Здесь в первую очередь нужно указать на исследования коацерватных капель школы А. Опарина и работы американского биохимика С. Фокса по протеиноидным микросферам.
Отметим, что морфологические структуры, во многом похожие на протеиноидные микросферы Фокса, были получены фотохимическим путем индийским ученым К. Бахадуром и С. Ранганаяки. Они использовали в качестве исходного материала формальдегид и минеральный водный раствор, содержащий различные соли, который освещался ультрафиолетом. Раствор предварительно стерилизовали и пропускали через бактериальные фильтры. Образовавшиеся микрочастицы имели размеры 0,5 микрона и в течение 48 часов увеличивались до 2,5 микрона, демонстрируя таким образом способность к росту.
Бахадур и Ранганаяки назвали эти частицы "Дживану", что в переводе с санскрита означает "частица жизни". Несомненно, что самым интересным свойством этих структур является ферментативноподобная активность.
В частности, они обладали свойствами, присущими двум ферментам каталазе и пероксидазе.
Действие фермента каталазы проявляется в разложении перекиси водорода одного из вредных для организма соединений, которое образуется в процессах обмена веществ. Его нужно или удалять из клетки, или уничтожать химически. Природа выбрала второй путь, приспособив для этой цели один из внутриклеточных белков - каталазу, разлагающую перекись водорода. Фермент пероксидаза участвует в окислении аскорбиновой кислоты.
Наибольшего успеха в моделировании протрклеток добился американский биохимик Фокс. В его опытах для получения модели клетки использовались лишь полимеры аминокислот и вода. При взаимодействии полиаминокислот с водой и получались частицы сферической формы, похожие, но только внешне, по размеру, на бактериальные клетки. Фокс назвал их протеиноидными микросферами.
Они иногда образуют нечто вроде колоний стрептококков. Размер частиц колеблется от 0,7 до 7 микрон.
Максимальная величина достигается при взаимодействии полиаминокислот с однопроцентным раствором поваренной соли. Из одного грамма полимера получается до миллиарда микросфер, которые очень стабильны и не разрушаются при центрифугировании. Заметим, что коацерватные капли Опарина, например, полученные из желатина, гораздо менее устойчивы.
В некоторых микросферах удается обнаружить нечто вроде мембраны. Так же как и "Дживану", микросферы Фокса обладают слабой каталитической активностью. Кроме того, при изменении параметров среды они способны делиться пополам, расти и почковаться.
Одним словом, результаты получены весьма впечатляющие.
Отметим, что моделирование протоклеток было начато еще в начале XX века мексиканским химиком А. Эррерой, который назвал свои модели сульфобами. Он изучил 6 тысяч разновидностей сульфобов.
Результаты работ Эрреры, Опарина, Фокса и других ученых приводят нас к выводу о том, что многие важные свойства (катализ, деление), играющие первостепенную роль в современных живых системах, могли возникнуть до появления самой жизни.
Однако можно ли микросферы Фокса или "Дживану"
Бахадура считать живыми системами? Для этого прежде всего необходимо сформулировать основные признаки живого, Такие попытки предпринимались неоднократно.
Достаточно полного, корректного и исчерпывающего определения не существует до сих пор.
Вообще говоря, давать определения даже тем явлениям или вещам, которые кажутся очевидными, дело далеко не простое. Можно проиллюстрировать это легендой об одной из многочисленных дискуссий между Платоном и Диогеном.
Когда Платона попросили определить понятие "человек", он ответил: "Это животное на двух ногах и без перьев". Диоген не упустил возможности пошутить над своим знаменитым противником. Он немедленно раздобыл петуха, ощипал его и, к вящему удовольствию окружающих, продемонстрировал бедную птицу Платону.
Задумавшись на некоторое время, Платон дал дополнение к своему определению, добавив, что у "человека большие ногти".
Мы находимся в еще более трудном положении, чем Платон. Интуитивно мы чувствуем, в чем отличие живого от неживого, однако не можем точно сказать, что такое жизнь. Это происходит в первую очередь потому, что на сегодняшнем уровне знаний невозможно адекватно описать очень сложные и во многом неясные процессы, происходящие в клетке.
Не нужно думать, что подобная трудность относится только к биологическим проблемам. Даже в такой точной науке, как физика, где большинство понятий строго формализовано и поддается четким определениям, очень трудно дать корректное определение для времени или для силы.
Попробуем все-таки сделать очередную попытку. Остановимся лишь на наиболее существенных признаках, характеризующих свойства клетки как единицы живого.
Быть может, тогда станет более понятной и главная задача: познание закономерностей возникновения принципиально нового свойства материи жизни.
Было бы несправедливо не упомянуть здесь о том, что некоторые ученые, например лауреат Нобелевской премии физик Е. Вигнер, считают эту проблему необъяснимой в рамках современной физики и химии.
Мысль о том, что невозможно описать возникновение жизни как естественный эволюционный процесс, процесс, который должен быть в принципе познаваем, еще чаще высказывается некоторыми биологами. Возникновение подобных сомнений лишь подтверждает, с одной стороны, грандиозную сложность задачи, а с другой - отражает неполноту наших знаний о процессах, происходящих в клетке.
Проблема живого, по сути дела, сводится к вопросу, поставленному в свое время крупнейшим. физиком Э. Шредингером: "Как можно объяснить с помощью физики и химии события, происходящие в пространстве и во времени в пределах живого организма?"
Поставим еще один вопрос: каков основной признак живой клетки? Ведь клетка умеет делать очень многое, мы уже в этом убедились. И все-таки основной признак жизни - размножение или воспроизведение. Мы будем трактовать термин "воспроизведение" в широком смысле, считая, что он объединяет все процессы, происходящие в клетке до того момента, пока, наконец, образуется копия исходного организма. Именно здесь начинаются главные трудности.
Часто используемый термин "самовоспроизведение" представляется мне не очень удачным, поскольку в нем неявно содержится понятие автономии, и поэтому его употребление требует известной осторожности. В научнопопулярной и даже в научной литературе часто встречается выражение типа "самовоспроизводящиеся молекулы", хотя, по-видимому, за все время существования Галактики ни одна из известных нам молекул не "самовоспроизводилась".
Если мы возьмем изолированную молекулу ДНК, изолированную клетку, изолированного человека, то ни о каком "самовоспроизведении" не может быть и речи.
Поэтому гораздо целесообразней использовать менее обязывающие формулировки, а именно: снятие копий, воспроизведение.
Таким образом, живые системы отличаются от любых неживых систем, устройств, машин и так далее наличием уникального регулирующего механизма, обеспечивающего в определенных условиях воспроизведение системы.
Этим же механизмом обладает и дубликат, и дубликат дубликата, и все последующие поколения. При всей своей фантастической сложности механизм снятия копий обладает исключительной надежностью и практически идеальной координацией во времени и пространстве.
Неживая природа не знает ничего подобного. Лишь эволюция соединений углерода достигла вершины в создании молекулярных машин, производящих свои собственные копии. В основе этого поразительного процесса лежит механизм матричного синтеза белков.
Я намеренно стараюсь сосредоточить внимание читателя на вопросах, связанных с механизмом размножения и роста, так как именно они имеют самое непосредственное отношение к проблеме возникновения жизни.
С другой стороны, они и только они резко отличают живое от неживого.