История биологии с начала XX века до наших дней - [220]

Эволюционная биохимия в 50-60-х годах XX века.

Положение эволюционной биохимии существенно изменилось за последнюю четверть века: к ней обращается все большее число крупных биохимиков, возросло количество работ по различным вопросам сравнительной и эволюционной биохимии растений и животных. Благодаря успехам, достигнутым в разработке теории возникновения жизни, эволюционно-биохимическая проблематика по инициативе А.И. Опарина (Ленинская премия, 1974) стала предметом обсуждения на международных симпозиумах, конференциях и конгрессах. В 1957 г. в Москве состоялся Международный симпозиум, посвященный проблеме возникновения жизни на Земле. В 1961 г. в рамках V Международного биохимического конгресса был впервые организован специальный симпозиум по эволюционной биохимии. В 1963 г. во Флориде (США) собралась конференция по происхождению предбиологических систем. В 1966 г. во Франции состоялся симпозиум по биогенезу; в 1966 г. специальная сессия Отделения Академии наук СССР была посвящена абиогенезу и начальным стадиям эволюции жизни. В 1969 г. на конференции европейских биохимических обществ в Мадриде состоялся коллоквиум по эволюционной биохимии[160].

В СССР с 1965 г. издается «Журнал эволюционной биохимии и физиологии». Все чаще появляются обобщающие исследования в виде сборников статей и монографий. По убеждению Дж. Бернала, эволюционная биохимия «представляет интерес не только сама по себе и не только в силу неоценимого значения ее изучения для жизни и здоровья человека, но и как существенная, хотя все еще почти неисследованная, часть космической истории»[161].

Эволюционная биохимия приобретает все более прочную экспериментальную основу. Теснее становятся ее связи с другими областями биологии — дарвинизмом, эволюционной морфологией, физиологией, генетикой, а также со смежными отраслями естествознания — химией, биогеохимией, геологией, физикой, астрономией, космическими исследованиями. Ныне накоплены экспериментальные данные, на основании которых можно судить о возможных путях абиогенного синтеза аминокислот, входящих в структуру белков, азотистых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот, и других соединений (см. главу 22). Прослежен путь биосинтеза полипептидов, образующих первичную структуру белка. Исследованы ферменты, участвующие в полимеризации мононуклеотидов и образовании нуклеиновых кислот и нуклеопротеидов. Продвинулось изучение вопроса о возникновении и эволюции биокаталитических систем (см. также главы 6 и 23).

Среди разных классов биохимических соединений наибольшее внимание привлекают к себе в последние десятилетия нуклеиновые кислоты. Нередко их помещают в основании «древа» биохимической эволюции и эволюции жизни вообще. В начале 50-х годов Э. Чаргафф показал, что ДНК обладает видовой специфичностью. А.Н. Белозерский исследовал связь филогенетической систематики с особенностями строения нуклеиновых кислот. По данным Белозерского, охватывающим нуклеотидный состав ДНК и РНК бактерий, водорослей, грибов, высших растений и животных, РНК, как правило, характеризуется относительно малой вариабельностью своего нуклеотидного состава при переходе от одной систематической группы к другой. Что касается ДНК, то у некоторых микроорганизмов ее состав является таксономическим признаком и заметно меняется от вида к виду; у высших растений и животных ДНК характеризуется малой изменчивостью состава, что служит отражением единства их происхождения и организации. Специфичность нуклеиновых кислот, согласно А.Н. Белозерскому и А.С. Спирину, связана с положением организмов в филогенетической системе.

Наметились подходы к решению вопроса о возникновении и эволюции ферментов (О. Гоффман-Остенгоф, М. Кальвин[162], Л. Полинг[163], Ф. Шрауб и др.). Изучение ферментов современных простейших организмов не позволяет судить о предшествующей эволюции этих соединений, ибо функциональная специфичность ферментов низших и высших современных форм различаются очень мало. Каталитическими функциями обладают многие неорганические соединения и элементы — ионы водорода, гидроксила, обычных и тяжелых металлов, окислов металлов и т. д. Но ни один из этих катализаторов не обладает столь узкой специфичностью, как ферменты, и способен ускорять более широкий крут процессов. Не идут в сравнение с ферментами по активности и степени специфичности и низкомолекулярные органические вещества, которые могут выступать в роли катализаторов.

Какие же из упомянутых катализаторов могут рассматриваться в качестве предшественников ферментов? О. Гоффман-Остенгоф (1959) полагает, что ион металла, входящий в состав фермента, в ряде случаев может считаться его предшественником, а низкомолекулярные простетические группы ряда ферментов — модификациями исходных катализаторов. Необходимой предпосылкой существования ферментов должен служить хотя бы простейший генный аппарат. Случайное образование любого фермента, если бы этот процесс не закреплялся, не имело бы никакого эволюционного значения. По М. Кальвину, понять, каким образом на смену зачаточным каталитическим функциям пришли ферменты, помогают химия и генетика. Кальвин привлекает представление Н. Горовица, согласно которому первые живые существа — гетеротрофы — располагали всем необходимым для самовоспроизведения. Каждое последующее поколение использовало для построения своего тела предыдущее поколение. Появлению первых существ предшествовал, вероятно, какой-то процесс, продолжительность и самое существование которого лимитировались истощением того или иного ингредиента организованной единицы. Выживала та единица, в которой нужный ингредиент строился за счет остальных молекул. Постепенное уменьшение количества субстратов и параллельное развитие удлиняющихся цепей синтеза и привели, по-видимому, к возникновению сложных процессов синтеза, свойственных современным организмам.