Начнём с самого простого. Почти все вещества, с которыми мы, люди, сталкиваемся каждый день, состоят из молекул. Да, есть вещества, состоящие не из молекул – например, вырожденный газ белых карликов или вещество нейтронных звёзд. Но на Земле мы таких веществ не отыщем, даже если будем искать очень старательно.
(Кстати, это продолжение! Начало статьи здесь: Как работают и что показывают магнитные часы?)
Уточним ещё капельку. Да, базовые, первичные, самые маленькие «кирпичики» материи – это атомы. Но если мы говорим не о «материи вообще», а о конкретных веществах, то нам потребуются молекулы, а не атомы. Скажем, человек дышит кислородом – это всем известно. Но человек дышит молекулярным кислородом, то есть веществом, которое состоит из молекул, в каждой из которых по два атома кислорода. А если мы соединим между собой в одну молекулу три атома кислорода, то получим уже совсем другой газ, другое вещество – озон. Для человека этот газ очень ядовит! Атомы одни и те же – а молекулы (и вещества!) разные.
Так что атомы – это правильно и хорошо, но молекулы для нас всё-таки важнее, «актуальнее».
В клетках человека (как и любого другого живого существа) содержится огромное количество самых разных молекул. Это и белки, и жиры, и углеводы, и витамины, и нуклеиновые кислоты, и так далее, и так далее. Так вот, молекулярные часы работают далеко не со всеми молекулами (это важно!). В современной науке молекулярные часы используются только для молекул нуклеиновых кислот (прежде всего знаменитая ДНК, она же дезоксирибонуклеиновая кислота) и белков.
«А как же всё остальное?» – спросите вы. А остальное – оно как бы одно и то же. Скажем, жизненно важный углевод глюкоза – он у разных живых организмов на Земле совершенно одинаковый. Что у бактерии, что у водоросли, что у баобаба, что у тигра, что у человека. И никаких молекулярных часов из молекулы глюкозы сделать не получится! Запомнили?
А вот с белками, например, всё по-другому. Белки – это вещества, которые состоят из очень длинных цепочек, составленных из более простых веществ, которые называются аминокислотами. Всего стандартных аминокислот существует ровно 20.
Как многочисленные слова в русском языке составляются из букв, так и белки (их очень много!) составляются из двадцати аминокислот. Один порядок аминокислот – один белок. Другой порядок – другой белок.
А белков может быть очень много, назовём чуть-чуть – скажем, известный всем гемоглобин красных кровяных клеток. Или коллаген, слагающий соединительную ткань клеток у всех животных (включая человека).
И вот тут уже становится интересно. Потому что гемоглобин (и коллаген) у разных животных немножко, но разные! Да что там у разных животных – если вы этого не знаете, то у взрослого человека в красных кровяных клетках содержится в основном разновидность гемоглобина, которую биологи называют «гемоглобин-А». А вот у новорождённого младенца – «гемоглобин-F»! Да-да, у взрослого и у ребёнка в крови гемоглобин разный... Вроде бы один и тот же белок, и задача у него одна и та же – транспортировка кислорода к нашим клеткам... Но разный!
А чем же различаются эти разные гемоглобины? А вот тем самым «порядком букв», порядком аминокислот... Просто порядок изменяется, скажем так, «чуть-чуть». «Понемногу». Непонятно?
Играли когда-нибудь в игру «Преврати муху в слона»? Мы в «Лучике», кстати, просто обожаем такие игры со словами. Берём слово «муха» – из четырёх букв. И надо превратить его в слово «слон» – тоже из четырёх букв. Но за каждый ход игры можно изменить только одну букву! Сможете справиться? В книге «Весёлые головоломки» приводится вот какой вариант решения:
МУХА > МУРА > ТУРА > ТАРА > КАРА > КАРЕ > КАФЕ > КАФР > КАЮР > КАЮК > КРЮК > УРЮК > УРОК > СРОК > СТОК >СТОН > СЛОН
Вот в точности то же самое происходит с белками. Молекула белка состоит из «букв» – аминокислот. Проходит время, идёт эволюция живых организмов... Сперва поменялась одна буковка, потом другая, потом третья – и белки становятся разными!
Скажем, гемоглобин шимпанзе от гемоглобина человека вообще не отличается, там последовательность аминокислот одинаковая.
(«То есть как, человеку можно переливать кровь шимпанзе?!» – спросите вы. Удивитесь: можно. Только первой группы, только в исключительных случаях, но всё-таки можно, хотя и крайне нежелательно.)
Но вот у гемоглобина человека и гемоглобина гориллы в молекулах уже две «буквы» (то есть аминокислоты) разные!
А если мы гемоглобин человека сравним с гемоглобином лошади, то разных «букв» в молекуле будет уже целых сорок три штуки. Уже начинаете догадываться?
Вооот! Именно такая же светлая мысль пришла в 1962 году биологу Эмилю Цукеркандлю и биохимику Лайнусу Полингу.
Сопоставляя между собой молекулы гемоглобина, принадлежащие разным биологическим видам, они пришли к выводу, что скорость изменений молекулы этого белка со временем примерно постоянна. И тогда они выдвинули ту самую гипотезу молекулярных часов, которая гласит:
«Частота изменений выбранного белка приблизительно постоянна у всех эволюционных линий, произошедших от одного предка».
Чуть позже другие исследователи добавили к белкам и молекулу ДНК, удивительное химическое соединение, позволяющее каждой живой клетке на Земле делиться, размножаться, то есть передавать все свои свойства потомству.
Понимаете? Смотрим, насколько различаются две молекулы одного и того же белка (или две молекулы ДНК) у двух разных организмов, скажем, человека и собаки. И сразу же понимаем – насколько давно эволюционно «разошлись» эти два организма, когда жил их последний общий предок!
(Кстати, когда? Около 95 миллионов лет назад!)
Кстати, молекула ДНК похожа на белки в том плане, что тоже составлена из «букв» – только не аминокислот, а азотистых оснований. Которых, между прочим, не двадцать, а вообще всего четыре: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц). В молекуле ДНК записана вся «конструкция» организма, все составляющие его химические вещества, вся последовательность развития, все его особенности. От вихра на макушке до веснушек на носу! Сама расшифрованная структура ДНК выглядит ужасно неинтересно и запутанно:
...АЦЦАТААГЦТЦЦААГГАГГЦЦАЦАТТАТТГ...
но прошло, скажем, пять миллионов лет, и тот же участок стал выглядеть так:
...АЦЦАТААГЦТЦЦААГГАГГТЦАЦАТТАТТГ...
Так, ерунда, всего-то одна буковка поменялась, правда? Всего в молекуле ДНК человека примерно 3 миллиарда таких вот «букв». То есть одна молекула ДНК содержит приблизительно 800 мегабайт информации. Чуть больше, чем на обыкновенном компакт-диске! И разница между последовательностями «букв» у родственных биологических видов невероятно близкая. Скажем, ДНК человека и шимпанзе совпадают на 98%! Но, как оказалось в дальнейшем, и у не сильно родственных – тоже ничего...
Скажем, у человека и кошки 80% ДНК общие... А ещё позже выяснилось, что у человека ДНК на 50% совпадает с яблоком или абрикосом. Так что вот так – как будете покупать на базаре яблоко, обязательно поздоровайтесь и скажите «привет, родственник! можно я тебя съем?».
Согласно гипотезе молекулярных часов, последний общий предок человека и шимпанзе жил примерно 7 миллионов лет назад. Последний общий предок человека и мыши – около 100 миллионов лет назад. А молекула гемоглобина впервые появилась у общего предка человека и акулы около 400 миллионов лет назад. Ну а общий предок вас и яблока жил на Земле по данным молекулярных часов примерно от 1 миллиарда до 800 миллионов лет назад. Погрешность большая (200 миллионов лет!) – но метод на самом деле очень сложный, тонкий, и чем дальше мы будем уходить в прошлое, тем больше будут «врать» наши молекулярные часы...
Заключение
Тело взрослого человека содержит примерно 40 триллионов клеток. Это огромное число! Скажем, мы привыкли считать огромной и практически неизмеримой нашу Галактику – в ней содержится (опять-таки примерно) 200 миллиардов звёзд. Вы понимаете, что это означает? Клеток в теле одного-единственного человека в двести раз больше, чем звёзд во всей Галактике!
Для конструирования этих клеток в нашем организме используется более 100 тысяч различных белков. Согласитесь, очень тяжело представить, что вся эта информация смогла уместиться на одном-единственном компакт-диске сорокалетней давности... И споры учёных на этот счёт продолжаются и сегодня! Всего лишь 4 «буквы» азотистых оснований, всего лишь 20 «букв» стандартных аминокислот – но ими кодируются все (все!!!) живые организмы Земли, от мельчайшей бактерии до огромного кита, как существующие ныне, так и давным-давно вымершие...
С другой стороны можно сравнить это, скажем, с русским языком. В нашем алфавите всего 33 буквы, не так ли? В словаре литературного русского языка мы найдём примерно 150 тысяч слов, составленных из этих букв. Но сколько историй, рассказов, сказок, книг, статей можно создать из этих «всего-навсего» ста пятидесяти тысяч? Миллион? Миллиард? Бесконечность? Однако, по правде говоря, мы по сей день совершенно не знаем – а насколько правильным будет сравнивать человеческий язык и такое явление, как жизнь? Да, определённое сходство есть, но позволяет ли оно нам делать такие смелые сравнения?
А есть и другой непростой вопрос – ведь и сами биологи говорят о том, что скорость эволюции в разные эпохи не может быть одной и той же. Были периоды, когда новые биологические виды возникали очень быстро, а были и такие, когда эволюция «замедлялась», «тормозила». Опять же – эволюция идёт с разной скоростью в популяциях с разной численностью. Чем больше у нас есть особей того или иного вида, чем этот вид успешнее, тем быстрее происходят мутации, тем интенсивнее идёт эволюция. А вот гипотеза молекулярных часов этот «крохотный» момент как бы не учитывает... В общем, вопрос тёмный, и поиски окончательного ответа на него ещё впереди – насколько молекулярные часы точны? Кто сказал, что «учёные больше не нужны» и «всю науку уже придумали и все открытия уже совершили»? А?
Читайте также:
С чего начинается жизнь? Чем отличается живое от неживого? Может ли мёртвое ожить?
Кем питалась гигантская стрекоза меганевра, и что на самом деле изучает наука экология?
