Обмен веществ
Одной из центральных проблем биологии является обмен веществ. Как уже указывалось, некоторые из процессов обмена веществ, как, например, сгорание сахара, более или менее изучены; однако значительная часть работы еще впереди и изучение конструктивной части метаболизма, или анаболизма, еще едва только началось. Одно стало, однако, вполне ясным в самое последнее время главным образом благодаря использованию меченых атомов: как анаболизм, или создание сложных соединений из более простых структур в организме, так и катаболизм, или разрушение их, происходят значительно более ускоренными темпами, чем это до сих пор предполагалось. Молекулы в нашем теле и во всяком организме находятся в состоянии непрерывного восстановления, и атомы протекают через него почти непрерывным потоком. Весьма вероятно, что никто из нас не сохранил больше чем несколько атомов, с которыми мы начали свою жизнь, и что, даже будучи взрослыми, мы, вероятно, меняем большую часть материала нашего тела всего за несколько месяцев.
Биохимический характер жизни как процесса
Итак, постоянным в жизни индивида является не материя, а формы и реакции молекул, из которых образованы живые организмы. Самая материя организма имеет, по - видимому, существенное значение главным образом потому, что она нужна для выполнения непрерывных циклов обменов химических веществ, что и представляет собой жизнь. Такие обмены должны быть более или менее уравновешенными в каждой живой клетке, подобно тому как это имеет место во всем организме в целом. Это, в большей или меньшей степени, означает, что циклы, происходящие внутри каждой клетки и в организме в целом, никогда не являются завершенными; что рост или разложение — это правило, действующее на всем протяжении жизни, представляя собой отдаленный отзвук «зарождения и гниения», которые, согласно Аристотелю, царствовали в подлунной сфере (117). Далее, равновесие, как указал Клод Бернар, является до известной степени устойчивым: организм реагирует так, чтобы сохранять свою внутреннюю и внешнюю среду постоянной. Только в том случае, если пределы устойчивости нарушены и один тип обмена выходит из повиновения, живая клетка организма перестает функционировать согласованным образом (или, как мы говорим, умирает). Даже после того как это случилось, многие из ее составных частей, таких, как энзимы — в случае клетки или целая клетка — в случае организма, продолжают оставаться в течение известного времени такими же деятельными, как и раньше.
Существенную черту всякого организма, пока он живет, составляет скорее последовательность и координация процессов, чем архитектура инертной материи. Если же брать всю жизнь на нашей планете в целом, то процесс этот приобретает еще большую важность. В размножении, как и в росте, но в значительно более слабых темпах циклы процессов видоизменены. Полное значение фактически происходящих процессов и тех структур, в которых они происходят, становится ясным только в том случае, если их рассматривать как продукт длительной эволюции, и в первую очередь химическей эволюции.
Исследование природы основных химических процессов, происходящих в живой материи, началось только в последние десятилетня нашего века и в настоящее время переживает весьма активную фазу открытий. Все эти процессы вызываются, по - видимому, системами энзимов — коэнзимов. Действительно, большинство свободных молекул белка в клетках функционирует, как кажется, в качестве энзимов. Роль же коэнзимов, а отчасти и содержащих фосфор нуклеотидов — компонентов нуклеиновой кислоты — имеет, по всей вероятности, решающее значение. Они, очевидно, служат связующим звеном между выделяющими энергию катаболическими процессами и поглощающими энергию и строющими ткани анаболическими процессамив1ог*
Как мы видели выше, эти преобразования, вызываемые энзимами, происходят путем небольших ступенеобразных изменений энергии и позволяют организму осуществлять весьма значительные химические превращения без сколько - нибудь заметного повышения температуры. Жизнь, выражаясь словами Фернеля 4 8 7, представляет собой «слабый огонь, горящий без пламени» (349). Реакции, происходящие в организмах и при химических отношениях между организмами, начиная от взаимно благотворного симбиоза до явного поглощения или паразитизма, составляют часть сложных, взаимосвязанных химических систем. В полностью развитой биосфере, какой она существовала, по крайней мере, на протяжении последнего миллиарда лет, постоянно откладывается сравнительно небольшое число органических молекул; однако эти молекулы — подобно молекулам угля и нефти — имеют величайшую ценность для человека. Большинство из них совершает бесконечный круговорот превращений, проходя через растения, животных и бактерии обратно в растения. Вся биосфера может рассматриваться как одна эволюционирующая биохимическая система. Нет никаких оснований полагать, что она представляет собой единственно возможную систему этого рода во вселенной. На других планетах могут существовать и другие системы биохимического превращения, одни более, другие менее эффективные, чем наши.