Происхождение предбиологических систем - Опарин А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Опыты по термическому синтезу полиаминокислот показали, каким образом неживые системы могут дать начало белковопо-
добным полимерам. Ведь эти полимеры настолько сходны с белком, что способны образовывать протоклеточные и доклеточные системы [4], пригодные для дальнейшего использования при изучении процессов, протекающих в природе.
В своих попытках создать модели доклеточной организации мы ограничили исследование лишь теми процессами, которые, с нашей точки зрения, могли возникнуть естественным путем в абиотических условиях. Вначале наши интересы сосредоточивались на термической полимеризации аминокислот, ведущей к синтезу белков; однако затем центр тяжести наших исследований был перенесен на модель примитивного, или первичного, белка. Действительно, протеиноиды представляют собой сополимеры, образованные 18 или даже меньшим числом видов аминокислот, характерных для белка, причем метод получения этих сополимеров предельно прост. Некоторым этот метод получения белковоподобных веществ, к тому же обладающих в какой-то мере регулярной последовательностью, может показаться кощунственным, поскольку он включает в себя такой варварский прием, как нагревание. Однако следует признать, что условия получения протеиноида соответствуют тем, в которых могли возникнуть подобные образования.
Существует много различных путей возникновения аминокислот.
Из таких «термических» полимеров можно очень просто создать модель доклеточной организации. Здесь еще раз уместно подчеркнуть, что современные клетки очень сложны и поэтому не поддаются грубому моделированию. Однако с точки зрения эволюционной теории простое предшествует сложному; поэтому и простейшие модели заслуживают внимания. Создание сложных моделей в лабораторных экспериментах достигается лишь постепенно, подобно тому как постепенно сложное возникает из простого в природе. Моррисон [13] в своих рассуждениях придерживается именно такого взгляда.
Отрешившись от изменчивой и многоликой сложности, которая нас окружает, мы обратились к изучению простых систем в примитивных условиях. Это эволюционный подход, предусматривающий постепенное эмпирическое продвижение от простого к сложному.
Наши опыты отличаются от других известных мне опытов с клеточными моделями тем, что мы используем вещество, не содержащееся в современных клетках; однако оно образуется из материала, наличие которого в предбиологических условиях весьма вероятно. Это обстоятельство является решающим при попытках воспроизвести предбиологические системы.
Опыты проводились следующим образом. Смесь сухих аминокислот, содержащая достаточные количества аспарагиновой и глу-
таминовой кислот, помещали в углубление, сделанное в куске лавы, отобранной из пласта, залегающего в районе Капохо (остров Гавайи). Этот реакционный сосуд (т. е. кусок лавы) помещали в печь и в течение нескольких часов нагревали при температуре 170°. Порошок после этого превращался в светлую жидкость янтарного цвета, такую вязкую, что она не растекалась. Затем лаву и полимер заливали горячим 1%-ным раствором NaCl. Жидкость становилась слегка мутной от образовавшихся в ней в большом количестве микросфер. В других экспериментах в качестве искусственного дождя использовали воду. Результаты представлены в работе д-ра Янга (см. фиг. 1, 2, 3 и б, стр. 354, 355, 357).
Исследуемые нами частицы сходны с некоторыми типами структур, встречающихся в метеоритах. Условия, создающиеся в метеоритах, содержащих углеродистые вещества и некоторое количество воды при наличии температурного градиента [12], оказываются, по-видимому, еще более благоприятными для возникновения этих частиц, чем использованная нами лава.
Протекание полимеризации на кусочке лавы подкрепляет представление о том, что эта реакция может происходить в самых разнообразных условиях. Аминокислоты не могут существовать в свободном состоянии; наши опыты показали, что, как только они образуются при повышенной температуре, они немедленно вступают в реакцию конденсации [4]. «Термические» полиаминокислоты очень быстро вымываются с места синтеза, так что не успевают разрушиться.
Сейчас уже ясно, что аминокислоты, их добелковые полимеры и производные этих полимеров способны образовываться в течение продолжительного времени в одном и том же месте, причем осуществлению этого предбиологического процесса способствует ряд простых факторов. Книга Булларда [2] о вулканах подкрепляет идею о широком распространении таких центров образования на поверхности Земли.
Протеиноиды были получены в сотнях разнообразных опытов при строго контролируемых лабораторных условиях. Точно так же в контролируемых условиях нам удавалось получить микросферы. Мы получали эти микрочастицы путем растворения приблизительно 15 мг протеиноида в 2,5 мл горячей воды или в горячем солевом растворе; полученной прозрачной жидкости давали остывать в течение нескольких минут. В ряде экспериментов использовался неочищенный протеиноид.
На фиг. 1 представлена микрофотография микросфер, приготовленных из очищенного препарата, отцентрифугированных и отмытых. Частицы имеют около 2 мк в диаметре и по форме напоминают кокки. На этой фигуре видны микросферы двух обычно встречающихся размеров. Видны также нитчатые структуры, представ-
