Происхождение жизни - Поннамперума С.
Скачать (прямая ссылка):
не похожи на современные полимеры. Они могли состоять всего из нескольких мономеров.
Предпринимались попытки синтезировать нуклеино-ные кислоты неферментативным путем. Необходимым условием для этого, как предполагалось, являются высокоэнергетические фосфаты. С их помощью при умеренных температурах удалось получить полинуклеотиды. Эксперимент проводили с уридином, причем этот нуклеозид, нагретый в присутствии фосфатов, образовывал цепочки из двух, трех, а возможно, и четырех нуклеотидов; это открывает возможность дальнейших многообещающих исследований. Некоторые из реакций проводились при температурах 150—160°С, но полимеризация происходила даже при Температуре около 65°С. В подобных экспериментах с использованием тепла при моделировании безводных условий обычно применялись ортофосфаты. Было показано, что механизм фосфорилирования может быть обусловлен образованием линейных фосфатов. При нагревании ортофосфаты превращаются в полифосфаты, которые и ответственны за синтез макромолекул.
Исследуя пути простого синтеза полипептидов и поли-нуклеотидов, мы ищем механизм, с помощью которого в первичном океане могла осуществляться взаимосвязь между аминокислотами и нуклеотидами. Сегодня мы знаем, что связь между нуклеиновой кислотой и белком является основополагающей и что происходят процессы переноса информации с молекулы нуклеиновой кислоты на молекулу белка. Взаимодействие между отдельными компонентами или полимерами могло существовать на очень ранней стадии химической эволюции. Изучение этого взаимодействия должно помочь нам понять происхождение генетического кода, что, по мнению некоторых биохимиков, является синонимом происхождения жизни.
Протоклетки
8
Клетка является основной единицей жизни. Одноклеточные организмы занимают видное место в основании эволюционного древа. Хотя биохимически феномены роста и репликации, связанные с жизненными процессами, могут быть выражены на макромолекулярном уровне, однако в настоящее время центральным объектом биологии больше принято считать клетку. Поэтому важцо знать, существовали ли уже в предбиологическую эпоху некоторые зачаточные формы, которые впоследствии эволюционировали в структурные единицы животной и растительной жизни. Чтобы проиллюстрировать возможность возникновения первых клеток в малоизученный период перехода от химии к биологии, обратимся к нескольким моделям.
Основной моделью служат здесь коацерваты — мельчайшие коллоидальные частицы-капли, обладающие осмотическими свойствами. Их название происходит от латинского соасегуаге, что значит собираться или группироваться вместе. Возможность образования такой высокомолекулярной системы из разбавленной жидкой среды установил при исследовании коллоидных растворов датский химик Бунгенберг де Ионг. Опарин применил его представления к органическим молекулам в связи с химической эволюцией. Соответствие коацерватной модели реально существовавшим предбиологическим системам следует из того факта, что коацерваты легко образуются в необычно слабых растворах. Вследствие взаимодействия противоположных электрических зарядов происходит агрегация молекул. Мелкие сферические частицы возникают потому, что молекулы воды создают вокруг образовавшегося агрегата поверхность раздела. Внутри систе-
89
мы молекулы также взаимодействуют друг с другом, что приводит к дальнейшему росту капель. Получение коа-цервата является методом, который обеспечивает не только образование в определенных местах индивидуальных частиц, отделенных поверхностью раздела от внешней среды, но и взаимодействие молекул, находящихся внутри возникших структур с окружающей средой. Благодаря проницаемости стенок происходит селективное проникновение молекул из окружающей среды внутрь системы и обратно. Образование поверхности раздела позволяет отдельным частицам приобретать очень высокую степень специфичности. В идеальных условиях это может быть самопроизвольным процессом.
Опарин и его сотрудники получили коацерватные капли из большого количества различных биологических веществ. По всей вероятности, наибольшее значение имеют их опыты, связанные с действием ферментов внутри таких «протоклеток». В ряде случаев было показано, что ферментативные реакции происходят внутри или на стенках коацерватов. В настоящее время мы еще не обладаем достаточной информацией, чтобы решить, шло ли образование первых клеток по пути создания коацерватов или нет. Однако изменчивость структур коацерватов, легкость их возникновения и способность концентрироваться в слабых растворах, возможно, позволили им играть исключительную роль в период доклеточной эволюции.
ПЕРВЫЕ КЛЕТКИ?
По мнению Фокса, возможным путем возникновения на Земле первых клеток было образование микросфер. Последние представляют собой маленькие твердые шарики, полученные из протеиноидов — полимеров, которые в свою очередь были синтезированы при нагревании аминокислот до 180°С. Такие полимеры растворяются в кипящей воде и при охлаждении образуют большое число мельчайших шариков: на 1 мг протеиноида создается не менее 100 млн. микросфер, каждая не более 2 мкм в диаметре. По форме и размерам эти микросферы часто сравнивают с бактериями. После промывки микросфер в солевом растворе можно заметить, что их внешние стенки, по-видимому, состоят из двух слоев. В ряде случаев об-
