ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ - АБИОГЕНЕЗ

Предбиологическая органическая химия. Неорганический синтез органических молекул

Первые две стадии биопоэза - образование малых "органических" молекул в неорганических реакциях и их конденсация и полимеризация в более крупные молекулы - уже обсуждались в гл. VI, и здесь мы их не будем касаться.

Показано, что в искусственной бескислородной среде идет неорганический синтез "органических" соединений, но подобные опыты с кислородными средами дали только отрицательные результаты [17]. Возможно, синтез останавливается из-за того, что окисление разрушает образующиеся продукты; допустимы и другие объяснения. Во всяком случае, ясно, что для развития жизни была необходима первичная бескислородная атмосфера. Как мы видели, в такой атмосфере важным фактором становится коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца. Определенную роль сыграли и другие источники энергии, но для краткости я буду здесь подразумевать под словами "коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца" все виды энергии, доступные в то время.

Надо также запомнить, что появление более крупных "органических" молекул - важное событие в переходе от преджизни к жизни - было многоступенчатым процессом. Мы не можем считать вероятным внезапное появление "голого" гена или единичной молекулы белка. Только соединения, возникавшие в очень больших количествах, могли стать основой для дальнейшего развития.

Химические процессы преджизни могут показаться до смешного простыми в сравнении с биохимическими процессами современной жизни, имеющей за плечами около 3 млрд. лет эволюции - мутирования и естественного отбора. Химические процессы преджизни не могут обеспечить выживания в современных условиях, но более 3 млрд. лет назад, в условиях гораздо менее сложной среды, они были очень важны в этом отношении.

Можно привести пример подобной ситуации. В 1962 году Кальвин изучал разложение перекиси водорода (Н2О2) - обычного продукта, образующегося при облучении воды ультрафиолетом, - ферментом каталазой (см. [8]). Акво-ион трехвалентного железа способен расщеплять Н2О2 - это чисто неорганический процесс. Его активность, однако, очень невелика по сравнению с активностью гема или фермента. Ион железа способен расщеплять всего 10-5 моль в 1 с. Если этот ион включен в органическую молекулу порфирина (41), то его активность возрастает в 1000 раз. Если же молекула порфирина соединена с белковой частью молекулы фермента каталазы, то активность иона трехвалентного железа возрастает в 10 млрд. раз. В современных условиях разложение перекиси водорода акво-ионом железа не имеет никакого значения, но этот неорганический процесс мог играть важную и даже очень важную роль в эпоху преджизни, когда еще не существовало таких органических соединений, как гем и ферменты.

Прежде чем двинуться дальше, мы должны еще раз подчеркнуть, что в неорганическом синтезе "органических" веществ могут использоваться самые разные источники энергии. Если для синтеза малых "органических" молекул, по-видимому, непременно нужны высокоэнергетические воздействия - ультрафиолетовое излучение, электрические разряды (в природе - молнии), то объединение этих молекул в более крупные может идти при участии не таких мощных источников энергии, например за счет тепла и химической энергии (вспомним о роли цианида и дицианамида, гл. VI, разд. 7). Похоже, что если синтез малых "органических" молекул шел на поверхности Земли под действием ультрафиолета или молний, то конденсация их в более крупные "органические" молекулы происходила в совершенно иных средах, защищенных от таких жестких воздействий. Разумно было бы предположить, что именно в таких средах и состоялся переход от преджизни к жизни.

В заключение можно процитировать Раувса, который еще в 1964 году, в обзоре работ по предбиологической органической химии [26], написанном на малораспространенном голландском языке и потому не получившем широкой известности, подчеркнул, что эксперименты доказали принципиальное единство всех соединений углерода - и "органических", и органических - с другими химическими соединениями. Согласно Раувсу, дальнейшие эксперименты принесут лишь новые подробности, но новых фундаментальных положений ожидать от них нельзя. Главный результат этих опытов - доказательство возможости неорганического синтеза "органических" соединений.

Теперь мы можем заняться рассмотрением сложных взаимодействий между этими соединениями, динамикой их структуры и метаболической (впрочем, поскольку речь идет о преджизни, - "метаболической") активностью.