Взрывающиеся солнца. Тайны сверхновых - Азимов Айзек (книги полностью .txt) 📗
Словом, именно процесс мутации — несовершенство воспроизводства ДНК — вел эволюцию вперед и сделал возможным появление человека. Если бы не мутация, если бы воспроизводство ДНК было абсолютно безупречным, то, однажды зародившись, первая простейшая частица жизни воспроизвела бы другую, точную свою копию, на этом бы все и кончилось. Все организмы, которые существуют сегодня, были бы повторением (копией) той самой первой простейшей формы.
Однако, по счастливой случайности, мутация происходит недостаточно часто, чтобы ею можно было объяснить скорость, с которой протекала эволюция. Наивно полагать, что эволюция — слишком быстрый процесс, нужен миллион лет и больше, чтобы из одного вида развился другой. Но все-таки эволюция идет быстрее, так как зависит не только от случайных мутаций.
Поскольку мутации происходят чаще, чем могла бы позволить простая случайность, на Земле должны иметь место какие-то факторы, которые способствуют повышению их частоты.
Это можно понять из нашей аналогии с пальто в гардеробной. Допустим, оттуда выходит слишком большое число людей с ошибочно взятыми пальто. Конечно, тут должны действовать какие-то факторы, повышающие число ошибок. Во-первых, в гардеробной могла погаснуть одна из ламп: в полутьме не так просто найти свою вещь среди множества подобных, поэтому ошибки будут чаще. Или, например, люди слишком часто прикладывались к рюмке: затуманенный взор, нетвердое суждение — число ошибок, понятно, возрастает. Третья возможность может быть в стрессовой ситуации. Люди столпились в раздевалке, но тут раздается крик: «Автобус уходит!» Каждый в спешке хватает что придется, и число ошибок опять-таки подскочит.
МУТАГЕННЫЕ ФАКТОРЫ
Обстоятельство, которое могло бы повысить частоту мутаций, можно назвать «мутагенным фактором» или, более коротко, мутагеном. Каковы же эти мутагенные факторы, способные увеличить число мутаций и тем самым произвести изменение с поддающейся наблюдению скоростью?
Один из таких факторов — это повышение температуры. Чем выше температура, тем быстрее снуют атомы и молекулы и тем меньше шансов, что из роя мечущихся частиц к нуклеотидной цепочке прибьется одна, единственно нужная. Количество мутаций, следовательно, возрастет с повышением температуры.
Но жизнь развилась в океане и оставалась в океане до момента, отделенного от нас четырьмя миллиардами лет. Другими словами, девять десятых своего существования на Земле жизнь находилась только в океане. Океаническая среда гораздо более стабильна, чем суша. Температура океана не испытывает больших сезонных колебаний или колебаний от года к году, которые бывают на суше. Поэтому на протяжении почти всей истории жизни влияние температуры на мутации было невелико и не может рассматриваться как что-то, обеспечившее возможность эволюции с наблюдаемой скоростью.
В роли мутагенов могут выступать и химические вещества. Они стремятся соединиться с ДНК и своим присутствием в момент репликации вызывают аномалии. Бывает, что они реагируют с ДНК так, что хотя и не соединяются с ней, но изменяют порядок атомов, составляющих эту молекулу. Молекула ДНК с неправильным расположением атомов явится неправильной основой при репликации, и в результате возникнет мутация.
Однако организмы, легко поддающиеся воздействию таких химических веществ, настолько бывают подавлены мутациями (в большинстве своем работающими в худшую сторону), что быстро вымирают. Силой естественного отбора остаются те из них, которые способны противостоять химическим мутагенам, поэтому роль последних как ускорителей эволюции нам не следует слишком преувеличивать.
В настоящее время мутагены стали, конечно, серьезной проблемой. Химики произвели на свет тысячи новых соединений, которых нет в природе и которые в больших дозах попали теперь в среду обитания. Некоторые из них — мутагены, но организмы не имели случая сталкиваться с ними прежде, поэтому они не развили в себе с помощью естественного отбора должной сопротивляемости. В результате многие организмы (в том числе человек) испытывают на себе их пагубное влияние.
При некоторых мутациях, например, нормальные клетки организма превращаются в клетки рака благодаря продуцированию так называемого онкогена (от греч. onkos — рост, именно рост, вызываемый раком). Мутагены, провоцирующие такое изменение, называются канцерогенами (от греческого слова «краб»), ввиду того что рак часто распространяется во все стороны, как клешни краба.
И все же на протяжении миллиардов лет жизни, протекших до нашего столетия — столетия химической революции, мутагены не представляли собой большой проблемы, и им нельзя было приписать ускорение эволюционных изменений.
Мутагенный фактор, гораздо более сильный, чем тепло и химические вещества, впервые был открыт американским биологом Германом Меллером (1890–1967). Он работал с дрозофилами (плодовыми мушками) для изучения наследования случайных мутаций. Ожидание случайных мутаций было слишком утомительно и, конечно же, требовало массы времени, поэтому Меллер искал способы, ускоряющие их.
Он повысил температуру, при которой обитали колонии его дрозофил, и скорость мутаций повысилась, но не так сильно, как ему хотелось бы.
Тогда он решил попытать счастья с рентгеновскими лучами. Они обладают более высокой энергией, чем простое тепло, к тому же пройдут муху насквозь. Если, проходя через тело дрозофилы, рассуждал Меллер, этот луч столкнется с хромосомой, в нем будет достаточно энергии, чтобы здесь и там выбить у нее отдельные атомы. Это неминуемо вызовет химическое изменение, другими словами — мутацию. Меллер не знал, какова химическая природа генов (об этом узнали 30 лет спустя), но, какой бы ни была эта природа, он был уверен, что рентген вызовет изменения.
Он оказался прав. Уже к 1926 г. он мог недвусмысленно доказать, что воздействие рентгеновских лучей повышает темп мутаций. Другие начали исследовать этот новый эффект, и обнаружилось, что темп мутаций повышается при любом излучении высокой энергии. Его повышают ультрафиолетовые лучи, излучение радиоактивных веществ.
И все же как высокоэнергетическая радиация может сказаться на темпе мутаций, заставляющем эволюцию двигаться с той скоростью, с которой она двигается?
Рентгеновские лучи явились продуктом человеческой технологии последнего столетия, до этого об их существовании почти не знали ничего. Правда, солнечная корона излучает рентгеновские лучи, как излучают их другие небесные объекты, но они поглощаются нашей атмосферой и до поверхности Земли почти не доходят.
Разумеется, на Земле имеются радиоактивные вещества, и в эпоху детства земной жизни их было, очевидно, в два раза больше, но они существовали главным образом на суше, а на жизнь в море почти не влияли. Но даже на суше они распределены неодинаково, и на Земле совсем немного таких мест, где естественные источники радиоактивности могли бы служить серьезной причиной мутаций.
Ультрафиолетовый свет Солнца менее опасен, чем рентгеновский луч или радиоактивное излучение, так как он менее интенсивен. С другой стороны, ультрафиолетовый свет всегда присутствовал в солнечном излучении, особенно в те ранние времена, когда озоновый слой в верхней атмосфере еще не сложился.
В те далекие времена солнечный свет с его ультрафиолетовой составляющей был неизбежен. Ультрафиолетовые лучи при тех количествах и длинах волн, которые существовали до образования озонового слоя, обладали такой энергией, что могли не только вызвать мутации, но и произвести химические изменения, способные мгновенно убить живой организм. Может быть, именно по этой причине потребовалось столько времени, чтобы жизнь из океана смогла перебраться на сушу. До тех пор пока не образовалось достаточно прочного озонового слоя, способного задержать наиболее энергонесущие части солнечной радиации, выход на берег при блещущем в полную силу Солнце мог оказаться фатальным.
Однако ультрафиолетовое излучение сильнее поглощается водой, нежели воздухом, и жизнь в океане развила в себе характер поведения, позволявший погружаться на несколько футов в воду, когда свет Солнца падал отвесно на ее поверхность. Океаническая жизнь могла подниматься к поверхности, когда Солнце висело у горизонта (или скрывалось за ним) или когда день был пасмурный. Когда живые клетки эволюционировали и солнечный свет стал уже необходим для их жизнедеятельности, эти клетки по-прежнему могли держаться на глубине, позволявшей им получать радиацию, достаточную для фотосинтеза, чтобы продолжать существование, но не настолько сильную, чтобы быть смертельно опасной. Когда эти растительные клетки развились и достаточно распространились, через некоторое время появилась и кислородная атмосфера, а высоко вверху — озоновый слой. Опасность ультрафиолетового излучения исчезла.
