Дарвинизм в XX веке - Медников Борис Михайлович (читать полные книги онлайн бесплатно .txt) 📗

Быть может, жизнь так и возникла — этапами, причем каждый из них повышал вероятность последующего.

Примем это за основу — ведь в конце-то концов иного выхода у нас нет. Чем сверхслучайность лучше божественного происхождения?

Итак, будем искать путь, по которому биополимеры — белки и нуклеиновые кислоты — могли бы возникнуть без современного сложного механизма. Уже и сейчас химиками предложено немало подобных способов — если бы только знать, какой из них четыре миллиарда лет назад осуществился на практике! Некоторые из них кажутся уж чересчур радикальными — предполагается, что Земля прежде была покрыта океанами не из воды, а из каких-то других жидкостей.

Остановимся лишь на двух гипотезах. Выбор объясняется тем, что первая гипотеза автору кажется наиболее вероятной, а вторая — импонирует своей оригинальностью.

Крупный американский исследователь С. Фокс, активно работающий над проблемой происхождения жизни, разрубил гордиев узел проблемы, подобно Александру Македонскому: если вода мешает соединению аминокислот в цепочки — пептиды и полипептиды — значит, этот процесс происходил без воды. Фокс нагревал сухие смеси аминокислот — при этом происходила реакция полимеризации, а образующаяся вода испарялась. Полученные пептиды можно было потом растворить в воде, и они оставались стабильными.

Мыслится такой механизм: под поверхностью океана, содержимое которого представляет «первичный бульон» — концентрированный раствор аминокислот и прочих веществ — действует вулкан, в конце концов выносящий свой конус на поверхность. Горячие склоны вулкана покрыты засохшей коркой органических веществ, а дождь смывает образующиеся пептиды в океан. Кстати, вряд ли первичный океан напоминал глубиной современный. Воды на первичной Земле скорее всего было мало, она еще не успела выделиться в результате вулканических извержений. Такой океан могла бы перейти курица. Именно малое количество воды и обеспечило высокую концентрацию низкомолекулярных органических веществ в «первичном бульоне».

Один из опытов Фокса весьма оригинален: вместо колбы он использовал выдолбленный кусок лавы со склонов вулкана — и с положительным результатом. Выход пептидов достигал 10–40 % от начального количества аминокислот. Результат, что и говорить, блестящий. Согласно Фоксу, центрами происхождения жизни на этом этапе были горячие, сухие области вокруг вулканов, которыми была так богата Земля на заре времен.

Автору этих строк довелось принять участие в III Международной конференции по происхождению жизни (она состоялась в маленьком французском городке Понт-а-Муссоне) и услышать там доклад доктора С. Н. Мэтьюса из Чикаго, в котором выдвигалась идея еще более оригинальная.

Согласно Мэтьюсу, не белки возникли из аминокислот, а аминокислоты из белков! Все переворачивается с ног на голову, и, однако, в логике ему нельзя отказать, тем более что идея подкреплена вполне достоверными экспериментами. Мэтьюс полагает, что первичная атмосфера Земли состояла в основном из аммиака, метана и паров циана (синильной кислоты). Все эти вещества широко распространены в космосе, цианом, в частности, богаты хвосты комет. При реакциях между этими газами и возникали пептиды, которые частицами пыли выпадали в океан и там растворялись. Мэтьюс синтезировал подобным путем пептиды, состоящие из 12 разных аминокислот! Свободные аминокислоты в «первичном бульоне» возникли, как он думает, в результате гидролиза этих протопептидов.

Над этим стоит задуматься, тем более что японский исследователь X. Нода совместно с профессором С. Поннамперумой, пропуская электрические искры через газовую смесь, имитирующую атмосферу Юпитера (метан и аммиак), получил красно-коричневые продукты с очень высоким молекулярным весом (до 2000). Нагревая их с соляной кислотой (обычный метод расщепления белков), он получил свободные аминокислоты. Быть может, путь к возникновению жизни был более прямым, чем это нам сейчас кажется? А может быть, на Юпитере есть жизнь?..

Дотошный читатель напомнит о нуклеиновых кислотах. Каким путем могли возникнуть их цепочки? Механизм возникновения их составных частей — пуриновых и пиримидиновых оснований и сахаров-пентоз (последние легко синтезируются из формальдегида) уже более или менее расшифрован. Менее ясен путь возникновения из них полимеров. Но уже сейчас предложены весьма правдоподобные гипотезы, в которых основную роль играют разные производные окиси фосфора, в первую очередь полифосфорной кислоты.

Заключить этот раздел можно оптимистическим утверждением, что конденсация первичных «кирпичиков» жизни — аминокислот и нуклеотидов в белки и нуклеиновые кислоты (точнее, полипептиды и полинуклеотиды) весьма вероятна, не менее, чем создание «первичного бульона». На очереди другой вопрос: каким образом из этих «блоков» могла возникнуть первая клетка и насколько вероятен этот процесс?

Все живое на Земле представлено индивидуумами, особями. Индивидуум по-латыни то же, что и атом по-гречески — неделимый. Особи — атомы жизни. Самая простая особь — единичная клетка типа бактериальной. Она содержит в себе все необходимое для жизни: набор генов, молекул, ферментов, необходимых для раскодирования информации генома, и рибосомный аппарат для синтеза белков.

Существует мнение, поддерживаемое рядом известных ученых, что гены — самоудваивающиеся цепочки нуклеиновых кислот — возникли раньше клетки, уже в «первичном бульоне». В принципе они напоминали современные вирусы. Лишь потом они «обросли» клеточными оболочками: вирусы наших дней — их отдаленные предки. Вряд ли это так: мы помним, что вирус вне клетки, без рибосомного аппарата мертв. А самостоятельное возникновение рибосом в «первичном бульоне» невозможно. К тому же рибосомы не размножаются, не удваиваются. Вся информация об их составе (а они, грубо говоря, состоят из трех молекул РНК и нескольких десятков молекул специфичных белков) заключена в геноме.

Поэтому, скорее всего, не жизнь возникла раньше клетки, а… клетка раньше жизни. Каковы же были эти первичные клетки, протоклетки?

Одна из моделей их возникновения предложена А. И. Опариным. Протоклетки Опарин называет коацерватами (от латинского глагола коацерваре — объединяться, слипаться). Явление коацервации известно давно. Исследователи с давних пор примечали, что растворы высокомолекулярных веществ при стоянии могут мутнеть, оттого что молекулы их слипаются в комплексы, а комплексы образуют крошечные капли, взвешенные в жидкости. Внешне они похожи на капли молочного жира в молоке. Концентрация веществ в таких каплях может быть в десятки и сотни раз выше, чем в окружающем их растворе.

Однако до работ Опарина никто не подозревал, на что способны коацерваты. Дело в том, что раз концентрация веществ в них больше, значит, с гораздо большей скоростью идут химические реакции. Коацерваты могут обмениваться веществами с окружающей средой (нечто вроде ассимиляции и диссимиляции), набухать (расти), делиться и слипаться. Таков путь возникновения клеток по Опарину — из эмульсии коацерватов в «первичном бульоне».

Иной механизм образования клеток предложил также упоминавшийся нами С. Фокс. Мы уже говорили, что Сроке нагреванием безводной смеси аминокислот получал цепочки аминокислот, схожие с белками. Он назвал их протеиноидами. Протеиноиды, полученные в результате нагревания аминокислот в куске лавы с Гавайских островов, растворяли горячей водой. В результате получалась жидкость, мутная от какой-то взвеси. Микроскоп показал, что эта взвесь состоит из крохотных, около двух микрон в диаметре, шариков, напоминавших современные бактерии-кокки. Фокс, не мудрствуя лукаво, так и назвал их микросферами — маленькими шариками.