Фолсом - Происхождение жизни - 1982 (947300), страница 13
Текст из файла (страница 13)
В подобных экспериментах около 007г вошедшего в реакуию углерода обнаруживается в микрострукт урал. Более крупные обьекты, похожие на клетки, имеют около 1б мкм в диаметре. При микроскопическом изучении более крупных структур показано, что Они имеют фазавую граниуу; при изменении соматической активное~и среды, в которой они взвеше. ны, они набухают или сжимаются. Подобные структуры обнаруживаются почти во всех эяспгриментох с искровыми разрядами, в которых присутствует водная фаза, если в исходной газовой смеси нет избыточного количества водорода. (Фотография любезно предоставлена лабораторией экзобиологии, Гавайский университет.) иНичево не выйдети, — сказала Алиса, вЯ не умею верить В невероятные веиви».
«Ты просто давно не упраж. паласы, — прсдположи.ьа Королева — «е твои годы я каждый день занималась этим по полчаса. Случалось, что до завтрака я успевала одним махом поверить В шесть яеоврш ятных веиуейи. Льюис Кэрролл ' «Нротобионт» — термин, принятый для обозначения промехууточного звена в процессе возникновения жизни, находящегося между эволюционирующими химическими соединениями с однон стороны и явно биологическими формами, имеющими генетический аппарат и подвергающимися дарвиновскому отбору, — с другой. На стадии образования этого продукта уже появились некоторые биологические признаки, в то время как другие находились в состоянии развития.
Для того чтобы объяснить возникновение клеточных форм жизни, был разработан целый ряд гипотетических моделей, как лабораторных, так и теоретических. Все онн представляются до некоторой степени вероятпыми и, несомненно, были в числе других испроборапы в течение 1500 млн. яет земной истории между 4500 н 3000 млн. лет назад. Опарип с сотрудниками предложил в качестве модели протоклеток коацерватные капли, построенные нз смесей коллондпых частиц. В роли зтпх частиц могут выступать длинные, в значительной степепп неспецнфичные макромолекулы, связывающие молекулы воды и при подходящих значениях рН, концентрации соли и температуры объединяющиеся друг с другом с образованием коацерватных структур, по размерам напоминающих клетки, Смеси, в которых образуются коацерваты, легко получить в лаборатория, например смешивая разбавленные растворы желатины (белок) и гуммиарабика (полисахарид). Раствор остается прозрачным, если его не подкпслять; при подкисленпп же осахсдаются частицы коацервата, т.
е. для того, чтобы желатина и гуммиарабик встуиплп во г Перевод Вл. Орла. пготовионты 85 взаимодействие и образовали структуры клеточных разме ров, необходимо низкое значение рН. Коацерваты можно также получить из полиадепиловой кислоты (полинуклеотида) и гистопа (белка). Аналогичным образом взаимодействуют и многие другие полимерные молекулы, хотя в каждом конкретном случае для образования коацерватов требуются определенные внешние условия. Модельные системы чрезвычайно полезны, поскольку они позволяют изучать протекание специфических синтетических н биохимических реакций в системах клеточных размеров, отделенных от внешней среды, в которых локальные условия могут сильно отличаться от условий внешней среды. Например, как показал Опарип, коацерваты, состоящие кз рибонуклеиновой кислоты и гистона, при добавлении полинуклеотидфосфорилазы в присутствии адепоэипдифосфата синтезируют полинуклеотид полиадепиловую кислоту.
Этот процесс идет и без коацерватов, но существенно то, что в присутствии достаточного количества гистопа коацерваты увеличиваются в объеме и, возможно, механическим путем делятся надвое. Коацерваты другого типа, включающие добавленный хлорофилл, переносят электроны с красителя-донора на краситель-акцептор, моделируя один из этапов фотосинтеза. В модельных коацерватных системах используются полимеры биологьшеского происхождения: белки, нуклеиновые кислоты и полпсахарнды.
Для экстраполяции к условиям еще безжизненного «маленького теплого водоема» необходимо накопление случайно образовавшихся полимеров, способных объединяться в подобные структуры. Среди множества коацерватов, состоящих из хаотически синтезированных полимеров, те, которые были способны медленно синтезировать дополнительные количества сходных полимеров, могли расти и подвергаться отбору длительное время. В конце концов последовательные этапы отбора могли привести к развитию обмепа веществ н наследственности. Хотя зта модель исключительно полезпа, мне кажется, что она неверна.
Для приготовления коацерватов в лаборатории требуются очень высокие концентрации полимеров. Но в первобытных водоемах присутствовал весьма разбавленный бульон, содержащий небольшие органические соединения. Следовательно, для того чтобы низкомо- 36 РЛАВА 7 лекулярные предшественники реагировали, образуя полимеры, они должны были преодолеть первыи концентрационный разрыв.
Чтобы образовались коацерваты, появившиеся в разбавленном растворе, полимеры должны были преодолеть второй концентрационный разрыв. Наконец, сами коацерваты должны были осуществлять дальнейший синтез в очень разбавленном растворе. Ниже мы еще много раз будем сталкиваться с проблемой преодоления концентрационного разрыва. Теоретически можно найти способы обойти проблему концентрационного разрыва, но они представляются скорее пожеланиями, нежели правдоподобной реальностью. Например, вполне вероятно, что многочисленные неглубокие водоемы, разбросанные между крупными вулканами, интенсивно испарялись. При этом удалялась вода и летучие органические соединения типа формальдегида и синильной кислоты и образовывался действительно более концентрированный бульон.
Иногда в водоемах до следующего дождя оставались только влажная глина и ил, Несомненно, это и могло, и должно было происходить, по этот процесс еще не проанализирован достаточно подробно. В водоемах присутствовали также соли, типа хлористого натрия. Хотя в первобытных водоемах содержалось гораздо меньше солей, чем в современном океане, количество их молекул все же далеко превосходило количество молекул органических веществ. Учитывая, что в ходе испарения концентрируются и те, и другие, проведем грубую оценку.
Концентрация солей в водоеме могла быть приблизительно 1,5 г(л (10с/а концентрации солей в современных океанах), а общая концентрация двадцати аминокислот могла быть около 2 10 ' г/л. Итак, отношение количеств молекул соли н аминокислот было приблнзительно10000: 1. Помня, что мы должны прийти к синтезу нерегулярных молекул белка, представим себе случайные столкновения молекул аминокислот друг с другом, Трудность состоит в том, что молекула аминокислоты будет сталкиваться с моаекуламп соли в 10000 раз чаще, чем с молекулами другой аминокислоты! В данном примере не учитывается также тот факт, что аминокислоты— пе единственное подмножество общего набора нелетучих и отовионты 37 органических соединений в высыхающем водоеме.
Следовательно, аминокислоты могли сталкиваться и реагировать с другими молекулами органических соединений и с молекулами солей значительно чаще, чем с молекулами других аминокислот. К тому же по мере испарения под действием ультрафиолетового излучения Солнца быстро разрушалось все, что бы нк сконцентрировалось. В особых условиях, в лаборатории, концентрирование действителыю происходит, но образование коацерватов в реальном мире — совсем другое дело.
Для модели протоклеток, выдвинутой Фоксом, также характерны практические затруднения, связанные с преодолением концентрационного разрыва. Как н модель Опарина, модель Фокса изучалась весьма тщательно, она вполне этого заслуживает. Если смесь аминокислот нагреть и затем перенеетн в воду, то нз нее можно выделить полимеры, названные Фоксом протеиноидамн. Протенноиды представляют собой белковоподобные молекулы со случайной последовательностью аминокислот, воторые образуются с отщеплением одной молекулы иоды на каждую пептидную связь. Растворы протеиноидов при охлаждении мутнеют. Когда их рассматривали в микроскоп, обнаружили сферы диаметром около 10 мкм, напоминающие клетки, кап<дан нз которых имеет толстую, как скорлупа, протеиноидную мембрану. Иногда были заметны образования, похожие на почки, а также сдвоенные частицы (рис.
7Л). Протенноид, который легко получить в лаборатории, является беспорядочной смесью довольно крупных полимеров, большей частью полипептидов. Он подвергается частичному расщеплению под действием ферментов, расщепляющих белки биологического происхождения. Фокс н его сотрудники показали, что такие протенноиды, имеющие нерегулярную структуру, обладают широким набором незначительных каталнтнческих активностей. Оки предполагают, что аминокислоты концентрировались в испаряющихся водоемах и затем под действием тепла лаковых потоков нлк в ходе высушиванпя под действием солнечных лучей полпмернзовалпсь. После дождя протеипопды претерпевалн самосборку в микросферы. Микросферы представляют собой популяцию протоклеток, подвергавшихся отбору в соответствии с их каталитическими 33 ГЛАВА т Кг Рнс.
7Л. Протенноидные микросферы, сяитевярованные д-ром янгом. Смесь сухих аминокислот конденсируется под деаствнем тепла ялн кокденснруюпьнх агентов с оГ>рааованнем кротенкондов. Охлаждение суспенвнн протеннокда в воде приводит к появлению микросфер. актинностями, необходимыми для первичного метаболизма. Протеипопдные микросферы легко приготовить, и это делается во многих школьных лабораториях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
