Происхождение жизни: маленький теплый водоем - Фолсом К.
Скачать (прямая ссылка):
Обязательное наличие водной среды — другое непременное и повсеместное биологическое свойство живого. Те биологические системы, в которых жизненные процессы замерли, такие, как споры бактерий ,и водорослей или яйца рачка Artemia, не функционируют и содержат мало воды. Все функционирующие системы состоят в основном из воды. Биохимические реакции протекают в воде, поскольку большинство органических соединений из биологического подмножества водорастворимы. Те органические соединения, которые были летучими, рассеивались в атмосфере, где реагировали и распадались под действием энергии излучения. Те же, которые не растворялись в воде, погружались на дио водоемов и не участвовали в дальнейших взаимодействиях. В водном растворе оставались преимущественно водорастворимые органические вещества. Таково наследство, которое оставила нам первичная экологическая обстановка.
Понятие «сопряженная циркуляция биоэлементов» требует некоторого пояснения. И на Земле, и в других местах Вселенной существуют небиологические циклические превращения материи, движимые энергией излучения. Нанри-мер, кислород может образовываться благодаря фотодис-
ЭНЕРГИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ
Органический
Неорганический
кислород
Рис. 6.1. Онзагеровские сопряженные круговороты биоэлементов. Энергия излучения является движущей силой круговорота фосфора. Все остальные круговороты биоэлементов подключены к этому круговороту и благодаря этому работают с присущими им скоростями.
социации воды и затем реагировать с водородом вулканического происхождения, вновь появляясь в составе воды. В биологических системах также происходят циклические превращения вещества, но они отличаются от аналогичных превращений в небиологических системах тем, что все они сопряжены друг с другом. Это можно наблюдать в процессе роста организмов — закономерного, упорядоченного возрастания пх размеров и количества всех компонентов. Такое же сопряжение биоэлементов имеет место и в экологических процессах в масштабе всей нлаиеты (рис. 6.1). Цикл фосфора приводится в движение энергией излучения. С каждым оборотом этого цикла во всех ос-
тальных циклах также происходят превращения с присущими им скоростями.
«Движимая энергией излучения» означает, что в конечном счете всеми биологическими системами движет энергия видимого излучения Солнца. Ни биологический круговорот фосфора, ни какой-либо другой круговорот не совершается самопроизвольно; их движущей силой является солнечная энергия, которая участвует в этих процессах либо непосредственно, как в случае фотосинтеза, либо косвенно, как в случае поедания растений травоядными животными. Энергия, подобно времени, — сложное понятие, которое поддается измерению только в ходе его взаимодействия с веществом: оно ускользает от нас, как только мы стремимся проникнуть в его сущность. Фактом остается то, что энергия вызывает превращения состояний вещества. Когда эти превращения сопряжены, как они сопряжены для биоэлементов, мы имеем дело с биологической системой — так говорит наш опыт.
Вероятно, наиболее существенный, интуитивно очевидный и запутанный аспект данного нами определения жизни заключен в словосочетании «по пути увеличения сложности». Слову «сложность» было отдано предпочтение перед словом «информация» потому, что последний термин имеет слишком много различных значений. Как показал Дарвин, при естественном отборе из любой популяции выбирается только то подмножество, которое наиболее способно к максимальному увеличению численности в своей экологической нише. Действие такого отбора основано на генетической изменчивости, присущей популяции, а также на том, что каждая популяция потенциально способна к воспроизведению себя в огромном избытке. Руководствуясь только этими представлениями, можно было бы прийти к тому, что мир должен быть населен сверхраз-вившимися микробами, способными быстро и эффективно заполнить любую потенциально доступную нишу и подавить всю остальную жизнь. И тем не менее на Земле существуют не только микробы, существуют люди, растения, насекомые и т. д., которые представляют собой удивительно сложные организмы. По-видимому, имеются в большом количестве пиши, недоступные для микробов, в которых находят прибежище сложные формы — многоклеточные организмы. В будущем в биологических теориях
необходимо как можно полнее учесть свойства ниш и справиться с проблемой сложности. В настоящее время это невозможно: сейчас еще не решена задача даже измерения количества информации в ДНК какого-либо организма. Но среди свойств ниши выделяется одно: объединение характеристик, связанных с размерами и временем, на биологической шкале.
Клетки микроорганизмов малы; их размеры ограничиваются в основном диффузией необходимых органических соединений из окружающей среды, так как объем клетки возрастает пропорционально кубу линейных размеров, а поверхность, через которую осуществляется диффузия, — лишь квадрату. Отметим также, что для процесса диффузии требуется определенное время. Более сложные и крупные эукариотические клетки развились из агрегатов микробных клеток. Критическое значение в агрегатах примитивных бактериеподобных клеток имело увеличение внутренней поверхности благодаря использованию множества мембранных систем. Следствием этого явилось возрастание времени деления клетки. Новые, более сложные клетки были способны быстрее обрабатывать поступающее сырье и занимали другую временную нишу: внутри более сложной клетки за меньшее время могло происходить больше молекулярных событий. Для занятия новых ниш было недостаточно возрастающей сложности развивающихся биологических систем. Необходимы были также флуктуации окружающей среды, которые влияли на воспроизведение биологических систем в избыточном количестве и тем самым приводили к отбору наиболее приспособленных.
