Происхождение жизни - Руттен М.
Скачать (прямая ссылка):
1 Существуют также одноцепочечные кислоты — как РНК (молекулы транспортных РНК построены из одной цепи), так и ДНК (генетический материал некоторых бактериофагов представляет собой одноцепочечную ДНК). — Прим. перев.
2 Дезоксирибоза присутствует только в ДНК, в молекулу РНК входит другой сахар — рибоза. — Прим. перев.
Фиг. 22. Азотистые основания, входящие в состав ДНК и РНК
Фиг. 23. Схема строения участка молекулы ДНК [3].
Ясно видно, что две цепи двойной спирали ДНК связаны между собой через основания, входящие в состав каждой цепи.
3. ЭКСПЕРИМЕНТЫ МИЛЛЕРА
Фиг. 24. Устройство аппарата, в котором под действием искрового разряда из водорода, метана, аммиака и воды в отсутствие кислорода образуются «органические» соединения [25].
Как уже говорилось, первые эксперименты по неорганическому синтезу «органических» веществ в восстановительной среде, ставшие теперь классическими, провел С. Миллер [25], бывший в ту пору студентом у Г. Юри.
Миллер использовал очень простой прибор — колбу, в которой создаются электрические разряды (схема прибора приведена на фиг. 24). Прибор заполнялся водой и различными газами. В основном использовались водород, метан и аммиак; свободный кислород в колбу не допускался. В верхней части колбы непрерывно происходили электрические разряды. Внизу кипела вода, создавая циркуляцию пара и воды через прибор, причем время от времени анализировались пробы раствора (фиг. 25).
В этих первых опытах в качестве источника энергии использовался не ультрафиолет, а искровой разряд. Это упрощало установку. Поскольку разряд дает меньше энергии, чем ультрафиолет,
Фиг. 25. Изменение концентраций аминокислот (/), аммиака (II), цианистого водорода (III) и альдегидов (IV) в опыте с электрическим разрядом, пропускаемым в аппарате, изображенном на фиг. 24 [25].
Измеряли концентрацию аммиака, цианистого водорода и альдегидов в U-образной трубке и концентрацию аминокислот в колбе объемом 500 мл; опыт длился 175 ч. В продолжение первых 25 ч образуются в основном цианистый водород и альдегиды. На их образование расходуется аммиак. Затем рост концентрации цианистого водорода и альдегидов прекращается, а концентрация аминокислот продолжает расти по-прежнему за счет потребления аммиака. После 125 ч опыта концентрация аминокислот перестает расти, а количества аммиака, HCN и альдегидов быстро уменьшаются. Очевидно, в этот период синтез аминокислот уравновешивается их потреблением в каком-то другом процессе. Последующие эксперименты показали, что этот процесс — полимеризация аминокислот, не учтенная С. Миллером.
можно было считать, что все полученные в опыте соединения наверняка синтезировались бы и при облучении ультрафиолетом.
Оригинальные эксперименты Миллера вызвали большой интерес. К сходным опытам приступили многие ученые во всем мире, среди них американцы [3, 28, 29, 31], немцы [19] и русские [27].
Мне кажется, важнейшим результатом этих экспериментов было не только подтверждение данных Миллера, но и значительное расширение нашего кругозора. В самом деле, новейшие эксперименты отличаются большим разнообразием исходных веществ, сред, источников энергии и получаемых соединений.
Здесь невозможно рассмотреть все новейшие эксперименты по синтезу «предбиологических» систем. Удовольствуемся несколькими примерами, показывающими, как бурно развивалась эта область исследования.
4. ЭКСПЕРИМЕНТЫ УИЛСОНА И ПОННАМПЕРУМЫ
Уже в 1960 году Уилсон [43], добавив в исходный раствор серу, смог получить гораздо более крупные молекулы полимеров, содержащие по 20 и более атомов углерода. В колбе были обнаружены тонкие пленки размером около 1 см (фото 2). Очевидно, синтезировались поверхностно-активные вещества, скопившиеся на поверхности раздела газ — жидкость в виде тонких пленок. Этот результат хорошо согласуется с предположением, что пленки молекул, синтезировавшихся на границе между разными фазами, играли важную роль на ранних стадиях возникновения жизни.
Считают, что сера катализировала образование этих пленок. Это тоже важно в связи с нашей проблемой, так как на примитивной Земле сера, видимо, была широко распространена в форме зерен сульфидов (например, в пиритовых песках; см. гл. XIII, разд. 8).
Поннамперума и сотр. [31] проводили эксперименты, подобные экспериментам Миллера, но с использованием в качестве источника энергии ультрафиолетового света. Хотя по теоретическим соображениям синтезы, идущие под действием ультрафиолета, не должны принципиально отличаться от тех, которые вызываются электрическим разрядом, важно было получить экспериментальное подтверждение этого положения. Ведь в условиях первичной атмосферы гораздо больше энергии поступало с ультрафиолетовым излучением.
Поннамперума не только смог синтезировать аминокислоты и пурины, т. е. строительные блоки белков и нуклеиновых кислот соответственно (фото 3), но и, используя особые условия, смог синтезировать из этих блоков полимеры. Оказалось, например, что в присутствии цианистого водорода аминокислоты полимеризуют-ся, образуя пептидные цепи. При добавлении фосфорной кислоты получались различные нуклеотиды [31, 33—36, 39].
