Лунный цикл и наутилус: часы, показывающие прошлое

 

В XXI веке Луна полностью огибает Землю за 29,5 дня. Но так было не всегда! Наутилус, роскошная, закрученная в спираль раковина, представляет собой часы, ведущие обратный отсчет времени. Каждый лунный цикл моллюск, живущий в раковине, сооружает в ней поперечную камеру, а сам остается в самой широкой части витка и, разумеется, рядом с устьем. Но каждый день внутри своей же раковины он создает еще и новый шов. Так, у современного наутилуса в каждой камере по 29,5 шва. У ископаемых наутилусов, живших 45 млн лет назад, за лунный цикл сформировались 29,1 шва. А 2,8 млрд лет назад – только 17 швов. Следовательно, лунный цикл в те далекие времена равнялся 17 дням. Увеличение продолжительности лунного цикла является последствием нарастающего удаления нашего спутника от Земли. Ежегодно под действием гравитационных сил он удаляется от нас на 3,5 см. Но потеряем мы его не скоро, у нас еще осталось время полюбоваться Луной! Теперь наш мир, такой, каким мы его знаем сегодня, создан.

 

Земля становится голубой планетой

 

Луна вращается вокруг Земли, Земля вращается вокруг Солнца, Солнце вращается вокруг центра Галактики – действующие лица нашей Вселенной заняли свои места. Наша планета стала голубой благодаря своей атмосфере. Теперь может появляться жизнь. Хорошо бы еще и ДНК откуда‑нибудь взялась!

В космическом пространстве между Землей и Луной с головокружительной скоростью несется поток белого света. Ослепительная вспышка озаряет поверхность земной коры на многие сотни километров. За неопознанным летающим объектом тянется длинный шлейф. Объект падает на землю. Это комета, и она приносит с собой молекулы живого мира, поскольку состоит из снега и воды. Этот грязный снежок представляет собой занятную смесь с вкраплениями мелких твердых частиц – силикатов. Есть там и органические вещества, аминокислоты, основной элемент любой органической формы жизни, такой же необходимый, как вода. Отныне на Земле есть жизнь.

В то время, то есть несколько миллиардов лет назад, благодаря комете на Земле можно было пить космическую воду! Но та ли это вода, которой пользуемся мы сегодня? Возможно, что и та. Такое предположение напоминает нам, что мы все являемся частицами космоса и увлажнению наших голосовых складок мы обязаны кометам, встретившим на своем пути нашу планету. Источники жизни – частички воды и множество органических молекул – только что прибыли на сверкающем космическом корабле – покрытой межзвездной пылью комете, летающем объекте нашей Галактики, устройством для передачи жизни. Но данная гипотеза лишь увеличивает временной интервал событий, приводящих к появлению жизни. Кометы принесли нашей Голубой планете недостающее звено, соединившее безжизненное с жизнью.

Похоже, что столкновение кометы с планетой Земля позволяет говорить об образовании нашей первой живой клетки. Клетки обогащают нашу земную кору, равно как и нашу атмосферу. Но действительно ли ДНК образовалась из столкновения кометы, солнечной энергии и Голубой планеты? Такая теория была предложена в 50‑е годы американским ученым Уипплом.

Но каким образом сформировался прекрасный, бесподобный ген FOXP2, ген человеческого голоса, ген, отвечающий за развитие речи, специфического навыка, присущего человеку? Как на протяжении всех этих миллиардов лет развивалась и изменялась ДНК? Только человек обладает членораздельной речью. Он производит ее с помощью гортани и рта, а руководит ею с помощью мозга. Ген FOXP2 является всего лишь одной из множества составляющих, необходимых для звучания человеческого голоса. Повсюду мы имеем дело сразу со многими факторами. Опыт показывает нам, что только сцепление, взаимодополняемость молекул, клеток, гравитационных сил и фотонов позволили произойти чуду творения.

 

На планете появляется первая единица жизни

 

Важна не первая появившаяся на Земле клетка, важна ее репродуктивная способность, ибо она будет воспроизводиться миллиарды и миллиарды раз, чтобы превратить живое существо в сложный организм.

Но откуда взялась эта клетка?

Можем ли мы считать, что ДНК есть только на Земле, когда мы знаем, что существуют миллиарды галактик и миллиарды миллиардов звезд? Произвольно установившееся расположение Земли и Луны по отношению к нашей звезде Солнцу, наличие Юпитера, уравновешивающего гравитационные силы нашей Солнечной системы, – поистине уникальные составляющие, способствующие возникновению жизни. Вода также необходимый элемент для жизни, но его одного недостаточно. Умеренная температура позволяет протеинам не сворачиваться и не замерзать. Таким образом, человек представляет собой уникальную многоклеточную систему. Система эта неупорядоченная, ибо регулируется огромным множеством факторов. Подобно падающим листьям, дыхание человека, его сердечный ритм, мысль, голос не подчиняются рациональным, раз и навсегда установленным законам. Они зависят от величин, основной характеристикой которых является крайняя зависимость от исходных условий. Человек – это хаос, преображенный в гармонию. Обладая неотъемлемым местом в Галактике, позволяющим сохранить свою атмосферу, планета Земля допускает эволюцию.

В 1859 году Чарльз Дарвин публикует сочинение «Происхождение видов», вызвавшее настоящую революцию в естественно‑научных и философских кругах и нанесшее удар верованиям людей. Дарвин выдвигает две гипотезы: с одной стороны, эволюция – результат естественного отбора, с другой стороны, она начинается на клеточном уровне. Сегодня мы бы сказали, что в основе эволюции лежит ген.

 

Дарвин и эволюция

Английский провидец еще раньше предложил схему совершенно понятную, однако несколько упрощенную. С течением времени клетка эволюционирует, создавая медузу, рыбу, амфибию, рептилию, птицу и млекопитающее. Параллельно с трудом Дарвина дорогу прокладывает идея спонтанного зарождения. Согласно этой теории, жизнь может зародиться из безжизненной материи. В рядах противников этой теории был Луи Пастер. В 1864 году он доказал ее невозможность. Неживая материя не может породить жизнь. В наше время, в начале XXI века, доказано, что только живая клетка может произвести живую клетку. Создание синтетической клетки на сегодняшний день не представляется возможным. Не надо устраивать опасные игры с Големом!

 

Создать ДНК

Если принять за аксиому, что у Вселенной есть начало, значит, вероятнее всего, у нее есть и конец. Поиски первоисточника аминокислот и, соответственно, ДНК в 1953 году побудили Стэнли Миллера провести следующий эксперимент: он брал смесь газов и паров воды и пропускал через нее электрические разряды. И получил в конечной смеси аминокислоты in vitro. Но каким же оказалось разочарование, когда выяснилось, что газы, присутствовавшие в космосе 4,6 млрд лет назад, не имели ничего общего с газами, которые использовал ученый. Загадка появления первой клетки остается неразгаданной.

 

С какого времени существует жизнь?

Почему клетке уделяется такое большое внимание? Потому что это единица жизни нашего организма, состоящего из миллиардов клеток. Сама же единица сформирована другим составляющим: геномом. Он появился примерно 3,8 млрд лет назад, или спустя 800 млн лет после рождения Солнечной системы. Сначала мы видим одноклеточные микроорганизмы, такие как амебы или инфузории туфельки. Их клеточная структура напоминает структуру клеток нашего с вами тела. Мы являемся «скопищем инфузорий». Клетка, из которой состоит инфузория, имеет сложный состав. Она должна питаться, воспроизводиться и умирать, и так на протяжении многих миллиардов лет. Электронный микроскоп позволил нам лучше понять тайну клетки и ее гармонию. Речь идет о великолепно оснащенном корабле, кабина управления которого – ядро с его хромосомами, где располагается ДНК. Ядро окружено цитоплазмой. В цитоплазме содержится энергетическая станция клетки – митохондрия. Это крошечные органоиды клетки, преобразующие пищу в необходимую для жизни энергию. Митохондрия – единственный помимо ядра органоид, также содержащий молекулу ДНК. Почему?

 

Бактерия внедряется в клетку

Митохондрии – микрочастицы, входящие в состав наших клеток, – являются единственными источниками энергии, благодаря которым мы живем. Но так было не всегда. Когда жизнь на нашей планете только возникла, митохондрии, скорее всего, представляли собой бактерии со своей собственной ДНК. В начале формирования органического мира митохондрия инкорпорировалась в клетку, не обладавшую подобной частицей. Создавшийся симбиоз подстегнул развитие органического мира, и в частности клеток с половыми признаками. Митохондрия дает энергию, клетка репродуцируется.

Надо подчеркнуть, что в клетках мышц голосовых складок, глазной и сердечной мышцы митохондрий в семь раз больше, чем в клетках бицепса. Энергия, производимая благодаря митохондриям, позволяет синтезировать протеины. Протеины в составе каждого гена задают специфику органа: почек, сердца, мозга, – а также функциональную специфику. Голосовая специфика заключена в гене FOXP2. Итак, голос берет свое начало в ДНК. Химические реакции, способствующие созданию протеинов, наличествуют. Когда протеин образован, он используется с определенной функционально детерминированной целью. Также он может быть отложен про запас, чтобы использоваться при случае или экстренно. Протеин создает индивидуальность клетки. У клетки есть мембрана – оболочка, защищающая ее от внешнего мира. Оболочка эта проницаема. Через нее она получает посыл, адресованный ДНК, а также энергетические ресурсы для митохондрии. Через нее выводятся продукты выделения и отправляются посылы другим клеткам. Эти посылы относятся главным образом к клеткам железистого эпителия и нейронам – клеткам головного мозга.

 

Выживание – это гармония

Чтобы клетка могла уцелеть, необходимо обеспечить сосуществование всех составляющих как внутри ее, так и в нашем теле в согласии со всеми другими клетками. Становится понятно, почему синтез живой клетки кажется невозможным. ДНК, гигантская, чудовищная молекула, представляет собой двойную спираль. Ее открыли в 1955 году Уотсон и Крик. Они доказали, что ДНК содержится в каждой живой клетке и что именно она является необходимым элементом жизнедеятельности организма и его репродукции. ДНК представлена во всех живых органоидах. Но самое главное заключается в том, что в этой спиральной молекуле заключена тайна нашей эволюции. Также она содержит идентификационные признаки нашей личности. Закодированная, она может мутировать. У каждого индивида своя ДНК, за исключением монозиготных близнецов. Это настоящие клоны. Такие близнецы образуются из оплодотворенной одним сперматозоидом яйцеклетки, разделившейся на стадии дробления и давшей самостоятельные, но идентичные организмы. Дизиготные близнецы формируются из одной яйцеклетки, но оплодотворенной двумя сперматозоидами. Из такой клетки могут получиться похожие мальчик и девочка, но ДНК у них будет разная. Монозиготные близнецы обладают портретным сходством. Но хотя в детстве голоса таких близнецов совершенно идентичны, жизненные передряги привносят в них заметную разницу. ДНК состоит из четырех основных структур, называемых азотистыми основаниями: аденин, цитозин, тимин и гуанин, или АЦТГ. Это азбука жизни, ее буквами пишется роман нашего бытия. Так как молекулы ДНК невероятно длинные, понадобится, наверное, миллион страниц, чтобы записать число оснований, образующих эту молекулу. ДНК находится в ядре клетки, занимая место в несколько тысячных долей миллиметра. В этом смысле код, называемый генетическим, является настоящим языком, лежащим в основе всех остальных языков. Комбинация четырех молекулярных единиц диктует свой закон. Можно почти с полной уверенностью сказать, что этот язык позволил создать человека по своему образу, а 3 ноября 1967 года в Коллеж де Франс Жак Моно, к всеобщему изумлению, заявил, что «больше вероятности, что язык создал человека, нежели человек – язык». Так что, как подчеркивает Грегори Бенишу, «наверняка существует прямая, почти родственная связь между генетическим кодом и человеческой речью». Но разве открытие гена FOXP2 не является первым шагом к подтверждению этой научной и философской гипотезы?

Более 3 млрд лет ДНК является носителем генетического кода. Она претерпела многочисленные мутации, повлекшие за собой физические, физиологические и морфологические изменения видов. Мутация воздействует непосредственно на цепочку оснований ДНК и на закодированное послание. Она может изменять, разрушать, трансформировать, повреждать ген. Она производит искажения и модификацию алфавита нашего генетического наследия. Вплоть до наших дней мутация чаще всего рассматривалась как пагубное нарушение, но в пространственно‑временном континууме она допустила эволюцию различных видов, включая и человеческий вид.

 

Молекулярные часы

Как мы отыскали наши корни? С помощью теории «молекулярных часов», предполагающей, что каждый миллион лет влияние радиоактивных солнечных лучей на нашу планету модифицирует 23 % ДНК, тем самым создавая регулярную мутацию. Таким образом, наша ДНК, на 1,6 % отличающаяся от ДНК шимпанзе, свидетельствует, что от нашего общего кузена нас отделяет всего 7 млн лет. Данное утверждение только лишь правдоподобная гипотеза, вокруг которой ведутся споры, так как мы не знаем, насколько попавшая на нашу планету солнечная энергия в виде фотонов могла измениться под воздействием климатических условий. Так что хотя эта гипотеза очень привлекательна, она требует дальнейших исследований. Регулярная мутация на стреле времени нашей планеты позволяет определить появление различных видов. Этой теорией мы обязаны Чарлзу Сибли и Джону Алквисту.

Если говорить об одноклеточном организме, то ДНК, самая важная единица клетки, репродуцируется без изменений. В начале возникновения жизни на Земле это была первая стадия репродукции: она называется митозом. При митозе клетка делится на две части, и получаются две клетки, идентичные первой. Таким способом не могло произойти никаких эволюционных изменений, ибо в этом случае мы имеем дело только с клонами. В то же время, чтобы мы могли убедиться в существовании гена посредством проявления фенотипических признаков, как, например, зеленые или карие глаза, необходимо, чтобы ген активировался и получил стимул. В самом деле, ген, представленный в цепочке ДНК, может молчать, и тогда никто не узнает о его существовании!

 

У клетки есть пол

Итак, революция началась. Вопросы «почему» и «как» продолжают оставаться предметом ученого спора. Первые клетки, появившиеся 3,8 млрд лет назад, не скапливаются, чтобы образовать многоклеточные организмы: каждая клетка сидит в своем углу. Они не соблазняют друг друга, не спариваются, потому что для репродукции им достаточно поделиться пополам. Они черпают энергию из солнечных лучей, заливающих нашу планету. Эти живые одноклеточные организмы, называемые эубактериями или прокариотами, представляют собой клетки без ядра, но с ДНК. Они существуют по сей день. Под действием фотонных лучей, испускаемых Солнцем, они начинают преобразовывать господствовавший в то время на нашей планете углекислый газ в кислород. Механизм этого преобразования называется фотосинтезом. Проходит около 2 млрд лет. Наша атмосфера преображается. Воздух в достаточной степени наполнился кислородом. В нем могут существовать живые многоклеточные организмы, или эукариоты. Теперь ДНК вытеснена в клеточное ядро, представляющее собой мембрану. Клетка обретает пол – мужской или женский. Это больше не та клетка, что при делении производит идентичные клетки, это уже слияние двух клеток, дающее рождение третьей. Третья клетка несет в себе характеристики материнских клеток, но отличается от них. Первые шаги навстречу эволюции человека сделаны.

 

Синева окружает Землю

Есть небо, есть океан. Горы и долины образуют рельеф Земли. Их заселяют живые организмы. У них появляются половые органы. Встреча самца и самки позволяет свершиться чуду эволюции. Слияние двух половых клеток, или гамет, каждая из которых обладает половинным набором хромосом той особи, которая будет зачата, происходит у всех животных.

Каждая клетка существа, имеющего пол, обладает парным набором хромосом, что позволяет образовать одну гамету с одинарным набором хромосом и дать жизнь потомству, у которого будет парный набор хромосом. У мужчины 46 хромосом: 44 аутосомы и 2 хромосомы, называемые половыми хромосомами – X и Y. У женщины также 44 аутосомы и 2 половые хромосомы XX. Гамета является единицей размножения. У мужчин сперматозоиды содержат 22 пары аутосом (нумеруемые от 1 до 22) плюс одна половая хромосома с двумя возможными типами гамет – Y или Х. У женщин только один тип гамет – яйцеклетка. У нее есть также 22 пары аутосом (нумеруемые от 1 до 22) и одна половая хромосома Х. Когда две гаметы встречаются, мы получаем мужскую особь, если в яйцеклетку проникнет сперматозоид Y, и женскую, если проникнет сперматозоид Х.

 

Митохондрия хранит верность матери

Сперматозоид передает только свою нуклеиновую кислоту ДНК. Яйцеклетка также передает свою нуклеиновую кислоту ДНК, но сохраняет свои митохондрии, а следовательно, после оплодотворения сохраняет свою митохондриальную ДНК. Ребенок, вне зависимости от пола, получит митохондрии матери и хромосомы матери и отца. Проникнув в яйцеклетку, сперматозоид теряет свой хвостик. Сквозь мембрану яйцеклетки проникает только ядро, не содержащее митохондрий, так что в оплодотворенном яйце будет только мужская хромосомная информация. На этом утверждении основана теория митохондриальной Евы. Согласно этой теории, мы все произошли от одной африканской матери. Об этом мы расскажем несколько позже.

 

Ключ эволюции – организм, имеющий пол

Какое преимущество получила природа более миллиарда лет назад, когда усложнила форму жизни, оказав предпочтение половому хромосомному методу размножения вместо простого деления? Это усложнение открыло живым организмам феноменальные возможности эволюции. Больше ни один цельный организм не будет скопирован точь‑в‑точь. Гены, подлинные повелители наших предков и нашего потомства, подверглись многочисленным изменениям. Эти изменения могут быть вторичными как по отношению к мутации, так и к генетическому смешиванию хромосом из гамет матери и отца во время формирования эмбриона. Организм, который в результате появится на свет, не будет похож ни на кого, но вместе с тем будет содержать в себе признаки прошлых поколений.

 

ДНК практически бессмертна. Меняется только ее оболочка

После первой революции, заключавшейся в появлении живых организмов с половым размножением, наступает вторая, когда возникает пищевая цепочка: хищники и добыча. Естественный отбор идет полным ходом. Одни особи оказываются более приспособленными к охоте, чем другие. Удивительно: к виду, не претерпевшему изменений на протяжении 400 млн лет, относится акула! Ископаемые образцы свидетельствуют о том, что 570 млн лет назад в море появились многоклеточные организмы, а чуть позже, около 400 млн лет назад, трилобиты и папоротники. Трилобиты уже представляют собой довольно сложные организмы. Глаза трилобитов состоят из сотни фасеток, как у современной мухи. Точно так же, как глаза трилобитов можно назвать самыми первыми глазами на планете, можно сказать, что человек, без сомнения, первое живое существо на нашей Голубой планете, овладевшее даром речи.

Трилобиты, первыми увидевшие Землю, передали способность видеть многочисленным видам. Возможно, человек является исходной точкой для других видов, которые получат способность разговаривать. За время эволюции акула сохранила свой внешний облик. Тело акулы состоит из хрящевых тканей, ибо костной ткани в то время еще не существовало. Став непревзойденным океанским охотником, акула сумела выжить как вид. Она находится на вершине пищевой цепочки. Вместе со скатами она бороздит океанские воды, пожирая гладкокожих, без плавников и зубов, рыб, появившихся 530 млн лет назад. Эти первые рыбы питаются планктоном. Но вскоре появляются организмы, обладающие костным скелетом. Фосфат кальция, основной строительный материал для костей, устоявших перед испытанием временем, позволяет нам узнать о существовании этих животных на основании их ископаемых остатков. Течет время, изменяется климат, многочисленные виды появляются и исчезают. Разнообразие живого мира впечатляет. Эволюция медленно подготавливает появление приматов.