Читать «Знание-сила, 2008 № 05 (971)» онлайн - страница 60

А как все это происходило в реальности? Что, первые «живые молекулы» сами создавали себе такие защитные оболочки или же эти оболочки каким-то образом складывались сами собой, а потом «живые молекулы» в них внедрялись? А если внедрялись, то на каком этапе своего развития и как? К ответу на эти вопросы можно идти двумя путями — «сверху вниз» и «снизу вверх», посредством постепенного упрощения или с помощью постепенного усложнения. В первом случае исследователь последовательно отщепляет от реального живого микроорганизма один за другим все его «лишние» гены, чтобы, идя против хода естественной эволюции, постепенно дойти от нынешней сложной клетки до клетки с минимальным геномом, которая еще способна функционировать, как живая, и выявить ее свойства. Идя этим путем, американец Клайд Хатчисон еще в 1999 году пришел к выводу, что число генов в таком минимальном геноме близко к 200 — 250. Правда, в 2006 году были открыты бактерии с несколько меньшим числом генов, но оказалось, что эти простейшие организмы не все жизненные функции выполняют сами, часть необходимых им для жизни веществ они получают от более сложных клеток, с которыми живут в симбиозе.

На пути «снизу вверх» биологи пытаются, напротив, повторить ход эволюции путем искусственного создания простейшей живой клетки из ее составных частей. Для этого они синтезируют пустую клеточную оболочку (мембрану), а затем последовательно «начиняют» ее все более сложным набором искусственно синтезированных генетических молекул и белков, чтобы постепенно прийти к простейшему микроорганизму, который уже сможет функционировать самостоятельно, как живой. Синтез пустой оболочки требует знания ее состава. Изучая мембраны живых клеток, биологи уже установили, что они состоят из двух слоев палочкообразных молекул — так называемых фосфолипидов, на одном конце которых находится фосфорная химическая группа, а на другом — липидная. Липиды, как всякий жир, гидрофобны, то есть не любят воду и избегают соприкасаться с ней. Напротив, фосфорные группы гидрофильны — тянутся к воде и образуют с ее молекулами взаимовыгодные химические связи.

Казалось бы, палочкам фосфолипидов достаточно расположиться так, чтобы их фосфорная группа была обращена к воде, окружающей клетку, а липидная — внутрь клетки, к ее протоплазме, и все — мембрана готова. Но беда в том, что протоплазма тоже содержит воду. Именно поэтому реальные мембраны сделаны не из одного, а из двух слоев фосфолипидов — это позволяет повернуть фосфорные группы каждого слоя в сторону наружной и внутренней воды, а липиды упрятать внутрь, повернув их друг к другу. Поскольку все эти палочки связаны друг с другом довольно слабыми химическими связями, они могут смещаться относительно друг друга, в итоге такая конструкция сохраняет гибкость и подвижность.

На самом деле мембраны живых клеток имеют более сложное строение, потому что в них существуют поры, образованные молекулами специальных белков, на их поверхности торчат рецепторы, получающие сигналы от других клеток и молекул. Воссоздать всю эту сложность биологи пока не могут, как не могут они пока воссоздать и весь тот сложный набор генетических молекул и белков, который находится внутри нынешних живых клеток. Поэтому они работают с упрощенными моделями, или протоклетками. Важный шаг в создании таких протоклеток сделал американский биолог Джек Шостак. Ему удалось показать, что молекулы некоторых жирных кислот способны сами собой собираться в двуслойные пустые оболочки, обладающие способностью довольно долго расти и делиться (то есть размножаться). Известно, что такие жирные кислоты легко образуются даже в тех химических условиях, которые существовали на ранней Земле, когда еще никаких «живых молекул» не было, так что пустые оболочки вполне могли возникнуть тогда сами собой, независимо от возникновения «живых молекул». Шостак показал также, что определенный вид РНК-молекулы, так называемый рибозим, помещенный в такую оболочку, сохраняет способность сам себя расщеплять, то есть остается химически активным. Эта простейшая комбинация жировой оболочки и РНК-молекулы и является той протоклеткой, с помощью которой биологи пытаются приблизиться к пониманию процесса рождения первых живых клеток.