История биологии с начала XX века до наших дней - [221]

Исследования по эволюции ферментов позволили продвинуться в понимании происхождения и эволюции одного из важнейших приобретений органического мира — фотосинтеза. Прежние попытки нарисовать схему эволюции фотосинтеза, опиравшиеся на представления о возможном ходе эволюции типов обмена веществ (К.А. Тимирязев, В.Н. Любименко, Д.И. Сапожников, К. Ван-Ниль и др.), дополнились в последние 10–15 лет работами, преследующими цель восстановить вероятные пути развития железопорфириновых соединений, с одной стороны, и хлоропластов, с другой. Объединение этих структур составило важный этап в становлении хлорофиллового типа фотосинтеза (М. Кальвин, Г. Гаффрон, Т. Годнев и др.).

Изучение энергетического обмена мозга в онтогенезе и филогенезе позволило сопоставить ход развития ферментных систем в передних (филогенетически молодых) и задних (филогенетически более древних) отделах мозга. Оказалось, что активность ферментов в передних отделах мозга в конце эмбрионального и начале постэмбрионального периода очень низка, тогда как в продолговатом и спинном мозгу биохимическое «созревание» идет быстрее.

В ходе онтогенеза наблюдается повышение ферментативной активности в передних и снижение ее в задних отделах мозга.

Как было показано С.Е. Севериным (1964), природные дипептиды в значительных количествах содержатся только в скелетной мускулатуре и только у позвоночных. У кошки, кролика и кур анзерина в мышцах больше, чем карнозина, тогда как у лошади, быка и свиньи наоборот — карнозина больше, чем анзерина. У рыб содержание анзерина и карнозина сильно варьирует. В течение онтогенеза количество и состав дипептидов изменяются. Так, у новорожденного грача содержится небольшое количество карнозина, которое увеличивается до момента, когда птица начинает летать, после чего карнозин чрезвычайно быстро замещается анзерином. У утки свободные аминокислоты, достигающие высокой концентрации в период эмбрионального развития, перед вылуплением быстро исчезают, заменяясь сначала карнозином, а затем анзерином.

Проникновение в мир тончайших структур и процессов принесло новые доказательства единства органического мира. Гликолиз, протеолиз, распад жирных кислот и другие процессы совершаются довольно единообразно как в растительных, так и в животных организмах, однородны и структурные основы метаболической активности в живой природе. В пользу единства и общности происхождения органического мира свидетельствуют факты, полученные при изучении свободных аминокислот. Об этом же говорит тот факт, что протоплазма всех живых организмов, обитающих на Земле, состоит из левых стерических форм аминокислот; правые стерические формы в ней не встречаются (Г.Ф. Гаузе). Белки, нуклеиновые кислоты, коферменты и тому подобные вещества у всех известных организмов построены одинаково. Близки пути биогенеза соединений, из которых построены эти сложные вещества, — аминокислот, витаминов, гетероциклических оснований и др. Синтез данных компонентов протекает в организмах через сходные промежуточные реакции и при участии сходного комплекса каталитических агентов. Продолжительное время глутамин и аспарагин считали специфической принадлежностью растений. Оба названных вещества составляют конечные продукты белкового обмена у растений. Теперь представлены убедительные данные о присутствии глутамина и аспарагина и в составе животного организма (С.Р. Мардашев и др., 1949). Глубокое единство биохимических процессов и структур свидетельствует о чрезвычайно древнем происхождении механизмов биосинтеза, свойственных современным организмам (Дж. Бернал, А.Е. Браунштейн, К. Анфинсен[164] и др.).

Наметился сдвиг в изучении молекулярных основ эволюции регуляторных механизмов (В.П. Скулачев, 1969). В отличие от большинства других биохимических механизмов, обнаруживающих единство в пределах всего органического мира, регуляция обменных процессов намного более дифференцированна и совершенна у многоклеточных организмов по сравнению с одноклеточными. Нервная и гормональная системы регуляции биохимических процессов делают животных, и в особенности высших, биохимически более совершенными по сравнению с бактериями и растениями.

Большие трудности стоят на пути изучения возникновения и эволюции системы трансляции. Предстоит объяснить, как сложился рибосомный аппарат — единственная система синтеза белка в организме, механизм работы которой не обнаруживает никаких принципиальных отличий у представителей различных царств живой природы от бактерий до человека. Данные по экспериментальному воссозданию упрощенной системы трансляции, так называемой «неэнзиматической» транслокации, позволили предположить, что подобные примитивные системы, в которых заложены основные принципы работы рибосомы, могли предшествовать более эффективной современной системе трансляции (Л.П. Гаврилова, А.С. Спирин, 1973).

Обсуждение общих для различных организмов черт превращения энергии убедило Г. Кребса и Г. Корнберга (1959) в том, что химические процессы, совершающиеся в различных организмах, и различные химические процессы в одном и том же организме обнаруживают известные общие черты. Из этого они сделали вывод, что различные химические процессы, протекающие в живой материи, представляют собой модификации ограниченного числа одних и тех же основных процессов. Отвечая критикам, полагающим, что подчеркивание подобного единства искусственно и ошибочно, Кребс и Корнберг отметили, что концепция единства основных химических процессов в живой материи хорошо согласуется с теорией эволюции.