Важнейшая роль в эволюции клеточных мембран принадлежит классу амфипатических молекул - фосфолипидов, которые обладают простым физико-химическим свойством: одна часть каждой молекулы

49

гидрофильна (растворима в воде), а другая - гидрофобна (не растворима в воде). Когда эти молекулы попадают в воду, они располагаются так, что их гидрофобные части приходят в тесный контакт друг с другом, а гидрофильные части - в контакт с водой. Амфипатические молекулы способны спонтанно агрегировать, образуя двухслойные структуры в виде маленьких пузырьков, изолирующих водное содержимое от вмещающей среды (рис. 22). Все ныне существующие клетки окружены плазматической мембраной, состоящей из амфипатических молекул, главным образом фосфолипидов такой структуры; в клеточных мембранах в состав липидного бислоя входят также амфипатические белки.

Рис. 22. Система клеточных мембран

Как только молекулы РНК оказались заключенными в замкнутую мембрану, они начали эволюционировать не только на основе их собственной структуры, но и в зависимости от их воздействия на другие молекулы в том же компартменте: нуклеотидные последовательности РНК могли теперь влиять на признаки целой клетки.

События, обусловившие возникновение первой клетки (синтез малых органических молекул в полимеры, самокопирование молекул РНК, окружение молекул РНК катализирующими их белками, возникновение окруженных мембранами компартментов в результате самосборки молекул липидов), происходили 3,5-4,0 млрд лет назад.

Следующим этапом в эволюции стало появление в клетках нового полинуклеотида - молекулы ДНК - дезоксирибонуклеиновой кислоты, являющейся хранилищем генетической информации. Эта молекула, в отличие от РНК, меньше подвержена гидролизу и поэтому более проч-

50

ная. Кроме того, она отличается от РНК тем, что имеет двухцепочечную спиральную форму, которая позволяет ей относительно легко самокопироваться и восстанавливать повреждения; при этом неповрежденная цепь ДНК служит матрицей для восстановления комплементарной дефектной цепи. Используя тот же принцип комплементарности, ДНК направляет синтез отдельных молекул РНК, однако в этом случае спаривание происходит между несколько различающимися типами нуклео-тидов. Синтезированные таким образом одноцепочечные молекулы РНК выполняют две другие функции первобытных поликнулеотидов: направляют синтез белков и как кодирующие молекулы (информационные РНК), и как каталитические (рибосомные и другие неинформационные РНК).

Существующие представления об эволюции первобытных молекул можно суммировать так. Молекулы РНК первыми включились в эволюцию. После эффективного синтеза белка ДНК взяла на себя генетическую функцию, белки стали основными катализаторами, а РНК сохранилась главным образом как промежуточное звено между ними. ДНК стала необходимой только тогда, когда клетки сильно усложнились и для них потребовалось значительно больше генетической информации, чем могли стабильно поддерживать молекулы РНК.

Существует предположение, что все ныне живущие организмы произошли из единственной, возникшей несколько миллиардов лет назад, первобытной клетки. Пережив своих конкурентов, эта клетка положила начало процессу клеточного деления и эволюции, который в конце концов создал зеленый покров Земли, изменил состав ее атмосферы и привел к возникновению живых организмов и человека.