Знание-сила, 2008 № 05 (971)

Существует еще несколько сценариев спонтанного образования пустых оболочек. Не так давно одна из сотрудниц Шостака, американка Ирена Чен, сумела экспериментально подтвердить правдоподобность всех этих сценариев. Общим для них является предположение, что первые «живые молекулы» активно соединялись с первыми, спонтанно образовавшимися пустыми оболочками. Но что могло понудить их к этому? Понятно, что это могло быть счастливой случайностью (например, одна из «живых молекул» случайно приобрела мутацию, благодаря которой стала производить какой-то белок, способствовавший ее соединению с пустой оболочкой), а могло быть продиктовано взаимной выгодой (например, выигрывалась какая-то энергия или увеличивалась устойчивость системы в целом).

Чтобы выяснить, какой из двух вариантов справедлив, исследовательница помещала в пробирочную среду множество пустых мембран и такое же множество пузырьков, в которых содержались молекулы РНК. В те и другие вносились специальные радиоактивные «метки», которые позволяли следить за каждым пузырьком. Оказалось, что пузырьки, несущие в себе РНК, жадно похищают целые куски мембран пустых пузырьков. Чен выяснила, что причиной этого является увеличение внутреннего давления в мембране, содержащей молекулу РНК. Снизить это давление пузырек мог, увеличившись в размерах, и поэтому он начинал похищать куски чужих мембран. Получалось, будто молекула РНК побуждала свой пузырек к более быстрому росту. А поскольку такой рост происходил за счет других пузырьков, то между ними возникало соперничество, в котором побеждали те, кто имел внутри молекулу РНК, то есть был ближе к настоящей клетке, иными словами — был выше по эволюционной лестнице. И что интересно — для такого соединения пустого пузырька с молекулой не требовалось ждать «счастливой случайности» вроде появления какого-то белка, помогающего молекуле построить вокруг себя защитную оболочку, достаточно было наличия свободных молекул и пустых пузырьков, чтобы их соединение в протоклетку оказалось чрезвычайно выгодным им обоим.

Взаимовыгодность этого процесса подтвердил и второй эксперимент Ирены Чен. В нем она показала, как «совершенствование» оболочки может способствовать совершенствованию клетки в целом. Выяснилось, что если поместить жировые пузырьки в питательную среду из жирных молекул, то они начинают расти за счет присоединения новых жирных кислот из среды, и в результате такого бурного роста в мембране пузырька запасается дополнительная энергия. При наличии внутри пузырька молекулы РНК эта «оболочечная энергия» расширяет круг возможных биохимических реакций молекулы, а это усиливает вероятность, что молекула случайно набредет на путь, ведущий к новым усовершенствованиям. Тогда эта протоклетка получит новое преимущество перед другими конкурентами. Вот так, без всякой помощи, за счет одной лишь кооперации живых молекул с их оболочками и самых зачаточных форм дарвиновской эволюции, клеточная форма жизни начинает перевешивать более простые ее формы (свободные «живые молекулы» и пустые пузырьки). Взаимовыгодная кооперация и дарвиновская конкуренция, заключает Чен, сильно облегчают очередной фундаментальный шаг в эволюции жизни — переход от «голых» живых молекул к настоящим клеткам.

Фундаментальность этого шага состояла в том, что первые же клетки немедленно стали новой лабораторией природы, в которой она — теперь уже со много большей эффективностью — могла вести основанные на методе проб и ошибок эксперименты по усовершенствованию и отлаживанию жизненных процессов. О том, насколько совершенными оказались в итоге ее творения, свидетельствует тот факт, что созданные таким путем прокариоты — бактерии и археи — оставались неизменными на протяжении последующих миллиардов лет, пережив за это время неоднократные земные катаклизмы. Эти прокариоты существуют и сейчас и, возможно, переживут все другие, более поздние формы жизни, включая род человеческий, но эта их выживаемость является, конечно, следствием простоты. Дальнейшее усложнение жизни потребовало перехода к многоклеточным существам, а это было невозможно без появления нового, более совершенного и гибкого вида клеток — так называемых эукариотов, или клеток, имеющих внутри мембраны еще и особое клеточное ядро. Но история появления такого ядра — это уже совсем другая история.

УЧЕНЫЕ ОБСУЖДАЮТ 

Ирина Прусс

«Путей у России много. Только они неисповедимы»

В очередной раз Интерцентр собрал обществоведов на ежегодный симпозиум, на котором девять лет обсуждалось, «Куда идет Россия», на десятый подводились итоги «Куда пришла Россия», а теперь пятый год рассматриваются разные «Пути России».