Эволюция Вселенной и происхождение жизни

Таблица. Размеры геномов и их кодирующие части у организмов разного типа.

У самой маленькой самостоятельно размножающейся бактерии (Mycoplasma genitalium) геном состоит из 580 000 нуклеотидов и содержит около 470 генов. В геноме маленького животного, например нематоды Caenorhabditis elegans, около 100 x 10⁶

нуклеотидов и около 20 000 генов. У человека 3400 x 10⁶ нуклеотидов и 32 000 генов; у полиплоидных растений, например пшеницы, 17 000 x 10⁶ нуклеотидов и 60 000 генов; а у амебы более 670 000 x 10⁶

нуклеотидов, что является самым большим геномом среди всех известных форм жизни. Генетические последовательности продемонстрировали большие вариации в размерах и сложности геномов, а также позволили судить о схожести геномов родственных видов. Оказалось, что разница между человеком и шимпанзе составляет 1 % в последовательности ДНК.

Создание банков данных о последовательностях очень большого количества генов позволяет проводить систематические исследования экспрессионных профилей разных РНК или продуктов генов внутри клетки. Это же дает возможность изучать их молекулярные взаимодействия и регуляторные отношения. В системной биологии эти цели достигаются автоматизированным и компьютерным способом. Миниатюрные молекулярные датчики (микрочипы с большим набором разнообразных ДНК) используются для одновременного тестирования многих тысяч клеточных видов РНК. Этим методом в реальном времени можно анализировать изменения экспрессии РНК при разных внешних условиях (таких, например, как стресс или фактор роста) для выяснения влияния этих факторов на экспрессию гена. Подобным же образом можно провести анализ общих профилей клеточного белка или метаболита в разных условиях, чтобы посмотреть, как клетки реагируют на эти условия.

Глава 29 Происхождение Земли и Луны

Мы уже рассказывали, как Homo sapiens шаг за шагом открывал для себя просторы Вселенной, изобретая методы измерения расстояний и определения свойств небесных тел. Наряду с глубиной пространства перед нами открываются и глубины времени. Нам нелегко представить гигантские космические расстояния. Не менее сложно для нашего разума осмыслить и ту огромную длительность времени, которая потребовалась для рождения Земли (и, конечно, нашей Галактики). Нам трудно вообразить существование чего-то более краткого, чем десятая доля секунды; а что-то более длительное, чем возраст наших бабушек и дедушек, вообще выходит за рамки нормального мышления. Мы вынуждены использовать различные косвенные методы, чтобы представить себе столь длительные отрезки времени, как миллионы и даже миллиарды лет.

Первые оценки возраста Земли.

Знаменитое определение возраста Земли сделал в 1654 году ирландский епископ и ученый Джеймс Ашшер, воспользовавшись для этого Библией. Начав от рождения Христа и используя жизнеописания библейских персонажей, он двигался в глубь времени и пришел к выводу, что Вселенная и Земля были сотворены за 4004 лет до Рождества Христова. Такие библейские определения возраста Земли (использовавшиеся задолго до Ашшера) считались обоснованными вплоть до XIX века, пока геологи, палеонтолога, астрономы и физики не представили свидетельства более адекватной шкалы времени.

В 1779 году француз Жорж Луи Леклерк де Бюффон (1707–1788) подверг сомнению результаты Ашшера. Он утверждал, что найденные к тому времени окаменелости успели бы сформироваться только в том случае, если возраст Земли составляет не менее 75 000 лет. Это радикальное предположение стало первым геологическим определением возраста Земли. При этом оно весьма неплохо совпадало с оценкой Исаака Ньютона, предположившего в своих «Началах» (1687), что возраст Земли должен составлять 50 000 лет. Эту оценку он получил, опираясь на время охлаждения железной сферы, размер которой он экстраполировал к размеру Земли. Граф Бюффон провел подобные эксперименты со сферами различного размера.

Вскоре шотландский геолог Джеймс Хаттон (рис. 29.1) выдвинул новую идею. Он предположил, что древние события можно понять, изучив современные процессы, такие как накопление песка на берегу или выбросы лавы и пепла при извержении вулканов: если их интенсивность не меняется со временем, их можно использовать дня изучения геологических слоев и горных пород. Свои идеи Хаттон опубликовал в 1788 году в книге «Теория Земли». Он утверждал, что геологические слои формируются в течение долгого времени, что противоречило господствовавшей тогда теории катастроф, согласно которой геологические структуры сформировались почти мгновенно в ходе библейского Всемирного потопа.

Рис. 29.1. Джеймс Хаттон (1726–1797), основатель современной геологии: медленные процессы сформировали геологические структуры.