Постепенно стало ясным, что усложнение простейших абиогенных углеродистых соединений могло осуществляться только в определенную, неповторимую в дальнейшем на нашей планете геологическую эпоху. В этот «детский» период Земля была не только гола и мертва, но и очень инертна. Планета далеко не сразу познакомилась с гниением, ржавением, окислением, брожением и прочими, все пожирающими и все преобразующими видами окисления. Отсутствие сравнительно больших объемов кислорода и невозможность прямого глубокого окисления углеродистых соединений способствовало их сохранению и накоплению в огромных количествах в первичной атмосфере и на поверхности планеты.
В те далекие времена атмосфера еще не представляла собой того надежного щита, каким она является для Земли сегодня. Отсутствие в атмосфере свободного кислорода препятствовало образованию в ее верхней части озонного слоя, который теперь защищает нас от коротковолновой ультрафиолетовой радиации. Изобилие ультрафиолетовых лучей являлось тем источником энергии, который использовался для многих процессов, в том числе и для различных стимуляторов, при помощи которых возникали фотохимические процессы, ведущие к образованию небольшого количества, но зато порой очень сложных углеродистых соединений.
Планета клубилась парами газов, воды и пыли, то там, то тут пронизываемых вспышками молний. Вуаль миллиардолетий скрывает подробности, но научные суждения, опирающиеся на лабораторные эксперименты, в которых люди искусственно воссоздают давным-давно существовавшие на планете физические и химические условия, позволяют многое понять. Мы можем себе представить, как активные соединения углерода с водородом и их ближайшие производные периодически самопроизвольно соединяются друг с другом и, конечно, с окружающими их парами воды, сероводородом, аммиаком и другими газами. Жара и холод, молнии, ультрафиолетовая радиация, атмосферные электрические разряды, радиоактивные излучения, наконец, просто порывы ветра, клубы пыли и водяные струи — все это обеспечивало начало или затухание реакций, их активное или пассивное протекание.
Очень важной, хотя полностью и не раскрытой является картина появления первых «энергетических станций» для будущих живых организмов. В каждой живой клетке должен быть свой надежный источник энергии. Основным непосредственным источником энергии для них служат аденозинтрифосфорная кислота и другие соединения, содержащие фосфор. Но получение сложных многоатомных молекул, содержащих фосфор, не простое дело, ибо при этом необходимо в довольно длительный период времени поддерживание высоких температур порядка 200°. Туманность картины вызвана тем, что мы пока толком не можем сказать о температурных характеристиках первичной Земли. Были ли расплавленными определенные зоны или территории? Как велико было влияние на формирующуюся земную кору радиоактивного разогревания и вулканической деятельности? Тут много спорного и пока неясного. Но так или иначе постепенно образовались сложные фосфорные соединения.
В течение веков, тысячелетий, даже миллионов лет (в начальных стадиях эволюция живого проходит крайне медленно) в земных водоемах образовывались и скапливались наряду с растворами неорганических солей самые различные органические соединения, как простые, так и все более сложные. Среди последних появлялись и богатые энергией фосфорные соединения.
Лабораторные опыты С. Миллера, А. Пасынского, С. Фокса, К. Фолсома и других ученых наглядно показывают, что в подобной среде могли синтезироваться очень сложные органические соединения, в частности аминокислоты, являющиеся важнейшими составными компонентами гигантских белковых молекул. Более того, удавалось даже (например, французскому ученому Ж. Оро) в подобном растворе сложных органических соединений получить отдельные молекулярные блоки и звенья цепей белковых молекул. Американские исследователи К. Мэтьюз и Р. Мозер после непрерывного 24-часового эксперимента получили протеины, то есть простые белки, как бы основы отдельных клеток.
Биохимики Стэнфордского университета, в Калифорнии, сообщили о том, что им впервые удалось искусственно получить молекулу, которая, по их словам, способна функционировать в живом организме. Речь идет об искусственно полученной ДНК, очень похожей на наследственное вещество вируса.
За частичную расшифровку «крученой лестницы» ДНК и работы в области синтеза отдельных звеньев этих гигантских молекул руководитель группы стэнфордских биохимиков Артур Корнберг был удостоен Нобелевской премии.
Первичные естественные белки и нуклеиновые кислоты были более простыми, чем современные, но все равно чрезвычайно сложными. Главное же — отдельные части нуклеиновых кислот должны были быть наделены специфическим, строго определенным взаиморасположением отдельных, повторяющихся и не повторяющихся групп атомов различных элементов. Ведь эта специфика структуры не случайна, а вызвана эволюционным приспособлением к исполнению строго определенных функций, которые белок или нуклеиновая кислота выполняет в любом живом организме.
Где-то здесь начинаются размытые, очень неопределенные границы более высокой стадии развития жизни: возникновение в смеси сложных органических соединений самых первых, наиболее примитивных живых систем. В последних исследованиях открывается все большее значение функций управления и информации.
Мир клеток, генов и хромосом оказался еще более «тонким и хитрым», чем предполагалось ранее. В частности, роль РНК-полимеразы не ограничивается «снятием копий» и на этой основе синтезом нуклеиновых кислот. Чудо-фермент одновременно регулирует процесс синтеза.
Сейчас, во второй половине 80-х годов, сложилось такое положение: спорной и окончательно не выясненной остается самая первичная стадия зарождения жизни, но одновременно с этим достигается все более полное познание на современном уровне экспериментальной науки до-клеточного, клеточного и сложного многоклеточного «материала» природы.
Сегодня (1986 год) ученые уже могут лабораторно получать хрупкое желтоватое образование, представляющее собой химически чистые нуклеотиды. Особенно важно, что каждый из них имеет химически открытый «активный конец», готовый соединиться со «ступенькой» или участком «перил» ДНК в любых комбинациях. Это, наряду с познанием других клеточных секретов, будет способствовать более стремительному развитию генной инженерии.
Способы уверенной манипуляции с генным материалом стали возможными благодаря развитию новых методов исследований, главными из которых являются методы быстрого определения последовательности нуклеотидов и синтез олигонуклеотидов. В результате оказалось реальностью — «прочитать» ген (то есть установить последовательность всех составляющих его нуклеотидов), выделить нужный ген из любого организма, перенести его в другой, заставить его работать в чужом организме, наконец, преобразовать ген, заменив некоторые его части.
За последние 10–15 лет генная инженерия добилась столь большого развития, что она смогла стать надежной основой растущей микробиологической промышленности.
Если 70-е годы прошли как бы под «флагом» ЭВМ и электроники, то 80-е отмечены «взрывом» новых исследований в генетике.
Открываемые горизонты поистине фантастичны. И самым удивительным здесь является то, что это не сказки. Речь идет о принципиально новых производствах сложнейших лекарств, стимуляторов роста животных и растений, синтетических белках и различной другой продукции, получаемой быстро, дешево и, в большинстве случаев, из «бросовых отходов» органических веществ.
Но это только первые шаги. В обозримом будущем мы сможем создавать растения, способные к более активному фотосинтезу, а также «умеющие» удобрять самих себя, улавливая из воздуха и накапливая азот. Манипулируя генами, специалисты получили возможность создавать растительность и животных с нужными человеку свойствами. Более того, генная инженерия в союзе с другими науками сможет в дальнейшем вообще получить невиданные новые растения и животных. Природа в процессе длительной эволюции выработала в животном и растительном мире множество замечательных свойств. Но эти свойства порой (с нашей человеческой точки зрения) бывают малоэффективными, например: ничтожный процент использования солнечной энергии или слишком большой удельный расход воды. Освоение механизма наследственности будет существенным вкладом формирования ноосферы. Все это обеспечит в будущем заманчивую возможность регионального, а затем и глобального совершенствования животного и растительного мира, коренной перестройки большинства производственных технологий и создания безотходных, экологически «чистых» предприятий.