Разумная жизнь во Вселенной

Бутан и изобутан имеют одинаковую формулу С4Н10. Они отличаются только пространственным расположением атомов в молекуле и своими свойствами. Свойства их настолько разнятся, что их можно считать разными веществами. Их называют изомерами.

Что касается парафинов, то это простейшие углеводороды. Это соединения с цепным строением. В них повторяется группа атомов с двумя свободными валентностями, которые способны образовывать связи.

Пропан С3Н8 может быть записан как сумма Н + СН2 + СН2 + СН2 + Н. Этан С2Н6 образуется при полимеризации двух метиловых групп СН3. Каждая из этих групп имеет одну свободную валентность.

Другие углеводороды и органические соединения можно получить из парафинов. Для этого надо Н и СН заменить другими атомами или их группами (их радикалами). Кроме того, надо осуществить структурную перестройку. Углерод кроме цепочки может образовывать кольца. Это мы наблюдали в циклических углеводородах. Одним из циклических углеводородов является бензол:

Здесь две черточки означают двойную связь.

В органических соединениях бензольные кольца появляются в разных комбинациях и с разными замещениями. Собственно, сами углеводороды обычно не присутствуют в живых тканях. Они появляются главным образом в продуктах распада живых тканей. Да и для синтеза углеводородов биологические процессы не нужны, а точнее, не являются обязательными. Так, углеводороды образуются, например, при вулканической деятельности. Но, тем не менее, углеводороды являются тем стержнем, вокруг которого построено вещество жизни. Можно сказать, что жизнь начинается с углеводов, в которых углерод входит в соединение с составными частями молекулы воды, то есть с двумя атомами водорода и одним атомом кислорода.

Химия — наука о растворах, и прежде всего о водных растворах. В идеальном растворе вещество распределено в виде отдельных молекул. Исключение составляют коллоидные растворы. В них растворенное вещество взвешено в виде частичек вещества. Эти частички настолько малы, что способны реагировать на удары отдельных молекул. Именно удары отдельных молекул и поддерживают частички вещества во взвешенном состоянии. Эти взвешенные частицы можно отфильтровать фильтром из пергамента или с помощью другой диалитической мембраны. Кроме коллоидных растворов имеются и суспензии. Но в суспензиях частички вещества побольше, поэтому они оседают под действием силы тяжести. Удары молекул не в состоянии предотвратить этот процесс.

Вода как растворитель образует ионные растворы. В них молекулы растворенного вещества расщеплены на электрически заряженные группы атомов или на ионы. Ион — это атом, у которого есть электрический заряд. Если у атома не хватает одного или больше орбитальных электронов, то он заряжен положительно, то есть является положительным ионом. Если же у атома имеется лишний орбитальный электрон, то он заряжен отрицательно, то есть является отрицательным ионом. Положительно заряженный атом еще называют катионом, а отрицательно заряженный — анионом. Отсюда происходят «катод» и «анод». Как это ни парадоксально звучит, но вода растворяется сама в себе, поскольку часть молекул воды диссоциирует (расщепляется) на две части — положительно заряженный ион Н+ и отрицательно заряженный ион НО-. Н+ — это протон, то есть ядро обычного водорода. Это ядро потеряло свой орбитальный электрон, поскольку он «прилип» к молекуле ОН, которая стала отрицательно заряженной. ОН— еще называют гидроксилом.

После того как молекулы воды разорвались на ионы, она стала более активной. Ведь электрически заряженные частицы более активны, чем нейтральные.

Если вещество, растворяясь в воде, образует положительный ион Н+, то есть протон, то это вещество называют кислотой. То вещество, которое при растворении в воде образует отрицательно заряженный гидроксил ОН—, называют основанием. Поскольку вода дает и то, и другое, то она одновременно является и кислотой и основанием. Правда, вода — это кислота очень сильная и одновременно очень слабое основание. А в целом плюс компенсирует минус, поэтому вода в целом остается нейтральной. Но, тем не менее, она проявляет свои свойства кислоты и свойства основания в том, что способна расщеплять молекулы некоторых соединений путем гидролиза. При этом вода действует в валентном отношении двойственно: по отношению к одной группе атомов в соединении вода действует как кислота, а по отношению к другой группе атомов в соединении — как основание.

Что значит сильная или слабая кислота? Сила кислоты или основания определяется количеством положительных и отрицательных ионов. Именно ионы делают кислоты едкими. В водном растворе молекулы серной кислоты Н2SО4 диссоциируют (расщепляются) на положительные ионы Н+ (протоны) и отрицательно заряженные ионы SО42–. Этот ион имеет двойной отрицательный заряд. Основание NaOH в водном растворе образует положительный ион Na+ и отрицательный ион ОН—.

Вполне логично, что кислота и основание при смешении энергично взаимодействуют. При этом положительные и отрицательные ионы нейтрализуют свои электрические заряды. Если взаимодействуют соляная кислота и основание NaOH, то образуются сульфат натрия и вода. Сульфат натрия — это соль.

Когда же соль растворяется в воде, то молекулы соли диссоциируют с образованием ионов на составляющие ее части. Эти части не являются характерными ионами растворителя. Они образуют проводящий электричество раствор, который называют электролитом. Среди органических соединений также имеются кислоты и основания, которые могут реагировать друг с другом или с иными кислотами и основаниями. При этом образуются соли. Важную роль для жизни играет спирт. Это своего рода органическое основание. Если спирт взаимодействует с органической кислотой, то образуется мыльное вещество, которое называют сложным эфиром. Так же и альдегиды характеризуются концевой группой СОН, а органические кислоты — СООН. Если же в углеводороде половина атомов замещена гидроксильными группами ОН с потерей молекулы воды, то образуется углерод.

Что касается углеводов, то они представляют собой соединения углерода и воды. Сюда входят и сахара и крахмалы. Углеводы — это основа жизни. Из них образуются многие другие органические соединения. Но живые организмы используют в качестве основного сырья не углеводороды, а углекислый газ и воду.

Теперь рассмотрим непосредственно химические процессы и соединения, которые лежат в основе жизни.

Жизнь — это расход энергии. А раз есть расход, то должно быть и поступление энергии. Как оно осуществляется? Некоторые сообщества живых организмов могут синтезировать органические вещества непосредственно из неорганических, которые они извлекают из окружающей среды. Такие организмы называются автотрофами, то есть они сами (авто) усваивают энергию окружающей среды. Гетеротрофы — это такие организмы, которые не могут добывать себе энергию сами из окружающей среды. Хотя они и поглощают из окружающей среды кислород, соли, воду и др., но этим они не решают энергетической проблемы своего существования. Поэтому они вынуждены пользоваться для построения своих тканей органическими веществами, которые приготовили автотрофы. Эти вещества при усвоении частично разрушаются и химически перестраиваются. Это необходимо для того, чтобы удовлетворить потребности гетеротрофного организма. Непригодные продукты выбрасываются. Весь это процесс в целом называется обменом веществ, или метаболизмом.

Автотрофы можно назвать первичными организмами. В энергетической цепи они стоят на первом месте. Гетеротрофы — вторичные организмы. Они используют автотрофы — растения и некоторые бактерии. Они получают энергию путем фотосинтеза. Если бы фотосинтез зеленых растений внезапно прекратился, то смогли бы выжить только некоторые простейшие и бактерии.

Источником энергии является солнечное излучение. Оно поглощается зеленым пигментом, называемым хлорофиллом. Это процесс фотосинтеза. Энергия активирует различные реакции, включая разрушение молекулы воды и связывание атмосферного углекислого газа.

В реакции из воды высвобождается кислород. Происходит диссоциация воды, и высвобожденный при этом водород принимает участие в фотосинтезе. Основным стабильным продуктом реакции фотосинтеза является фосфоглицериновая кислота (ФГК). У зеленых растений имеются молекулы-акцепторы, которые связывают двуокись углерода в присутствии соответствующего катализатора (фермента). Конкретно такой молекулой-акцептором является пентоза. Это сахар, который имеет пять атомов углерода. Он называется рибулозо–1,5-дифосфат.

В процессе фотосинтеза, который представляет собой целую цепочку реакций, атомы углерода переходят из молекулы в молекулу. Эти реакции в основном сходны, но они дают в разных клетках разные органические соединения — углеводы, кислоты, жиры, белки.

Очень важным продуктом фотосинтеза является аденозинтрифосфат (АТФ). С помощью АТФ происходит ряд химических преобразований. Вначале водород, который получается при расщеплении молекулы воды, взаимодействует с карбоксильной группой (СООН) фосфоглицериновой кислоты и образует триозофосфат. Триоза — это сахар с тремя атомами углерода. При этом образуется и вода. После этого триозофосфат полимеризуется в гексозофосфат. Последний претерпевает дальнейшие изменения. Они состоят в следующем. Во-первых, он образует крахмал в процессе дефосфорилирования. При этом кроме крахмала образуются и другие органические продукты фотосинтеза. Во-вторых, гексозофосфат через цикл Калвина вновь превращается в рибулозодифосфат, который способен продолжать ассимиляцию СО2. Все эти процессы весьма сложные и не до конца изученные. Но, тем не менее, можно говорить об определенной общности между структурой реагентов фотосинтеза и строением нуклеиновых кислот. Последние имеют в своей основе пентозофосфат. Они образуются путем окисления при участии АТФ. При этом одним из промежуточных продуктов является фосфоглицериновая кислота. Итак, фосфор и ортофосфорная кислота для структуры живого вещества имеют очень существенное значение.

Как известно, при дыхании происходить окисление, в результате которого высшие организмы и получают энергию. При окислении происходят процессы, обратные процессу фотосинтеза. Это значит, что образованные при фотосинтезе углеводы в результате ряда последовательных превращений вновь дают СО2 и Н2О. В результате окисления запасенная в углеводах при помощи хлорофилла солнечная энергия высвобождается в виде энергии движения, или же она расходуется на другие жизненные потребности.

Но, как мы уже говорили, энергия не обязательно добывается в процессах окисления. Энергия высвобождается и в процессе брожения, при котором углеводы расщепляются на спирты и двуокись углерода. Так что на кислороде свет клином не сошелся. Даже гетеротрофы могут существовать без свободного атмосферного кислорода. Зеленые растения, которые выделяют при фотосинтезе кислород, могут сохранять его внутри своих организмов для дальнейшего использования.

Не менее важен азот (N). Без него нельзя образовать белки живых тканей. Установлено, что некоторые бактерии могут усваивать атмосферный азот. Но это не является основным источником азота для растений. Они получают азот из солей аммония и других имеющихся в почве растворимых неорганических соединений азота, которые входят в жизненный цикл. Сера (S), йод (I) и в определенной мере другие неметаллы, например хлор (Cl), фтор (F), кремний (Si) и бор (B), а также некоторые металлы, в том числе и столь редкие, как ванадий (V) и ниобий (Nb), являются жизненно важными для некоторых специальных процессов и тканей. Тем не менее их количество в составе живого вещества незначительно.

Вернемся к рассмотрению углеводов, обобщенная формула которых имеет вид Cm(H2O)n. Глюкоза — это сахар, у которого m = n = 6 (гексоза). Она является наиболее универсальным источником энергии, которая высвобождается в органических системах в процессах окисления или брожения.

Рибоза тоже является сахаром, у которого m = n = 5 (пентоза). Этот сахар как сам по себе, так и с одним потерянным атомом кислорода образует структурную основу нуклеиновых кислот. Эти кислоты содержат в себе запись основных свойств жизни. Наиболее распространенной и наиболее простой органической кислотой является уксусная кислота. Она образуется из двух молекул формальдегида при их соединении и структурной перестройке. Что же касается спиртов, то они образуются при брожении углеводов, главным образом сахаров. Жирные кислоты, как и высшие парафины, содержат цепочки СН, преобразуются путем реакций со спиртом (глицерином) в жиры. Жиры являются сложными эфирами.

Перечисленные выше органические вещества служат пищей и содержат в себе запас энергии. Что касается самой жизни, то она сосредоточена в белках и нуклеиновых кислотах.

Белки — это полимеры аминокислотных остатков, в сущности, они являются поликонденсатами аминокислот. Процесс поликонденсации является особым видом полимеризации. В результате этого процесса молекулы одного рода соединяются друг с другом с выделением простой молекулы. Чаще всего такой молекулой является молекула воды.

Аминокислота получается из органической кислоты, когда один из ее атомов водорода замещается аминогруппой.

Глицин является простейшей из аминокислот. Всего же аминокислот 26. Глицин образуется из уксусной кислоты при замещении атома водорода Н группой NH2. Другие аминокислоты содержат более длинные цепочки СН2. В них некоторые атомы замещены по-разному. Однако все они на одном конце имеют группу NH2, а на другом конце они имеют гидроксильную группу СООН. Аминокислота взаимодействует с водой, точнее, она растворяется в воде. При этом NH2 превращается в отрицательно заряженный ион NH2–. Это характеризует основание. Карбоксильная группа дает положительно заряженный ион водорода, то есть протон Н+. Это и является признаком органической кислоты. Из сказанного выше следует, что аминокислота с одного конца проявляет свойства основания, а с другого — свойства кислоты. Одинаковые или разные две молекулы аминокислоты могут объединяться друг с другом в реакции нейтрализации. Этот процесс подобен процессу соединения кислоты и основания, в результате которого появляются соль и молекула воды. Образованная при этом молекула тоже является аминокислотой с аминогруппой на одном конце и карбоксильной группой — на другом. Это значит, что описанный процесс мог бы продолжаться почти бесконечно. Но он обрывается из-за того, что очень большие полимеры становятся неустойчивыми при обычных температурах и давлении.

Когда организмом усваивается белок, то происходит обратная реакция, которая называется гидролизом. В результате этой реакции выделяется молекула воды, а молекулы первоначальных кислот, соединенные пептидной связью, разрываются и становятся самостоятельными. Но затем они снова соединяются, но в этом случае они образуют уже другие белки, в которых нуждается организм. Такое соединение молекул аминокислот может быть вызвано, например, увеличением давления.

Роль белков в живом организме известна. Они составляют основную часть цитоплазмы клеток. Некоторые из белков, которые называют ферментами, являются растворимыми. Они способствуют усвоению организмом других веществ. Ферменты участвуют в реакциях, но сами в конце концов восстанавливаются. Так, гормоны, которые регулируют скорость протекания жизненных процессов (это рост, содержание сахара в крови, метаболизм и др.), тоже являются белками. Но еще более важными для организма являются нуклеиновые кислоты. В них входит сахар — пентоза (рибоза или дезоксирибоза). Кислота называется рибонуклеиновой (РНК) или дезоксирибонуклеиновой (ДНК).

Сахар может участвовать в процессах нейтрализации и с кислотой, и с основанием, потому что в молекуле сахара имеются Н и ОН, которые способны реагировать как с кислотой, так и с основанием.

Рис. 2. Модель небольшой части молекулы ДНК, построенная Уилкинсом

В ДНК имеются, как правило, четыре основания. Это два пурина (аденин и гуанин) и два пиримидина (цитозин и тимин). Правда, сообщалось, что в ДНК находили и более четырех оснований. Травы содержат 5-метил-цитозин. У бактерий и фагов в ДНК имеются другие основания. В РНК тимин заменен урацилом.

ДНК сосредоточена в ядре клетки. Там же содержится около одной десятой РНК, которая находится в клетке. Остальные девять десятых РНК клетки находятся в цитоплазме.

Что собой представляют нуклеиновые кислоты по своей структуре? Это пентозофосфатная цепочка с присоединенными сбоку в различной последовательности четырьмя органическими основаниями. Число возможных перестановок огромное, поскольку цепочка очень длинная.

Пространственная структура ДНК и РНК особая. Каждая из молекул скручена в две спирали (знаменитая «двойная спираль»). Эти спирали имеют несколько тысяч витков. Они соединены между собой водородными мостиками, как это показано на рисунке 2. Это чем-то напоминает винтовую лестницу. Порядок расположения атомов в ДНК и РНК уникален для каждого организма и для каждой пары хромосом организма. Что касается многочисленных организмов, то их ДНК, находящаяся в немногих хромосомах, содержит полный план строения индивидуума для его развития из одной-единственной клетки. Ученые полагают, что меняется только порядок нуклеотидов. Из этого делается вывод, что генеральный план строительства будущего организма записан своего рода четырехбуквенным кодом. Правда, при этом упорно не учитывается (или даже отрицается) роль полевых структур организма. О роли этих структур мы писали в книгах «Бог, душа, бессмертие» и «Тайна мирового разума». Но надо отдать должное ученым, что при этом они сознают сложность данной проблемы.

«Основные элементы жизни очень просты и имеют химическую природу. Но процессы размножения, индивидуального роста и эволюции видов столь запутанны и сложны, что их чисто механическая интерпретация почти невозможна. В этих процессах, по-видимому, участвуют воля и цель, какой бы смысл ни вкладывался в эти понятия», — говорится в одном из научных трудов. Одними ДНК с их химической трактовкой все объяснить принципиально нельзя. Предлагается ввести понятие психической субстанции, которая количественными соотношениями была бы связана с энергией и веществом, то есть с физическим миром. На самом деле все и проще, и сложнее. Проще в том смысле, что не только индивидуум, но и вся Вселенная создавалась по предварительно заданному плану. Сложнее потому, что надо рассматривать не психическую субстанцию отдельного индивидуума, а информационно-биологическое поле Вселенной и поля (формы-голограммы) каждого индивидуума. Важно понять связь между ними, связь информационно-биологического поля с полем каждого индивидуума через его подсознание. Только рассматривая всю Вселенную как замкнутую единую систему, мы можем правильно решать проблемы, касающиеся отдельных элементов этой системы, в частности, отдельных индивидуумов. Тогда не придется придумывать искусственных схем вроде той, в которой «молекула ДНК может быть простейшим физическим аппаратом, вырабатывающим психическую субстанцию или реагирующим на нее, то есть действующим как миниатюрный мозг». Именно такие рассуждения уводят ученых в сторону от истины. Мы тут только добавим, что мысль нельзя связывать только с мозгом. Она тоже имеет полевую структуру, процесс мышления пространственно не ограничивается пределами мозга и даже всего тела человека.

Спиральная структура характерна не только для нуклеиновых кислот. Ею обладают и многие белки. Любопытно, что и белки не столько просты и бесхитростны. Их свойства и функции определяются не только химическим составом, но и их пространственной конфигурацией (как изогнуты и закручены их молекулы). Полипептидные цепочки обычно не являются прямыми. Правда, некоторые простые белки в растворе могут раскручиваться. Чаще всего они или свернуты в шарики, или же образуют открытые спирали, которые скреплены водородными или иными мостиками. Например, белок животной соединительной ткани коллаген состоит из длинных волокон, которые закручены в спиральные витки. Это создает упругость конструкции (но не только). Так, тонкая прозрачная пленка, которая покрывает тело дождевого червя и защищает его от высыхания (кутикула), состоит из переплетенных волокон коллагена, которые напоминают (если их разглядывать под электронным микроскопом) хлопчатобумажную ткань. Похожие структуры образует и мышечный белок миозин. В ответ на электрические импульсы он сокращается. Такой белок очень универсален. Жгутики, при помощи которых передвигаются некоторые простейшие и мужские половые клетки, могут состоять только из одной молекулы такого белка. ДНК, которая находится в хромосоме, существует там не в виде одиночного волокна, а имеет форму двух цепочек, которые являются зеркальным отображением одна другой. Они обе закручены в двойную спираль и соединены между собой водородными связями. В сущности, за исключением бактериальных клеток ДНК полностью сосредоточена в хромосомах ядра клеток. Там она находится в соединении с белком.

Что собой представляет хромосома? Это нитевидное тельце, свернутое в спираль. Но эта спираль способна распрямляться и, более того, — принимать различные формы. Хромосома может принимать форму прямой линии, она может принимать форму V. В определенных условиях она сплетается с другими хромосомами в рыхлый клубок.

Хромосомы в обычной клетке существуют парами. Это состояние специалисты назвали диплоидным набором («ди» значит «два»). Если хромосомы непарны, это называют гаплоидным набором, который встречается редко. У каждого вида число хромосом вполне определенное. Так, например, у человека имеется 46 хромосом. При этом все живые клетки в организме содержат одно и то же число одинаковых хромосом. Это не зависит от формы и размеров тела. Каждая из этих хромосом только немногим сложнее единичной крупной молекулы.

В состоянии покоя хромосомы отдыхают. Они свернуты в комочек. Но накануне деления клетки в ее ядре начинается бурная деятельность. Хромосомы начинают «работать». Каждая из них образует себе подобную. Поэтому их число удваивается. Когда этот процесс размножения завершается, хромосомы совершают торжественный танец, в результате которого они расходятся в противоположные концы ядра для того, чтобы ядро могло разделиться на две части, на два новых ядра. Тогда в каждом новом ядре будет по одной хромосоме. Цитоплазма ведет себя подобным образом — готовится к разделению. В результате нитка делится на две одинаковые дочерние клетки. Это показано на рисунке 3. Такое разделение является бесполым. Оно называется митозом. Таким бесполым путем размножаются простые одноклеточные организмы. Более того, так происходит и процесс роста. Но при росте новые клетки в различных тканях могут претерпевать значительные структурные изменения.

Из всего сказанного следует один принципиальный вывод: хромосомы, а значит, и белок и ДНК в них могут воспроизводить сами себя. Полагают, что именно ДНК действует как шаблон для построения другой молекулы ДНК. Так же происходит в кристалле надстройка кристаллической решетки. Очень важна двойная зеркальная структура молекулы, поскольку каждая цепочка пары образует свое зеркальное отражение. С белком ядра происходит то же самое. В белке ядра расстояния между составными частями совпадают с расстояниями между нуклеотидами ДНК. Поэтому при удвоении образуется целая хромосома. Этого не могло произойти в том случае, если бы хромосома состояла только из одиночной молекулярной цепочки. Подчеркнем, что подобная двойная структура распространяется и на хромосомы. Хромосомы тоже живут парами. Правда, две хромосомы одной пары не являются зеркальным отражением одна другой. Более того, они несколько отличаются друг от друга.

Рис. 3. Две стадии митоза в бластуле сига. На фотографиях видны «танец» хромосом и структура клетки

Разница между обычной кристаллизацией и самовоспроизведением ДНК состоит в том, что образовавшаяся молекула ДНК, в отличие от завершенного ряда кристаллической решетки, отделяется. Она в одиночестве совершает свой танец. Поэтому здесь не может идти речь об одной голой химии.

Опыты показали, что ДНК и РНК принимают участие в синтезе белков. При этом ДНК управляет, а РНК исполняет. РНК плазмы синтезируется при помощи ДНК. Она является переносчиком РНК, которая ответственна за синтез белков. Правда, было найдено, что в синтезе белков участвует что-то еще кроме четырех нуклеотидов РНК. Это «что-то» присутствует в столь малых количествах, что его трудно выделить и определить, что же оно собой представляет. Но, хотя информация для производства белков считывается с РНК, свойства этих белков определяет ДНК. Собственно, ничего удивительного в этом нет — ведь сама РНК создается при помощи ДНК.

Опытным путем был установлен следующий любопытный факт: синтез белков прекращается, если удалено 85 % нуклеиновых кислот. Этот синтез возобновляется, если ввести вновь РНК.

ДНК в чистом виде можно выделить из бактерий, которые вызывают воспаление легких. Эти бактерии называются пневмококками. Они существуют в нескольких разновидностях, у которых различные характеристики. Так, в одной из разновидностей этих бактерий их группы заключены в общую защитную капсулу. Было установлено, что если эту выделенную ДНК ввести в культуру пневмококков, которые не заключены в капсулы, то подвергшееся «прививке» поколение бактерий само начинает создавать капсулы. Более того, это свойство передается потомству без добавочного введения ДНК из той разновидности бактерий, которые образуют капсулы. При этом постоянным наследственным свойством этих бактерий становится образование ими капсул.

Проследить функции ДНК можно на примере какого-либо вируса, например бактериофага кишечной палочки Т2. Этот вирус состоит из белковой оболочки, которая заключает в себе одну молекулу хромосомной ДНК. Эту молекулу специалисты называют «апериодическим кристаллом» то есть кристаллом, у которого нет четкого периода, повторяемости. По весу ДНК и белок составляют 40 и 60 % соответственно. Кроме белка и ДНК в этом вирусе имеются также следы липоидного вещества. Таким веществом являются кислоты в соединении со спиртами. ДНК вируса имеет необычный состав. Она включает в себя 5-гидроксиметилцитозин. Оболочка вируса состоит из головки призматической гексагональной формы, которая заключает в себе ДНК, и трубкообразного хвостика или ножки. Ножка обвита белковыми волокнами, которые образуют на конце ножки своего рода усики. Эти усики весьма уникальные — они способны «узнавать хозяина». Атомные структуры усиков соединяются со стенками одних клеток и не соединяются со стенками других клеток. Поэтому если вирус встретится с нужным типом клетки, то его усики прикрепляются к этой клетке. Благодаря этому мосту ДНК из вируса переходит в канал ножки. Затем она делает дырку в стенке клетки и через нее проникает в цитоплазму бактерии. Пустую оболочку ДНК оставляет снаружи клетки, в которой она поселилась. Ей эта оболочка больше не нужна. Кстати, пустая оболочка во всех отношениях мертва. Она не может размножаться, что свойственно живому веществу. Правда, эта неживая оболочка способна присоединяться к соответствующей бактерии и убивать эту бактерию. Бактерия погибает потому, что в ней подавляется синтез белков. Поэтому наступает ее смерть. Таким образом, вся сущность вируса заключена в его ДНК. Эта ДНК вируса побеждает управляющее действие ДНК бактерии. Кроме того, она перестраивает все доступное ей вещество бактерии по своему образу и подобию. Так создаются отдельные нити вирусной ДНК. Через короткое время они образуют белковые оболочки. При этом внутри разрушенной клетки-хозяина рождается новое поколение вирусов. Подобным образом происходит заражение гусеницы личинкой наездника. Но это только внешнее сходство. Ведь образованный вирус не развивается. Ученые говорят, что у вируса нет метаболизма. Он все время остается неизменным. В сущности, вирус — это кристалл, но паразитический. В некоторых отношениях он отдаленно напоминает мужские половые клетки — гаметы. Правда, мужские половые клетки высших многоклеточных организмов, в том числе и человека, обладают и другими свойствами. Так, мужской сперматозоид состоит из белковой оболочки, в которой находится набор хромосом без цитоплазмы, и жгутика, при помощи которого он движется. Головка и хвостик как и у вируса. Что касается женской яйцеклетки, то она сравнительно велика и в ней много цитоплазмы.

Гаметы размножаются простым редукционным делением, или мейозом. При этом хромосомы каждой пары разделяются. В результате дочерние клетки имеют половину нормального числа хромосом. У человека их 23. Они являются гаплоидными клетками. Когда происходит слияние мужской и женской гамет, то образуется одна диплоидная клетка с полным набором хромосом и цитоплазмой. Сразу же после этого происходит митоз. В результате каждая пара, которая была образована соответствующими хромосомами сперматозоида и яйцеклетки, воспроизводит себе подобную. Эмбрион начинает расти и развиваться.

Вся информация о свойствах нового организма содержится в ДНК. Сама же наследственность передается неделимыми «партиями» (в физике порции энергии называют квантами). Эти кванты называют генами. Поскольку в клетке имеются два набора хромосом, то и гены там имеются в двух экземплярах. Такие парные гены называются аллелями. Случаи бесполого развития неоплодотворенных яиц высших организмов очень редки. В результате этого процесса получаются гаплоидные особи. Примером таких гаплоидных особей являются трутни. Это по сути гаплоидные пчелы, которые развились из неоплодотворенных яиц. Процесс может развиваться и по-другому: одно яйцо может быть оплодотворено двумя или более сперматозоидами. При этом образуется аномальная особь, у которой вместо двух будет три или больше наборов хромосом. В этих ненормальных условиях эмбрион будет развиваться более или менее нормально. Но избыток хромосом неизбежно приведет к различным отклонениям и неправильностям. Известно, что болезнь Дауна вызывается именно наличием третьего набора хромосом.

Несмотря на все это «супружество» аллелей может быть удачным. Если они одинаковы, то ничего плохого не произойдет. В результате потомство будет характеризоваться тем же геном. Независимо от того, как распределены хромосомы в процессе мейоза, один аллель всегда будет присутствовать. Если же два аллеля различны, то возможны два варианта. Или они будут сотрудничать и оказывать на особь совместное влияние, или же они будут антагонистами. В последнем случае один ген (доминантный) будет господствовать над другим, подавляя его. Этот подавленный ген называют рецессивным. Но этот подавленный ген не сдается. Он ждет благоприятного случая для своего высвобождения. Это вполне возможно при следующем мейозе. В том случае, если гены несовместимы, их союз остается бесплодным.

Ген в хромосоме занимает определенное место. Его можно проследить вплоть до химического состава части молекулы ДНК. Это показано на рисунке 4. Если гаметы мухи дрозофилы подвергнуть радиоактивному облучению, то можно наблюдать, как на ее потомство будет влиять повреждение какой-либо части хромосомы.

Рис. 4. Гигантская хромосома из слюнной железы мухи дрозофилы. Видны темные и светлые полосы, в которых расположены гены

Понимание и объяснение механизма наследственности базируется на факте существования генов в двух экземплярах. Однако было установлено, что не все наследуемые характеристики передаются по наследству через хромосомы, как это представляется законами Менделя. Оказалось, что цитоплазма тоже может принимать участие в передаче наследственных признаков. Но мужская гамета не имеет цитоплазмы. Поэтому цитоплазменная наследственность обычно ограничена женской линией. Но и это не все. На самом деле все намного сложнее. Сложнее потому, что некоторые плазмогены, то есть единицы неменделевской наследственности, могут быть «заразными».

ИНСТИНКТЫ И РАЗУМ

Живые организмы получают информацию об окружающей среде и о других живых существах с помощью своих ощущений. Организму важно не только иметь информацию об окружающей его среде, но и осуществлять связь с другими организмами. Цели ее разные. Это и половое размножение, и забота о потомстве, и преследование добычи, и избежание опасности. Если живые организмы составляют коллектив, то связь между ними нужна для организации совместной обороны или нападения, при поисках или производстве пищи всем коллективом (стаей, стадом, племенем или другим сообществом).

Связь между живыми организмами осуществляется самыми разными способами: посредством звука, запаха, прикосновения, жеста, света, электрического импульса. Мы не знаем всех способов, используемых для осуществления связи между живыми организмами.

Для реализации связи должны обязательно присутствовать передатчики и приемники. Что касается зрения, то для большинства животных это самое важное ощущение. Практически все живые существа в какой-то мере реагируют на свет. Даже у некоторых простейших имеются примитивные светочувствительные органы. Так, зеленое одноклеточное растение хламидомонада имеет глазное пятно, или стигму. Этот орган позволяет растению оценивать величину освещенности. Таким же глазным пятном одарена и эвглена (растение-животное).

Многоклеточные низшие, например черви, имеют в коже линзоподобные прозрачные клетки, или оцеллы. Морские черви рода Nereis обладают хорошо развитыми глазами. У головоногих, например у осьминога и каракатицы (моллюсков, потерявших раковину), развились глаза того же типа, что и у позвоночных. Насекомые, ракообразные, паукообразные (членистоногие) имеют фасеточные глаза, которые состоят из конических элементов (омматидий). Эти глаза образуют составное оптическое изображение. Кстати, они имеют и простые оцеллы.

У разных видов животных спектральный диапазон зрения различен. Так, у некоторых насекомых глаза реагируют и на ультрафиолетовое излучение. Но к красному излучению они нечувствительны. У гремучих змей имеются специальные инфракрасные рецепторы, которые реагируют на излучение от 1, 5 до 15 мк (15 — 150 тысяч ангстрем). С помощью этих рецепторов гремучая змея выслеживает свою жертву в темноте. Таких рецепторов не может быть у теплокровных животных, поскольку они сами излучают в этом диапазоне. В основном у животных зрение воспринимает электромагнитное излучение в диапазоне от 2000 до 8000 ангстрем (один ангстрем равен одной стомиллионной доле сантиметра). Именно на этот диапазон приходится подавляющая часть излучения Солнца. Электромагнитная волна, какой является свет, характеризуется электрическим и магнитным векторами. Важны не только величины векторов, но и их направления. Эти векторы могут находиться все время в одной плоскости (плоская поляризация) или вращаться влево и вправо (левая и правая поляризация). Человеческий глаз этих тонкостей не воспринимает. Он воспринимает только силу света. В то же время глаза насекомых обнаруживают поляризацию света. Благодаря этому они ориентируются в пространстве.

Многие насекомые, позвоночные и головоногие обладают цветным зрением. Но у тех животных, которые ведут ночной образ жизни, цветное зрение отсутствует.

Некоторые наземные животные излучают свет для сигнализации. Это происходит в периоды спаривания (различные виды светляков). Что касается морских организмов, то для них это обычное явление. Полагают, что бабочки могут использовать инфракрасное или микроволновое излучение. Для этих целей они располагают настоящими антеннами.

Откуда берется свет? Он возникает при окислении вещества, которое называют моциферином. В этом процессе участвует фермент моцифераза. Рыбы, которые живут в глубинах океана в полной темноте, заботятся об освещении сами. Оно у них собственное. У некоторых из них — электрическое. Здесь освещение нужно не для комфорта, а прежде всего для связи. При этом используется свет разных цветов.

Вторым важным видом восприятия живых организмов является слух. Разные животные воспринимают звуковые колебания в разных диапазонах, но все они, естественно, частично перекрываются. Так, собака слышит ультрафиолетовые звуковые колебания, которых человек не слышит. Человек не воспринимает звуковые колебания с частотой более 40 000 колебаний в секунду. Собаку же можно позвать ультразвуковым свистом, и другой человек этого сигнала не заметит. Летучая мышь обладает звуковым радаром (сонаром). С его помощью она точно определяет положение предметов и расстояния до них. Летучая мышь испускает локационные сигналы в виде ультразвуковых импульсов частотой 20 — 120 кГц и продолжительностью 0,2 — 100 мс. Эти звуки отражаются от предметов и регистрируются в приемном устройстве. Информация обрабатывается в текущем режиме, и мышь на лету уже знает, что находится впереди и на каком расстоянии. Птица может с лету разбиться о стеклянную дверь, но не летучая мышь. Ясно, что человек не воспринимает своим органом слуха те колебания, которые создает летучая мышь.

Что касается амфибий, то у них слух развит очень слабо. Змеи не слышат распространяющихся по воздуху звуков, поскольку у них отсутствует среднее ухо. В то же время у ящериц слух очень хороший. У рыб имеются органы слуха. Они приспособлены к их среде обитания. Правда, большинство других морских животных не имеет специальных слуховых рецепторов. Лучше всего эти рецепторы развиты у обитателей суши, например у птиц, летучих мышей и насекомых. У насекомых имеются многочисленные звуковые рецепторы. Они расположены на брюшке и груди. Насекомые воспринимают звуковые колебания от 430 до 100 000 колебаний в секунду. Человек воспринимает звуковые колебания только до 40 000 колебаний в секунду. Мы глухи к целому океану звуков, в котором купаются насекомые. Так, бабочки излучают ультразвук.

Для большинства животных и человека осязание и боль — это разные чувства. Чувство осязания может быть усилено с помощью волосков. У членистоногих специальными органами осязания служат антенны. Многие морские организмы обладают различной формы щупальцами или усиками. Существуют отдельные нервы, создающие ощущения тепла и холода, то есть температуры выше и ниже температуры кожи. Отсчет идет от температуры кожи. Если она поменяется, то меняются и ощущения. То, что казалось теплым для холодной кожи, может стать холодным для теплой кожи.

Всем организмам присуще также ощущение силы тяжести и ощущение равновесия. Орган равновесия у позвоночных располагается в верхней части лабиринта внутреннего уха. Он «работает» путем движения кристаллов в полукружных каналах, которые расположены под прямым углом друг к другу в трех измерениях. Орган, который реагирует на ускорение любой природы, представляет собой отолитовые меточки. Здесь используется механизм магнитной чувствительности. В ходе опытов в каналы равновесия креветок вводили железные частицы. После этого подопытные креветки четко стали реагировать на магнитное поле. Специалисты предположили, что домашние голуби используют для определения направления этот же механизм. Доказать это трудно, поскольку такого органа, как у креветок, у голубей нет. Органы чувств соответствуют условиям, в которых живут организмы. Иначе зачем нужны эти органы? Поэтому на тех планетах, где магнитное поле сильнее, эти органы магнитной чувствительности должны быть развиты в большей мере. Сильным магнитным полем обладает, например, Венера.

Живые организмы, несомненно, чувствуют и время. Но не у всех из них найден специальный орган, который выполняет эти функции. Этот орган удалось локализовать только у некоторых насекомых (тараканов, тлей). Выяснилось, что он состоит из нейросекреторных клеток и ганглиев в части мозга насекомого. Это место соответствует положению гипоталамуса у человека.

Ощущение времени определенным образом связано со всей ритмикой окружающей среды. Этот вопрос мы детально рассмотрели в книгах «Космос и здоровье», «Космос и биосфера» и «Космический пульс Земли». Здесь только укажем, что протекающие в организме человека процессы подчинены нескольким сотням различных периодов. У животных, в принципе, отмечается то же самое, но с определенной спецификой. Конечно, самыми явными являются суточные (циркадные) и годовые ритмы.

Ощущение времени у птиц, видимо, связано с ориентировкой по положению Солнца над горизонтом. Это было установлено в экспериментах со скворцами. То же свойственно и насекомым.

Сильнее всего на годичные изменения в окружающей среде реагируют растения. Их жизненные циклы зависят от сезона.

Вкус — еще одно ощущение, присущее всему живому. Это ощущение возникает при воздействии различных растворимых веществ на вкусовые рецепторы, расположенные у позвоночных главным образом в языке. Основные вкусовые ощущения: кислое, горькое, соленое и сладкое. Есть еще металлический и щелочной вкус. У животных вкусовая чувствительность также развита. Так, мухи и бабочки различают много вкусовых оттенков. На их антеннах и ногах имеются специальные органы, которые позволяют им различать разные вкусы. Что касается водных животных, то вкусовое ощущение для них очень важно. Ведь оно им заменяет и обоняние. В воде обоняние невозможно. У морского кота, например, органы вкуса расположены по всему телу.

Вкус и обоняние — это химические чувства. У наземных животных обоняние развито намного сильнее вкуса. У человека, как и у приматов, обоняние слабое. Правда, у китов, например, дело обстоит еще хуже — у них обоняния вообще нет. Птицы тоже обладают слабым обонянием. Любопытно, что птица киви может идти по следу, как собака, но острота обоняния у нее невелика. Но для большинства животных обоняние является жизненно важным. Так, у насекомых оно развито очень сильно. Самец бабочки может разыскать по запаху свою пару — самку на расстоянии в несколько километров. У него для этих целей имеются пушистые антенны. Эти же антенны могут служить рецепторами инфракрасного и микроволнового радиоизлучения.

У многих насекомых, в том числе у термитов, имеются органы, которыми они определяют степень влажности и где именно находится источник водяного пара. Термиты реагируют на концентрацию водяных паров в воздухе.

Организм животного и человека является электромагнитной системой. Нервные импульсы передаются электрическими сигналами. Активность мозга обусловлена электрохимическими процессами. Но электрические потенциалы при этом невелики: от 50 до 100 милливольт. Правда, бывают и исключения. Так, угорь, сом или скат имеют хорошо развитые электрические органы, с помощью которых они создают потенциалы до 300 вольт (электрический угорь). Эти органы представляют собой не что иное, как конденсаторы, включенные последовательно или параллельно. Они состоят из видоизмененных кожных желез или поперечно-полосатых мышц. Электрические органы служат оружием для защиты или нападения. Очень эффективно: неожиданный электрический разряд убивает или оглушает нападающего или преследуемого. Электрические рыбы не только создают электричество, они реагируют на напряженность (силу) электрического поля.

Мы привели только некоторые из свойств живых организмов, и прежде всего для того, чтобы показать, что человек не является чем-то исключительным, особенным, венцом природы, от которого зависит весь космогенез. Человек очень высоко себя оценивает только потому, что он мало знает. Это результат невежества, которое часто подается в упаковке учености.

Как мы видим, органы чувств у живых организмов на Земле самые разнообразные. Но не любые. Все устроено целесообразно. Живой организм обладает теми органами чувств, которые дают ему объективную и достаточно полную информацию как об окружающей среде, так и о других живых организмах. Что касается живых организмов на других планетах, то у них органы чувств созданы абсолютно по тому же принципу, хотя конкретные формы могут быть отличными от земных.

С чувств фактически начинается взаимодействие живого организма с окружающим миром. Это только первое звено целой системы, главным звеном которой является сознание. Органы чувств создают сигналы, которые фиксируются сознанием. Ощущения являются материалом для памяти, ассоциаций, мыслей. Они определяют содержание разума. Ясно, что разум не может находиться вне влияния чувств. Но разум не является автономной системой. Он должен геологически соответствовать природе Вселенной в целом. А Вселенная по природе является голографической. По этому принципу разум устроен не только на Земле, но и в любом месте Вселенной.