Эволюция без отбора: Автоэволюция формы и функции - Лима-де-Фариа А.
ISBN 5-03-001929-4
Скачать (прямая ссылка):
Мзофункционализм и «минеральное» происхождение биологической функции
Без эволюции минералов не могло быть эволюции клеток
Следует выделить два момента в эволюции минералов, которые, как теперь ясно, можно считать необходимым связую-дцим звеном в передаче информации об изофункциональных процессах от минералов к биологическим структурам. Это, во-первых, роль поверхностей минералов в полимеризации моле-жул и, во-вторых, значение кристаллизации для воспроизведения.
Считают, что у поверхностей минералов концентрируются ¦органические вещества. Они адсорбируются на поверхности глин, что приводит к полимеризации и образованию стереоспе-цифичных соединений. Так, при адсорбции аминоацетонитрила на каолине происходит синтез глициновых полипептидов (Ака-bori, 1965). Синтез асимметричных молекул в первичных организмах объясняли присутствием дисимметрических минеральных кристаллов, которые инициировали асимметрический катализ (Beerstecher, 1964).
Воспроизведение — это биологический процесс копирования структуры, при котором атомы и молекулы располагаются в ряд вдоль идентичных им частиц. Во внутриклеточном копировании участвуют многие органеллы и различные химические реакции, но основные характеристики процесса обнаруживаются уже у минералов. Копирование ДНК по ДНК осуществляется с помощью белков, но расположение мононуклеотидов в позициях, необходимых для синтеза новой цепи ДНК, происходит без участия белков (Kornberg, 1980). Это такой же чисто физический процесс, как и размещение одинаковых атомов вдоль плоскостей кристалла. Еще Бернал (Bernal, 1965), подчеркивая сходство воспроизведения с кристаллизацией, указывал, что «основной принцип воспроизведения заложен в самой кристаллизации».
Воспроизведение кристаллов с «наследованием» структуры
Многие минералы групп слюды и глин состоят из слоистых силикатов. Эта слоистость представляет интерес в связи с вос-шроизведением кристаллов. Различные плоскости кристаллов
образованы атомами кислорода, водорода, алюминия, кремния. Смектитовые (сукновальные) глины тоже образуют слои типа слюды, но отличаются от нее более высоким содержанием натрия и кальция, а также наличием молекул интерстициальной легкообмениваемой воды.
Изучение роста кристаллов смектита показало, что новые слои иногда растут в промежутках между ранее сформировавшимися (Weiss, 1981; цитирована по Cairns-Smith, 1986), и плотность тех и других одинакова. Такой «акт наследования» у минералов может повторяться свыше 20 раз, т. е. на протяжении двадцати «поколений».
Как для роста кристаллов, так и для роста молекул ДНК
необходима затравка
Рост кристаллов легко наблюдать в лабораторном эксперименте через окошки в стенке камеры, где поддерживаются нужные температура и насыщающая концентрация раствора (рис. 10.1). Для этого добавляют поваренную соль (хлористый натрий) или водный тиосульфат натрия в воду до тех пор, пока эти соли не перестанут растворяться и не получится насыщенный раствор. Затем понижают температуру и получают перенасыщенный раствор. Добавляют в него маленький кристалл той же соли («зародыш») и наблюдают его рост. Растущий кристалл разделяется на меньшие, растущие независимо. В результате образуется много длинных кристаллов. Весь процесс протекает очень быстро с большой точностью: все получающиеся кристаллы оказываются одинаковыми.
Репликацию ДНК, т. е. синтез новой молекулы ДНК, обычно считают чисто биологическим процессом. Однако показано, что для роста ДНК, как ,и для кристаллизации, необходим «зародыш». Для начала репликации ДНК должна вначале образоваться затравка в виде короткой цепи РНК, которая затем отделяется. Она и дает начало процессу (Dahlberg, 1977; Kornberg, 1980).
Таким образом, ДНК в своем росте остается, можно сказать, «пленницей» механизма кристаллизации, относящегося к более элементарному уровню эволюции. Процесс роста ДНК не может обойтись без навязанной ему стадии затравки.
Еще одна особенность, характерная как для синтеза ДНК, так и для роста кристаллов
При образовании кристаллов идут одновременно и рост их, и растворение. Одни молекулы соли связываются, другие освобождаются. Положение равновесия зависит от температуры
раствора. Таков механизм образования множества отдельных кристаллов, способ их воспроизведения (репликации).
Сходные свойства проявляются и у ДНК при ее синтезе. Водородные связи, образующиеся между основаниями, достаточна прочны, чтобы удерживать вместе обе цепи ДНК, и в то же время слишком слабы, чтобы воспрепятствовать разъединению этих цепей при репликации. И здесь прочность связывания зависит от температуры. Одним из рутинных методов разделения цепей ДНК является повышение температуры раствора; это было известно еще на заре молекулярной биологии (Marmur et al., 1963). Мы снова видим, что реакции репликации ДНК подчинены общим закономерностям, действующим уже на молекулярном уровне и лежащим в основе воспроизведения и в неорганической, и в биологической эволюции.
Реакции фотосинтеза и фиксации азота в известной степени протекают и в системах минеральных солей
