роза красная морда большая

systemity


САМООРГАНИЗУЮЩИЕСЯ СИСТЕМЫ


Previous Entry Share Next Entry
Что такое жизнь и как она возникла? III-14. Что важнее: белок, ДНК, РНК или АТФ ?
роза красная морда большая
systemity
III-14. Что важнее: белок, ДНК, РНК или АТФ?  

В предыдущей главе я говорил о том, что жизнь могла возникнуть на Земле в какой-то очень узкий период её начальной истории, когда её поверхность, недра и атмосфера непрерывно претерпевали радикальные изменения. Само по себе предположение о том, что для возникновения жизни понадобились какие-то невероятно узко-специфические условия, не упрощает и не проясняет понимание процесса происхождения жизни, хотя в значительной степени облегчает ощутить его фундаментальную сложность, а также причины уникальности во Вселенной цивилизации, подобной земной.


Эта мысль повышает ответственность при создании гипотетических механизмов, поскольку заставляет задуматься над простым вопросом: почему из веществ, повсеместно встречающихся в космическом пространстве, только на одной из бесчисленных планет возникла жизнь? Почему на других планетах не реализовались какие-то из многочисленных сценариев, предложенных на сегодняшний день для объяснения механизмов возникновения жизни на Земле? Ведь эти факты сами по себе являются опровержением этих сценариев. Имеет ли смысл искать на других планетах воду, на полном серьёзе изображая перед налогоплательщиками поиски жизни? И т.д. и т.п.


Рост Земли продолжался сотни миллионов лет. Недра её прогревались благодаря гравитационному сжатию небесных тел - от мелкой гальки до стокилометровых глыб, участвовавших в образовании планеты, падение таких тел на Землю сопровождалось образованием кратеров с очагами повышенной температуры под ними. Температура центра Земли стала со временем всё больше повышаться за счёт распада радиоактивных урана, тория и калия. В связи с непрерывным изменением атмосферы Земли постоянно изменялся характер солнечного излучения, достигающего поверхности планеты. По мере формирования атмосферы Земли и эволюции солнечной системы количество и размеры метеоритов, бомбардировавших Землю, также непрерывно менялись. Таким образом, если теоретически существовали какие-то очень узкие физико-химические условия возникновения процессов, способных в перспективе привести к образованию протобионтов, то по ходу своего образования и формирования Земля очевидно и была таким полигоном, где происходил непрерывный перебор всех возможных вариантов.


Исходя из сказанного, в связи с проблемой происхождения жизни, безусловно, важно знать основные этапы истории возникновения солнечной системы, иметь детальные представления и о том, как  формировалась Земля. Понятно, что вектор жизни направлен из прошлого в будущее, а не наоборот, и если будет обсуждаться предположительный механизм возникновения живой материи из неживой, то его можно будет верифицировать, примеряя к бесчисленным проблемам, решением которых занимается современная наука. Ведь живые существа, как таковые, имеют при всех их специфических различиях высокий уровень биохимической и структурной общности, и это, по-видимому, нацело устраняет мысль о возможности многократного зарождения жизни в различных центрах и в различное время. Во всем фантастическом диапазоне современных живых форм от микоплазм до млекопитающих функционируют не только нуклеиновые кислоты и белки, оперировать которыми так любят сторонники самозарождения, но и сравнительно простые молекулы АТФ, принимающие универсальное участие практически во всех процессах жизнеобеспечения. Причём, совершенно до сих пор непонятно почему именно аденозинтрифосфорная кислота была выбрана Природой из сотен тысяч претендентов.


Всё, что нам известно о далёком прошлом Земли, основано на гипотезах, компьютерном моделировании, косвенных и эпизодических данных, и не способно доказательно пролить свет на механизмы возникновения живой материи из неживой. Например, в соответствии со стандартной моделью эволюции звёзд 4 млрд лет назад Солнце должно было излучать на треть меньше энергии, чем сейчас. При таких условиях вода на Земле должна была полностью замёрзнуть. Но геологические исследования архейских осадочных пород свидетельствуют в пользу того, что в ту эпоху на Земле был влажный и тёплый климат. Это обстоятельство объясняют различным образом (парниковым эффектом вулканических газов - метаном и углекислотой, тем, что в те времена Земля располагалась ближе к Солнцу и т.д.), но ни в одном случае невозможно быть полностью уверенным в справедливости предлагаемых версий. 


По указанным причинам придумывание новых идей по поводу того, что было на Земле миллиарды лет назад - занятие бесплодное при условии, что эти идеи не смыкаются и не сопоставляются с проявлением жизнедеятельности современных нам живых организмов. Нужно не пытаться нарисовать архидревний портрет современного мира живых существ, а экстрагировать из биологического знания то самое важное и самое общее, что, во-первых, могло бы зародиться в те далёкие времена и, во-вторых, могло бы содержать в себе потенциальную энергию эволюционного развития. Ещё раз повторю, что наивные идеи по поводу того, что спонтанно образовавшийся пребиотический бульон сам по себе породил живые организмы, не имеют связи ни с прошлым, поскольку образование такого бульона на безатмосферной Земле само по себе крайне маловероятно, а образование живых клеток из белка вообще невероятно, но эти идеи ещё не имеют связи и с будущим, поскольку непонятно с чего это вдруг образовавшиеся протобионты начали эволюционировать в известное нам разнообразие живых форм.


Известно, что на средних и поздних стадиях эволюции земной атмосферы образовывался т.н. озоновый слой, толщина которого, если сконденсировать весь озон современной атмосферы в однородный слой при нуле градусов и атмосферном давлении, составляет в среднем 3 мм. Для образования озона в атмосфере необходимо взаимодействие молекулярного кислорода с атомарным в присутствии молекул вещества, которые будут гасить избыток энергии, например, молекул азота. Т.е. для образования озонового слоя атмосферы необходимо было наличие самой атмосферы и содержания в атмосфере больших количеств кислорода, явившегося следствием фотосинтеза, соответствовавшего состоянию уже сформировавшейся жизни на Земле. Т.е. вполне вероятно жизнь возникла тогда, когда озонового слоя в атмосфере  Земли ещё не было.


Без озонового слоя современная жизнь на Земле была бы невозможна и вот почему. Солнце излучает ультафиолет с длинами волн интервале от 400 до 10 нм. Ультрафиолет с длиной волны, короче 280 нм, который принято обозначать, как УФ-С, полностью задерживается озоновым слоем. Он губителен для любого живого организма в ничтожно малых дозах, на чём, к примеру, основан метод дезинфекции микроорганизмов в водных средах вследствие быстрого разрушения молекул белка и ДНК. Особенно быстро разрушаются пиримидиновые основания ДНК, тимин, например, образует димеры, тиминовые гликоли, происходят сшивки ДНК и белков, образуются одно- и двунитевые разрывы ДНК и т.д.
Достаточная длина волны для разрушения любого микроорганизма равна 260.5 нм. Если бы УФ-С полностью не поглощался озоновым слоем, то на Земле не существовало бы ни одного живого организма, включая экстремофильные бактерии.
По современным представлениям образование озонового слоя датируется 570-400 миллионов лет тому назад. Не исключается, что разрушения озонового слоя Земли происходили и под влиянием гамма-излучения от взрыва сверхновых, которое может распространяться на расстояние в десятки световых лет. На звездах, похожих на Солнце, могут происходить мощнейшие выбросы энергии. Такого типа вспышка на нашем Солнце произошла, например,  в 1859 году и получила название вспышки Каррингтона. Мощность выброса была такова, что полярные сияния наблюдались на Гавайях и Кубе, а телеграфные провода искрили.

Вполне разумно представить себе, что состояние атмосферы, её состав на протяжении истории Земли менялись самым невероятным образом, в связи с чем бОльший акцент целесообразно делать на логику организации более или менее хорошо известного нам живого, а не на какие-то исключительно созидательные условия древней Земли. Последние целесообразно рассматривать в контексте независимо полученных выводов в плане подтверждения или опровержения последних, полагая, что был бы "правильный" механизм, а "правильные" условия можно будет всегда обнаружить. Иными словами, целесообразно игнорировать условия предбиотической Земли в рассмотрении механизмов зарождения жизни, опираться на какие-то иные логические установки, поскольку не исключено, что знания, извлечённые с помощью правильной гипотезы, могут рассказать об истории Земли больше, чем накопленные к настоящему времени знания истории древней Земли могут помочь в создании механизма рождения жизни на Земле.


Так или иначе, нужно не только иметь ввиду, что высокополимерные нуклеиновые кислоты и белки значительный период начальной истории Земли могли существовать не в тёплых лужицах, а лишь в глубоких слоях воды, которые были способны гасить губительную активность жёсткого УФ-облучения. В этих же глубоких слоях воды вероятность самопроизвольного синтеза биополимеров была экстремально мала (хотя учёные - любители чудес не ощущают никакого дискомфорта, мысленно оперируя с единичными "умными" макромолекулами). И тем не менее подобная ситуация со смертельным  солнечным ультрафиолетом и безозоновой атмосферой предбиологической земли прямо наводит на некоторые размышления, непосредственно связанными с механизмами зарождения жизни.

Различные ферменты, коферменты, нуклеотиды, нуклеиновые кислоты, структурные белки, полисахариды и т.д. могли образоваться вдруг, одномоментно только в том случае, если сотворением дирижировал Всемогущий, даже не отвлекаясь на рассматривание того, что у него получается. Нормально же, опираясь не на слепую веру и неграмотность, а на элементарную логику и знания, несложно понять, что все эти соединения не могли возникать в одном месте, в одной клетке хотя бы по следующей причине. Известно, что скорость деления современных видов бактерий может отличаться более, чем в тысячу раз. Если бактерии чумы и холеры в благоприятных условиях могут делиться менее чем за треть часа, но некоторые т.н. олиготрофные бактерии, растущие на средах с исчезающе малым количеством питательных веществ, могут осуществлять одно деление раз в 1-2 месяца. Такой диапазон скоростей деления возможен потому, что во всех случаях речь идёт об организмах, генетически, метаболитически, структурно и т.д. окончательно оформленных.


Невозможно, будучи в здравом уме, представить себе, чтобы в те далёкие времена зарождения жизни на Земле первичные протоклеточные структуры делились с какой-то соразмерной современным формам скоростью. Скорее всего речь может идти о процессах деления отдельных клеток, отличающихся от современных по скорости, как минимум,  в миллионы раз. Никакие абиогенно синтезированные полимеры и низкомолекулярные метаболиты в условиях жёсткого ультрафиолетового облучения и в отсутствии метаболитической организации химических взаимодействий не могли по всей видимости существовать такое время, чтобы могло зародиться нечто, напоминающее метаболизм, чтобы различные соединения, образованные в различных протобионтах, могли бы взаимодействовать между собой в одной и той же примитивной структуре, напоминающей клетку. Для возникновения метаболизма, хоть сегодня, хоть 4 млрд лет тому назад, нужен метаболизм. Как минимум, нужны отработанные биохимические механизмы, способные отбирать и использовать энергию. Почему-то принято упускать из вида, что жизнь без энергии невозможна, что никакие метаболитические процессы в живых организмах, никакие спонтанные самоусовершенствования биополимеров не могут протекать без участия универсальной энергетической биовалюты - аденозинтрифосфорной кислоты, АТФ.


Практически любой вид активности любого живого существа от бактерии до человека требует расхода энергии и протекает с участием АТФ в качестве универсального источника энергии. Хотя молекулы глюкозы по количеству потенциальной энергии, приходящейся на вес, более чем в 100 раз богаче АТФ энергией, хотя богатым источником энергии являются и высоковосстановленные соеднинения - липиды, а также белки, именно АТФ является универсальной - и это очень важно отметить - разменной, наиболее мелкой энергетической монетой. Любое проявление функциональной активности живого организма - биосинтез, переваривание пищи и избавление от непереваренных остатков, мыслительный процесс, нервные импульсы, мышечные сокращения - всё это требует подвода энергии в виде АТФ.


Если в организме человека в любой данный момент содержатся граммы АТФ, то за сутки в организме распадаются и вновь синтезируются количества АТФ, равные приблизительно весу человеческого тела. Без правильно организованного уличного движения в большом городе будет наблюдаться хаос, автомобили будут сталкиваться друг с другом и наезжать на пешеходов. В отсутствие синтеза АТФ и регулирного использования этого переносчика энергии в биосинтезе огромного числа метаболитов, участвующих в реализации явления, которое принято определять как жизнь, гиперциклы Эйгена, коацерваты Опарина, мир РНК - все прочие высосанные из пальца сценарии биогенеза - не только не будут функционировать и будут взаимодействовать совершенно хаотически, но не будут вообще иметь ни малейшего отношения к биохимии и физиологии живых организмов.


При современных возможностях составления научных паззлов и сказочных сценариев нет никаких проблем, например, "нарисовать" синтез АТФ с помощью жёсткого ультрафиолета. Но во всех подобных случаях речь будет идти о хаотических процессах, которые будут переключаться на нужное направление лишь в мечтах изобретателя очередной новой схемы синтеза живого из неживого. Внутримолекулярные и межмолекулярные переносы энергии макромолекулами при отсутствии АТФ будут напоминать картину городского автомобильного движения при полном отсутствии бензина, когда хозяева автомобилей толкают их руками при заклиненных рулях. Мало "придумать" схему абиогенного биосинтеза АТФ и даже получить некоторые количества АТФ, переливая из колбы в колбу жидкость, имитирующую что-то очень древнее. Главное - это найти объяснение, почему в процессе рождения и эволюции живого выбор пал на АТФ, как на универсальное средство энергетического обеспечения жизненных процессов. На этом этапе изложения гипотезы о происхождении жизни на Земле неплохо было бы для начала задуматься, что важнее: белок, ДНК, РНК или АТФ?





  • 1
А как же цианобактерии, которые по некоторым данным существовали аж 3,8 миллиарда лет назад? Вроде как они и произвели тот кислород, из которого и образовался озоновый слой. Возникают вопросы - откуда взялся кислород в атмосфере? Если его произвели какие-то бактерии, то могли ли они существовать в условиях жесткого УФ излучения? Было ли это жесткое УФ излучение в то время? Что еще в атмосфере могло задерживать это излучение? Возможен ли механизм фотосинтеза, или его прекурсор, основанный на более энергетичном излучении?

Моя книга как раз и посвящена варианту появления фотосинтезирующих бактерий вне зависимости от наличия или отсутствия сильного ультрафиолета. Есть ещё точка зрения, что роль фильтра играли вулканические газы - метан и углекислота. Придётся написать краткое вступление, а то будет путанница с прочтением

Хочу добавить, что интересным потенциальным местом биогенеза может быть пористый материал.
Твердая среда, гораздо более плотная чем вода, будет хорошо защищать от фотолиза органические соединения глубоко внутри пор.
Капиллярные явления могут обеспечивать транспорт жидкости и концентрирование органики в определённых зонах поры.
На стенках пор адсорбционные явления могут обеспечивать сегрегацию молекул
А в устье поры - идёт бешеный фотолиз, всё что туда "доплыло" распадается нахер.
И ещё - простые фотохимические (или радиационнохимические) реакции могут тоже быть источником энергии извне.
И ещё деталь. Допустим, кислородную атмосферу создали живые организмы, не будем спорить с авторитетами. Но ведь фотолиз/радиолиз воды тоже неслабый источник свободного кислорода (и водорода!). Так что в устье этой гипотетической поры, вода будет насыщена кислородом не хуже, чем в современном океане....

По пористым материалам понапридумана масса всяких сказок. Опаринский коацерватный бред из той же серии. Если нет конкретного механизма, то что можно выжать из пористости? Только мистику. Распадение нахер не могло стать основой жизни на Земле, уникальной во Вселенной, поскольку сагановские дармоеды так ничего не нашли и врядли найдут.

***Ведь живые существа, как таковые, имеют при всех их специфических различиях высокий уровень биохимической и структурной общности, и это, по-видимому, нацело устраняет мысль о возможности многократного зарождения жизни в различных центрах и в различное время***
Может быть, вот только это не снимает вопроса, возможно ли зарождение жизни и на других планетах.

Посмотрела, что такое АТФ. Строение у нее тоже не самое простое, но безусловно, на порядок проще, чем у белков и нуклеиновых кислот. Время жизни меньше 1 минуты, значит, крионированные жмурики суть жмурики с гарантией. В Википедии написано, что АТФ образуется из АДФ, а АДФ из АМФ. Ну, а они , в свою очередь, из нее... Цикл замкнулся, и значит, они существовали вечно ))

Вопрос. Идиотский, как всегда. АТФ - это органика или неорганика?..

  • 1
?

Log in