Происхождение предбиологических систем - Опарин А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Если согласиться с тем, что восстановительная атмосфера на стадии 1 была относительно прозрачной для средней ультрафиолетовой области спектра, то можно перейти к расчетам величины светового потока, достигавшего Земли. Исходя из хорошо разработанных в настоящее время моделей эволюции Солнца, можно рассчитать, что 4-109 лет назад поток фотонов в области длин волн 2400— 2900 А, попадающий в верхние слои атмосферы Земли, составлял 7-1011 фотонов 1см2-сек [11]. При такой интенсивности облучения средняя продолжительность летального облучения для большинства современных организмов составляет 1 сек. Время же, в течение которого достигается максимальная частота мутаций, и того меньше.
Отсюда следует, что даже если ультрафиолетовые лучи с этой длиной волны частично задерживались атмосферой Земли, все же механизмы защиты от них должны были возникнуть в первую очередь. Нельзя было игнорировать этот поток; нужно было или приспособиться к нему, или ускользнуть от него. По-видимому, фотореактивация и другие современные приспособительные механизмы как раз и представляют собой рудиментарные остатки механизмов, возникших в процессе приспособления к облучению. Единственным
способом избежать облучения было погружение на несколько метров в глубь океана. При этом достигалось снижение интенсивности ультрафиолетового излучения до допустимого уровня. Если же в океане присутствовали органические вещества, способные поглощать ультрафиолет, то уже небольшая глубина могла служить защитой от этого излучения.
В условиях примитивной среды ультрафиолетовое излучение было основным источником энергии, необходимой для процессов-органического синтеза, и потому среди химических веществ первичного океана, по-видимому, преобладали продукты фотохимических реакций, идущих при участии ультрафиолета. Зная величину потока ультрафиолетовых лучей, а также квантовый выход данной фотохимической реакции, можно рассчитать, сколько образуется молекул в цилиндрическом объеме с площадью сечения 1 см2 за любой отрезок времени. Согласно данным Грота и фон Вайсенхо-фа [2], при синтезе оксикислот и аминокислот под действием ультрафиолета квантовый выход составляет приблизительно 10~5. Используя эту величину, я подсчитал, что за 109 лет может образоваться так много органических веществ, что если растворить их в современном океане, то получится 1%-ный раствор органического вещества. Таким образом, мы получаем некоторое представление о концентрациях, которые целесообразно применять в соответствующих модельных опытах. Однако, как я уже упоминал ранее, следует учитывать, что ультрафиолет не только способствует синтезу, но вызывает также распад молекул. Диссоциации под действием ультрафиолета отчасти препятствовал процесс, происходивший в верхних слоях атмосферы и состоящий в том, что более тяжелые молекулы опускались вниз и, таким образом, попадали в оптически, более плотные слои атмосферы.
По всей вероятности, в первичном океане было гораздо меньше воды, чем в современном; количество воды постепенно увеличивалось за счет аккреции и выделения из недр. Но постепенно росли и континенты. Поскольку относительные скорости этих двух процессов нам не известны, трудно установить первоначальное соотношение суша/вода.
Исходя из всех этих предпосылок, я хотел бы предложить вашему вниманию гипотетическую схему предбиологической эволюции. В дальнейшем я выскажу о ней несколько критических замечаний. Несмотря на недостатки, эта схема, мне кажется, все же имеет некоторую ценность, заключающуюся в ее наглядности. Во всяком случае, она составлена таким образом, что события естественно' вытекают одно из другого, и их последовательность приводит к возникновению живых систем.
Как впервые показали Миллер, Оро и Поннамперума, под действием различных видов энергии из компонентов примитивной
атмосферы — метана, аммиака, водорода и воды — сначала образуются газообразные промежуточные продукты (цианиды, альдегиды и углеводороды), а затем вещества, представляющие биологический интерес, и среди них пурины, пиримидины, рибоза и 2-дез-оксирибоза. Д-р Оро уже говорил, а д-р Поннамперума еще будет говорить об этом. Можно допустить, что эти вещества присутствовали в определенной концентрации в первичном океане. Должны были присутствовать в нем также и соединения фосфора, хотя пока неизвестно, в какой форме и в каких количествах.
Здесь уместно подчеркнуть, что не все виды энергии равноценны. Так, облучение смеси метана, аммиака, водорода и воды ультрафиолетом приведет к иным результатам, чем нагревание этой смеси или облучение ее а-частицами или электронами с большими энергиями. Причина в том, что пурины и пиримидины интенсивно поглощают в области 2600 А; следовательно, облучение ультрафиолетом с такой длиной волны вызовет реакции, связанные преимущественно с пуринами и пиримидинами. Этого не произойдет при использовании других видов энергии. В условиях термодинамического равновесия существует отличная от нуля вероятность образования молекулы органического вещества из метана, аммиака, воды и водорода. При использовании тепловой энергии в условиях, когда избирательного удаления продуктов реакции не происходит, должно получиться хорошее приближение к термодинамически равновесному содержанию молекул исследуемых органических веществ. Под действием же ультрафиолета образуется смесь, значительно отличающаяся от термодинамически равновесной.
