Изначально я планировал написать о группах крови. Однако понял: без погружения в основы — без понимания, что такое гены и антигены — статья рискует превратиться в совершенно непроходимый лес. Так что давайте для начала разберёмся с этими фундаментальными кирпичиками жизни.
Если говорить научным языком, ген — это единица наследственной информации, которая хранится в молекуле ДНК. Звучит сложно?
Тогда давайте проще: представьте, что ген — это крошечный, но важный кулинарный рецепт. А вся ДНК в вашем организме — это огромная поваренная книга, где собраны абсолютно все рецепты для «приготовления» именно вас.
Так откуда же взялась эта «книга рецептов»? Давайте заглянем в самое начало её написания.
Всё началось почти 4 миллиарда лет назад. В то время наша планета напоминала скорее космический тир, чем уютный дом для жизни. Поверхность постоянно бомбардировали астероиды и кометы, бушевали вулканы, а жёсткое ультрафиолетовое излучение беспрепятственно достигало земли. Не было ни кислорода, ни защитного озонового слоя. С трудом верится, но именно в этих условиях и зародилась жизнь.
В древнем океане, этом первобытном «бульоне» из воды, газов и энергии, стали накапливаться органические соединения, такие как аминокислоты, нуклеотиды, сахара. Это были простейшие «кирпичики жизни» (но ещё не сама жизнь!), и появлялись они как извне (например, занесённые кометами), так и рождались прямо на Земле в результате естественных химических реакций.
Когда этот «бульон» стал достаточно насыщенным и концентрация «кирпичиков» возросла, они начали чаще сталкиваться и соединяться, формируя всё более сложные структуры. Например, нуклеотиды (предоставьте их как буквы, которые образовывают слова, из которых состоит рецепт) стали объединяться в цепочки (образно слова и предложения).
Этот процесс шёл методом бесчисленных проб и ошибок. Подавляющее большинство этих ранних цепочек сразу же распадалось, аналогично тому что не все комбинации букв получили значения в нашей речи. Но те редкие, что оказывались устойчивыми, — сохранялись (как и со словами).
Среди этого хаоса преимущество получили молекулы, предшественницы РНК (так называемая прото-РНК). Их гениальная особенность заключалась в способности к самокопированию. Они служили шаблоном для сборки комплементарных (то есть парных или еще можно сказать зеркальных) себе цепочек. Проще говоря, такая молекула могла соединять «кирпичики», которые идеально подходили к ней, как элементы пазла. В результате получалась её комплементарная пара. А уже с этой новой цепочки, в свою очередь, могла быть собрана точная копия оригинала. Так происходило самокопирование в два этапа.
Так возник первый, пусть и крайне неточный и кривой, но механизм самокопирования. C этого момента и заработал естественный отбор на молекулярном уровне: теперь «удачные», самые стабильные и эффективные в копировании цепочки начинали размножаться и доминировать, а «неудачные» — исчезали, поглощались удачными. Именно эти самовоспроизводящиеся молекулы РНК и стали прародителями того, что мы сегодня называем генами.
Но как мы перешли от этих хаотичных самокопирующихся РНК к стройной системе с ДНК и генами?
Ключевой этап — появление прото-клетки. Представьте себе липидный (жировой) пузырёк, похожий на мыльный пузырь. Внутри него оказался тот самый «бульон» с химическими реакциями. Прото-мембрана (жировая оболочка) пузырька разделяла внутреннюю среду и внешний мир.
Внутри пузыря реакции продолжались, но ресурсов стало не хватать. Простые элементы ещё могли проникать сквозь стенки, но развитие продолжили те «клетки», которые научились синтезировать недостающие соединения сами и накапливать собственную энергию.
Для большей эффективности произошла «профессиональная специализация». РНК по-прежнему использовались для копирования, но для надёжного хранения информации гораздо лучше подошла молекула ДНК (она имеет более стабильную и защищённую структуру, хотя и строится на тех же принципах). Так в процессе эволюции клетки стали записывать удачные «рецепты» в свою ДНК и передавать их по наследству.
Давайте продолжим нашу кулинарную аналогию. Сначала все рецепты передавались устно, от повара к повару. Это быстро и удобно, но в процессе передачи их легко исказить — забыть щепотку соли, перепутать ингредиенты. Так работала РНК — это был «устный пересказ» рецепта, подверженный ошибкам.
А теперь представьте, что кто-то взял и записал все лучшие, выверенные рецепты в книгу. Теперь они защищены от искажений и могут быть точно воспроизведены много лет спустя. Эта книга — ДНК. А ген — это и есть один конкретный, записанный в книге рецепт, например, «Рецепт голубых глаз» или «Рецепт первой группы крови».
Надеюсь, теперь стало немного понятнее, как и для чего у нас появились гены.
Если вернуться из мира аналогий, то:
Ген — это конкретный участок ДНК, отвечающий за проявление того или иного свойства нашего организма.
- Ген цвета глаз содержит инструкцию по производству определённого типа и количества пигмента меланина в радужке.
- Ген роста волос содержит инструкцию по производству белка кератина, который является основным строительным материалом для волос.
Каждый ген — это отдельный, тщательно выверенный рецепт (полезный), который был отобран и записан в нашу «Книгу жизни» за миллиарды лет эволюции.
Так при чём тут осинки и апельсинки?
Всё просто. Народная пословица «от осинки не родятся апельсинки» — это, по сути, и есть самое простое объяснение генетики. (Хоть и изначально эта пословица имела житейский смысл, а не научный. Она говорила о семье и воспитании.)
Гены — это единица наследственной информации, которая содержит в себе инструкцию по "построению" себя передаваемую из поколения в поколение. Это как древние семейные рецепты, которые передаются из поколения в поколение.
- В ДНК осины записан рецепт на создание осины: с дрожащими листьями (ген 1), горькой корой (ген 2) и умением выживать в холоде (ген 3).
- В ДНК апельсинового дерева — совсем другой рецепт: на сочные плоды (ген 1), ароматные цветы (ген 2) и любовь к солнцу (ген 3).
Осина не даст апельсинов не потому, что не старается. Просто в её генетической «поваренной книге» просто нет такого рецепта.
Теперь, когда мы разобрались, что такое ген, можно переходить к другим более насущным темам. Если вам понравилась статья, не забывайте подписываться, ставить лайки и оставлять комментарии.
P.S. О научной основе этой статьи
В этой статье я опирался на принципы и теории, доминирующие в современном научном мире сегодня:
- Теория биохимической эволюции (теория Опарина-Холдейна). Выдвинута независимо советским биохимиком А. И. Опариным в 1924 году и английским ученым Дж. Холдейном в 1929 году. Идея длительной химической эволюции, которая подготовила почву для эволюции биологической.
- Эксперимент Миллера-Юри (1953 г.) — Стэнли Миллер под руководством Гарольда Юри смоделировал в лаборатории условия, которые, как считалось, были на ранней Земле: древнюю атмосферу (смесь метана, аммиака, водорода и паров воды), кипящий океан и постоянные грозы (имитировались электрическими разрядами). Через неделю в получившейся смеси были обнаружены аминокислоты. Опыт стал практической проверкой идей Опарина-Холдейна.
- Гипотеза «Мира РНК». Выдвинута в 1980-х годах. Гипотеза утверждает, что первой была молекулой способной к самокопирования была молекула РНК. Эта теория является на сегодня общепринятой в научном сообществе моделью.
Важно отметить, что существуют и другие, менее распространённые или ещё малоизученные гипотезы о происхождении жизни. Кроме того, удивительное и прекрасное многообразие нашего мира имеет глубокие объяснения в различных религиях и духовных верованиях.
Цель этой познавательной статьи — не найти единственную истину о сотворении мира, а доступно и интересно объяснить, как современная наука видит появление гена (механизма наследования).