Биохимическое предопределение - Кеньон Д.
Скачать (прямая ссылка):
сколько-нибудь приближающейся по размерам к современной Земле,
существовали газовая, жидкая и твердая фазы.
Из-за громадного избытка водорода в первичном веществе Земли и
соответственно высокого парциального давления Н2 в
44
ГЛАВА. I
примитивной атмосфере1 более легкие элементы соединялись с максимально
возможным количеством водорода (если принять, что постоянно
поддерживалось состояние термодинамического равновесия) и находились в
составе атмосферы формирующейся планеты в виде сильно восстановленных
газов, таких, как СН4, C2He, NH3 и Н20.
Основой гипотезы Холдейна — Опарина служит предположение, согласно
которому в процессе образования Земли и после того, как она окончательно
сформировалась, простые соединения углерода под воздействием тепла и
солнечной энергии превращались в разнообразные более сложные соединения.
Основной формой энергии, доступной для участия в химических превращениях
на первобытной Земле, было ультрафиолетовое излучение Солнца (так как
поглощающий ультрафиолетовое излучение озоновый экран в те времена еще не
существовал). Предполагают, что большинство органических реакций,
относившихся к самым ранним стадиям химической эволюции, протекало в
примитивной атмосфере. Простые восстановленные газы подвергались
воздействию непрерывного потока солнечного излучения. При этом они
претерпевали разнообразные превращения, в результате которых из них могли
образовываться и более сложные соединения, в том числе такие вещества,
входящие в состав современных организмов, как жирные кислоты,
аминокислоты, сахара, пурины и пирими-дины.
Эти нелетучие соединения диффундировали в первобытные моря, где
подвергались дальнейшим химическим превращениям, приводившим к
образованию, наряду с мириадами других веществ, также полипептидов и
полинуклеотидов. Таким образом, первобытные моря становились чем-то вроде
«жидкого органического бульона», в котором происходили многочисленные
химические реакции. Согласно гипотезе, сложность этого «бульона» медленно
возрастала, т. е. в нем происходила молекулярная эволюция.
Опарин постулировал, что после того, как в примитивной гидросфере
накопилось достаточно большое количество высокомолекулярных веществ (в
частности, полипептидов), в ней должно было происходить разделение фаз, в
результате чего образовывались так называемые коацерватные капельки —
небольшие (несколько микрон) органические включения, обладающие
коллоидными свойствами и различной осмотической активностью Ци36].
Согласно этой гипотезе, простые органические соединения предпочтительно
накапливались внутри этих капелек (гл. VI). В конце
1 Современные представления о различиях между «первичной» и «вторичной»
примитивной атмосферой, а также данные, подтверждающие эти представления,
изложены в гл. Ш, разд. 3.
ПРОБЛЕМА ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ
45
концов стали возникать системы сопряженных реакций. Опарин считает, что
между отдельными коацерватными системами имели место конкурентные
взаимоотношения, которые и являли собой нечто вроде примитивного
естественного отбора. При этом выживали и процветали коацерватные капли,
наиболее эффективно накапливавшие вещества, составлявшие их и,
следовательно, необходимые для их роста и последующего деления под
влиянием сил поверхностного натяжения.
Наконец, через миллионы (или сотни миллионов) лет такой конкурентной
борьбы возникали первичные популяции микроорганизмов, содержавших все
универсально распространенные биохимические системы реакций,
характеризующие современную жизнь. Эти популяции в процессе дарвиновской
эволюции дали начало всему современному органическому миру.
Новый подход
Хотя по очевидным теперь для читателя причинам возможности
экспериментального изучения процесса происхождения жизни весьма
ограниченны, тем не менее гипотеза Холдейна — Опарина позволяет
представить себе по крайней мере один тип экспериментов. Поскольку,
согласно этой гипотезе, жизнь на примитивной Земле возникла через
многочисленные промежуточные стадии, кажется разумным несколько
«принизить» цели наших экспериментов. Вместо того чтобы пытаться
эксперимент тальпо продемонстрировать процесс самопроизвольного
зарождения полностью сформированного микроорганизма из стерильного
органического вещества, можно сосредоточить свое внимание на какой-либо
одной конкретной стадии гипотетического процесса молекулярной эволюции.
Можно, например, изучать превращения простых восстановленных газов,
составлявших, по всей видимости, вторичную примитивную атмосферу, под
воздействием какого-либо определенного источника свободной энергии,
имевшегося, вероятно, на первобытной Земле. Такого рода эксперимент и был
поставлен в 1953 г. в Чикагском университете Миллером [38]1.
Совершенно очевидно, что одно из главных допущений при такого рода
экспериментальном подходе сводится к тому, что мы и в самом деле способны
более или менее строго моделировать в наших приборах условия,
существовавшие на поверхности первобытной Земли. Поскольку мы не можем
