Происхождение предбиологических систем - Опарин А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Предположим, что мы уменьшили количество РНК, необходимое для синтеза одного белка, до минимума: каким будет в таком случае синтезированный белок? При наличии в культуральной среде аминокислот, рибозы, четырех оснований и источника макро-эргического фосфата возможны следующие реакции: образование нуклеотидов, соединение нуклеотидов с образованием полинуклео-тидных цепей, соединение аминокислот с АТФ или каким-либо сходным веществом, образование из аминокислот пептидной цепи.
У современных организмов все эти реакции катализируются различными ферментами. Даже в случае простейших организмов фермент, помимо активности, должен обладать специфичностью, т. е. способностью катализировать лишь ограниченное число реакций. В противном случае регулирование обмена веществ было бы невозможным. Нельзя ли предположить, что первичный организм содержал только один так называемый «ген» РНК, необходимый для синтеза лишь одного фермента, например весьма неспецифической фосфокиназы, которая катализировала бы все вышеупомянутые реакции?
Может быть, не случаен тот факт, что рибонуклеаза обладает очень небольшим молекулярным весом. Возможно, именно она произошла на очень ранней стадии от нашего гипотетического примитивного фермента и, по-видимому, напоминает его своими малыми размерами. Весьма вероятно, что первый фермент имел в своем составе последовательность Асп-Сер-Гли, которая является частью активного центра фосфоглюкомутазы, трипсина и химо-трипсина. Рибонуклеаза содержит 124 аминокислотных остатка. Если бы все аминокислоты встречались с одинаковой частотой, то это соответствовало бы 540 битам информации. В действительности это число несколько меньше; оно могло стать меньшим в том случае, если бы некоторые аминокислоты отсутствовали как в ферменте, так и в среде. По-видимому, первичный фермент представлял собой гораздо более короткий пептид, обладавший весьма невысокой активностью и специфичностью; структура этого пептида соответствовала только 100 (или около того) битам информации. Даже это означало бы выбор одной из 1,3-1030 возможностей. Это число уже непомерно велико. Если бы новый организм создавался каждую минуту в течение 108 лет, то необходимо было бы 1017 одновременных «попыток», чтобы мог возникнуть нужный вариант. Поверхность Земли составляет 5 -103® см2. На мой взгляд, этого пространства совершенно недостаточно. Шестьдесят бит, или около 15 аминокислот, были бы более приемлемы с точки зрения теории вероятностей, но мало приемлемы с биохимической точки зрения.
Думаю, что первый синтетический организм вполне мог представлять собой нечто, подобное вирусу табачной мозаики, но должен был содержать фермент или ферменты, необходимые для его самовоспроизведения. Для естественно возникшей (а не для созданной в лаборатории) жизни необходима полупроницаемая мембрана. Эта мембрана может строиться из инактивированных ферментов и липидов. Полагаю, однако, что первый синтетический организм, может быть, будет гораздо крупнее, чем первый организм, образовавшийся в природе. Он будет содержать несколько различных ферментов, что соответствует примерно 5000 битам информации.
И тогда возникает вопрос, насколько меньше был первый возникший в природе организм.
Если сложность этого организма соответствовала 500 битам информации, приходится предположить, что жизнь на Земле имеет либо внеземное (как утверждают Надь и Браун), либо какое-то сверхъестественное происхождение (как учат многие, но далеко не все религии). Я хочу, однако, предложить иное решение вопроса, которое одни назовут неовитализмом, другие — грубым материализмом, а все вместе сочтут чепухой.
Несколько ранее я предположил, что бактерия, сосна или человеческий мозг сохраняют свои характерные признаки и активность (если они не слишком сильно нарушены) по той же самой совокупности причин, что атом или молекула.
Эти системы характеризуются энергетическими уровнями, между которыми возможны квантовые переходы. Разность между энергетическими уровнями для человеческого мозга имеет величину порядка 10“19 эв с временной неопределенностью порядка 1 сек и пространственной неопределенностью порядка 1 см2. Для средней клетки временная неопределенность составляет, по-видимому, несколько миллионных долей секунды, а для первичного организма и того меньше. Эта система действует, как я предполагаю, следующим образом: любое возбуждение увеличивает вероятность протекания процессов (таких, как окисление молекул или соединение двух молекул), способствующих возвращению клетки обратно на низший энергетический уровень.
Если эта точка зрения имеет какой-то смысл, то вполне возможно, что некоторые определенные конфигурации РНК являются более вероятными, чем другие. Вероятность этих конфигураций может в принципе быть рассчитана, подобно тому как из атомных параметров можно рассчитать энергетические уровни молекулы бензола. Таким образом, вероятность спонтанного образования биологически целесообразной формы РНК могла быть значительно большей, так что нет никакой необходимости привлекать жизненную силу или дух для объяснения возникновения необходимой конфигурации молекул.
