История биологии с начала XX века до наших дней - [228]

Возникновение предбиологических систем.

Приведенные данные по абиогенному синтезу важных биохимических соединений подверглись обсуждению на упоминавшемся симпозиуме в США (1963). Было отмечено, что теория возникновения жизни, разрабатываемая советскими учеными, стимулировала экспериментальные и теоретические исследования в области абиогенного синтеза органических веществ и привела к крупным достижениям в этой области. Участники симпозиума выразили уверенность, что хотя начальные этапы синтеза многих биологически важных молекул еще не воспроизведены, есть все основания рассчитывать, что их удастся воссоздать в ближайшем будущем.

В настоящее время считается установленным, что Земля существует около 4,5 млрд. лет, а жизнь появилась на ней примерно 3 млрд. лет тому назад. Следовательно, на протяжении значительной части времени существования Земли она оставалась безжизненной. В атмосфере и гидросфере Земли находилось достаточное количество углеводородов, которые и послужили исходным материалом для последующей химической эволюции. Основная их масса возникла при формировании земной коры, незначительная часть была занесена с кометным и метеоритным материалом. Согласно подсчетам Г. Юри (1952) и К. Сагана (1961), за период в миллиард лет концентрация органических веществ, синтезированных в атмосфере и оседавших в водах Мирового океана, должна была достигнуть 1 %. Таким образом, на определенном этапе существования Земли эти воды превратились в Своеобразный «первичный бульон», содержавший наряду с неорганическими солями также и разнообразные органические вещества.

Особое значение имеет решение вопроса о том, как в условиях первичной Земли могли образоваться белковоподобные и нуклеиноподобные вещества, а также ферменты, являющиеся основными участниками, проводниками и регуляторами всех жизненных процессов. В связи с тем, что путем абиогенного синтеза получены не все аминокислоты, входящие в состав современных белков, было высказано предположение, что некоторые аминокислоты возникли на более поздних ступенях развития органического вещества. Их отсутствие могло ограничивать каталитические функции первичных белков.

В этой связи большой интерес представляют исследования японского биохимика Ш. Акабори (1955), высказавшего предположение, что первичные белки не обязательно должны были образовываться из готовых аминокислот. Лабораторными опытами Акабори показал, что образование «предбелков» могло происходить и из таких органических соединений, как формальдегид, аммиак и цианистый водород. Продукты, образующиеся при их взаимодействии, полимеризуются затем на поверхности глины, после чего в результате гидролиза могут образоваться полипептиды, в частности, полиглицин.

Характерной чертой живых существ является синтез асимметрических органических соединений. Так, Акабори (1962) осуществил асимметрическое гидрирование карбонильных соединений на никелевом катализаторе. А.Н. Терентьев и Е.М. Клабуновский (1957), рассматривая вопрос о роли асимметрии в возникновении жизни, пришли к мысли, что асимметрия органического мира является следствием воздействия циркулярно поляризованного света и асимметрической решетки кристаллов. По их мнению, присутствие асимметрических органических катализаторов направляло реакции в сторону образования оптически чистых продуктов. Согласно Г. Уолду (1957), геохимические синтезы органических веществ могли производить лишь рацемические смеси. Отбор отдельных оптических изомеров происходил при образовании структур более высокого порядка — полипептидов, белков и нуклеиновых кислот.

Эволюция предбиологических систем.

Следующей загадкой был вопрос, каким образом в «первичном бульоне»- возникли первые живые организмы, обладавшие обменом веществ и способностью к самовоспроизведению. Иначе говоря, как из хаоса бесконечного числа допустимых термодинамикой перекрещивающихся химических реакций возник упорядоченный обмен веществ, обеспечивающий сохранение и развитие живой системы?

По этому вопросу существуют разные точки зрения. Согласно одной из них, разделяемой Н. Горовицем и У. Стенли[176], появление первых организмов шло путем молекулярной эволюции первоначально возникших молекул со случайным расположением мономеров в направлении образования молекул с их упорядоченной последовательностью. По этим представлениям, «началом жизни» явилась молекула нуклеиновой кислоты или нуклеопротеида (вирус). В пользу этих представлений свидетельствовали, в частности, данные А. Корнберга (1961)[177] о том, что ДНК при определенных условиях может удваиваться и вне клетки. Как показали, однако, дальнейшие исследования, такое удвоение возможно лишь в том случае, если в инкубационной среде присутствуют различные сложные компоненты клетки, существование которых в первичном океане трудно себе представить. Обсуждая эти представления, Опарин подчеркивал, что характерным для жизни является то, что она не просто рассеяна в пространстве, а представлена отграниченными от внешнего мира индивидуальными системами-организмами. Последние могли возникнуть только на основе длительной эволюции, постепенного совершенствования каких-то гораздо более простых исходных систем, выделившихся из первичного однородного «бульона». Поэтому едва ли можно полагать, что в процессе эволюции сперва возникли белки, нуклеиновые кислоты и другие вещества протоплазмы, строение которых было чрезвычайно хорошо приспособлено к выполнению определенных биологических функций, а затем на основе их объединения возникла сама живая протоплазма. В условиях первичной Земли появление свойственной живым существам организации могло произойти только на базе эволюции хотя и более примитивных, но целостных многомолекулярных систем. В момент своего образования эти системы еще не обладали специфическими для жизни особенностями; их превращение в специфические системы более высокого порядка, характерные для живых организмов, есть результат длительной эволюции на основе естественного отбора. Возникшая в дальнейшем на основе формирования генетического кода способность к передаче наследственной информации от предков к потомкам стала одним из основных свойств организмов. Эта точка зрения находит в наши дни все больше сторонников.