Страница 13
Первые эксперименты по неорганическому синтезу биополимеров в восстановительной среде провёл американский биолог С. Миллер в 1953 году. Колба, в которой создавались электрические разряды, заполнялась водой, водородом, метаном и аммиаком. Кипящая вода создавала циркуляцию пара и воды через прибор, пробы раствора исследовали методом
хроматографии на бумаге. Через 125 часов было обнаружено 15 аминокислот и рибоза (входит в состав РНК). Эксперименты вызвали большой интерес и к сходным опьггам приступили учёные во всём мире. Уже в 1960 году А. Уилсон, добавив в исходный раствор серу, смог получить крупные молекулы полимеров, содержащие более 20 атомов углерода. В колбе были обнаружены тонкие плёнки (предмембраны). С. Поннамперума с сотр. проводили эксперименты, подобные экспериментам Миллера, но использовали энергию ультрафиолетового света и синтезировали аминокислоты, пурины (строительные блоки белков и нуклеиновых кислот), полимеры из этих блоков. Дж. Оро с сотр. синтезировали крупные органические молекулы без ультрафиолета, просто нагревая среду. С. Фокс с сотр. использовали высокие температуры и синтезировали биополимеры в безводных средах. М. Кальвин конденсировал низкомолекулярные единищя в более крупные в водных растворах, содержащих НС . Следовательно, есть много способов спонтанного образования биомолекул неорганическим путём в условиях, моделирующих первичную атмосферу, но в этих экспериментах не моделировалось геологическое время (Рутген 1973: 104-124).
До 80-х годов существовало три гипотезы начала биохимической эволюции: гипотезы голобиоза, генобиоза и симбиоза. Гипотеза голобиоза: эволюционно старше белковый протобионт (метаболизм), первичен обмен веществ в коацервате, а появление в коацервате нуклеиновых кислот есть завершение эволюции в ходе конкуренции протобионтов (А. И. Опарин). Гипотеза генобиоза: первичной была не структура, способная к обмену веществ, а макромолекулярная система подобная гену и способная к саморепродукции (голый ген, Дж. "олдейн). Синтетическая гипотеза симбиоза: изначально формировался симбиоз белки-нуклеиновые кислоты (гиперциклы М. Эжена). Проблемы начала биохимической эволюции были решены тогда, когда открылся "мир РНК": молекула РНК была первичной, так как она уникальна по своим свойствам. Молекула РНК наделена такой же генетической памятью как и ДНК. Нет организмов без РНК, но есть вирусы, геном которых составляет РНК, а не ДНК. Вопреки генетической догме возможен перенос информации от РНК к ДНК, катализируемый РНК-зависимым ферментом. В начале 80-х установили способность РНК к саморепродукции в отсутствии белковых ферментов, процессингу (вырезание нуклеотидных последовательностей) и сплайсингу (сшивание активных последовательностей). Но главным было открытие у РЦК автокаталигических функций. Всё это означало, что древняя РНК совмещала черты генотипа и фенотипа. Современная РНК - реликт доклеточного предка, передавшего ферментативные и информационные функции ДНК и белкам (Кузнецов, Идлис, Гутина 1996: 302-311).
Тогда можно смоделировать ранние этапы доклеточной эволюции: спонтанное возникновение макромолекул (в том числе и РНК), отбор геномов РНК по эффективности каталитических и информационных функций (метаболизм и редупликация), передача РНК функций фермента белкам и памяти ДНК, образование и эволюция сетей химических реакций (гиперциклов).
5. 3. "аракгеристика и эволюция гиперцикла В 70-х годах немецкий биохимик М. Эйген (р. 1927 г., Нобелевская премия за 1967 г.) предложил математическую модель самоорганизации макромолекул в единицу, способную к эволюции. Гиперциклом называется принцип самоорганизации макромолекул в единицу, способную к эволюции, для которого характерны гомеостаз, метаболизм и редупликация. Гиперциклы это сети химических реакций, в которых на каждом этапе продукты подвергаются цикличным превращениям: все биохимические реакции носят циклический характер (репликация ДНК и биосинтез белка на рибосоме, ферментативные реакции, цикл трикарбоновых кислот). М. Эйген опирался на экспериментальное исследование биохимической эволюции, опьпы С. Спигельмана. С. Спигельман моделировал доклеточную эволюцию "в пробирке": вирусный РНК фаг ку-бета в бесклеточной среде смеси органических и неорганических молекул самореплицировался, новые фаги мутировали и происходил их отбор по скорости репликации (Эйген 1973: 172-184, Кузнецов, Идлис, Гутина 1996: 310-311).
Теоретическими основаниями модели М. Эйгена являются общеэволюционные законы. Модель гиперцикла включает в себя принципы диссипативных структур, симбиоза на молекулярном уровне. В результате конкуренции отбирались гиперциклы с более эффективной корреляцией едщиц, более совершенные по каталитическому совершенству. Гиперцикл допускает рост своих компонентов и регуляцию размеров. Совершенствовались скорость редунликации и память.
Эволюция гиперциклов при определённых условиях - неизбежное событие. Гиперциклы возникают раз и навсегда как закономерный этап универсальной эволюции: анализ механизмов воспроизводства гиперциклов не даег оснований для гипотезы живое - от живого. Оплвбка антиэволюционистов в том, что они подсчитывая вероятность возникновения ДНК и приходя к результатам 10 ~~~, не учитывают, что подсчитывать надо скорость процесса эволюции. Достаточно ли времени для достижения данной величины биологического прогресса. Гиперциклы описываются на таком же математическом языке как и неживые системы в концепциях И. Р. Пригожина и Г. "акена, что доказывает общность процессов самоорганизации на разных уровнях Универсума. Эволюция гиперцикла неизбежна: система, возникающая в результате мутаций и отбора, непредсказуема в отношении структуры, но неизбежным результатом всегда является процесс эволюции - это закон. Процесс эволюции в принципе неизбежен, хотя выбор конкретного пути не детерминирован (Эйген 1973: 207). Следующим шагом эволюции является процесс образования мембран и эволюция клеточных форм жизни (Эжен 1973, Эйген, Винклер 1979, »ноль 1979, Эйген, »устер 1982).
5. 4. Особенности биологической формы организации материи Место биологии в современном естествознании: необычайная сложность и многообразие живых систем, развитие во времени - неотьемлемое и наиболее характерное свойство живого, теоретический характер и проблемы биологической эволюции, включённость человека в мир живого (Природа биологического познания, М., 1991). "Образы" биологии (Кузнецов, Идлис, Гутина 1996: 251-276): описательная биология (классификация и система таксонов, нерасчленнёность биоцелостности, гуманный характер исследований), экспериментальная биология (методы, достижения, перспективы), эволюционная биология (от теории естественного отбора Ч.Дарвина до современной синтетической теории эволюции биосферы). Проблема создания теоретической биологии (поиски основополагающих аксиом). Универсальный эволюционизм как основа для построения целостной теории жизни. Анализ различных определений жизни (Ф. Энгельс, В. И. Вернадский, Э. С. Бауэр, А.И. Опарин, П.А. Анохин, А.А. Ляпунов, М.И. »теренберг, Б.М.Медников, С. Э. »ноль). По Э. »редингеру, жизнь - это упорядоченное и закономерное поведение материи, основанное на существовании упорядоченности, которая поддерживается всё время (»редингер 1972: 71).Проблема традиционных признаков живой материи (гомеостаз, метаболизм, редупликация) - биологические
макромолекулы обладают такими же признаками (М.Эйген), редупликация свойственна неживым системам (Моисеев 1998: 88-91). Диссиметрия живых молекул - живое вещество всегда поляризует свет (там же: 91-93).
Феномен жизни есть результат мирового эволюционного процесса, следовательно, жизнь надо понимать как этап универсальной эволюции, а не противопоставлять живое неживому. Нет чёткой границы, отделяющей мир живого от мира косной материи. Переходные формы (макромолекулы и гиперциклы) были, как и во всяком бифуркационном переходе, крайне неустойчивы - они просто исчезли (Моисеев 1998: 96). Первым общеэволюционным критерием прогрессивной эволюции является более высокий уровень термодинамического неравновесия систем со средой и более эффективный способ использования (концентрации) энергии. В 1935 году Э. С. Бауэр (1890-1937) выпустил книгу "Теоретическая биология", в которой сформулировал принцип устойчивого неравновесия живых систем. Живые системы никогда не бывают в равновесии и за счёт свободной энергии постоянно исполняют работу против равновесия (Бауэр 1935: 43). В 1943 году Э. »редингер в книге "Что такое жизнь?" объяснил как живая материя избегает перехода к равновесию. За счег метаболизма (обмен веществом со средой, питание, дыхание, выделение), питания отрицательной энтропией и непрерывного извлечения упорядоченности из окружающей среды (»редингер 1972: 72-76).
|