Вплоть до второй половины XVII века образованные люди полагали, что некоторые живые организмы самозарождаются. Приводились примеры: если бросить сырое мясо, в нем появятся личинки мух. Даже ученые были уверены, что посредством специальной методики можно получить гомункулуса — искусственное существо, рождающееся непосредственно из смеси различных веществ. Впоследствии было доказано: живое происходит только от живого. Но тут же возник другой вопрос: а из чего произошло первое живое существо?

[]

В грязи рожденные

Во второй половине XVII века были сделаны два открытия, которые оказали решающее влияние на формирование биологии. Во-первых, голландский натуралист Антони ван Левенгук сконструировал микроскоп, который позволил увидеть мир мельчайших одноклеточных существ. Во-вторых, итальянский врач Франческо Реди путем наглядного эксперимента с двумя глиняными горшками показал, что личинки мух появляются на мясе только в том горшке, который открыт, то есть их откладывают сами мухи. При этом возникла путаница интерпретации результатов. Если опыт Реди доказывал, что сложные организмы могут произойти только от таких же сложных организмов, то наблюдения Левенгука, наоборот, наводил на мысль, что мельчайшие простейшие как раз и могут самозарождаться из «грязи».

Споры натуралистов достигли такого накала, что в 1860 году Французская академия наук предложила премию любому, кто сможет разрешить вопрос. Через четыре года Луи Пастер представил результаты своих опытов с кипячением бульона, показавшие, что если бульон хранить в запаянной колбе, то микроорганизмы в нем не появляются — следовательно, ни о каком самозарождении говорить не приходится. В итоге возобладала ошибочная теория (витализм), что живое основано на каких-то других химических элементах и развивается по своим особым законам. Дальнейшие исследования, в том числе открытие материального носителя наследственной информации в ДНК, опровергли эту теорию.

Общий предок

В начале ХХ века благодаря теории эволюции Чарльза Дарвина и ошеломляющим достижениям палеонтологов, обнаруживших целый мир вымерших животных ученые пришли к выводу, что жизнь появилась на Земле в незапамятные времена и с тех пор эволюционировала от более простых организмов к более сложным. И, вероятно, все разнообразие биологических видов произошло от «протоклетки», которая даже получила собственное имя — Лука (LUCA от Last Universal Common Ancestor, последний универсальный общий предок).

Напрашивалась идея, что «протоклетка» самозародилась на древней Земле, получившись из комбинации органических молекул под воздействием агрессивных факторов окружающей среды. Вроде бы оставалась простая задача — воспроизвести эти факторы в лабораторных условиях и посмотреть, что народится из «первичного бульона» активных химических веществ. Такую теорию отстаивал, например, советский биохимик Александр Опарин. Реальные эксперименты по воспроизводству условий древней Земли в 1953 году провели американские ученые Стэнли Миллер и Гарольд Юри; в подготовке эксперимента также участвовал будущий великий популяризатор Карл Саган. В результате были получены простейшие аминокислоты, однако более сложные биохимические структуры (нуклеотиды и белки) так и не появились.

Позднейшие исследования показали, что биохимики не учитывают множество факторов. Например, сегодня считается, что протоклетка могла сформироваться не в «первичном бульоне», а в жерле небольшого подводного вулкана (такие вулканы называют «черными курильщиками»), поскольку там идут более интенсивные химические реакции. Выяснилось, что и наши представления о древней Земле далеки от полноты: например, буквально на днях палеоклиматологи определили, что в эпоху зарождения жизни атмосферное давление на нашей планете было вдвое ниже, чем сегодня, соответственно и температура кипения воды была значительно ниже (около +58 °С). И так далее.

Поэтому ученые решили зайти с другой стороны. Технология секвенирования генома в последнее время подешевела на порядки, и различные научные группы занимаются расшифровкой последовательностей ДНК самых разных видов живых существ. К настоящему моменту полностью прочитаны геномы свыше двух сотен многоклеточных животных, включая человека и неандертальца. На наших глазах родилась новая наука — сравнительная геномика, которая позволяет разгадать многие загадки эволюции, в том числе и реконструировать исходный геном «протоклетки». Например, за счет сравнения ядерных ДНК достоверно установлено, что общий предок всех животных имел как минимум 8430 генов (у современного человека их около 25 тысяч). Исследования в этом направлении продолжаются, и чем больше последовательностей ДНК прочитано, тем более ясные представления мы будем иметь о том, как выглядел исходный геном.

Минимальный геном

Третий возможный путь предложила команда американца Крейга Вентера, прославившегося альтернативным (и более дешевым) проектом расшифровки генома человека и созданием первого синтетического одноклеточного существа. Ученые разобрали геном Mycoplasma mycoides — бактерии, которая живет в крупном рогатом скоте с целью выявить «чистый костяк» генетических инструкций, делающих неживое живым. В результате получился крошечный одноклеточный организм под названием syn3.0, который содержит всего 473 гена (минимальный природный геном самостоятельного организма состоит из 517 генов и принадлежит Mycoplasma genitalium — микробу, живущему в мочеполовой системе человека).

Казалось бы, пора праздновать победу, но вместо этого группа Крейга Вентера натолкнулось на препятствие, которое пока не смогла преодолеть. Когда ученые «демонтировали» геном Mycoplasma mycoides до «предела жизнеспособности», они рассчитывали, что смогут понять назначение 90% генов. И действительно им удалось выявить последовательности, которые отвечают за производство белков, за точною передачу наследственной информации, за формирование клеточных мембран. Однако, когда работа была закончена, то обнаружилось, что количество генов, значение которых для организма имеет критически важное значение, но которые до того считались «мусором», довольно значительно — 149, то есть практически треть от общего числа. Ученые смогли приблизительно классифицировать 70 из них по аналогии с ДНК других микроорганизмов, однако функция оставшихся 79 генов остается загадкой.

«Мы не знаем, что они дают и почему они имеют важное значение для жизни, — заявил Крейг Вентер. — Возможно, они делают нечто более тонкое, пока не очевидное и не оцененное в биологии».

Гомункулусы будущего

Получается, что наука сегодня не способна понять, как работает даже элементарный генетический аппарат. Посему не может быть уверенности в том, что ученые сумеют когда-нибудь реконструировать «протоклетку». Тайна происхождения жизни останется тайной навсегда.

Впрочем, группу Вентера не пугают возникшие трудности. Значение «мусорных» генов можно определить, например, внедряя их в изученные одноклеточные организмы и наблюдая за появлением новых свойств. Можно попробовать заменить их какими-то другими генами, функция которых известна, и посмотреть, как такая «химера» будет меняться при размножении.

Работа будет продолжена, ведь если получится разобраться, как функционирует простейший организм, то ученые смогут познать самую суть жизни и научиться с нуля создавать существ, которых никогда не было в природе или которые давно вымерли. И тогда нас ждут настоящие чудеса.

                                                                                                                                                  Антон Первушин

                                                                                                                        http://www.oracle-today.ru/articles/83465/