Практически каждый аспект жизнедеятельности эукариотической клетки – изменение формы, большие размеры, формирование ядра, синтез сложных структур ДНК, многоклеточность организма, из которого они состоят – требуют огромного количества энергии и зависят от митохондрий. Без митохондрий высшие животные вряд ли могли бы существовать, потому что при отсутствии митохондрий возможно только анаэробное дыхание (производство энергии в отсутствии кислорода), которое гораздо менее эффективно, чем используемое митохондриями аэробное дыхание. Митохондрии позволяют клетке производить в 15 раз больше энергии (синтезируя аденозинтрифосфат (АТФ) – универсальный источник энергии для всех биохимических процессов), чем она могла бы получить без «крошечных электростанций». Люди и другие высшие животные выживают и вообще существуют благодаря им.
Митохондрии – источники Силы
Итак, эволюция превратила митохондрии в мельчайшие генераторы энергии для живой клетки. Они являются органеллами, выполняющими функции внутриклеточной пищеварительной системы, вбирающей в себя питательные вещества, расщепляющей и превращающей их в энергию. Этот процесс называется клеточным дыханием (респирацией), и большая часть химических реакций, вовлеченных в него, происходит в митохондриях.
Митохондрии – очень маленькие органеллы, которые при этом оптимально организованы для выполнения своих сложных функций. Как уже было сказано, в каждой клетке находится от нескольких сотен до нескольких тысяч митохондрий. Точное количество зависит от потребностей клетки. Множество митохондрий обнаружены в сердце и скелетных мышцах, механическая работа которых требует мощного потока энергии, и в большинстве органов, таких как поджелудочная железа, осуществляющая биосинтез инсулина; печень, ответственная за очищение организма, и, конечно, в головной мозг, чьи нейроны буквально обжираются энергией.
ДУХОВНЫЙ ПОВОРОТ?
Тот факт, что за миллиарды лет эволюции эукариотические клетки появились только единожды – случайное событие с точки зрения теории вероятности, – действительно заставляет думать, что их формирование направлялось высшей силой. Наука и духовность (а также некоторые религии) вполне могут сосуществовать. Эта идея излагается во многих академических и философских работах. Согласно теории конвергентной эволюции, если мы нажмем на кнопку и перезагрузим все вокруг, то через какое-то время (измеряемое миллиардами лет) жизнь вновь придет к тому, чем является сейчас. Дело в том, что, начав развитие заново, жизнь столкнулась бы все с теми же препятствиями, что и раньше, а так как естественный отбор предоставляет ограниченное количество идеальных решений конкретных проблем, с высокой степенью вероятности жизнь пошла бы проторенным путем. Эти рассуждения заставляют меня думать, не подчиняются ли биохимические процессы на других планетах закономерностям конвергентной эволюции?
Несмотря на то что мы коснулись темы, достойной другой книги, отметим вот что: аминокислоты (строительные блоки жизни) были найдены в составе метеоритов, более древних, чем наша Солнечная система. Пирролохинолинхинон (витамин B14), естественное водорастворимое витаминоподобное вещество, о котором мы поговорим в главе 3, был обнаружен в межзвездной пыли. Все это свидетельствует о том, что семена жизни были занесены на Землю из глубин космоса. Мы действительно являемся детьми звезд.
Полагаю, что некоторым читателям психологически трудно принять эту информацию. С эгоцентрической точки зрения человечество уникально. Наше сознание отделяет нас от механического мира физики и химии и, возможно, даже от низших форм жизни. Но факт в том, что фундаментальные сходства между всеми формами жизни превосходят различия. Я пишу это с полным пониманием и признанием противоречий между эволюционной теорией естественного отбора и религией. И хотя я предпочел бы избежать обсуждения таких противоречий, невозможно вести дискуссию об эволюции, не учитывая противодействия самой идее эволюционного развития со стороны многих верующих. Но отрицание реальности эволюции перед лицом множества убедительных доказательств, собираемых на протяжении столетий, – очень слабая позиция. Такая позиция мешает восприятию удивительной и очень интересной истории.
Конечно, в ней есть много слепых пятен, а многие научные концепции спекулятивны, но этого не стоит стыдиться и тем более выплескивать ребенка вместе с водой. К тому же следует помнить, что научные данные постоянно меняются: чем больше мы знаем, тем больше мы не знаем. И если наблюдение за природой противоречит той или иной теории – неважно, насколько она обоснована, популярна и привычна, – ее следует без церемоний отбросить и приложить все усилия для создания новой и более точной концепции. Именно это произошло с современным научным пониманием митохондрии: множество теорий было предложено, критически осмыслено, проверено, а затем принято в качестве допущения или отвергнуто. Так и должно быть, ибо научная база знаний постоянно претерпевает изменения.
Традиционным религиям важно развиваться, переходя к новой парадигме и включая в свои учения данные об эволюции как о процессе, направляемом высшей силой. Для твердолобых же ученых не менее важно признать, что, хотя мы иногда претендуем на всезнание, на самом деле нам мало что известно («Ничего ты не знаешь, Джон Сноу»). Следует со всем научным смирением помнить, что все наши знания о доступной Вселенной и реальности нашего мира (от фундаментальной химии до невероятно сложной квантовой физики) составляют не более 4 % от общего массива информации (по крайней мере, так утверждает Нил Деграсс Тайсон[2]). Другими словами, у нас нет информации о 96 % постижимого сейчас космоса и окружающей человечество реальности.
Уверенность в знании «всего и вся» напоминает архаичную веру в то, что Земля – плоская.
Является ли эта книга истиной в последней инстанции? Конечно, нет. Как и все теории, которые в свое время считались верными, но затем были признаны полностью или частично ложными. Я всего лишь передаю вам знания, соответствующие уровню современной науки, и с нетерпением ожидаю новых данных, которые либо подтвердят их истинность, либо направят нас по совершенно (или частично) иному пути.
Любая форма жизни, неспособная генерировать собственную энергию, обречена на гибель. Без энергии жизнь существовать не может. Дыхание снабжает кровь кислородом, который затем поступает практически в каждую из триллионов клеток нашего организма. Клетка направляет этот кислород в митохондрии, которые в ходе процесса клеточного (аэробного) дыхания используют его для превращения глюкозы, жирных кислот и (иногда) аминокислот в энергию. В это трудно поверить, но, постепенно эволюционируя, мы, жители Земли, стали наиболее могущественными генераторами энергии во всей Вселенной. В своей книге «Энергия, секс и самоубийство: митохондрии и смысл жизни»[3] Ник Лэйн приводит следующие данные: человеческие существа каждую секунду производят в 10 тыс. раз больше энергии (на грамм), нежели Солнце.
Здесь мы вновь сделаем небольшое художественное отступление и обратимся к фильму «Матрица». В этом фильме машины удовлетворяют свои потребности в движущей силе, собирая урожай с фабрик человеческой энергии. С точки зрения Лэйна, это вполне возможно. Кстати, он указывает на тот факт, что некоторые бактерии, включая азотобактеров[4], превосходят Солнце в 50 млн раз. Отсюда следует вопрос: почему никто не взял азотобактеров и не создал источник чистой органической энергии? Наверняка эта идея, стоящая триллионы долларов, пришла в голову не только мне!
Основа структуры митохондрий
На большинстве иллюстраций митохондрия изображена в виде палочки, хотя она может принимать разнообразные формы. В действительности митохондрии очень гибкие и могут делиться, подобно клеткам, или объединяться, формируя сложные структуры.
