Но все это люди узнали позже. Световой же микроскоп позволял увидеть лишь загадочное деление непонятных ниточек в ядре да плавающие в протоплазме гармошечки — их назвали митохондриями. Впрочем, иногда мелькали и совсем уж крошечные образования.
Электронный микроскоп открыл потрясающую сложность крошечной клетки. Вот как описывал ее доктор биологических наук А. Нейфах:
«Тончайшая оболочка клетки, практически невидимая в обычный микроскоп, оказалась состоящей из трех слоев — одного жирового и двух белковых. У митохондрий также оказалась собственная оболочка и сложная структура. В остальной цитоплазме, которая казалась совершенно пустой, обнаружилась сеть тонких мембран с сидящими на них гранулами-рибосомами. Сейчас мы знаем, что рибосомы — одна из важнейших структур клетки, это в них происходит синтез белка.
Электронный микроскоп позволяет увидеть даже отдельные крупные молекулы — белки и нуклеиновые кислоты. Но именно отдельные. А в клетке молекулы соединены друг с другом, образуя сложные надмолекулярные структуры. И рассмотреть молекулу на фоне других обычно не удается. Поэтому, хотя мы точно знаем, например, из скольких молекул белка и нуклеиновой кислоты состоит рибосома, видим рибосому (ее диаметр около 150 ангстрем), нам неизвестно достоверно, каким образом все эти молекулы в ней уложены, а следовательно, мы не абсолютно уверены в том, что она работает в полном согласии с существующими сейчас представлениями.
Еще большие трудности возникают при изучении хромосом… Казалось бы, что вдоль хромосомы должна тянуться одна нить ДНК. В действительности же хромосомы в десятки раз толще одной нити как за счет других нитей ДНК, так и за счет специальных хромосомных белков. А вот как эти белки и нити ДНК в хромосоме уложены, чем объясняется это противоречие — одна нить ДНК в теории и пучок нитей в действительности, — мы до сих пор не знаем…
Синтез белка происходит на рибосомах, дыхание — в митохондриях, а в ядрах синтезируется рибонуклеиновая кислота — РНК. Все это позволило воспроизвести схему взаимоотношений этих клеточных частиц в целой клетке. В ядре, на хромосомах происходит синтез РНК, которая точно копирует порядок нуклеотидов в одном отрезке ДНК, одном гене. Далее эта информация в виде особой информационной РНК поступает из ядра в цитоплазму, где РНК садится на рибосомы, на которых и синтезируется белок. Для этого синтеза необходима энергия, поставляемая митохондриями».
Можно было бы очень долго продолжать описание устройства клетки. При наблюдении ее кажется, что в ней происходит непрерывное кипение. Еще окончательно не познав всех деталей клетки, мы уже знаем, что это не хаотическое «кипение», а строгая закономерность многих тысяч химических реакций, направляемых специализированными биологическими устройствами, вроде ДНК и рибосом. Эти устройства усваивают из окружающего мира нужные элементы, синтезируют их в сложные органические вещества живого мира и выбрасывают за «ворота» клеточной оболочки ненужные элементы — отходы. Впрочем, не только отходы, но и различные метаболиты, нужные для функционирования всего организма: идет обмен, а в нем есть и нужные и «ненужные» вещества. Иными словами, живое тело осуществляет непрерывный обмен веществ между веществами своего тела и веществами из окружающей его внешней среды. Каждую секунду, любое мгновение рождается живое и возвращается в окружающую природу.
Мы надеемся, что нам удалось показать, что белки и нуклеиновые кислоты, эти «кирпичи» живого, необычайно сложны. Но истинно живое, пусть это всего лишь одна клетка, в тысячи, да что там тысячи — в миллионы раз сложнее сверхсложных по своей пространственной архитектуре белков и «памятливых» нуклеиновых кислот, этих носителей наследственной информации.
Теперь, наверное, вы сами пришли к выводу — живое не могло возникнуть случайно, если даже допустить «занос» живого из космоса или наличие вечности существования жизни. Мы умышленно прибегали к авторитету специалиста — академика Г. М. Франка, заявляя, что именно клетки являются простейшей автономной системой, которая в полном смысле слова является живой. Это нам потребовалось для того, чтобы более уверенно определить «грань живого».
Тут много еще споров. Дело в том, что, кроме одноклеточных и многоклеточных организмов, в природе известна большая группа живых существ, не имеющих клеточного строения. Эти организмы называются вирусами. Однако вирусы способны жить и размножаться только в клетках растений и животных. Так что тут нет прямого обмена веществ с неживой природой, а значит, и нет жизни в полном смысле этого слова.
Но если даже стать на точку зрения тех, кто считает вирус «мельчайшей крупицей живой материи», надо признать, что мы имеем дело не с «крупицей», а с конструкцией из больших молекул. Каждый вирус состоит из молекулы нуклеиновой кислоты, хранящей наследственные свойства, и белковой оболочки. Таким образом, вирус напоминает конструкцию хромосомы, а мы видели на примере «лестницы» ДНК и белка лизоцима, как все это необычайно сложно устроено.
Вирус — паразит, он, при содействии молекулы нуклеиновой кислоты, пытается (к сожалению, вполне успешно) перебить своей информацией команды хромосом клетки, в которой он паразитирует: заставляет клетку выполнять его команды и работать на завоевателя.
В конце 70-х годов значительно прояснилась «служба наследственности» вирусов. Так, было экспериментально установлено, что, например, бактериальный вирус X174 представляет собой хромосому, покрытую тонкой, но многогранной оболочкой. Эта хромосома оказалась необычной — у нее только девять генов, и она настолько проста и компактна, что даже не содержит обычной двойной спирали ДНК, а только одну нить. Попав в бактерию, гены вируса воздействуют на ферменты бактерии, заставляя их создавать вторую нить.
Американский ученый Клэр Фолсом в своей книге «Происхождение жизни», вышедшей в 1979 году в Сан-Франциско и переведенной в 1982 году в Москве, пишет: «Вирус — это нефункционирующая биологическая система: согласно нашему определению, его нельзя назвать живым, он представляет собой покрытый белками „шприц для подкожных инъекций“, заполненный нуклеиновой кислотой. Скорее, он — продукт клетки».
Логично предположить, что вирусы — «грабители и нахлебники» — появились много позже клеток. А клетка, безусловно, не могла появиться в первичном скоплении органических веществ сразу в своем современном состоянии. Простейшим одноклеточным организмам предшествовал чрезвычайно длинный путь эволюционного развития более простых биологических систем.
Ученые сумели мысленно заглянуть в давным-давно прошедшие времена. Они идут двумя путями. Во-первых, более глубоко познают самые сокровенные тайны современных живых организмов. Поняв биохимическую сущность обмена веществ этих организмов, можно выделить некоторые химические превращения, лежащие в основе обмена у всего живого. Такие единые реакции должны являться исходными системами обмена веществ, возникшими еще в древнем архее у воссоздаваемых нами невидимок.
Второй путь (во многом опирающийся на достижения первого) заключается в теоретическом, а затем опытном восстановлении условий первичной земной коры, воды, атмосферы и радиации. Поместив в такие условия искусственно воссозданный и, конечно, весьма далекий от реальности первичный «бульон», нужно найти закономерности, обусловливающие необходимость возникновения у групп сложных углеродистых соединений дальнейших объединений и усложнений, ведущих к примитивному, а затем ко все более сложному обмену веществ. Ибо случай только помогал создать «хитрейшие» спиральные химические соединения нуклеиновых кислот и белков в первобытном океане.
Американский научный популяризатор и писатель Айзек Азимов так поясняет этот процесс. Если предположить, что вы смогли бы случайно смешать атомы кислорода и водорода в трехатомные молекулы, то образовались бы разные комбинации. Скажем, три атома водорода, три атома кислорода, атом водорода и два атома кислорода и т. д. Теперь из этой случайной смеси возьмите наудачу десять молекул. Каковы шансы на то, что все десять молекул будут представлять комбинацию из двух атомов водорода и одного атома кислорода, то есть окажутся молекулами воды? По расчетам Азимова получается один шанс на 60 миллионов!