Что такое жизнь и как она возникла? I-4. Solum ex ovo, non gallinaceum
I-4. Solum ex ovo, non gallinaceum
Что такое жизнь и как она возникла?
Проблема курицы и яйца волновала ещё философов Древних Греции и Рима и рассматривалась, например, в трудах Аристотеля, Плутарха, Макробия и других. В двух словах, эта проблема представляет собой логический парадокс использования понятий с нечётким объёмом. В современных взглядах на происхождение жизни на Земле доминирует точка зрения, в соответсвии с которой курица (нуклеиновые кислоты) возникла раньше яйца (метаболизма, синтеза энергии, клеточной стенки и т.д.). В этой книге я излагаю свои взгляды на эту проблему и предлагаю гипотетический механизм, согласно которому вначале было всё же яйцо. Протояйцо представляло собой спонтанно образовавшуюся протосистему синтеза макроэргического соединения - окиси магния, встроеную в некое подобие липофильной клеточной стенки. Описание механизмов, лежащих в основе синтеза окиси магния, я рассматриваю в пятой главе. Окись магния служила макроэргом, поддерживавшим химическую и биохимическую эволюцию в протоклетке.
Мне представляется полезным в самом начале в краткой форме обратить внимание читателя на несколько ключевых позиций этой гипотезы, опубликованной мною около 30 лет тому назад Издательством научного центра биологических исследований Академии наук СССР в Пущино-на-Оке в сборнике "Вопросы эволюции бактерий" (перевод на английский), которую я здесь рассматриваю детально с учётом того, что за прошедшие три десятилетия не появилось ни одной внятной, не основанной на использовании сверхъестественных сил и ситуаций идеи, объясняющей феномен зарождения жизни на Земле. Это краткое изложение, как мне представляется, содержит некоторые позиции, которые никогда никем ранее не рассматривались и которые могут оказаться весьма полезными для ободрения читателя, продирающегося сквозь авторскую логоррею первой половины книги. Проблема происхождения жизни на Земле безусловно является самой сложной и самой запутанной в науке, что вызвано наличием множества причин, среди которых психология восприятия проблемы играет не последнюю роль. Таким образом, первая половина книги будет способствовать психологической подготовке читателя к восприятию последующего конкретного изложения гипотезы.
Прежде всего хочу обратить внимание на то, что в рамках моей гипотезы происхождения образование первоклетки включало в себя два этапа: этап спонтанного протогенеза и этап матричного абиогенеза. Спонтанный протогенез ограничился относительно короткой стадией самоорганизации системы синтеза прототипа АТФ - окиси магния, являвшейся аккумулятором, хранителем и переносчиком энергии. Эта система в дальнейшем энергетически обеспечивала и контролировала биохимическую эволюцию (матричный абиогенез).
После начальной стадии спонтанного протогенеза наступил период матричного абиогенеза, в процессе которого происходила биохимическая эволюция, нацеленная на усовершенствование системы синтеза окиси магния, включающая, например, формирование липофильной оболочки первоклетки, поскольку в водной среде окись магния разлагается, биосинтеза белков, способных изменять комформацию под воздействием свободных протонов и т.п.
Случайным в биогенезе протобионтов был всего лишь один этап - этап формирования системы синтеза окиси магния в первоклетке. Предложенный мною химический механизм формирования такой системы основан на широко известном явлении кетоенольной таутомерии, которая, однако, в отношении сложноэфирного карбонила не описана и, по всей видимости, обладает ничтожно малым сдвигом в сторону енолизации, соответственно, требует для своего проявления высокоспецифичной поддерживающей процесс молекулярной структуры. Процесс синтеза окиси магния состоял в вытеснении двух протонов енолизованных форм абиогенно синтезированных липидов с образованием комплекса из двух липидных молекул, связанных магниевым мостиком. В определённых условиях происходило разложение магниевого комплекса с выделением окиси магния. Кальций - ближайший аналог магния не обладал способностью к образованию такого комплекса и по этой причине участвовал в образовании протоклеточных структур.
Первый этап матричной эволюции, направленный на усовершенствование синтеза окиси магния и фактически на создание прототипа системы мембранного окислительного фосфорилирования, осуществлялся в пределах одной единственной первоклетки и привел к формированию зачатков всех основных функциональных систем, наличие которых является облигатной принадлежностью любого живого организма. Имеется ввиду синтез магниевой соли пирофосфата, а затем молекулярная надстройка к нему, превратившая эту магниеву соль в магниевую соль АТФ, развитие зачатков метаболизма и ферментов и ... формирование механизмов наследования, поскольку к этому моменту появилось то, имело смысл наследовать. Не исключено, прототип ДНК появился уже после деления первоклетки, которое могло произойти на первом этапе сугубо механически.
Таким образом, в роли Творца выступила, по существу, реакция кетоенольной таутамерии сложноэфирного карбонила, которая способна на существенный сдвиг в сторону енола при особых условиях обеспечения необходимой структуры. Не исключено, что "Творца" можно будет синтезировать в лабораторных условиях. Я таких возможностей не имел. Но такое в принципе возможно, и в этом случае можно будет экспериментально моделировать абиогенное происхождение клетки solum ex ovo, non gallinaceum (только от яца, а не от курицы).
Что такое жизнь и как она возникла?
Проблема курицы и яйца волновала ещё философов Древних Греции и Рима и рассматривалась, например, в трудах Аристотеля, Плутарха, Макробия и других. В двух словах, эта проблема представляет собой логический парадокс использования понятий с нечётким объёмом. В современных взглядах на происхождение жизни на Земле доминирует точка зрения, в соответсвии с которой курица (нуклеиновые кислоты) возникла раньше яйца (метаболизма, синтеза энергии, клеточной стенки и т.д.). В этой книге я излагаю свои взгляды на эту проблему и предлагаю гипотетический механизм, согласно которому вначале было всё же яйцо. Протояйцо представляло собой спонтанно образовавшуюся протосистему синтеза макроэргического соединения - окиси магния, встроеную в некое подобие липофильной клеточной стенки. Описание механизмов, лежащих в основе синтеза окиси магния, я рассматриваю в пятой главе. Окись магния служила макроэргом, поддерживавшим химическую и биохимическую эволюцию в протоклетке.
Мне представляется полезным в самом начале в краткой форме обратить внимание читателя на несколько ключевых позиций этой гипотезы, опубликованной мною около 30 лет тому назад Издательством научного центра биологических исследований Академии наук СССР в Пущино-на-Оке в сборнике "Вопросы эволюции бактерий" (перевод на английский), которую я здесь рассматриваю детально с учётом того, что за прошедшие три десятилетия не появилось ни одной внятной, не основанной на использовании сверхъестественных сил и ситуаций идеи, объясняющей феномен зарождения жизни на Земле. Это краткое изложение, как мне представляется, содержит некоторые позиции, которые никогда никем ранее не рассматривались и которые могут оказаться весьма полезными для ободрения читателя, продирающегося сквозь авторскую логоррею первой половины книги. Проблема происхождения жизни на Земле безусловно является самой сложной и самой запутанной в науке, что вызвано наличием множества причин, среди которых психология восприятия проблемы играет не последнюю роль. Таким образом, первая половина книги будет способствовать психологической подготовке читателя к восприятию последующего конкретного изложения гипотезы.
Прежде всего хочу обратить внимание на то, что в рамках моей гипотезы происхождения образование первоклетки включало в себя два этапа: этап спонтанного протогенеза и этап матричного абиогенеза. Спонтанный протогенез ограничился относительно короткой стадией самоорганизации системы синтеза прототипа АТФ - окиси магния, являвшейся аккумулятором, хранителем и переносчиком энергии. Эта система в дальнейшем энергетически обеспечивала и контролировала биохимическую эволюцию (матричный абиогенез).
После начальной стадии спонтанного протогенеза наступил период матричного абиогенеза, в процессе которого происходила биохимическая эволюция, нацеленная на усовершенствование системы синтеза окиси магния, включающая, например, формирование липофильной оболочки первоклетки, поскольку в водной среде окись магния разлагается, биосинтеза белков, способных изменять комформацию под воздействием свободных протонов и т.п.
Случайным в биогенезе протобионтов был всего лишь один этап - этап формирования системы синтеза окиси магния в первоклетке. Предложенный мною химический механизм формирования такой системы основан на широко известном явлении кетоенольной таутомерии, которая, однако, в отношении сложноэфирного карбонила не описана и, по всей видимости, обладает ничтожно малым сдвигом в сторону енолизации, соответственно, требует для своего проявления высокоспецифичной поддерживающей процесс молекулярной структуры. Процесс синтеза окиси магния состоял в вытеснении двух протонов енолизованных форм абиогенно синтезированных липидов с образованием комплекса из двух липидных молекул, связанных магниевым мостиком. В определённых условиях происходило разложение магниевого комплекса с выделением окиси магния. Кальций - ближайший аналог магния не обладал способностью к образованию такого комплекса и по этой причине участвовал в образовании протоклеточных структур.
Первый этап матричной эволюции, направленный на усовершенствование синтеза окиси магния и фактически на создание прототипа системы мембранного окислительного фосфорилирования, осуществлялся в пределах одной единственной первоклетки и привел к формированию зачатков всех основных функциональных систем, наличие которых является облигатной принадлежностью любого живого организма. Имеется ввиду синтез магниевой соли пирофосфата, а затем молекулярная надстройка к нему, превратившая эту магниеву соль в магниевую соль АТФ, развитие зачатков метаболизма и ферментов и ... формирование механизмов наследования, поскольку к этому моменту появилось то, имело смысл наследовать. Не исключено, прототип ДНК появился уже после деления первоклетки, которое могло произойти на первом этапе сугубо механически.
Таким образом, в роли Творца выступила, по существу, реакция кетоенольной таутамерии сложноэфирного карбонила, которая способна на существенный сдвиг в сторону енола при особых условиях обеспечения необходимой структуры. Не исключено, что "Творца" можно будет синтезировать в лабораторных условиях. Я таких возможностей не имел. Но такое в принципе возможно, и в этом случае можно будет экспериментально моделировать абиогенное происхождение клетки solum ex ovo, non gallinaceum (только от яца, а не от курицы).