Космос биомолекулярной жизни. Часть 2 - «Эзотерика»

В предыдущей статье говорилось о том, что в ответе на вопрос: "Что такое жизни?", мы обычно не учитываем, что самая обычная клетка по своей сложности схожа с крупным городом. В ней также существуют центры по выработке энергии — целые «фабрики», изготавливающие необходимые для жизнедеятельности гормоны и ферменты; «информационный центр», где находится информация о производимых продуктах; особая «система транспорта» необходимых продуктов и сырья; «трубопроводы», «лаборатории» и целые «заводы» по переработке и очищению продуктов, поступающих из внешней среды.


Все органические молекулярные соединения биологического происхождения — белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты и т. д., из которых состоит клетка, не складываются сами по себе в необходимые для жизни структуры. За всеми процессами в клетке стоит нечто большее, нежели известная нам та или иная химическая реакция. Все они кем-то или чем-то управляемы. Закончили мы статью пресловутой «примитивностью» строения вируса и тем, что его главные составные части (фрагменты ДНК или РНК) не так уж и просты — это достаточно сложные молекулярные соединения.

Итак, как известно, ДНК это длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид — это тоже не просто набор чего-то простого. Он состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы. Мало того, они соединены между собой в длинные так называемые полинуклеотидные цепи, попарно соединенные в структуру, получившую название двойной спирали.


Двойная спираль ДНК

О структуре белка и сложности некоторых процессов, происходящих в нем, уже говорилось выше. Вместе с тем вопрос о том, как кодируется информация вирусом, каким образом он понимает, куда прикрепляться и что делать в том или ином случае, а также как перепрограммировать ДНК инфицированной им клетки, наводит на мысль о том, что данное довольно сложное и последовательное поведение не существует само по себе. Есть некий невидимый внутренний актер (от слова «активность»), или пользователь, который лишь использует определенные молекулярные структуры для того, чтобы, с одной стороны, изначально иметь энергию, которую обеспечивают эти молекулярные структуры, а с другой стороны, иметь возможность проникать в другой организм, подключаться к нему и, паразитируя на его энергоресурсах, постоянно иметь дополнительное количество энергии.

Кстати, следует сказать, что такое поведение, как паразитирование — это весьма распространенное явление в природе. Подавляющая масса живых организмов паразитирует на других. Только лишь одними инстинктами трудно объяснить такое довольно сложное поведение вируса. Хочу обратить внимание на то, что часто процесс инфицирования происходит поэтапно, последовательно и достаточно осторожно, чтобы клетка не могла своевременно противопоставить собственную защиту.

В этом фильме наглядно показано то, как бактериофаг инфицирует бактерию:

Вообще, в процессе эволюции выработаны всевозможные стратегии инфицирования одних организмов другими и затем паразитирования на них. Скажем, комар прежде чем проколоть кожную ткань, сначала производит анестезию (обезболивание) участка, куда собирается вбивать хоботок. Поэтому мы часто обнаруживаем комара тогда, когда через хоботок им уже втягивается кровь.

Но вернемся к вопросу о разумных невидимых «актерах». Чтобы понять то, о чем будет речь дальше, следует обратиться уже непосредственно к самой клетке и начать с ее строения. Понятно, что оно намного сложнее, чем у вирусов или вироидов. По сравнению с ними клетка — это уже высокоразвитый организм.

Известно, что тело клетки, в отличие от вируса, отделено от окружающей среды мембраной, или плазмалеммой. Внутри клетка заполнена цитоплазмой, в которой расположены различные органоиды (или, иначе, органеллы) и клеточные включения, а также генетический материал в виде молекулы ДНК.


Строение биологической клетки

Каждый из органоидов клетки, как известно, выполняет свою особую функцию, а в совокупности все они определяют жизнедеятельность клетки в целом. Понятно, что клетка без органелл функционировать не будет, как не будет функционировать наш организм, если удалить, к примеру, печень или почки. Поэтому термин «органоиды» объясняется сопоставлением этих компонентов клетки с органами многоклеточного организма.

Главное — это то, что процессы, которые происходят в органоидах и которые обеспечивают жизнедеятельность клетки, невероятно сложны. Органеллы не просто ответственны за те или иные химические реакции и процессы, и каждая из них — это не просто цех внутри предприятия. Это целое предприятие внутри предприятия, со сложной системой внутренних связей и взаимоотношений, которые обеспечивают ту или иную функциональность самой органеллы, а тем самым и жизнь клетки как организма в целом.

Слово «взаимоотношения» имеет здесь очень важное значение. Оно непосредственно указывает на то, что между некоторыми органеллами действительно происходят определенные взаимоотношения, которые называются симбиотическими.

ФЕНОМЕН СИМБИОЗА

В биологии есть целое направление, которое занимается теорией симбиогенеза. В соответствии с этой теорией многие органеллы клеток в начале своего существования были отдельными организмами и около миллиарда лет тому назад они объединили свои усилия для создания клеток нового типа.

Так, например, митохондрии, считающиеся силовыми станциями клеток, поскольку они генерируют энергию, изначально были самостоятельными организмами. В какой-то момент эволюции одна из клеток постоянно поглощала этот организм, а после оказалось, что вместе они справляются лучше, чем по отдельности.

Эта теория объясняет существование двухслойной мембраны современной эукариотической клетки (то есть имеющей ядро). Так, внутренний слой ведет происхождение от мембраны поглощенной клетки, а наружный является частью мембраны поглотившей клетки, обернувшейся вокруг клетки-пришельца. Также объясняется наличие ДНК в митохондрии — это не что иное, как остатки ДНК клетки-пришельца.

Иначе говоря, два независимых организма в какой-то момент «договорились» между собой о длительном и взаимовыгодном сотрудничестве, как это сейчас говорится. Впрочем, могло быть и так, что более крупный организм постоянно поглощал меньший и тот в какой-то момент вынужден был научиться жить внутри крупного организма, постепенно приспосабливаясь к нему. В результате возникла новая по сложности клетка. В это трудно поверить, но то, что изначально это были два независимых организма, является фактом.

Теперь митохондрии есть почти во всех эукариотических клетках и размножаться вне клетки они уже не способны. Подобно митохондриям симбиотические отношения с другими органеллами клетки оформили, например, пластиды высших растений, отвечающие прежде всего за процессы фотосинтеза в клетках растений.


Схема эволюции эукариотических клеток растений: 1 — образование двойной мембраны ядра; 2 — приобретение митохондрий; 3 — приобретение пластид; 4 — внедрение получившейся фотосинтезирующей эукариотической клетки в нефотосинтезирующую (например, в ходе эволюции криптофитовых водорослей); 5 — внедрение получившейся клетки снова в нефотосинтезирующую (например, при симбиозе этих водорослей с инфузориями). Геном предков эукариот обозначен фиолетовым цветом, митохондрий — красным, пластид — зеленым.

Вообще, в теории симбиогенеза известно такое явление, как мутуализм, когда присутствие партнеров становится обязательным условием существования каждого из них. Сейчас уже известно, что это достаточно широко распространенная форма взаимополезного сожительства.

Таким образом, в микробиологии уже считается общепринятым, что на заре эволюции стремление к симбиозу было тем двигателем, которое сначала свело разные по своему характеру организмы в один одноклеточный, а затем собрало одноклеточные организмы одного вида в колонию, в результате чего появился один многоклеточный организм, что в свою очередь стало основой разнообразия современной флоры и фауны. Наше человеческое тело — это также результат одного из древнейших партнерских отношений в природе.

Микроорганизмы, живущие внутри другого организма (хозяина) и приносящие ему пользу, называются эндосимбионтами. Для подавляющего большинства (возможно, практически для всех) клеточных организмов наличие эндосимбионтов обязательно для выживания или значительно повышает их приспособленность. Вообще, эндосимбиоз играет важную роль в функционировании большинства экосистем.

Кроме того, уже известен так называемый многоуровневый симбиоз, когда один организм является симбионтом для другого, но сам в свою очередь пользуется «услугами» третьего.

Наиболее интересным организмом с этой точки зрения является Mixotricha paradoxa. Он является симбионтом термита дарвинов (Mastotermes darwiniensis).


Термит дарвинов (Mastotermes darwiniensis)

Обитая в кишечнике термита, он разлагает целлюлозу до таких соединений, которые тот уже способен усваивать.


Mixotricha paradoxa

Но что интересно, Mixotricha paradoxa в свою очередь для передвижения в кишечнике использует другие микроорганизмы — более 250 тыс. бактерий Treponema spirochetes, которые прикреплены к поверхности его клетки и выполняют функцию ножек.


Спирохеты (Spirochaetales)

Это в свою очередь частично объясняет происхождение жгутиков и ресничек многих одноклеточных организмов (например, инфузорий), благодаря чему они способны передвигаться в жидкой среде. Кстати, о жгутиках говорилось в самом начале книги, когда рассматривалось строение моторчика жгутиковой бактерии.

Заметьте, что «ножки» — это изначально отдельные организмы, которые теперь обеспечивают функцию передвижения организма-хозяина, но питаются они уже за счет хозяина, то есть теперь он обеспечивает их необходимой энергией. В связи с этим у многих из них за ненадобностью уже нет собственного аппарата, синтезирующего белок, также у них отсутствует способность к делению, как, например, у инфузории Paramecium bursaria с симбиотическими хлореллами.


Инфузория (Paramecium bursaria) с симбиотическими хлореллами

А вообще, существует огромное количество симбиотических бактерий, без которых наш собственный организм и организмы других животных и птиц не в состоянии существовать самостоятельно.

Мало того, считается, что лишь одна из десяти клеток в теле человека является собственно человеческой. Остальные девять — это различные симбиотические микроорганизмы, в основном бактерии и грибы (среди которых, впрочем, немало и патогенных форм).

Что касается симбионтных бактерий, то, например, только в 1 см3 содержимого желудка в человеческом организме обитает в среднем 25 тыс. бактерий (например, молочнокислая бактерия Lactobacillus Acidophilus), а в одном грамме содержимого толстых кишок их можно насчитать до 30—40 млрд! Специалисты выделяют среди микробных обитателей желудка и кишечника до 250 видов симбионтов. Суммарный же вес всех бактерий в кишечнике взрослого человека колеблется от трех до пяти кг.

Необходимо подчеркнуть, что все эти бактерии крайне необходимы нашему организму. Они составляют микрофлору нашего кишечника и являются неотъемлемым элементом процесса пищеварения, а значит и жизнедеятельности организма.

Мы привыкли ассоциировать бактерии с инфекционными заболеваниями, но большинство из них являются симбионтами других более развитых живых организмов, то есть не просто дружелюбных им, но обусловливающих жизнедеятельность хозяина, в котором они живут. Не было бы их, не было бы современной флоры и фауны. Они являются основой жизни и одновременно одним из главных механизмов эволюции.

Вообще, то, что происходит в нашем собственном теле на клеточном уровне, это целый космос, в котором участвуют прежде всего процессы, основанные на симбионтных отношениях. Мы не замечаем этой естественности, поскольку в течение миллионов лет эволюции в нашем организме (да и вообще в каждом без исключения) все процессы отрегулированы и в высшей степени уравновешены, а ведь эта невероятная сложность и слаженность обусловлена прежде всего взаимоотношениями участников процессов, происходящих в организме на очень многих уровнях.

Возьмем, к примеру, лейкоциты — белые кровяные клетки, отвечающие за иммунную систему нашего организма. То есть они специализируются в защите крови и межклеточного пространства от внешних и внутренних патогенных агентов. Иначе говоря, они ими просто питаются.

Наблюдая через электронный микроскоп, как целеустремленно лейкоцит гонится за чужеродным пришельцем, чтобы его поглотить (так называемый фагоцитоз), а также видя, как тот от него пытается спастись, удирая «со всех ног» и прячась за других участников крови, трудно не заметить того, что оба вполне хорошо осознают свои действия. Эта погоня в чем-то напоминает охоту хищника на парнокопытное в саванне. А ведь это только один «обыкновенный» лейкоцит, количество которых в крови взрослого человека в среднем составляет до 9 миллиардов единиц. И это лишь малая часть других живых «участников» крови — эритроцитов (красных кровяных телец) и тромбоцитов (кровяных пластинок) и т. п., которые также выполняют в организме соответствующие им функции.

Вот ссылка на фильм, на котором показано, как лейкоцит пытается поймать и поглотить чужеродную бактерию.

В следующем фильме показано то, как лейкоциты сообща действуют против более крупного пришельца. Прошу обратить внимание на скорость перемещения лейкоцитов и на то, что они явно понимают, куда и зачем так стремятся и что необходимо делать.

Как видим, организм сам по себе — это не просто сложная комплексная система различных элементов жизнеобеспечения. Это прежде всего взаимоотношения огромнейшего количества различных малых организмов в другом большом организме, каждый из которых выполняет в нем определенную функцию.

Понимают ли участники процесса свою роль в системе жизни целого организма-хозяина? Трудно сказать. Во всяком случае видно, что они достаточно хорошо ориентируются в собственной среде, знают своих партнеров, различают чужих и в большинстве своем прекрасно с ними справляются. Мало того, становясь неотъемлемой частью системы организма-хозяина, они полностью зависят от него, как и он от них.

Однозначно и то, что все участники (организмы-эндосимбионты) выполняют свои роли в организме-хозяине не бездумно. Они в полной мере осознают то, что делают и, как говорят в психологии, отличаются гибким поведением, хотя нам в это очень трудно поверить.

ПАРАДОКС «ТЕМНОЙ ШКАТУЛКИ»

Впрочем, ничего удивительного. Каждый из нас воспринимает свой собственный организм не просто как нечто само собой разумеющееся, а полностью отождествляет его с самим собой. Говоря «я», мы обычно подразумеваем наше тело, а не душу. Нам трудно представить самих себя без нашего тела или вне его, хотя мы обычно не имеем ни малейшего понятия о том, что, собственно, в нем происходит.

Все процессы в этой «темной шкатулке», как организм называли на Востоке, протекают независимо от того, думаем мы о них или нет, ощущаем их или нет. Он — организм — время от времени нам лишь подсказывает свои потребности: принять пищу, если ему стало не хватать энергии; выпить воды, если понадобилось восполнить запасы жидкостей; одеться, если ему холодно, или раздеться, если стало жарко; полежать и отдохнуть, если он устал и ему необходимо дать время на регенерацию или перераспределение энергии и т. д.

Точно так же происходит в каждом организме без исключения, поскольку абсолютно в каждом действует такой механизм, как гомеостаз, благодаря которому все процессы, происходящие в нем, направлены на поддержание внутреннего равновесия, которое в свою очередь достаточно динамично.

Иначе говоря, все процессы в организме, как внутренние (например, метаболизм), так и внешнее (поведение в среде), энергозатратны. То есть для поддержания внутреннего равновесия ему постоянно необходимо извне получать дополнительное количество энергии. Поэтому следует напомнить, что главной задачей всех организмов без исключения (в том числе и человеческого) является обеспечение себя пропитанием, иначе ему грозит гибель.

В мире животных пищей в большинстве случаев, как известно, являются другие организмы растительного или животного происхождения. Таким образом, создаются так называемые пищевые (или трофические) цепи, в которых организмы последующего звена поедают организмы предыдущего звена и тем самым осуществляется цепной перенос прежде всего энергии и вещества для сохранения жизни собственного организма. В живой природе нет организма, который бы не был пищей для другого организма.

Кто нам подсказывает изнутри, что нужно делать для обеспечения гомеостаза нашего собственного организма — поесть, попить, отдохнуть и т. п.? Ответ обычно таков: его пользователь — то есть это пресловутое «я». А кто же это «я», если оказывается, что оно обычно даже не представляет себе того, что делается в его собственном организме? Ведь оно лишь ощущает его внешнюю целостность, а то, что происходит внутри этого организма — никоим образом. Оно лишь старается удовлетворить потребности, которые организм подсказывает нашему сознанию тем или иным способом.

Мы в большинстве своем понимаем, что «я» — это не только то, что мы называем нашим сознанием или самосознанием. Это нечто большее. Уже известно, что есть и бессознательное, которое часто проявляется в нашем поведении и которое не всегда контролируемо нами. Так кто же управляет всеми процессами в организме?

Когда-то давным-давно наши предки это «нечто» назвали «душой», но в последнем столетии мы перестали ее учитывать в нашем мировоззрении, так как биология внутри человеческого организма не обнаружила ничего, что было бы ответственно за ее существование.

Получается парадоксальная ситуация: так как современная наука ставит под сомнение существование даже души человека, то она уже не способна допустить ее наличие в низшем по своему развитию животном, а тем более одноклеточном организме.

Тем не менее, как уже говорилось выше, сами ученые в поведении каждого без исключения организма подтверждают его способность к творческому селективному подходу в решении жизненно важных задач, в результате чего проявляется удивительная способность живых организмов к самоорганизации.

Как видим, даже на уровне одноклеточных организмов самоорганизация осуществляется, как правило, за счет эндосимбионтов — участников симбиоза, которые ранее были в какой-то мере независимы и которые в определенный момент договорились или вынуждены были договориться о «взаимовыгодном сотрудничестве» и стали либо органеллами, выполняющими функцию внутренних органов, либо даже конечностями организма-хозяина, как, например, жгутики у инфузории.

Итак, симбиотические взаимоотношения демонстрируют нам то, что за внешней биологической оболочкой того или иного организма или органеллы скрывается не просто некий его пользователь, а именно активный участник, наделенный определенным пониманием процесса сотрудничества с другими организмами и выгод от него.

Этот пользователь является не просто живым, а очень даже разумным существом, о чем мы, увязшие в собственном эгоцентризме, с одной стороны, даже не подозреваем, а с другой стороны, обычно просто не хотим знать. А ведь он существует в том или ином организме и пользуется им, как мы пользуемся своим.

Поскольку мы ставим под сомнение существование нашей собственной души, то мы тем более не подразумеваем ее наличие у животных, не говоря уже о более простых формах жизни.

А ведь тело каждого из нас без исключения складывается из сотен миллиардов различных по своему характеру, строению и поведению клеток — тоже организмов, каждый из которых выполняет в нашем теле определенную функцию, являясь в свою очередь либо симбионтным одноклеточным организом (например, лейкоцитом или бактерией микрофлоры кишечника), либо частью многоклеточного организма — органа (например, печени).

Мало того, в нашем организме происходит постоянный процесс рождения и умирания клеток. Поэтому следует учесть, что организм каждого из нас — это своего рода живой космос, в котором ежеминутно рождаются, живут, размножаются и умирают миллиарды живых существ, каждое из которых обладает определенными потребностями и пониманием того, что оно делает и зачем, то есть проявляет свойственное ему разумное поведение.

Кроме того, в каждой из этих миллиардов клеток нашего организма без исключения происходит примерно то же самое, только на еще низшем уровне, но со сложностью процессов нисколько не меньшей. Все это действует без какого-то непосредственного участия основного пользователя нашего организма — нашей души. Мы лишь обеспечиваем ему пропитание и комфортную среду.

Так что, учитывая клеточную основу многоклеточных организмов, следует, с одной стороны, обратить внимание не только на сложную многоуровневую систему взаимодействий между самими органами, но также и на то, что эти органы состоят из клеток различного типа. Они в свою очередь связаны между собой симбионтными или, иначе, взаимовыгодными отношениями.

С другой стороны, следует учесть то, что каждый из организмов является лишь своеобразным инструментом некоего разумного пользователя, использующего его в своих нуждах — прежде всего для обеспечения самого себя энергией и безопасностью, а за это он выполняет соответствующую работу в соответствии с «обязательствами», принятыми на себя миллионы и даже миллиарды лет тому назад.

Именно за счет этого обеспечивается целостность, автономность и комплексность всей системы, которую мы называем организмом, каким бы он ни был, по нашему мнению: еще примитивным одноклеточным или уже высокоорганизованным многоклеточным, подобно нашему или какому-то другому животному.

(Продолжение следует)

Фрагмент книги
Александр Ом «Пазлы абсолютного смысла»