Происхождение предбиологических систем - Опарин А.И.
Скачать (прямая ссылка):
каплях могла возникать устойчивость, характерная для клеток. Однако, насколько мне известно, коацерватные капли в отличие от клеток, как правило, крайне неустойчивы. Коацерваты способны, например, разрушаться при центрифугировании в обычной центрифуге, применяемой для анализов в клинике.
Я хочу подчеркнуть, что, хотя мы не отвергаем предложенный проф. Опариным подход к созданию более устойчивой модели, чем коацерватная капля, мы тем не менее считаем, что есть и другая возможность для исследований — это система, которую мы с д-ром Янгом хотим представить на ваше обсуждение.
О п а р и н. Я бы хотел добавить, что в своих опытах мы использовали также протеиноиды, любезно предоставленные нам д-ром Фоксом. У нас получились весьма интересные результаты, однако нам не хватило материала. Я надеюсь, что мы сможем получить для работы еще некоторое количество протеиноидов.
Фокс. Конечно.
МОРФОЛОГИЯ и ХИМИЯ ПРОТЕИНОИДНЫХ МИКРОСФЕР
р. я н г
Exobiology Division, National Aeronautics and Space Administration, Ames Research Center, Moffett Field, California
В настоящее время удалось показать в лаборатории, каким образом возникают химические процессы, приводящие к появлению живых систем. Становится все более очевидным тот факт, что примитивная восстановительная атмосфера состояла из метана, аммиака и воды, которые под воздействием разнообразных форм энергии (ультрафиолетовые лучи, нагревание, электрические разряды, ионизирующее излучение и т. д.) давали начало ряду органических соединений. Многие из таких соединений (например, аминокислоты, пурины, пиримидины) являются биологически важными, поскольку они представляют собой основные компоненты органелл живых клеток (клеточных стенок, протоплазмы, ядерного вещества). Как показали недавние исследования, при наличии соответствующего источника энергии из этих органических соединений возникают более сложные молекулы белковоподобных соединений или компонентов нуклеиновых кислот [2, 4, 7, 8].
Таким образом, ясно, что на каком-то этапе химической эволюции первичной планеты в океане возникли все необходимые компоненты для синтеза живых единиц. Начальные этапы синтеза многих биологически важных молекул еще до сих пор не воспроизведены, однако можно надеяться, что эти этапы удастся экспериментально воссоздать в недалеком будущем.
В наших знаниях имеется существенный пробел. Мы не знаем, что происходило в период между эпохой первичного океана, в котором были растворены отдельные химические вещества, и тем временем, когда возникла первая клетка, обладающая способностью к репликации и мутированию, а также обменом веществ; поэтому я хотел бы высказать ряд предположений с целью попытаться хотя бы частично восполнить этот пробел.
Многие современные ученые полагают, что «началом» жизни была молекула нуклеиновой кислоты или нуклеопротеида. Нуклеиновые кислоты служат матрицами для клеточных синтезов. По данным Корнберга [5] и других авторов, ДНК при определенных условиях способна удваиваться и за пределами клетки. Однако такое
удвоение возможно только в присутствии в инкубационной среде различных сложных компонентов клетки; даже если допустить, что первичная нуклеиновая кислота была значительно проще, то все равно трудно себе представить, что первичный океан мог содержать все эти компоненты и служить подходящей средой для такой реплицирующейся системы. Более вероятно, что первичная реплицирующаяся система была окружена особой средой, в которой находились необходимые соединения и из которой удалялись вещества, препятствующие процессу репликации. В современных клетках функцию создания такой среды несут клеточные мембраны, представляющие собой избирательно проницаемый барьер, состоящий из белка и липида. Благодаря мембране в клетке создаются условия, необходимые для осуществления обмена веществ и воспроизведения. Трудно себе представить живую единицу, пусть даже самую примитивную и простую, без такого рода приспособления.
Поэтому мы должны признать, что в первичном океане существовали некие специализированные единицы (быть может, белок и липид или только липид), создававшие для воспроизводящейся матрицы избирательную среду, накапливавшие молекулы, необходимые для процесса репликации, и удалявшие из среды другие молекулы.
Имеются некоторые эксперименты, позволяющие представить, каким образом все это могло происходить. Опарин [6] вслед за Бун-генберг де Йонгом показал, что при простом смешении растворов различных белков и других высокомолекулярных веществ образуются коацерватные капли. После образования белковых коацерва-тов в них начинает происходить миграция молекул, образуется поверхностный слой с изменяющейся структурой и механическими свойствами. Коацерваты часто имеют характерную внутреннюю структуру, заметно отличающуюся от структуры простых жидких капель. Согласно данным Опарина, эти коацерваты обладают высокой адсорбционной способностью по отношению к различным органическим веществам окружающей среды, причем эта адсорбция избирательна. Опарин полагает, что коацерваты являются наиболее вероятной формой организации многомолекулярных систем и что они создают основу для дальнейшей эволюции. Коацерват, по убеждению Опарина, является той примитивной единицей, которую можно рассматривать как избирательный барьер, за которым могла бы располагаться молекулярная система, способная к репликации. Однако структура коацерватов довольно нестабильна; кроме того, с помощью этой модели нельзя объяснить возникновение молекул большого молекулярного веса (в том числе белков), необходимых для образования самих коацерватов.
