Краткая история сотворения мира. Великие ученые в поисках источника жизни на Земле

На Земле существует лишь два типа клеток: прокариотические (от лат. pro – перед, вместо и греч. karyon – ядро, доядерные) и эукариотические (содержащие «истинное ядро») к летки. Самые простые организмы – это одноклеточные прокариоты (безъядерные клетки). Все многоклеточные организмы (растения, животные, грибы) относятся к эукариотам. Любой многоклеточный организм напоминает колонию клеток, каждая из которых запрограммирована на выполнение определенной задачи и зависит от функционирования других клеток. В человеческом организме клеток так много, что их точное число трудно установить. Некоторые считают, что их около 100 трлн, однако большинство специалистов склоняется к тому, что их число составляет одну треть этой величины.

Первым человеком, увидевшим живую клетку, был Антони ван Левенгук, хотя иногда первенство отдают его современнику Роберту Гуку. В книге «Микрография» Гук описал микроскопические структуры, которые он обнаружил в кусочке древесной коры. На самом деле, это были не клетки, а остатки клеточных стенок, состоявших из целлюлозы и лигнина. Гук назвал эти структуры клетками (cell, производное от лат. cella – маленькая комната). Таким образом, клетки получили свое название от той части клетки, которую проще всего было разглядеть с помощью первых микроскопов, а именно от защитной оболочки, названной позднее клеточной стенкой.

На самом базовом уровне клетка состоит всего из нескольких основных элементов. Однако эти элементы соединены между собой невероятно сложным образом и формируют динамичный функциональный аппарат, состоящий главным образом из белков. Известно несколько десятков тысяч типов белков, и каждый из них играет специфическую роль в функционировании клетки. Практически все функции живой клетки (дыхание, питание, рост, размножение) осуществляются белками или при участии белков.

В каком-то смысле ученые считали цитоплазму (вязкий раствор белков и нуклеиновых кислот, окруженный клеточной мембраной) современным аналогом протоплазмы – загадочной сущности живого организма, наделяющей его всеми специфическими свойствами. Наиболее важной частью цитоплазмы считались белки. В первой половине XX в. многие исследователи склонялись к мысли, что белки являются также и носителями генетической информации. Ключевая роль белков в метаболизме клеток была очевидна, но постепенно некоторые ученые начали сомневаться относительно их роли в передаче наследственной информации.

Как и многие другие ученые, занимавшиеся вопросами происхождения жизни, Сидней Фокс полагал, что ведущую роль во всех клеточных процессах играют белки. Основатель современной генетики Морган из Калтеха частенько говорил ему: «Фокс, все жизненные процессы связаны с белками». Фокс еще больше утвердился в этой мысли, когда оказался в лаборатории одного из ведущих специалистов по белкам, химика Макса Бергманна, немецкого еврея, бежавшего из нацистской Германии и организовавшего лабораторию в Университете Рокфеллера в Нью-Йорке.

Вторая мировая война почти не коснулась Фокса. Он вернулся в Калифорнию, где устроился на работу в частную лабораторию, занимавшуюся разработкой методов выделения витамина A из печени акул. Витамин A назначали военным пилотам для улучшения ночного зрения. В 1953 г. эксперимент Миллера – Юри встряхнул научный мир, и Фокс вернулся к «большому вопросу», волновавшему его со времен работы в Калтехе, – вопросу о происхождении жизни.

Вслед за Миллером и Юри другие ученые тоже стали проводить подобные опыты, пытаясь воспроизвести образование аминокислот. Одни предлагали модели на основании иного состава первичной атмосферы Земли, другие – иного состава газовой смеси. Молнию Миллера заменили другими источниками энергии. Однако Фокс не хотел идти тем же путем, которым уже прошли Миллер и Юри. Вопрос о появлении первых аминокислот еще не был полностью разрешен, но до разгадки было недалеко. Происхождение органических молекул уже не казалось великой тайной и таким непреодолимым препятствием, каким было раньше. Фокс обратился к изучению следующего этапа развития живых организмов. Он хотел понять, как аминокислоты могли образовать первые прототипы живых клеток на той стадии эволюции, которую Холдейн называл «полужизнью». Фокс считал, что следующим шагом эволюции было образование белков или их аналогов из аминокислот.

Это была более сложная проблема, чем та, которой занимались Миллер и Юри. Даже самый маленький белок представляет собой длинную последовательность (полимер) аминокислот, организованных в строго определенном порядке, поэтому слово «секвенирование» в применении к белкам означает определение точного порядка расположения аминокислотных остатков в молекуле белка. Позднее это слово чаще стали использовать для анализа последовательности генов на хромосомах и отдельных нуклеотидов внутри генов.