Наука и удивительное (Как человек понимает природу) - Вайскопф Виктор (библиотека книг .txt) 📗
Поэтому, согласно нашим представлениям, когда бы нуклеотиды ни соединялись в луже воды в цепь нуклеиновой кислоты, эта цепь не только воспроизводилась, но и вызывала образование некоторых белков. Все нуклеотиды и аминокислоты в окрестности расходовались, превращаясь в нуклеиновые кислоты и белки того типа, который определялся первой случайно образовавшейся нуклеиновой кислотой.
Этот процесс должен был идти очень медленно по двум причинам. Во-первых, аминокислот и нуклеотидов было мало и они были очень далеки друг от друга в воде. Большая часть молекул, образованных ультрафиолетовым светом, оказались простыми, такими, как сахар и алкоголь, и не годились для образования нуклеиновых кислот или белков. Во-вторых, для построения цепей нужна была энергия. А на этой примитивной стадии была только тепловая энергия или энергия излучения, и ни одна из них не была достаточно эффективной для этих цепей. Тем не менее в течение миллионов лет, прошедших между образованием планеты и возникновением жизни, нуклеиновая кислота воспроизводилась много раз.
Игра случая
Представим себе, что произошло, когда одна из этих случайных встреч произвела особую нуклеиновую кислоту, являющуюся шаблоном для тех белков, которые делают нуклеотиды из сахара и аммиака. Тогда воспроизводство копий сильно ускорилось, потому что образовавшиеся белки должны были использовать весь имеющийся сахар и аммиак и синтезировать из них гораздо больше нуклеотидов для новых повторений нуклеиновой кислоты. Водный резервуар, в котором это случилось, должен был стать гораздо богаче нуклеиновыми кислотами, чем другие водные резервуары.
Такой водный резервуар должен был отличаться и в других отношениях от прочих. В нем было больше нуклеотидов, и случайные комбинации нуклеиновых кислот осуществлялись в нем гораздо чаще, и, что еще важнее, та особая нуклеиновая кислота (шаблон для производящего нуклеотиды белка) время от времени присоединяла новые нуклеотиды к своей цепи. Такое удлинение не оставалось единичным актом, а воспроизводилось затем в каждом повторении нуклеиновой кислоты. Добавления к цепи были делом случая и поэтому не давали, как правило, шаблонов для нужных белков. Но в течение многих лет могло случиться так, что в одной избранной луже воды образовалась более длинная нуклеиновая кислота, такая, которая была способна производить более чем один «полезный» белок.
На этой стадии развития полезными были следующие белки:
а) производящий нуклеотиды из сахара, фосфата и аммиака;
б) производящий аминокислоты из сахара, фосфата и аммиака;
в) «сжигающий» молекулы сахара, т. е. способный передать энергию, содержащуюся в сахаре, тем носителям энергии, которые мы встретили в гл. VIII под именем АТФ;
г) служащий оболочкой, или «шубой», нуклеиновой кислоты; оболочка эта имеет маленькие поры, которые могут пропускать внутрь небольшие молекулы и не пропускают наружу большие;
д) образующий специальные молекулы, способные синтезировать сахар с помощью солнечного света (например, хлорофилл) [56].
Обсудим теперь действие этих полезных белков. Мы уже описали важную роль белка а) для образования нуклеиновых кислот. Белок б) должен усиливать приток аминокислот, медленный процесс, ранее обусловленный только действием ультрафиолетовых лучей. Вклад белка б) должен, очевидно, ускорить процесс образования всех видов белков, если имеется шаблон в виде нуклеиновой кислоты.
Белок в) ускоряет процесс образования цепей, так как он дает нужные носители энергии, помогающие присоединять одну молекулу к другой в цепи. До того, как появились эти носители энергии (АТФ), энергия, необходимая для сочленения цепей, поставлялась теплом, а при этом цепи строятся с трудом и очень медленно.
Белок г) выполняет самое ответственное задание. До образования этого белка сама вода в большей или меньшей степени действует, как одно целое. При размножении нуклеиновой кислоты используется весь имеющийся запас нуклеотидов.
Например, в том счастливом водоеме, где образовались белки, производящие нуклеотиды, эти последние будут способствовать размножению всех видов нуклеиновых кислот, а не специально той, которая является шаблоном для белков, ответственных за ее образование. Эта особая нуклеиновая кислота в целом водоеме не сможет использовать свое преимущество — создавать эти белки — по сравнению с другими нуклеиновыми кислотами. Все нуклеиновые кислоты будут размножаться и потреблять сырье. Но если наша особая эффективная нуклеиновая кислота способна произвести и оболочку, продуктивный белок и образованные им нуклеотиды держатся вместе, так что они становятся доступными только данной нуклеиновой кислоте. Тогда только она сможет произвести много повторений и будет развиваться гораздо быстрее других. Последние не только будут лишены растущего притока нуклеотидов, но, кроме того, этот приток будет наибольшим как раз там, где строительные материалы находятся ближе всего к месту «потребления».
Жизнь начала существовать после того, как нуклеиновые кислоты смогли производить белки типов а), б), в), г). Здесь мы уже имеем нечто, похожее на бактериальную клетку. Когда такая единица появилась в луже воды, которая содержала сахар и некоторые простые химические вещества, она действительно стала жить. Аминокислоты и нуклеотиды производились в ней самой: первые складывались в нужные белки с помощью нуклеиновой кислоты, служившей шаблоном, нуклеотиды использовались при воспроизведении нуклеиновой кислоты. Когда эта единица стала слишком большой, она разорвалась, и каждая нуклеиновая кислота образовала свою новую единицу. Этот разрыв и переформирование могли быть первым и простейшим способом деления клеток. То был довольно расточительный способ, так как многие вещества при этом терялись. Теперь у клеток существует гораздо лучший способ деления — без потери вещества.
Но даже и такая усовершенствованная химическая единица не могла бы вечно размножаться, так как она «питалась» простейшими химическими веществами, такими, как сахар, фосфат и аммиак. На Земле нет недостатка в аммиаке и фосфатах. Это простые соединения с малой энергией, и их количество достаточно велико. Но возможности получения сахара были ограниченными. Сахар, химическое соединение с большой энергией, производился только ультрафиолетовыми лучами Солнца, и притом в малых количествах. Когда образовавшийся в воде сахар истощался, живые единицы не могли больше размножаться. Одни разрушались внешними причинами, такими, как столкновения, действие избыточной радиации, или от потери белков в примитивном процессе деления и т. д. Не возмещаясь, они должны были вымирать.
Отсюда ясно, почему белок д) имеет такое огромное значение. Нуклеиновая кислота, которая в добавление к белкам а) — г) может производить и белок д), находится в весьма привилегированном положении: живая единица, содержащая эту кислоту, не зависит больше от сахара, находящегося в воде. Такая живая единица производит собственный сахар с помощью обычного (не ультрафиолетового) солнечного света как источника энергии и нуждается для этого только в очень простых химических веществах с малой энергией, таких, как вода и углекислота.
Важно понять, что все пять типов белков только ускоряют естественные процессы. Например, белки а) и б) производят из более простых веществ те же белки и аминокислоты, которые уже образовывались в воде, но без этих белков процесс шел с гораздо меньшей скоростью. Белок в) доставляет энергию в «готовой расфасовке», но энергия была и раньше, только в форме тепла, форме очень неэффективной. Белок г) образует небольшое собственное тело из воды для каждой нуклеиновой кислоты и этим колоссально ускоряет химические реакции. Белок д) создает вещество, которое, используя весь солнечный свет, производит сахар гораздо продуктивнее, чем это делалось с помощью ультрафиолетовых лучей. Таким образом, белки — это исключительно действенные катализаторы естественных процессов.
