Происхождение жизни: маленький теплый водоем - Фолсом К.
Скачать (прямая ссылка):
Бернал предположил, что ключевым моментом в образовании полимеров из небольших органических молекул является их адсорбция на глинистых минералах. Многие виды глин действительно весьма эффективно и избирательно адсорбируют аминокислоты, азотистые основания и сахара. В модели Бернала концентрационный разрыв преодолевается благодаря присутствию глин, повышающих локальные концентрации полимеров биологического типа со случайной последовательностью составляющих его мономеров. Предполагается, что на более поздней стадии эти полимеры самоорганизуются в протоклетки и популяция первичных протоклеток служит основой для отбора тех, которые обладают синтетической и метаболической активностью. Определенная сложность заключается в том, что вещества на глинах могут разрушаться под действием ультрафиолетового излучения. К тому же многие полимерные вещества адсорбируются гораздо сильнее, чем малые молекулы, и становятся недоступными для дальнейших превращений. Тем не менее механизм концентрирования на глинах остается полезным и заслуживает дальнейшего изучения.
Во всех вышеописанных моделях протоклеток остается нерешенной главная проблема преодоления концентрационного разрыва. В связи с этим возникает вопрос: нет ли альтернативных подходов? Я лично считаю, что есть, и ниже остановлюсь на одном из них, которому я отдаю предпочтение.
При воздействии энергии на смесь первичных газов образуются не только малые органические молекулы — неизменно обнаруживается также и полимерный матери-
Рис. 7.2. Органические микроструктуры, образовавшиеся под действием искрового разряда над поверхностью воды. Эти фотографии капли воды после 20 ч пропускания искры сделаны в фазово-кон-трастном микроскопе; Х900. Более крупные сферы имеют в диаметре около 20 мкм. Обратите внимание на обдлие более мелких, похожих на бактерии объектов и на обилие мелкого мембранного материала, заполняющего более крупные структуры. (С любезного разрешения лаборатории экзобиологии Гавайского университета.)
ал, в состав которого обычно входит почти весь углерод, участвовавший в реакции. Этот, в основном гидрофобный, материал не удается полностью охарактеризовать с химической точки зрения. В обычных экспериментах с электрическим разрядом оп выявляется в форме осадка (конденсата) на электродах и на стенках реакционного сосуда. Полимеры образуются также и тогда, когда электрическая искра проходит через смесь газов и достигает поверхности воды. В этом случае органический материал выпадает в виде тонкой маслянистой пленки на поверхности воды. При перемешивании или встряхивании пленка отделяется от поверхности и образуются сферулы размером от 1 до 20 мкм в диаметре, а также более сложные структуры. Новообразовавшиеся сферулы имеют тонкую гидрофобную мембрану, которая окружает другой мембраноподоб-
ный материал и часть водного раствора. Рис. 7.2 иллюстрирует сложпое строение этого полимерного материала, для которого характерны довольно высокие выходы.
Подобные органические микроструктуры, очевидно, являются результатом самосборки полимерного материала на поверхности воды. Завершив самосборку, они медленно опускаются на дно водоема. Но если регистрировать скорость образования этих структур путем простого подсчета под микроскопом их количества через различные промежутки времени после начала реакции в искровом разряде, наблюдается удивительная вещь: число микроструктур экспоненциально возрастает со временем. Это свидетельствует о том, что одна структура, по-видимому, служит центром для самосборки других. Такая же кинетика авто-каталитического роста наблюдается и в биологических популяциях растущих клеток. В последующих главах мы будем обсуждать и другие свойства органических микроструктур. Их существование приводит нас к следующему ключевому положению.
Протоклетки образовывались в первобытных водоемах из полимерного вещества одновременно с образованием органических соединений.
Итак, для образования протоклеток не требуются специальные концентрационные механизмы. Протоклетки в большом количестве находились в водоемах с самого начала, образуясь при воздействии энергии на первичные газы и пленку. После образования они опускаются на дно водоема, где оказываются защищенными от разрушительного действия сильного ультрафиолетового излучения.
Дают ли древнейшие горные породы какие-нибудь непосредственные доказательства существования протоклеток? Как можно отличить подобные структуры от остатков истинно биологических структур?
Для ответа на эти вопросы был разработан ряд методов. В одном из них осадочную породу растворяли в смеси плавиковой и соляной кислот. При этом минеральная основа растворялась, а неповрежденное органическое вещество высвобождалось, и его исследовали аатем под микроскопом. При изучении другим методом минералы разрезали на тонкие пластинки, полировали их и искали под микроскопом ископаемые клетки. Это утомительный труд:
Рис. 7.3. Органические микроструктуры, обнаруженные В. Наги в слюдистых метакварцитах из Исуа (Гренландия). Данные, полученные при их изучении, свидетельствуют об абиогенном синтезе этих структур. (С любезного разрешения д-ра Б. Наги.)
