В мире науки. (Scientific American. Издание на русском языке).
Первые организмы
Самые первые системы, способные эволюционировать под действием естественного отбора, видимо, были устроены иначе, чем современные организмы, и имели иной состав. Ими могли быть кристаллы глины
А.ДЖ.КЕРНС-СМИТ
ПРИ ВСЕМ разнообразии ныне существующих на Земле форм жизни у них есть общее: главные молекулярные механизмы у современных организмов, как было неоднократно показано, одни и те же. Установление этой общности биохимической организации — одно из крупнейших открытий за последние сто лет. Нет никакого сомнения, что оно проливает свет и на историю эволюции. Но, как мне кажется, при рассмотрении самых первых этапов эволюции концепция единства биохимической организации не приносит большой пользы.
Сказанное противоречит наиболее широко распространенной точке зрения относительно зарождения жизни. Принято считать, что до возникновения первых организмов, или, иными словами, до возникновения систем, способных к неопределенно долгой эволюции под действием естественного отбора, происходила иная, химическая эволюция, в ходе которой образовался некий набор молекул, своего рода универсальный конструктор, из которого «собраны» ныне существующие организмы. В этот набор входили аминокислоты, сахара и молекулы других типов.
Такая точка зрения имеет свои корни в исследованиях 20-х годов, когда советский биохимик А.И.Опарин и английский биолог Дж.Холдейн создали концепцию «первичного бульона», содержавшего органические молекулы, которые существовали в океанах до зарождения жизни на Земле. Предполагалось, что «бульон» образовался в результате геохимических процессов и воздействия различных энергетических процессов на атмосферу, которая в чем-то напоминала существующую сегодня на Юпитере — в ней преобладали неокисленные газы метан, аммиак и водород. Этого мнения относительно состава первичной атмосферы придерживался Г.Юри. В его пользу говорили результаты опытов С. Миллера (в ту пору студента в лаборатории Юри), которые он выполнил в начале 50-х годов. Через смесь газов, которые предположительно входили в состав примитивной атмосферы, Миллер пропускал электрические разряды («молнии») и после этого обнаружил в ней водорастворимые молекулы органических веществ. Не менее 15% углерода, входившего первоначально в состав метана, превращалось в относительно небольшое число некрупных молекул, включая четыре из двадцати аминокислот, образующих белки — эффект весьма впечатляющий. Не менее убедительны результаты экспериментов X.Оро, которые он провел в начале 60-х годов. Оро показал, что молекулы синильной кислоты HCN в одностадийной реакции могут конденсироваться с образованием аденина. Ранее Миллер продемонстрировал, что синильная кислота может образовываться в опытах с электрическими разрядами. При этом происходило образование малых молекул еще одного типа — формальдегида СН2О; а уже лет сто известно, что молекулы формальдегида также способны объединяться с образованием Сахаров, таких, как рибоза, являющаяся одним из компонентов РНК.
Думалось, что формирование адекватного «конструктора для начинающих» в таких условиях было лишь вопросом времени. Замечание скептиков, что первичная атмосфера на Земле могла иметь иной состав, чем ныне на Юпитере (а сегодня так считают многие), не казалось существенным, поскольку эксперименты с искусственными атмосферами другого состава и при использовании иных источников энергии давали похожие смеси аминокислот.
ВСЕ ЖЕ первоначальные предположения не нашли подтверждения. Экспериментальный подход, предложенный Миллером, не имел развития. В таких опытах при имитации условий, существовавших на ранних этапах развития Земли, даже простейшие молекулы образуются в очень небольших количествах. Дело осложняется и тем, что эти молекулы составляют обычно лишь малую часть продуктов реакций. Трудно представить себе, как осуществлялись их отделение и очистка в ходе геохимических процессов, в которых обычно смеси органических веществ, напротив, становятся все более беспорядочными. Чем сложнее молекулы, тем более усугубляются эти противоречия. В частности, трудно представить себе чисто геохимическое образование нуклеотидов (мономеров ДНК и РНК). Во всяком случае, в имитационных экспериментах типа тех, что ставил Миллер, образование нуклеотидов до сих пор не наблюдалось.
Остается ли, несмотря на все сказанное, в пределах здравого смысла предположение, что конструктор должен был образоваться в самом начале? Действительно или ложно, что: