Дарвинизм в XX веке - Медников Борис Михайлович (читать полные книги онлайн бесплатно .txt) 📗
Некоторые из них образовывали цепочки или напоминали дрожжевые клетки в период деления. Электронный микроскоп показал, что каждая микросфера окружена двойной оболочкой, очень похожей на мембраны современных клеточных стенок.
В дальнейшем Фокс ставил опыты с комплексами протеиноидов и полинуклеотидами. Эти комплексы также могли образовывать микросферы, причем делящиеся и почкующиеся. Сходство их с современными микроорганизмами разительно. Меня, во всяком случае, оно потрясло, особенно когда профессор Фокс стал показывать великолепные диапозитивы процесса деления микросфер.
Так что же было вначале: коацерваты Опарина или микросферы Фокса? Какая из моделей ближе к протоклетке?… Трудно сказать, тем более что есть и другие точки зрения. Дж. Бернал, например, полагает, что первые клетки образовались путем оседания органических молекул на частицах глины или других подобных минеральных образованиях. Жизнь, согласно Берналу, возникла не в толще воды, а в грунте. «Первичный бульон» был перемешан с глиной. Такая точка зрения очень близка к точке зрения, выдвинутой в довоенные годы нашим известным биологом Л. С. Бергом. Берг полагал, что жизнь имеет наземное, вернее, подземное происхождение.
Дело в том, что при отсутствии в атмосфере кислорода не возникает защищающий нас сейчас «озоновый экран», и жесткий ультрафиолет Солнца достигает земной поверхности. Но под толстым слоем воды жизнь вполне могла бы развиваться. Кроме того, не был ли жесткий ультрафиолет необходимым условием возникновения жизни — не только источником энергии для синтеза биомолекул, но и фактором своеобразного отбора? Есть данные, что чем длиннее молекула нуклеиновой кислоты, тем лучше она противостоит жесткому излучению. А. Ван де Ворст, изучая действие рентгеновских лучей на ДНК, пришел к выводу, что «радиохимический отбор» играл большую роль в процессе возникновения жизни. Не следует, однако, смешивать этот отбор с дарвиновым. Подобному отбору подвергается, например, галька на морском берегу, когда волны стачивают мягкие камни быстрее, чем твердые.
Можем ли мы считать коацерваты или микросферы живыми, иными словами, создана ли уже жизнь в колбе? Нет, как справедливо отвечают Опарин и Фокс, пока мы создаем только модели, показывающие, каким путем могла бы возникнуть клетка. Или, вернее, структура, предшествовавшая ей. Эти опыты имеют, однако, огромное значение, ибо свидетельствуют, что в процессе развития жизни с весьма высокой вероятностью должны возникать ограниченные, замкнутые в себе структуры, имеющие важнейшую способность — обмениваться веществами с окружающей средой (разумеется, это еще не обмен веществ в биологическом понимании).
На этом месте биохимия перестает быть нам проводником так же, как раньше, на пути от сложного к простому, спасовала палеонтология. Между коацерватом, полученным в лаборатории, и простейшей бактериальной клеткой существует ничем не заполненный разрыв.
Попробуем, как говорил Кольцов, «перелететь его на аэроплане натурфилософии». Иными словами, оставаясь строго на почве материального, путем логических выкладок представим усложнение протоклетки до первой клетки, не привлекая божественную сверхслучайность.
Итак, представим себе «первичный бульон», в котором плавают протоклетки — микроскопических размеров образования, окруженные мембранами — одно- или двуслойными, как в случае микросфер Фокса, оболочками. Они могут сливаться в результате соприкосновения или делиться от случайного механического возмущения. Такое допущение приемлемо — и Опарин и Фокс согласно доказывают, что подобные структуры просто не могут не возникнуть в растворе биополимеров.
И в протоклетках, и в окружающей их среде идут одни и те же химические реакции. Но они в обоих случаях приводят к совершенно разным результатам. Ибо протоклетка — кусочек среды, отгороженный от внешнего окружения полупроницаемой мембраной, через которую проходят сравнительно свободно маленькие молекулы и с трудом, а то и совсем не проходят большие.
Реакции полимеризации, идущие с возрастанием молекулярного веса конечного продукта, происходят и в протоклетках, и в «первичном бульоне». Но в «первичном бульоне» результат таких реакций — лишь образование новых протоклеток. В протоклетке дело иное: если там уменьшается число молекул — а это и происходит, когда простые молекулы сливаются в более сложные — снижается осмотическое давление, которое зависит только от числа молекул, а не от их массы.
Второе начало термодинамики не может долго терпеть существующего перепада ни в чем — в том числе и в осмотическом давлении. Начинается перекачка молекул аминокислот, нуклеотидов, сахаров и т. д. в протоклетки. Когда отношение объема к поверхности становится критическим, увеличивающаяся протоклетка делится или почкуется, надстраивая при этом мембраны, — и процесс начинается сначала.
В результате протоклетки должны были перекачать в себя всю органику «первичного бульона». Но ясно, что они были отнюдь не однородными. В одних процессы синтеза шли быстрее, в других медленнее. «Быстрые» преуспевали, но это был еще не дарвиновский отбор, не жизнь! В них не было непременного атрибута жизни — наследственности. Удачные комбинации молекул, приводящие к быстрому синтезу, в процессе роста и деления «разводились» и исчезали. Так было до тех пор, пока в одной из протоклеток не сформировалась нуклеотидная цепочка, способная реплицировать себя.
Разумеется, этот процесс еще не напоминал современный механизм репликации ДНК. Ведь ферментов еще не было, не было и рибосом, и транспортных РНК. Были лишь короткие, порядка 10–20 звеньев, цепочки нуклеиновых кислот и пептидов, образовывавшие комплексы между собой.
Здесь уместно вспомнить о старом споре схоластов: что появилось раньше — яйцо или курица, трансформировавшемся в наше время в спор: что было раньше — ген или фермент? Казалось бы, мы попадаем в замкнутый круг — ведь ДНК не может удваиваться без фермента ДНК-полимеразы, а он сам в свою очередь не может возникнуть без ДНК. Спорщики в пылу дискуссии забывали об одном обстоятельстве. Фермент, как и всякий катализатор, не может сделать невозможную реакцию возможной. Он лишь ускоряет ход возможной реакции, сдвигая ее равновесие в сторону образования конечного продукта. Кроме того, наводит на размышление то, что большинство ферментов — комплексы, состоящие из белковой части, с одной стороны, и простого органического соединения (кофермента) или иона металла, — с другой. Возможность абиогенного синтеза ряда коферментов доказана, а уж ионы металлов в «первичном бульоне», несомненно, были. Не они ли в комплексе с короткими полипептидами играли роль ферментов? Эффективность действия таких проферментов, разумеется, нельзя сравнить с современными; вряд ли они обладали специфичностью действия. Но ведь и вся наша изощренная техника ведет начало от каменного рубила питекантропа, которым можно было, правда, с трудом, выполнять разнообразные операции.
Как только в протоклетке сформировался протоген, дупликация (удвоение) которого катализировалась проферментами, полпути до настоящей живой клетки было уже проделано. По-видимому, в это же время сформировался энергетический механизм, близкий к современному, с использованием богатых энергией связей аденозинтрифосфата и гуанозинтрифосфата. До того протоклетки использовали, скорее всего, энергию гидролиза полифосфатов. Исследования последних лет показывают, что этот процесс наиболее вероятен.
Дупликация протогена, помимо того, что она обеспечила устойчивый процесс синтеза, передающийся по наследству (отчего потомки этих протоклеток получили широкое распространение), привела к весьма важным последствиям. Одно из них — возникновение оптической активности, точнее, асимметрии биологических молекул.
Первым открытием великого французского ученого Луи Пастера была именно асимметрия биомолекул — и, не сделай он кроме этого больше ничего, бессмертие было ему обеспечено. Суть этого открытия сводится к тому, что асимметричные молекулы Сахаров, аминокислот и многих других органических веществ существуют в двух формах — левой и правой, отличающихся друг от друга так же, как левая рука отличается от правой руки. Хотя термодинамически обе модификации совершенно одинаковы и при абиогенном синтезе и та и другая возникает с одинаковой частотой, организмы используют только одну: так, аминокислоты в белках всех живых организмов — левые. Исключения редки и подтверждают правило — таковы правые аминокислоты в антибиотике грамицидине, синтезирующемся нематричным, не-рибосомным путем. Некоторые микробы, например чумная палочка, строят оболочки своих клеток из полимеров правых аминокислот, неуязвимых для защитных белков хозяина.
