Максим Карпенко - Вселенная разумная

Однако в том же XVII веке итальянский естествоиспытатель и врач Франческо Реди опубликовал свою работу "Опыты по размножению насекомых", где экспериментально опроверг представления о возможности самозарождения организмов. Суть этих исследований выражается в известном "принципе Реди": "Живое зарождается только из живого".

Дальнейшее развитие биологии не только не прояснило механизма зарождения жизни, но и поставило и продолжает ставить новые и все более сложные вопросы. Уже в прошлом веке сложилось понимание всей грандиозности и колоссальной сложности стоящей перед биологической наукой задачи. Даже Ч.Дарвин, один из основоположников теории эволюции, понимая всю величайшую сложность этой задачи, писал: "Рассуждать в настоящее время о происхождении жизни просто нелепо. С таким же успехом можно говорить о возникновении материи".

Кратко суть этой проблемы можно определить как поиск механизма, который мог бы обеспечить образование хотя бы простейшей живой клетки из имеющегося набора атомов при условиях, существовавших на древней Земле. Причем образования самопроизвольного...

Простейшая бактериальная клетка имеет весьма скромные размеры: длина ее 3, а диаметр - 1 микрон, масса ее около 6.10E-13 граммов, две трети которой составляет вода. Остальное вещество клетки - это белки, свободные аминокислоты, нуклеиновые кислоты, жиры и сахара. Клетка состоит из 40 миллионов больших и средних молекул, участвующих вместе с малыми молекулами в 2-5 тысячах типов химических реакций-некоторые из них проходят в 20-30 стадий.

В клетке имеется примерно 10 тысяч рибосом - больших молекул, на которых собирается несколько тысяч типов белков. Каждая из рибосом собирает в среднем одну молекулу белка в секунду. Сборка каждой молекулы белка представляет собой операцию, во время которой сшивается в определенном порядке несколько сот аминокислот, что, в свою очередь, означает подборку нужных аминокислот, расстановку их по местам, удаление из каждой пептидной связи молекулы воды. Одновременно в клетке содержится миллиард молекул аминокислот, один процент которых связан в белках, остальные "находятся в работе".

Основная информация об устройстве клетки, о конструкции каждого белка записана в молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты - ДНК, - и определяется порядком, в котором расположены в ДНК азотистые основания - аденин, тимин, гуанин и урацил, которые закреплены на углеводно-фосфатных цепочках. Каждая "буква" такой записи - тройка оснований в той или иной последовательности.

В молекулах ДНК бактериальной клетки содержится 2-5 миллионов троек, то есть примерно 6-15 миллионов оснований, расположенных в строго определенном порядке. В молекулах ДНК клетки человека - примерно 3 миллиарда оснований.

Процесс размножения клетки не убавляет сложностей. Для размножения требуется изготовить большое число новых белков, а также снять копию с молекулы ДНК. Эта операция происходит так: двойная спираль ДНК расплетается и к каждой .половинке пристраиваются новые азотистые основания, образующие точную копию материнской молекулы. Затем сворачиваются в спираль и сшиваются половинки и старой ДНК, и вновь изготовленной. В процессе репликации ДНК важную роль играют вспомогательные белковые молекулы - ферменты, резко ускоряющие биохимические реакции: эффективность ферментов такова, что какой-либо химический цикл, "проходящий в присутствии ферментов за несколько минут, без них мог бы длиться тысячи и миллионы лет.

Таким образом, проблема заключается в объяснении механизма образования и репликации обладающей столь невероятной сложностью системы, равной которой не было создано за все время научно-технической деятельности человека. Одна из попыток подобного объяснения была предпринята А.И.Опариным, который еще в 1924 году опубликовал книгу "Происхождение жизни". В теории, которую Опарин впервые выдвинул в этой книге и которую развивал на протяжении многих лет, предполагается эволюция так называемых коацерватных капель до клеточной сложности.

Коацерватная капля представляет собой сложный молекулярный агрегат, насчитывающий тысячи и миллионы молекул и образующийся в водной среде Мирового океана под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца, распада радиоактивного калия, молний, метеорных ударов, вулканизма и пр. В итоге в коацерватных каплях могут быть сконцентрированы все органические, предбелковые молекулы, образовавшиеся в Мировом океане. В воде, окружающей эти капли, остаются только простые низкомолекулярные соединения.

Считалось, что именно коацерватные капли при определенных условиях могут дать начало образованию первичных живых систем и оставалось только объяснить природу качественного скачка от протобелковых молекул к молекулам белка, а от нее - к живой клетке со всеми ее сложностями.

Более тридцати лет назад волна экспериментальных открытий, послужила основанием для оптимизма: С.Миллером был осуществлен синтез одной из аминокислот - цитозина, вслед за этим С.Понпамперумой, Д.Оро, Д.Фоксом были детально изучены механизмы абиогенного синтеза практически всех биомономеров, встречающихся в живой природе. Следующим этапом исследований должен был стать второй этап химической эволюции - построение биополимеров молекул белков и нуклеиновых кислот. Собственно говоря, этот процесс образование полимерных цепей из мономеров давно и хорошо известен, и было необходимо, привязавшись к гипотетическим условиям первобытной Земли, попытаться получить экспериментально белковые и нуклеиновые полимерные цепи. И эти цепи были получены. Однако оказалось, что полученные полимеры нельзя назвать белками или нуклеиновыми кислотами: существующая в биополимерах строгая последовательность аминокислот, строгий порядок их расположения в полимерной цепи получены не были, и если принять последовательность аминокислот в живом полимере соответствующей какому-то осмысленному тексту, то текст, записанный па полученных синтетических полипептидах и полинуклеотидах, оказался похожим на хаотический набор букв.

В то же самое время, когда проводились многочисленные эксперименты, долженствующие доказать возможность самопроизвольного зарождения жизни, многими учеными были проделаны теоретические расчеты, оценивающие вероятность этого события. Так, американский биохимик Г.Кастлер, исходя из определенного объема "пробирки" - Мирового океана, в котором должны были происходить искомые реакции, времени химической эволюции, оцениваемой им в 2 миллиарда лет и других достаточно приемлемых начальных условий, пришел к выводу, что природа могла в этих условиях предпринять не более 1046 попыток самосборки простейшей бактерии из мономолекулярных блоков.