Фолсом - Происхождение жизни - 1982 (947300), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Необходимо всего лишь нагреть кусок лавы иа газовой горелке, бросить на горячую лаву лопгку сухих 1 - или 0-аминокиспот и смыть с лавы полученные протеиноиды чашкой воды. пвотовионты йй Центральпым остается вопрос: откуда в реальном добиологическои мире взвлпсь чистые, сухие, концентрированные и оптически активные алшвокпслоты? Второй вопрос касается природы пограничных слоев в протеиноидных микросферах. Клетки имеют лнпопротеидную мембрану, тонкую, как паутинка, через которую путем диффузии лшгут медленно проникать различные малые молекулы.
Протеипоидные микросферы ограничены толстымн, грубыми наслоениями частично гидрофобных белков. Эти наслоения настолько толсты, что напоминают скорее почти непроницаемые клеточные стенки или оболочки спор, чем клеточные мембраны. Бернал предположил, что ключевым моментом в образовании полимеров из небольших органических молекул является их адсорбцпя на глинистых минералах.
Многие виды глин действительно весьма эффективно и избирательно адсорбируют аминокислоты, азотистые основания и сахара. В модели Бернала концентрационный разрыв преодолевается благодаря присутствию глин, повышающих локальные концентрации полимеров биологического тиса со случайной последовательностью составляющих его мопомеров. Предполагается, что на более поздней стадии зти полимеры самоорганпзуются в протоклетки и популяция первичных протоклеток служит основой для отбора тех, которые обладают синтетической и метаболической активностью. Определенная сложность заключается в том, что вещества на глинах могут разрушаться под действием ультрафиолетового излучения.
К тому же многие полимерные вещества адсорбируются гораздо сильнее, чем малые молекулы, и становятся недоступными для дальнейших превращений. Тем ве менее механизм концентрирования па глинах остается полезным и заслуживает дальнейшего изучения. Во всех вышеоппсапнь|х моделях протоклеток остается нерешенной главная проблема преодоления концентрационного разрыва. В связи с этим возникает вопрос: нет лп альтернативных подходов? Я лично считаю, что есть, и ниже остановлюсь па одном из пих, которому я отдаю предпочтение. При воздействии энергии на смесь первичных газов образуются не только малые органические молекулы— неизменно обнаруживается также и полпмерпый матери- 00 ГЛАВА 7 Рис. 7.2.
Органические микроструктуры, обрааовавшиеся под действяем искрового рааряда над поверхностью воды, Эти фотографии капли воды после 20 ч пропускания искры сделаны в фазово-контрастном микроскопе; ЭС900. Г>олен крупные сферы имеют в диаметре около 20 мкм, Обратите внимание ка обилие более мелких, похожих на бактерии объектов и на обилие мелкого мембранного материала, ааполняюпгего более крупные структуры. (С любеаного разрешения лаборатории экзабмологии Гавайского университета.) ал, в состав которого обычно входит почти весь углерод, участвовавший в реакции. Этот, в основном гидрофобный, материал не удается полностью охарактеризовать с химической точки зрении.
В обычных экспериментах с электрическим разрядом оп выявляется в форме осадка (конденсата) на электродах и на стенках реакционного сосуда. Полимеры образуются такнге и тогда, когда электрическая искра проходит через смесь газов и достигает поверхности иоды. В этом случае органический материал выпадает в виде тонкой маслянистой пленки на поверхности воды. При перемешивапии нли встряхивапии пленка отделяется от поверхности и образуются сферулы размером от 1 до 20 мкм в диаметре, а также более сложные структуры. Новообразовавшиеся сферулы имеют тонкую гидрофобную мембрану, которая окружает другой мембрапоподоб- пготовнонты з~ ный материал и часть водного раствора. Рис.
7.2 иллюстрирует сложное строение этого полимерного материала, дчя которого характерны довольно высокие выходы. Подобные органические микроструктуры, очевидно, являются результатом самосборки полимерного материала на поверхности воды. Завершив самосборку, они медленно опускаются на дно водоема. Но если регистрировать скорость образования этих структур путем простого подсчета под микроскопом их количества через различные промежутки времени после начала реакции в искровом разряде, наблюдается удивительная вещь; число микроструктур экспоненцнально возрастает со временем. Это свидетельствует о том, что одна структура, по-видимому, служит центром для самосборки других. Такая же кинетика авто- каталитического роста наблюдается и в биологических популяциях растущих клеток. В последующих главах мы будем обсуждать и другие свойства органических микроструктур.
Их существование приводит нас и следующему ключевому положению. Протоклеткн образовывались в первобытных водоемах нз полимерного вещества одновременно с образованием органических соединений. Итак, для образования протоклеток не требуются специальные концентрационные механизмы. Протоклетки в большом количестве находились в водоемах с самого начала, образуясь при воздействии ввергни на первичные газы и плевку. После образования они опускаются на дно водоема, где оказываются защищенными от разрушительного действия сильного ультрафиолетового излучения.
Дают лк древнейшие горные породы какие-нибудь непосредственные доказательства существования протоклетокг Иак можно отличить подобные структуры от остатков истинно биологических структург Для ответа на этн вопросы был разработан ряд методов. В одном из них осадочную породу растворяли в смеси плавнковой и соляной кислот.
При этом минеральная основа растворялась, а неповрежденное органическое вещество высвобождалось, н его исследовали затем под микроскопом. При изучении другим методом минералы разрезали на тонкие пластинки, полировали их и искали под микроскопом ископаемые клетки. Это утомительныйтруд: р2 глАВА т %г 'Ф"," з Игл,;~' г Рис. 7.3.
Органические микроструктуры, обнаруженные Б. Наги в слюдистых метакварцитах из Нсуа (Гренландия). Данные, яолученные при их изучении, свидетельствуют об абиогеяяом синтезе этих структур. (С любезного разрешения д-ра Б, Наги.) для того чтобы обнвружить ископаемые клетки, необходимо просмотреть многие и многие образцы. Сбор и установление возраста древних пород сами пп себе нвляются нелегкой аадачей. Еще трудяее решить, какие критерии биогенности применить к наблюдаемым ископаемым образованиям органического происхождения. Бартоломью и Лоис Наги и их сотрудники в Аризонском университете дали описание древнейших из известных органических микроструктур, имеющих возраст 3769-ь70 млн. лет, которые были найдены в слгодистом метакварците из Исуа (Гренландия), Их примеры представлены на рис. 7.3.
Эти микроструктуры идентичны микроструктурам, образующимся при искровом разряде пад поверхяостью воды. Более древние осадочные породы пе обнаруживаются, поскольку устойчивая система океанов образовалась не ранее 4000 млн. лет назад. Вполне вероятно, что те структуры, о которых сообщали Наги, являются протоклетками, по крайней мере по своей морфологии опи нх напоминают. Структуры из Исуа очень подвиги на органические микроструктуры, полученные из юнсноафрикапсггих оса- ш отонионты 02 дочных пород формаций Онвервахт (3400 млн. лет) и чхпггрри (3000 млн, лет).
Итак, находки мпкропснопаемых свидетельствуют о том, что остатки протонлеток можно обнаружить в осадках, имеющих возраст 3000 млн. лет и более и что начиная с 3000 млн. лет назад и по настоящее время сложность микроструктур изменяется. Древнейшие из известных микроископаемых, несом- генно биологического происхождения, бьши найдены Луи- Рис. 7.4, Окаменевшие остатки сине-зеленых водорослей, найденные Л.
Наги в строматолнте Трансвааля возрастом 2200 млн. лет. (С любезного раарешенив д-ра Л. Наги.) 94 глава т Рис. 7.5. Строматолиты, Эти пластивчатые отложении карбокатов характеризуются волнистой слоистостью. Они являются результатом осадкообрааующей деятельности сиие-велекых водорослей и некоторых бактерий. Хотя в породах этого типа микроископаемые сохраняются редко, само наличие такого биологически индуцированного породообрааоваиия — существеияое свидетельство в пользу раиией биологической деителькости. Этот образец представляет собой часть древиейшего иззестяого строматолита из системы Булавайо (Южная Родезия), возраст которого Згоо — 2700 млп. лвт. (С любезного разрешекия НАСА.) сом Наги в строматолитах Трансвааля (возраст 2200 млн.
лет). Они настолько сходны с современными сине-зелеными водорослими, что их можно отнести к определенным таксономическим группам (рис. 7.4). Баргхоорн и Шопф сообщили о напоминающих бактерии палочковидных объектах, выделенных из осадочных пород формации ФигТри в Южной Африке, насчитывающих 3000 млн.
лет. Эти палочковидпые ископаемые могут быть остатками протоклеток или бактерий. Строматолиты представляют собой рельефные и слоистые отложения карбонатов в осадочных породах. Они возникли в результате осадкообразующей деятельности фотосиптезирующих сине-зеленых водорослей (рис. 7.5). Эти пптич~сиии спттии нрпггу, ниалпгиппспис асануннпсти ПЛН. ЛЕТ Нлдлзт 1 ддПа Стааимит тонииинапииттт — айза Пидне отдоонек породы Ископаемые остатки прпптлеток Люмоодвра дтцтй стадии 2200 — Пердыс мияроископпемыа Эукитзотиеттзе микроисгпповиые оиологицткая продупция кислорода !паа ! .ч Порою тлтзжмые порасти мнтоклеттныл 1 Садгрлсатзе киоырзда пргдззшает Эт.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
