Тайный язык жизни. Диалог с ученым о генах, геномах и наследственности

Мы почти всегда мгновенно отличаем живое от неживого – это делают даже маленькие дети, но дать всеобъемлющее определение живому непросто. Универсальной элементарной единицей жизни на Земле (а другой жизни мы не знаем) является клетка. Многие видели клетки в световой микроскоп на школьных занятиях, когда рассматривали окрашенную чешую лука. Клетка отделена от неживого (или от других клеток) полупроницаемой мембраной. Через эту мембрану в клетку из окружающей среды попадают питательные вещества. Внутри клетки они в результате разнообразных химических реакций превращаются в энергию и строительные блоки, необходимые для поддержания клетки в живом состоянии и для ее роста. Наружу из клетки выходят продукты ее жизнедеятельности.

Рис. 1. Образование двух дочерних клеток из материнской в результате деления

Клетки размножаются бинарным делением, в результате которого из одной материнской клетки образуются две дочерние, а сама материнская клетка исчезает (рис. 1). Дочерние клетки либо умирают, либо сами становятся материнскими клетками. Немецкий биолог Рудольф Вирхов провел значительную часть своей профессиональной жизни, наблюдая за клетками в микроскоп. Он ни разу не видел появления клеток из ничего – они всегда возникали в результате деления других клеток, что позволило ему сформулировать фундаментальный принцип: «Omnis cellula e cellula» – всякая клетка произошла из клетки.

«Omnis cellula у cellula» – всякая клетка произошла из клетки

Если бы можно было повернуть время вспять и начать двигаться от ныне живущих клеток к их матерям, а потом к матерям их матерей и так далее, то мы в конце концов пришли бы к одной-единственной клетке. Ученые называют ее LUCA (Last Universal Cellular Ancestor) – последний общий клеточный предок. Существовал он около четырех миллиардов лет назад и был, с нашей точки зрения, не особенно примечательной бактерией, жившей при температуре около 70 ºС. В ходе сотен миллионов лет эволюции потомки LUCA образовали три крупные группы, в которые попадают все живущие ныне организмы: бактерии, археи и эукариоты (рис. 2).

Рис. 2. LUCA – общий предок всего живого на Земле и разнообразие его потомков

Таким образом, все существа – жившие в прошлом, живущие сейчас и те, которые будут жить на Земле в будущем, – происходят из одного корня, и все мы – микробы, растения, животные, включая людей, – родственники друг другу. Из какой клетки произошел LUCA и жившие вместе с ним клетки, потомки которых не дошли до нас, мы не знаем.

Бактерий и архей относят к «прокариотам», это одноклеточные, относительно просто устроенные существа. Клетки эукариот возникли позже прокариот, они гораздо больше прокариотических клеток и гораздо сложнее устроены. В частности, в клетках эукариот присутствуют различные органеллы, например ядра и митохондрии (само слово «эукариот» означает «имеющий настоящее ядро») (рис. 3). По-видимому, первые эукариотические клетки возникли в результате слияния различных прокариотических клеток. Так, митохондрии, энергетические станции эукариотических клеток, являются далекими потомками бактерий, давным-давно захваченных предками современных эукариот. Митохондрии потеряли способность к самостоятельному существованию, но способны делиться, чтобы попадать в дочерние эукариотические клетки. Эукариотические организмы могут быть как одноклеточными (например, инфузория туфелька), так и многоклеточными, как человек.