Рассмотрение естественно начать с земной жизни.
4.2.2. Земная жизнь.
Жизнь на Земле предстает перед нами как поразительное многообразие различных царств организмов, прежде всего растительных и животных, их популяций и видов[220], связанных между собою множеством тончайших связей, благодаря которым биосферу Земли можно рассматривать как единую сложную систему. Эта «живая пленка», покрывающая земной шар тонким слоем, приблизительно в тысячную долю его размеров, необычайно активна, она оказывает решающее влияние на формирование наружных слоев Земли. По оценкам В. И. Вернадского, верхние слои земной коры (глубиною в несколько километров) на 99% преобразованы земными организмами. А что касается атмосферы, то ее состав также в значительной мере определяется процессами жизнедеятельности. Если бы какие-то внеземные цивилизации исследовали нашу планету, они неизбежно должны были бы столкнуться с преобразующим фактором земной жизни. Общая масса «живого вещества» на Земле составляет 1012 т, а с учетом ископаемого органического вещества (уголь, сланцы нефть, газ и др.), представляющего собой остатки ранее существовавших организмов, эту величину надо увеличить, по крайней мере, на несколько порядков, что составляет хотя и малую, но уже заметную долю полной массы Земли.
Характерной особенностью живого вещества на Земле является то, что оно состоит из отдельных организмов, каждый из которых представляет обособленную систему со своей собственной структурой, поддерживаемой в процессе метаболизма. В то же время все организмы на Земле так тесно переплетены между собой, что всю систему земной жизни можно рассматривать как единый «сверхорганизм». Земные организмы, в свою очередь, состоят из различных подсистем, связанных между собой энергетическими и информационными связями. Простейшей ячейкой живого вещества является клетка. Крупные организмы содержат многие триллионы клеток (так, в организме новорожденного человека содержится 2 • 1012 клеток). Клетка — такая же элементарная крупинка жизни, как атом — элементарная крупинка неживой (неорганизованной) материи. Именно с клетки начинается жизнь. И хотя существование вирусов ставит определенную проблему в этом плане, все же именно образование клетки отмечает тот рубеж, тот качественный скачок, который отделяет живую систему от предживой. Что же представляет собой живая клетка?
Рис. 4.2.1. Строение живой клетки
Строение клетки показано на рис. 4.2.1. Клетка отделяется от внешней среды (в том числе от других клеток) с помощью тонкой оболочки — клеточной мембраны, толщиной не более 10-6 см. Внутренняя среда клетки представляет собой водный раствор различных органических веществ, в сочетании с некоторыми минеральными солями. Эту внутреннюю среду клетки (внутриклеточный бульон) называют протоплазмой. В клетках всех организмов, за исключением некоторых простейших (прокариотов), в центре клетки расположено ядро, а окружающая его часть протоплазмы называется цитоплазмой. И ядро, и цитоплазма имеют сложное строение. В ядре расположены хромосомы, содержащие молекулы ДНК, в них заключена наследственная информация организма. В цитоплазме выделяются тонкие волокнистые структуры — митохондрии, в которых протекают химические реакции, обеспечивающие клетку энергией. Кроме того, там содержатся многие другие структуры, называемые органеллами или органоидами, выполняющие различные функции. Полностью структурная организация живой клетки еще не изучена, так как постоянно обнаруживаются все новые и новые компоненты, и, как отмечает Н. Хоровиц, конца этому не видно. Имея в виду сложную структуру клетки, Тейяр де Шарден характеризует ее как «триумф множества, органически собранного в минимуме пространства»[221]. Необходимость в такой сложной структуре станет понятной, если принять во внимание, что клетка представляет собой миниатюрную, но прекрасно отлаженную автоматически действующую химическую фабрику, в которой протекают разнообразнейшие биохимические реакции. И если внешняя красота природы, красота жизни вызывает восхищение, то и внутренняя гармония клетки поражает.
Вся физиология живых организмов: переработка и усвоение нищи, процессы дыхания, образование новых клеток и клеточных компонентов, сокращение мышц, передача нервных импульсов и множество других функций — все это связано с химическими превращениями, протекающими в живых клетках[222]. Земная жизнь основана на соединениях углерода. Здесь природа использовала уникальную способность атомов углерода образовывать длинные и устойчивые молекулярные цепи, из которых строятся молекулы сложных органических веществ. Именно такие сложные органические молекулы образуют живую клетку. Мир клетки — это мир гигантских молекул. Помимо углерода, в их состав входят водород, кислород и азот, а также в меньшем количестве фосфор (и сера).
По своим функциям и составу органические вещества живой клетки разделяются на четыре основных класса: белки, нуклеиновые кислоты, жиры (липиды) и углеводы (к последним относятся сахара, клетчатка и крахмал). Все они, в той или иной степени, участвуют в построении клеточных структур и, кроме того, выполняют разнообразные функции в процессах жизнедеятельности. Углеводы и жиры служат для организма «топливом», их молекулы являются источником энергии для протекающих в клетках биохимических реакций. Белки выполняют очень разнообразные функции. Прежде всего они являются катализаторами всех важнейших химических реакций, в том числе синтеза самих белков. Такие белки-катализаторы называются ферментами. В конечном итоге, они контролируют весь тот сложный комплекс процессов, который характеризует жизнедеятельность клетки и благодаря которому она постоянно воспроизводит себя как самосохраняющаяся, устойчивая система. Помимо этих функций, необходимых для существования самой клетки, у многоклеточных организмов в клетках вырабатываются белки, которые играют специфическую роль, принимая участие в жизнедеятельности других клеток данного организма. Так, например, гемоглобин, содержащийся в эритроцитах крови, переносит кислород от органов дыхания к клеткам тканей и участвует в переносе углекислого газа к органам дыхания. Белки-гормоны, вырабатываемые в клетках эндокринных желез, оказывая целенаправленное влияние на деятельность клеток других органов и тканей, тем самым, участвуют в регуляции всех жизненно важных процессов в организме. Иммуноглобулины, содержащиеся в плазме крови, обладают защитными свойствами и участвуют в создании иммунитета организма. Перечисленными примерами функции белков в организме не исчерпываются. Нуклеиновые кислоты хранят и передают генетическую информацию, в которой записана программа функционирования каждой клетки, они управляют процессом синтеза белков в клетке.
По своему строению молекулы живого вещества относятся к полимерам, они состоят из чередующихся групп атомов (мономеров), связанных между собой в длинные цепи. Мономеры являются, своего рода, строительными блоками этих молекул. К наиболее важным мономерам относятся: аминокислоты, нуклеотиды, сахара и жирные кислоты. Из аминокислот образуются белки, из нуклеотидов — нуклеиновые кислоты, из сахаров — углеводы, из жирных кислот — липиды.
Молекула белка состоит из одной или нескольких цепочек аминокислот — полипетидных нитей. В состав одной нити типичною белка входят сотни аминокислот. Каждый белок отличается от другого набором аминокислот и порядком их расположения в полипептидной цепи. В природе существует множество аминокислот, но только 20 из них (не считая редких исключений) участвуют в построении белков для всех
