Игорь Акимушкин - Исчезнувший мир
…От гипотезы панспермии наука отказалась. Но зато расцвела и утвердилась новая мегакосмическая концепция жизни — теория биопоэза. По этой теории космос — весьма благоприятная среда для возникновения сложных органических соединений.
…Жизнь готова самозародиться и развиваться везде, где для этого есть набор подходящих условий» (А. Гангнус).
И делается вывод: вселенная «содержит в себе, по крайней мере, сырье для будущих биохимических эволюции».
Даже на кометах есть такое «сырье»!
Больше того, именно на кометах и зародилась жизнь — утверждают известные ученые Ф. Хойл и Ч. Викрамсингх в гипотезе о происхождении жизни и… пандемий (эпидемий глобального масштаба).
На поверхности ядер комет, по мнению этих ученых, «идеальные» условия для превращения неживой материи в живую. Одна из форм такой трансформации — вирусы и бактерии. Они попадают на Землю, когда наша планета в движении по орбите пересекает остатки вещества комет. Тогда-то будто бы и возникают сразу во многих районах земного шара эпидемические заболевания. Их внезапное появление и быстрое распространение трудно объяснить передачей заразных микробов от человека к человеку или при посредстве паразитов-переносчиков — вшей, клещей, тараканов и прочих насекомых. Подсчеты показывают, что этот процесс гораздо более медленный, чем стремительное продвижение по странам и континентам всевозможных пандемий.
Ф. Хойл и Ч. Викрамсингх полагают, что страх и ожидание беды, которые испытывали прежде люди при появлении на небе комет, достаточно обоснованны: известные в истории губительные вспышки чумы, гриппа других заболеваний в основном совпадают с появлением на небосводе комет. Приносимая ими на земную поверхность инфекция сразу поражает многих людей. «Наша теория, если, конечно, она верна, будет иметь большое биологическое и медицинское значение. Возможно, что потребуется осуществлять в стратосфере постоянное микробиологическое наблюдение, чтобы предотвращать тот хаос, который в будущем может возникать от вторжения внеземных организмов» (Ф. Хойл и Ч. Викрамсингх).
Но это уже дело медиков — разобраться в причинной связи комет и пандемий (если таковая существует). Мы же продолжим нашу тему — зарождение жизни на Земле.
Научная ситематическая разработка этой веками загадочной темы началась в 1924 году, когда была опубликована книга академика А. Опарина «Происхождение жизни». Выдвинутая в этой весьма знаменательной книге теория легла в основу, можно сказать, почти всех современных гипотез о происхождении жизни.
«…Возникновение жизни на Земле следует рассматривать как закономерный процесс эволюции углеродистых соединений» (Большая Советская Энциклопедия).
Возраст нашей солнечной системы примерно 5 миллиардов лет, Земли (как твердого шара) — 4,5 миллиарда. Осадочные породы, в которых найдены несомненные остатки бактерий, датируются 3,1 миллиарда лет назад. На 300 миллионов лет позже на Земле уже жили первые сине-зеленые водоросли. Именно в эту эпоху появились в каменных летописях Земли их «коллективные» известковые постройки — строматолиты.
Значит, на химическую и биохимическую эволюцию и на создание из приготовленных ими материалов первых живых клеток потребовалось около 1,4 миллиарда лет. А на все дальнейшее развитие жизни — вдвое больше времени. Первый процесс, несомненно, более сложный, чем второй. Что-то уж очень мало времени ушло на созидание природой органического материала и на сборку из него живой клетки.
Субстрат жизни — белок. Составные части белка — аминокислоты. Их всего 20. Соединяясь в разных сочетаниях друг с другом, аминокислоты образуют молекулы белков. В нашем теле десятки тысяч разнообразных белков, и все они сложены из двух десятков аминокислот, соединившихся в каждом белке в характерной только для него последовательности.
Лишь недавно биохимики составили достаточно ясное представление о том, как идет такой синтез в организме. А как шел он на планете при зарождении на ней жизни — пока загадка. Но что касается происхождения аминокислот, то исследования последних десятилетий прояснили эту туманную картину.
В 1953–1955 годах биохимик С. Миллер экспериментировал с довольно простым устройством, главной составной частью которого была колба, наполненная первичной «атмосферой» Земли: исходными веществами служили метан, аммиак, вода и водород. Через эту смесь пропускались электрические разряды, имитирующие грозовые воздействия на атмосферу юной еще безжизненной Земли.
И что же получилось? Чем наполнилась пожелтевшая вода в колбе? Синильной кислотой, углеводородами и другими органическими соединениями и, наконец, аминокислотами!
В последующие годы опыты Миллера повторили другие ученые — у всех после электрических разрядов из метана, аммиака, воды и водорода образовались аминокислоты. (П. Абельсон получил их даже из иной смеси веществ: водорода, окиси углерода, углекислого газа, водорода и азота.)
Затем такую же смоделированную первичную атмосферу стали «обрабатывать» другими физическими агентами: облучением рентгеном, электронами повышенной энергии, ультрафиолетом, наконец, температурой в тысячу градусов. И во всех случаях синтезировались аминокислоты. Иногда даже их полимеры! А в некоторых опытах получались и нуклеиновые основания — химические «бусинки» — структурные и функциональные основы ДНК (носителя наследственного кода). Насколько важно последнее, ясно будет из дальнейшего нашего рассказа.
«Результаты доказали, что на примитивной Земле имелись важнейшие для возникновения жизни строительные материалы: аминокислоты, сахар, жирные кислоты и производные их соединения — пурин, пиримидиновые основания, даже нуклеозиды и нуклеотиды. Больше того, в немалом количестве и разнообразии встречались порфирины, к которым относятся гемоглобин и «зелень листьев» (хлорофилл), в общем, разный исходный материал, необходимый для образования высокомолекулярных соединений» (К. Дозе).
С 1964 года С. Фокс экспериментирует с микросферами. Это небольшие «шарики» (диаметром около двух миллиметров. Они образуются при растворении а затем конденсации протеиноидов — белковоподобных веществ, полученных химическим путем.
Микросферы интересны тем, что от внешнего мира отделены мембраной, хоть и отдаленно, но напоминающей оболочку живой клетки. При изменении определенных условий среды, в которой они находятся, микросферы диффундируют, просачиваются через мембрану наружу, оставляя последнюю совершенно пустой.
Их мембрана представляет отличный опытный объект для изучения обмена веществ и проникновения их через оболочки биологических клеток.
Извечный вопрос: что было раньше — курица или яйцо?
Этой иносказательной формулой определяется самый неясный пока процесс происхождения жизни: воссоединение в единое целое синтезированного из аминокислот белка и нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), носителей наследственного кода и организаторов сборки из аминокислот определенного сорта белков. Без ДНК и РНК производство белков в живой клетке невозможно.
Тут вот ведь что получается: РНК действует в двух лицах — как транспортер активизированных предварительно аминокислот и как матрица, которая диктует порядок сборки белка из аминокислот. (Впрочем, как недавно установлено, в рибосомах несет она еще одну функцию — структурную.)
РНК-транспортер доставляет аминокислоту прямо к РНК-матрице. Аминокислота на ее поверхности может удержаться не где попало, а только на строго определенном месте. Для каждой из двадцати аминокислот на поверхности синтезирующей белок РНК приготовлена своя якорная стоянка. Никакая другая аминокислота ее занять не может.
Каждые полсекунды аминокислота ложится к аминокислоте, всегда на свое место. Десятки и сотни, даже тысячи аминокислот выстраиваются в ряд на поверхности РНК. Аминокислоты соединяются друг с другом в длинную цепь, и готовая молекула белка соскакивает с нуклеиновой матрицы.
Порядок построения аминокислот, а иначе говоря, формула будущего белка, зависит от химической структуры той РНК, на поверхности которой они выстраиваются. Эту структуру, эту матрицу как бы штампует по своему образу и подобию другая нуклеиновая кислота — ДНК.
РНК, химический шифр которой руководит синтезом белка, сама слепок, копия с ДНК. А ДНК — это оригинал. Это первоисточник генетической информации. В ДНК и скрыта наша наследственность. В ней не только план изготовления белков, но и вся последующая программа построения организма в целом.
Теперь, надеюсь, понятно, почему сейчас без нуклеиновых кислот невозможна жизнь. Но невозможна она и без белка.
Так что же раньше родилось: работники-сборщики и плановый отдел производства или готовый уже объект их труда — живой белок?
