Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Главная страница


Femtochemistry and Femtobiology / Ed. V.Sundstrom. Singapore: World




страница8/30
Дата15.05.2017
Размер5.54 Mb.
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   30

69. Femtochemistry and Femtobiology / Ed. V.Sundstrom. Singapore: World

Scientific, 1998.

70. Blackwell M., Ludowise P., Chen Y. // J. Chem. Phys. 107. 283 ( 1997 ).

71. Thogersen J., Thomsen C., Poulsen J., Keiding S. // J. Phys. Chem. A 102. 4186 (1998).

72. Zhong D., Zewail A. // Phys. Chem. A 102. 4031 (1998).

73. Prybyla J., Heinz T., Misevich J., Loy M., Glownia J. // Phys. Rev. Lett. 64.1537 (1990).

74. Ruiter A., Veerman J., Garcia-Parajo M., Hulst N. van // Phys. Chem. A 101. 7318 (1997).

75. Weston K., Buratto S. // Phys. Chem. A 102. 3635 (1998).

76. Mais S., Tittel J., Basche Th., Brauchle C., Gohde W., Fuchs H., Muller G., Mullen К. // J. Phys. Chem. A 101. 8435 (1997).

77. Dalidchik F., Kovalevsky S.,Crishin M., Shub B. // Surf. Sci. 387. 50 (1997).

78. Далидчик Ф.И., Ковалевский C.A., Гришин М.B.,Шуб Б.Р. // Письма в ЖЭТФ. 66. 37 (1997).

79. Бучаченко А.Л., Кожушнер М.А., Шуб Б.Р. // Известия АН. Серия «Химия». 1732 ( 1998 ).

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ
Р.Нудельман(Израиль), доктор биологии, профессор

Научный журналист и писатель, научный обозреватель журнала

«Знание-сила»
Р.Нудельман. Загадки, тайны и коды жизни.–Р.н/Д:Феникс,

2007–470с.(Избранное)


ПЕРВЫЕ ШАГИ

«Живые молекулы»
Когда появилась жизнь на Земле? Как это произошчиталось, что первые живые существа появились на нашей планете в ту эпоху, которую геологи называют Кембрийской, – примерно 550 миллионов лет назад или незадолго до того. На этот возраст указывали тогдашние данные палеобиологии. Но ведь Земля, как известно, образовалась почти 4,5 миллиарда лет назад. Что же, все это время жизнь на нашей планете не существовала, а потом, через почти 4 миллиарда лет, вдруг разом возникла? Это не укладывалось в дарвиновскую схему постепенной эволюции живых существ, и такая ситуация мучила биологов-эволюционистов. Поэтому они то и дело предпринимали попытки найти следы более ранней жизни, но, увы! – все эти попытки оказывались безрезультатны. И лишь лет сто спустя американский геолог Стенли Тайлер обнаружил в древних скалах на побережье Канады окаменевшие следы каких-то простейших микроорганизмов, возраст которых после тщательного исследования был определен в 2,1 миллиарда лет. Это был первый прорыв. За ним последовали другие, и еще пятьдесят лет спустя, в 1993 году, другой американский геолог Уильям Шопф нашел рекордно древние следы жизни. Он обнаружил их в скалах Западной Австралии, возраст которых составлял 3,5 миллиарда лет! О том, что эти окаменевшие следы принадлежали живым существам, говорил тот факт, что рассеяние лазерного света на обнаруженных Шопфом следах оказалось в точности такое же, как рассеяние света на останках различных видов бактерий.

Поначалу многие ученые с недоверием отнеслись к открытию Шопфа. Но не прошло и нескольких лет, как оно получило хоть и косвенную, но сильную поддержку. Австралийский геолог Расмуссен, изучая древние слои в подводных скалах, тоже обнаружил в них следы древних живых существ. Но на сей раз то были более развитые микроорганизмы. По его оценке, их возраст составлял не меньше 3 миллиардов лет. Однако для достижения такого уровня развития первым живым существам, несомненно, требовалось достаточно длительное время, а значит, их более простые предки должны были появиться намного раньше, чем 3 миллиарда лет назад, может быть, даже на несколько сот млн лет раньше, то есть примерно 3,5 миллиарда лет назад, как и утверждал Шопф.

Приободренный этим подтверждением, Шопф вернулся к своим образцам и провел их дополнительное исследование с помощью появившихся в последнее время новых методов. И тут ему удалось установить поразительный факт. Повторно и более детально исследуя свои находки, Шопф насчитал в собранных им образцах по меньшей мере 11 разных видов разных «органических следов», то есть целых 11 разных видов примитивных микроорганизмов. Среди них оказались и организмы, сходные с существующими до сих пор так называемыми «цианобактериями». Но цианобактерии уже обладают аппаратом фотосинтеза, и значит, явно не были самыми первыми на Земле живыми существами. Для развития механизма фотосинтеза и появления целых 11 разных видов бактерий необходимо было дополнительное время, и специалисты оценивают это время примерно в 400 миллионов лет. Это означает, что первые бактерии должны были появиться не 3,5 миллиарда лет назад, а 3,5 + 0,4 = 3,9 миллиардов лет тому назад!

Но тут уж многие ученые встали, что называется, на дыбы. Они отказались принять эту цифру. И надо признать, что у них были для этого веские основания. И вот какие.

Некоторое время назад два американских исследователя, Дэйвид Кринг и Барбара Коэн, опубликовали обзор, посвященный геологическому прошлому нашей планеты. Этот обзор собрал воедино данные многочисленных геологических исследований, посвященных самому раннему периоду земной истории. И он с достаточно высокой степенью достоверности показал, что вскоре после своего образования, а именно, около 4,1 и до 3,9 миллиардов лет тому назад, наша Земля и соседние с ней внутренние планеты Солнечной системы (Марс, Венера и Меркурий, а также Луна) подверглись чудовищной бомбардировке огромными осколками протопланетарного вещества – астероидами и метеоритами. Эти «небесные камни» могли образоваться в результате неожиданного распада еще одной, только лишь зарождавшейся (да так и не родившейся) планеты Солнечной системы, которая должна была двигаться по орбите между Марсом и Юпитером, там, где сейчас как раз и находится так называемый пояс астероидов. Эти удары буквально испещрили поверхность всех внутренних планет чудовищными кратерами. Трудно даже представить себе их число и размеры. По оценкам Кринга и Коэн, только на Земле должно было образоваться до 22 тысяч кратеров диаметром более 20 километров. По меньшей мере 40 из них должны были иметь диаметр около 1000 километров, а несколько – свыше 5000 км, что превосходит размеры таких земных материков, как Австралия, Европа, Антарктида и Южная Америка. Однако все эти кратеры сохранились сейчас только на Луне – на Земле они давно исчезли в результате произошедших с тех пор геологических процессов. Но на Марсе мы тоже видим сегодня кратеры, и, по мнению ученых, большинство из них тоже образовались как раз в ту эпоху.

Вся эта космическая бомбежка продолжалась довольно небольшое – в астрономических масштабах время: как уже сказано, от 4,1 до 3,9 миллиардов лет назад, то есть около 200 тысяч лет. С перерывами, разумеется, так что, скажем, столкновения Земли с астероидами таких размеров, как тот, что позднее уничтожил динозавров, происходили в то время не каждый день, а «лишь» каждые 100 лет в среднем. Можно представить себе, какие страшные катаклизмы то и дело сотрясали тогда нашу планету, как рвалась, кипела, пузырилась и пучилась ее едва затвердевшая кора, какие потоки лавы и магмы извергались наружу, как взметались и вскипали воды молодых океанов. Подлинный ад. Как на нынешней' Венере.

Ученые давно уже предполагали, что такая космическая бомбардировка Земли и Луны действительно происходила и что это имело место примерно 4 миллиарда лет назад. Но никто раньше не думал, что эта катастрофа накрыла всю внутреннюю часть Солнечной системы и была такой фантастически мощной. Причина этой недооценки состояла в том, что раньше специалисты полагали, будто Земля и Луна претерпевали тогда соударения с большим облаком комет, а поскольку энергия удара комет с их небольшим весом много меньше, чем у огромных астероидов, то и масштабы бомбардировки представлялись менее значительными. Однако Кринг и Коэн, изучив образцы пород, доставленные космонавтами из лунных кратеров, убедились, что их химический состав соответствует содержанию изотопов не в кометах, а именно в астероидах, а также в метеоритах, находимых на Земле. Тот факт, что бомбежка была именно астероидной, существенно меняет картину. Ведь бомбардировка тяжеловесными астероидами должна была уничтожить все твердые породы и скалы, которые уже успели к тому времени сформироваться на Земле. Это, прежде всего, означает, что ученые не могут рассчитывать найти сегодня на Земле какие-либо скалы старше 3,9 миллиардов лет и любые сообщения о таких находках наверняка являются ошибочными. Вот почему многие ученые и отнеслись с недоверием к утверждениям Шопфа. Если верна нарисованная Крингом и Коэн картина «космической бомбардировки», то она явно исключает возможность возникновения первых живых организмов в такое раннее и к тому же такое катастрофическое время. Ведь эта мощная и длительная бомбардировка могла, в принципе, вообще испарить все первичные океаны, так что им пришлось бы потом возникать заново. Где уж тут взяться жизни!

Однако другие ученые пришли к совершенно иному выводу и, что самое интересное, – на тех же основаниях. По их мнению, удары метеоритов и астероидов о Землю неизбежно приводили к образованию трещин, из которых выделялась горячая вода, насыщенная органическими молекулами, и вот эти трещины как раз и могли стать очагами предбиологических процессов, которые привели к быстрому появлению жизни сразу же после окончания бомбардировки. Многие биологи считают сегодня, что жизнь занесли на Землю именно бомбардировавшие ее «небесные камни», тогда как другие полагают, что она самозародилась на дне земных океанов, в горячей воде таких вот «гидротермальных трещин» и что условия вблизи таких трещин были настолько благоприятными, что первые живые клетки могли появиться там уже через несколько десятков тысяч лет после конца бомбардировки, то есть примерно 3,85 миллиардов лет тому назад. А эта дата удивительно близка к возрасту обнаруженных Шопфом первых признаков жизни на Земле.

Но здесь уже спор о том, когда появилась первая жизнь на Земле, переходит в спор о том, как она появилась, и это ведет нас к следующей части нашего рассказа.

В споре о путях возникновения земной жизни тоже есть два противостоящих друг другу больших лагеря, и разделяются они именно по вопросу о том, появилась ли эта жизнь путем «самозарождения», то есть возникла прямо на нашей планете (как, например, утверждает гипотеза «гидротермальных трещин»), или же была занесена на Землю падавшими на нее астероидами и метеоритами (как говорит другая, «метеоритная» гипотеза). Соответственно каждый лагерь в поисках доказательств обращает свои взоры в свою сторону: один – к Земле, другой – к небу, в космос. Все мы знаем, что поиски жизни в космосе идут уже не первое десятилетие. Эти поиски опираются на давнюю, еще времен Джордано Бруно и Коперника, аксиому науки, согласно которой Земля не является чем-то уникальным в космосе. Если Земля – типичная планета, то и существующая на ней жизнь тоже должна быть типичным космическим явлением. Это замечательная аксиома, и во многих отношениях она верна, но вот в отношении земной жизни она явно не работает. В нашей Солнечной системе жизнь не обнаружена ни на одной другой планете. Последние надежды отыскать ее на Марсе, пусть в виде бактерий или, на худой конец, хотя бы в виде следов когда-то существовавших бактерий, запечатленных в толще упавших на Землю марсианских метеоритов, – все эти недавние надежды недавно и развеялись – как сон, как утренний туман. И это вроде бы подтверждает позицию сторонников космического происхождения жизни. Ведь если ни одна другая планета Солнечной системы, кроме Земли, не породила даже простейшей органической жизни в виде бактерий, то, скорее всего, и на Земле жизнь не самозародилась, а занесена извне, – например, с помощью каких-то «спор», витающих в космосе и случайно попавших на нашу планету.

У этой мысли есть свои основания и своя история. Первым рьяным глашатаем теории «космических спор» был шведский физико-химик Сванте Аррениус (1855-1923), а главным основанием для нее является то очевидное соображение, что вероятность случайного – то есть благодаря счастливому стечению благоприятных обстоятельств – «самозарождения» жизни чудовищно мала, если учесть многочисленность необходимых для этого «обстоятельств». Сегодня, когда уже известна огромная сложность генетических и белковых молекул, образующих то, что мы называем «жизнью», и фантастически тонкая слаженность молекулярных основ этой жизни, вероятность их случайного образования представляется совсем уж исчезающе малой. Но уже и сто лет назад эта возможность тоже не казалась особенно реальной. Поэтому в 1908 году Аррениус выдвинул теорию так называемой «панспермии», согласно которой все космическое пространство заполнено некими «живыми спорами», которые движутся под давлением света, излучаемого звездами (Лебедев как раз в ту пору доказал реальность светового давления), и «засеивают жизнью» подходящие планеты. Эту гипотезу в тех или иных вариантах поддерживали и поддерживают многие крупные ученые – Дж. Дж. Томсон, Фред Хойл и др. (Самые свежие аргументы в ее пользу изложены в недавней книге «Пятое чудо» австралийского физика и автора многочисленных научно-популярных книг Пола Дэвиса.).

Критики и противники сразу же указали на главное слабое место гипотезы Аррениуса: та же радиация, которая якобы движет споры, будет их и уничтожать. Тогда сторонники гипотезы выдвинули несколько новых подвариантов, свободных от этого недостатка. Так, знаменитый астрофизик Хойл, например, предположил, что «споры» представляют собой высохшие в космическом вакууме и замерзшие (при почти абсолютном нуле) клетки; однако, как справедливо заметили критики, в вакууме клетки не высыхают, а взрываются. Более надежно «споры» могли бы сохраняться внутри некоторых небесных тел – комет и астероидов, попадая на планеты вместе с ними (вспомним «метеоритную гипотезу»), И действительно, последующие наблюдения показали, что многие такие тела и впрямь содержат органические вещества. Так, метеорит, упавший в 1969 году в Австралии (и по месту падения названный «Мэрчисон»), содержал свыше семидесяти различных аминокислот (а эти молекулы являются составными звеньями всех белков). А ядро знаменитой кометы Галлея, как показали ее спектральные наблюдения, на целых 25 процентов состоит из углеводородной органики. И в космических пылинках этой органики почти 10 процентов.

Увы, этот вариант панспермии тоже вызывает серьезные возражения. Дело в том, что многие органические молекулы обладают определенной симметрией, своего рода «закрученностью» (по-английски – chirality), и давно установлено, что все белковые молекулы земных организмов почему-то имеют только «левую» такую «закрученность» (а все земные сахара – почему-то правую). Между тем органические молекулы космического происхождения, то есть органика метеоритов, комет и пылинок, – это, как правило, смесь «левого» и «правого» типов. Правда, недавно промелькнуло сообщение о том, что будто бы определенные свойства космического излучения (преимущественное направление вращения его электрического поля) могут вызвать образование органических молекул только одной какой-то «закрученности», но это пока еще не доказано. А кроме того, как сразу же указали противники новой гипотезы, ведь все такие метеориты и даже пылинки, несущие пресловутые «споры жизни», при их вхождении в земную атмосферу разогреваются до тысячи с лишком градусов, так что никакие «споры» живыми до Земли не долетят.

Тем не менее, несмотря на все эти возражения, увлечение многих ученых гипотезой панспермии не утихает, и в ее подкрепление выдвигаются все новые и новые соображения. А недавно два видных специалиста–биолога, Лесли Оргелл и первооткрыватель знаменитой ДНК Френсис Крик, даже выдвинули идею «направленной панспермии», то есть целенаправленного «засеивания» планет «спорами жизни», созданными какой-то высшей цивилизацией. Нетрудно, однако, заметить, что все эти идеи имеют один общий недостаток: они нисколько не приближают к пониманию загадки возникновения жизни. Когда-то Маяковский писал о поэте Безыменском, что он всем хорош, только «жаль вот: стихи не умеет писать, а это для поэта недостаток». Так и эти гипотезы: вроде бы всем хороши, только вот на поставленный вопрос не отвечают. Действительно, весь этот сценарий: микроскопические споры жизни, летящие в мертвом, ледяном космическом пространстве и подгоняемые ветрами звездных излучений, – все это, бесспорно, красиво, как и всякая фантастика эпического размаха, но нетрудно понять, что глашатаи «космической» гипотезы, от Сванте Аррениуса до Пола Дэвиса, всего лишь отодвигают, а не решают ими же указанную трудность. Ведь ничтожная вероятность самопроизвольного возникновения жизни не станет менее ничтожной, если перенести проблему с Земли в космос. И даже если пресловутые «споры жизни» создала «высшая цивилизация», то как же все-таки возникла та жизнь, венцом которой стала эта цивилизация?

На этот ответ у сторонников «космической гипотезы» пока нет ясных ответов. А как обстоит дело у защитников «гипотезы самозарождения»?

Чтобы ответить на этот вопрос, нужно чуть более детально разобраться – а что, собственно, ученые называют «жизнью»? Как все мы знаем, с точки зрения биологии, жизнь, то есть живые организмы, характеризуются следующими особенностями: они должны быть способны к обмену веществ (или, по-научному, к метаболизму), что, собственно и позволяет им существовать; далее – они должны быть способны меняться под воздействием внешних условий (то есть обладать изменчивостью); они должны быть способны к самовоспроизведению, то есть к порождению себе подобных (проще говоря – к размножению), и, наконец, они должны быть способны передавать потомкам приобретенные в ходе своей жизни изменения (эта особенность называется наследственностью). Итак, метаболизм, изменчивость, самовоспроизведение и наследственность – вот признаки живого организма, и первые «живые молекулы» должны были обладать всеми или хотя бы большинством этих признаков. Как мы опять же знаем, всеми этими признаками совместно обладают системы, состоящие из так называемых «живых молекул» – молекул белков (которые благодаря своим особым свойствам обеспечивают обмен веществ и размножение) и генетических молекул (которые благодаря своим особым свойствам обеспечивают изменчивость и наследственность). Сейчас в любом земном организме есть и белки, и генетические молекулы, но могли ли они самозародиться на Земле? И если да, то кто был первым? По этому вопросу лагерь «самозарождения», в свою очередь, разделяется на несколько подлагерей. Первый из них считает, что самозарождение могло начаться только с белков, потому что в условиях первобытной Земли белки обладали способностью к самозарождению. В обоснование этого своего утверждения сторонники данной гипотезы ссылаются на знаменитый опыт Миллера.

В 1953 году Стенли Миллер, тогда еще безвестный аспирант знаменитого геохимика Гарольда Ури, а сегодня и сам ведущий специалист по происхождению жизни, проделал следующий опыт. Он создал установку из двух сообщающихся сосудов, в одном из которых была вода, а в другом – та смесь газов (водород, метан, аммиак и, естественно, водяные пары), из которой, по представлениям специалистов, состояла атмосфера «новорожденной» Земли. Когда он пропустил через эту смесь электрические разряды (а можно не сомневаться, что молнии в первобытные времена наличествовали в изобилии), вода в сосуде побурела, а ее химический анализ показал, что там образовалось множество аминокислот и других органических молекул. Этот знаменитый опыт (до сих пор упоминаемый во всех учебниках) впервые показал, что чисто случайные химические реакции в смеси простых неорганических молекул могут приводить к «самообразованию» все более и более сложных органических молекул и веществ – возможно, вплоть до тех, на основе которых построено все живое. Правда, тут имелась некая тонкость: согласно господствовавшей тогда теории Опарина–Холдейна, первичная атмосфера была богата водородом (но лишена кислорода); именно поэтому миллеровская смесь содержала водород. Сегодня многие думают, что водорода в первичной атмосфере было намного меньше, но, как показала проверка, на результаты Миллера это не влияет.

Опыт Миллера породил совершенно новую область исследований – «абиотическую (то есть «не-живую» или «до-живую») химию», и вскоре в этом направлении были получены другие ободряющие результаты. В 1961 году Хуан Оро упростил эксперимент Миллера, взяв за исходное смесь аммиака и циановодорода (тоже наверняка наличествовавшего в первичной атмосфере Земли), и получил не только аминокислоты, но и один из тех «химических кирпичиков», из которых построены все генетические молекулы. Еще позднее Вехтерхойзер и Хубер использовали для эксперимента ту смесь газов, которая выделяется в местах прорыва горячей лавы на дне Мирового океана, в упоминавшихся выше геотермальных трещинах. Испытания показали: в этой смеси происходят те же циклы взаимосвязанных химических реакций, которые характерны и для живых клеток. Это последнее открытие породило целую полемику: немецкие исследователи на основании своих результатов утверждали, что жизнь «самозародилась» на дне первичного океана при высокой температуре, тогда как другие сторонники «самозарождения» выдвигали гипотезу «холодных родов».

Дело в том, что к тому времени было установлено, что «юное» Солнце (во времена образования Земли, 4,5 миллиарда лет назад) было много тусклее, чем сейчас, и поэтому появилось представление, что земные океаны были поначалу покрыты сплошным ледяным панцирем, который изредка взламывался падавшими астероидами и кометами; эти же падения приносили в океан органические вещества, перемешивали воды океана и атмосферу, а дальше все шло по сценарию Миллера. (Как уже сказано выше, позже нашли, что первичная атмосфера Земли имела не тот состав, что в эксперименте Миллера, но появились другие работы, в которых органические молекулы самозарождались и при правильном подборе «первичной атмосферы».) Как бы то ни было, в любом из этих вариантов – Миллера или его продолжателей – белки демонстрировали свою способность «самозарождаться» в условиях первобытной Земли, причем с такой химической неизбежностью, что это на время привело некоторых ученых в эйфорию – им стало казаться, что загадка жизни окончательно решена.

Но не тут-то было. Дальнейшее исследование белковых молекул привело к пониманию, что они куда сложнее по строению, чем те простейшие аминокислоты, которые возникали в экспериментах Миллера и Оро. Конечно, можно было оптимистически предположить, что впоследствии эти примитивные аминокислоты каким-то еще не известным способом (и все так же самопроизвольно и случайно) сложились в более сложные молекулы настоящих (нынешних) белков. Но это уже было бы слишком натянутое, фантастически маловероятное предположение. А главное – вскоре выяснилось совсем уж принципиальное обстоятельство, которое положило конец и этой надежде. Оказалось, что эти сложные молекулы белков требуют для своего образования специальных «инструкций» – из каких аминокислот складываться и в каком порядке, – а эти «инструкции» запечатлены в генах одних генетических молекул (всем известная ДНК) и передаются аминокислотам с помощью других генетических молекул (так называемых РНК). Так что белки вроде бы не могут самозародиться, если нет генетических молекул.

Выходит, первыми были генетические молекулы? Увы, тоже не выходит. Дело в том, что, как оказалось, все процессы, которыми занимаются эти молекулы (образование «инструкций» для белков, приобретение и передача изменений и т. п.), в свою очередь, требуют участия специальных белков. Так что генетические молекулы тоже вроде бы не могут «самозародиться», если нет белков. Иными словами, белки не могли появиться без наличия генетических молекул, а генетические молекулы не могли появиться без наличия белков. Но допустить, что они самопроизвольно и случайно образовались одновременно и в одном и том же месте, не могли даже самые пылкие оптимисты. Проблема самозарождения жизни снова зашла в тупик.

Однако в 1983 году появился намек на возможность выхода из этого тупика. Два исследователя, Томас Чех и Сидней Альтман, открыли новый вид генетических молекул РНК – так называемые «рибозимы». Оказалось, что эти молекулы одновременно обладают как свойствами генетических молекул (способны выполнять роль «инструкций» для образования белков), так и свойствами белков (могут ускорять, то есть катализировать, биохимические реакции образования белковых молекул). Собственно, их название – рибозимы – как раз и образовано из двух соответствующих слов: «рибо» (с этого начинается химическое название молекул РНК) и «зимы» (это окончание слова энзим, как называются специальные белки-катализаторы). Рибозимы оказались способны разрезать другие молекулы РНК и сшивать такие куски друг с другом.

Лиха беда начало: некоторое время спустя американец Шостак сумел так видоизменить рибозимы Чеха–Альтмана, что они оказались способны создавать свои собственные копии, а еще позже тот же Шостак сумел создать в пробирке такие условия, что коротенькие цепочки химических звеньев, из которых обычно состоят генетические молекулы начинали соединяться друг с другом в длинную цепь, подобную «настоящей» РНК. Энергию для такой реакции цепочки получали, как оказывается, из особых фосфоросодержащих молекул, которые и сейчас обеспечивают живые клетки этой энергией. Можно было думать, что такие простейшие короткие генетические цепочки и фосфоросодержащие молекулы вполне могли образоваться путем случайного соединения атомов в первичных земных океанах, а уж затем дать начало образованию простейших молекул РНК, обладавших способностью удваиваться и самим катализировать свое удвоение. Это предположение было куда реалистичнее, а его вероятность – куда больше, чем самопроизвольное и случайное образование сразу обоих видов «живых молекул» – и белковых, и генетических – в одно и то же время и в одном и том же месте.

Так возникла новая гипотеза возникновения земной жизни, утверждавшая, что появлению мира первых живых клеток предшествовал куда более примитивный мир, в котором существовали только молекулы «архаичной РНК», работавшие поначалу сразу «за троих» – и за себя, и за будущую ДНК, и за будущие белки. Эти молекулы могли нести в себе простейшую биологическую информацию, поддающуюся небольшим усовершенствованиям. Они передавали ее (путем самоудвоения) своим потомкам и сами катализировали первые, очень простенькие и коротенькие биохимические реакции их функционирования. В 1986 году гарвардский биолог Гилберт придумал для этого древнейшего этапа возникновения земной жизни название «РНК-мир». (В более широком плане эту гипотезу еще называют: «В начале были гены» – чтобы отличить ее от гипотез «миллеровского» типа, которые в целом сводятся к идее: «В начале были белки».) С этого момента начался энергичный поиск экспериментальных подтверждений новой гипотезы. В ходе такого поиска было накоплено много любопытных результатов. В 1993 году они были собраны в книге «Мир РНК», выпущенной лабораторией Колд Спринг Харбор, которой тогда руководил знаменитый Джеймс Уотсон (тот, что в паре с Фрэнсисом Криком некогда открыл двойную спиралевидную структуру молекул ДНК). Десять лет спустя эта книга была переиздана. Любопытно, что же говорит новое издание о результатах штурма «РНК-мира»?

Прежде всего, оно обрисовывает, как именно представляют себе сторонники РНК-гипотезы становления жизни. «На первых стадиях эволюции, – пишут они, – молекулы РНК развиваются по схеме самоудвоения, используя обмен своими участками и случайные мутации для выработки новых свойств и приспособления к новым жизненным нишам. По мере такого усложнения эти молекулы начинают использовать свои зачаточные каталитические способности, чтобы наладить синтез простейших белков. Белки, будучи намного более мощными катализаторами, сразу же после своего появления берут на себя управление процессами в клетке и помогают создать ДНК, которая становится тем «жестким диском», где записывается вся клеточная информация».

В этой картине не хватает только самого первого этапа – образования самой «архаичной РНК». И вот тут, признаются авторы, их гипотеза наткнулась на трудности. Для образования даже самой первой, самой простой РНК нужны химические звенья четырех разных типов. Так вот, два из них довольно легко «самозарождаются», если воссозданы условия первичной земной атмосферы. Но вот два других упорно не хотят возникать. Правда, Миллеру и его ученику Робертсону удалось в 1995 году создать один из них, резко изменив соотношения составляющих «первичного бульона», но большинство специалистов сомневаются в том, что в древних океанах могли существовать такие благоприятные условия.

Пытаясь обойти эту трудность, некоторые ученые (например, Джойс) выдвинули предположение, согласно которому «самыми первыми» были не молекулы РНК, а нечто более простое, что могло легче самообразоваться и что потом, спустя долгое время, постепенно, преобразовалось в РНК. Но для такого «двухступенчатого» процесса нужно много больше времени, чем то, которое, если верить Шопфу, прошло от конца «космической бомбардировки» до возникновения первых простейших микроорганизмов.

Все эти трудности, вместе взятые, сообщили переизданию книги «РНК-овый мир» некий пессимистический настрой, которого не было в первом издании. Ведущие глашатаи РНК-гипотезы высказываются теперь весьма осторожно. Л. Оргелл говорит, что самопроизвольное возникновение «архаичной РНК» граничило бы с чудом. Т. Чех заявляет, что такая РНК «слишком сложна для первой самовоспроизводящейся молекулы, чтобы она могла появиться без всякой подготовки, как Афина из головы Зевса». И те же Чех, Оргелл и присоединившийся к ним нобелевский лауреат К. де Дюв уже начали поговаривать о каких-то «квази-живых молекулах», что предшествовали появлению самой РНК и обладали такими свойствами, которые сделали более вероятным и быстрым это появление. На этом пути уже появились новые идеи, но все эти поиски еще находятся в самой зачаточной стадии, и пока сторонники «самозарождения» не предложили еще никакого правдоподобного сценария такого самозарождения – ни белкового, ни генетического.

Но ведь и сторонники «космической гипотезы», как мы видели, тоже ничего внятного пока не предложили. Так что же можно сказать о жизни? – спросим мы в заключение вслед за поэтом. Ее загадка оказалась сложной. И даже чересчур, добавим вслед за другим поэтом. Еще недавно наука казалась близкой к решению этой загадки. Сегодня она, кажется, снова отошла на исходные позиции. Обилие новых гипотез свидетельствует именно об этом. Ни одна из этих гипотез не представляется убедительной. Ни одна не имеет надежного экспериментального подтверждения. И ни одна не кажется перспективным кандидатом на роль новой всеобъемлющей теории. Придется подождать.


Каталог: fulltext -> UMK
UMK -> Рабочая программа учебной дисциплины иностранный язык (английский, немецкий, французский языки) для специальности
fulltext -> Дух предков хранит нас
fulltext -> Учебное пособие для студентов филологических специальностей Павлодар ’1 (075. 8) Ббк 81. 2-5Я7 н 90
UMK -> 1 курс немецкий язык Осенний семестр
UMK -> 1 курс французский язык осенний семестр
UMK -> Рабочая программа учебной дисциплины иностранный язык (английский, немецкий, французский языки) для специальности
UMK -> Хоккей обзор
UMK -> 1 курс для студентов иоиОТ
UMK -> Темы индивидуальных заданий по дисциплине "Астрономия"
UMK -> Атлетическая гимнастика
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   30

  • Mais S., Tittel J., Basche Th., Brauchle C., Gohde W., Fuchs H., Muller G., Mullen
  • Далидчик Ф.И., Ковалевский
  • Известия АН. Серия «Химия». 1732 ( 1998 ). ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ Р.Нудельман(Израиль), доктор биологии, профессор
  • ПЕРВЫЕ ШАГИ «Живые молекулы»