Происхождение предбиологических систем - Опарин А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Сравним структуру соединений такого типа со структурой полисахаридов биологического происхождения.. Для функционирования последних важны характер связей и последовательность мономеров в молекуле. Например, среди полисахаридов клеточных мембран преобладают линейные молекулы. Все вообще полисаха-
риды биологического происхождения характеризуются высокоспецифичным расположением связей и последовательностью мономеров; эта упорядоченность лежит в основе их функций (ср. последовательность мономеров в антигенных детерминантах олигосахаридов). Мы знаем, что такая специфическая структура полисахаридов возникает под действием ферментов; это действие в свою очередь определяется генетической информацией, сложившейся в процессе эволюции данного вида и передаваемой нуклеиновыми кислотами в процессе воспроизведения.
Проводя сополимеризацию смесей 2',3'-фосфатов различных нуклеозидов под действием дифенилхлорфосфата, Майкелсон [9] обнаружил соответствующие сополимеры, характеризующиеся случайным распределением нуклеотидов. Лишь осторожная сополи-меризация олигонуклеотидов с защищенными связями, при которой не разрываются предсуществующие фосфодиэфирные связи, приводит к возникновению повторяющейся последовательности оснований [9]. Так, например, после циклизации концевого фосфата из динуклеотида аденилил-3',5'-уридин-3'-фосфата получаются олигонуклеотиды с определенным расположением чередующихся остатков адениловой и уридиловой кислот [9]. При действии дици-клогексилкарбодиимида удалось получить ряд олигонуклеотидов с определенной последовательностью оснований [6]. Для этого пришлось тщательно подбирать как олигонуклеотиды, так и условия реакции. Такая химическая реакция аналогична ступенчатой или контролируемой полимеризации производных аминокислот, впервые осуществленной в лаборатории Фишера; в настоящее время ею активно занимаются в институте Вейцмана и в ряде других лабораторий.
Я считаю, что при всех таких реакциях, будь то беспорядочная полимеризация, наступающая в результате поликонденсации сахаров (с участием фосфора или фосфорной кислоты, служивших катализаторами в отсутствие воды [3], или с участием раствора пяти-окиси фосфора в эфире [24]), или же химически направленная, селективная полимеризация, в результате которой возникает упорядоченная последовательность, продукт содержит только ту «информацию», которая была вложена в него физико-химическими параметрами [11].
В подобных химических экспериментах мы вызываем только беспорядочную или регулируемую перегруппировку межатомных связей, характер которой определяется реакционной способностью атомов или функциональных групп; на последнюю в свою очередь влияет уровень энергии активации и наличие или отсутствие соответствующего катализатора. Продукты реакции представляют собой или неупорядоченные смеси, или закономерно повторяющиеся структуры; частоту появления и тип (структуру) их компонентов
(в том числе последовательность мономеров) можно предсказать исходя из теории вероятностей и из данных химического характера. Подобные эксперименты — это всего лишь упражнения по органической химии, не более. Они могут оказаться полезными при решении вопроса о том, как необходимые для жизни вещества в виде различных молекул и полимеров накапливаются в организме. Однако я считаю неубедительным мотивировать необходимость проведения таких экспериментов тем, что они имеют отношение к возникновению жизненных процессов вследствие наличия целого ряда сходных явлений.
Для современных живых систем характерна чрезвычайно сложная упорядоченность (обусловленная специфической информацией, заключенной в специфической структуре макромолекул), пространственно-временная координация (пока еще очень плохо изученная) и регуляционные процессы. Но способны ли процессы полимеризации, упорядочиваемые или регулируемые чем-то (например, поверхностным катализом), привести в конечном счете к появлению подобных систем?
Можно, конечно, предположить, что линейный порядок возникает в природных условиях на макромолекулярном уровне, например в результате процессов, до некоторой степени аналогичных стереоспецифической сополимеризации [17]. Однако следует учитывать, что упорядоченность в блок-сополимерах с их регулярно повторяющимися короткими последовательностями или структурами больше походит на упорядоченность расположения атомов в кристаллах, чем на сложный «порядок», служащий информацией для самовоспроизводящихся систем. Далее, линейная полимеризация отлична от существующего в природе пути воспроизведения живых организмов (на молекулярном уровне). Для механизма биологического воспроизведения характерно матричное, параллельное копирование информации.
Работа Тьюринга сделала возможной разработку простых механических моделей вычислительных машин последовательного действия и эквивалентных математических моделей двоичных регистров сдвига с обратной связью, генерирующих определенную последовательность символов, повторяющуюся с данным периодом. Такие модели предлагали использовать [20] для одного из возможных объяснений возникновения в природе макромолекул с высокой степенью упорядоченности. Однако как механические модели, так и вычислительные машины должны работать согласно некоторой системе команд, и для создания упорядоченной последовательности в них следует ввести некоторое количество информации. Получившийся порядок — это не что иное, как порядок, который может обусловливаться информацией, внутренне присущей системе, например молекулярным свойствам мономеров [12].
