Глава VII. Стадии биопоэза

1. Введение

Биопоэз - термин, предложенный Берналом [1, 2, 3] для процесса перехода от неживого к живому. Хотя другие авторы чаще используют термин биогенез, я предпочитаю сохранить термин Бернала. Во всяком случае, я сохраню его в этой главе, в которой мы рассмотрим цепь событий, приведшую к переходу от неживого к живому. В предыдущей главе речь шла о разнообразных экспериментах, касающихся возможности образования "органических" молекул в результате неорганических процессов, идущих в условиях первичной атмосферы. Главный вывод из этих экспериментов таков: существует много способов возникновения таких молекул.

Сам факт, что уже продемонстрировано несколько возможных реакций, приводящих к образованию "органического" вещества, доказывает, что такие процессы были в условиях первичной атмосферы отнюдь не единичными, редкими событиями. Мы еще не знаем, какой набор условий среды какому процессу благоприятствовал; не исключено, что эти процессы могли идти одновременно. Но, во всяком случае, такие реакции в условиях первичной атмосферы были, очевидно, обычным явлением. Возвращаясь к сравнению с дождем и кристаллами соли (гл. IV, разд. 8), мы скажем, что образование органических молекул в те времена было таким же повседневным явлением, как в наши дни образование дождевых капель, кристаллов соли или ржавление железа.

Видимо, следующим шагом биопоэза было образование из продуктов неорганических реакций, протекавших на первой стадии, различных полимеров, таких, как полипептиды и нуклеиновые кислоты. Эксперименты, описанные в предыдущей главе, показали, что такие реакции вполне возможны и без участия организмов. Вполне вероятна и дальнейшая неорганическая полимеризация в белки и другие крупные молекулы.

Следующим шагом в возникновении жизни является объединение таких "органических" молекул в дискретные группы с образованием частиц более крупного, но все еще микроскопического размера. Этот процесс, долго остававшийся загадочным, получил название коацервации. Мы увидим, что Современная наука добилась многообещающих успехов и в изучении этого процесса.

Каждый живой организм обладает оболочкой, защищающей его от вредных воздействий внешнего мира. Следующий шаг биопоэза - формирование оболочек, или мембран, вокруг образовавшихся ранее частиц.

У современных организмов такие оболочки часто очень сложны по своей структуре и функции. На заре развития жизни мембраны были, видимо, устроены гораздо проще. Далее мы увидим, что предложены возможные способы образования простых мембран посредством неорганических процессов. Не исключено, что первые мембраны возникли уже на очень ранних стадиях биопоэза.

Дальнейшей стадией биопоэза должно было стать появление метаболизма. Как мы увидим далее, вначале метаболизм мог быть малоэффективным процессом и лишь постепенно развился в современный сложный и эффективный процесс.

Теперь, чтобы заслужить название живого, такой предбиологический материал, организованный в структурные единицы, покрытые мембранами, должен был начать воспроизводиться. Это следующая стадия биопоэза. Отдельные механизмы воспроизведения могли существовать и ранее. Воспроизведение могло идти и в безмембранных химических системах. Но только в группе молекул, под защитой мембраны, смогла произойти общая координация механизмов воспроизведения в один процесс, направленный к общей цели. Конечно, это достижение надо считать одной из важнейших стадий перехода от неживого к живому.

Такое деление на несколько стадий не означает, что Бернал представлял себе переход от неживого к живому как процесс прерывистый. И все же, хотя процесс был плавным и разные его стадии могли даже проходить одновременно, в этом развитии есть некая ступенчатость. Как мы видели, для того чтобы началось образование простейших молекул, нужно, чтобы уже существовали атомы водорода, углерода, кислорода, азота и других элементов. Только тогда может начаться синтез "органических" молекул. Далее, только после конденсации и последующей полимеризации сможет начаться образование более крупных структурных единиц. Лишь после этого может идти коацервация, формирование мембран, могут появиться процессы воспроизведения и метаболизма. Более того, как уже указывалось в предыдущей главе, условия среды, приводящие к каждой стадии, различаются между собой. Об этом мы и поговорим в настоящей главе. Введение к ней можно заключить таблицей, иллюстрирующей идеи Бернала (табл. 9) [2].

Таблица 9