Himicheskie osnovy vozniknoveniya Zhizni
D. A. Aleksandrov, M. B. Gottih, 23 yanvarya 2003

Priroda zhizni, raznoobrazie zhivyh sushestv, ob'edinyayushaya ih strukturnaya i funkcional'naya blizost' vsegda privlekali k sebe osoboe vnimanie. No v predele vse eti voprosy svodilis' k glavnomu - zagadke proishozhdeniya zhizni, na Zemle i vo Vselennoi.

• >> Himicheskie osnovy vozniknoveniya Zhizni   (D. A. Aleksandrov, M. B. Gottih, 23.01.2003 19:29, 28.2 KBait, otvetov: 2)

  Vvvedenie

  Priroda zhizni, raznoobrazie zhivyh sushestv, ob'edinyayushaya ih strukturnaya i funkcional'naya blizost' vsegda privlekali k sebe osoboe vnimanie. No v predele vse eti voprosy svodilis' k glavnomu - zagadke proishozhdeniya zhizni, na Zemle i vo Vselennoi. My postaraemsya vnesti nekotoruyu yasnost' v sovremennye predstavleniya ob etom sobytii, a takzhe posmotrim, kak izmenyalos' videnie etoi problemy na protyazhenii vekov i tysyacheletii. Dlya udobstva vospriyatiya ves' material razbit na chetyre razdela. V pervom my dadim osnovnye predstavleniya i ponyatiya sovremennoi biohimii, bez kotoryh ponimanie vsei slozhnosti mehanizma zarozhdeniya i razvitiya zhizni bylo by nevozmozhnym. Vo vtorom razdele rasskazhem o tom, kak videlos' lyudyam proishozhdenie zhizni v raznye vremena. V tret'em razdele rassmotrim gospodstvuyushuyu segodnya teoriyu proishozhdeniya zhizni i, nakonec, v poslednem razdele obsudim vozmozhnost' zarozhdeniya zhizni v kosmose i zaneseniya ee ottuda na Zemlyu. No snachala neobhodimo dat' opredelenie togo, chto zhe takoe zhizn', chto v pervuyu ochered' otlichaet zhivuyu prirodu ot nezhivoi. S biologicheskoi tochki zreniya, zhivym nazyvaetsya vsyakii ob'ekt, sposobnyi k samovosproizvedeniyu i vosproizvedeniyu sebe podobnyh, t.e. razmnozheniyu.

  Osnovnye predstavleniya o biohimicheskoi peredache geneticheskoi informacii

  Biohimiya zanimaet osoboe mesto v razvitii nauki v HH veke. Imeya mnozhestvo otvetvlenii i oblastei v svoem sostave, ona vovlekla v sebya metody klassicheskoi biologii, genetiki, fiziki, chto pozvolilo sovershit' kolossal'nyi ryvok v izuchenii ne tol'ko zhivyh organizmov, no i principov organizacii zhizni v celom. Nemalaya ee zasluga v tom, chto HH vek stali inogda nazyvat' "vekom biologii". Bylo ob'yasneno naibolee zagadochnoe i, vmeste s tem, osnovopolagayushee svoistvo zhivoi materii: sposobnost' k vosproizvedeniyu sebe podobnogo. Osnovnymi napravleniyami issledovanii sovremennoi biohimii i biologii v celom stali izuchenie molekulyarnoi struktury veshestva, v kotorom zapisana geneticheskaya informaciya, mehanizmov vosproizvedeniya informacii v pokoleniyah i mehanizmov ee realizacii cherez biosintez belkov. Pravil'noe ponimanie suti etih issledovanii okazalos' kritichnym dlya modelirovaniya vozniknoveniya zhizni. Poetomu my kratko razberem osnovnuyu terminologiyu i ponyatiya sovremennoi biohimii.

  Vse processy, protekayushie v zhivyh organizmah, yavlyayutsya sledstviem slozhneishego kompleksa mnozhestva vzaimozavisimyh himicheskih reakcii. Nam budut naibolee interesny te iz nih, kotorye yavlyayutsya neot'emlemymi dlya sushestvovaniya lyubogo organizma. Eto:

  • replikaciya (process kopirovaniya geneticheskoi informacii)
  • translyaciya (process ee realizacii, t.e. sintez razlichnyh belkov, struktura kotoryh opredelyaetsya strukturoi ih genov).

  V ukazannyh processah prinimayut uchastie belki, nukleinovye kisloty i raznoobraznye vspomogatel'nye faktory. My ne budem rassmatrivat' poslednie, a ostanovimsya podrobno na pervyh dvuh.

  Nukleinovye kisloty (NK) podrazdelyayutsya na dva tipa: ribo- (RNK) i dezoksiribonukleinovye (DNK). I te, i drugie sostoyat iz razlichnogo chisla monomernyh zven'ev - nukleotidov - i byvayut razlichnoi dliny: ot neskol'kih desyatkov (transportnaya RNK) do millionov (genom cheloveka) nukleotidov. Sami nukleozidy sostoyat iz svyazannyh drug s drugom N-glikozidnoi svyaz'yu ostatka ciklicheskoi formy uglevoda (ribozy v RNK i dezoksiribozy v DNK) i odnogo iz pyati geterociklicheskih osnovanii (Ris. 1). Iz etih osnovanii v sostav DNK vhodyat adenin, guanin, citozin i timin, a v sostave RNK timin zamenen na uracil (Ris. 2). Mezhdu soboi nukleozidy soedinyayutsya fosfodiefirnymi svyazyami cherez ostatki fosfornoi kisloty. V rezul'tate poluchayutsya dovol'no ustoichivye v obychnyh usloviyah makromolekuly (Ris. 3). Neobhodimo otmetit', chto prirodnye nukleozidy v sostave NK yavlyayutsya opticheski aktivnymi soedineniyami, eto D-izomery, t.e. oni zakruchivayut ugol polyarizacii ploskopolyarizovannogo sveta vpravo.

  Ris. 1. Struktura nukleotidov

  Ris. 2. Nukleozid

  Ris. 3. Nukleotidnaya posledovatel'nost'

  Cepi DNK mogut vzaimodeistvovat' mezhdu soboi, obrazuya znamenituyu dvoinuyu spiral' (dupleks), v to vremya kak cepi RNK bolee sklonny k vzaimodeistviyam sami vnutri sebya s polucheniem "shpilek", petel', krestov i t.d. Vse eti vzaimodeistviya kak mezhdu cepyami, tak i vnutri odnoi cepi nukleinovyh kislot (NK) obuslovleny specificheskim obrazovaniem vodorodnyh svyazei mezhdu razlichnymi geterociklicheskimi osnovaniyami. V obrazovanii vodorodnyh svyazei uchastvuyut atomy vodoroda grupp-donorov vodorodnoi svyazi i atomy grupp-akceptorov, nesushie svobodnuyu elektronnuyu paru. Energiya etoi nekovalentnoi svyazi ochen' mala, t.e. svyaz' yavlyaetsya slaboi, no poskol'ku ih obrazuetsya ochen' mnogo, struktura NK v celom dostatochno ustoichiva. Sushestvuyut naibolee ustoichivye sochetaniya poparno vzaimodeistvuyushih osnovanii "purinovoe - pirimidinovoe": adenin svyazyvaetsya s timinom ili uracilom, a guanin s citozinom. Takie pary nazyvayutsya kanonicheskimi i naibolee chasto osushestvlyayutsya v prirode (osobenno dlya DNK).

  V sovremennoi zhivoi prirode imenno DNK neset na sebe funkciyu hraneniya geneticheskoi informacii organizma. Sovokupnost' vseh molekul DNK obrazuet genom organizma. Vozmozhno, eto svyazano s tem, chto molekuly DNK himicheski bolee ustoichivy i konformacionno menee podvizhny, chem molekuly RNK. RNK uchastvuet v processe realizacii geneticheskoi informacii, krome togo, RNK obladaet vyrazhennoi fermentativnoi aktivnost'yu, t.e. sposobnost'yu uskoryat' i napravlyat' biohimicheskie reakcii. Odnako mozhno predpolozhit', chto molekuly DNK stali hranilishem geneticheskoi informacii v processe evolyucii, a na rannih etapah poyavleniya i razvitiya zhizni genom formirovalsya iz bolee podvizhnyh i aktivnyh molekul RNK. RNK genomy sushestvuyut i v sovremennom mire, no tol'ko u takih "poluzhivyh" sushestv, kak virusy.

  Belki v kletkah vypolnyayut samye raznoobraznye funkcii: transportnye, strukturoobrazuyushie, zashitnye, dvigatel'nye, zapasnye i kataliticheskie. Belki, takzhe kak i NK, sostoyat iz monomernyh zven'ev - aminokislot (AK) (Ris. 4). V prirode v sostave belkov vstrechaetsya 21 aminokislota, pri etom vse oni obychno yavlyayutsya levovrashayushimi (L-izomery), t.e. zakruchivayut ugol polyarizacii ploskopolyarizovannogo sveta vlevo pri prohozhdenii im rastvora AK. Belki sinteziruyutsya v processe translyacii s pomosh'yu ribosom, ochen' slozhno ustroennyh RNK-belkovyh kompleksov, pri etom matricei, kotoraya opredelyaet posledovatel'nost' AK v sinteziruemom belke, yavlyaetsya molekula RNK. Postroika polipeptidnoi (belkovoi) cepi proishodit putem obrazovaniya mezhdu molekulami AK peptidnyh svyazei (Ris. 5). Belki, v zavisimosti ot posledovatel'nosti AK v ih sostave, obrazuyut slozhnye prostranstvennye struktury, sootvetstvuyushie ih kletochnym funkciyam. Dlya nas vazhno, chto i v processe replikacii, i v processe translyacii v sovremennyh organizmah belki prinimayut neposredstvennoe uchastie, realizuya svoyu fermentativnuyu funkciyu.

  Ris. 4. Obshii vid prirodnoi aminokisloty. R - odna iz 20 vozmozhnyh organicheskih gruppirovok

  Ris. 5. Peptidnaya posledovatel'nost' belka

  V celom obshii vid processa vosproizvodstva i realizacii geneticheskoi informacii v bol'shinstve zhivyh organizmov mozhno predstavit' kak triadu posledovatel'nyh reakcii:

  • Replikaciya. Sintez dochernei DNK na DNK-matrice;
  • Transkripciya. Sintez RNK na DNK-matrice;
  • Translyaciya. Sintez belka na RNK-matrice.

  Odnako kak uzhe otmechalos', vpolne vozmozhno funkcionirovanie organizma, ne imeyushego DNK. Ego genom v etom sluchae predstavlen v vide RNK i processy transkripcii i translyacii sovpadayut. Podrobnee eto yavlenie obsuzhdaetsya v razdele, posvyashennom teorii "RNK-mira".

  Istoriya teorii vozniknoveniya zhizni

  V techenie tysyacheletii chelovechestvo pytalos' otvetit' na vopros o tom, kak poyavilas' na svet zhizn'. V raznye vremena davalis' razlichnye ob'yasneniya etogo fenomena. My obratimsya k naibolee znachimym iz etih teorii, kotorye pravil'nee bylo by nazyvat' gipotezami.

  Teoriya stacionarnogo sostoyaniya.

  Esli sledovat' etoi gipoteze, Zemlya sushestvovala vechno, nikogda ne voznikaya, vsegda byla sposobna podderzhivat' zhizn' i lyubye izmeneniya na nei yavlyalis' sovershenno neznachitel'nymi. Vidy zhivyh organizmov takzhe sushestvovali vsegda i u lyubogo vida est' vsego dve vozmozhnosti - izmenenie chislennosti libo vymiranie. Ponyatno, chto eta "teoriya" v nastoyashee vremya prosto ne vyderzhivaet nikakoi kritiki.

  Teoriya spontannogo zarozhdeniya.

  Teoriya ochen' drevnyaya, rasprostranennaya eshe v Kitae, Egipte i Vavilone. v Grecii ona nashla proyavlenie v uchenii Empedokla ob organicheskoi evolyucii. Ee zhe priderzhivalsya i Aristotel'. Soglasno emu, opredelennye chasticy veshestva nesut v sebe "aktivnoe nachalo", sposobnoe v podhodyashih usloviyah sozdat' zhivoi organizm. Eto "nachalo" po mneniyu Aristotelya mozhno obnaruzhit' v oplodotvorennom yaice, gniyushem myase, tine i solnechnom svete:

  "Takovy fakty - zhivoe mozhet voznikat' ne tol'ko v rezul'tate sparivaniya zhivotnyh, no i razlozheniya pochvy... Nekotorye rasteniya razvivayutsya iz semyan, a drugie samozarozhdayutsya pod deistviem sil prirody iz razlagayusheisya zemli ili opredelennyh chastei rastenii..."

  Odnako, s prihodom Hristianstva, osobenno v Srednie veka, teoriya spontannogo zarozhdeniya okazalas' pod gnetom Cerkvi. Ee schitali atributom koldovstva i proyavleniem d'yavol'shiny. Tem ne menee, ona prodolzhala sushestvovat'. Na rubezhe XVI-XVII Van Gel'mont opisal eksperiment, v kotorom emu udalos' iz gryaznogo bel'ya i pshenicy, pomeshennyh v temnyi shkaf, poluchit' myshei. Aktivnym nachalom zarozhdeniya myshi Van Gel'mont schital chelovecheskii pot. V konce XVII veka ital'yancem Franchesko Redi byl proveden bolee strogii eksperiment: v sosudy bylo pomesheno myaso, ryba, zmei, chast' sosudov byla zapechatana, chast' ostavalas' otkrytoi. Vyyasnilos', chto v zapechatannyh sosudah nikakogo zarozhdeniya ne proizoshlo, v otkrytyh zhe zavelis' lichinki muh. Iz etogo Redi byl sdelan vyvod o vozniknovenii zhivogo tol'ko iz predsushestvuyushei zhizni.

  V 1765 godu Ladzardo Spallancani podvergnul myasnye i ovoshnye otvary kipyacheniyu i srazu zhe zapechatal ih. Cherez neskol'ko dnei on issledoval otvary i ne obnaruzhil nikakih priznakov zhizni. Iz etogo on zaklyuchil, chto vysokaya temperatura unichtozhila vse zhivoe i nichego novogo uzhe ne moglo vozniknut'. Okonchatel'no teoriya samozarozhdeniya byla poverzhena v opytah Lui Pastera, dokazavshego spravedlivost' teorii biogeneza, t.e. proishozhdeniya zhizni iz predshestvuyushei zhizni. Pravda, eto vyzvalo zatrudnitel'nyi vopros o proishozhdenii samogo pervogo zhivogo organizma.

  Teoriya kreacionizma.

  Soglasno etoi teorii, zhizn' voznikla v rezul'tate nekoego sverh'estestvennogo sobytiya v proshlom, chto chashe vsego oznachaet bozhestvennoe tvorenie. V 1650 godu irlandskii episkop Asher rasschital, chto Zemlya voznikla v oktyabre 4004 goda do n.e. Sushestvuet mnozhestvo drugih podobnyh "vychislenii".

  Teoriya panspermii.

  Dannaya teoriya ne predlagaet nikakogo mehanizma vozniknoveniya zhizni, prosto vydvigaya postulat o vnezemnom ee proishozhdenii. Utverzhdaetsya, chto zhizn' mogla voznikat' neodnokratno v razlichnoe vremya i v raznyh mestah vselennoi. Pri izuchenii meteoritnyh materialov deistvitel'no byli obnaruzheny nekotorye veshestva - predshestvenniki zhivogo, a takzhe struktury, pohozhie na prosteishie mikroorganizmy. Veroyatno, oni mogli sygrat' svoyu rol' v zarozhdenii ili raznoobrazii zemnoi zhizni. Podrobnee etot vopros my rassmotrim v poslednem, chetvertom razdele etoi stat'i.

  Teoriya biohimicheskoi evolyucii.

  Istoricheski eta teoriya svyazyvaetsya s imenem zamechatel'nogo russkogo uchenogo A.I. Oparina, vyskazavshego mnenie, chto v usloviyah pervichnoi atmosfery Zemli, znachitel'no otlichayusheisya ot nyneshnei, mog proishodit' sintez vseh neobhodimyh dlya zarozhdeniya zhizni veshestv-predshestvennikov. Schitaetsya, chto pervichnaya atmosfera sostoyala preimushestvenno iz ammiaka, vody, metana, okisi i dvuokisi ugleroda. Otsutstvie kisloroda pridavalo ei vosstanovitel'nye svoistva. V takih usloviyah organicheskie veshestva mogli sozdavat'sya gorazdo proshe i mogli sohranyat'sya, ne preterpevaya raspada dlitel'noe vremya. Oparin polagal, chto slozhnye veshestva mogli sintezirovat'sya iz bolee prostyh v usloviyah okeana. Neobhodimaya dlya reakcii energiya prinosilas' solnechnoi radiaciei, t.k. zashitnogo ozonovogo ekrana eshe ne sushestvovalo; takzhe sintez imel mesto v usloviyah grozovyh razryadov. Raznoobrazie nahodivshihsya v okeane prostyh soedinenii i bol'shie masshtaby vremeni pozvolyayut predpolozhit' vozmozhnost' nakopleniya v okeane bol'shogo kolichestva organiki, obrazovavshei "pervichnyi bul'on", v kotorom mogla zarodit'sya zhizn'. Blestyashee podtverzhdenie eta teoriya nashla v eksperimentah Stenli Millera, provedennyh v 1953 godu: cherez smes' gazov, modeliruyushuyu pervichnuyu atmosferu, propuskalis' moshnye elektrorazryady. V rezul'tate udalos' sintezirovat' ryad AK, adenin, ribozu, drugie prostye sahara... V shozhem opyte Ordzhelom byli polucheny korotkie NK (oligonukleotidy). V rezul'tate etih issledovanii stalo ponyatno, chto osnovnye organicheskie veshestva-monomery, neobhodimye dlya vozniknoveniya polimernyh molekul NK i belkov, deistvitel'no mogli byt' himicheski polucheny v usloviyah prebioticheskogo mir, t.e. mira, eshe lishennogo zhizni . No glavnyi vopros - mehanizm perehoda ot nezhivogo k zhivomu - teoriya Oparina vse zhe ostavlyaet otkrytym. Predpolagaetsya, eto vyglyadelo sleduyushim obrazom. Glavnaya rol' prinadlezhala belkam - oni obrazovyvali kolloidnye gidrofil'nye kompleksy s molekulami okruzhayushei ih vody. Eti kompleksy formirovali svoeobraznye micelly. Sliyanie takih kompleksov drug s drugom privodilo k ih otdeleniyu ot vodnoi sredy, chto poluchilo nazvanie koacervacii. Kapli-koacervaty mogli obmenivat'sya veshestvami s okruzhayushei sredoi i nakaplivat' razlichnye soedineniya. Razlichie sostava koacervatov otkryvalo vozmozhnosti dlya biohimicheskogo estestvennogo otbora. V samih kaplyah proishodili dal'neishie himicheskie prevrasheniya popavshih tuda veshestv. Na granice kapel' s vneshnei sredoi vystraivalis' molekuly zhirov (lipidy), obrazuya primitivnuyu membranu, povyshayushuyu stabil'nost' vsei sistemy. Pri vklyuchenii v koacervat ili pri obrazovanii vnutri nego pervoi molekuly, sposobnoi k samovosproizvedeniyu tem ili inym putem, poyavlyalas' pervaya kletkopodobnaya struktura. Rost razmerov koacervatov i ih delenie, eshe statisticheskoe, moglo privesti k obrazovaniyu identichnyh kopii koacervatov. Oni takzhe pogloshali komponenty okruzhayushei sredy i process prodolzhalsya. Takim putem mog vozniknut' pervyi geterotrofnyi organizm, ispol'zovavshii dlya pitaniya organicheskie veshestva "pervichnogo bul'ona".

  Otmechaya maluyu veroyatnost' protekaniya vseh etih processov v takom slozhnom i celenapravlennom poryadke, Fred Hoil skazal, chto teoriya eta "stol' zhe nelepa, kak i predpolozhenie o vozmozhnosti sborki "Boinga 747" uraganom, pronesshimsya nad musornoi svalkoi". Deistvitel'no, sobytiya eti maloveroyatny, esli rassmatrivat' ih v otryve drug ot druga i schitat' vzaimno nezavisimymi. Odnako poslednie issledovaniya pokazyvayut, chto etot podhod ne yavlyaetsya pravil'nym, i v slozhnyh polimolekulyarnyh sistemah mnogie processy sinergeticheski determinirovany. V etom sluchae obrazovanie zhivogo organizma stanovitsya neizbezhnym, posle prohozhdeniya opredelennogo etapa.

  Teoriya "RNK-Mira"

  V poslednie gody vse bol'she storonnikov nahodit eta teoriya vozniknoveniya zhizni, stanovyas' gospodstvuyushei v reshenii etogo voprosa. Sut' ee sostoit v tom, chto osnovopolozhnikami zhizni yavlyalis' ne belki, a molekuly RNK. Obrazovanie komponentov monomernyh zven'ev RNK - uglevodnyh ciklov ribozy i geterociklicheskih osnovanii - kak uzhe pokazano, ne predstavlyalo principial'nyh zatrudnenii. Znachitel'no trudnee predstavit' sebe process obrazovaniya iz nih neposredstvenno nukleozidov, a zatem i soedinenie poslednih v NK. Deistvitel'no, v usloviyah gomofaznogo processa v gazovoi ili zhidkoi srede takoi sintez mog okazat'sya kraine zatrudnitel'nym. Odnako on otnositel'no legko osushestvlyaetsya v usloviyah geterofaznogo kataliza na tverdoi podlozhke. V kachestve poslednei vystupayut mnogie mineraly zemnoi kory: karbonat kal'ciya, kaolinit, montmorillonit, soedineniya alyuminiya, ceolity. Pri etom oni sposobstvuyut ne tol'ko uskoreniyu sinteza, no i pravil'noi orientacii reagiruyushih komponentov. Na takih podlozhkah osushestvlyalas' sshivka snachala nukleozidov, a zatem i obrazovanie mezhnukleotidnoi svyazi pri uchastii fosfornoi kisloty ili ee proizvodnyh. Naprimer, udalos' osushestvit' sintez oligocitidina, t.e. korotkoi molekuly RNK, sostoyashei tol'ko iz odnogo tipa nukleozidov, na montmorillonitovoi podlozhke iz 5'-fosforimidazolida citidina. Analogichno byli polucheny i bolee slozhnye oligonukleotidy, soderzhashie nukleozidy raznyh tipov. Interesno, chto RNK-cep' sohranyalis' stabil'noi ochen' dlitel'noe vremya. Pri etom dlinnye oligonukleotidy, nahodyas' na mineral'noi matrice, mogli svyazyvat'sya s di- i trinukleotidami putem obrazovaniya vodorodnyh svyazei mezhdu komplementarnymi osnovaniyami. Mezhdu etimi di- i trinukleotidami takzhe mogli obrazovyvat'sya mezhnukleotidnye svyazi. Tak osushestvlyalsya sintez dochernei RNK na RNK-matrice, t.e. analog transkripcii. Podobnaya posledovatel'nost' operacii mogla imet' mesto i v sluchae matrichno-napravlennogo sinteza peptidov na RNK: otdel'nye di- i trinukleotidy svyazyvalis' s molekulami AK, naprimer, za schet gidrofobnyh vzaimodeistvii ili vodorodnyh svyazei i perenosili ih k RNK-matrice. S molekuloi RNK di- i trinukleotidy vzaimodeistvovali posredstvom vodorodnyh svyazei. V rezul'tate okolo cepi RNK vystraivalit' nukleotidy, nesushie AK. Esli oni raspolagalis' blizko drug ot druga, to stanovilos' vozmozhnym obrazovanie peptidnyh svyazei mezhdu molekulami AK s obrazovaniem polipeptida - nebol'shogo "belka". Takim obrazom realizovyvalas' reakciya translyacii, prichem bez uchastiya belkov-fermentov. Zdes' osobenno vazhno podcherknut', chto vse eti processy osushestvlyalis' vysokospecifichno, t.k. samo obrazovanie vodorodnyh svyazei mezhdu razlichnymi molekulami yavlyaetsya dostatochno selektivnym: naibolee ustoichivy te vzaimodeistviya, v kotoryh realizuetsya naibol'shee chislo vodorodnyh svyazei. V usloviyah ravnovesnosti processov takaya izbiratel'nost' privodila k vosproizvedeniyu opredelennyh molekul: kazhdaya matrica "proizvodila" prisushie tol'ko ei produkty. Takoi sintez mog prohodit' v pervichnyh kaplyah-koacervatah. Eto privodilo k nakopleniyu chetko ocherchennogo nabora biomolekul v kazhdoi iz nih, odnako raznoobrazie samih kapel' i uslovii, v kotoryh oni sushestvovali, davalo bol'shie vozmozhnosti dlya otbora naibolee ustoichivyh kapel', chto yavlyalos' uzhe protoevolyuciei. Samovosproizvodyashiesya deleniem kapli vse uvelichivalis' v razmerah i postoyanno uslozhnyalis', vovlekaya v sebya novye i novye veshestva. Takim putem mogla vozniknut' pervaya kletka.

  Sushestvuet, odnako, neyasnost', byla li RNK pervoi zhizneobrazuyushei molekuloi ili sushestvovali bolee drevnie predshestvenniki. Nekotoroe vremya tomu nazad byl osushestvlen sintez veshestva-himery, nazyvaemogo peptidonukleinovaya kislota (PNK), v kotorom skelet cepi byl obrazovan molekulami aminokisloty, N-(2- aminoetil)glicina, i k etomu skeletu krepilis' geterociklicheskie osnovaniya. Takim obrazom, saharofosfatnyi ostov byl zamenen polipeptidnyi. V nastoyashee vremya nekotorye issledovateli schitayut PNK kandidatom na rol' vozmozhnogo predshestvennika RNK, hotya prebioticheskaya rol' PNK eshe strogo ne dokazana.

  Kosmicheskoe zarozhdenie i kosmicheskii transport

  S razvitiem spektral'nyh metodov issledovaniya kosmicheskogo prostranstva, byli polucheny novye interesnye fakty, govoryashie v pol'zu vozmozhnosti vozniknoveniya zhizni vne Zemli i zaneseniya ee v dal'neishem na nashu planetu meteoritnym ili inym transportom.

  Ranee bylo obnaruzheno, chto mnogie meteority soderzhat v sebe samye raznoobraznye himicheskie veshestva, sluzhashie predshestvennikami zhizni. Osoboe vnimanie v etoi svyazi privlekali uglistye hondrity, v sostave kotoryh nahodili struktury, pohozhie na pervichnye prosteishie organizmy. Nesmotrya na to, chto biologicheskoe proshloe etih vklyuchenii poka ne podtverdilos', teoriya ih biologicheskogo proishozhdeniya burno razvivaetsya, prodolzhayut postupat' vse novye dannye ob obnaruzhenii podobnyh obrazovanii v meteoritah, naidennyh, v chastnosti, v nizhnih sloyah materikovogo lednika Antarktidy.

  Teper' my raspolagaem dannymi, svidetel'stvuyushimi o nalichii znachitel'nyh kolichestv organicheskogo veshestva v mezhzvezdnyh gazopylevyh oblakah. Uchityvaya, chto plotnye i diffuznye oblaka sostavlyayut 20-30% vsego galakticheskogo veshestva, stanovyatsya ponyatnymi masshtaby, v kotoryh osushestvlyaetsya organicheskii sintez v mezhzvezdnom prostranstve. Obnaruzheno bolee 130 organicheskih soedinenii, sredi kotoryh formal'degid, cianacetilen, murav'inaya kislota, voda, ammiak, t.e. neobhodimye predshestvenniki biomolekul. Ustanovleno prisutstvie fosfora, v diffuznyh oblakah s vysokoi veroyatnost'yu predpolagayutsya aromaticheskie uglevodorody, obnaruzheny fullereny, uglerodistye cepi, kerogenopodobnye struktury slozhnoi geometrii. Interesno otmetit', chto koncentraciya osnovnyh elementov, uchastvuyushih v obrazovanii biomolekul, C, N, S, P, O, H v celom otvechaet srednei koncentracii etih elementov v kosmicheskom prostranstve. Izvestno, chto kosmicheskaya pyl' postoyanno zahvatyvaetsya Zemlei (desyatki tonn v sutki). Etot process, bezuslovno, imevshii mesto i v usloviyah pervichnoi Zemli, mog posluzhit' delu zaneseniya organicheskih veshestv na poverhnost' planety, gde oni mogli preterpevat' dal'neishie prevrasheniya v bolee myagkih usloviyah, naprimer v okeanicheskoi vode.

  Bol'shoi interes predstavlyaet neposredstvenno process sinteza organicheskih soedinenii na poverhnosti tverdyh chastic gazopylevyh oblakov. Schitaetsya, chto v ih osnove lezhat amorfnye silikaty s primes'yu oksidov i sul'fidov metallov (Al, Fe, Mg), a takzhe olivina - smeshannogo sul'fata zheleza i magniya. Vse eto sostavlyaet yadro chasticy, pokrytoe ledyanoi mantiei, vklyuchayushei vodu, oksidy ugleroda i mnozhestvo prostyh organicheskih soedinenii. Ponyatno, chto v usloviyah nulevyh temperatur vozmozhny tol'ko reakcii, imeyushie znergiyu aktivacii, blizkuyu k nulevoi, takzhe mogut osushestvlyat'sya processy s uchastiem podvizhnogo protona, sposobnogo tunellirovat' cherez aktivacionnyi bar'er. Takzhe vazhno uchest', chto iz-za maloi koncentracii veshestva osushestvlyayutsya tol'ko binarnye vzaimodeistviya. Odnako, pri popadanii chasticy iz stacionarnoi fazy v bolee tepluyu aktivnuyu zvezdoobrazuyushuyu oblast', aktiviruyutsya processy, vyzyvaemye bombardirovkoi kosmicheskim izlucheniem, vozdeistviem UF i temperaturnymi izmeneniyami. Pri vozdeistvii na analogi l'da podobnymi agentami, byli obnaruzheny slozhnye smesi radikalov i veshestv, vplot' do slozhnoi stabil'noi organiki. Mozhno predpolozhit', chto privodyashie k etomu neravnovesnye himicheskie processy imeyut bolee slozhnuyu prirodu, chem obychnye processy v usloviyah Zemli.

  Neobhodimo takzhe otmetit', chto vozniknovenie i razvitie zhizni vne Zemli mozhet po neskol'kim putyam. Vo-pervyh, vozmozhen "zemlepodobnyi" put', t.e. vozniknovenie biologicheskih molekul, pohozhih na zemnye NK i belki, nalichie genov i hranenie i peredacha geneticheskoi informacii po mehanizmu, analogichnomu zemnomu. Vo-vtoryh, mozhno predpolozhit' sushestvovanie "zerkal'nogo mira", t.e. mira, sostoyashego iz D-aminokislot i L-nukleozidov. Tem bolee, chto eti soedineniya ne yavlyayutsya absolyunoi ekzotikoi dazhe na Zemle. D-aminokisloty vhodyat v sostav neiropeptidov i opioidnyh peptidov nekotoryh vysshih organizmov, a v nizshih organizmah oni vhodyat v sostav kletochnoi kletki. Korotkie NK, sostoyashie iz L- nukleozidov, byli sintezirovany himicheski, i bylo pokazano, chto oni ne vzaimodeistvuyut s obychnymi D-nukleinovymi kislotami, no mogut obrazovyvat' ustoichivye dupleksy s L-oligonukleotidami. Nakonec, nel'zya isklyuchit', chto v usloviyah, sil'no otlichayushihsya ot zemnyh, biologicheskie molekuly i mehanizmy ih funkcionirovaniya mogut byt' sovershenno inymi. Naprimer, teoreticheski mozhno predpolozhit' vozniknovenie biomolekul, soderzhashih vmesto atomov ugleroda atomy kremniya. Ponyatno, chto molekulyarnaya massa takih molekul budet znachitel'no vyshe massy obychnyh uglerod-soderzhashih analogov, chto dolzhno sushestvenno ogranichit' podvizhnost' sostoyashih iz nih organizmov i izmenit' puti evolyucii takih "zhivyh kamnei".

• Re: Himicheskie osnovy vozniknoveniya Zhizni   (A. M. Nesh, 3.03.2003 2:03, 3.2 KBait) davaite rassmotrim konkretnyi belok, a imenno GEMOGLOBIN kak naibolee izuchennyi. Citata 1): Molekula gemoglobina sostoit iz chetyreh sub'edinic: dvuh a i dvuh b - i sootvetstvenno soderzhit chetyre polipeptidnye cepochki dvuh sortov. Kazhdaya a-cepochka soderzhit 141, a b-cepochka - 146 aminokislotnyh ostatkov. Takim obrazom, vsya molekula gemoglobina vklyuchaet 574 aminokisloty. Hotya aminokislotnye posledovatel'nosti a- i b-cepochek razlichny, oni imeyut prakticheski odinakovye tretichnye prostranstvennye struktury. Sobstvenno govorya, privedennye vyshe detali struktury otnosyatsya ne k gemoglobinu, a k ego belkovoi komponente - globinu. Kazhdaya sub'edinica gemoglobina soderzhit odnu nebelkovuyu (tak nazyvaemuyu prosteticheskuyu) gruppu - gem. Gem predstavlyaet soboi kompleks Fe(II) s protoporfirinom. (GEMOGLOBIN, L. A. BLYuMENFEL'D, Moskovskii gosudarstvennyi universitet im. M.V. Lomonosova) http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/526.html Citata 2): Serpovidno-kletochnaya anemiya Naibolee chastaya forma gemoglobinopatii, vstrechaetsya u lic negroidnoi rasy, obuslovlena nalichiem u bol'nogo gemoglobina S, kotoryi otlichaetsya ot gemoglobina A zdorovyh lyudei zamenoi odnoi aminokisloty v b -cepi, a imenno valina vmesto glyutaminovoi kisloty. Eto privodit k umen'sheniyu rastvorimosti gemoglobina S po sravneniyu s gemoglobinom A bolee chem v 100 raz i razvitiyu v svyazi s etim fenomena serpovidnosti. Eritrocity serpovidnoi formy stanovyatsya bolee rigidnymi i "zastrevayut" v kapillyarah. Eto privodit k razvitiyu trombozov v raznyh organah. http://www.soros.karelia.ru/projects/1998/diagnostika/gemato/razdel4/razdel4_9_2.htm Citata 3): Vo-pervyh, stali izvestny molekulyarnye massy belkov, lezhashie po ocenkam v intervale 10 - 2000 tys. D. (Teper' takie molekuly nazyvayut makromolekulami.) Vo-vtoryh, bylo pokazano, chto raznye belki raspadayutsya na aminokisloty ne menee 17 tipov (v dal'neishem - 20). Esli predstavit' sebe, chto belki - lineinye molekuly, a po rentgenostrukturnym dannym lineinyi razmer aminokislot okolo 0.003 mkm, to lineinye cepochki vsego iz 100 zven'ev sostavyat uzhe 0.3 mkm, chto vpolne sopostavimo s vidimymi razmerami hromosom i kletochnogo yadra (3 - 10 mkm). http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/NATURE/GENECODE.HTM Kak vidno iz citaty 1) informacionnaya emkost' gemoglobina ravna 574*3 = 1722 bit (odna aminokislota kodiruetsya 3 bitami). Kak vidno iz citaty 2) nepravil'noe znachenie odnogo bita zamenyaet tip aminokisloty (glutamin na valin), chto privodit k katastroficheskim posledstviyam. Togda nado vybrat' iz sluchainyh variantov belka, kotoryh budet 2 v stepeni 1772 = 2.661 na 10 v stepeni 533, tol'ko odin! Pust' proverka dlit'sya vremya, kotoroe nuzhno schityvatelyu dvizhushemusya so skorost'yu sveta (!), chtoby probezhat' 574 aminokisloty razmerom 0.003 mkm (sm. Citatu 3). Obshaya dlina cepei sostavit 0.003 mkm * 574 = 1.772 na 10 v minus 6-i stepeni metrov. A vremya schityvaniya Sostavit 1.772 na 10 minus 6-i (metrov)/ 300 na 10 v 6-i (metrov/sek.) = 5.74 na 10 v minus 15-i sekund. Togda vremya vybora = kol-vo variantov * vremya schityvaniya = 4.845 na 10 v stepeni 502 mlrd. let!!!! A ved' eto tol'ko odin belok trebuet takogo vremeni, a skol'ko zhe ponadobit'sya na sintez kletki, soderzhashei okolo 2000 tipov belkov?
• Re: uHLHVEYa'HE NYaMNBSh BNGMH'MNBEMH' fHGMH   (A. M. Nesh, 6.03.2003 16:07, 3.3 KBait) oNYaShKYuCh EYE PYuG RNR FE RE'YaR, OPHMEYaEMMShI HG Word-97, MYu OPNAS ON bYu'EI OPNYaEAE. DYuBYuIRE PYuYaYaLNRPHL 'NM'PERMShI AEKN', Yu HLEMMN celncknahm 'Yu' MYuHANKEE HGSVEMMShI. zhHRYuRYu 1): lNKE'SKYu CELNCKNAHMYu YaNYaRNHR HG VERShPEU YaSAZEDHMHZh: DBSU a H DBSU b - H YaNNRBERYaRBEMMN YaNDEPFHR VERShPE ONKHOEORHDMShE ZhEONV'H DBSU YaNPRNB. iYuFDYu' a-ZhEONV'Yu YaNDEPFHR 141, Yu b-ZhEONV'Yu - 146 YuLHMN'HYaKNRMShU NYaRYuR'NB. rYu'HL NAPYuGNL, BYa' LNKE'SKYu CELNCKNAHMYu B'KChVYuER 574 YuLHMN'HYaKNRSh. uNR' YuLHMN'HYaKNRMShE ONYaKEDNBYuREKEMNYaRH a- H b-ZhEONVE' PYuGKHVMSh, NMH HLEChR OPYu'RHVEYa'H NDHMYu'NBShE RPERHVMShE OPNYaRPYuMYaRBEMMShE YaRPS'RSPSh. yaNAYaRBEMMN CNBNP', OPHBEDEMMShE BSh'E DERYuKH YaRPS'RSPSh NRMNYa'RYa' ME ' CELNCKNAHMS, Yu ' ECN AEK'NBNI 'NLONMEMRE - CKNAHMS. iYuFDYu' YaSAZEDHMHZhYu CELNCKNAHMYu YaNDEPFHR NDMS MEAEK'NBSCh (RYu' MYuGShBYuELSCh OPNYaRERHVEYa'SCh) CPSOOS - CEL. cEL OPEDYaRYuBK'ER YaNANI 'NLOKE'Ya Fe(II) Ya OPNRNONPTHPHMNL. (celncknahm, k. yu. akchlemteked, lNYa'NBYa'HI CNYaSDYuPYaRBEMMShI SMHBEPYaHRER HL. l.b. kNLNMNYaNBYu) http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/526.html zhHRYuRYu 2): yaEPONBHDMN-'KERNVMYu' YuMELH' mYuHANKEE VYuYaRYu' TNPLYu CELNCKNAHMNOYuRHI, BYaRPEVYuERYa' S KHZh MECPNHDMNI PYuYaSh, NASYaKNBKEMYu MYuKHVHEL S ANKEMNCN CELNCKNAHMYu S, 'NRNPShI NRKHVYuERYa' NR CELNCKNAHMYu yu GDNPNBShU KChDEI GYuLEMNI NDMNI YuLHMN'HYaKNRSh B b -ZhEOH, Yu HLEMMN BYuKHMYu BLEYaRN CKChRYuLHMNBNI 'HYaKNRSh. shRN OPHBNDHR ' SLEME'EMHCh PYuYaRBNPHLNYaRH CELNCKNAHMYu S ON YaPYuBMEMHCh Ya CELNCKNAHMNL yu ANKEE VEL B 100 PYuG H PYuGBHRHCh B YaB'GH Ya ShRHL TEMNLEMYu YaEPONBHDMNYaRH. shPHRPNZhHRSh YaEPONBHDMNI TNPLSh YaRYuMNB'RYa' ANKEE PHCHDMShLH H "GYuYaRPEBYuChR" B 'YuOHKK'PYuU. shRN OPHBNDHR ' PYuGBHRHCh RPNLANGNB B PYuGMShU NPCYuMYuU. http://www.soros.karelia.ru/projects/1998/diagnostika/gemato/razdel4/razdel4_9_2.htm zhHRYuRYu 3): bN-OEPBShU, YaRYuKH HGBEYaRMSh LNKE'SK'PMShE LYuYaYaSh AEK'NB, KEFYuYHE ON NZhEM'YuL B HMREPBYuKE 10 - 2000 RShYa. d. (rEOEPE RYu'HE LNKE'SKSh MYuGShBYuChR LYu'PNLNKE'SKYuLH.) bN-BRNPShU, AShKN ON'YuGYuMN, VRN PYuGMShE AEK'H PYuYaOYuDYuChRYa' MYu YuLHMN'HYaKNRSh ME LEMEE 17 RHONB (B DYuKEMEI'EL - 20). eYaKH OPEDYaRYuBHRE YaEAE, VRN AEK'H - KHMEIMShE LNKE'SKSh, Yu ON PEMRCEMNYaRPS'RSPMShL DYuMMShL KHMEIMShI PYuGLEP YuLHMN'HYaKNR N'NKN 0.003 L'L, RN KHMEIMShE ZhEONV'H BYaECN HG 100 GBEMEEB YaNYaRYuB'R SFE 0.3 L'L, VRN BONKME YaNONYaRYuBHLN Ya BHDHLShLH PYuGLEPYuLH UPNLNYaNL H 'KERNVMNCN 'DPYu (3 - 10 L'L). http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/NATURE/GENECODE.HTM iYu' BHDMN HG ZhHRYuRSh 1) HMTNPLYuZhHNMMYu' EL'NYaRE CELNCKNAHMYu PYuBMYu 574*3 = 1722 AHR (NDMYu YuLHMN'HYaKNRYu 'NDHPSERYa' 3 AHRYuLH). iYu' BHDMN HG ZhHRYuRSh 2) MEOPYuBHKEMNE GMYuVEMHE NDMNCN AHRYu GYuLEM'ER RHO YuLHMN'HYaKNRSh (CKSRYuLHM MYu BYuKHM), VRN OPHBNDHR ' 'YuRYuYaRPNTHVEYa'HL ONYaKEDYaRBH'L. rNCDYu MYuDN BShAPYuRE HG YaKSVYuIMShU BYuPHYuMRNB AEK'Yu, 'NRNPShU ASDER 2 B YaREOEMH 1772 = 2.661 MYu 10 B YaREOEMH 533, RNKE'N NDHM! oSYaRE OPNBEP'Yu DKHREYa' BPEL', 'NRNPNE MSFMN YaVHRShBYuREKCh DBHFSYELSYa' YaN Ya'NPNYaRECh YaBERYu (!), VRNASh OPNAEFYuRE 574 YuLHMN'HYaKNRSh PYuGLEPNL 0.003 L'L (YaL. zhHRYuRS 3). nAYYu' DKHMYu ZhEOEI YaNYaRYuBHR 0.003 L'L * 574 = 1.772 MYu 10 B LHMSYa 6-I YaREOEMH LERPNB. yu BPEL' YaVHRShBYuMH' yaNYaRYuBHR 1.772 MYu 10 LHMSYa 6-I (LERPNB)/ 300 MYu 10 B 6-I (LERPNB/YaE'.) = 5.74 MYu 10 B LHMSYa 15-I YaE'SMD. rNCDYu BPEL' BShANPYu = 'NK-BN BYuPHYuMRNB * BPEL' YaVHRShBYuMH' = 4.845 MYu 10 B YaREOEMH 502 LKPD. KER!!!! yu BEDE ShRN RNKE'N NDHM AEKN' RPEASER RYu'NCN BPELEMH, Yu Ya'NKE'N FE ONMYuDNAHREYa' MYu YaHMREG 'KER'H, YaNDEPFYuYEI N'NKN 2000 RHONB AEK'NB?