КОНЦЕПЦІЯ ФІЗИКО-ХІМІЧНОЇ ЕВОЛЮЦІЇ

На відміну від попередньої концепції, заснованої на логіці якісного аналізу ситуації і філософських принципах, сучасна концепція виходить з результатів фізико-хімічного моделювання процесів добіогенного синтезу все більш складних молекул. Вона намагається підійти до того моменту, коли накопичення кількісних змін призвело до появи нової якості - самовідтворення. В якійсь мірі ця концепція повертає нас до ідеї самозародження Життя, описуючи цей процес як сукупне і синергетичне (взаємно підсилює) дію кількох чинників протягом тривалого періоду часу. Перш за все слід оцінити роль космічної навколишнього середовища і первісної Землі (рис. 98).

Художня ілюстрація умов на первісної Земче

Мал. 98. Художня ілюстрація умов на первісної Земче

Вище ми вже відзначали різноманіття з'єднань найбільш поширених елементів - водню, кисню, вуглецю і азоту в гігантських молекулярних хмарах. До теперішнього часу по лініях радіовипромінювання в космічному просторі виявлено більше 60 сполук.

Найбільшого поширення мають водень і монооксид вуглецю (СО). Набагато рідше, але зустрічаються, ціаністий водень (HCN), формальдегід (НСНО), ацетальдегід (СН 3 СНО),

аміак і вода.

Ті ж і більш складні з'єднання зустрічаються на поверхні метеоритів і мікрометеоритів. Наприклад, ретельний аналіз показав, що на поверхні і в складі углистого хондритів, який випав в 1969 р в Австралії (Мерчісонскій метеорит), є сліди більше 50 амінокислот, причому вісім з них входять до складу сучасних білків (гліцин, аланін, валін, лейцин та інші). Тут же виявлено присутність аденіну, урацила і гуаніну, що є азотистими підставами нуклеїнових кислот (рис. 99).

Мембранні везикули з поверхні метеорита

Мал. 99. Мембранні везикули з поверхні метеорита

Багато серед 50 виявлених амінокислот не входять до складу живих організмів, ряд з'єднань зустрічається у вигляді двох оптичних ізомерів. Це доводить, що всі виявлені сполуки не є примусом або забрудненнями, які потрапили на метеорит в земних умовах.

У роботах Дж. М. Грінберга було експериментально показано, що під дією ультрафіолетового випромінювання на поверхні мікропилінок окис вуглецю, метан, аміак, вода і кисень можуть вступати в реакції між собою, створюючи своєрідні, іноді багатошарові оболонки.

В експериментах заморожена при 10 К суміш молекул СН 4 , СО, Н 2 0, С0 2 , Н 2 , N 2 і 0 2 осаджувалася на поверхню мікропилінок при дії УФ-випромінювання і без нього. При цьому відбуваються процеси фотодиссоциации, фотозбудження та подальшої радикал-радикальної рекомбінації. В результаті загальний склад багатошарової оболонки наближається до складу амінокислот і навіть найпростіших бактерій.

Вважається, що аналогічні процеси можуть відбуватися і в відкритому космічному просторі, потім мікропилінкі входять в атмосферу Землі без всякого розігріву і вносять органічна речовина в гідросферу, де воно продовжує ланцюг реакцій вже у вигляді розчинів. За оцінками Дж. М. Грінберга, за час перебування Землі в типовому пиловій хмарі (це від 100 тис. До 1 млн років) з космічним пилом на її поверхню могло б випасти близько 10 9 т органічної речовини. Якщо врахувати ту обставину, що Сонце рухається в зоні коротаціі і її швидкість нс занадто відрізняється від швидкості хвиль щільності в пилових скупченнях, то ця оцінка виглядає завищеною.

Проте, це джерело органічних речовин добіологіче- ського походження свою лепту вносить.

При виверженні вулканів разом з магмою вивергається величезна кількість газів: сірководню, метану, аміаку, оксидів азоту і вуглецю. Рідке середовище більш сприятлива для утримання поруч як простих реагентів, так і продуктів реакцій - більш складних з'єднань. Тому Л.М. Мухін висунув гіпотезу про можливість добіологіче- ського синтезу в зоні підводних вулканів і гидротерм. До того ж підвищена температура і значне гідростатичний тиск способствуюг високу ефективність хімічних реакцій. За усередненими оцінками Л.М. Мухіна, гідротермальних система може дати за 1 млрд років 10 12 -10 13 т органічної речовини. Спільно викидають тверді мінерали можуть служити каталізаторами і адсорбентами отриманих продуктів. Зокрема, показана можливість таких реакцій:

Освіта ціаністого водню дуже важливо, так як він грає центральну роль в синтезі основ нуклеїнових кислот. Сумарно можна записати, наприклад, таку реакцію:

Амінокислоти також утворюються за участю ціаністого водню, або шляхом взаємодії в розчині аміаку, альдегіду і ціаніду, або шляхом перетворення самого HCN в амінокислоти.

Газова оболонка Землі нс могла «залишитися в стороні» від участі в процесах накопичення первинного органічної речовини. Вище ми відзначали, що молода Земля утворилася з твердих матеріалів, які містили певну кількість спожитих і адсорбованих газів. Під дією тепла, що виділяється при гравітаційному стисненні планети і енергії розпаду радіоактивних ізотопів, з'єднання розкладалися з утворенням газів різного хімічного складу.

При виверженні вулканів гази виривалися з земних надр і утворювали первинну атмосферу Землі. Вона була переважно відновлювальної, як і умови в протопланетному диску, і містила у великій кількості вуглекислий газ, метан і аміак, а також сірководень, пари води. Виділення тектонічної енергії, що супроводжується потужними виверженнями вулканів, призводило до ураганним вітрам і сильною електризації атмосфери. Гігантські блискавки ініціювали цілий ряд реакцій газоплазменного синтезу. Спроби їх відтворення в контрольованих лабораторних умовах були розпочаті в 1957 р, коли С. Міллер вперше отримав деякі біологічно важливі сполуки з використанням електричних розрядів. Схема експериментів була досить простою. Моделюючи умови первинної атмосфери, С. Міллер помістив в колбу трохи води і заповнив її сумішшю водню, метану й аміаку (рис. 100).

Потім в колбі створювалися електричні розряди між електродами. Суміш піддавалася розрядами протягом тижня, після чого хімічний аналіз показав присутність у воді невеликих кількостей аланина, гліцину, аспарагінової і глутамінової кислот. Ці сполуки входять до складу білків. На стінках колби також утворювався наліт, в складі якого були органічні сполуки. Надалі склад газу змінювався (водень видалили, аміак замінили азотом), що розширило список утворюються амінокислот до 12. Оскільки в первинній атмосфері не було озону, ефективно поглинає УФ-випромінювання Сонця, то воно пронизувало всю атмосферу до поверхні Землі. Ряд наступних експериментів різні групи дослідників проводили, поєднуючи електричні розряди з УФ-освітленням або використовуючи тільки одну ультрафіолетову радіацію. Завжди в відновлювальних умовах отримували позитивний результат: відбувався синтез органічних сполук, що входять до складу білків і нуклеїнових кислот. Максимальний вихід продуктів реакцій отримували при додаванні сірководню (H 2 S), який добре поглинає довгохвильове випромінювання Сонця.

Прилад С. Міллера

Мал. 100. Прилад С. Міллера

В даний час встановлено утворення амінокислот при виникненні ударних хвиль в сумішах газів, що породжують сплески високої температури і тиску. Такі хвилі цілком могли виникати в атмосфері під дією гучних гуркоту або падаючих метеоритів.

Одні тільки метеорити, мікропилінкі, гідротермальні джерела не можуть привнести весь спектр біологічно активних сполук, необхідних для створення складної генетичної системи живих організмів. Реакції в газовій фазі розширюють коло синтезованих речовин. Порівняно недавно було виявлено, що чотири азотистих підстави РНК (рибонуклеїнова кислота) утворюються в наступних реакціях, в які починають вступати первинні продукти газоразрядного синтезу.

Видається очевидним, що, в кінцевому рахунку, створені різними шляхами або привнесені з космосу «будівельні» матеріали білків і нуклеїнових кислот змивалися з поверхні Землі і з її атмосфери в океани.

У стерильних умовах (відсутність мікробів!) Протягом мільйонів років відбувається накопичення необхідних елементів в «первинному бульйоні» (рис. 101). При певних умовах формальдегід конденсується в водному розчині, утворюючи різні цукру. Одним з побічних продуктів цієї реакції є рибоза - основний компонент РНК. Поступово розрізнені молекули будуть збиратися в молекулярні агрегати, що налічують сотні тисяч і мільйони мономерів. Такі агрегати отримали назву коацерватних крапель, їх особливістю є властивість «витягати» з навколишнього їх низкомолекулярного розчину деякі речовини, що схоже на зачаток «обміну речовин». Академік А.І. Опарін (1894-1980) вважав, що саме коацерватние краплі послужили тим «мікросудинами», в яких відбулося формування динамічно стійких первинних мікроорганізмів.

Послідовність ускладнення структури органічних сполук

Мал. 101. Послідовність ускладнення структури органічних сполук

Таким чином, сучасна концепція не з'ясовує, який з розглянутих вище джерел «насправді» є головним у зародженні життя, а, навпаки, підкреслює різноманіття і різну фізичну і хімічну природу постачальників біологічно активних речовин, їх спільне взаємно додаткову дію. Хоча ще не все зрозуміло в процесі переходу до синтезу самокопирующихся молекул і появи побудованих на них примітивних організмів, основні положення концепції вважаються експериментально обґрунтованими.

Слід мати на увазі, що для побудови найпростішої генетичної системи досить було коротких полімерних ланцюгів РНК. Першим організмам не було потрібно бути високоефективними, оскільки ще не існувало «ворогів» і проблеми добування їжі в «первинному бульйоні». Досить було придбати властивість відтворення своїх копій швидше, ніж відбувалася хімічна або фізична деструкція клітини.

Кілька років тому вдалося «в пробірці» відтворити простий варіант копіювання та відбору на молекулярному рівні. У розчин хлороформу вводили молекули ефіру і аміну, які утворювали більш складні за складом і конфігурації молекули аміду.

Реакція виявилася авгокаталітіческой: одна утворилася молекула аміду ставала центром збірки інший, цьому сприяє своєрідна форма молекули аміду. При підвищенні температури розчину комплементарні пари молекул аміду розходилися і ставали самостійними. При циклічному охолодженні-нагріванні молекули аміду «розмножувалися» (рис. 102).

Послідовність копіювання молекул аміду

Мал. 102. Послідовність копіювання молекул аміду

Потім досліди були ускладнені трьома різними амінами і ефіром. Якщо на суміш впливати УФ-променями, то один з виходять амідів видозмінюється (мутує) і накопичується в розчині з більшою швидкістю, ніж інші.

Тому ми можемо підкреслити ще раз: Життя виникає як планетарне явище тільки за участю космічного середовища, надр Землі, її атмосфери і океанів; з'являється і реалізується самоорганізація життя на молекулярному рівні, а потім і на рівні клітини. Найпростішими організмами були одноклітинні і не мають ядра прокаріоти, вступ в дію природного відбору і мутацій привело до появи еукаріот і багатоклітинних організмів, у яких генетична інформація знаходиться в хромосомах.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >