Кислород. Молекула, изменившая мир

Старость, или, точнее, физическое старение — возрастное ослабление физиологических функций, — не является неизбежной. В главе 8 мы говорили о последнем универсальном общем предке всех живых организмов (LUCA), с которым все мы связаны непрерывной цепью предшественников. Мы знаем это, поскольку, как и наши очень дальние родственники бактерии и археи, сохранили почти без изменения некоторое количество генов LUCA. Если бы между нами не существовало родственных связей, невозможно было бы объяснить общие свойства всех форм жизни на самом базовом уровне. Поскольку жизнь постоянно изменялась (эволюционировала), можно сказать, что она «повзрослела», но неправильно говорить, что мы все являемся продуктом старения примордиальной ДНК. Вина, сыры и некоторые люди с годами улучшаются, но старение, дряхление — это не улучшение. Посмотрите вокруг, и вы увидите, как процветает жизнь в почтенном возрасте около 4 млрд лет. Если мы согласны, что все формы жизни произошли от общего предка, значит, старение не неизбежно.

Жизнь не стареет, а эволюционирует благодаря механизму естественного отбора. Эволюционную теорию Дарвина часто передают фразой «выживает наиболее приспособленный», принадлежащей английскому философу Герберту Спенсеру. Эволюционные биологи не любят это выражение, поскольку естественный отбор связан не только с выживанием, но и с воспроизведением. Наиболее успешно воспроизводящиеся особи с наибольшей вероятностью передают свои гены следующему поколению, а те, которые не могут воспроизводиться, исчезают (если только не умеют жить вечно). Но давайте на секунду остановимся и задумаемся над формулировкой Спенсера. Почему обитатели Земли пытаются себя воспроизвести? Что является причиной этого всеобщего стремления? Даже простейшие вирусы обладают сверхъестественной способностью реплицироваться. Трудно не поверить в существование какой-то мистической жизненной силы, заставляющей всех на свете воспроизводиться. Но, если отбросить эту идею, придется искать другое объяснение.

Все дело в том, что только воспроизведение может обеспечить выживание. Любая сложная форма материи в конечном итоге распадается под действием тех или иных факторов. Даже горы со временем подвергаются эрозии. Чем сложнее структура, тем больше вероятность ее распада. Органическое вещество очень хрупкое и рано или поздно разрушается под действием ультрафиолетового излучения или химических веществ. Составляющие его атомы вновь используются в тех или иных сочетаниях. Простая молекула СО₂ гораздо стабильнее молекулы ДНК. Но если частица материи умеет реплицироваться, вероятность ее сохранности удваивается. Теперь только время решает, как долго проживет дочерний организм, а если дочернему организму тоже удастся себя воспроизвести, частица материи сохраняется бесконечно.

Способность к репликации не имеет в себе ничего сверхъестественного. Как утверждал химик Грэхем Кернс-Смит из Глазго в книге «Семь ключей к происхождению жизни», кристаллы глины воспроизводятся на дне ручьев исключительно за счет физических процессов. Вряд ли вы заподозрите, что в этом задействована какая-то магическая жизненная сила. Так что жизнь настойчиво пытается себя воспроизвести по той причине, что иначе она вообще не могла бы существовать. Выживают только способные к репликации единицы, поэтому все живые существа должны уметь реплицироваться.

Учитывая тенденцию материи к распаду, очень важна скорость репликации. Если считать, что скорость распада является величиной постоянной, для выживания скорость репликации должна быть выше этой величины. Этим соотношением в 1973 г. заинтересовался химик Лесли Оргел из Института Солка в Сан-Диего. Он рассуждал о поведении популяции «бессмертных» клеток в клеточной культуре, подвергающихся воздействию излучения разной интенсивности. В данном случае бессмертными клетками называют популяцию клеток, способную делиться бесконечно и не стареть (это не означает, что составляющие популяцию индивидуальные клетки не погибают или не умирают). Так ведут себя клетки двух типов — бактериальные и опухолевые. И те и другие могут расти в клеточной культуре без каких-либо признаков старения, но в каждый момент времени какая-то часть клеток (вероятно, от 10 до 30%) не имеет возможности делиться. Эти клетки умирают, но их место занимает потомство делящихся клеток. Оргел показал, что при облучении «бессмертной» популяции клеток с такой интенсивностью, при которой вероятность выживания дочерних клеток не превышает 50% (при этом скорость репликации становится ниже скорости распада), популяция постепенно начнет вымирать и со временем (теоретически) исчезнет. При более низкой интенсивности облучения популяция может расти, хотя и медленнее, чем в контроле.