Рафик Григорян - Клеточные основы здоровья

– Подожди. Ведь второй закон термодинамики применим ко всему пространству. Как же жизни удалось обойти этот закон?

– Жизнь – явление локальное. Энергия, необходимая для конструирования сложных биологических макромолекул, черпается из ближайшего локального окружения.

– А как она там оказалась?

– Вопрос в точку! В случае земной жизни первоисточником энергии является Солнце. Но наука полагает, что переход химии в биологию, т. е. появление жизни, каким-то образом связано с аккумуляцией внешней энергии в виде химических связей. Их распад снабжает локальную внутриклеточную среду энергией, необходимой и достаточной для выполнения всех форм работы против второго закона термодинамики. В частности, для образования более сложных структур клеток из биохимических компонентов.

Замечу, что наука еще не знает, как сформировалась первая клетка. И мы еще не раз вернемся к вопросу об энергии. Вопрос об энергии и движущих силах – ключевой не только для понимания биодинамики. Он остается ключевым также в физике, когда исследуется динамика механических, электромагнитных объектов. Я убежден, что роль энергии в организме еще не до конца выяснена…

Как бы там ни было, важной вехой биологической эволюции стало то, что некий ранний представитель жизни (полагают, архаичный организм цианобактерия, или сине-зеленая бактерия) был первой клеткой, освоившей химическую реакцию превращения энергии солнечного света в специальные макромолекулы – углеводы. Эти запасенные молекулы далее служат внутриклеточным источником энергии.

Современная биология не может доказательно рассуждать о том, сформировалась ли эта клетка-праматерь жизни на Земле из химических элементов нашей планеты, или местом ее рождения является не Земля. У цианобактерии нет ядра, но есть ряд примечательных особенностей, сыгравших ключевую роль в том, что мы с тобой существуем. Прежде всего, нужно отметить, что цианобактерии в процессе своего метаболизма производят побочный продукт – кислород. Еще долгое время на ранней Земле кислород был ядом для микроорганизмов.

У цианобактерии нет митохондрий. Митохондрия – это такая органелла в наших клетках, которая, наряду с другими ингредиентами, использует кислород для синтеза специальных молекул – аккумуляторов энергии. Их еще называют макроэргами. Наиболее мощный из них – это молекула аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Мы о ней позже подробнее поговорим. Здесь лишь отметим, что АТФ является универсальным поставщиком энергии во всех наших клетках, а также во всех эукариотах (клетках с ядром) и многоклеточных организмах.

– А откуда взялась клетка?

– По этому поводу дискуссии в биологии продолжаются. Известно, что все формы жизни основаны на клетке. Как она появилась, неизвестно. Одна из гипотез полагает, что она возникла при каких-то благоприятных условиях на Земле в водной среде, богатой макромолекулами. Есть также гипотеза панспермии. Согласно ей, возраста Земли недостаточно для того, чтобы химия породила биологию. Гипотеза панспермии предполагает, что жизнь в виде одноклеточного организма занесена на Землю из космоса с объектами, которые гораздо старше Земли.

Как бы там ни было, известно, что на нашей планете много видов одноклеточных организмов сосуществуют с множеством видов многоклеточных организмов. Согласно современным представлениям, базирующимся на генетике, все биологические объекты на Земле относятся к единственному древу жизни. А сама жизнь как уникальное явление, поддерживающееся уже примерно четыре миллиарда лет, обязана важной способности – умению воспроизводить себя путем деления ( митоз ).

Тут я хочу прервать краткое изложение эволюции жизни и сделать важную заметку о том, что такое клетка.

Клетка – это некая обособленная область пространства, внутри которой происходит специфический, самоподдерживающийся процесс синтеза специализированных органелл, согласованное функционирование которых позволяет черпать энергию и строительные химикаты извне и перерабатывать их для обеспечения трех основных функций жизни: 1) роста; 2) размножения путем митоза (деления); 3) реагирования на внешние стимулы. Саму совокупность химических реакций внутри клетки обобщенно называют термином метаболизм .

Тебе должно быть известно, что самоподдерживающиеся циклические процессы имеют место и в физике и химии.

– Да, я когда-то читал про реакцию Белоусова. По крайней мере, помню, что он наблюдал, как спонтанно циклически меняется цвет жидкости. Я даже читал о том, что Алан Тьюринг, которого все мы знаем как теоретика компьютеров, написал специальную книгу, в которой объяснял узоры на теле животных случайными процессами, похожими на реакцию Белоусова. Наконец, я также читал, что процесс образования кристаллов некоторые специалисты рассматривают как предтечу жизни.