Поиски жизни в Солнечной системе

Для синтеза полимеров-как белков, так и нуклеиновых кислот-живые клетки вырабатывают богатые энергией мо лекулы, которые с помощью специфических белков-фермен тов обеспечивают энергией каждый этап присоединения мо номера. Помимо того что ферменты катализируют соответ ствующие реакции, они создают условия, необходимые для нормального ее протекания, устраняя все другие мешающие молекулы. Это существенно в случае, когда нужные для реакции молекулы составляют лишь небольшую часть из всех присутствующих в реакционной среде. Удаляются, на пример, молекулы воды, которые неизменно мешают проте канию реакции дегидратации.

Биологические полимеры могут быть синтезированы в лабораторных условиях и без участия ферментов. Синтез полипептидов и полинуклеотидов стал теперь обычным де лом. Белки, идентичные тем. которые синтезируются клет кой, могут быть получены и получаются в лаборатории. При этом используют безводные растворители, очищенные моно меры высокой концентрации, прибегают к разного рода ухищрениям для защиты реакционных групп и применяют реагенты, обеспечивающие реакции энергией, что в сущности соответствует функциям, выполняемым обычно фермента ми.

Попробуем сопоставить эти два высокосовершенных спо соба синтеза биополимеров - реализуемых в клетке и в лабо ратории-с условиями, по-видимому, существовавшими на примитивной Земле. Единственным растворителем тогда была вода, необходимые для синтеза мономеры составляли лишь часть общего количества растворенных органических и неорганических веществ, реагенты, имевшиеся в достаточном количестве, были, вероятно, довольно просты, и, разумеется, полностью отсутствовали ферменты. До сих пор не ясно, как при столь неблагоприятных условиях могли образоваться даже короткие полимеры. По всей видимости, первобытный бульон состоял из множесгва самых разнообразных органи ческих соединений. Чтобы произошел синтез полипептида или полинуклеотида, в бульоне должна была возникнуть особая группа соединений, которые сконцентрировались бы и соединились друг с другом. Представить себе этот первый этап. наверное, особенно трудно. Простой концентрации первичного бульона здесь явно недостаточно. Скорее всего,

этот бульон представлял собой сложную смесь многих со единений, которые должны были мешать образованию поли меров, прикрепляясь, например, к концу растущей цепи и останавливая тем самым ее рост.

Возможное решение этой проблемы связано с адсорбцией необходимых молекул на поверхности глинистых минералов. Этому механизму особое значение придавал покойный Дж.Д.Бернал (1901-1971), известный английский ученый кристаллограф. По сравнению с органическими соедине ниями глинистые минералы обладают большой адсорбцион ной способностью. Кроме того, они по-разному взаимодей ствуют с различными типами соединений, которые адсорби руют. Сам Бернал не был уверен в правильности своего предположения; это объяснялось тем, что кремний, основной составляющий элемент глин, не играет почти никакой роли в современной биохимии. Тем не менее адсорбция считается самым вероятным механизмом (хотя это и не доказано) предбиологических процессов разделения и концентрации.

Несмотря на сомнения Бернала, другие ученые без коле баний отвели глинистым минералам главную роль в проис хождении жизни. В самом деле, А. Г. Кернс-Смит, химик из университета в Глазго, предположил, что жизнь началась с кристаллов, образующих минералы. Обладая способностью воспроизводить себе подобных, неорганические кристаллы как бы демонстрируют тем самым зачаточные генетические свойства. У них обнаруживается также ограниченная способ ность к мутациям, которая проявляется в том, что в регуляр ном расположении атомов в кристалле могут возникать дефекты. Такие обладающие слоистой структурой минералы, как глины, склонны копировать дефекты одного слоя в структуре следующего, что можно рассматривать как свое образную генетическую память. Замечено, что дефекты в структуре кристаллических граней часто оказываются участ ками химической активности, включая катализ. Кернс-Смит высказал предположение, что такое простое органическое соединение, как формальдегид, синтез которого мог катали зироваться минералом, несущим подобный дефект, обладало способностью ускорять процесс воспроизведения дефектного кристалла и повышать точность копирования, в результате чего численность таких кристаллов по сравнению с другими типами быстро возрастала. С этого началась эволюция белково-нуклеиновой генетической системы, которая в даль нейшем отделилась от своего минерального предка. Однако

это весьма умозрительное предположение, не имеющее поч ти никаких экспериментальных подтверждений.