Молекулярно-генетичний рівень біологічних структур

Уявлення про структурні рівні організації живих систем сформувалося під впливом відкриття клітинної теорії будови живих тел. У середині 19 століття клітка розглядалася як остання одиниця живої матерії, на зразок атома неорганічних тел. Із кліток завдяки відповідному принципу впорядкованості мислилися побудованими всі живі системи різного рівня організованості. Такі ідеї висловлював, наприклад, один із творців клітинної теорії Маттіас Шлейден (1804-1881). Інший видатний біолог Ернст Геккель (1834-1919) ішов далі й висунув гіпотезу, відповідно до якої протоплазма клітки також має певну структуру й складається із субмікроскопічних частин. Таким чином, у живій системі можна виділити новий структурний рівень організації.

Ці ідеї, що далеко випереджають наукові знання своєї епохи, зустрічали явний опір, з одного боку, послідовників редукціонизма, які бажали звести процеси життєдіяльності до сукупності певних хімічних реакцій, а з іншого боку - захисників віталізму, які намагалися пояснити специфіку живих організмів наявністю в них особою «життєвої сили» (від лат. vitalis - життєвий).

Ідеї редукціоністів знаходили підтримку з боку представників механістичного й «вульгарного» матеріалізму, перші з яких намагалися пояснити закономірності живої природи за допомогою найпростіших механічних і фізичних понять і принципів, другі ж прагнули редукувати, звести ці закони до закономірностей хімічних реакцій, що відбуваються в організмі. Більше того, деякі представники «вульгарних» матеріалістів - Людвіг Бюхнер (1824-1899) і Якоб Молешотт (1822-1893) - навіть затверджували, що мозок породжує думку подібно тому, як печінка виділяє жовч.

Незважаючи на ці філософські дискусії між механіцистами й віталістами, учені-експериментатори намагалися конкретно з'ясувати, від яких саме структур залежать специфічні властивості живих організмів, і тому продовжували досліджувати їх на рівні не тільки клітки, але також і клітинних структур.

У першу чергу вчені досліджували структуру білків і з'ясували, що вони побудовані з 20 амінокислот, які з'єднані довгими поліпептидними зв'язками, або ланцюгами.

Хоча до складу білків людського організму входять всі 20 амінокислот, але зовсім обов'язкові для нього тільки 9 з них. Інші, очевидно, виробляються самим організмом.

Характерна риса амінокислот, що втримуються не тільки в людському організмі, але й в інших живих системах (тварин, рослинах і навіть вірусах), полягає в тому, що всі вони є лівообертальними, хоча в принципі існують амінокислоти й правого обертання. Обидві форми таких ізомерів майже однакові між собою й різняться тільки просторовою конфігурацією, і тому кожна з молекул амінокислот є дзеркальним відображенням іншої. Уперше це явище відкрив видатний французький учений Луї Пастер (18221895), досліджуючи будову речовин біологічного походження. Він виявив, що такі речовини здатні відхиляти поляризований промінь і тому є оптично активними, внаслідок чого були згодом названі оптичними ізомерами. На відміну від цього в молекул неорганічних речовин ця здатність відсутня й побудовані вони зовсім симетрично.

На основі своїх досвідів Л. Пастер висловив думку, що найважливішою властивістю всієї живої матерії є їх молекулярна асиметричність, подібна асиметричності лівої й правої рук. Опираючись на цю аналогію, у сучасній науці цю властивість називають молекулярною хіральністью. (Цей термін походить від греч. cheir - рука). Цікаво помітити, що якби людина раптом перетворилася у своє дзеркальне відображення, те його організм функціонував би нормально доти, поки він не став би вживати їжу рослинного або тваринного походження, яку б він не зміг би переварити.

На питання, чому саме живаючи природа вибрала білкові молекули, побудовані з амінокислот лівого обертання, дотепер немає переконливої відповіді. Сам Л. Пастер уважав, що оскільки живе виникає з неживого, те необхідною попередньою умовою для цього процесу повинне стати перетворення симетричних неорганічних молекул в асиметричні. По його припущенню, таке перетворення могло бути викликане різними космічними факторами, зокрема, геомагнітними коливаннями, обертанням Землі, електричними розрядами й т.п. Спроби експериментально перевірити цю гіпотезу не увінчалися успіхом. Тому висловлювалися припущення й про чисто випадковий характер виникнення перших живих молекулярних систем, утворених з амінокислот лівого обертання. Надалі ця особливість могла бути передана в спадщину й закріпитися як невід'ємна властивість всіх живих систем.

Поряд з вивченням структури білка в останні піввіку особливо інтенсивно вивчалися механізми спадковості й відтворення живих систем. Особливо гостро це питання встало перед біологами у зв'язку з визначенням границі між живим і неживим. Більші суперечки виникли навколо природи вірусів, які мають здатність до самовідтворення, але не в змозі здійснювати процеси, які ми звичайно приписуємо живим системам: обмінюватися речовиною, реагувати на зовнішні подразники, рости й т.п. Очевидно, якщо вважати визначальною властивістю живий обмін речовин, то віруси не можна назвати живими організмами, але якщо такою властивістю вважати відтворюваність, те їх варто віднести до живих тіл. Так природно виникає питання: які властивості або ознаки характерні для живих систем?

На це питання вчені відповідали по-різному в різні історичні етапи розвитку природознавства залежно від досягнутого рівня досліджень.

Поки не існувало розвинених методів біологічного дослідження й скільки-небудь ясних теоретичних концепцій, сутність живого зводили до наявності якоїсь таємничої «життєвої сили», що відрізняє живе від неживого. Однак таке визначення залишалося чисто негативним, тому що не розкривало ні справжньої причини, ні механізму відмінності живого від неживого, а все зводилося до ірраціональної, непізнаваної і тому таємничої здатності живих організмів. На цій підставі прихильників такого погляду звичайно називають віталістами.

Література

1. Вонсовський С. В. Сучасна природничо-наукова картина світу. - К., 2002

2.Кузнецов Б. Г. Эволюция картины мира. - М., 1996

3.Окладный В. А. Возникновение и соперничество научных теорий. - Свердловск, 1990

4.Таннері П. Історичний нарис розвитку природознавства в Європі (з 1300 по 1900 р.). - К., 1999

5.Холтон Дж. Тематичний аналіз науки. - К., 1999