Чтение онлайн

Сходный тип организации, видимо, присущ индивидуальным слоям типичных червеобразных кристаллов: для некоторых из них характерна сложная, но неизменная организация поперечного сечения. Как эти особенности строения, так и наличие глубоких борозд на поверхности говорят о доменной структуре (см. рисунок на с, 50).

Сказанное подтверждают результаты экспериментов А. Вепса из Мюнхенского университета, который исследовал рост кристаллов смектита. Вейс указывает, что новые слои, образующиеся в промежутках между предсуществовавшими слоями кристаллов, получают от них информацию: речь идет о распределении плотности отрицательных зарядов, появляющихся при замещении атомов на алюминий в кремний-кислородной сети.

Конечно, нужно проводить новые наблюдения и ставить опыты, чтобы обосновать правомерность главного вопроса: существуют ли минеральные, кристаллические гены? Сегодня на этот вопрос я могу ответить лишь так: «Быть может, существуют» — и перейти к другому вопросу: могли ли такие гены эволюционировать? На этот вопрос, как мне кажется, можно ответить так: «Да; маловероятно, что они не эволюционировали».

РАССМОТРИМ обычные микроусловия формирования глин — пористую структуру песчаника. Растворы, содержащие продукты выветривания, просачиваются сквозь него, и в порах происходит кристаллизация двумерно реплицирующихся глин. Процесс может одновременно происходить в ряде участков, и в каждом из них будут находиться миллионы кристаллов с определенными дефектами структуры. В каких-то из этих участков кристаллы могут иметь такие форму и размеры, что они будут близко прилегать друг к другу и образовывать водонепроницаемый заслон. Движение растворов в таких участках нарушится и кристаллы в них перестанут расти. В других участках небольшие, рыхло расположенные кристаллы не будут мешать протеканию растворов, но при дожде такие структуры будут легко вымываться, так что в этом тоже мало хорошего. Наконец, в участках третьего, типа кристаллы могут иметь такую форму, что они закрепятся в углублениях стенок пор; такие кристаллы и останутся на месте, не препятствуя протеканию питающих растворов. Возможны и участки, где реплицируются относительно длинные кристаллы, которые ввиду ограниченности пространства соединятся друг с другом и образуют довольно рыхлую структуру — это еще один путь сохранения постоянной локализации при поддержании потока питающих растворов.

Даже в таких относительно простых условиях могут проявляться весьма тонко действующие силы отбора — некие факторы, обусловливающие причины преимущественного развития определенных структур с дефектами (в данном случае имеются в виду главным образом их форма и размеры). В результате мутаций появятся варианты таких структур; по этой причине в разных частях растущих участков будут часто находиться кристаллы, несколько отличающиеся дефектами своей структуры. Это может привести к тому, что в одних местах рост пойдет быстрее, чем в других, одни части будут лучше переносить периодические неблагоприятные условия, чем другие.

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ЗАХВАТ, каким он представляется автору, был важнейшим этапом ранней эволюции. Вначале существовали лишь «голые» гены, состоявшие из какого-то не известного нам первичного генетического вещества (черные квадратики слева), которые эволюционировали таким образом, что стали контролировать условия окружающей их среды путем управления образованием все более сложных, окружающих их фенотипов {голубые многоугольники). Возник новый тип генов {красные квадратики), которые могли «работать» только в границах довольно сложно устроенного фенотипа, но были более «работоспособными», чем исходные гены. Новые гены постепенно захватывали контрольные функции при формировании фенотипов, так что в конечном счете начальная форма генов была ими полностью вытеснена.

Давайте теперь рассмотрим несколько более сложные условия. Пусть почвенные растворы из песчаника попадают в быстро текущий поток, который в силу повышенной кислотности и малой концентрации веществ в нем не обеспечивает условий для синтеза глин, но содержит один из компонентов (нужных для образования «генетической» глины), которого недостает в песчанике. С позиции химии идеальным местом для образования такой глины будет в этом случае поверхность раздела между двумя разными средами. С физической точки зрения условия для этого отнюдь не идеальны, так как эта поверхность невелика и подвержена изменениям. Образующиеся кристаллы всегда находятся под угрозой вымы-вания или растворения либо того и другого вместе. Тем не менее поверхность раздела может быть стабилизирована и расширена значительными группами тесно взаимодействующих (реплицирующихся) кристаллов, прикрепленных к песчанику; получится весьма клейкая масса. Мутации, изменяющие форму образующих ее переплетающихся кристаллов, будут изменять ее пористость, что в свою очередь приведет к изменению в ней градиентов кислотности, а также градиентов концентрации различных ионов. Подбор условий, подходящих для синтеза глин в таких массах, может происходить путем естественного отбора. Наибольшие шансы на успех будет иметь такой «комок генов», который окажется и хорошей поддерживающей средой, и подходящим местом для образования глины. Считается, что длинная шея у жирафа возникла под действием естественного отбора; в результате животные этого вида могут поедать листья с макушек деревьев без особых усилий. Можно думать, что и разные формы реплицирующихся глинистых частиц могут в определенных условиях также «приспосабливать» свой размер и форму. Забудем на время о сложностях физиологии. В логике событий здесь действительно есть много общего. Реплицирующиеся, мутирующие структуры оптимизируются одним и тем же путем — в ответ на меняющиеся условия. Они просто не могут вести себя иначе.

ДО СИХ ПОР мы рассматривали самые первые организмы как состоящие из одних только генов. Такие организмы действительно могли существовать, поскольку даже сам набор генов может обладать фенотипом. Иными словами, он характеризуется неким комплексом физико-химических свойств, определяемых имеющейся в генах информацией, от которых зависит его эволюционная судьба. В реальных условиях исходный набор «глиняных» генов постоянно «загрязнялся» бы другими глинами, образовавшимися в условиях, которые возникли под влиянием этих генов. Совместная кристаллизация могла иногда приводить к улучшению свойств агрегатов, например их пористости или способности удерживаться в месте роста. Одновременно могли происходить мутации генов, попадавшие под действие отбора, который способствовал образованию «вторичных» глин. Нетрудно представить себе, каким образом дефектная структура в генетическом кристалле могла самым прямым способом осуществлять контроль над ростом аналогичных образований: это могло происходить за счет эпитаксии, т.е. под влиянием специфических дефектов предсуществовавших структур на кристаллизацию вторичных глин на поверхности генетических глин.

БОЛЬШИНСТВО ГЛИН образовано стопкой слоев. В каолините (а) асимметричные слои скреплены водородными связями. Каждый слой образован сеткой из атомов алюминия и гидроксильных групп, слитой воедино с сетью из атомов кремния и кислорода (b). В других глинах слои симметричны. В них кремний-кислородная сеть с обеих сторон слита с металл-гидроксильной сетью. Эти слои заряжены отрицательно и взаимодействуют при участии положительно заряженных ионов (с). В иллитах (d) большая часть отрицательных зарядов появляется в результате замещения атомов кремния атомами алюминия.

Рассмотрев первые организмы, пойдем теперь дальше. Я попробую в нескольких словах описать взаимосвязи между нами и первыми организмами. Для этого нам не обойтись без молекул органических соединении, а также без вопросов «почему?» и «как?».

Почему вообще на сцену вышли молекулы органических соединений? По ряду причин. Некоторые из малых органических молекул (например, аминокислоты или ди- и трикарбоновые кислоты) могли способствовать солюбилизации ионов металлов, например алюминия. Таким образом, они выступали в роли катализаторов при синтезе глин. Молекулы других типов (например, гетероциклические основания и полифосфаты) обладают повышенным сродством к глинам, что часто приводит к изменению физических свойств геля глины. Органические молекулы способны также сильно влиять на форму и размер неорганических кристаллов, подавляя рост некоторых их граней. Это могло иметь особо большое значение для контролируемой репликации кристаллических генов. Кроме того, влияние на структуры могли иметь и полимерные органические соединения. Они могли удерживать частицы глины рядом друг с другом.

Я думаю, что предшественники РНК, появившиеся в достаточно развитых глиняных организмах, в первую очередь играли структурную роль. (На самом деле РНК и сегодня иногда используется приблизительно для тех же пелей.) РНК-подобный полимер с отрицательно заряженным остовом молекулы должен стремиться связываться с краями частиц глины (они чаще всего заряжены положительно). А гетероциклические основания (молекулы типа аденина) имеют тенденцию проникать между слоями глины. Можно представить себе некий РНК-подобный полимер, который возник специально для взаимодействия с глинами (возможно, даже для «чтения» информации, экспонированной на краях одномерных «глиняных» генов).

ДЛИННЫЕ КРИСТАЛЛЫ ИЛЛИТА, прикрепленные к зерну песчаника. (Увеличение х 10 000; микрофотография сделана при помощи сканирующего электронного микроскопа.) Такая глина — подходящий кандидат на роль одномерного генетического кристалла, но, поскольку она образована небольшим числом слоев, ее информационная емкость невелика.

ВЕРМИФОРМНЫЙ (ЧЕРВЕОБРАЗНЫЙ) КАОЛИНИТ (увеличение х 1350), образовавшийся путем выветривания. Такая глина — возможный кандидат на роль двумерного генетического кристалла.

Генетический захват, который привел к становлению существующих сегодня механизмов биохимического контроля, мог начаться, согласно этой гипотезе, с того момента, когда РНК стала реплицирующейся молекулой. То был новый тип «сотрудничающего» генетического материала, роль которого вначале была невелика. Для того чтобы отойти от основы — глиняного каркаса, — требовалась длительная эволюция. Возможно, это произошло уже после того, как возникла сложная система механизмов белкового синтеза. Об эволюции такой системы можно рассуждать, поскольку она происходила в пределах образовавшегося организма. Сначала она могла эволюционировать как побочная система, но постепенно становилась все более полезной и сложной, а когда каркас исчез, стала совершенно необходимой.