Происхождение предбиологических систем - Опарин А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Хронологическая последовательность событий такова: 4,5- 10е — 4,0-109 лет назад Земля была окружена восстановительной атмосферой; в этой среде протекали те органические реакции, о которых идет речь на нашей конференции. Особенно интенсивный синтез органических молекул мог иметь место в конце этого периода, когда условия на поверхности Земли стали относительно мягче. Если, как мы предполагаем, для возникновения жизни требуются восстановительные условия, то зарождение жизни должно было произойти приблизительно 4,0-109 лет назад.
К эпохе, имевшей место 2,7-10° лет назад, в результате эволюции появились уже такие сложные организмы, как водоросли. Атмосфера в этот период состояла вначале из азота, воды, С02 и аргона; окислительный распад органических соединений в этих условиях должен был играть значительно меньшую роль, чем теперь. Наконец, сравнительно недавно, может быть в палеозое, накопилось достаточно свободного кислорода и возникла наша атмосфера, определяющая течение биологических процессов.
Эти соображения о хронологии событий, относящихся к происхождению жизни, очень важны. В докембрийский период уже существовали, по-видимому, разнообразные простейшие одноклеточные организмы. Если эволюция действительно происходит от простого к сложному, то 4 млрд. лет назад должно было существовать нечто бесконечно более простое, чем клетка. С точки зрения
проблемы происхождения жизни одноклеточный организм уже чрезвычайно сложен.
Следовательно, нет ничего удивительного в том, что начало жизни связано с появлением систем, устроенных намного проще, чем клетка.
Рассмотрим теперь, что могло происходить на стадии 1, когда Земля была окружена вторичной восстановительной атмосферой. Именно в этот период, по-видимому, имело место большинство явлений, рассматриваемых на данной конференции. Поскольку кислород тогда отсутствовал, то не было и озона. Из-за отсутствия озона примитивная атмосфера была прозрачной для ультрафиолетовых лучей. Метан, аммиак, вода и водород не поглощают свет с длиной волны ниже 2400 А, даже если они присутствуют в атмосфере в больших количествах. Вещества, содержащиеся в следовых количествах, такие, как СО и С02, также не поглощают свет с такой длиной волны. Следовательно, поглощение ультрафиолета в области 2400—3000 А обусловлено присутствием недоокислен-ных соединений, в частности альдегидов и кетонов.
При анализе газовой фазы в модельных экспериментах оказалось, что в наибольшем количестве по сравнению с другими альдегидами и кетонами образуется формальдегид. Поглощение формальдегида лежит в области длин волн, больших 2900 ) . Таким образом, в восстановительной атмосфере Земли оставалось «окно» в области 2400—2900 А.
Помимо формальдегида, в примитивной атмосфере в некотором количестве присутствовал, по-видимому, и ацетальдегид, хотя в модельных экспериментах, по крайней мере в опытах, проведенных несколько лет назад Миллером и мной [13], выход его был назначи-тельным. Может быть, мы еще услышим что-либо по этому вопросу от тех, кто проводит анализ газовой фазы. Присутствие ацетальдегида принципиально важно, так как он довольно сильно поглощает ультрафиолет в области 2400—2900 А. Я полагаю, однако, что ощутимый поток ультрафиолетового света должен был достигать поверхности первичного океана. Это представление вполне совместимо с некоторыми биологическими данными.
Существует несколько механизмов повреждения клеток современных организмов при воздействии ультрафиолетового излучения. Один из них — образование перекисей, окисляющих внутриклеточные компоненты. В основе другого механизма лежит димеризация тимина, которая является следствием избирательного поглощения фотона ультрафиолетового света нуклеиновыми кислотами. Примечательно, что в клетках современных организмов существует весьма эффективная система защиты от воздействия ультрафиолетовых лучей: перекиси разрушаются очень активными ферментами —
каталазой и пероксидазой, а димеризации тимина противопоставлен процесс фотореактивации, происходящий при наличии подходящего фермента и ультрафиолета с длиной волны около 3700 А. Возникает вопрос, зачем нужен современной клетке относительно сложный механизм защиты от коротковолнового ультрафиолетового света.
Правда, в процессе нормальной жизнедеятельности ряда организмов образуется некоторое количество перекисей, и их инактивация может оказаться полезной. Небольшое количество ультрафиолетовых лучей проникает через современную атмосферу, но это в основном относится к области длин волн, превышающих 3000 А. Справедливо также, что в отдельных редких случаях может иметь место димеризация тимина. Однако значение всех этих явлений относительно невелико, поскольку они либо касаются отдельных групп организмов, либо происходят очень редко. Тем не менее механизм защиты от ультрафиолета широко распространен как у эволюционно древних, так и у современных организмов. Трудно себе представить, что он возник для защиты от столь редко встречающегося неблагоприятного воздействия. Гораздо разумнее предположить, что все организмы возникли в богатой ультрафиолетом среде. С этой точки зрения система предохранения от ультрафиолетового света эволюционно самая древняя. Она была необходима для выживания как такового и приводила к снижению частоты мутаций до допустимого уровня. В противном случае приобретенные полезные признаки не могли бы наследоваться, исчезая в процессе мутаций, и естественного отбора вообще бы не было.
