Страница:
Но, думается, самым серьезным просчетом Дарвина было то, что он не обратил внимание на работу некого августинского монаха из моравского города Брно, который десять лет пытался на грядках с горохом разгадать сокровенную тайну жизни. Звали монаха Грегор Мендель и установил он, что факторы, управляющие наследственностью у гороха, стабильны и неизменны в поколениях. Они не "разжижаются" и не смешиваются друг с другом, а раз за разом выскакивают вновь и вновь, как чертик из табакерки, являя миру свое скрытое существование в виде белых цветков и сморщенных горошин.
Мендель установил, что если в скрещивание вступает пара признаков, например, красные и белые цветки горошка, то в первом поколении все цветочки будут красными. А во втором на каждые три красных цветка будет приходиться один белый. Подавляемый, рецессивный признак вновь проявляется в отношении 1:3. Подобное распределение Мендель назвал расщеплением. Расщепление 3:1 стало "фирменным" знаком трудолюбивого монаха, который сумел вырваться вперед всей науки чуть ли не на полвека. Никто в европейской науке - и Дарвин в том числе - не сумел его в то время понять. Понадобилось еще целое поколение ученых, а то и два, чтобы "августинское" послание дошло до их сознания. Только в самом начале нашего века Менделя переоткрыли вновь.
Началась эпоха "бури и натиска", связанная с рождением генетики - науки о наследственности и ее факторах-генах. Уже тогда можно было говорить и о химической природе генов, поскольку нуклеин был выделен швейцарцем Ф.Мишером тогда же, когда Мендель проводил свои опыты. На нуклеин в 1879 году обратил внимание известный немецкий химик А.Коссель, который получил за его изучение Нобелевскую премию в 1910 году.
Однако нуклеиновая природа гена не признавалась еще долгие полвека! Ученые считали, что ген имеет белковую природу. Определение "жизнь есть способ существования белковых тел" довлело над их умами. Надо отдать должное классикам марксизма, которые неплохо разобрались в дарвинизме. Маркс писал, что учение Дарвина "изложено грубо, по-английски, но дает естественно-историческую основу". В этом с ним был солидарен другой немец - патолог Рудольф Вирхов, который говорил, что "организм есть республика клеток". Патолог, объявивший кости неандертальца чуть ли не останками казака, умершего после похода русских на Париж в 1913 году, называл дарвинизм "имперским учением", подчеркивая тем самым иерархический образ мышления Дарвина, которое формировалось в викторианской Англии.
Даже сторонник Дарвина немец Э.Геккель писал, что "дарвинизм тенденция аристократическая, никак не демократическая". Дарвинизм ведь провозглашал выживание лучших и наиболее приспособленных.
Не обошел эту проблему своим вниманием и такой мыслитель, как Лев Николаевич Толстой, который писал в своем письме, обращенном к детям, 1 ноября 1890 года: "Взгляды ваши на дарвинизм, эволюцию и борьбу за существование не объясняют вам значения жизни и не дадут руководства к действию". Еще более определенно наш писатель выразился в письме к Ганди: "Если мы хотим, чтобы кротость и любовь взяли верх над гордыней и жестокостью, мы должны отбросить (разрядка моя - И.Л.) дарвиновский взгляд на природу!"
Князь П.А.Кропоткин, известный революционер, опубликовал в 1902 году книгу под символическим названием "Взаимопомощь", в которой во многом повторил взгляды Н.Я.Данилевского, еще в 1875 году выпустившего в СанктПетербурге книгу "Дарвинизм. Критическое исследование" в двух томах.
Данилевский говорил о труде Дарвина, что это "кредо явно британского "национального типа", чисто английская доктрина.
Естественный отбор своими корнями уходит в войну всех против всех. Это гоббсовская теория политики, экономическая теория Я.Смита. А Мальтус приложил тот же принцип к исчислению народонаселения.
Таким образом, Дарвин распространил теорию политэкономии и парциальную теорию Мальтуса на органический мир".
Начало нашего века совпало не только с потрясением основ науки о живом, но и с самыми разными социальными потрясениями. Это было время, когда зашатались королевские и царские троны, когда люди стали думать более свободно и независимо. Даже спокойная стратиграфическая геология Лайеля, описывавшая постепенно возрастающие пласты земной коры, была потрясена "мобилистом" А.Вегенером. Этот немецкий геофизик выдвинул в 1915 году гипотезу о том, что материки нашей планеты находятся в постоянном движении, чему свидетельство зеркальное отражение Южной Америки и Африки.
Такое совпадение выступа и впадины еще называют комплементарностью, или дополнительностью.
Комплементарность широко распространена в живой природе: комплементарны друг другу два пола, кисти рук, антитело и антиген, белок р120 вируса иммунодефицита человека и молекула белкового рецептора Т4 лимфоцита-хелпера, поражаемого вирусом, а также ключ и замок, рука и перчатка.
О комплементарности впервые заговорили выдающийся физик-теоретик Н.Бор (правда, в годы борьбы с космополитизмом этот его термин физики стали переводить как "дополнительность", но биологи познакомились с комплементарностью лет на тридцать позже, когда переводить уже не было надобности). Бор говорил о комплементарности свойств частицы-волны, утверждая случайный, статистический характер явлений в природе.
О том же самом говорил и Мендель, но его не поняли. Не понял Бора и Эйнштейн, который говорил, что мир детерминирован, то есть характер процессов заранее предопределен. "Бог в кости не играет", --- говорил, возражая Бору, Эйнштейн. Спор их разгорелся на Сольвссвском конгрессе в 1927 году.
Победил в конце концов Бор.
Трудно поверить в совпадение, но подобный же спор в том же 1927 году разгорелся и у генетиков. Т.Г.Морган, создатель хромосомной теории наследственности, утверждал неизменность гена и предопределенность развития. А его сотрудник Г.Меллер, наладивший "промышленное" получение мутаций, то есть наследственных изменении гена у дрозофилы - плодовой мушки, - с помощью рентгеновских лучей, стал говорить о случайном и статистическом характере этих процессов. И хотя наука сейчас может вызывать мутации в нужном ей месте и в нужном гене, все же случайность изменений гена не вызывает сомнений.
Примерно в то же время в Берлине Н.В.Тимофеев-Ресовский тоже облучал дрозофил рентгеном. Вместе со своим сотрудником К.Циммером и немецким физиком-теоретиком М.Дельбрюком он задался целью вычислить "объем гена", который, согласно их расчетам, оказался равным кубу со стороной грани в 10 атомов!
Оказалось, что для вызывания мутации квант рентгеновского излучения должен был попасть в группу атомов чийлом не более 1000! Изменяемая часть гена имела молекулярные размеры, что было значительно меньше любого самого маленького белка. Таким образом, была впервые поколеблена теория белкового строения гена.
Но какова же тогда была природа гена? До экспериментального решения этого вопроса оставалось еще долгих десять лет, а до признания всем научным сообществом - все двадцать. Переворот в мозгах ученых, ставивших телегу впереди лошади, проходил долго и мучительно.
Статья берлинской тройки привлекла внимание американца, австрийца и итальянца. Первый, директор Рокфеллеровского фонда У.Вивер, пригласил Дельбрюка в США, где физик-теоретик, слушавший, кстати, лекции Бора в Копенгагене, написал в 1940 году совместно с известным американским химиком Л.Полингом статью, касающуюся принципа комплементарности в биологии.
Австрийский физик-теоретик Э.Шредингер написал книгу "Что такое жизнь? С точки зрения физика", в которой целую главу посвятил статье тройки и обсуждению "апериодичности" строения хромосомы. Книжку читали американец Дж.Уотсон и англичанин Ф.Крик, которые поставили себе целью узнать, как устроен ген.
А в Риме статью прочитал С.Луриа, бежавший от фашистов в США к Дельбрюку. Вместе они стали работать с фагами - вирусами микроорганизмов.
Это было уже после войны, а в 1944 году О.Эйвери из Рокфеллеровского института в Нью-Йорке открыл, что у пневмококков, вызывающих пневмонию, или воспаление легких, генетическим веществом является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).
Первым и самым любимым аспирантом С.Луриа был Джеймс Уотсон, которого Луриа послал в Кембридж в знаменитую Лабораторию молекулярной биологии. Именно там Уотсон и встретился с Криком, с которым они в 1953 году представили ученому миру двуцепочную спиральную модель ДНК. Это был день рождения современной биологии! Что же из них себя представляет ДНК?
Это двуцепочная молекула, похожая на спиральную винтовую лестницу, ступеньками которой являются комплементарные пары азотистых оснований (соединений, имеющих в своем составе азот). Основания представляют собой "буквы" генетического кода. Таких букв всего 4: Аденин, Гуанин, тимин и цитозин. Последние два, вернее их названия, напечатаны с маленьких букв потому, что молекулы тимина и цитозина примерно в два раза меньше по своим размерам, чем Аденина и Гуанина. "Боковины" лестницы составлены молекулами сахара дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты НзР04, что можно видеть на схеме
Сахар - Фосфат - Сахар - Фосфат - Сахар - Фосфат - Сахар - Фосфат
Сахар - Фосфат - Сахар - Фосфат - Сахар - Фосфат - Сахар - Фосфат
Из схемы видно, что в комплементарных парах Аденин всегда соединен с тимином, а Гуанин с цитозином. Замена того или иного основания - "буквы" приводит к нарушению комплементарности, что внешне проявляется в виде мутации: изменение окраски, нарушения функции белка, в результате чего может развиваться заболевание или даже наступить смерть. Уже говорилось, что в природе мутации носят случайный характер.
Но так ли уж "случайна" эта случайность? И как быть на молекулярном уровне со старым как мир спором о том, что было вначале - яйцо или курица?
На эти вопросы пытались еще в 1943 году ответить Дельбрюк и Луриа, которые установили, что в системе фаг - бактерия мутации случайны. Спустя почти полстолетия Дж.Кэйрнс из Гарвардского университета так писал об их результатах: "Доктрина, столь пылко защищаемая, есть негативное утверждение: внешний признак никогда не предшествует генам! Но как же проверить "полезность" мутации до их закрепления в генах? Для организма не представляется трудной задача проверки признака до его закрепления в генах".
Вывод этот был сделан на основании экспериментов, проведенных Кэйрнсом с бактериями, которым, например, вместо привычного им черного хлеба стали давать белый или наоборот. Оказалось, что при такой смене бактерии вполне сознательно производят переключение генов, ответственных за усвоение нового источника питания. Получается, что в конкретных случаях мутации и не столь уж случайны. Случайно лишь то, в каких клетках они произойдут.
Главное - сохранение вида.
До сих пор мы говорили о мутациях на генном уровне. Но ген сам по себе в клетке не "работает". Ген можно сравнить лишь с магнитной лентой видеоили аудиокасссты с записанной на ней изображением или музыкой. Но для "прокручивания" кассеты необходимы магнитофон и телевизор. Таким "прокручивающим" устройством в клетке является белок. И мутация в белке выражается в замене той или иной аминокислоты, или "кирпичика", из которого, как уже говорилось выше, строится молекула белка.
Одним из таких функциональных белков является альфа-кристаллин (аК) хрусталика глаза, то есть той "линзочки", с помощью которой фокусируется свет на сетчатке нашего органа зрения.
Известно, что животным, ведущим подземный образ жизни, глаза практически не нужны. Одним из таких животных является ближневосточный спаллакс - нечто среднее между подземной крысой и кротом. Вот уже 40 миллионов лет спаллакс живет под землей. Сегодня глаза у него даже не прорезаются!
Тем не менее хрусталик и сетчатка глаза образуются. Белки хрусталика настолько изменились за долгие годы подземной эволюции, что хрусталик не может менять свою кривизну и фокусировать луч света на сетчатке. Тем не менее, как показали лабораторные исследования, спаллакс способен реагировать на свет!
Так при зимнем освещении, то есть с коротким световым днем, он надевает роскошную пушистую шубу, хотя температура в комнате поддерживалась на уровне 22°С. Если же продолжительность светового дня увеличивали до 16 часов, то он сбрасывал шубу, несмотря на снижение температуры до 17°С.
Сравнение аминокислотных последовательностей белка аК спаллакса и его эволюционных родственников показало, что последовательность эта состоит из 173 аминокислот (как бусин в ожерелье). В аК спаллакса обнаружено 9 аминокислотных замен по сравнению с более эволюционно древними крысами, мышами и хомячками. Выяснилось, что скорость эволюционного изменения в "ненужном" белке спаллакса в четыре раза выше, чем в "работающем" белке.
Выяснилось также, что в аК спаллакса произошли замены даже в четырех стабильных, или консервативных, метах, которые неизменны у 72 видов позвоночных - от рыб до человека.
Получается, что когда белок функционирует, то об эволюции говорить вообще не приходится!
Приведем еще один последний пример отсутствия подобной эволюции.
Речь пойдет о так называемом раковом белке рп21 "рас". В норме этот белок массой 21 000 дальтон, или углеродных единиц, "сидит" под клеточной оболочкой и выполняет важнейшую регуляторную функцию, не давая клетке безостановочно делиться и превращаться в раковую.
Но это в норме. Однако при мутации, которая приводит к заменам аминокислот, белок становится раковым и перестает регулировать деление клетки.
Клетка начинает безостановочно делиться и превращается (трансформируется) в злокачественную. Такое наблюдается при карциноме мочевого пузыря человека.
В ходе исследований выяснилось, что при замене аминокислот в 12, 13, 59, 61 и 63 положениях от начала белковой цепи белок р21 "рас" приобретает раковые свойства. Каково же было удивление ученых, когда они увидели, что эти аминокислоты одинаковы, то есть консервативны, не только у млекопитающих, но также у дрозофилы, гриба, улитки и даже кишечной палочки, обитающей у нас в толстом кишечнике.
Как и в случае альфа-кристаллина хрусталика, мы видим одну довольно удивительную вещь: в белках имеются аминокислоты, стабильные на протяжении миллиардов лет эволюции живого, неизменные ни при каких формах организации живых организмов. В этих точках белков эволюции просто нет. И не дай Бог затронуть эти чувствительные точки. Тогда белок может стать раковым и со временем убить весь организм.
Повторим в заключение еще раз, что сам факт эволюции никто не может отрицать. Но вот механизмы эволюционного процесса для нас во многом остаются тайной за семью печатями.
Комплементарно к изменению живых организмов мы видим абсолютную неизменность в некоторых местах молекулярных структур, изменение которых чревато самыми неприятными для организма последствиями.
Неизменность эта становится не такой уж абсолютной в белках "неработающих", что мы видели на примере альфа-кристаллина спаллакса. Что означает это явное противоречие эволюции неизменного, мы пока не знаем.
Но уже ясно, что сама эволюция гораздо более сложный и таинственный процесс, нежели это представлялось не только в 1859, но даже в 1959 году, когда уже была открыта двойная спираль ДНК - вещества наших генов.
К сожалению, до сих пор объяснение этих сложных процессов во многом остается на уровне 1859 года. Как будто и не было почти полутора веков научного развития. Никто не против самых разных объяснений, но все они должны включать и объяснение известных на сегодня молекулярных феноменов.
Это впрямую относится и к судьбе динозавров, которые внезапно вымерли 65 миллионов лет назад. Вот только почему -то ли в результате проигрыша эволюционного конкурса с млекопитающими, то ли по какой-то другой причине, к эволюции живого не имеющей никакого отношения.
АЛЬВАРЕС, БЭККЕР
И ДРУГИЕ
1 сентября 1988 года в возрасте 77 лет в Калифорнии умер Нобелевский лауреат по физике за 1968 год Луис Альварес, прославившийся тем, что он чуть ли не единственный ученый, сопровождавший самолеты, которые несли смертоносный груз к Хиросиме и Нагасаки. В Америке Альвареса называли пионером экспериментальной ядерной физики. Надо отдать ему должное:
помимо бомб он сбрасывал над несчастными городами обращение к японским физикам, призывая их воздействовать на правительство, чтобы то капитулировало перед мощью союзников.
Сын Луиса Альвареса, Уолтер, стал геологом, но "физические гены" хоть и в скрытом состоянии, но все же действовали. В 1977 году Уолтер оказался в составе экспедиции, работавшей в ущелье, неподалеку от городка Губбио, что километрах в 150 к северу от Рима.
Как-то он разговорился с сотрудницей Миланского университета Изабеллой Сильва, которую интересовала глина, тонкими слоями залегавшая между мощными известняковыми отложениями ущелья. Особенностью "губбианской" глины было то, что толщина слоя не превышала 1 см и была она бирюзового цвета! Это свидетельствовало о большом содержании химического элемента иридия.
Иридий, как известно, получил название "радужный" за многообразие и многоцветность своих соединений, дающих самую разную окраску растворам.
Содержание иридия в земной коре просто ничтожно - не более 0,03 весовых частей на миллиард весовых частиц! Однако в каменных метеоритах, которые ученые называют углистыми хондритами, содержание этого элемента почти в 20 000 раз выше.
Как образовался слой глины в Губбио? Будучи геологом, У.Альварес знал, что прожилки глины в известняке образуются тогда, когда вымирают животные, имеющие известняковый панцирь, например те же ракушки, одноклеточные радиолярии или лучевики.
Глина обычно имеется и в известняке, но ее содержание не превышает 5 процентов. В прослойках же ущелья в Губбио доля глины составляла почти половину всей породы. Накопление слоя глины толщиной 1 см свидетельствовало о том, что древний геологический процесс продолжался не более тысячи лет.
(Раньше геология могла оперировать лишь периодами в десять и более тысяч лет. Заметим, что позже были найдены такие тонкие прослойки глины в карьере у города Каравак в южной Испании, что разрешающая способность данного метода возросла до 50 лет!)
В июне 1978 года Уолтер получил данные первых анализов. Голубая глина содержала в 300 раз больше элемента, чем обычная. Интересно также было и то, что слой голубой глины залегал точно на границе мезозоя и кайнозоя.
Граница эта носит научное название К/Т. В 1980 году У.Альварес опубликовал свои данные.
В статье, посвященной описанию иридиевой аномалии Губбио, высказывалось предположение о том, что она возникла в результате падения на нашу планету огромного метеорита, в результате чего по всей поверхности планеты внезапно отложилось 500 миллиардов тонн внеземного вещества с высоким содержанием иридия.
Исходя из этих данных Луис Альварес рассчитал, что диаметр метеорита равнялся 10 километрам. Выделившаяся при ударе небесного тела о Землю энергия была эквивалентна 108 мегатоннам, что в 10 тысяч раз больше всех накопленных человечеством запасов ядерного оружия. Неудивительно, что при такой силе удара содержавшийся в метеоритном веществе иридий был "разбросан" по всей планете.
В заключение своей статьи Уолтер Альварес высказал предположение о том, что рептилии могли исчезнуть с лица Земли именно в результате такого гигантского взрыва. Надо сказать, что ученые встретили подобное умозаключение со скепсисом. Тому было много причин, одна из которых возможно что и главная - заключалась в том, что геолог "лез" в палеонтологию, предлагая решение загадки, мучившей не одно поколение представителей этой науки.
Однако ученого не так-то легко было испугать. Тем более что открытие, сделанное им, оказалось не уникальным.
Во многих районах мира стали обнаруживаться и другие места иридиевой аномалии: Дания, Испания, Новая Зеландия и даже Туркмения, то есть восточное побережье Каспийского моря.
На сегодня в общей сложности более ста ученых в 21 лаборатории 13 стран мира убедились в реальном существовании иридиевой аномалии.
Не отставал от них и сам Уолтер Альварес. В 1990 году он опубликовал в американском научном журнале "Сайенс" ("Наука") статью, в которой с еще большей точностью определялось содержание иридия на границе К/Т в Губбио.
На этот раз был использован нс просто анализ для определения концентрации элемента, а так называемая нейтронная активация.
Метод заключается в том, что тот или иной образец облучается потоком внутриядерных частиц, не имеющих заряда, поэтому они и названы нейтронами.
Известно, что при захвате нейтрона ядром атома образуется нестабильный радиоизотоп - по новой модной терминологии "радионуклид" (от лат. "нуклеус" - ядро), - который живет недолгое время и распадается, излучая энергию.
Особенностью такого "наведенного" излучения является то, что ядра атомов разных элементов имеют присущий только им уникальный профиль радиационного портрета. Таким образом, удается определить содержание того или иного элемента в порядке и образце.
Чтобы суть метода была более понятна, приведем оригинальное сравнение одного ученого.
Вообразите, что вы попали каким-то образом на строительство Вавилонской башни. Известно, что Бог, разгневанный дерзостью людей, устремившихся к небу, смешал разные языки, в результате чего отчаянные строители перестали понимать друг друга. И вот теперь представьте себе, что вам необходимо разыскать в этом вавилонском столпотворении человека или людей какой-то конкретной национальности.
Как же сделать это, когда никто вас не понимает? В такой ситуации, говорит ученый, самым разумным способом отыскания нужных вам людей является обращение к толпе на языке этих самых людей, которые единственные из этого общества откликнутся на ваш призыв, поскольку только они-то и поймут ваши слова.
Таким "призывом" на понятном отдельным атомам языке и является нейтронная активация. "Команда" Уолтера Альвареса "просветила" с помощью нейтронов слой пород толщиной 57 метров, что соответствует возрасту отложений в 10 миллионов лет! При этом был взят промежуток от 71,5 до 61,6 миллиона лет до наших дней. На высоте 347,6 метра от дна ущелья, как раз на границе К/Т, был обнаружен пик содержания иридия в 3 000 частей на триллион (10 ) частей горной породы.
Чтобы понять, что это за концентрация, скажем только, что выше и ниже К/Т границы содержание иридия не превышает 20-80 частей! То есть более тонкий анализ подтвердил то же самое отличие в 300 раз - в данном случае, поскольку чувствительность анализа была выше, то чуть больше, - которое было получено и десять лет назад.
Избыток иридия обнаруживается и под дном Тихого и Атлантического океанов при глубоководном бурении.
"Но это-то как раз ничего и не доказывает", - возражают скептики.
Сегодня неизвестно, какие процессы в водной толще могли привести к выпадению иридия.
На это сторонники Уолтера и его теории приводят данные лаборатории в Лос-Аламосе, в которой анализировались образцы пород чисто континентального происхождения. И обнаружена все та же иридиевая аномалия.
Еще в 1980 году специалисты Национальной администрации по астронавтике и изучению космического пространства США (НАСА) Р.Турко и О.Тун с помощью компьютеров показали, что пыль, поднятая при ударе о землю десятикилометрового метеорита, создаст такую непроницаемую завесу, что в течение нескольких месяцев на всей планете будет самая настоящая ночь.
Это, в свою очередь, приведет к двум тяжелым последствиям. Первое - это резкое сокращение фотосинтеза, поскольку растения не смогут получать в достаточной мере солнечные лучи. Отсюда потеря всего лиственного покрова, как это происходит зимой, вернее уже осенью. Второе заключается в резком снижении температуры, поскольку земля не сможет прогреваться отсутствующими солнечными лучами. Естественно, что в такой ситуации динозавры просто не могли не погибнуть.
Впоследствии подобный "сценарий" развития получил название "ядерная зима", ведь нечто похожее наступит в результате ядерной бомбардировки того или иного участка поверхности Земли.
Геологи же обратили внимание на полосы деформаций в кварцевых зернах, находимых на границе К/Т. Такие деформации и сегодня обнаруживаются вблизи ядерных полигонов. Это "машина" доказательства теории Уолтера.
В 1985 году сотрудник Чикагского университета Э.Андерс обнаружил удивительное совпадение в распределении частиц углерода в меловых отложениях Дании, Испании и Новой Зеландии.
Оказалось, что на границе К/Т концентрация частиц углерода возрастает в 10 000 раз! А это свидетельствует о вселенском пожаре, возникшем в результате удара метеорита о Землю.
Его расчеты показали, что удар метеорита диаметром 10 км должен привести к образованию кратера диаметром 100 км. В атмосферу при этом поднимается огненный шар с температурой 3000°С, в результате чего должны загореться неисчислимые миллиарды тонн органики. Черный дым и пыль сделают атмосферу непроницаемой для солнечных лучей.
Помимо всего этого, атмосфера обогатится огромными количествами углекислого газа С02 и токсичного для всего живого угарного СО. Таким образом, крупные животные будут погибать еще и от удушья. Мелкие же впадут в спячку - как они это делают зимой и жарким летом и сегодня - и спасутся в пещерах. Вот такой сценарий событий нарисовал Андрее.
Мендель установил, что если в скрещивание вступает пара признаков, например, красные и белые цветки горошка, то в первом поколении все цветочки будут красными. А во втором на каждые три красных цветка будет приходиться один белый. Подавляемый, рецессивный признак вновь проявляется в отношении 1:3. Подобное распределение Мендель назвал расщеплением. Расщепление 3:1 стало "фирменным" знаком трудолюбивого монаха, который сумел вырваться вперед всей науки чуть ли не на полвека. Никто в европейской науке - и Дарвин в том числе - не сумел его в то время понять. Понадобилось еще целое поколение ученых, а то и два, чтобы "августинское" послание дошло до их сознания. Только в самом начале нашего века Менделя переоткрыли вновь.
Началась эпоха "бури и натиска", связанная с рождением генетики - науки о наследственности и ее факторах-генах. Уже тогда можно было говорить и о химической природе генов, поскольку нуклеин был выделен швейцарцем Ф.Мишером тогда же, когда Мендель проводил свои опыты. На нуклеин в 1879 году обратил внимание известный немецкий химик А.Коссель, который получил за его изучение Нобелевскую премию в 1910 году.
Однако нуклеиновая природа гена не признавалась еще долгие полвека! Ученые считали, что ген имеет белковую природу. Определение "жизнь есть способ существования белковых тел" довлело над их умами. Надо отдать должное классикам марксизма, которые неплохо разобрались в дарвинизме. Маркс писал, что учение Дарвина "изложено грубо, по-английски, но дает естественно-историческую основу". В этом с ним был солидарен другой немец - патолог Рудольф Вирхов, который говорил, что "организм есть республика клеток". Патолог, объявивший кости неандертальца чуть ли не останками казака, умершего после похода русских на Париж в 1913 году, называл дарвинизм "имперским учением", подчеркивая тем самым иерархический образ мышления Дарвина, которое формировалось в викторианской Англии.
Даже сторонник Дарвина немец Э.Геккель писал, что "дарвинизм тенденция аристократическая, никак не демократическая". Дарвинизм ведь провозглашал выживание лучших и наиболее приспособленных.
Не обошел эту проблему своим вниманием и такой мыслитель, как Лев Николаевич Толстой, который писал в своем письме, обращенном к детям, 1 ноября 1890 года: "Взгляды ваши на дарвинизм, эволюцию и борьбу за существование не объясняют вам значения жизни и не дадут руководства к действию". Еще более определенно наш писатель выразился в письме к Ганди: "Если мы хотим, чтобы кротость и любовь взяли верх над гордыней и жестокостью, мы должны отбросить (разрядка моя - И.Л.) дарвиновский взгляд на природу!"
Князь П.А.Кропоткин, известный революционер, опубликовал в 1902 году книгу под символическим названием "Взаимопомощь", в которой во многом повторил взгляды Н.Я.Данилевского, еще в 1875 году выпустившего в СанктПетербурге книгу "Дарвинизм. Критическое исследование" в двух томах.
Данилевский говорил о труде Дарвина, что это "кредо явно британского "национального типа", чисто английская доктрина.
Естественный отбор своими корнями уходит в войну всех против всех. Это гоббсовская теория политики, экономическая теория Я.Смита. А Мальтус приложил тот же принцип к исчислению народонаселения.
Таким образом, Дарвин распространил теорию политэкономии и парциальную теорию Мальтуса на органический мир".
Начало нашего века совпало не только с потрясением основ науки о живом, но и с самыми разными социальными потрясениями. Это было время, когда зашатались королевские и царские троны, когда люди стали думать более свободно и независимо. Даже спокойная стратиграфическая геология Лайеля, описывавшая постепенно возрастающие пласты земной коры, была потрясена "мобилистом" А.Вегенером. Этот немецкий геофизик выдвинул в 1915 году гипотезу о том, что материки нашей планеты находятся в постоянном движении, чему свидетельство зеркальное отражение Южной Америки и Африки.
Такое совпадение выступа и впадины еще называют комплементарностью, или дополнительностью.
Комплементарность широко распространена в живой природе: комплементарны друг другу два пола, кисти рук, антитело и антиген, белок р120 вируса иммунодефицита человека и молекула белкового рецептора Т4 лимфоцита-хелпера, поражаемого вирусом, а также ключ и замок, рука и перчатка.
О комплементарности впервые заговорили выдающийся физик-теоретик Н.Бор (правда, в годы борьбы с космополитизмом этот его термин физики стали переводить как "дополнительность", но биологи познакомились с комплементарностью лет на тридцать позже, когда переводить уже не было надобности). Бор говорил о комплементарности свойств частицы-волны, утверждая случайный, статистический характер явлений в природе.
О том же самом говорил и Мендель, но его не поняли. Не понял Бора и Эйнштейн, который говорил, что мир детерминирован, то есть характер процессов заранее предопределен. "Бог в кости не играет", --- говорил, возражая Бору, Эйнштейн. Спор их разгорелся на Сольвссвском конгрессе в 1927 году.
Победил в конце концов Бор.
Трудно поверить в совпадение, но подобный же спор в том же 1927 году разгорелся и у генетиков. Т.Г.Морган, создатель хромосомной теории наследственности, утверждал неизменность гена и предопределенность развития. А его сотрудник Г.Меллер, наладивший "промышленное" получение мутаций, то есть наследственных изменении гена у дрозофилы - плодовой мушки, - с помощью рентгеновских лучей, стал говорить о случайном и статистическом характере этих процессов. И хотя наука сейчас может вызывать мутации в нужном ей месте и в нужном гене, все же случайность изменений гена не вызывает сомнений.
Примерно в то же время в Берлине Н.В.Тимофеев-Ресовский тоже облучал дрозофил рентгеном. Вместе со своим сотрудником К.Циммером и немецким физиком-теоретиком М.Дельбрюком он задался целью вычислить "объем гена", который, согласно их расчетам, оказался равным кубу со стороной грани в 10 атомов!
Оказалось, что для вызывания мутации квант рентгеновского излучения должен был попасть в группу атомов чийлом не более 1000! Изменяемая часть гена имела молекулярные размеры, что было значительно меньше любого самого маленького белка. Таким образом, была впервые поколеблена теория белкового строения гена.
Но какова же тогда была природа гена? До экспериментального решения этого вопроса оставалось еще долгих десять лет, а до признания всем научным сообществом - все двадцать. Переворот в мозгах ученых, ставивших телегу впереди лошади, проходил долго и мучительно.
Статья берлинской тройки привлекла внимание американца, австрийца и итальянца. Первый, директор Рокфеллеровского фонда У.Вивер, пригласил Дельбрюка в США, где физик-теоретик, слушавший, кстати, лекции Бора в Копенгагене, написал в 1940 году совместно с известным американским химиком Л.Полингом статью, касающуюся принципа комплементарности в биологии.
Австрийский физик-теоретик Э.Шредингер написал книгу "Что такое жизнь? С точки зрения физика", в которой целую главу посвятил статье тройки и обсуждению "апериодичности" строения хромосомы. Книжку читали американец Дж.Уотсон и англичанин Ф.Крик, которые поставили себе целью узнать, как устроен ген.
А в Риме статью прочитал С.Луриа, бежавший от фашистов в США к Дельбрюку. Вместе они стали работать с фагами - вирусами микроорганизмов.
Это было уже после войны, а в 1944 году О.Эйвери из Рокфеллеровского института в Нью-Йорке открыл, что у пневмококков, вызывающих пневмонию, или воспаление легких, генетическим веществом является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).
Первым и самым любимым аспирантом С.Луриа был Джеймс Уотсон, которого Луриа послал в Кембридж в знаменитую Лабораторию молекулярной биологии. Именно там Уотсон и встретился с Криком, с которым они в 1953 году представили ученому миру двуцепочную спиральную модель ДНК. Это был день рождения современной биологии! Что же из них себя представляет ДНК?
Это двуцепочная молекула, похожая на спиральную винтовую лестницу, ступеньками которой являются комплементарные пары азотистых оснований (соединений, имеющих в своем составе азот). Основания представляют собой "буквы" генетического кода. Таких букв всего 4: Аденин, Гуанин, тимин и цитозин. Последние два, вернее их названия, напечатаны с маленьких букв потому, что молекулы тимина и цитозина примерно в два раза меньше по своим размерам, чем Аденина и Гуанина. "Боковины" лестницы составлены молекулами сахара дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты НзР04, что можно видеть на схеме
Сахар - Фосфат - Сахар - Фосфат - Сахар - Фосфат - Сахар - Фосфат
Сахар - Фосфат - Сахар - Фосфат - Сахар - Фосфат - Сахар - Фосфат
Из схемы видно, что в комплементарных парах Аденин всегда соединен с тимином, а Гуанин с цитозином. Замена того или иного основания - "буквы" приводит к нарушению комплементарности, что внешне проявляется в виде мутации: изменение окраски, нарушения функции белка, в результате чего может развиваться заболевание или даже наступить смерть. Уже говорилось, что в природе мутации носят случайный характер.
Но так ли уж "случайна" эта случайность? И как быть на молекулярном уровне со старым как мир спором о том, что было вначале - яйцо или курица?
На эти вопросы пытались еще в 1943 году ответить Дельбрюк и Луриа, которые установили, что в системе фаг - бактерия мутации случайны. Спустя почти полстолетия Дж.Кэйрнс из Гарвардского университета так писал об их результатах: "Доктрина, столь пылко защищаемая, есть негативное утверждение: внешний признак никогда не предшествует генам! Но как же проверить "полезность" мутации до их закрепления в генах? Для организма не представляется трудной задача проверки признака до его закрепления в генах".
Вывод этот был сделан на основании экспериментов, проведенных Кэйрнсом с бактериями, которым, например, вместо привычного им черного хлеба стали давать белый или наоборот. Оказалось, что при такой смене бактерии вполне сознательно производят переключение генов, ответственных за усвоение нового источника питания. Получается, что в конкретных случаях мутации и не столь уж случайны. Случайно лишь то, в каких клетках они произойдут.
Главное - сохранение вида.
До сих пор мы говорили о мутациях на генном уровне. Но ген сам по себе в клетке не "работает". Ген можно сравнить лишь с магнитной лентой видеоили аудиокасссты с записанной на ней изображением или музыкой. Но для "прокручивания" кассеты необходимы магнитофон и телевизор. Таким "прокручивающим" устройством в клетке является белок. И мутация в белке выражается в замене той или иной аминокислоты, или "кирпичика", из которого, как уже говорилось выше, строится молекула белка.
Одним из таких функциональных белков является альфа-кристаллин (аК) хрусталика глаза, то есть той "линзочки", с помощью которой фокусируется свет на сетчатке нашего органа зрения.
Известно, что животным, ведущим подземный образ жизни, глаза практически не нужны. Одним из таких животных является ближневосточный спаллакс - нечто среднее между подземной крысой и кротом. Вот уже 40 миллионов лет спаллакс живет под землей. Сегодня глаза у него даже не прорезаются!
Тем не менее хрусталик и сетчатка глаза образуются. Белки хрусталика настолько изменились за долгие годы подземной эволюции, что хрусталик не может менять свою кривизну и фокусировать луч света на сетчатке. Тем не менее, как показали лабораторные исследования, спаллакс способен реагировать на свет!
Так при зимнем освещении, то есть с коротким световым днем, он надевает роскошную пушистую шубу, хотя температура в комнате поддерживалась на уровне 22°С. Если же продолжительность светового дня увеличивали до 16 часов, то он сбрасывал шубу, несмотря на снижение температуры до 17°С.
Сравнение аминокислотных последовательностей белка аК спаллакса и его эволюционных родственников показало, что последовательность эта состоит из 173 аминокислот (как бусин в ожерелье). В аК спаллакса обнаружено 9 аминокислотных замен по сравнению с более эволюционно древними крысами, мышами и хомячками. Выяснилось, что скорость эволюционного изменения в "ненужном" белке спаллакса в четыре раза выше, чем в "работающем" белке.
Выяснилось также, что в аК спаллакса произошли замены даже в четырех стабильных, или консервативных, метах, которые неизменны у 72 видов позвоночных - от рыб до человека.
Получается, что когда белок функционирует, то об эволюции говорить вообще не приходится!
Приведем еще один последний пример отсутствия подобной эволюции.
Речь пойдет о так называемом раковом белке рп21 "рас". В норме этот белок массой 21 000 дальтон, или углеродных единиц, "сидит" под клеточной оболочкой и выполняет важнейшую регуляторную функцию, не давая клетке безостановочно делиться и превращаться в раковую.
Но это в норме. Однако при мутации, которая приводит к заменам аминокислот, белок становится раковым и перестает регулировать деление клетки.
Клетка начинает безостановочно делиться и превращается (трансформируется) в злокачественную. Такое наблюдается при карциноме мочевого пузыря человека.
В ходе исследований выяснилось, что при замене аминокислот в 12, 13, 59, 61 и 63 положениях от начала белковой цепи белок р21 "рас" приобретает раковые свойства. Каково же было удивление ученых, когда они увидели, что эти аминокислоты одинаковы, то есть консервативны, не только у млекопитающих, но также у дрозофилы, гриба, улитки и даже кишечной палочки, обитающей у нас в толстом кишечнике.
Как и в случае альфа-кристаллина хрусталика, мы видим одну довольно удивительную вещь: в белках имеются аминокислоты, стабильные на протяжении миллиардов лет эволюции живого, неизменные ни при каких формах организации живых организмов. В этих точках белков эволюции просто нет. И не дай Бог затронуть эти чувствительные точки. Тогда белок может стать раковым и со временем убить весь организм.
Повторим в заключение еще раз, что сам факт эволюции никто не может отрицать. Но вот механизмы эволюционного процесса для нас во многом остаются тайной за семью печатями.
Комплементарно к изменению живых организмов мы видим абсолютную неизменность в некоторых местах молекулярных структур, изменение которых чревато самыми неприятными для организма последствиями.
Неизменность эта становится не такой уж абсолютной в белках "неработающих", что мы видели на примере альфа-кристаллина спаллакса. Что означает это явное противоречие эволюции неизменного, мы пока не знаем.
Но уже ясно, что сама эволюция гораздо более сложный и таинственный процесс, нежели это представлялось не только в 1859, но даже в 1959 году, когда уже была открыта двойная спираль ДНК - вещества наших генов.
К сожалению, до сих пор объяснение этих сложных процессов во многом остается на уровне 1859 года. Как будто и не было почти полутора веков научного развития. Никто не против самых разных объяснений, но все они должны включать и объяснение известных на сегодня молекулярных феноменов.
Это впрямую относится и к судьбе динозавров, которые внезапно вымерли 65 миллионов лет назад. Вот только почему -то ли в результате проигрыша эволюционного конкурса с млекопитающими, то ли по какой-то другой причине, к эволюции живого не имеющей никакого отношения.
АЛЬВАРЕС, БЭККЕР
И ДРУГИЕ
1 сентября 1988 года в возрасте 77 лет в Калифорнии умер Нобелевский лауреат по физике за 1968 год Луис Альварес, прославившийся тем, что он чуть ли не единственный ученый, сопровождавший самолеты, которые несли смертоносный груз к Хиросиме и Нагасаки. В Америке Альвареса называли пионером экспериментальной ядерной физики. Надо отдать ему должное:
помимо бомб он сбрасывал над несчастными городами обращение к японским физикам, призывая их воздействовать на правительство, чтобы то капитулировало перед мощью союзников.
Сын Луиса Альвареса, Уолтер, стал геологом, но "физические гены" хоть и в скрытом состоянии, но все же действовали. В 1977 году Уолтер оказался в составе экспедиции, работавшей в ущелье, неподалеку от городка Губбио, что километрах в 150 к северу от Рима.
Как-то он разговорился с сотрудницей Миланского университета Изабеллой Сильва, которую интересовала глина, тонкими слоями залегавшая между мощными известняковыми отложениями ущелья. Особенностью "губбианской" глины было то, что толщина слоя не превышала 1 см и была она бирюзового цвета! Это свидетельствовало о большом содержании химического элемента иридия.
Иридий, как известно, получил название "радужный" за многообразие и многоцветность своих соединений, дающих самую разную окраску растворам.
Содержание иридия в земной коре просто ничтожно - не более 0,03 весовых частей на миллиард весовых частиц! Однако в каменных метеоритах, которые ученые называют углистыми хондритами, содержание этого элемента почти в 20 000 раз выше.
Как образовался слой глины в Губбио? Будучи геологом, У.Альварес знал, что прожилки глины в известняке образуются тогда, когда вымирают животные, имеющие известняковый панцирь, например те же ракушки, одноклеточные радиолярии или лучевики.
Глина обычно имеется и в известняке, но ее содержание не превышает 5 процентов. В прослойках же ущелья в Губбио доля глины составляла почти половину всей породы. Накопление слоя глины толщиной 1 см свидетельствовало о том, что древний геологический процесс продолжался не более тысячи лет.
(Раньше геология могла оперировать лишь периодами в десять и более тысяч лет. Заметим, что позже были найдены такие тонкие прослойки глины в карьере у города Каравак в южной Испании, что разрешающая способность данного метода возросла до 50 лет!)
В июне 1978 года Уолтер получил данные первых анализов. Голубая глина содержала в 300 раз больше элемента, чем обычная. Интересно также было и то, что слой голубой глины залегал точно на границе мезозоя и кайнозоя.
Граница эта носит научное название К/Т. В 1980 году У.Альварес опубликовал свои данные.
В статье, посвященной описанию иридиевой аномалии Губбио, высказывалось предположение о том, что она возникла в результате падения на нашу планету огромного метеорита, в результате чего по всей поверхности планеты внезапно отложилось 500 миллиардов тонн внеземного вещества с высоким содержанием иридия.
Исходя из этих данных Луис Альварес рассчитал, что диаметр метеорита равнялся 10 километрам. Выделившаяся при ударе небесного тела о Землю энергия была эквивалентна 108 мегатоннам, что в 10 тысяч раз больше всех накопленных человечеством запасов ядерного оружия. Неудивительно, что при такой силе удара содержавшийся в метеоритном веществе иридий был "разбросан" по всей планете.
В заключение своей статьи Уолтер Альварес высказал предположение о том, что рептилии могли исчезнуть с лица Земли именно в результате такого гигантского взрыва. Надо сказать, что ученые встретили подобное умозаключение со скепсисом. Тому было много причин, одна из которых возможно что и главная - заключалась в том, что геолог "лез" в палеонтологию, предлагая решение загадки, мучившей не одно поколение представителей этой науки.
Однако ученого не так-то легко было испугать. Тем более что открытие, сделанное им, оказалось не уникальным.
Во многих районах мира стали обнаруживаться и другие места иридиевой аномалии: Дания, Испания, Новая Зеландия и даже Туркмения, то есть восточное побережье Каспийского моря.
На сегодня в общей сложности более ста ученых в 21 лаборатории 13 стран мира убедились в реальном существовании иридиевой аномалии.
Не отставал от них и сам Уолтер Альварес. В 1990 году он опубликовал в американском научном журнале "Сайенс" ("Наука") статью, в которой с еще большей точностью определялось содержание иридия на границе К/Т в Губбио.
На этот раз был использован нс просто анализ для определения концентрации элемента, а так называемая нейтронная активация.
Метод заключается в том, что тот или иной образец облучается потоком внутриядерных частиц, не имеющих заряда, поэтому они и названы нейтронами.
Известно, что при захвате нейтрона ядром атома образуется нестабильный радиоизотоп - по новой модной терминологии "радионуклид" (от лат. "нуклеус" - ядро), - который живет недолгое время и распадается, излучая энергию.
Особенностью такого "наведенного" излучения является то, что ядра атомов разных элементов имеют присущий только им уникальный профиль радиационного портрета. Таким образом, удается определить содержание того или иного элемента в порядке и образце.
Чтобы суть метода была более понятна, приведем оригинальное сравнение одного ученого.
Вообразите, что вы попали каким-то образом на строительство Вавилонской башни. Известно, что Бог, разгневанный дерзостью людей, устремившихся к небу, смешал разные языки, в результате чего отчаянные строители перестали понимать друг друга. И вот теперь представьте себе, что вам необходимо разыскать в этом вавилонском столпотворении человека или людей какой-то конкретной национальности.
Как же сделать это, когда никто вас не понимает? В такой ситуации, говорит ученый, самым разумным способом отыскания нужных вам людей является обращение к толпе на языке этих самых людей, которые единственные из этого общества откликнутся на ваш призыв, поскольку только они-то и поймут ваши слова.
Таким "призывом" на понятном отдельным атомам языке и является нейтронная активация. "Команда" Уолтера Альвареса "просветила" с помощью нейтронов слой пород толщиной 57 метров, что соответствует возрасту отложений в 10 миллионов лет! При этом был взят промежуток от 71,5 до 61,6 миллиона лет до наших дней. На высоте 347,6 метра от дна ущелья, как раз на границе К/Т, был обнаружен пик содержания иридия в 3 000 частей на триллион (10 ) частей горной породы.
Чтобы понять, что это за концентрация, скажем только, что выше и ниже К/Т границы содержание иридия не превышает 20-80 частей! То есть более тонкий анализ подтвердил то же самое отличие в 300 раз - в данном случае, поскольку чувствительность анализа была выше, то чуть больше, - которое было получено и десять лет назад.
Избыток иридия обнаруживается и под дном Тихого и Атлантического океанов при глубоководном бурении.
"Но это-то как раз ничего и не доказывает", - возражают скептики.
Сегодня неизвестно, какие процессы в водной толще могли привести к выпадению иридия.
На это сторонники Уолтера и его теории приводят данные лаборатории в Лос-Аламосе, в которой анализировались образцы пород чисто континентального происхождения. И обнаружена все та же иридиевая аномалия.
Еще в 1980 году специалисты Национальной администрации по астронавтике и изучению космического пространства США (НАСА) Р.Турко и О.Тун с помощью компьютеров показали, что пыль, поднятая при ударе о землю десятикилометрового метеорита, создаст такую непроницаемую завесу, что в течение нескольких месяцев на всей планете будет самая настоящая ночь.
Это, в свою очередь, приведет к двум тяжелым последствиям. Первое - это резкое сокращение фотосинтеза, поскольку растения не смогут получать в достаточной мере солнечные лучи. Отсюда потеря всего лиственного покрова, как это происходит зимой, вернее уже осенью. Второе заключается в резком снижении температуры, поскольку земля не сможет прогреваться отсутствующими солнечными лучами. Естественно, что в такой ситуации динозавры просто не могли не погибнуть.
Впоследствии подобный "сценарий" развития получил название "ядерная зима", ведь нечто похожее наступит в результате ядерной бомбардировки того или иного участка поверхности Земли.
Геологи же обратили внимание на полосы деформаций в кварцевых зернах, находимых на границе К/Т. Такие деформации и сегодня обнаруживаются вблизи ядерных полигонов. Это "машина" доказательства теории Уолтера.
В 1985 году сотрудник Чикагского университета Э.Андерс обнаружил удивительное совпадение в распределении частиц углерода в меловых отложениях Дании, Испании и Новой Зеландии.
Оказалось, что на границе К/Т концентрация частиц углерода возрастает в 10 000 раз! А это свидетельствует о вселенском пожаре, возникшем в результате удара метеорита о Землю.
Его расчеты показали, что удар метеорита диаметром 10 км должен привести к образованию кратера диаметром 100 км. В атмосферу при этом поднимается огненный шар с температурой 3000°С, в результате чего должны загореться неисчислимые миллиарды тонн органики. Черный дым и пыль сделают атмосферу непроницаемой для солнечных лучей.
Помимо всего этого, атмосфера обогатится огромными количествами углекислого газа С02 и токсичного для всего живого угарного СО. Таким образом, крупные животные будут погибать еще и от удушья. Мелкие же впадут в спячку - как они это делают зимой и жарким летом и сегодня - и спасутся в пещерах. Вот такой сценарий событий нарисовал Андрее.