Вселенная разумная

Простейшая бактериальная клетка имеет весьма скромные размеры: длина ее 3, а диаметр - 1 микрон, масса ее около 6.10E-13 граммов, две трети которой составляет вода. Остальное вещество клетки - это белки, свободные аминокислоты, нуклеиновые кислоты, жиры и сахара. Клетка состоит из 40 миллионов больших и средних молекул, участвующих вместе с малыми молекулами в 2-5 тысячах типов химических реакций-некоторые из них проходят в 20-30 стадий.

В клетке имеется примерно 10 тысяч рибосом - больших молекул, на которых собирается несколько тысяч типов белков. Каждая из рибосом собирает в среднем одну молекулу белка в секунду. Сборка каждой молекулы белка представляет собой операцию, во время которой сшивается в определенном порядке несколько сот аминокислот, что, в свою очередь, означает подборку нужных аминокислот, расстановку их по местам, удаление из каждой пептидной связи молекулы воды. Одновременно в клетке содержится миллиард молекул аминокислот, один процент которых связан в белках, остальные "находятся в работе".

Основная информация об устройстве клетки, о конструкции каждого белка записана в молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты - ДНК, - и определяется порядком, в котором расположены в ДНК азотистые основания - аденин, тимин, гуанин и урацил, которые закреплены на углеводно-фосфатных цепочках. Каждая "буква" такой записи - тройка оснований в той или иной последовательности.

В молекулах ДНК бактериальной клетки содержится 2-5 миллионов троек, то есть примерно 6-15 миллионов оснований, расположенных в строго определенном порядке. В молекулах ДНК клетки человека - примерно 3 миллиарда оснований.

Процесс размножения клетки не убавляет сложностей. Для размножения требуется изготовить большое число новых белков, а также снять копию с молекулы ДНК. Эта операция происходит так: двойная спираль ДНК расплетается и к каждой .половинке пристраиваются новые азотистые основания, образующие точную копию материнской молекулы. Затем сворачиваются в спираль и сшиваются половинки и старой ДНК, и вновь изготовленной. В процессе репликации ДНК важную роль играют вспомогательные белковые молекулы - ферменты, резко ускоряющие биохимические реакции: эффективность ферментов такова, что какой-либо химический цикл, "проходящий в присутствии ферментов за несколько минут, без них мог бы длиться тысячи и миллионы лет.

Таким образом, проблема заключается в объяснении механизма образования и репликации обладающей столь невероятной сложностью системы, равной которой не было создано за все время научно-технической деятельности человека. Одна из попыток подобного объяснения была предпринята А.И.Опариным, который еще в 1924 году опубликовал книгу "Происхождение жизни". В теории, которую Опарин впервые выдвинул в этой книге и которую развивал на протяжении многих лет, предполагается эволюция так называемых коацерватных капель до клеточной сложности.

Коацерватная капля представляет собой сложный молекулярный агрегат, насчитывающий тысячи и миллионы молекул и образующийся в водной среде Мирового океана под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца, распада радиоактивного калия, молний, метеорных ударов, вулканизма и пр. В итоге в коацерватных каплях могут быть сконцентрированы все органические, предбелковые молекулы, образовавшиеся в Мировом океане. В воде, окружающей эти капли, остаются только простые низкомолекулярные соединения.

Считалось, что именно коацерватные капли при определенных условиях могут дать начало образованию первичных живых систем и оставалось только объяснить природу качественного скачка от протобелковых молекул к молекулам белка, а от нее - к живой клетке со всеми ее сложностями.

Более тридцати лет назад волна экспериментальных открытий, послужила основанием для оптимизма: С.Миллером был осуществлен синтез одной из аминокислот - цитозина, вслед за этим С.Понпамперумой, Д.Оро, Д.Фоксом были детально изучены механизмы абиогенного синтеза практически всех биомономеров, встречающихся в живой природе. Следующим этапом исследований должен был стать второй этап химической эволюции - построение биополимеров молекул белков и нуклеиновых кислот. Собственно говоря, этот процесс образование полимерных цепей из мономеров давно и хорошо известен, и было необходимо, привязавшись к гипотетическим условиям первобытной Земли, попытаться получить экспериментально белковые и нуклеиновые полимерные цепи. И эти цепи были получены. Однако оказалось, что полученные полимеры нельзя назвать белками или нуклеиновыми кислотами: существующая в биополимерах строгая последовательность аминокислот, строгий порядок их расположения в полимерной цепи получены не были, и если принять последовательность аминокислот в живом полимере соответствующей какому-то осмысленному тексту, то текст, записанный па полученных синтетических полипептидах и полинуклеотидах, оказался похожим на хаотический набор букв.