Происхождение предбиологических систем - Опарин А.И.
Скачать (прямая ссылка):
В любом случае мы имеем теперь право пользоваться не только данными геологии, но и данными биохимии, в частности результатами изучения биогенеза веществ, входящих в состав современ-
ных организмов. Многие биохимики полагают, что жизнь начинается с РНК и ДНК, и считают пустой тратой времени изучать, как они появились. Однако меня этот вопрос интересует, а я являюсь в меньшей степени биохимиком, чем кристаллографом-структур-щиком. Как же возникли самовоспроизводящиеся молекулы?
Если без механизма самовоспроизведения невозможно существование жизни с ее биохимическими функциями и структурами, то мы находимся в полном тупике. Однако, определив проблему более четко, мы оказываемся в более благоприятном положении. Нельзя ли предположить, что мы подошли к вопросу воспроизведения молекул слишком требовательно, представляя его себе как процесс, обязательно протекающий лишь с участием нуклеиновой кислоты и рибосом? В действительности воспроизведение является процессом значительно более общего характера и могло возникнуть самыми различными путями.
Основной принцип воспроизведения молекул можно вывести из явления кристаллизации, рассматривая математические закойы, описывающие взаимодействие атомов и молекул. Для осуществления воспроизведения в полном смысле объект, подлежащий воспроизведению, должен быть доступен для небольших молекул, объединяющихся для снятия с него копии, хотя и не обязательно весь в одно и то же время. Это подразумевает, далее, одномерную организацию типа линейного полимера, а если имеет место передача информации, то линейного гетерополимера. Она должна быть линейной лишь в топологическом смысле, т. е. допускается различного рода свертывание и скручивание, которое, по-видимому, даже необходимо. Топологически структура, образовавшаяся из исходной молекулы и ее копии, должна быть конечной, иначе получится дву- или трехмерный бесконечный кристалл. Простейшим случаем подобной системы является сдвоенная структура, разъединения которой на две части достаточно, чтобы обеспечить бесконечную дупликацию.
Помимо воспроизведения в этом смысле, существует процесс специфического производства молекул — по одной, друг за другом — по шаблону, не идентичному строящейся молекуле. Именно в этом в общем смысле состоит суть ферментативного действия. Истинные свойства процессов воспроизведения и производства молекул в сумме обеспечивают то, что составляет необходимую химическую основу жизненных процессов. Последние, вероятно, могут базироваться на большом числе различных систем. Системы нуклеиновая кислота — белок, лежащие в основе жизни на Земле, являются, вероятно, наиболее удачными системами, осуществляющими обе эти функции.
Рассуждая таким образом, мы сразу же возвращаемся к вопросу о том, каким образом механизм, аналогичный механизму с исполь-
зованием нуклеиновых кислот и белков, действует в условиях более простых структур? Основываясь на геологических данных, я высказал предположение, что жизнь, определяемая как обмен метаболитов и использование свободной энергии, возникла до того, как появились организмы. Конечно, организмы, согласно нашим современным представлениям, должны обладать такими микроструктурами, как мембраны, органеллы и т. п., являющиеся составными частями простейшей клетки или вируса.
Дальнейшие открытия покажут, что воспроизведение не есть просто случайное деление целого организма надвое или появление нового организма путем почкования; воспроизведение происходит постоянно в любой органической системе. Можно сказать, что не существует отдельно метаболизма и воспроизведения: метаболизм сам является воспроизведением. Это еще более усложняет проблему возникновения жизни. Всего лет 10 назад мы сталкивались только с вопросом о воспроизведении клеток и организмов. Теперь нам необходимо объяснить также, почему органеллы и сам метаболизм включают в себя сложную систему воспроизведения.
Чисто биохимические функции равновесной массы химических веществ, существовавшей до появления организмов, предполагают наличие определенных общих условий. Прежде всего, эти вещества должны быть сконцентрированы в определенных объемах. Последние, однако, не должны иметь постоянной локализации: функции жизни могут флуктуировать в значительно большем объеме, так же как фронт огня в тлеющем куске дерева. Динамические, а не статические функции — вот все, что требуется. Но при таком динамическом характере взаимодействия концентрации должны быть достаточно высокими для поддержания метаболизма: процессы типа взрыва и горения не распространяются в очень разбавленной среде. Здесь мы сталкиваемся с серьезным аргументом, противоречащим на первый взгляд представлению о том, что жизнь возникла в водной среде, например в море, так как там вещества находились в очень разбавленном состоянии. Однако известен целый ряд физических процессов, способствующих концентрированию веществ в этих условиях. Речь идет о таких механизмах, как, например, адсорбция на глине (о чем я говорил много лет назад) или спонтанное образование полимеров. Последнее зависит от предсуществования или образования коллоидов типа коацер-ватов Опарина. Одним из основных является вопрос, могли ли такие коллоиды возникнуть в условиях, когда механизм воспроизведения молекул при помощи нуклеиновых кислот отсутствует.
