Эволюция без отбора: Автоэволюция формы и функции - Лима-де-Фариа А.
ISBN 5-03-001929-4
Скачать (прямая ссылка):
7. Число возможных видов превращений ограничено. Разрешены только определенные структуры.
8. Эволюция химических элементов носит, по выражению некоторых физиков, черты «великолепной простоты». Их можно сформулировать так: а) происхождение от одной исходной модели; б) упорядоченность эволюционного процесса; в) ограниченность возможности превращений; г) образование лишь, небольшого числа видов атомов; д) простота механизма превращений.
Глава 7
Химический импринт
Становление химического импринта
Наиболее распространенными на поверхности Земли элементами являются кислород, кремний, алюминий и железо (соответственно 46,5, 28, 8 и 5%)- На долю кальция, натрия, калия, магния, титана и водорода приходится лишь несколько процентов (на долю водорода — 0,2%) (Pauling, 1947). Теоретически в состав живой материи могли бы входить 88 элементов (если исключить весьма редкие и искусственные). Однако в живых организмах найдено всего 68 из них. Основными элементами живой природы являются водород, углерод, азот и кислород; они составляют 96—99% веса мягких тканей. Обычно в живых организмах содержатся элементы с низким атомным весом; исключение составляет йод (атомный вес 127). По относительному содержанию (распространенности) элементов биологические ткани более сходны с космосом, чем с литосферой. Связано это с высоким содержанием воды в живых организмах. Водород входит в состав почти всех биохимических соединений, а углерод уникален в том отношении, что он образует большее число таких соединений, чем все прочие элементы вместе взятые (Asimov, 1962; Needham, 1965).
Уолд (Wald, 1954) считает, что преобладание определенных элементов в живых системах не случайно, но закономерно определяется свойствами атомов этих элементов. Участие относительно небольшого числа элементов в образовании первичных клеток явилось главным фактором, наложившим химический отпечаток на биологическую эволюцию.
Включение химических элементов в состав растений носит упорядоченный характер
Растения не в состоянии расти и развиваться в отсутствие многих элементов, извлекаемых из атмосферы, гидросферы и почвы. В эту группу входят 25 элементов; из них 19 считаются существенно необходимыми. Относительное содержание этих элементов в растениях и их распространенность в извержен-
ных породах литосферы существенно различаются. Это сопоставление показывает, что процесс усвоения элементов растениями упорядочен. Например, содержание самых обычных химических элементов литосферы — кремния, алюминия, железа—в растениях незначительно. С другой стороны, хлор и сера, которых в почве немного, в растениях представлены в более значительных количествах. Также весьма различно содержание в почве и в растительных клетках калия, кальция, магния, натрия и железа (Stalfelt, 1960).
Существенно необходимые растениям элементы находятся в начале периодической системы
Явная закономерность в усвоении химических элементов растениями подкрепляется н следующими наблюдениями. Все необходимые растениям элементы имеют небольшой атомный вес н расположены в начале периодической системы. Они входят в ряд, начинающийся >с углерода в центральной четвертой пругопе и до аргона. Этот ряд был назван «питательным», и выпадают из него только водород и молибден (Stalfelt, 1960). Таков еще один пример канализации развития клеточных структур, возникшей уже на уровне химических элементов.
В состав живых организмов входят только тридцать основных органических молекул
Именно это ограничение состава биологических структур (Morowitz, 1968; Schoffeniels, 1976) привело исследователей к представлению о биохимическом единстве жизни (Florkin, 1944; Florkin, Schoffeniels, 1976). Молекулы эти следующие:
20 L-аминокислот, пять азотистых оснований (урацил, тимин, цитозин, аденин и гуанин), два сахара (альфа-Ъ-глюкоза, аль-фа-О-рибоза), один азотсодержащий спирт — холин, 16-атомная насыщенная жирная кислота (пальмитиновая) и один трехатомный спирт — глицерол. Таково ограничение, изначально наложенное на развитие клеточной структуры.
Как эволюция растений создала новые химические условия,
повлиявшие на последующую эволюцию всех организмов
Обсуждая эволюцию фотосинтеза у бактерий и у высших растений, Бидуэлл (Bidwell, 1979) пришел к следующему заключению: «Растения каменноугольного периода истощили доступные им природные ресурсы С02, израсходовав их на рост и распространение с буйной расточительностью, и навечно загрязнили свою среду обитания отходами собственного метабо-
лизма (кислородом). Ни мировая экологическая среда, ни растительное царство так и не оправились от этого переворота!»-Согласно автору, кислород, вероятно, появился в земной атмосфере в виде добавки лишь недавно. Это означает, что «загрязнение» атмосферы кислородом в каменноугольный период, создало новый физико-химический фактор, направивший эволюцию по другим каналам. Атмосфера в каменноугольный период содержала предположительно 5% двуокиси углерода и-всего 5% кислорода. Повышение концентрации последнего до-
