Голосования

Какой теорией происхождения жизни вы придержавайтесь?
 

Узнал новое?

Поделись с друзьями:

Наша кнопка

88x31 Код




Ю. В. Чайковский ЭВОЛЮЦИЯ. Загадка начала жизни. Отбор до размножения. Разве так бывает?
(0 голоса, среднее 0 из 5)
Литература

Задачу обзора Дикерсон формулировал в виде пяти проблем: "1) образование планеты с атмосферой, содержащей газы, которые могли бы служить сырьем для возникновения жизни; 2) синтез биологических мономеров...; 3) полимеризация этих мономеров...; 4) вычленение отдельных капель... их превращение в пробионты с собственным химизмом и и собственной "индивидуальностью"; 5) возникновение некоего репродуктивного аппарата, гарантирующего передачу дочерним клеткам... потенций родительских клеток. Кратко все это можно сформулировать как проблемы сырья, мономеров, полимеров, изоляции и репродукции".

 

Изоляцией Дикерсон назвал проблему переноса веществ из одних условий в другие. Она весьма непроста - уже опыты Фокса показали, что синтез мономеров и их полимеризация идут в совсем различных условиях. Далее читаем: "В экспериментах Опарина и Фокса мы находим, конечно, лишь аналогию живого, но эти эксперименты будят мысль. Они показывают, в какой мере поведение, напоминающее жизненные процессы, коренится в физико-химических особенностях, и иллюстрируют идею выживания в результате химического отбора. Ясно, что это единственный вид естественного отбора в эволюции, который мог существовать до появления молекул, играющих роль носителей информации".

 

Насчет "будят мысль" спорить не приходится, но что это за отбор без наследственности? Как говорится, "мы такого не проходили". Он описан у Дикерсона следующим образом:

 

"Можно представить себе, что до появления живых клеток первобытный океан буквально кишел такими "каплями"... Те из них, в которых случайно оказывались катализаторы, способные стимулировать "полезные" процессы полимеризации, должны были существовать дольше... На протяжении долгих геологических эр действовал, по-видимому, мощный химический отбор, сохранявший те типы капель, которые были способны..." и т.д.

 

Попробуем понять. "Химический отбор" - термин, обозначающий вовсе не естественный отбор, а факт из химии открытых систем (т.е. систем, обменивающихся веществом и энергией со средой). Факт этот состоит в том, что в открытой системе основную часть субстрата перерабатывает та реакция, которая течет быстрее всего. (В отличие от обычной химии, где реакции текут в сторону химического равновесия, в химии открытых систем реакции текут туда, куда им указывают потоки веществ.) Факт интересен и важен, мы им еще воспользуемся, но зачем говорить о капле, непрерывно существовавшей миллионы лет? Смысла для эволюции от нее нет: хоть она и "существовала дольше", ее преимущество гибло вместе с нею, поскольку она не располагала наследственностью.

 

Зато химический отбор осмыслен, если речь идет не о конкретной капле, а о массовом (геохимическом) процессе - о появлении более эффективной реакции, которое делало новый вариант процесса доминирующим. Сколько в нем жила та или иная "капля", безразлично.

 

Тут полезно вспомнить "ретроградную концепцию", которую предложил в 1945 г. американский биохимик Норман Горовиц (Horowitz). Вот как резюмировал ее Дикерсон: "Горовиц... предположил, что метаболические системы эволюционировали, так сказать, задом наперед. Если в наше время какая-нибудь метаболическая последовательность ведет, например, от вещества А к веществу Б и далее к веществам В, Г и Д, то можно думать, что в самом начале возникла потребность в веществе Д и самой древней реакцией была реакция получения Д из Г, а Г было сырьем, запас которого имелся в окружающей среде. Лишь после того, как этот запас начал иссякать, возникало давление отбора в пользу способности получать Д из другого сырья, т.е. из В. Затем недостаток В породил породил конкуренцию" и т.д. Так "медленно и постепенно эволюционировала наконец - в обратном порядке - вся метаболическая цепь".

 

Жаль, что ни Горовиц, ни Дикерсон не пробовали поставить такой опыт, чтобы выяснить, как на самом деле действует "давление отбора". Подобные опыты, совсем не думая про абиогенез, многократно ставили все, кто исследовал генетический поиск (о нем шла речь в части 5), и результат был плачевный, хоть и естественный - пока ресурс был, выживал тот, кто умел, а не тот, кто учился использовать что-то иное; когда же ресурса не становилось, гибли все, кроме того умельца, который мог быстро найти (вот он, генетический поиск!) это новое. Но генетического поиска до появления генетической системы быть не могло, так что взывать к обычному отбору смысла нет. Зато есть смысл вспомнить суть химического отбора - ресурсом завладевает тот процесс, который его быстрее использует, как бы много ресурса ни было. Если "органический" процесс оказывался таким, он занимал место "неорганического".

 

Не будем корить Горовица: он высказал интересную мысль, к которой мы еще вернемся, тогда как нужная для него теория (химического отбора) появилась позже. В 1960-е гг. шведские ученые - химик Л. Силлен и геолог М. Руттен - сделали к ней важный шаг: отвергли концепцию "первичного бульона" как химически невероятную. Дело в том, что желаемые для абиогенеза реакции - те, которые должны идти против химического равновесия, а значит продукты их в "бульоне" не могут накапливаться, и для синтеза в "бульоне" чего-то путного не хватило бы и триллиона лет.

 

Вот Силлен и Руттен и предложили главное: сменить познавательную установку - не уповать на последовательность исчезающе редких удач, а выяснить, при каких условиях нужные реакции могут протекать и были ли такие условия на молодой Земле. Нужным условиям удовлетворил не "бульон", а поток. В нем может идти любой синтез, если его продукт уносится (или еще как-то предохраняется) от распада (Руттен М. Происхождение жизни (естественным путем). М., 1973, с. 297).

 

Но как это могло достигаться? Первый шаг к ответу находим в книге московского химика А.П. Руденко "Теория развития открытых каталитических систем" (М., 1969), где показано: в потоке веществ и энергии возможно саморазвитие, причем сам собою развивается не продукт, а катализатор. Оказывается, активность катализаторов может повышаться в ходе их работы, и поток веществ преимущественно перерабатывается этими, улучшенными катализаторами. Более активные катализаторы образуются вполне понятным путем - за счет их "избирательного отравления", т.е. сужения спектра ускоряемых реакций. Теперь катализатор становится как бы узким, но ценным специалистом, и прежние катализаторы как бы вытесняются новыми из процессов переработки веществ потока.

 

Это явление Руденко назвал естественным отбором, но мы предпочтем устоявшийся термин "химический отбор". Реакцию, в которой идет эволюция катализатора, Руденко назвал базисной. Тем самым, в анализе абиогенеза акцент был перенесен с привычного вопроса "что синтезировано?" на вопрос "как синтезировано?", и процесс рождения жизни предстал как эволюция катализаторов неорганических "базисных реакций".

 

К сожалению, сам Руденко не сказал, какие из реакций абиогенеза следует считать базисными, и, тем более, не обратил внимание ни на какие процессы, кроме катализа. Наоборот, он с завидной прямотой заявил (с. 229), что "никакая другая эволюционирующая модель не может дать исчерпывающего описания добиологической химической эволюции и вскрыть ее причины". А это попросту неверно - в абиогенезе есть много иных проблем. Поэтому на фоне появившейся вскоре новой термодинамики (о ней шла речь в части 5), давшей более общую теорию открытых систем, частное достижение Руденко осталось почти без внимания. Мало кто заметил, что без его теории дальше двигаться невозможно - именно он описал один из конкретных механизмов самоорганизации, механизм порождения затравок, необходимых для формирования любой термодинамической структуры.

 

Что касается теории химического отбора, то лавры достались немецкому химику Манфреду Эйгену, выступившему с похожей идеей в 1971 г. (его книгу я упоминал в п. 1). Но Эйген ввел отбор как аксиому, взятую из дарвинизма, а у Руденко отбор - реальное явление в реакции с изменяющимся катализатором. В частности, Руденко воспользовался (с. 21 его книги) "аггравационным эффектом в катализе" - тем опытным фактом, что более массивные молекулы катализаторов более активны.

 

Ни на что это у Дикерсона нет даже намека. Но хуже всего у него с "долгими эрами": сперва он удивился, что их не потребовалось, а затем, как видим, на них-то и возложил наименее понятное. Так делали все, начиная с Эразма Дарвина (вспомним его "миллионы веков"), но в наше время это уже несерьезно. Смутным фразам пора было противопоставить нечто более определенное, что в последующие 20 лет и было сделано. Подлинно интересную, на мой взгляд, теорию абиогенеза начали строить те, кто видел проблему не в рамках коацервата, а в рамках Геи.

 

Двумя главными для нынешней жизни химическими процессами являются расщепление воды с выделением свободного кислорода и, наоборот, окисление различных субстратов свободным кислородом. Первую реакцию в неживой природе реализует ультрафиолет, а в живой - фотосинтез; вторая в неживой природе всем известна (например, железо ржавеет), а в живой означает дыхание. Эволюция этих реакций состояла в их расщеплении на множество стадий (что позволило работать с небольшими, годными для живых объектов, квантами энергии) и в появлении целого спектра органических катализаторов (предшественников ферментов). В 1978 г. московская исследовательница К.Б. Серебровская (из школы Опарина) указала, что эти реакции суть базисные реакции по Руденко, и тем самым дала его теории новую жизнь - в рамках биоценотической концепции абиогенеза.

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить