Синие водоросли и вирусы

То, что из найденных до сих пор следов жизни самые древние принадлежат сине-зеленым водорослям, не является неожиданностью. Изучение их современных потомков приводит к мысли, что эти примитивные организмы уже «развились до того, как установилось различие между растениями и животными». Отдельные организмы простейших сине-зеленых водорослей представляют собой полусферические образования с диаметром примерно 0, 01 мм. Они состоят из зернистой протоплазмы, окрашенной в однотонный сине-зеленым цвет. Последний определяется сине-зеленым красящим веществом, которое принимает участие в фотосинтетическом питании водорослей.

Возможно, что красящее вещество лучше соответствовало условиям освещения на Земле в период возникновения этих водорослей, чем преобладающий в настоящее время зеленый хлорофилл. Сине-зеленые водоросли могут питаться не только неорганическим материалом, а следовательно, автотрофно, но и уже сформировавшимся органическим материалом, то есть гетеротрофно. Некоторые сине-зеленые водоросли могут даже связывать молекулярный азот атмосферы. Их размножение происходит бесполым путем. Это тоже служит признаком их примитивности.

Отсутствие форм полового размножения лишает организм того эволюционного преимущества, которое заключается при скрещивании в комбинационных возможностях свойств, воплощенных в обеих родительских формах. Неспециализированной форме обмена веществ у некоторых из этих примитивных организмов соответствует их способность процветать как при температурах, доходящих до +70° С, так и при антарктическом холоде. Сине-зеленые водоросли способны также к тесному сожительству с другими организмами. У сине-зеленых водорослей нет оформленного клеточного ядра.

«Сходство в строении клеток» указывает на «возможность образования бактерий, причем возможно, что последние могли образоваться из сине-зеленых водорослей в результате утраты красящего вещества и редукции; однако более вероятно, что автотрофные бактерии развились простым путем через стадию пурпуровых бактерий, содержащих бактериальный хлорофилл, до сине-зеленых Дистанция между безъядерными формами и охватывающими все последующие группы растениями вероятно, больше, чем между этими растениями и животными. Безъядерные формы представляют собой начало существования организмов».

Признаки, которые обнаруживаются сине-зелеными водорослями, можно понять только в свете эволюционного учения. Потому-то и обсуждается здесь вопрос об этих самых древних из всех известных организмов. Какая форма может считаться предком другой — сине-зеленые водоросли или бактерии, — еще нельзя определенно сказать. Не выяснено также, какое место в эволюции занимают разновидности вирусов. Вирусы — это безъядерные неклеточные образовании, способные к размножению. Они так примитивны, что некоторые исследователи сомневались, являются ли они настоящими живыми формами. Однако все виды вирусов имеют с ними «общую основную элементарно-химическую структуру и происхождение от общих предков».

С тех пор как русский ботаник Д. И. Ивановский и 1892 году открыл вирус мозаичной болезни табака, стали известны различные виды этих необычайно маленьких, размножающихся только в организме хозяина и зачастую патогенных образований. Д. И. Ивановский создал основу современной вирусологии Способность вируса к размножению открыл в 1898 году голландец М. Б. Бейеринк. В 1936 году Берпал с сотрудниками показал при помощи рентгеноскопических исследований, что вирус мозаики табака состоит из палочко-образных элементов.

Немцам Г. А. Кауше и Г. Руска в 1939 году при помощи электронных микроскопов удалось сделать фотографию вируса. В 1915 году англичанин Ф. В. Туорт открывает вирус, паразитирующий на бактериях, — бактериофаг. Вскоре после этого (1917) и независимо от него француз Ф. Дегерель делает то же открытие. Бактериофаги сходны с разновидностями виру сон, размножающимися в животных и растениях, в том отношении, что они проявляют отчетливую жизнедеятельность только в организме хозяина. Как это ни удивительно, но некоторые очищенные виды вирусов способны кристаллизоваться: размеры вирусов настолько малы, что внутримолекулярные силы могут формировать кристаллы из химически однородной вирусной субстанции.

Это было доказано американским биохимиком ВМ. Стенли в 19135 году. Самые крупные разновидности вирусов имеют диаметр 480 миллимикронов, самые маленькие — лишь 10 миллимикронов. В химическом отношении вирус состоит из нуклеопротеидов, то есть из специфических нуклеиновых кислот, особым образом связанных с протеином. Нуклеиновые кислоты в свою очередь слагаются из Сахаров (например из рибозы или дезоксирибозы), из фосфорной кислоты и из органических веществ, содержащих основания: основания пурина — аденин или гуанин и основания пиримидина — тимин или цитозин. Бактериофаг имеет вид крошечных полугантелей. Шаровидная часть такой «гантели» образует «голову», которая имеет форму бипирамидальной гексагональной призмы, а продолговатая «ручка» — «хвост» бактериофага.

Бактериофаг садится своей хвостовой частью на поражаемую им бактерию. При нападении на бактерию бактериофаг действует подобно шприцу для инъекций. Через хвостовую часть он впрыскивает и захваченную бактерию содержащуюся в его головной части нуклеиновую кислоту с легчайшими примесями белка. Другая половина его субстанции, состоящая из протеина, остается как «тень». Как утверждает германский вирусолог Г. Шрамм, им было доказано в отношении вирусов растений, что вирусная инфекция в некоторых условиях может быть вызвана одной только нуклеиновой кислотой (без протеина).

По типу размножения вирус отличается от всех других организмов. Он не делится, а побуждает организм «хозяина» строить из вещества своего тела новую вирусную субстанцию. Таким образом, вирус действует наподобие маленького «стрелочного механизма» в направлении обмена веществ у организма хозяина. В атом отношении вирус сходен с теми нуклеопротеидами, которые имеются в клеточном ядре у всех организмов и выполняют важные определяющие функции в обмене веществ, играющих в клетке роль «горючего» и «строительного материала». Воспроизведение живой материи в клеточном ядре и в определенных частях клетки, в центросомах, митохондриях и хлоропластах, бывает, как и у вируса, связано с нуклеопротеидами.

Правда, едва ли представляется обоснованным делать отсюда далеко идущий вывод, что нуклеиновые кислоты в эволюционном отношении являются более древними, чем белок. В современной живой материи нуклеиновая кислота, но всяком случае, имеет значение в синтезе белков; в свою очередь белок необходим для синтеза нуклеиновой кислоты. При этом, видимо, играют роль антиферромагнитные свойства молекулы ДНК (Л. Блюмепфельд, СССР, 1959, М. Садрон, П. Дозон, И. Полонский, Франция, 1960). Короче, макромолекула обнаруживает свойства нового типа. При этом синтез белка осуществляется не на самой ДНК. ДНК служит основой для образования рибонуклеиновой кислоты (РНК), которая в свою очередь служит основой для синтеза белка в цитоплазматических образованиях. Под контролем РНК сначала активируются аминокислоты, после чего происходит их соединение с полипептидными цепями и, наконец, специфическое распределение последних в пространстве: образование особого вида белка.

Вопрос, каким образом с помощью РНК, играющей роль «информатора», строится около 20 различных видов белка, освещается в настоящее время исследованиями их синтеза главным образом в Англии и США. Загадка того, как ДНК или РНК несут в себе зашифрованную «информацию» для построения совершенно определенных аминокислот, именуется «проблемой кода». При помощи имеющихся в распоряжении четырех нуклеотидов (А — аденина, Ц —цитозина, Г—гуанина и Т — тимина; последний в РНК замещается У — уранилом) даются четкие «задания» для построения аминокислот.

В настоящее время уже известны «коды» некоторых наиболее простых протеинов, например инсулина, рибонуклеазы, цитохрома и белковых компонентов вируса табачной мозаики. Проникший в клетку вирус иногда передается потомству этой клетки. Обусловленное, по-видимому, этим перерождение клеток возможно иногда доказать только спустя несколько клеточных поколений. Достигнутое таким путем перерождение выглядит в некоторых отношениях как унаследованное свойство. При этом вирус определенно вступает в чрезвычайно тесную связь с клеточным веществом — так сказать, исчезает в нем. Наконец, происходит размножение вируса, и клетка вырабатывает в массовом количестве новую вирусную субстанцию.

Часто утверждают, что если паразитирующие на животных разновидности вирусов и являются настоящими организмами, то вирус растений представляет собой лишь способный к размножению нуклеопротеид. Основанием для этого предположении послужило то обстоятельство, что удалось кристаллизовать только растительный вирус. Однако в лаборатории вирусологии в Беркли (Калифорния) и Ф. Шафферу (1955) удалось выделить в кристаллическом виде вирус полиомиелита. Тем самым становится несостоятельным и это разграничение. Разновидности вирусов резко отличаются от неживых молекул. Таким образом, их нельзя рассматривать как «простые молекулы»; их тип существования, их уровень функционального развития (репродукция при наличии определенных условий) делают их рангом выше молекул. Однако по сравнению с сине-зелеными водорослями и бактериями вирус представляет собой примитивную форму. В настоящее время еще не решено, была ли исходная форма теперешнего вируса эволюционной переходной ступенью к жизни организмов или же вирус является позднейшим возвратом от уже сформировавшейся жизни организмов, который стал возможным благодаря выгодам паразитического питания. Безусловно, паразитизм у вирусов достиг крайнего своего выражения. Обмен веществ для размножения вирусов происходит ведь с помощью клетки, в которой паразитирует вирус. Разработка естественной систематики различных видов вирусов, конечно, будет способствовать разрешению этой проблемы.

Многое говорит в пользу мнения советского биолога В. Л. Рыжкова, что вирус вне клеток хозяина не проявляет жизнедеятельности и находится в анабиотическом споровом состоянии покоя. Рыжков называет это состояние состоянием вироспоры. Вироспоры постепенно строят свое тело только в организме хозяина из низкомолекулярных соединений. Таким образом, вирусология представляет собой раздел биохимии и биологии, который в будущем, несомненно, сделает важный вклад в дело выяснения самой ранней фазы развития жизни. Со стороны католиков недавно, ссылаясь на Иордана, было объявлено, что вирус «как химически структурное образование безжизнен». В этом лишний раз выдает себя желание отвергнут; существование переходных форм и тем самым истолковать различие между живой и неживой природой как непреодолимое противоречие.