5000. Главный лимитирующий фактор жизни
1. Не органикой единой
Жизнь (живое вещество) устойчиво ассоциируются в нашем сознании (в противоположность так называемой неживой природе) с органикой, основу которой составляют полипептиды и полинуклеотиды, а также жиры и углеводы.
Никакого сомнения в этом нет. Однако процесс зарождения жизни и ее дальнейшая эволюция шли на Земле в направлении от геологического к биологическому, от минерального к органическому. И уже по этой основополагающей причине жизнь сохранила в себе и унаследовала многие признаки породившей её минеральной природы. К тому же многие минералы оказались ей очень даже кстати. Так что жизнь на Земле (а, возможно, и внеземная жизнь, если она только существует где-то в необозримом космическом пространстве) никак не могла быть организована без минеральной составляющей.
Если говорить современным научным языком, жизнь начиналась на уровне наноконструирования, существенными деталями которого стали в силу необходимости (и, конечно же, на фоне вездесущего естественного отбора) атомы определённых минеральных химических элементов. В любой живой клетке имеется ныне бессчетное множество таких минералсодержащих наноструктур (нанороботов), занятых переносом, образованием и преобразованием, сборкой и разборкой тех или иных сложных и простых соединений.
Одни элементы (азот, фосфор) приобрели в силу своих уникальных свойств важное структурное значение. Они вошли в состав биологических макромолекул и многих других органических соединений, придав им специфические свойства. Так, фосфорные соединения стали основными, универсальными хранителями генетической памяти (а также и переносчиками энергии во всех живых системах). Другие, обладая высокой мобильностью (натрий, калий), стали играть важную физиологическую роль, опосредуя обменные процессы как в самом организме (начиная с одноклеточных форм), так и в системе организм - внешняя среда. Третьи вошли в состав гормонов, ферментов, витаминов, дыхательных пигментов и других специфических тонких структур, которые участвуют в важнейших биохимических процессах, существенно влияют на фотосинтез, дыхание, кроветворение, а также на белковый, углеводный и жировой обмен, на рост, развитие и размножение. Вспомним, к примеру, хотя бы, йод, входящий в состав тироксина (гормона щитовидной железы), дефицит которого вызывает тяжелейшие заболевания человека.
Очень важную (ключевую, судьбоносную) роль в истории жизни на Земле сыграл элемент магний. Он по праву считается ныне одним из самых востребованных металлов в живой природе. Во-первых, магний положен природой в основу всей биологической энергетики. Донором энергии в процессах жизнедеятельности живой клетки является аденозинтрифосфат (АТФ) в виде комплекса Mg2+-АТФ. Во-вторых, молекула хлорофилла, лежащая в основе фотосинтеза, базируется на атоме магния. А на фотосинтезе построено первичное продуцирование основной массы органического вещества в биосфере. Если же говорить о человеческом организме, то здесь атом магния входит в состав более чем 300 ферментов, без которых невозможно его нормальное функционирование.
Несомненно, природа очень рано нашла единственно верное для жизни направление, включив уже в состав элементарных предбиологических систем некоторые минеральные элементы. Однако отсюда вовсе не следует, что их ассортимент и функциональная значимость были определены раз и навсегда в самом начале. По мере эволюционного усложнения форм жизни, появления в биосфере многоклеточных автотрофных и гетеротрофных организмов, изменялось количество химических элементов и расширялись их метаболические функции.
Крупные преобразования в мире животных (ароморфозы, по А.Н. Северцову), имевшие место в процессе эволюции, неизбежно сопровождались изменением биологической роли отдельных химических элементов. Так, например, с появлением постоянного воздушного дыхания у наземных позвоночных (которое установилось ориентировочно 400 - 350 млн. лет назад) медь как переносчик кислорода, была вытеснена железом. На смену господствовавшим ранее животным с гемоциановой кровью пришли животные с гемоглобиновой кровью (как более соответствующие новым условиям). В связи с массовым обзаведением в кембрии различными группами организмов твёрдым минерализованным скелетом небывало высокое значение приобрели элементы кальций и кремний.
Существенные изменения происходили и в мире растений. В эволюционном ряду наземных форм увеличивалось содержание фосфора и серы в соответствии с возрастанием роли белков, в состав которых входят эти элементы. Также постепенно возрастало содержание калия, особенно у покрытосеменных как эволюционно наиболее молодых.
В общем, найдя в принципе верный и весьма перспективный для жизни путь к минералам, эволюция «пробовала», тем не менее, их различные варианты. Количество химических элементов, вовлекаемых в биологические процессы, с течением эволюционного времени возрастало, а их состав и функциональная значимость становились всё более разнообразными, пока не возникли оптимальные соотношения, свойственные наиболее высокоорганизованным формам жизни.
В конечном итоге определились (как мы теперь уже хорошо знаем) две группы жизненно необходимых и к тому же функционально не заменимых друг на друга минеральных химических элементов. Одна из них получила название «макроэлементы» (N, P, K, S, Na, Cl, Mg, Ca). Вторая - «микроэлементы» (Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Mo, Ni, B, F, I, и некоторые другие). После сжигания любого биологического материала эти элементы (кроме азота, который в процессе горения образует газообразные оксиды и переходит в воздух) остаются в несгорающем минеральном остатке - золе и потому, по сложившейся традиции, называются ещё зольными.
По внешнему виду зола представляет собой серый порошок (пепел), легко раздуваемый ветром. Он-то, этот пепел и сыграл решающую роль в истории жизни.
Продолжение следует.