Чтение онлайн

Соответственно, Дайсон предложил схему последовательности биохимической эволюции, в соответствии с которой первоначально возникли клетки, они создали основу для образовании ферментов и только после этого было положено начало формированию генов. Эта схема «клетка – ферменты – гены» составила альтернативу схеме Эйгена «гены – ферменты – метаболизм» и совершила своеобразный возврат на новом уровне к представлению Опарина о первичности коагулянтов, гелей и коацерватов как элементов «первородного студня». Соответственно такая модель образования жизни, получившая подкрепление компьютерным экспериментам, может рассматриваться как модель Опарина-Дайсона.

Однако большинство учёных, специализирующихся в данной сфере научного поиска, склоняются всё же к признанию иного пути и иной схемы хода биохимической эволюции. С 1989 г. всё более сильные позиции завоёвывает впервые выдвинутое Д. Джойсом представление о первичности древней РНК, которая совмещала функции генотипа и фенотипа, т. е. могла быть источником генетических преобразований и материалом для естественного отбора.

Выход из тупиковой ситуации, с точки зрения химии, казалось, был найден. Ход преобразований происходил по схеме «РНК – белки – ДНК». Многие учёные считают этот путь единственно возможным и очевидным. Первоначально возникла молекула РНК, на её основе стали образовываться простейшие белки и ферменты, но её недостатком было отсутствие прочных связей между углеродом и водородом. Это тормозило прогресс в эволюции жизни. Понадобился миллиард лет, чтобы посредством естественного отбора заменить одно из азотистых оснований и упрочить связи между углеродом и водородом с участием атома кислорода.

Такое мнение большинства специалистов было подкреплено дальнейшим развитием генетики, в процессе которого были выявлены ранее неизвестные свойства РНК. Уже в начале 1970-х годов был обнаружен фермент, обеспечивающий перенос генетической информации от РНК к ДНК, т. е. в порядке, обратном тому, который действует в современных биологических системах. До настоящего времени не обнаружено ни одного организма, в котором бы отсутствовала РНК, тогда как ДНК не найдено во многих видах вирусов. Молекулы РНК не уступают молекулам ДНК по уровню генетической памяти. В молекулах РНК происходит совмещение генетической и каталитической функций.

Всё это, конечно, весомые аргументы в пользу способности РНК быть химическим «запальником» при разжигании пламени жизни. Но при этом нужно ещё ответить на вопрос, как же могла возникнуть сама РНК.

Для ответа на этот вопрос в современной науке используется гипотеза А. Кернс-Смита, в соответствии с которой жизнь могла зарождаться в кристаллах глины. Их структурное сходство с генами и навело автора гипотезы на мысль о возможности происхождения из них генетических структур. Тип глины, известный под названием каолинит прямо напоминает двухмерный ген. Различные слои глин образуют так называемые домены – пространственно замкнутые структурные компоненты, в рамках которых наблюдаются определённые пространственные ориентации атомов алюминия. Они как бы от домена к домену составляют последовательность из трёх типов ориентаций, что может быть истолковано как источник образования кода из трёх знаков.

Химические предшественники РНК могли возникать в слоях глин на краях этих слоёв либо между слоями. Глиняный каркас и явился в соответствии с данной гипотезой как бы матрицей для создания оттисков в виде структур РНК, которые в длительном процессе естественного отбора превратились в механизмы белкового синтеза.

В 1990-е годы появилось немало гипотез, призванных обосновать определённый физико-химический путь зарождения жизни. В них предполагается возникновение предшественников жизни (протобионтов) в геотермальных источниках на океанском дне, в тонких плёнках органических веществ, возникающих посредством адсорбции на поверхностях кристаллов пирита или апатитов.

Определённое значение в современных дискуссиях о путях биохимической эволюции жизни сохраняет концепция профессора Московского университета А.П. Руденко, изложенная в 1969 г. в книге «теория саморазвития открытых каталитических систем». В этой книге он характеризует свою концепцию как общую теорию химической эволюции и биогенеза. Согласно этой концепции, химическая эволюция происходит на основе саморазвития каталитических систем, а главным эволюционирующим веществом, так сказать, движущей силой эволюции выступают катализаторы. Руденко сформулировал положение, рассматриваемое им как основной закон химической эволюции.

Согласно этому положению, эволюционные изменения катализаторов проявляются в том направлении, в котором проявляется их максимальная активность. Это означает, что превосходство в уровне энергии, полученное за счёт базисной реакции с большим выделением тепла, позволяет системе получить преимущество в конкуренции за продолжение существования по отношению к другим системам. По мере роста активности каталитических систем, достигнутого посредством повышения их энергетического потенциала, с наибольшей вероятностью и скоростью реализуются и возможности их прогрессивного развития.

Открытость этих систем, обеспечивающая приток новой энергии и вывод готовых продуктов, способствует процессам самоорганизации и нарушению равновесия в химической среде. Это в свою очередь запускает процессы автокатализа и самоускорения базисных реакций. Однако это самоускорение, достигнув определённого уровня, начинает сдерживаться постоянством температуры, вследствие чего возникает так называемый первый кинетический предел. Он преодолевается лишь отдельными каталитическими центрами путём их преобразования в центры функциональных циклов.

Затем, уже на предбиотической стадии, подготовленной этими преобразованиями, самоускорение реакций вновь начинает сдерживаться, на этот раз концентрацией реагирующих веществ. Так возникает второй кинетический предел. Он в свою очередь может быть преодолён лишь некоторыми наиболее сложными каталитическими системами, которые выделяются из общей массы, переходят к самостоятельному существованию и приобретают способность пространственного дублирования. Так возникает самовоспроизведение систем и начинается переход от химической эволюции к биологической, от химического отбора каталитических реакций к естественному отбору биологических систем.

Концепция А. Руденко соединяет в себе теорию катализа с синергетическим подходом, что в настоящее время отвечает запросам «научной моды». Фактически автор вплотную подошёл к описанию поведения мобилизационных структур, но лишь на уровне химических реакций.

Различные модели биохимической эволюции могут отражать не только различные альтернативы возникновения жизни (одна из которых близка к реальности, а другие не соответствовать ей), но и разные пути формирования жизни, некоторые из которых могли некогда реализоваться, подобно тому, как разные реки сливаются в единое море.

Возникновение жизни – это поворотный пункт эволюции Вселенной. Там, где этот поворот совершается, полностью изменяется ход эволюционных процессов, сам способ эволюционирования. В этом и только в этом заключается ключ к разгадке вечной загадки происхождения и сущности жизни. Нужно изучать способ эволюционирования, без этого мы не продвинемся ни на шаг. Вполне справедливым в этом смысле представляется высказывание американского исследователя Дж. Хоргана о том, что «перейти от бактерии к человеку – меньший шаг, чем от смеси аминокислот к этой бактерии». Образовав жизнь, эволюция тем самым преобразовала сама себя и открыла возможность последовательного прогресса живых существ, являющихся уже не только объектами, но и субъектами эволюции.