3. Химическое единство и морфологическое разнообразие современной жизни

Знакомясь с данными биологических наук, нельзя не заметить несоответствия между огромным морфологическим разнообразием проявлений жизни и сравнительно малым набором химических реакций, лежащих в ее основе.

Морфологически можно различить громадное число отдельных форм жизни - видов, родов, семейств и более высоких таксономических групп микроорганизмов, растений и животных. Напротив, биохимически вся современная жизнь во всех ее проявлениях очень однообразна: она основана на нуклеиновых кислотах, белках, углеводах и жирах, а также на некоторых менее распространенных соединениях, например фосфорных эфирах. Эти соединения могут быть очень разнообразны в деталях, но все они взаимосвязаны и являются продуктами небольшого числа основных биохимических реакций.

Это биохимическое единство, впервые отмеченное Клюйвером [11, 25], - одно из главнейших характерных свойств современной жизни. Все растения, все животные, морские или наземные, от планктонных форм до кита, от вируса до слона, аэробы и анаэробы, словом, все формы жизни основаны на поразительно небольшом наборе главных органических соединений.

Часто говорят: природа устроена так, что каждое существо входит во всеохватывающую пищевую цепь, т. е. годится кому-то в пищу. Это связано с тем, что вся земная жизнь построена из сравнительно небольшого числа органических соединений. Таким образом, в любом организме найдется что-нибудь съедобное для других. Значит, этот афоризм говорит о биохимической общности всего живого. Вернее будет сказать, что все в живой природе взаимосвязано. В конечном счете это означает, что все живое имеет общее происхождение.

Я не хочу сказать, что химия жизни однообразна и проста, она лишь не так многообразна, как могла бы быть. В самом деле, хотя жизнь использует не все существующие химические элементы, она умеет крайне хитроумно распорядиться теми из них, которые идут в дело, извлечь из них максимум пользы. Эта приспособленность, эта уникальная связь между жизнью и ее субстратом снова и снова поражает биохимиков. Подробно об этом рассказано в книге Нидхема, озаглавленной "Уникальность биологического вещества" [15]^*.

^* (Есть, конечно, некоторые отклонения от главного русла. Часть из них обсуждалась на симпозиуме "Некоторые биохимические аномалии и их возможное отношение к проблеме происхождения и распространения жизни", организованном Пири [23].)

Эта уникальная связь привела Пири [22] к рассмотрению старого вопроса, есть ли жизнь и материя лишь две стороны одного явления или же это две раздельные сущности, одна из которых замечательно приспособлена к другой. Если верна первая точка зрения, то жизнь и материя созданы одновременно или же организм и материя могут взаимно влиять друг на друга. Наиболее красноречиво это мнение защищал философ Плотин^*. Другую точку зрения шутливо, но не менее красноречиво высказал Вольтер устами Панглоса в "Кандиде".

^* (Плотин (205-270) - философ-мистик. По его учению, все сущее едино и представляет собой разные выражения божественного начала. - Прим. перев.)

По мнению Пири [22], принятие первой точки зрения привело бы к необходимости ниспровержения всех основ науки, а этого радикального шага данные наблюдений пока не требуют. Следовательно, остается вторая точка зрения, которая, заметим, вовсе не связана с признанием полного совершенства приспособленности жизни к среде. Нельзя согласиться с Панглосом, что мы живем в лучшем из возможных миров, но, конечно, стремление жизни к "совершенству" великолепно уже само по себе.

Что касается уникальной приспособленности жизни к среде, то надо помнить, что живое приспосабливалось к превалирующим на нашей планете условиям в течение миллиардов лет органической эволюции. В настоящее время подавляющее большинство организмов могут существовать в довольно узком интервале условий среды. Вот эти условия: давление около 1 атм, соленость от 4% до 0, температура от 0 до 40°С. Но и сейчас в некоторых особых средах живут организмы, способные выдерживать условия, выходящие за указанные пределы. Табл. 2 дает представление о крайних значениях некоторых факторов, которые еще могут выносить особые формы жизни. Эта таблица может удивить и многих биологов, не предполагавших, что диапазон освоенных жизнью условий так широк.

Таблица 2. Минимальные и максимальные значения некоторых факторов среды, освоенной современной жизнью [28]

¹ (a_w (активность воды) = р/р₀, где р - давление водяного пара в исследуемом веществе, а р₀ - давление пара чистой воды при той же температуре.)

Органическая химия начиналась как наука, изучающая, в противоположность неорганической химии, химический состав современных организмов. Природные органические соединения - белки, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты и другие вещества - состоят в основном из элементов С, О, Н, N и Р. Как правило, эти элементы соединены в очень большие молекулы сложного строения, которое ученые сейчас постепенно разгадывают. Но нам с вами не так уж важно строение этих молекул, надо лишь помнить, что большинство естественных органических соединений представляет собой сложные крупные молекулы.