Кратчайшая история Вселенной. От Большого взрыва до наших дней (в сверхдоступном изложении)

ДНК присутствует во всех живых клетках и является базой данных, которая сообщает белкам, какими чертами должны обладать эти клетки и как им следует себя вести. Это «программное обеспечение» живого компьютера; жесткий диск, содержащий программные инструкции для видеоигры. ДНК обеспечивает живым организмам должный облик и модель поведения: от клыков до веснушек, от рычания до смеха.

Прокариотическая клетка

©CNX Openstax via Wikimedia Commons

Дезоксирибонуклеиновая кислота состоит из образованных миллиардами атомов двух цепочек, закрученных друг вокруг друга в двойную спираль. Каждую цепочку формируют многочисленные нуклеотиды, состоящие в свою очередь из упомянутых ранее нуклеобаз, которые вполне могли образоваться в океанах Земли архейского эона. Аденин, гуанин, цитозин и тимин – нуклеобазы, несущие генетическую информацию. Они подобны двоичному коду, которым на компьютерном жестком диске записана программа.

Теперь переходим к «комплектующим» нашего живого компьютера – рибонуклеиновой кислоте, или РНК. Состоящая из одной цепочки, а не из двух, РНК получает от ДНК инструкции и доставляет их в отдельные части живой клетки, которые производят белки (эти фабрики белков называются рибосомами). Чтобы сделать это, РНК распаковывает ДНК и считывает инструкции, тот самый «двоичный код». Затем РНК отдает белкам соответствующие указания, и белки начинают строить организм. По сути, РНК и белки – это устройство ввода информации и процессор нашего живого компьютера.

3,8 миллиарда лет назад этот хорошо структурированный живой кислотный осадок начал осуществлять весьма сложные, но на первый взгляд случайные химические реакции. Однако как он развился?

Источник эволюции

Как мы прошли путь от основных органических химических веществ к таким сложным структурам, как ДНК и РНК, остается загадкой. Тем не менее как только эти структуры появились, химические реакции в них происходили не один раз.

ДНК самовоспроизводится, или копирует себя, чтобы продолжать давать инструкции остальным частям живой клетки. Сделав свое дело, ДНК разделяется на две части. Чаще всего процесс копирования проходит идеально. Но иногда происходит ошибка копирования, или мутация, которая слегка изменяет инструкции ДНК. Мутация случается примерно один раз на миллиард копий. Мутировавшая ДНК создает несколько иной организм.

Если бы ДНК всегда копировала себя безупречно, без единого сбоя, жизнь осталась бы точно такой же, какой она была 3,8 миллиарда лет назад на краях подводных вулканов, не было бы никакого развития. Мутации порождают исторические перемены в биологии.

Некоторые мутации убийственны для организма, другие никак не влияют на его выживание, а третьи приносят пользу. Последние способны копировать себя снова и снова, и цикл продолжается. Мутации, которые лучше других работают в конкретной среде, продолжают существовать. В противном случае мутации (и организмы, имеющие их) вымирают.

Именно в этом и состоит эволюция: естественный отбор генов на основе их полезности для развития, а не выбор отдельной особи или целого вида. По мере изменения окружающей среды меняются и гены, срабатывающие наилучшим образом.

Таким образом, в этом живом бульоне присутствуют все ключевые характеристики живого организма: он использует потоки энергии из геотермальных источников и окружающие аминокислоты (происходит обмен веществ – то есть он питается); он воспроизводит себя путем копирования (размножается); и он постепенно изменяет собственные особенности на основе полезных мутаций (адаптируется). Эти три характеристики: метаболизм, размножение и адаптация – наилучшим образом определяют, что такое жизнь и чем она отличается от неживого космоса.

Начавшийся 3,8 миллиарда лет назад на краю подводных вулканов процесс самовоспроизведения и эволюции превратил живой бульон во множество странных новых форм, которые в конечном итоге заселили всю планету Земля. Каждая бактерия, каждое растение, каждое животное и каждый современный человек сформированы из того комочка глины возрастом 3,8 миллиарда лет. В конце своей книги «О происхождении видов» Дарвин написал: «Из такого простого начала возникло и продолжает возникать бесконечное число самых прекрасных и самых изумительных форм»[6].

Первые фотосинтетики

Первые организмы, появившиеся на дне океанов, получали геотермальную энергию от подводных вулканов и поедали химические вещества вокруг себя. Конечно же они были простейшими. Это были прокариоты – микроскопические одноклеточные организмы без ядра. Их ДНК свободно плавала по клетке, что увеличивало риск ее повреждения. Прокариоты не вступали в половые контакты (вот ужас!), а клонировали себя посредством деления. Каждая клетка делилась и копировала себя каждые несколько минут, некоторые виды могли клонироваться за считаные секунды.