Жизнь как она есть: её зарождение и сущность - Крик Фрэнсис - Страница 24

Оставалась очевидная возможность послать какие-нибудь другие живые существа со своей планеты. Несмотря на то, что они находились на более низкой ступени эволюции, должно быть, у посылавших их все же была надежда, что они смогут выжить и размножиться, а если повезет, то, в конечном итоге, развиться в высшую форму жизни. Если слишком затруднительно послать в это ужасное путешествие существ, подобных человеку, почему не попытаться послать мышей?

К сожалению, выгоды от использования мышей довольно незначительны. Мышь занимает меньше места, чем человек, но у нее нет ничего похожего на такой же механизм управления окружающей средой. Ее сохранение, как гнездовой колонии в течение сотен лет в космическом корабле, представляет очень значительные трудности, даже если допустить замысловатые формы повторных циклов. Среда, в которой они, вероятно, окажутся по прибытии, почти несомненно окажется постоянно враждебной. В частности, можно предполагать, что они будут испытывать недостаток кислорода, что, в конечном итоге, является почти роковым препятствием. Очевидно, что нам необходим организм, который можно послать в достаточно больших количествах, который может довольно хорошо перенести долгое путешествие в космосе и у которого будет какой-то шанс на выживание как при самой высадке на поверхность планеты, так и в окружающих условиях, в которых он там окажется. Поставив таким образом проблему, мы видим, что микроорганизмы, похожие на наши бактерии, были ли бы хорошим выбором в качестве колонистов, посылаемых для зарождения жизни на далекой планете.

На что похожи бактерии? Основное деление биологического царства заключается не в различии между животными и растениями, как мы, может быть, склонны считать. Это также не деление на организмы лишь с одной клеткой и организмы со многими клетками, подобные нашему. Самое важное различие между организмами заключается в том, что есть организмы, клетки которых имеют ядро, как наши, они называются эукариоты, и есть более простые организмы, у которых отсутствует такое ядро, они известны под названием прокариоты. Термин «высшие организмы», часто используемый биологами, может ввести в серьезное заблуждение. Несомненно, мы являемся высшими организмами и поэтому, говоря в общих чертах, видом животных, которых вы видите в зоопарке. Но перед биологом дрожжевую клетку, например, такую, которая вызывает брожение пива или вина или используется для хлебной закваски, можно охарактеризовать как высший организм. По этой терминологии, под «низшими организмами» имеются в виду прокаритоты. Термин охватывает все бактерии, которые существуют в огромном множестве различных видов, и то, что обычно называют сине-зелеными водорослями. Остальные виды водорослей являются эукариотами, например, амебы, ресничные и многие другие одноклеточные существа.

Деление биологического мира на эти две широкие категории очень важно, потому что оно является одновременно и четким, и глубоким. Оно затрагивает не просто проблему клеточного ядра, а включает в себя многие особенности внутренней архитектуры клетки. Их нельзя было эффективно изучать без использования современного оборудования, такого как электронный микроскоп, который позволяет нам делать видимыми составные элементы клетки в таких мельчайших деталях, которые никогда не были возможны прежде. По этой причине классификация на эукариот и прокариот появилась сравнительно недавно, она относится примерно к 1960 году.

В чем заключается разница между ними? Если говорить в самых общих чертах, эукариоты имеют высокоразвитые хромосомы, которые после репликации делятся в ходе процесса, известного как митоз, который требует особого митотического аппарата. «Хромосомы» прокариот намного проще, и у них отсутствуют молекулы для создания митотического веретена. Эукариоты имеют в своей цитоплазме множество особых компонентов, включая сложные мембранные системы (которые обычно отсутствуют у прокариот) и особые маленькие органеллы, такие как митохондрии. У них есть своя собственная ДНК и свой собственный аппарат для синтеза белка, и широко распространена точка зрения, что они произошли от не паразитирующего прокариота, который проник в клетку и, в конечном итоге, выродился настолько, что мог существовать только в симбиозе с клеткой-хозяином. Митохондрию обычно называют «электростанцией клетки», поскольку она включает молекулярный аппарат для эффективного сжигания пищи с использованием молекулярного кислорода. Каждая из наших собственных клеток насчитывает сотни, если не тысячи, таких митохондрий.

Возможно, что более существенное различие между эукариотами и прокариотами касается способа проникновения веществ в клетку и выхода из нее. У эукариот есть специальные механизмы для поглощения крупных частиц (процесс называется фагоцитоз) и специальные внутренние структуры для их переваривания. У прокариот такие молекулярные механизмы полностью отсутствуют. Через их мембраны могут проникать лишь объекты величиной с молекулу.

У нас нет необходимости вдаваться во все детали. В общих чертах, прокариоты проще, у них отсутствуют специальные молекулы, которые позволяют более совершенным эукариотам осуществлять сложные процессы. Эти процессы позволяют эукариотам нести намного больше генетической информации (разрешая иметь набор хромосом вместо лишь одного отрезка ДНК), жить в других организмах и перемещать молекулы повсюду внутри самих себя с определенной целью. Если есть одно свойство, которое ставит эукариот выше прокариот, так это молекулярный аппарат для генерации и управления движением внутри клетки. Именно он привел к образованию мышц, весьма важных для животных, и допускает сложный танец хромосом, который мы наблюдаем в виде митоза.

Тогда почему, если бактерии находятся в таком невыгодном положении, нам следует их рассматривать в качестве возможных пассажиров нашей ракеты? Ключ к ответу заключается в одном слове: кислород. Вполне вероятно, что в пребиотическом мире в атмосфере было мало кислорода. Следовательно, мы должны исследовать организмы, которые существуют сегодня на Земле, чтобы понять, каковы их потребности в кислороде.

Большое преимущество кислорода заключается в том, что он позволяет клетке получить намного больше энергии при метаболическом усвоении своей пищи. Этот процесс обычно называется респирацией. Немногие бактерии могут использовать определенные неорганические соединения, такие как углекислые соли, нитраты или сульфаты, вместо кислорода, но это именно те соединения, которые вряд ли можно было найти в каком-либо количестве на первозданной Земле вследствие нехватки кислорода в атмосфере. В отсутствии неорганического акцептора электронов, как называются такие соединения, клетка должна пользоваться намного менее эффективным способом, называемым ферментацией. Значение ферментации заключается в том, что она может развиваться при полном отсутствии кислорода, но она создает значительно меньше молекул АТФ (аденозинтрифосфата), энергетической валюты клетки, чем респирация.

Молекулярный кислород мощное, но опасное соединение. Потенциально, он является высокотоксичным веществом для клетки, потому что клеточные процессы могут создавать несколько его смертельных производных, таких как перекись водорода (H2O2) или даже еще более опасное соединение — свободно радикальный супероксид (O2-). Многие клетки имеют особые ферменты, которые поглощают эти угрожающие жизни соединения. У некоторых видов бактерий отсутствуют такие ферменты. Для них кислород — яд, и они могут жить только в тех местах, где его нет, таких как глубокая грязь, но на первозданной Земле они не оказались бы в особо невыгодном положении.

Кислород, который, как следует напомнить, создается сегодня как побочный продукт фотосинтеза, настолько полезен для большинства организмов, что они могут жить без него не больше, чем мы с вами. Именно по этой причине нам не нужно рассматривать большинство более развитых клеток в качестве кандидатов на заселение космоса. Это требование исключает всех претендентов, за исключением некоторых бактерий и немногих простейших, таких как дрожжи. Некоторые из них могут использовать кислород, если он доступен, и снова примером являются дрожжи, тогда как другие совсем не могут пользоваться кислородом. Некоторые анаэробы могут выдерживать кислород, но других он убивает.