Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле
Шрифт:
Первый важный шаг к пониманию этого единства всего живого сделал британский ученый Роберт Гук еще в XVII веке. Гук, этот “хмурый гений”, был одним из отцов научной революции, соперником Исаака Ньютона и одним из первых членов Лондонского королевского общества. Как и многие ученые того времени, он оставил след сразу в нескольких научных дисциплинах – от механики (в его честь назван закон упругости, или закон Гука) до измерения времени (хронометрии) и астрономии. Однако самым значимым его достижением стала, пожалуй, книга 1665 года “Микрография” (Micrographia) – первая заметная публикация Лондонского королевского общества[24].
В своей “Микрографии” Гук описывает результаты собственных наблюдений за различными объектами, проведенных при помощи модернизированного
В одном из разделов Гук описывает вид тонкого среза винной пробки. Оказалась, что эта последняя сплошь покрыта бесчисленными крошечными “комнатками”, или полостями. Они напомнили Гуку маленькие кельи монахов, “клетушки”, поэтому он и назвал их клетками (по-английски cell).
В те же годы в голландском городе Делфт жил Антони ван Левенгук, который тоже экспериментировал с микроскопами. Он разработал метод получения особенно качественных линз, благодаря которым мог различать даже более мелкие детали, чем Гук. О своем эпохальном открытии Левенгук рассказал в октябре 1676 года в письме Лондонскому королевскому обществу. После долгих и жарких дебатов оно все же было опубликовано – через год. В этих спорах Гук выступил на стороне Левенгука – потому, в частности, что лично проверил некоторые из его наблюдений[25].
Свою статью Левенгук начинает с совершенно удивительного утверждения. Мол, в 1675 году он обнаружил “живые существа в дождевой воде”, которая несколько дней простояла в глиняном горшке. Эти крошечные существа были в десять тысяч раз меньше, чем любые из видимых невооруженным глазом. Описание разнообразия форм и поведения этих малюсеньких “анималькулей”, или “живых атомов” (как назвал их Левенгук), занимает целых одиннадцать страниц. Одни из них поначалу имели овальную форму, но в какой-то момент становились почти идеально круглыми. Другие, “длиной вдвое больше ширины”, вроде бы имели “маленькие ножки, с помощью которых чрезвычайно резво передвигались”.
Левенгук открыл микроорганизмы – живые существа, которые много меньше даже самых крошечных насекомых и клещей. И заодно выяснил, что они есть буквально везде – в воде из пруда, в море, на поверхности разных предметов, даже в воздухе. Стоит ли удивляться скептицизму его ученых коллег? Однако наблюдения Левенгука были неопровержимы, так что вскоре наука о микроорганизмах начала бурно развиваться. Позднее ученые распределят всю эту микроскопическую живность по разным группам, которые получат название “амебы” и “бактерии”; эти термины используются и сейчас. Но главный вывод Левенгука заключался в том, что все это клетки, те же самые клетки, что рассматривал Гук. Они различались формой и размерами, а некоторые из них были вдобавок закованы в защитную “броню” или снабжены чем-то вроде крутящихся и бьющих хвостов. И все же каждая такая анималькуля являлась именно отдельной клеткой.
Прошло еще 150 лет, и клетки выявились буквально повсюду. По мере того, как под микроскопы попадали новые ткани, биологи обнаруживали все больше новых клеток. Клетки мозга, клетки крови, клетки печени, мышечные клетки, отдельные нервные клетки длиной более одного метра, раздавшиеся вширь яйцеклетки и резво виляющие хвостами сперматозоиды. Казалось, нет в человеческом теле и других организмах ничего, что не состояло бы из клеток.
В 1838 году немецкий ботаник Маттиас Шлейден сказал то, что многие его современники-биологи давно предполагали, однако не озвучивали. В работе с пышным заглавием “Дополнения к нашим знаниям о фитогенезе” (Contributions to Our Knowledge of Phytogenesis) Шлейден описывает анатомическое строение и рост растений и отмечает: именно клетки являются основой того, что делает растение растением[26]. Он подчеркивает, что “рост растения сводится исключительно к образованию клеток внутри других клеток”.
Тем временем другой немецкий биолог, Теодор Шванн, рассматривал в микроскоп клетки животных. Предполагается, что двое этих ученых как-то за обедом поговорили о работе и Шванн осознал сходство между изучаемыми Шлейденом растительными
клетками и клетками животных, объектами своего изучения. В результате в 1839 году вышла его книга “Микроскопические исследования в области сходства структуры и роста у животных и растений” (Microscopical Researches into the Accordance in the Structure and Growth of Animals and Plants). В ней Шванн делает следующий очевидный шаг и заявляет, что не только растения, но и вообще все живые организмы в качестве основы имеют клетки[27]. Именно это объединяет синего кита с красным мухомором. Вопреки всем их различиям оба состоят из одинаково устроенных клеток.“До чего же велико различие между мышечной и нервной клетками, между последними и клеточной тканью (которая используется только применительно к растениям), эластичной и ороговевшей тканями, и так далее, – пишет Шванн, прилагая все усилия к тому, чтобы читатель понял особую важность этих слов. – Однако когда мы обращаемся к истории развития данных тканей, мы понимаем, что все это многообразие форм объединяет происхождение от клеток и только от клеток, которые совершенно аналогичны таковым у растений и которые демонстрируют потрясающее сходство в некоторых самых существенных процессах, которые они сами и делают возможными”.
Суть идеи Шванна заключалась в том, что все живое либо состоит из клеток, либо, если речь идет о чем-то вроде ногтей и перьев, создано клетками. Позже она получила название “клеточная теория”, и в наши дни ее правильность не вызывает сомнений.
Как одна клетка может породить другую? Ответ на этот вопрос отыскивался постепенно, на протяжении 1830-х годов, по мере того, как ученые наблюдали за данным процессом в свои микроскопы[28]. Все оказалось очень просто: клетка умеет делиться надвое. Если она имеет сферическую форму, то сначала образует посередине перемычку. Затем перемычка постепенно сужается, и клетка приобретает форму галстука-бабочки. Наконец перемычка исчезает, и вместо единственной материнской клетки мы имеем две дочерние.
Последний штрих был нанесен биологом Робертом Ремаком[29], уроженцем Пруссии. Он пришел к выводу, что процесс деления клеток является единственным путем образования новых клеток. В 1840-е – 1850-е годы Ремак опубликовал целый ряд доказательств, но их никто не принял всерьез. Вдобавок – из-за иудейского вероисповедания – Ремаку много раз отказывали в получении профессорского звания, которого тот, несомненно, был достоин. В итоге идеи Ремака распространились благодаря Рудольфу Вирхову, который в 1855 году свел их к лаконичному Omnis cellula e cellula (лат. “клетка возникает только от клетки”). К тому времени Вирхов построил чрезвычайно успешную карьеру (он уже стал первооткрывателем лейкемии, и ему предстояло сыграть важную роль в создании общественного здравоохранения), однако не счел нужным как-либо упомянуть вклад Ремака. Лишь спустя три года он с неохотой и оговорками признал, что использовал работы своего предшественника.
Эта череда открытий (и один случай откровенного плагиата) привела к ответу на наш вопрос. Итак, поскольку все живое вокруг нас состоит из клеток, то, наверное, и первый живой организм тоже был клеткой – хотя, разумеется, более простой, чем современные клетки. И в этом случае вопрос “Как началась жизнь?” сводится к вопросу “Как возникла самая первая клетка?”
Здесь кое-кто из читателей может запротестовать. Разве вирусы – это не нечто несомненно живое и устроенное еще более просто, чем клетки? Все-таки вирусы намного меньше – недаром же их открыли только в 1890-е годы, когда миновало уже больше двух столетий с того дня, как Левенгук заприметил своих анималькулей. Обычный вирус – это всего лишь оболочка, в которую упаковано небольшое количество генов. Однако именно эта простота и делает вирусы плохими кандидатами на звание первого организма. Вирусы упростились настолько, что оказались неспособны к самостоятельному существованию. Для размножения и процветания им абсолютно необходимо проникнуть в клетку и завладеть ее внутренней машинерией, так что вирусы, пожалуй, все же не являются живыми в полном смысле этого слова. Очень может быть, что в ходе эволюции они возникли после клеток, на которых и начали паразитировать. Видимо, первой жизнью могли быть только клетки.