Технопарк юрского периода. Загадки эволюции - Александр Александрович Гангнус

А, Баев объяснил поразительное явление тем, что белок-фермент играет в данном случае «роль своеобразной матрицы». Заполняя «пазы» и «углубления» на своей молекуле частицами раздробленной РНК, белок организует их: так размещает в пространстве, что они и теперь сообща могут выполнять свою работу, которую раньше делала целая молекула.

Таким образом, матричный -  и очень точный! -  принцип действия не только не чужд белкам - он у них «в натуре».

Я уже упомянул, что в 1970 году Ф. Крик еще раз объявил запретным переход:

белок -> белок.

Примерно в это же время во Франции на Третьей конференции по происхождению жизни профессор Ф. Липман сделал сенсационное заявление, сущность которого сводится как раз к попытке отмены и этого запрета.

Ибо в лаборатории Ф. Липмана в Нью-Йорке, а одновременно в лаборатории К. Курахаси в Институте белка (Осака, Япония) в 1969 году был впервые синтезирован белок вне рибосом, то есть без участия нуклеиновых кислот. Роль матрицы исполняли другие белки -  два фермента! Синтезирован был грамицидин, антибиотик. Конечно, это не настоящий белок: в его молекуле всего пять пар аминокислот. Но лиха беда начало: доказана способность ферментов быть матрицей для постройки биополимеров строго упорядоченной конструкции.

На конференции доклад Ф. Липмана вызвал взрыв споров и страстей. Выяснилось, что еще один антибиотик можно синтезировать вне рибосом, без нуклеиновых кислот. Возможно, и в живой природе удастся обнаружить «генетику без генов» - биосинтез белков на белковой же ферментной матрице, наследие далекого прошлого живых систем. Но где-то близко к началу к процессу должны были подключиться и простейшие рибонуклеиновые цепи. Как написано в солидном переводном издании «Молекулярная биология клетки» (Мир, 1994), «полипептиды (простейшие аминокислотные цепи.- А.Г.) со случайной последовательностью, возникавшие под действием пребиотических синтетических механизмов, видимо, имели каталитические свойства и, в частности, могли облегчать репликацию молекул РНК. Полинуклеотиды, способствующие синтезу полезных полипептидов в своем окружении, должны были приобрести большое преимущество в эволюционной борьбе».

Началось со скелетов?

Впрочем, и с идеей пра-ДНК ученые расставаться окончательно не спешат. Лет тридцать назад геолог В.В. Чернобровкин обратил внимание кристаллографа Э.Я. Костенецкого на одно удивительное совпадение. В двойной спиралевиной нити молекулы ДНК расстояние между ближайшими звеньями, основаниями - неважно, чья это ДНК, комара или человека -  всегда одно и то же и составляет он 3,4 ангстрема. В мире исследователей кристаллов эта величина известна очень хорошо. Это размер элементарной ячейки кристалла апатита, одного из самых распространенных в природе минералов. И еще одно совпадение: апатит -  один из немногих природных минералов, участвующих, наряду с белками, в строительстве многих живых организмов. В «раздачах скелетов», о которых рассказывалось в этой книге, апатит поучаствовал. Есть он и в наших костях и зубах... На этих двух совпадениях ученые разработали свой вариант теории самозарождения жизни, первичного синтеза прамолекул ДНК на естественной кристаллической матрице.

Оказалось, у апатита есть своего рода сродство с еще тремя минералами, участвующими или участвовавшими на разных стадиях эволюции в строительстве скелета многих организмов -  кальцитом, арагонитом, кварцем. Ученые поставили множество экспериментов. При температуре примерно в двести градусов и при повышенном давлении -  а в начальной истории Земли этап с такими почти «венерианскими» условиями, несомненно, был -  в смеси этих кристаллов молекулы аммиака, метана, окиси углерода не просто спекались в белковоподобные вещества, но и, встраиваясь в кристаллическую структуру апатита и минералов-«свойственников», как на первичной матрице, строили высокоупорядоченные молекулы, весьма похожие на ДНК.

Мы не раз уже говорили о раздачах скелетов в ходе эволюции, как о своего рода внешних общегеохимических «бедствиях непреодолимой силы», к которым жизнь должна была приспосабливаться и лишь потом учиться использовать во благо. Здесь же нащупывается совсем иное. Без скелетообразующих кристаллов жизнь, возможно, вообще не могла бы сделать и самых первых шажков. Послужив матрицей вначале, природные кристаллы потом уже в этом качестве не использовались, но и никуда не уходили, всегда были рядом с порожденными при их, можно сказать, родительском участии живыми организмами, и еще и еще раз оказывали эволюции мощную поддержку в критические ее моменты. Как тут не вспомнить о поразительном провидении Дж. Бернала, который писал о будущей «обобщенной кристаллографии», где жизнь -  просто частный случай великих законов самоорганизации вещества Вселенной...

Вот и в данном случае ученые стали перебирать малоразработанные, но удивительно интересные факты из области «биоминералогии». Среди ископаемых и ныне живущих одноклеточных организмов - водорослей, радиолярий, фораминифер и многоклеточных -  например губок -  есть такие, чей скелет образован «органоминеральным» кристаллическим веществом, состоящим на 20- 30 процентов из органики, а в остальном из кристалла. В индивидуальном развитии такого организма идет процесс минерализации - замещения биомолекул минералом, причем законы кристаллографии и биохимии здесь теснейше переплетены. Сейчас уже ясно, что когда-то под высоким давлением в раскаленной сухой среде мог преобладать этот же процесс, только с другим знаком. Да, да. Преджизнь на каком-то этапе прошла через горячую безводную фазу первичного синтеза... И когда поверхность планеты несколько остыла и появились лужи и моря, в них уже плавали и растворялись множество таких первых «кентавров», полукристаллов-полуорганизмов, биокристаллов, готовых стать жизнью... Сегодня Э.Я. Костенецкий настаивает на том, что и дальнейшая эволюция живого шла в огромной степени под действием законов кристаллографии.

Ведь и сама клеточная плазма, по современным представлениям, - это так называемый жидкий кристалл. Жидкие кристаллы сегодня работают в дисплеях портативных компьютеров и телевизоров, в сотовых телефонах и черт его знает где еще, без них рухнул бы весь технопарк нашей цивилизации. Но, оказывается, и технопарк юрского периода, и всех других периодов эволюции биосферы строился по этим суперсовременным технологиям. И мы оба, читающий и пишущий эту книгу, тоже «сконструированы» в известном смысле как кентавры из органической и неорганической материи -  биокристаллы.

Солярис на Земле

«Тотальный» штурм проблемы зарождения жизни продолжается. Американский биохимик С. Фокс пытался получить белковоподобные вещества - протеиноиды -  из беспорядочного набора чистых аминокислот без всяких матриц. Шесть часов спекались в специальной печи аминокислоты. Через шесть часов перед исследователями лежал янтарный образец неведомого полимера.

Это, конечно, был не белок, а почти неупорядоченная смесь молекул разной длины. Но ученые знали, сколь широко в природе распространены принципы самоорганизации. Те самые слабые водородные связи, что кодируют вторичную и третичную структуру белка, не могут не проявить себя в хаотической