Мир живого

Задачей эволюционной теории является описание процессов эволюции с момента образования первого простейшего одноклеточного организма до появления наиболее сложно организованных видов, включая человека. Несмотря на то, что по причине значительной длительности экспериментаторы не могут наблюдать естественный эволюционный процесс, они все же могут использовать некоторые объективные косвенные данные, свидетельствующие о характере и механизмах эволюции. Это результаты палеонтологических исследований, эксперименты по искусственному отбору, а также сравнительные данные анатомии, биохимии, молекулярной генетики ныне живущих видов. Результатом эволюционных исследований, как мы выше уже говорили, стало появление нескольких эволюционных теорий, проработанные в деталях, в той или иной степени опирающихся на факты.

Гораздо более сложной является проблема возникновения жизни - самого первого, простейшего одноклеточного организма. Увы, даже если принять довольно распространенную точку зрения о том, что жизнь действительно самозародилась на Земле 3-4,5 млрд. лет назад, то вряд ли мы сможем найти тому какие-нибудь вещественные доказательства. Тем не менее, вопрос о происхождении жизни не дает покоя ученым.

Теория возникновения жизни, предложенная советским ученым Александром Опариным (1894-1980) надолго стала одной из самых влиятельных в научном мире. Являясь химической теорией, она предполагает самозарождение жизни под воздействием физико-химических процессов, протекающих в условиях первобытной Земли. Свои идеи ученый впервые изложил в книге "Происхождение жизни", опубликованной в Советском Союзе в 1924 году. Теорию Опарина горячо поддержал кембриджский профессор, воинствующий атеист, многолетний главный редактор коммунистической газеты "Дейли Уоркер" Холдейн. Вместе с Опариным он доказывал, что в океанах древней Земле скопились огромные количества органических соединений, образовав то, что получило название "первичного бульона" или "протобульона".

В основе теории Опарина-Холдейна лежало следующее:

1) Первобытная Земля имела разреженную, лишенную кислорода атмосферу. Когда на эту атмосферу стали воздействовать различные естественные источники энергии - например, грозы и извержения вулканов - то при этом начали самопроизвольно формироваться основные химические соединения, необходимые для органической жизни.

2) С течением времени молекулы органических веществ накапливались в океанах, пока не достигли концентрации, при которой между ними стали возможны разнообразные химические реакции. В некоторых районах, где концентрация органических молекул была особо высокой, образовались нуклеиновые кислоты и протеины.

3) В концентрированных растворах из органических веществ стали образовываться микроскопические агрегаты, напоминающие клетки - коацерваты.

4) Некоторые из белковых и нуклеиновых молекул, находящихся в составе коацерватов, оказались способны к самовоспроизводству, что в конечном итоге привело к возникновению генетического кода и первых живых клеток.

5) Благодаря процессу естественного отбора из первых клеток появились все живые организмы, существующие на Земле.

Наибольшим успехом теории Опарина-Хэлдейна стал широко известный эксперимент, проведенный в 1953 году американцем Стэнли Миллером. Этот эксперимент был предельно прост. Аппарат состоял из двух стеклянных колб, соединенных между собой. В одну из колб помещено устройство, имитирующее грозовые эффекты - два электрода, между которыми происходит разряд при напряжении около 60 тысяч вольт; в другой колбе постоянно кипела вода. Далее аппарат заполняли газами, предположительно составлявшими атмосферу древней Земли: метаном, водородом и аммиаком. Аппарат проработал неделю, после чего были исследованы продукты реакции.

В результате в колбе образовалась сложная смесь разнообразных органических и неорганических соединений, в том числе и простейшие аминокислоты - глицин и аланин. Публикация данных опытов Миллера вызвала беспрецедентный интерес; вскоре эксперимент удалось повторить в других лабораториях и даже получить небольшое количество других аминокислот.

В научно-популярной и учебной литературе того времени нередко сообщалось о получении в процессе подобного рода экспериментов основных органических компонентов, необходимых для жизни. До сих пор в некоторых учебниках биологии утверждается, что в ходе этих экспериментов были синтезированы представители всех важнейших типов молекул, имеющихся в клетках. Такие сведения не соответствуют действительности, поскольку Миллеру и его последователям ни разу не удалось получить нуклеиновые кислоты, белки, липиды и полисахариды, т.е. основные компоненты живой клетки.

Теория (если можно назвать теорией мало обоснованное предположение) Опарина вызывает большое количество споров, но до сих пор фигурирует в учебниках биологии в качестве центральной концепции происхождения жизни.

Тем не менее, современные данные молекулярной биологии оставляют идеям Опарина и Холдейна мало шансов. Становится все более очевидным, что существует некая пороговая сложность живых организмов, ниже которой жизнь невозможна. Это относится как к организму в целом, так и к его отдельным структурам. Минимально необходимая сложность простейшей рибосомальной структуры должна соответствовать не менее чем нескольким сотням рибонуклеотидов и аминокислот рибосомальных белков, расположенных в строго определенной последовательности. Те немногие мутации рибосом, которые известны биологам, являются либо летальными, либо снижают жизнеспособность организмов. Рибосомы эукариот, даже таких разных организмов, как человек и дрожжи, строго идентичны. То же самое можно сказать и про рибосомы прокариот. Крайний эволюционный консерватизм проявляют также другие важнейшие белки, отвечающие за систему самовоспроизводства клеток - например, гистоны и ДНК-полимеразы. Минимальный набор генов, обеспечивающий жизнедеятельность простейшего клеточного микроорганизма, должен насчитывать не менее 350-400 генов. Таким образом, даже самые примитивные организмы похожи скорее на сложный, совершенный механизм, эволюционные пути возникновения которого не ясны.

У критически настроенного читателя, обратившего внимание на вышеприведенное нами в главе "Эволюция" сопоставление старости со стационарным состоянием живого организма, вероятно появится возражение. В самом деле, как же старость можно отнести к стационарному (а значит к стабильному) состоянию, если состояние здоровья с возрастом непрерывно ухудшается, рано или поздно приводя к смерти? Для ответа на этот вопрос обратимся к математике. Именно благодаря математике геронтологам (ученым, изучающим старение) удалось сделать одно из своих самых удивительных и неожиданных открытий - после 85-90 лет человек не стареет!

Прокомментируем сказанное. Строго говоря, процесс старения представляет собой возрастное нарастание смертности по медико-биологическим причинам. Если смертность (вероятность умереть в течение года) минимальна в возрасте 25 лет, когда она составляет около 2%, то с возрастом, до 85-90 лет она возрастает вплоть до величины порядка 30-50%, после чего стабилизируется на этом уровне - уровне стационарного состояния. Математически, 90-летние старики вымирают по законам радиоактивного распада. Например, если из соответствующей возрастной когорты в 100 человек в текущем году умрет половина, то в следующем - половина от этой половины, т.е. останется 25 человек. Вследствие того, что величина смертности людей, перешагнувших через 85-90-летний рубеж весьма высока (до 50%), то шанс, что кто-нибудь из них достигнет, например, возраста 120 лет, очень мала. Таким образом, смерть от глубокой старости не предопределена, а носит вероятностный характер.

В этой связи борьба со старением представляется в принципе не безнадежным делом, поскольку речь идет лишь о снижении максимального показателя смертности в старших возрастных группах. Вышеизложенные статистические данные, противоречат, однако предположениям об участии в старении процесса маргинотомии, теоретически способному привести организм к запрограммированной, а не вероятностной гибели.

Представления о старении как об общесистемном явлении не могут рассматриваться как выводы, теоретически запрещающие создание средств, полностью снимающих признаки старения. Для сложных, самоорганизующихся систем старение неизбежно только в том случае, если в систему ограничен поток информации извне. О какой информации здесь может идти речь в отношении человека? Имеется в виду медико-биологическая информация, касающаяся строения и функционирования самых разнообразных структур организма. Иными словами, вполне возможно и оправданно изучать конкретные механизмы (болезни) возрастной гибели, находя соответствующие методы борьбы с ними.

Тем не менее, необходимо отметить, что некоторые исследователи допускают возможным существования некого "гена старения", возникшего в процессе эволюции, нарушив который, можно было бы очень легко достигнуть полной победы над старением. Это противоречит, однако, тому факту, что до настоящего времени не известно ни одного случая наблюдения "нестареющих" людей, появившихся бы в обществе вследствие неизбежности мутаций такого гена.

Вне зависимости от своих теоретических взглядов большинство геронтологов предпринимали и предпринимают попытки создания конкретных препаратов, замедляющих старение.

Так, например, известно, что процесс старения в значительной степени обусловлен повреждением биополимеров (ДНК и белка) под воздействием внутренней химической среды организма, содержащей альдегиды, перекиси, т.н. свободные радикалы и активные формы кислорода. Последние образуются в ходе функционирования дыхательных путей метаболизма.

В 2000-2005 г. большие успехи в разработке препаратов, препятствующих образованию в митохондриях активных форм кислорода, достигнуты российским ученым, академиком В.П. Скулачевым. Предполагается, что с их помощью удастся продлить жизнь человека не менее чем на 20-30%.

Делаются попытки замедлить процесс старения путем искусственной регуляции гормонального баланса, оптимизации качества и режима питания, коррекции возрастных нарушений в органах при помощи использования т.н. стволовых, т.е. неспециализированных, клеток, способных превращаться в специализированные.

По-видимому, применение стволовых клеток сделает уже в ближайшем будущем возможным массовую практику полноценного восстановления утраченных зубов.

Некоторые специалисты делают вывод о том, что через 20-30 лет комплексное применение разнообразных гериатрических средств, сделает вполне реальным продление жизни человека в 1,5 - 2 раза.

Однако, как это ни парадоксально, на разработку средств, замедляющих старение, в мире тратится финансовых ресурсов приблизительно в 1000-2000 раз меньше, чем денег на разработку косметических средств, скрывающих внешние признаки старения - морщины, облысение и т.д.