Материал:

Одна из самых удачных моделей этого этапа принадлежит С. Фоксу, который в результате нагревания смеси сухих аминокислот получил полипептиды различной длины. Они получили название "протеиноидов", то есть предшественников белков. Полученные полипептиды можно было потом растворять в воде; при этом они оставались стабильными. В одном из экспериментов Фокс вместо колбы использовал выдолбленный кусок вулканической лавы. Выход пептидов при этом достигал 40% от исходного количества аминокислот. По убеждению Фокса, центрами возникновения жизни на этом этапе были горячие, сухие вулканические районы, которых в то время на Земле было много. Горячие склоны вулканов покрывались коркой органических веществ; дождь смывал пептиды, которые образовывались, в океан. Вряд ли первичный океан напоминал современный, если сравнивать глубины. Воды на первичной Земли было, скорее всего, мало, такой океан могла бы перебрести и курица. Именно незначительное количество воды обеспечила высокую концентрацию низкомолекулярных веществ в "первичном бульоне" и сделала вероятной их взаимодействие.

Если для образования простых органических веществ необходимы были достаточно мощные источники энергии, то для образования полимеров достаточно было простого нагрева. Однако для реакции полимеризации необходимые катализаторы. В клетке эту роль выполняют ферменты. Было высказано предположение, что катализаторами в процессе синтеза полимеров на первичной Земли могли быть поверхности минеральных глин. Экспериментально было доказано, что раствор аминокислоты аланина в водной среде в присутствии особого вида глинозема и АТФ может давать полимерные цепочки полиаланину.

Таким образом на древней Земле могли образоваться полипептиды. Некоторые из них были, возможно, каталитически активными. Однако это могло и не иметь прямого отношения к возникновению жизни, поскольку полипептиды не имеют способности к самовоспроизведению, что является наиболее важным признаком живого. Это свойство является, как известно, в нуклеиновых кислот, которые способны к репликации.

Были попытки синтезировать нуклеиновые кислоты неферментативные способом. Исходным веществом для этого были высокоэнергетические фосфаты. Благодаря этим соединениям удалось получить полинуклеотиды даже при умеренных температурах. Некоторые реакции проводились при температуре 150-160 ° С, но полимеризация происходила даже при температуре 65 ° С.

Интересными оказались эксперименты, когда в среде, содержащей соли фосфорной кислоты (фосфаты) и рибонуклеотиды в высоких концентрациях, спонтанно синтезируются короткие полирибонуклеотиды. Также спонтанно, путем спаривания комплементарных оснований, могут образоваться РНК-копии. Обе эти реакции протекают без участия ферментов или других белков. Отсюда следовало, что РНК может проявлять собственную каталитическую активность, и подтвердил американский биохимик Т. Чек, который открыл в 1982 году. Каталитические свойства РНК.

Пока трудно установить, как могла возникнуть ДНК. Это органическое вещество приспособлена лучше, чем РНК, к долгосрочного хранения информации. Во всяком случае известно, что отсутствие кислорода в 2-положении дезоксирибозы делает молекулу ДНК более устойчивой, в отличие от РНК, к гидролитического расщепления в слабощелочных водных растворах, а именно такие растворы были в первичных водоемах и сохранились в современных клетках. Кроме того, наличие двух комплементарных цепей ДНК обеспечивает процесс репликации и облегчает исправление ошибок, возникающих в каждом из двух цепочек ДНК. Вполне возможно, что благодаря активности древнего белка, который является близким к современному фермента - обратной транскриптазы (т.е. способен синтезировать ДНК, используя в качестве матрицы РНК), и образовались первые молекулы ДНК на Земле.

Непонятным остается также вопрос о том, как древнейшая РНК начала кодировать аминокислотную последовательность. Но когда это произошло, то образовались системы с обратной связью, в которых нуклеиновые кислоты содержали информацию о структуре белков, что способствовало увеличению количества кодирующих их нуклеиновых кислот. Кроме того, белки могли защищать нуклеиновые кислоты от разрушительного действия ультрафиолета.

Обсуждается в литературе и вопрос о том, что же появилось на Земле раньше: полипептидная последовательность или полинуклеотидных, то есть было первичным - белок или нуклеиновая кислота?

Генетическое гипотезу, или гипотезу "голого гена", предложили еще в 1929 г.. Дж. Холдейн и Г. Мюллер. Согласно этой гипотезе, которую поддержали впоследствии и другие авторы, сначала возникли нуклеиновые кислоты как матричная основа для синтеза более поздних по времени образования белков. Доводом в пользу этого факта можно считать открытие каталитической свойства РНК.

Из приведенных данных ясно, что в этой гипотезе, когда речь шла о процессах абиогенеза, дань отдавалось приоритета такого свойства живого, как способности к самовоспроизведению. А. И. Опарин, который первым предложил гипотезу абиогенеза (1924 p.), Изначально предполагал, что первичным является белок, поскольку без ферментов (то есть белков) невозможен обмен веществ, а без последнего невозможны никакие проявления жизни. Вполне очевидно, что в этой гипотезе отдается дань приоритета в процессах абиогенеза такой важной свойства живого, как обмен веществ.

Однако после того, как появились сведения о строении и роль нуклеиновых кислот в проявлениях жизни, А. И. Опарин несколько изменил свои взгляды и в последней своей монографии "Материя - жизнь - интеллект" (1977) высказал замечательную мысль о том , что полипептиды и полинуклеотиды еще на заре жизни на Земле эволюционировали вместе путем взаимодействия, сначала далеко не совсем совершенной, то есть происходила совместная эволюция, или коэволюция.

Таким образом, объединение способности к самовоспроизведению полинуклеотидов с каталитической активностью полипептидов следует считать одной из наиболее важных ступенек химической эволюции. Для возникновения жизни необходима была в качестве полинуклеотидов, так и полипептидов. Наибольшие шансы на сохранение в ходе предбиологических отбора имели те системы, в которых способность к обмену веществ сочеталась со способностью к самовоспроизведению.

В дальнейшем усложнении обмена веществ в таких системах существенную роль должны были играть катализаторы и пространственно-временное разъединение начальных и конечных продуктов реакции. Последнее не могло возникнуть без фазово-контрастного разделения, то есть без возникновения мембраны и образование, предшествовало клетке, - в этом и заключается основная сущность следующему этапу эволюции, о котором мы можем рассуждать лишь гипотетически.

Третий этап - возникновение пробионты и биологических мембран. Вопрос о том, как происходил переход от биополимеров до первых живых существ, является самым сложным моментом в проблеме возникновения жизни. Наиболее известный подход к решению этого вопроса содержится в экспериментах А. И. Опарина, который предложил коацерватных гипотезу (1924 p.).

А. И. Опарин предположил, что переход от химической эволюции к биологической связан с возникновением простейших фазово-обособленных органических систем - пробионты, способных использовать вещество и энергию из окружающей среды и благодаря этому осуществлять важнейшую жизненную функцию - функцию роста.

Наиболее удачным объектом для моделирования оказались коацерватных капли (коацерваты). А. И. Опарин наблюдал, как в коллоидных растворах полипептидов, полисахаридов, РНК и других высокомолекулярных соединений при определенных условиях образуются сгущения, имеют объем от до см3. Эти сгущения и является коацерватами. Вокруг коацерватных капель является граница раздела, которую можно увидеть в микроскоп. Коацерваты способны адсорбировать вещества из внешней среды, в них внутри уже может осуществляться синтез новых соединений. Поскольку концентрация веществ у коацерватных капли больше, чем в окружающей среде, то это значит, что и химические реакции происходят с большей скоростью. Достигая определенного размера, под действием механических сил коацерватных капли могут делиться на меньшие части. Но коацерваты - неживые существа. Это лишь самые простые модели пробионты, оказывающие внешнее сходство с такими свойствами живого, как рост и обмен веществ с окружающей средой.

Особое значение в эволюции пробионты мало формирования каталитических систем. Первыми катализаторами были неорганические соединения, такие как соли железа, меди и других тяжелых металлов. Однако их действие было достаточно слабой. Постепенно на основе предбиологических отбора возникли биологические катализаторы, что имело большое значение для совершенствования обмена веществ.

Настоящий начало биологической эволюции ознаменовало возникновения пробионты с кодовыми взаимосвязями между белками и нуклеиновыми кислотами. Взаимодействие белков и нуклеиновых кислот обусловила возникновение таких свойств живого, как способность к самовоспроизведению, к сохранению наследственной информации и передачи ее следующим поколениям. Пробионты, в которых обмен веществ сочетался со способностью к самовоспроизведению, имели лучшую перспективу сохраниться в предбиологическом подборе.

Другой механизм образования клеток предложил С. Фокс из университета в Ма-йами. Как уже отмечалось, Фокс путем нагревания безводной смеси аминокислот получал полипептиды. Ученый назвал их протеиноидов. В результате растворения протеиноидов в горячей воде он получил жидкость - непрозрачную суспензию. Под микроскопом удалось увидеть, что эта суспензия состоит из крошечных шариков, которые напоминают современных бактерий-кокков. Фокс назвал их микросферами, то есть маленькими шариками. Некоторые из них образовывали цепочки или были похожи на дрожжевые клетки в период деления. Электронный микроскоп показал, что каждая микросфера окружена двойной клеточной оболочкой, очень похожей на мембраны современных клеток. В дальнейшем Фокс проводил опыты с комплексами протеиноидов и полинуклеотидов. Эти комплексы также могли образовывать микросферы, причем такие, что могли делиться и почковаться. их сходство с современными микроорганизмов впечатляет.

Какая из моделей ближе к п рот клетки - коацерваты опару на или микросферы Фокса - трудно сказать. Во всяком случае, в предбиологическом подборе только те образования оказались конкурентоспособными, которые окружили себя внешней мембраной.

Биологические мембраны, как известно, состоят из белков и липидов. Они отделяют вещество от среды и оказывают прочности молекулярном агрегата. Есть две наиболее распространенные точки зрения по поводу возможного возникновения биологических мембран. Согласно одной из них, мембраны могли возникнуть в ходе формирования коацерватов, которые образовывались в воде при столкновении двух слабо взаимодействующих полимеров. Согласно другой точке зрения, образование мембран происходило при адсорбции полимеров на поверхности глин. Пока нет достаточных оснований, чтобы отдать предпочтение какой-то одной из этих двух точек зрения.

Появление биологической мембраны, которая отделяет содержимое пробионта от окружающей водной среды и обладает способностью к избирательной проницаемости, определила направление дальнейшей химической эволюции среды по пути развития все более совершенных, способных к саморегулированию систем - вплоть до возникновения первых примитивных клеток. Дальнейшее их развитие уже полностью приобретает черты биологической эволюции, которая охватывает промежуток времени не менее 3500000000. Лет.

Источник: https://studbooks.net/7244/estestvoznanie/kontseptsii_sovremennogo_estestvoznaniya

Смотрите также:








ЦЕНОВАЯ ПОЛИТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ НА ПРИМЕРЕ ООО «ДНС РИТЕЙЛ»
_archivetempпротивовоспалительные
_Роджерс Карл, Брак и его альтернативы