Александр Журавлев - Кто мы, русские, и когда мы возникли?

Специалисты утверждают, что образование полипептидов еще не было началом жизни, ведь полипептиды, хотя и состоят из аминокислот, не являются белками. Они слишком малы, чтобы образовывать сложные надмолекулярные вторичные и третичные структуры. Попытки в лабораторных условиях химическими методами увеличить размеры полипептидов и получить белки оказывались неудачными. А ведь, как правило, только после образования третичной структуры молекула белка начинает выполнять свои биологические (ферментативные) функции. Для этого необходимо соединение нескольких сотен или тысяч аминокислот.

Однако дело не только в длине цепи биополимера. Белок приобретает свои биологические (ферментативные) свойства только в том случае, если аминокислоты в его цепи расположены в определенном порядке.

Первичное абиогенное, т. е. без заранее заданной программы, случайное образование такого большого полимера, да еще со строго определенной последовательностью аминокислот, – событие случайное и маловероятное. Природе потребовались сотни миллионов лет, чтобы такое событие свершилось. Вероятность образования таких соединений увеличивалась свойствами водной среды – свойствами воды.

Все разнообразные полимеры на своей углеродной цепи имеют участки с различными свойствами. Некоторые участки гидрофильны, то есть стремятся раствориться в воде, другие участки гидрофобны – стремятся оттолкнуться, выйти из воды, как масло или нефть. Уходя от воды, гидрофобные участки прижимаются друг к другу, сближаются. Вот это свойство, гидрофобное взаимодействие – притяжение, и привело к тому, что в мировом океане полимеры собираются в коллоидные частицы. В этих частицах резко повышена концентрация, и значит, и вероятность взаимодействия веществ. Происходит ускорение разнообразных реакций и химических превращений.

Наш великий ученый А. И. Опарин еще в 1923 г. издал первую теорию абиогенного возникновения жизни. Он описал, как биополимеры – белки, жиры, углеводы – собирались в мировом океане в надкомплексные коллоидные частицы – коацерваты – и как из них могли образоваться предклеточные системы, а затем и живые клетки.

Гениальность А. И. Опарина иллюстрируется в целом правильностью его теории, хотя он и наука тогда не знали роли электронных возбужденных состояний, нуклеиновых кислот и гидрофобного взаимодействия.

А. И. Опарин писал: «Эволюция органических веществ на Земле могла иметь место только в отсутствие живых организмов, а также в отсутствие свободного кислорода в тогдашней атмосфере и при широком доступе ультрафиолетовых лучей». [109]Сложность этапа абиогенного образования белков и нуклеиновых кислот как очень больших и специфичных биополимеров, осуществляющих основные функции живых организмов, и заставляет спрашивать: «А что же такое жизнь или, точнее, жизнь на Земле?»

Определений жизни очень много. Мы попытаемся обобщить определения различных ученых:

« Жизнь на Земле – это этап эволюции открытых, неравновесных стационарных соединений полимеров углерода, которые выбрали определенный способ существования, т. е. адаптировались структурно к водной среде и солнечной энергетике, создав хиральность в условиях Земли, приобрели способность к трем типам движения: перемещению, росту и самовоспроизведению».

Из этого определения ясно, что где-то в космосе к условиям Земли мы адаптироваться не могли. Представьте только, что мы возникли на другой планете, где моря и океаны состоят не из воды, а из жидкого аммиака, кремниевой или серной кислоты. Представьте, что вместо солнечного света там инфракрасная или рентгеновская радиация. Из чего бы мы тогда состояли? Возможно, из полимеров кремния. Прилетев на Землю, мы либо расплавились, либо растворились бы в воде. Так что остается нам возникать самостоятельно на нашей Земле.

Наибольшую трудность в понимании процесса дальнейшего усложнения органических веществ в первичном океане на Земле представляет двойственная роль УФ-излучения. Оно активировало синтез (образование новых веществ) и одновременно разрушало уже созданные, препятствуя образованию больших полимеров.

Это противоречие расшифровали недавно русские ученые, применив новые хемилюминесцентные методы исследования белков и нуклеиновых кислот. Раньше было хорошо известно, что белки и нуклеиновые кислоты очень активно поглощают кванты УФ-излучения. Теперь совершенно неожиданно оказалось, что излучение они поглощают, однако обратно его не излучают, не светят и не светятся, т. е. не люминесцируют и не хемилюминесцируют. Была предложена гипотеза очередного этапа изменений на Земле, которая заключалась в следующем. [110]

Среди многих изменяющихся первичных полимеров в коллоидных участках – коацерватах – случайно образовались некоторые отдельные, которые поглощали УФ-излучение Солнца, но сами не излучали, не теряли полученную энергию и не разрушались. Они использовали эту энергию для химических реакций присоединения, то есть для своего роста и движений. Структура с такими свойствами, по теории вероятности, могла образоваться случайно не чаще, чем раз в 10–100 миллионов лет. Эти полимеры и стали первыми биополимерами – белками со свойствами ферментов. Ясно, что свойство поглощать и не излучать может иметь полимер из аминокислот со строго определенной их последовательностью, с закономерным расположением их электронных уровней, т. е. системы, адаптированные к солнечному излучению. И действительно, в состав наших белков входят только L-аминокислоты, т. е. аминокислоты, вращающие плоскость поляризации солнечного луча влево, – левовращающие изомеры.

Таким образом, для возникновения жизни на любой планете необходимы 2 условия:

1) мощный, непрерывный во времени поток электромагнитного излучения (рентгеновских лучей, света, УФиолета, инфракрасного излучения) от своего Светила;

2) наличие жидкой среды – морей и океанов из воды; серной кислоты; жидкого аммиака; кремниевой кислоты.

В радиообозримой нами части Вселенной насчитывается не менее миллиона планет обладающих такими условиями. Так что жизнь во Вселенной весьма вероятна и на других планетах.

Через некоторое время на своей поверхности первичные белки собрали другие молекулы среднего размера – пуриновые и пиримидиновые основания, или, как их называют, нуклеотиды, и соединили их в другой биополимер – в нуклеиновые кислоты, например в дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК). Такой комплекс белков и нуклеиновых кислот еще больше поглощал солнечный УФ и совершенно не излучал, а за счет поглощенной энергии мог быстрее расти и двигаться, не разрушаясь. Поэтому такие комплексы начали уже не случайно, а закономерно быстро накапливаться в мировом океане.