Земля и жизнь - Александр Вологдин

Вторую возможность развития органического вещества С. Миллер видит в возникновении так называемой дезоксирибонуклеиновой кислоты - сокращенно ДНК, свойственной веществу современных организмов. Молекулы этой кислоты могли содержать "биологическую информацию", образовывать мутации (скачкообразные изменения), в результате чего метаболические (созидательные) способности первичных форм жизни могли увеличиваться, мог расшириться обмен их веществ со средой. Полезные изменения - это уже признаки живого организма. Естественный отбор должен был обеспечить дальнейший ход эволюции организмов.

Какой из этих двух путей проявился в процессе возникновения жизни, пока еще не ясно. С. Миллер связывает решение этого вопроса с изучением путей синтеза ферментов и воспроизводства генов в современном организме.

Обширные геологические материалы говорят об определенном этапе истории нашей планеты, когда возникли процессы почвообразования на выступах суши, когда отлагались массы мелкозема в древнейших бассейнах, когда начали отлагаться микробиологическим и химическим путями известковые илы, гидрозакиси железа, сульфиды железа и других металлов в условиях восстановительных, т. е. при отсутствии в атмосфере и водах запасов свободного кислорода.

Общеизвестно, что перевод бикарбонатов в карбонаты, закисных соединений и элементов в окислы и закиси всегда сопровождается выделением свободной энергии. Поэтому естественно представить себе, что древнейшие формы жизни использовали для своей жизнедеятельности ту или другую геохимическую реакцию с выделением энергии. Таким образом, создается впечатление, что древнейшими формами жизни являлись автотрофные организмы, т. е. такие, которые не требуют готовых органических соединений и способны довольствоваться лишь углекислотой и перерабатываемыми ими минеральными веществами земной коры.

Известно, что наиболее распространенные в природе автотрофы - это зеленые растения. Для их жизнедеятельности нужна углекислота при источнике энергии в виде света, источник азота, серы и других элементов. На самой низкой ступени по уровню организации стоят одноклеточные микроскопические водоросли, которые иногда придают зеленую окраску стоячим пресным водам, верхнему слою морских и океанских вод, которые получают нужные им питательные вещества в виде углекислоты и минеральных солей из воды через клеточную оболочку. Среди бактерий есть формы пигментированные - окрашенные и бесцветные. Для их развития тоже необходим свет, и многие из них также принадлежат к автотрофным организмам. Есть и бактерии, жизнедеятельность которых подавляется светом и которые могут жить только в темноте. Но и они способны производить белки, углеводы, жиры и другие сложные соединения из соединений углерода типа углекислоты, используя энергию окисления некоторых минеральных веществ.

Весьма важно, что химический анализ живого вещества автотрофных бактерий показал в них наличие того же набора аминокислот, углеводов, жиров и биологически активных веществ - ферментов, который свойствен и гетеротрофным организмам. Из этого следует, что в широком смысле все формы жизни построены по одному образцу.

Возникновение жизни произошло, несомненно, сразу же, как только температура в водных бассейнах или на смежных выступах суши снизилась до пределов, допускающих сохранность белковых веществ. Идеи А. И. Опарина в отношении абиогенной эволюции углеродных соединений на основе синтеза из первичных газовых компонентов атмосферы при наличии паров воды или воды в жидкой фазе не встречают возражений ни со стороны биохимиков, ни со стороны геологов. Однако могут быть некоторые расхождения в представлениях, какими были первичные организмы - гетеротрофами или автотрофами. Несомненно при этом, что те или другие или те и другие обязательно должны были обладать способностью существования в анаэробных, т. е. в бескислородных условиях.

Когда исследователи задумываются над первичной формой и первичным носителем жизни, первым комочком органического вещества, приобретшего способность к размножению, то возникают представления или о бактериях, или о иных организмах, с той или иной поправкой на "древность" таких существ. Естественно, какую бы группу современных микроорганизмов мы не взяли под наблюдения как модель первых организмов, мы не можем упускать из виду их длительной эволюции, длительного приспосабливания к средам обитания с совершенствованием в процессе отбора функций клеточного вещества.

Микробиологией изучено огромное разнообразие бактерий, которые еще не так давно считались самыми мелкими представителями жизни на Земле. Несколько десятилетий назад были обнаружены еще более мелкие элементы, невидимые в самые лучшие микроскопы, которые были названы вирусами. Свойства и химический состав многих вирусов в настоящее время раскрыты и хорошо изучены. По-видимому, все вирусы способны развиваться только в живых клетках организмов растительных и животных или в культурах их тканей.

Еще одна группа мельчайших организмов, которая по размерам укладывается между бактериями и вирусами, а по свойствам близка к бактериям - это так называемые микоплазмы, микроорганизмы, способные жить и развиваться как в организмах, так и вне их. Способность некоторых из них жить в сточных водах и почвах на продуктах разложения растений и животных показывает, что среди них есть и сапрофиты, т. е. организмы, использующие для своей жизнедеятельности готовый углерод из органических остатков.

Вероятно, исследователям предстоит еще много поработать над современными микоплазмами. То, что известно о них теперь, указывает на сильное морфологическое непостоянство - пластичность, а также большую эластичность их клеток, лишенных ригидной клеточной оболочки. Микоплазмы оказываются "голыми", тогда как бактерии имеют хорошо развитую клеточную оболочку. Клетки микоплазм это нити и шаровидные сгустки протоплазмы, которые способны менять форму в процессе развития микоплазм. Нить может затем переходить в цепочку округлых телец. Клеточное ядро имеется. Размножение осуществляется делением, или материнская клетка распадается на массу мелких дочерних телец.

Основное питание современных микоплазм - белковые вещества кровяной сыворотки, холестерин. Сами они, оказывается, неспособны синтезировать многие органические вещества, в которых нуждаются. Но ведь микоплазмы - продукт длительной эволюции. Какими они были в геологическом прошлом? Н. Г. Холодный дал им название "пробионтов", т. е. еще "не вполне организмов" и приписывал им проявление высокой приспособляемости, "пластичности" при изменениях условий обитания. "Толчковые" изменения условий среды, уничтожая одних пробионтов, способствовали подъему на более высокий уровень эволюции других с превращением их в подлинно живые существа - "археобионты".

Жизненные проявления у клетки организма зависят от физико-химического состояния ее веществ, характеризуемых в особенности концентрацией в них свободных водородных ионов - так называемой величиной рН. От рН зависят вязкость белков, осмотическое давление, способность набухания, поверхностное натяжение и т. д. Поэтому считают, что соответствующий рН является и необходимым условием и причиной жизнедеятельности клеток. Различия в величине рН, несомненно, объясняются составом веществ клетки, так как по существу химический состав клетки или организма в целом является признаком устойчивым, признаком систематического значения. Можно сделать вывод, что осуществление жизненных процессов в первичном сгустке белкового вещества связано с рН, обусловившим возникновение процесса обмена вещества со средой, т. е. жизни.

Первичные организмы, естественно, могли не иметь оболочки, могли быть пластичными в виде сгустка протоплазмы и при размножении делиться на две или на большее число дочерних частиц. Они могли питаться рассеянным в природе органическим веществом, вследствие чего должны были быть сходными с современными микоплазмами. Именно отсутствие оболочки и пластичность тел организмов типа микоплазм могли быть основой бурной эволюции, которую прошла жизнь в ходе геологической истории Земли. От микоплазм могли произойти бактериальная клетка и одноклеточный животный или растительный организм, питанием для которых могли служить минеральноорганические среды.

Отметим, что понятия "окисление" и "восстановление" связываются с получением элементов положительного заряда (отдача отрицательного электрона) или с получением отрицательного заряда (получение отрицательного электрона). Ранее окислением называли только присоединение кислорода. Действительно, в природе веществом, которое дает положительный заряд (отнимает электрон), часто является кислород, тогда как водород - восстановитель, так как он дает отрицательный электрон. Но в современном понятии окислением является не только присоединение кислорода, но и отдача водорода, отдача электрона без участия водорода или кислорода. При этом водород, потерявший электрон, является восстановленным, получивший электрон - окисленным.