Происхождение жизни: маленький теплый водоем - Фолсом К.
Скачать (прямая ссылка):
Пировиноградная Фермент 1 Фермент 2 Фермент 3
------— (а)------->- (б) ------>- Лей-
кислота .
— С08 Активи
рованное двухуглеродное соединение
цин.
Предположим теперь, что во внешней среде иссякает источник лейцина, требующегося для синтеза белка.
Клетки, которые содержат белки, способные модифицировать все еще доступное соединение (б), будут отбираться с большей эффективностью. Аналогично при истощении соединения (б) будут отобраны те клетки, которые способны модифицировать (а) в (б) и затем (б) в лейцин. Подобная схема эволюции характерна для всей сложной сети биохимических реакций клетки; она подчиняется требованиям развития общности экологических трофических уровней на основе общего набора малых органических соединений.
Все биологические системы используют одинаковые пути биохимических превращений — одинаковые пути метаболизма сахаров, синтеза аминокислот, синтеза и распада жиров и т. д. Для общности трофических уровней в экологии требуется только общий набор малых молекул и, по-видимому, не требуется универсальности метаболических путей. Существующую универсальность метаболических путей можно объяснить двояко. Согласно первому объяснению, все современные живые существа являются потомками единой исходной популяции. Мы отвергаем это объяснение, поскольку для объяснения желаемого результата в нем используется историческая случайность. Другое объяснение состоит в том, что каждый метаболический путь в современных биохимических процессах является результатом эволюции в направлении максимального использования единственно пригодных молекул. Сейчас это объяснение основано на том убеждении, что во Вселенной существует порядок. У нас нет другого способа проверить принцип использования единственно пригодных молекул, кроме изучения жизни, имеющей независимое происхождение, а это недоступно.
По мере эволюции метаболических путей со все возрастающей скоростью возникают новые экологические ниши. Наряду с другими формами метаболизма возникают гетеротрофные системы — те, которые используют в качестве источников химической потенциальной энергии органические соединения.
Солнце является поставщиком энергии, но вместе с тем его ультрафиолетовое излучение повреждает клетки, так как под действием этого излучения может нарушаться структура белков и нуклеиновых кислот. Порфирины, роль которых мы обсуждали ранее, поглощают и ультра-
фиолетовое излучение, и видимый свет. В водоемах на глубине нескольких метров большая часть ультрафиолета поглощается водой, тогда как видимый свет поглощается незначительно. Можно представить себе интенсивный отбор организмов, проходивший в тот ранний период в отношении использования видимого солнечного света. Для такого отбора существенным было наличие в организме хлорофилла (порфирина) и ферментной транспортной системы электронов.
Как только появились фотосинтезирующие клетки, использующие видимый свет, в качестве побочного продукта фотосинтеза в атмосферу стал высвобождаться молекулярный кислород. Со временем биологическая продукция кислорода определила его расходование в геологических циклах. Озоновый экран, не пропускающий ультрафиолетовое излучение, появился в верхних слоях атмосферы Земли около 2250 млн. лет назад. С тех пор и примерно до 600 млн. лет назад уровень кислорода в атмосфере постепенно возрастал до его современного значения — 20% (по объему). Когда это произошло, появились новые экологические ниши, а при концентрации свободного кислорода, превышающей 3%, стало возможным его использование в качестве высокоэффективного акцептора электронов в аэробном метаболизме.
Все эти и многие другие события могут происходить после появления в протоклетке генетического аппарата и системы синтеза белка, обусловливающих существование клеточных популяций, для которых возможен естественный отбор. Как только появляется клетка, обладающая этими двумя признаками, возникновение жизии уже це проблема.
глава 12 Перспективы
' Первый след человека на Луне. (С любезного разрешения ПАСА.)
...в конце пути наших поисков мы придем туда, откуда мы начали, и впервые узнаем это место.
Т. Элиот
В этом очерке о происхождении жизни многое осталось допущением, а еще больше вовсе не было затронуто. Отчасти это было сделано для того, чтобы не упустить из вида центральные проблемы, отчасти для того, чтобы я мог изложить свою точку зрения, а не просто дать обзор взглядов других исследователей, подробно рассмотренных в многочисленных книгах. К настоящему времени в области происхождения жизни остался целый ряд слабых мест и вопросов, которые требуют пересмотра или подкрепления фактами.
Хорошо известно, что многие малые органические молекулы обладают оптической активпостью. Оптически активные молекулы являются зеркальными отображениями друг друга, подобно левой и правой руке (рис. 12.1). Когда аминокислоты синтезируются небиологическим путем, образуются равные количества обоих энантиомеров (зеркально-симметричных форм) каждой аминокислоты. Так, экспериментируя с искровым разрядом или выделяя аминокислоты из метеорита, мы находим равные количества L-валина и D-валина, L-лейцина и D-лейцина и т. д. (Обозначения L и D отпосятся к оптическим свойствам чистых форм энантиомеров.)
