Происхождение жизни: маленький теплый водоем - Фолсом К.
Скачать (прямая ссылка):
Глава 7 ПрОТОбИОНТЫ
А Органические микроструктуры, полученные
в эксперименте с искровым разрядом над поверхностью воды. На этой микрофотографии вы видите каплю воды, взятую прямо из экспериментальной колбы; Х10 000. В подобных экспериментах около 60% вошедшего в реакцию углерода обнаруживается в микроструктурах. Более крупные объекты, похожие на клетки, имеют около 15 мкм в диаметре. При микроскопическом изучении более крупных структур показано, что они имеют фазовую границу; при изменении осмотической активности среды, в которой они взвешены, они набухают или сжимаются. Подобные структуры обнаруживаются почти во всех экспериментах с искровыми разрядами, в которых присутствует водная фаза, если в исходной газовой смеси нет избыточного количества водорода. (Фотография любезно предоставлена лабораторией экзобиологии, Гавайский университет.)
«Ничего не выйдет», — сказала Алиса. «Я не умею верить в невероятные вещи».
«Ты просто давно не упраж-няласъ», — пр едполоокила Королева — «в твои годы я каждый день занималась этим по полчаса. Случалось, что до завтрака я успевала одним махом поверить в шесть невероятных вещей».
Льюис Кэрролл 1
«Протобионт» — термин, принятый для обозначения промежуточного звена в процессе возникновения жизни, находящегося между эволюционирующими химическими соединениями с одной стороны и явно биологическими формами, имеющими генетический аппарат и подвергающимися дарвиновскому отбору, — с другой. На стадии образования этого продукта уже появились некоторые биологические признаки, в то время как другие находились в "состоянии развития.
Для того чтобы объяснить возникновение клеточных форм жизни, был разработан целый ряд гипотетических моделей, как лабораторных, так и теоретических. Все они представляются до некоторой степени вероятными и, несомненно, были в числе других испробованы в течение 1500 млн. лег земной истории между 4500 и 3000 млн. лет назад.
Опарин с сотрудниками предложил в качестве модели протоклеток коацерватные капли, построенные из смесей коллоидпых частиц. В роли этих частиц могут выступать длинные, в значительной степени неспецифичные макромолекулы, связывающие молекулы воды и при подходящих значениях pH, концентрации соли и температуры объединяющиеся друг с другом с образованием коацер-ватных структур, по размерам напоминающих клетки. Смеси, в которых образуются коацерваты, легко получить в лаборатории, например смешивая разбавленные растворы желатины (белок) и гуммиарабика (полисахарид). Раствор остается прозрачным, если его не подкислять; при подкислешш же осаждаются частицы коацервата, т. е. для того, чтобы желатпиа и гуммиарабик вступили во
1 Перевод Вл. Орла.
взаимодействие и образовали структуры клеточных размеров, необходимо низкое значение pH. Коацерваты можно также получить из полиадениловой кислоты (полинуклеотида) и гистона (белка). Аналогичным образом взаимодействуют и многие другие полимерные молекулы, хотя в каждом конкретном случае для образования коацерва-тов требуются определенные внешние условия.
Модельные системы чрезвычайно полезны, поскольку они позволяют изучать протекание специфических синтетических и биохимических реакций в системах клеточных размеров, отделенных от внешней среды, в которых локальные условия могут сильно отличаться от условий внешней среды. Например, как показал Опарин, коацерваты, состоящие из рибонуклеиновой кислоты и гистона, при добавлении полинуклеотидфосфорилазы в присутствии адепозиидифосфата синтезируют полинуклеотид — полиадеииловую кислоту. Этот процесс идет и без коа-церватов, но существенно то, что в присутствии достаточного количества гистона коацерваты увеличиваются в объеме и, возможно, механическим путем делятся надвое. Коацерваты другого типа, включающие добавленный хлорофилл, переносят электроны с красителя-донора на краситель-акцептор, моделируя один из этапов фотосинтеза.
В модельных коацерватных системах используются полимеры биологического происхождения: белки, нуклеиновые кислоты ц полисахариды. Для экстраполяции к условиям еще безжизненного «маленького теплого водоема» необходимо накопление случайно образовавшихся полимеров, способных объединяться в подобные структуры. Среди множества коацерватов, состоящих из хаотически синтезированных полимеров, те, которые были способны медленно синтезировать дополнительные количества сходных полимеров, могли расти и подвергаться отбору длительное время. В конце концов последовательные этапы отбора могли привести к развитию обмена веществ и наследственности.
Хотя зта модель исключительно полезна, мне кажется, что она неверна. Для приготовления коацерватов в лаборатории требуются очень высокие концентрации полимеров. Но в первобытных водоемах присутствовал весьма разбавленный бульон, содержащий небольшие органические соединения. Следовательно, для того чтобы низкомо-
лекулярные предшественники реагировали, образуя полимеры, они должны были преодолеть первый концентрационный разрыв.
