Происхождение предбиологических систем - Опарин А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Вопрос о том, каким образом при помощи какого-то процесса типа молекулярного отбора могла бы возникнуть непрерывно действующая, самовоспроизводящаяся система с внутренней регуляцией, остается нерешенным [12J.
Б. ТЕРМОДИНАМИКА
При рассмотрении распределения вещества или энергии с привлечением вероятностных соображений всегда ожидают общего возрастания энтропии. Конечно, в отдельных случаях могут существовать системы с низкой энтропией, если этому состоянию соответствует наиболее низкая энергия, что определяется атомными и молекулярными параметрами; примером такой системы может служить кристалл. Кристаллизация приводит к образованию простых, весьма однородных, повторяющихся и устойчивых структур. Эти структуры не несут никакой функции и не являются продуктом какой-либо функции. Упорядоченность живых систем имеет совершенно иной характер: биологические структуры организуются под контролем биологических же единиц в условиях, при которых одни лишь молекулярные силы обычно не могут способствовать их образованию. Архитектура живых систем не сводится к простому повторению, она вовсе не проста и далеко не стабильна. Для процессов жизнедеятельности характерна непрерывность, а их сложная структурная упорядоченность обеспечивает возможность функционирования биологических структур. Биологические системы «избегают» состояний с наименьшей энергией независимо от того, характеризуются ли эти состояния упорядоченностью или разупоря-доченностью. Примером того, как биологические системы «избегают» состояния с малой энергией, при котором лишь атомные и молекулярные параметры должны были бы обусловить упорядоченность другого типа (кристаллическое состояние), служит следующий известный факт: для сохранения жизнеспособности переохлажденной клетки необходимо предотвратить кристаллизацию воды и других содержащихся в ней молекулярных компонентов. Можно получать кристаллы компонентов гомогената клеток, но кристаллы компонентов живой клетки получить нельзя.
Термодинамика необратимых процессов в открытых системах предсказывает, что при переходе системы в стационарное состояние скорость возрастания энтропии стремится к своей наименьшей величине [21]. Переход к стационарному состоянию можно считать аналогичным процессу роста [22]. Пригожин '[21 ] показал, что хотя энтропия такой системы может уменьшаться, в некоторых случаях она может и возрастать. Энтропия всегда должна была бы возрастать в изолированных системах, если бы не то обстоятельство, что такие системы не могут находиться в стационарном
неравновесном состоянии в течение длительного времени. Итак, хотя поведение живых организмов не противоречит термодинамике открытых систем, во всяком случае в отношении изменения энтропии [22], все же нужно еще объяснить, каким образом биологические объекты могут подчиняться тем же термодинамическим законам, что и необратимые процессы, т. е. почему в процессе роста энтропия всегда уменьшается, а с момента смерти организма она сразу же начинает увеличиваться.
В. ВНУТРЕННЯЯ РЕГУЛЯЦИЯ
Регуляция клеточных функций на молекулярном уровне, т. е. деятельность целого ряда молекул, координированная в пространстве и во времени, осуществляется информацией, каким-то образом генерируемой в самой клетке [26]. Сигналы (молекулы) могут поступать извне, хотя в некоторых случаях очень трудно себе представить, как это может происходить. Рассмотрим, например, наиболее ранний этап дифференцировки бластулы. Изучая вопрос о возникновении жизни, мы предполагаем, что вначале действовал какой-то вид внешней регуляции, а затем, начиная с какого-то момента, появился внутренний контроль, теперь извне поступают лишь сигналы.
Для того чтобы реакция шла в соответствии с законом действия масс, необходим непрерывный приток энергии и определенных веществ (молекул) и непрерывное удаление продуктов реакции. Предполагается, что в предбиологических системах такое управление потоком материи и энергии осуществляется извне, за счет случайных, редких совпадений, а самопроизвольно образующиеся границы раздела, мембраны капелек и т. д. отделяют внутреннюю фазу от наружной.
Ни предположение о физических ограничениях распределения-вещества в гелях (например, достижение лимитирующей концентрации или ограниченная диффузия через мембраны) [8], ни предположение об аллостерических конфигурационных изменениях ферментов, идущих параллельно с изменением их активности [10], не позволяют решить вопрос о происхождении регулируемого изнутри клетки процесса. Мне кажется, что хотя мембраны, лимитирующие концентрации в гелях, и тому подобные механизмы играют важную роль в регуляции молекулярных процессов в живых клетках, ими нельзя объяснить возникновение «молекулярного» типа регуляции клеточных процессов.
Здесь требуется ввести еще некоторое допущение. Внутри изолированной системы каким-то образом должна была развиться регуляция. По-видимому, именно это можно считать началом возникновения живой системы. Обычно полагают, что развитие такой
регуляции обеспечивается постепенно возникающими примитивными процессами типа отбора, протекающими на молекулярном уровне [5, 19]. Ниже я собираюсь обсудить семантическую путаницу, связанную с употреблением понятия «отбор» на молекулярном и биологическом уровнях. Я попытаюсь показать, что если принцип отбора действует в одном направлении, то отсюда нельзя делать вывода о его действии в другом направлении.
