток, для меня самое интересное то, что всех их объединяет. Ученых всегда интересуют основные единицы, лучшим примером служит атом как основная единица материи. В биологии эквивалент атома – клетка. Клетки – не только основная структурная единица всех живых организмов, они еще и основная функциональная единица жизни. Я имею в виду, что клетки – наименьшие объекты, обладающие главнейшими характеристиками жизни, основа того, что биологи называют клеточной теорией: насколько нам известно, все живое на планете либо представляет собой клетку, либо состоит из группы клеток. Клетка – наипростейшая вещь, о которой можно уверенно сказать, что она живая.

Клеточной теории уже около полутора сотен лет, она стала одним из краеугольных камней биологии. Учитывая значимость этой идеи, меня удивляет, что она так мало занимает воображение людей – вероятно, потому, что на уроках биологии школьников приучают думать о клетках просто как о строительных кирпичиках для более сложных существ, тогда как в реальности все намного интересней.

История клетки начинается в 1665 г. с Роберта Гука, члена незадолго до того созданного Лондонского королевского общества, одной из первых академий наук в мире. Как часто происходит в науке, открытию способствовало появление новой технологии. Поскольку большинство клеток невозможно увидеть невооруженным глазом, их обнаружения пришлось дожидаться, пока в начале XVII в. не был изобретен микроскоп. Ученые часто сочетают в себе теоретика и искусного ремесленника, это полностью справедливо в случае Гука, он в равной степени свободно чувствовал себя в физике, архитектуре или биологии, поскольку изобретал научные приборы.

Он конструировал микроскопы собственного изобретения и затем с их помощью исследовал странные миры, не видимые невооруженным глазом.

В числе других вещей Гук рассматривал тонкий срез коры пробкового дерева. Он обнаружил, что пробковая древесина состоит из рядов окруженных стенками полостей, очень похожих на концы корней лука, которые 300 лет спустя увидел я, учась в школе. Гук назвал их cells (от латинского слова cella, что значит «комнатка» или «келья»). В те времена Гук не знал, что зарисованные им клетки были, в сущности, основным компонентом не только растений, но и всего живого.