Наука о живом - Питер Медавар

Если иметь в виду буквальный смысл слова, простейшие — это микроорганизмы, но по сложившемуся академическому обычаю те, кто их изучает, называют себя не микробиологами, а протозоологами или паразитологами. Простейшие по своему строению в общих чертах схожи с отдельно взятыми клетками высших организмов, но, как правило, они гораздо крупнее и обладают гораздо более сложными клеточными органоидами.

Среди проблем, придуманных натурфилософами для того, чтобы придать биологии совершенно излишнее глубокомыслие (как будто ей и без того трудностей не хватает!), имеется и вопрос о том, следует ли считать простейших отдельными клеткам» или же целыми неклеточными организмами. Ответ не имеет {105} никакого значения: их можно считать и теми и другими.

Самое знаменитое простейшее всем известно под именем амебы; а знаменито оно из-за широко распространенного поверья, будто это — первозданное живое существо, состоящее всего из «крошечной капельки протоплазмы». Однако даже и очень уж крошечной ее назвать нельзя — молодые глаза способны разглядеть крупную амебу без всяких увеличительных стекол.

Простейших подразделяют на группы в соответствии со способами их передвижения. Амеба передвигается по субстрату с помощью органов, именуемых псевдоподиями; приставка «псевдо», судя по всему, служит для того, чтобы поправлять и стыдить простаков, которые могли бы подумать, будто у амебы есть настоящие ноги.

Две другие большие группы простейших передвигаются с помощью ресничек и жгутиков соответственно. Реснички обычно покрывают всю поверхность тела простейших, а потому они гораздо более многочисленны, чем жгутики, которых, как правило, бывает один или два и только на одной из вершин клетки. И реснички, и жгутики представляют собой выросты относительно плотной внешней поверхности клетки, а как они действуют, будет описано ниже.

Простейшие вызывают самое распространенное, а потому и самое важное из всех инфекционных заболеваний — малярию, но если расположить все микроорганизмы в соответствии с их вкладом в наше понимание биологии, то они окажутся далеко позади бактерий.

Простейших не следует считать современными представителями наших отдаленных эволюционных предков — это весьма хорошо приспособленные организмы, которые нашли собственные эволюционные пути и выработали особые способы разрешения стоящих перед ними проблем. А вот бактерии в одном отношении, возможно, сохранили следы далекого прошлого: все больше распространяется мнение, что маленькие клеточные органоиды, митохондрии, в которых протекают окислительно-восстановительные реакции, обеспечивающие клетку энергией, представляют собой реликт давнего и, судя по всему, плодотворного {106} симбиоза бактерий с клетками тела. У митохондрии обнаружена ее собственная порция ДНК, и ее реакция на факторы, подавляющие синтез белков, кое в чем сходна с реакцией бактерий.

Вирусы можно распознавать, только когда они проявляют цитопатический эффект, т. е. когда они вызывают патологические изменения в клетках, но это вовсе не доказывает, что все вирусы обладают таким свойством. Вполне возможно, что наши клетки дают приют многочисленным молчащим вирусам, которые уже передали им свой запас генетической информации, включившийся в их геном.

Расширение мер по улучшению здравоохранения в ближайшем будущем приведет к полному исчезновению оспы и полиомиелита, а также к утрате генетической информации, которая определяла синтез вызывающих их вирусов, — разве что они сохранятся в музее, специально построенном для этой цели. Учреждение музея для сохранения исчезающих патогенных вирусов может показаться доведенной до абсурда сентиментальностью даже в эпоху, щеголяющую своим культом ностальгии, однако в действительности это неплохая идея, так как, если появится вирулентный мутант такого вируса, между ним и старым вирусом может возникнуть полезное антигенное перекрывание (см. гл. 13), которое откроет путь к созданию необходимой вакцины.

Глава 12 Молекулярная биология

Каждый, кто питает к биологии не просто поверхностный интерес, знает, что молекулярная биология была и остается величайшим достижением в биологии со времен создания теории эволюции. Важность молекулярной биологии и откровенное высокомерие тех, кто ею занимается, вызвали зависть и досаду у многих старомодных биологов, но, хотя в молекулярной биологии и есть что-то от новоиспеченного богача, сами ее богатства сомнений не вызывают.

Гунтер Стент, один из наиболее тонких ее историков, различает в развитии молекулярной биологии два основных направления: структурное (главным образом европейское) и информационное, т. е. занимающееся вопросами хранения и передачи наследственной информации в биологических системах (последнее, вероятно, достигло наибольшего развития в США).

Структурная молекулярная биология, пожалуй, получила свое начало, когда У. Т. Эстбюри отважно применил методы рентгеноструктурного анализа к таким биологическим объектам, как перья, волосы, сухожилия и волокна кровяного сгустка. Важнейший результат работ Эстбюри — открытие, что изученные им биологические структуры имеют в сущности кристаллическую упорядоченность. Это придало особую соль знаменитому афоризму Шредингера: «Так называемые аморфные твердые тела на деле либо не аморфны, либо не тверды». Исследования Эстбюри навсегда уничтожили идею о существовании нерушимой границы между физическими объектами и веществами живого мира — такой переворот в понятиях сходен с тем, который, как утверждают (задним числом), произвел осуществленный немецким химиком Фридрихом Вёлером в 1828 году синтез мочевины, но по значению далеко его превосходят. {108}

Установление структуры белков — работа, которая когда-нибудь даст нам возможность объяснять большинство протекающих в организме химических изменений на молекулярном уровне, — стало возможным благодаря целому ряду отдельных открытий; одним из них была разработка английским биохимиком Фредериком Сангером химических методов определения последовательности белков, т. е. определения последовательности распределения различных составляющих их аминокислот вдоль полипептидной цепи, что дает возможность определять структуру белков в линейном направлении, известную как первичная структура. Вторичной структурой называют дополнительную детализацию основания, особенно в том, что касается его разветвлений. Третичная структура белка — это общий рисунок его изгибов, выпячиваний и т. д. и полное его определение как трехмерной структуры. Когда английские биохимики Макс Перуц и Джон Кендрю, исследуя миоглобин, впервые дали исчерпывающее представление о пространственном строении белковой молекулы, специалисты по молекулярной биологии расценили их работу как важную веху в истории биологии. С тех пор Р. Валентайн и X. Г. Перейра довольно хорошо разъяснили строение одного из вирусов — аденовируса 12.

У. Т. Эстбюри попытался установить строение нуклеиновых кислот, но рентгеноструктурный анализ и расшифровка кристаллограмм были тогда слишком примитивными, а применявшиеся методы приготовления ДНК — слишком грубыми, так что успеха он не добился. Окончательное объяснение строения ДНК родилось из химических исследований американского биохимика Эрвина Чаргаффа и рентгеноструктурных анализов Фрэнсиса Крика и Джеймса Уотсона в Кембридже, а также Мориса Уилкинса и Розалинд Франклин в лондонском Кингз-колледже. Установление ее пространственной двухспиральной структуры стало двойным триумфом, так как оно одновременно разрешило кристаллографическую проблему и дало подходящую структурную основу для истолкования уникальной функции ДНК как носителя генетической информации.

Информационное направление в истории молекулярной биологии сложилось, когда Эвери, Маклеод {109} и Маккарти открыли, что дезоксирибонуклеиновая кислота представляет собой своего рода биологический философский камень, поскольку выяснилось, что именно ДНК вызывает трансформацию одной разновидности пневмококков в другую (см. гл. 11) — до тех пор это явление ставило всех в тупик. На протяжении нескольких следующих лет изучение бактерий и вирусов, а также обычные генетические исследования неопровержимо доказали, что ДНК — действительно хранилище наследственной информации и средство передачи ее от одного поколения к другому. Не считая ничтожного количества ДНК в митохондриях, вся ДНК животных клеток, в том числе и зародышевых, сосредоточена в ядре, как и следовало ожидать, учитывая тот факт, что ядро зародышевой клетки — это единственное материальное звено, связывающее поколения.

В молекулярной биологии общепринято положение, что генетически зашифрованная информация передается только в одном направлении — от нуклеиновой кислоты к белку, но не наоборот. Обычные биологи долго не принимали этого взгляда: они были чрезвычайно недовольны тем, что белки свергнуты со своего трона и им уже больше не приписывается то осуществление всех химических преобразований в организме, которое прежде представлялось их естественным правом. Согласно этому новому взгляду, нуклеиновые кислоты должны определять строение всех белков, производимых в клетке. Очень важная часть молекулярной биологии, называемая иногда «молекулярной биохимией» (попробуйте представить себе немолекулярную биохимию!), занимается определением средств, с помощью которых строение той или иной нуклеиновой кислоты в конечном счете картируется в строении того или иного белка.