Происхождение жизни: маленький теплый водоем - Фолсом К.
Скачать (прямая ссылка):
Чтобы образовались коацерваты, появившиеся в разбавленном растворе, полимеры должны были преодолеть второй концентрационный разрыв. Наконец, сами коацерваты должны были осуществлять дальнейший синтез в очень разбавленном растворе. Ниже мы еще много раз будем сталкиваться с проблемой преодоления концентрационного разрыва.
Теоретически можно найти способы обойти проблему концентрационного разрыва, но они представляются скорее пожеланиями, нежели правдоподобной реальностью. Например, вполне вероятно, что многочисленные неглубокие водоемы, разбросанные между крупными вулканами, интенсивно испарялись. При этом удалялась вода и летучие органические соединения типа формальдегида и синильной кислоты и образовывался действительно более концентрированный бульон. Иногда в водоемах до следующего дождя оставались только влажная глина и ил. Несомненно, это и могло, и должно было происходить, но этот процесс еще не проанализирован достаточно подробно.
В водоемах присутствовали также соли, типа хлористого натрия. Хотя в первобытных водоемах содержалось гораздо меньше солей, чем в современном океане, количество их молекул все же далеко превосходило количество молекул органических веществ. Учитывая, что в ходе испарения концентрируются и те, и другие, проведем грубую оценку. Концентрация солей в водоеме могла быть приблизительно 1,5 г/л (10% концентрации солей в современных океанах), а общая концентрация двадцати аминокислот могла быть около 2 • 10-4 г/л. Итак, отношение количеств молекул соли и аминокислот было приблизительно 10 ООО : 1. Помня, что мы должны прийти к синтезу нерегулярных молекул белка, представим себе случайные столкновения молекул аминокислот друг с другом. Трудность состоит в том, что молекула аминокислоты будет сталкиваться с молекулами соли в 10 000 раз чаще, чем с молекулами другой аминокислоты! В данном примере не учитывается также тот факт, что аминокислоты — ре единственное подмножество общего набора нелетучих
органических соединений в высыхающем водоеме. Следовательно, аминокислоты могли сталкиваться и реагировать с другими молекулами органических соединений и с молекулами солей значительно чаще, чем с молекулами других аминокислот. К тому же по мере испарения под действием ультрафиолетового излучения Солнца быстро разрушалось все, что бы ни сконцентрировалось. В особых условиях, в лаборатории, концентрирование действительно происходит, но образование коацерватов в реальном мире — совсем другое дело.
Для модели протоклеток, выдвинутой Фоксом, также характерны практические затруднения, связанные с преодолением концентрационного разрыва. Как и модель Опарина, модель Фокса изучалась весьма тщательно, она вполне этого заслуживает. Если смесь аминокислот нагреть и затем перенести в воду, то из нее можно выделить полимеры, названные Фоксом протеиноидами. Про-теиноиды представляют собой белковоподобные молекулы со случайной последовательностью аминокислот, которые образуются с отщеплением одной молекулы воды на каждую пептидную связь. Растворы протеиноидов при охлаждении мутнеют. Когда их рассматривали в микроскоп, обнаружили сферы диаметром около 10 мкм, напоминающие клетки, каждая из которых имеет толстую, как скорлупа, протеиноидную мембрану. Иногда были заметны образования, похожие на почки, а также сдвоенные частицы (рис. 7.1).
Протепноид, который легко получить в лаборатории, является беспорядочной смесью довольно крупных полимеров, большей частью полипептидов. Он подвергается частичному расщеплению под действием ферментов, расщепляющих белки биологического происхождения.
Фокс и его сотрудники показали, что такие протеинои-ды, имеющие нерегулярную структуру, обладают широким набором незначительных каталитических активностей. Они предполагают, что аминокислоты концентрировались в испаряющихся водоемах и затем под действием тепла лавовых потоков или в ходе высушивания иод действием солнечных лучей полпмеризовались. После дождя протеи-1ЮПДЫ претерпевали самосборку в микросферы. Микросферы представляют собой популяцию протоклеток, подвергавшихся отбору в соответствии с их каталитическими
И
О
О
о
г>
о
Рис. 7.1. Протеиноидные микросферы, синтезированные д-ром Янгом. Смесь сухих аминокислот конденсируется под действием тепла или конденсирующих агентов с образованием иротеииоидов. Охлаждение суспензии протеиноида в воде приводит к появлению микросфер.
активностями, необходимыми для первичного метаболизма.
Протешюидные микросферы легко приготовить, и это делается во многих школьных лабораториях. Необходимо всего лишь иагреть кусок лавы на газовой горелке, бросить на горячую лаву ложку сухих L- или D-аминокислот и смыть с лавы полученные протеиноиды чашкой воды.
Центральным остается вопрос: откуда в реальном до-биологическом мире взялись чистые, сухие, концентрированные и оптически активные аминокислоты? Второй вопрос касается природы пограничных слоев в протеиноид-ных микросферах. Клетки имеют липопротеидную мембрану, тонкую, как паутинка, через которую путем диффузии могут медленно проникать различные малые молекулы. Протеипоидные микросферы ограничены толстыми, грубыми наслоениями частично гидрофобных белков. Эти наслоения настолько толсты, что напоминают скорее почти непроницаемые клеточные стенки или оболочки спор, чем клеточные мембраны.
