Доктор Фил
В поисках волшебной таблетки. Научно-популярная сказка
– Могут. Но опасно это, только если в один момент микробов соберется слишком много. Обычно в естественных условиях такого не происходит. Если только ты не съешь какой-нибудь очень старый кусок мяса, оставленный на столе на неделю. Или наешься… не знаю… земли. Или воды из пруда напьешься. Короче – микробы опасны, когда их сразу много. Но просто в воздухе и даже на полу обычно их не так много, чтобы они представляли какую-то опасность.
– Так вот почему люди выбрасывают продукты в урну? Я слышал, как они называли такие продукты испорченными.
– Да, для них испорченный продукт – тот, который протух и в котором много микробов. Потому что пищеварительная система людей не позволяет переварить такую еду. Да и внешне она вызывает у них отвращение.
– А у тебя не вызывает?
– Мне тоже не особенно это нравится. Но это просто потому, что я такой, какой меня придумала природа. Эволюционно я не приспособлен к этому. Но есть такие животные, которые называются падальщиками. Они как раз любят тухлятину. Устройство их организма позволяет им питаться тухлым мясом и прочими испорченными продуктами. А еще они находят ее очень вкусной. Вот ты любишь тухлятину?
– Терпеть не могу!
– А они очень любят. Видишь – все относительно. Для одних живых существ что-то гниющее может пахнуть как фиалки. Это всего лишь настройка их мозга. Они не страдают, когда едят гниль, – им правда это нравится. А сделано все это не просто так. Это один из способов выживания. Если ты на многое не претендуешь, то приходится питаться падалью. Так придумала эволюция.
– Как это, «придумала эволюция»?
– А вот так. Мы все существа, которые получились в ходе этого процесса. Эволюция – это длительный процесс, в ходе которого эти самые одноклеточные организмы стали многоклеточными и постепенно превратились в животных: волков, обезьян, змей, хомяков и людей. А ведь когда-то мы все были микробами, – проговорил Змей с такой ностальгией в голосе, как будто он и вправду помнил то время, когда был микробом.
– Но как такое возможно? – округлил глаза Хомяк. – Как из одной клетки, которая живет себе и никого не трогает, могли получиться многоклеточные организмы, чьи клетки работают сообща?
– А вот для того, чтобы понять, что же такое эволюция и как такое возможно, сперва мне нужно объяснить тебе, что такое гены.
Комментарий
Все живые организмы состоят из мельчайших маленьких предприятий – клеток.
По аналогии с нами, но в более маленьком масштабе. Каждая клетка состоит из определенного набора органов (они называются «органеллы»). Например, у большинства клеток в человеческом организме есть ядро (не у всех). Это самая главная часть клетки. Потому что внутри ядер находятся гены (о них мы поговорим позже). Помимо этого, при ближайшем рассмотрении в клетках можно обнаружить такие органы, как:
• Мембрана, по сути – кожа клетки. Внешняя оболочка, которая удерживает все органеллы внутри, чтобы клетка не расплылась, как желе. А также мембрана защищает клетку от внешних воздействий.
• Цитоплазма – желеобразная жидкость, которой заполнена вся клетка. В цитоплазме плавают все органеллы.
• Ядро – главный орган клетки. Содержит генетический материал, который определяет то, что будет делать клетка и как она будет выглядеть, а также разные другие вещи. Также гены передаются от одной клетки к другой при делении[2].
• Митохондрии, или маленькие портативные электростанции, которые из полученных веществ продуцируют энергию. На этой энергии органеллы и сама клетка работают.
• Рибосомы – мини-заводы, которые создают белковые молекулы. Происходит это так – из ядра приходит нить РНК[3], которая передает информацию на рибосомы (как чертеж). По этому чертежу рибосомы создают белок, который покидает клетку и идет туда, куда требуется.
• Комплекс Гольджи – пузырьки, которые выводят из клетки отходы жизнедеятельности (какашки клеток).
• Эндоплазматический ретикулум – обширная сеть трубочек и карманов, синтезирующая углеводы, жиры, гормоны и т. п. Наравне с рибосомами – еще один мини-завод. По совместительству выполняющий еще и роль склада, куда может откладываться то, что в данный момент не нужно, но может пригодиться позже.
Всех возможных органелл, конечно же, больше. Причем у клеток, из которых состоят животные, свои органеллы. А у растений другие. Есть уникальные органеллы, которые встречаются только у растений, а есть те, которые есть только у животных. Но сами по себе клетки есть у всех живых организмов.
Причем органеллы представлены в клетке не в единственном экземпляре (кроме ядра). Клетка может содержать много рибосом, митохондрий и т. п. Это позволяет клетке без проблем поделиться на две, отдав каждой новой клетке половину органелл. Недостаток она достроит уже самостоятельно.
В целом клетка представляет собой настоящий микрокосмос, в котором есть свои законы.
Также в природе существуют одноклеточные микроорганизмы, которые не входят в состав многоклеточных. Можно сказать, что когда-то эволюция предоставила им выбор – войти в состав многоклеточных организмов или остаться одноклеточными, и эти ребята предпочли действовать в одиночку.
Такие клетки-единоличники называются микробами и играют важнейшую роль в круговороте жизни на нашей планете.
Глава 4
Что такое гены?
– Итак. Как ты уже знаешь, клетка – это очень маленький живой организм. У нее есть органы, есть мембрана (считай, кожа) и есть ядро (как голова, которая раздает приказы). В ядре находятся гены. Возможно, ты даже слышал о них.
– Да, в одной из научных передач по телевизору, которую я смотрел, часто говорили такую фразу: «Это у нас в генах». Только что именно они имели в виду, я не понял.
– Мало кто понимает. В общем, смотри: гены – это такие нити нуклеиновых кислот.
– Чего? Каких еще кислот?
– Можешь сильно не забивать себе голову информацией о том, что такое нуклеиновые кислоты. Это последовательность химических веществ в виде нити, в которой закодирована информация о строении всех живых организмов.
Например, в них находится информация о том, что у хомяка должно быть четыре лапы, а у змей лап не должно быть вообще, но должен быть длинный хвост. Также о том, что у тебя скелет, как у хомяка, и то, что твоя кожа покрыта шерсткой, а моя – нет.
Гены – это что-то вроде чертежа. Инструкция, по которой ты собран. Когда твои мама и папа познакомились и зачали тебя, то мама дала половину своих генов, а папа – половину своих. В результате ты имеешь черты как своей мамы, так и папы. Но основа, каркас генов не поменялся. Изменились лишь какие-то черты. Например, цвет шерстки. Если мама была белой хомячихой, а папа черным, ты можешь получиться черно-белым. Хомяк-зебра. А может, будешь черным, как папа, или белым, как мама. Тут как повезет. За всем этим стоят гены. А произошел ты из одной-единственной клетки. Суперклетки. Которая поделилась на множество других, и при постоянной доставке нужных строительных материалов получился ты.
Причем в процессе постройки клетки менялись, ведь есть те, из которых состоят твои мышцы. А есть те, из которых состоит твой маленький, но очень пытливый мозг. Клетки разные, а гены в их ядрах – одинаковые. Гены, которые достались от мамы и папы. Вот что такое гены.
– Как же такое возможно, что эти гены, то есть чертежи, одинаковые, а клетки разные?
– Потому что твои гены – это как огромная книга. В которой есть главы с информацией о том, какие клетки нужны и как нужно строить, например, твой желудок. Или кожу и шерсть. Но в процессе развития каждая клетка перед тем, как начать расти, открывает только свою главу и строго следует указанным в ней инструкциям. А на другие главы не переходит. Это такой суперчертеж на сотни миллионов страниц. И каждая страница предназначена для определенного рабочего. Все очень строго. Одна ошибка – и все здание рухнет. Это очень тонкий и сложный механизм.
– А зачем вообще нужны эти гены? Разве нельзя это как-то сделать проще?
– Гены неразрывно связаны с эволюцией.
– А что это такое?
– Эволюция – это процесс, благодаря которому появился ты. Изначально все живые организмы жили в воде и представляли собой одноклеточные организмы-одиночки. Причем эти существа даже ядра не имели. Нити ДНК просто плавали в цитоплазме, потом эта структура усложнилась.
– Как она могла усложниться?
– Вот это я и пытаюсь тебе объяснить. Смотри, основа для того, что живой организм приобрел какие-то новые и полезные свойства, – это передача информации из поколения в поколение. Для этого гены и нужны. Во время спаривания хомяков, как я уже говорил, твои родители передали частички себя в виде генов, в которых была зашифрована вся необходимая информация.
– Что-то сложновато. Я не понимаю…
– Хорошо, давай попробуем с другой стороны. Как из простого микроба могли появится такие сложные существа, как мы с тобой?
Хомяк задумался.
– Ладно, не ломай голову. Никто точно все равно не знает, как это получилось. Известно следующее: нашей планете около четырех миллиардов лет. На заре времен жизни не было. Не было ни растений, ни микробов, только вода. Почти вся наша планета была покрыта водой. В ней жизнь и зародилась. Точно никто не знает, как именно, но, скорее всего, первые зачатки жизни были занесены из космоса.
– Из космоса… – Хомяк с трудом пытался понять, что же говорит мудрый Змей. Да, для маленького шерстяного зверька это было очень и очень непросто. Но Хомяк очень старался.
– Да. Твоя клетка находится в квартире. Квартира расположена в доме. Дом стоит на земле. Та земля, на которой стоит дом, располагается на огромном острове, то есть континенте. Континенты, моря, океаны находятся на круглой планете. А планета, в свою очередь, летает в космосе.
По аналогии с нашей «хлебной» моделью клетки, ядро – это планета. А все вокруг нее космос. Только в сотни, тысячи и миллионы раз больше. Планета очень маленькая по сравнению с космосом. Можно сказать – микроскопическая. Там, в темноте и пустоте нет воздуха, нет еды, воды. Вообще ничего нет. Сплошная пустота. Но в этой пустоте есть множество других планет. И вот оттуда прилетело что-то, какой-то камень или еще что-то, на котором была жизнь. Так, во всяком случае, объясняется зарождение жизни на Земле.
– Жизнь прилетела из космоса?
– Это одна из теорий. Их много. Давай просто остановимся на ней, потому что точно все равно никто не знает. В общем, эта жизнь прилетела, и на свет появились первые микроскопические организмы.
Сперва они просто плавали, питались тем, что найдут, и размножались. Но менялись времена, температура, да вообще все. И организмы стали эволюционировать, чтобы приспособиться к новым условиям. Важно понимать, все эти изменения происходили очень медленно. Если бы внезапно земля стала полностью состоять из суши, а вся вода куда-то пропала и все микробы оказались бы на суше – они погибли бы. Потому что так быстро невозможно приспособиться к новым условиям. Но если изменения будут происходить постепенно, очень медленно, то у живых организмов есть шанс. При помощи этих самых генов они могут создать мутацию, которая будет более устойчивой к новым условиям. Например, представь, океан стал немного более холодным. Тогда те существа, у которых была более толстая мембрана, получили преимущество. Они стали эффективнее находить пищу. А значит, могли чаще других размножаться.
А так как за толщину мембраны отвечают гены, то логично предположить, что носители этого измененного гена давали больше потомства и постепенно вытеснили всех тех, у кого была не такая плотная мембрана и которым было холодновато в остывшем океане.
Гены передают свойства организмов сквозь время, через потомство. Если гены лучше подходят для данных условий, то и потомства будет больше. И так по накатанной.
– Понятно, но как появились многоклеточные организмы, такие, как мы с тобой?
– К сожалению, и на этот вопрос тоже нет точного ответа. Видимо, в какой-то момент появился организм, состоящий из двух или трех клеток. В тех условиях это оказалось очень выгодно. Такой организм передавал свои гены дальше, и всего его «дети» состояли из двух-трех клеток. А его, скажем, внуки или правнуки, возможно, случайно мутировали до пятиклеточного организма. И он оказался еще лучше. И так вплоть до того, пока не появились многоклеточные организмы. А потом все эти многоклеточные ребята разделились на два основных вида: растительную жизнь и животную.
– Выходит, что мои дальние родители были микробами?
– Очень-очень дальние. Твои предки-микробы жили миллиарды лет назад. Это было так давно, что их даже трудно назвать предками. Но, в принципе, можно употребить это слово.
Хомяк кивнул.
– Ну вот, – заключил Змей. – Теперь ты знаешь, откуда мы произошли, из чего состоим, как сформированы и что отвечает за то, что мы выглядим именно так, как выглядим. А значит, можно перейти на более высокий уровень и поговорить о том, из каких органов состоишь ты.
– Ты хотел сказать, органелл?
– Нет, органеллы у клеток. А вместе клетки образуют органы.
Комментарий
Говоря про гены, нельзя не упомянуть такую вещь, как эволюция. По сути, гены – это валюта, благодаря которой живые организмы расплачиваются за то, чтобы обрести новые свойства. Иногда полезные, а иногда не очень. Тут уж как повезет.
Гены (или ДНК, она же дезоксирибонуклеи́новая кислота) – это молекула, представляющая собой последовательность нуклеиновых кислот («нуклеус» в переводе означает «ядро»). Выглядит она как нить. Обычно ДНК сгруппированы по парам. Такая конструкция называется хромосомой (т. е. 2 сгруппированные нити ДНК). У человека их 23 пары или 46 отдельных хромосом.
В последовательности и комбинации генов зашифрована основная информация о том, как будет выглядеть тот организм, внутри которого они находятся.
В процессе передачи генов от родителей к детям могут возникать различные ошибки (так как данный процесс очень тонкий и сложный – любое отклонение приводит к возникновению ошибок). Такие ошибки называются мутациями, о них мы подробнее поговорим в 3-й части книги.
Мутации далеко не всегда являются плохими. Иногда они могут привести к появлению нового свойства, которое может оказаться крайне полезным. Например, сотни тысяч лет назад такие мутации привели к появлению человека в том виде, в котором он существует сейчас. Вероятнее всего, мы произошли от наших ближайших сородичей – обезьян. И хотя на первый взгляд человека нельзя назвать удачным творением, ведь он сильно уступает другим животным в физической силе, выносливости и реакции, у него в ходе эволюции появилось одно очень важное преимущество – отлично развитые лобные доли больших полушарий мозга.
Люди хоть и проигрывали другим животным физически, но благодаря прокачанному мозгу они научились использовать орудия труда, объединяться в большие группы (гораздо больше, чем у животных) и действовать сообща. Результатом этого явилось зарождение и развитие цивилизации.
Но иногда мутации бывают плохими или даже вовсе несовместимыми с жизнью. Таким образом природа «тестирует» различные гипотезы в погоне за созданием идеального вида. Если мутация была удачной, то ее носитель получит преимущество перед другими видами. Это позволит ему передавать свои гены в большем количестве, чем это смогут сделать конкуренты, что приведет к закреплению данного свойства у всего вида в будущем.
Если же мутация будет неудачной, то носитель в дикой природе, скорее всего, погибнет, и его неудачные гены погибнут и навсегда исчезнут вместе с ним.
Любопытен еще тот факт, что количество хромосом далеко не всегда коррелирует со сложностью организма. Например, у фрукта киви (у него тоже есть гены) 174 хромосомы, у шимпанзе и картофеля 48, а у собаки – 78.
Почему так – неизвестно. Но, скорее всего, такая конфигурация была оптимальной для того времени и места, где возник данный вид.
