Наука о живом. Современные концепции в биологии - Медавар Питер - Страница 21

И все-таки в теории рекапитуляции присутствует элемент истины, имеющий две стороны. Прежде всего, бесспорно верен принцип Карла Бэра, утверждающий, что зародыши родственных организмов более сходны между собой, чем развивающиеся из них взрослые особи. В ходе дальнейшего развития позвоночные животные в соответствии с заложенными в них генетическими факторами становятся более и более непохожими друг на друга, но все они проходят через одну и ту же стадию зародышевого развития, нейрулу, которая по своему основному плану строения так сходна у различных животных, что лишь специалист может их различить. Однако принцип Бэра, и верный и полезный, имеет тем не менее чисто описательный характер, и слишком полагаться {94} на него не следует. Закон рекапитуляции имеет смысл только в следующей редакции: если кто-либо говорит, например, об «эволюции некоторого органа А в орган Б», эту своего рода сокращенную формулу надо понимать так — «эволюция процесса развития, ведущего к формированию органа А, в процесс развития, который ведет к формированию органа Б». И это не педантичная придирка, но емкая формулировка, позволяющая понять, что эмбриональные процессы, ведущие к формированию органа Б, должны были начаться с тех процессов, которые вели к формированию органа А. Иными словами, модифицированный закон рекапитуляции утверждает, что при определенных обстоятельствах развитие организма, ушедшего дальше по пути эволюции, повторяет зародышевые стадии развития его эволюционных предков, а это вовсе не то же, что сказать, будто организм «карабкается вверх по собственному фамильному древу».

Сказанное выше о зародышевых листках и о теории рекапитуляции показывает, как редко случается в науке, чтобы теория была полностью отвергнута или дискредитирована: если теория недостаточна, то ее обычная судьба, кроме некоторых особых случаев, — стать частью более всеобъемлющей теории. Отсюда видно, что пресловутое утверждение, будто история науки — это всего лишь история ошибок, представляет собой проявление тупого мещанства.

Физико-химические свойства, которые делают возможным построение гигантских и чрезвычайно сложных молекул, образующих вещество живых организмов, — это (а) способность атомов углерода соединяться друг с другом в длинные углеродные цепи, лежащие в основе белков и жиров, и (б) полимеризация, т. е. построение больших, а иногда и гигантских молекул из строительных блоков, сходных друг с другом по своей общей химической структуре.

В белках такой структурной единицей, или мономером, является аминокислота, относительно простая органическая молекула, — их теперь известно более двадцати видов. Варианты комбинаций этих двадцати различных аминокислот и обеспечивают белкам их неимоверное разнообразие строения и функций. Те аминокислоты, которые организм не может синтезировать сам и потому должен быть способен покрывать потребность в них уже готовыми аминокислотами из своей ежедневной пищи, называются незаменимыми (условный термин). Соединение аминокислот при создании белков не высокоэнергетический процесс, и при пищеварении и распаде белка на составляющие его аминокислоты выделяется очень мало энергии: в противном случае желудок да и вообще все внутренности при переваривании обеда разве что не раскалялись бы.

Нуклеиновые кислоты — это гигантские полимеры, построенные из нуклеотидов: каждый нуклеотид представляет собой соединение азотистого основания, фосфорной кислоты и молекулы сахара. В зависимости от того, какой сахар входит в молекулу нуклеиновой кислоты — рибоза или дезоксирибоза, — эти кислоты распадаются на два главных класса: рибонуклеиновую {96} (РНК) и дезоксирибонуклеиновую (ДНК) кислоты. Азотистые основания в ДНК существуют четырех разных видов. Биологическое значение линейного расположения этих четырех нуклеотидов в высокополимерных нуклеиновых кислотах чрезвычайно велико (см. гл. 3 и 12).

И рибоза, и дезоксирибоза — пентозы, т. е. сахара, молекулы которых содержат пять атомов углерода. Первичными структурными элементами гигантских растительных и животных полисахаридов, таких, как крахмал, целлюлоза и гликоген, часто бывает простой сахар с шестью атомами углерода (гексоза) вроде глюкозы или фруктозы (фруктового сахара). Простые углеводы, считающиеся теми мономерами, из которых строятся большие полимеры, — это соединения, состоящие из углерода и элементов, входящих в состав воды, т. е. водорода и кислорода, причем часто в той же пропорции, в какой они образуют воду*.

Растительные масла и жиры животного происхождения — соединения общего типа, так называемые сложные эфиры, слагающиеся из глицерина и высших жирных кислот. Они далеко не столь разнообразны, как белки и полисахариды. Многие из их физических свойств зависят от длины углеродной цепи жирной кислоты, которая участвует в их образовании. Их химические свойства определяются в первую очередь свойствами этой кислоты. Существует важное различие между ненасыщенными жирными кислотами, в которых комбинаторные способности атомов углерода полностью не использованы, и насыщенными жирными кислотами, где они использованы полностью. «Затвердение» растительных масел — это процесс насыщения, побочным результатом которого является повышение температуры плавления, так что они остаются твердыми или почти твердыми при комнатной температуре и их удобнее употреблять как заменители сливочного масла.

Соединения еще более сложные, чем описанные выше, строятся из комбинаций полимеров различных видов, например из комбинаций жиров с белками или {97} с углеводами или же с теми и другими. Хромосомы, заключенные в ядрах клеток, как правило, в подавляющей части состоят из нуклеопротеидов — солеподобных комбинаций ДНК с каким-нибудь белком, обладающим щелочными свойствами (например, гистоном), хотя сам белок, насколько известно, в способности хромосомы нести информацию никакой роли не играет. Возможно, его назначение — аккуратно упаковывать нуклеиновую кислоту в такую форму, чтобы не могла возникнуть случайная утечка ДНК, которая нарушила бы процесс передачи генетической информации, а значит, и процесс развития.

Динамическое состояние компонентов организма. Одним из важнейших открытий, сделанных благодаря использованию изотопов в биологических исследованиях, стало открытие обновления, т. е. постоянного замещения элементарных компонентов организма: принцип этот относится не только к тем тканям и составляющим их частям, о которых уже было известно, что в них происходит процесс постоянной регенерации (таким, например, как клетки наружного слоя кожи или слизистой оболочки кишечника), но и к структурам вроде костей и зубов, хотя мы обычно воспринимаем их как неизменные и практически вечные. Они тоже участвуют в непрерывном обновлении, из чего следует, что постоянной в теле является лишь его форма, т. е. система точек, предпочтительно занимаемых вновь появляющимися молекулами, когда они сменяют те, которые были там раньше. Скорость обновления различных тканей различна; в сухожилии, например, она очень низка.

Использование изотопов для открытия этого важного биологического явления стало возможным потому, что варианты химических элементов, отличающиеся радиоактивностью или атомным весом, воспринимаются организмом точно так же, как и их «обычные» формы. Неспособность организма различать изотопы элементов позволяет, кроме того, применять изотопы как метки и индикаторы в комплексных процессах обмена веществ в организме — она дает возможность очень точно проследить путь отдельной молекулы на протяжении самых различных преобразований. В современных биологических лабораториях приборы для определения радиоактивности столь же {98} обычны, как микроскоп: почти все биологические исследования строятся теперь так, что количественные оценки в них проводятся путем измерения уровня радиоактивности. Не будет преувеличением сказать, что использование радиоизотопов произвело в биологии техническую революцию, не менее важную, чем даже появление микроскопа.