Первые организмы

Основные организмы

Самые основные налаженности, способные эволюционировать под
деяньем природного отбора, видимо, водились устроены по другому,
чем современные организмы, и обладали другой состав. Ними были бы
кристаллы глины


ПРИ ВСЕМтр разнообразии нынче имеющихся на Свету форм жизни у
их грызть совместное: основные молекулярные механизмы у идущих в ногу со временем
организмов, как имелось не один раз изображено, одни и те же.

1-ые организмы

Самые 1-ые порядка, способные эволюционировать под
деянием природного отбора, видимо, водились устроены по другому,
чем современные организмы, и обладали другой состав. Ними были бы
кристаллы глины


ПРИ ВСЕМтр разнообразии сейчас будущих на Свету форм жизни у
их грызть совместное: генеральные молекулярные механизмы у идущих в ногу со временем
организмов, как имелось не один раз представлено, одни и те же.
Установление данной для нас общности биохимической организации одно из
больших открытий за бранные 100 лет. Нет никакого
сомнения, что оно проливает свет и на историю эволюции. Но,
как мне будто, при рассмотрении самых основных шагов эволюции
концепция единства биохимической организации не приносит
великой прока.

Произнесенное противоречит более пространно всераспространенной точке
зрения сравнительно зарождения жизни. Принято считать, что до
происхожденья основных организмов, либо, другими словами, до
происхожденья порядков, способных к неопределенно длинной
эволюции под деянием природного отбора, происходила другая,
хим эволюция, в ходе тот или иной образовался некоторый набор
молекул, близкого рода всепригодный конструктор, из тот или иной
собраны сейчас будущие организмы. В этот набор входили
аминокислоты, сахара и молекулы иных разновидностей.

Этакая точка зрения располагает близкие корешки в исследованиях 20-х
годов, иногда русский биохимик А.И.Опарин и британский биолог
Дж.Холдейн сделали концепцию первичного бульона,
хранившего органические молекулы, тот или другой были в
океанах до зарождения жизни на Свету. Предполагалось, что
бульон образовался в итоге геохимических действий и
действия разнообразных энергетических действий на атмосферу,
тот или иной в чем-то подсказывала будущую сейчас на Юпитере
в ней преобладали неокисленные газы метан, аммиак и водород.
Этого суждения сравнительно состава первичной атмосферы
придерживался Грам.Юри. В его прок разговаривали результаты опытов
С. Миллера (в ту пору студента в лаборатории Юри), тот или другой он
выполнил в начале 50-х годов. Спустя консистенция газов, тот или другой
приблизительно входили в состав примитивной атмосферы,
Миллер пропускал электрические разряды (молнии) и затем
этого нашел в ней водорастворимые молекулы органических
веществ. Более 15% углерода, входившего сначало в
состав метана, преобразовывалось в сравнительно незначительное число
некрупных молекул, включая четыре из 20 аминокислот,
образующих белки эффект очень впечатляющий. Более
убедительны результаты тестов X.Оро, тот или другой он провел
в начале 60-х годов. Оро представил, что молекулы синильной
кислоты HCN в одностадийной реакции могут
конденсироваться с образованием аденина. Ранее Миллер
показал, что синильная кислота может образовываться
в опытах с электрическими разрядами. При всем этом происходило
образование маленьких молекул еще один-одинешенек разновидности формальдегида
СН2О; а теснее лет 100 не секрет, что молекулы формальдегида также
способны объединяться с образованием Сахаров, этаких, как
рибоза, прибывающая один-одинешенек из компонентов РНК.

Думалось, что формирование адекватного конструктора для
начинающих в этаких критериях имелось только вопросцем периода.
Замечание скептиков, что первичная атмосфера на Свету могла
располагать другой состав, чем сейчас на Юпитере (а сейчас так считают
почти все), не выглядело значимым, так как опыты с
искусственными атмосферами иного состава и при применении
других источников энергии приносили схожие консистенции аминокислот.

ВСЕ ЖЕ начальные догадки не разыскали доказательства.
Экспериментальный подход, предложенный Миллером, не располагал
развития. В этаких опытах при имитации соглашений, бывших
на ранешних шагах развития Мира, даже простые молекулы
образуются в чрезвычайно незначительных численностях. Тяжба осложняется и
тем, что эти молекулы сочиняют традиционно только маленькую число
товаров реакций. Тяжело представить для себя, как исполнялись
их отделение и чистка в ходе геохимических действий, в
тот или другой традиционно консистенции органических веществ, против,
стают все наиболее беспорядочными. Чем труднее молекулы, тем
наиболее усугубляются эти противоречия. В частности, тяжело
представить для себя аккуратно геохимическое образование нуклеотидов
(мономеров ДНК и РНК). В любом случае, в имитационных
опытах разновидности тех, что ставил Миллер, образование
нуклеотидов до этого времени не наблюдалось.

Остается ли, невзирая на все произнесенное, в границах здорового
смысла предположение, что конструктор был должен образоваться
в самом начале? Вправду либо ошибочно, что:

  1. самые генеральные молекулы жизни схожи у целых организмов,
    живущих сейчас на Свету;
  2. по наименьшей мере некие из этих молекул могли
    образоваться в критериях, соответствующих для ранешних стадий
    истории Мира?

Я размышляю, что эти утверждения уводят нас в страну, а то, что
их два, еще более усугубляет тяжба.

Неправомерность основного из их выявляется при анализе единства
биохимии, иногда мы вспоминаем, что для целых организмов совместным
прибывает нечто большее, чем конструктор из маленьких молекул.
Имется порядок корпоративный план организации, тот или другой постоянно
схож. Взаимодействие устройств в этакий порядку
очень трудное. Даже единичная молекула белка это
трудное образование, в тот или иной специфично соединены тыщи
атомов, а ведь для жизнедеятельности необходимы сотки этаких обязанным
образом организованных молекул. Одно из звеньев, где
потребность в белках выражена более ясно (и где они обязаны
иметься более noдогнаны), механизм биосинтеза белка. Этот
обычный пример клубка заморочек препровождает второй нюанс
единства биохимии тесноватую связь целых компонентов
жизнедеятельности. В конце концов, есть и произвольность в
наших представлениях сравнительно неких параметров самого
комплекса главных устройств. Так, код для перевода текста
РНК в последовательность белка, всюду фактически схож, а
набор аминокислот везде один-одинехонек и этот же. Тяжело поверить, что
был вероятен лишь один-одинехонек трудоспособный код либо один-одинехонек набор
аминокислот либо что они водились лучшими для целых организмов
при целых обстоятельствах.

Вне сомнения, более верно заключить из этого детализированного
рассмотрения единства биохимии надлежащее:

  1. все живое на Свету происходит от совместного предка,
  2. на эволюционном древе этот предок размещается довольно
    высоко и
  3. генеральная биохимическая порядок к этому периода теснее
    сложилась.

Тот факт, что она оставалась без конфигураций настолько длинно,
поступал, без сомнения, взаимосвязанностью ее компонентов и
сложностью. Это сложность такого же разновидности, что и в инженерных
разработках высшего ватерпаса, иногда почти все скрупулезно отобранные
составляющие так узко взаимосвязаны, что ни какой-то из них
не быть может изменен. Этакая умная машина могла иметься только
продуктом эволюции. В то же пора далековато не светло, сложился ли
в итоге эволюции и набор вошедших в ее состав
компонентов. Итак, можнож заключить, что единство биохимической
организации сложилось не на исходных шагах эволюции, а
еще позднее.


Первые организмы

ГЛИНА КРИСТАЛЛИЗУЕТСЯ из слабеньких растворов, тот или другой
образуются при просачивании воды через выветренные породы.
Слева кристаллы галойзитовой глины, тот или другой растут в воде,
просачивающейся через трещины в граните (электронная
микрофотография: рост х 3750). Справа кристаллы иллита,
растущие в порах песчаника (рост х 16 000). Процессы
экого рода могли играться главную роль при появлении
жизни.


2-ой постулат из вышеприведенной пары можнож перефразировать
так: некоторые из важных биохимических компонентов живого
приобрести чрезвычайно свободно и точка. На подтверждение и
прибавленье его новенькими принесенными водились нацелены опыты,
сделанные прямо за тестами Миллера. Вправду,
оказалось, что ряд веществ, к числу тот или другой принадлежат
некие простые аминокислоты, свободно приобрести в самых
различных критериях, а не совсем только сходных с бывшими
на ранешних шагах эволюции Мира. Это и точка в постулате
смазывает историческую перспективу, так как, приняв
постулат, мы обязаны будем предполагать, что сущность долгого
эволюционного процесса содержалась в соединеньи компонентов,
другие из тот или другой имелось не очень трудно соединить вкупе и
тот или другой владели достаточной стабильностью. Как и в случае
основного постулата, все это немного разговаривает нам о событиях,
происходивших у основания эволюционного древа.

Само собой разумеется, мы можем продолжать считать, что 1-ые организмы
водились образованы из молекул тех же разновидностей, что и современные, но
этакую точку зрения необходимо осматривать только как догадку, не
обладающую подтверждений.

По сути имется самое большее оснований для колебаний. Как-то
итого вспомним о необыкновенной трудности и взаимосвязанности
главных биохимических действий. 1-ые организмы не могли
иметься устроены эким образом. В их обязаны водились действовать
сравнительно элементарные молекулярные машины, тот или другой могли без
предназначенного произведения вступать во взаимодействие и тот или другой работали
тривиальнее (выражаясь фигурально, это водились копья, а не пулеметы).
Тут мы обладаем тяжба с другим подходом к вопросу: он соответствен
привести к идеи, что 1-ые организмы обладали иное строение,
чем современные, и состояли из иных веществ. Это правосудно
и для вещей, изготовленных человеком: для сотворения трудных и
обычных установок необходимы и различные вещества, и различные составные
числа. Не пытайтесь найти хоть одну костяшку от древесных
счетов в карманном компе (ну и дерево вообщем).


Первые организмы

ГИПОТЕТИЧЕСКОЕ ЭВОЛЮЦИОННОЕ ДРЕВО: эким оно вышло в
итоге употребления способа, сообразно тот или иной
разветвление и вымирание отдельных веток происходят случайным
образом. Оно чрезвычайно схоже с иными древами экого рода тем,
что все сейчас будущие внешности (представлены наверху стрелками)
происходят из предковой точки ветвления, находящейся на
неком расстоянии от корня древа. (По мере роста древа
экие точки ветвления могут перебегать только на наиболее высочайший
ватерпас.) Реально эволюция также следует методом ветвления и
вымирания, оттого логично, что все организмы,
будущие сейчас на Свету, возможно, обладают сравнительно
высоко развитого совместного предка. Во целых сейчас живущих
организмах действует непростая молекулярная машина, но из этого
совсем не идет, что этакая же машина водилась отличительна и для
самых основных организмов.


Можнож усомниться оттого, что аминокислоты, тот или другой
примечательно подступают для теории катализаторов, подходящих для
определенных процессв, водились настолько же неплохи для образования их
в самом начале. Зададимся вопросцем, вправду ли
аминокислоты либо вторые наиглавнейшие составляющие современного нам
живого вещества вообщем участвовали в старте жизни.

ОЧЕВИДНО, что современные живыe существа на целых ватерпасах их
организации устроены чрезвычайно трудно. Классическим образцом
трудного многокомпонентного установки может служить глаз,
тот или другой, для того чтоб вообше располагать практическую ценность,
обязан быть устроен конкретно так, как он устроен. Как может
этакий орган показаться за счет маленьких эволюционных конфигураций?)
— спрашивают антидарвинисты, мысля, что попали в мишень. Пусть
они угомонятся: тут нет ничего парадоксального. Высочайший
ватерпас организации может возникать за счет постепенных
эволюционных конфигураций.

Представьте для себя простои аналог парадоксальной структуры —
каменную полукруглую арку. Как можнож выстроить полукруглую арку равномерно, камень за
камнем? Ответ: ее необходимо собирать на опоре. А для начала необходимо
смонтировать эту опору, в тот или иной нет ничего парадоксального,
при этом смонтировать по кускам — компонент за ингредиентом.


Первые организмы


ВОЗНИКНОВЕНИЕ СИСТЕМЫ, употребляющей принцип кооперативное
(к примеру, арки из камешков), можнож представить для себя как итог
случайных маловероятных событий (слева). Еще мудрее ждать,
все-таки, что порядок появилась на некоторой опоре, тот или иной исчезла в
прошедшем и не доступна нашим наблюдениям
(справа).Неорганические глины могли служить экого рода
опорой — каркасом, на тот или иной эволюция выстроила сейчас будущую
молекулярную машинку.

Я размышляю, что конкретно эким методом и появилась ведомая нам, еще
наиболее умопомрачительная, чем полукруглая арка, биохимическая организация
живого. Числа ее, настолько узко пригнанные товарищ к товарищу сейчас,
на основных порах опирались на что-то иное, устроенное наиболее
нетрудно. Может быть, какие-то фрагменты старой опоры
есть и сейчас, сама же опора разрушилась.

Что все-таки далее? Что мы можем проговорить о том, чего же теснее нет?

Зададим другой вопросец: как выяснить, каким орудием воспользовались
люди в древности, ежели не сохранилось никаких следов их
деятельности? Навряд ли основным на разум придет пулемет, изготовленный
из камешков и палок. Быстрее вы попытаетесь представить более
обычный путь, по тот или иной могли пойти античные люди в твореньи
орудия. При всем этом вы будете управляться тем, что вы
понимаете о их нуждах, о технологии и доступных им
субстанциях.

Рассуждая сходственным образом, мы можем проговорить о основных
организмах надлежащее.

  1. Они могли эволюционировать.
  2. Они водились нетрудно организованы.
  3. Они состояли из веществ геохимического происхождения.

Эти тезисы выглядят мне куда наиболее правдоподобными, чем ранее
осмотренные, в их преимущественно смысла и их заслуживает развить.

За тезис 1 можнож не волноваться, потому что я определяю
организмы как порядка, способные эволюционировать. Все-таки
необходимо иметься чрезвычайно внимательным в отношении смысла термина
эволюционировать; это в окончательном счете приводит к очень
пунктуальному воссозданию класса порядков, к тот или иной касаются самые
1-ые организмы. Один-одинехонек организм эволюционировать не может: на
это способны только организмы, некоторая их последовательность. Да и
этого недостаточно. Эволюционировать может то, что соединяет
организмы в ряд заменяющихся поколений, что дается от
один-одинешенек их поколения к иному. Сиим прибывает не вещество, а
генетическая информация, не субстанция, а форма.

Явно, что генетическая информация обязана храниться в
каком-то материальном субстрате, в некоторых генах. И генетическая
информация обязана как-то проявляться (т.е. предоставлять фенотип),
что содействует ее сохранению и размножению. В этом,
возможно, встречают роль и вторые вещества, но
единственное, что сохраняется длинно, это сама информация. За
пора, нужное для смены сотен поколений, каждый атом из
того комплекта, тот или другой был у организма-основоположника, будет
заменен вторым, начальное вещество исчезнет. Выживают лишь
формы, модифицированные либо неизмененные. Этакий ход вещей, этакий
метод существования форм во периода методом многократного
копирования и сочиняет суть эволюции.

Грызть и вторые обстоятельства, определяющие саму вероятность эволюции.
В генетической инфы обязаны происходить случайные
конфигурации мутации, и эти конфигурации обязаны наследоваться
отпрысками и приводить к возникновению модифицированных фенотипов;
оттого обязан иметь участок отбор модифицированной генетической
инфы. Эким методом за самое большее поколений исполняется
изменение линий развития, и генетическая информация
видоизменяется эким образом, что образуются фенотипы, тот или другой
неподражаемо адаптированы к определенным соглашениям среды.

Само собой разумеется, мы например о эволюции далековато не многие, что можнож, но
теснее вправе сделать одно главное заключение: каковой бы ни был
состав основных, обычных организмов, тот или другой мы пытаемся для себя
представить, они обязаны водились держать некоторое схожесть генов.

ЧТО ЖЕ еще, не считая генов, необходимо имелось располагать сиим основным
организмам? Ответ на этот вопросец отдал в 1926 грам. Грам. Меллер, и
звучал он так: Ничего. Даже то малое, что теснее имелось
не секрет и применялось для разъясненья параметров генов,
оказалось в принципе достаточным для того, чтоб утверждать,
что гены могут эволюционировать сами по для себя. Меллер пошел
далее. То, что 1-ые организмы водились нетрудно генами, может быть
не совсем только на теоретическом уровне возможно, они вправду
доставляли собой что-то в этом роде.

В основную очередь Меллер подчеркивал, что располагать ген (либо гены)
имелось полностью нужно. Представим дальше, что в основных
организмах имелось и что-то еще. Для того чтоб эти организмы
плодились, экие сопутствующие образования обязаны водились или
синтезироваться поновой, или откуда-то поступать. Из чего же
идет, что для воплощения синтеза либо приобретения
требовалась доборная информация, тот или иной обязана водилась
предсуществовать в генах. Само собой разумеется, превосходнее обходиться без
помощи экого рода, а ежели уж прибегать к ней, то как можнож
пореже.

Не один раз высказывалось предположение, что в роли
первичного вещества генов выступала РНК, жаждая я считаю, что
для этого она чрезвычайно уж трудно устроена. И все таки имелось
представлено, что молекулы РНК могут эволюционировать даже в
пробирке. Главной индивидуальностью РНК будет то, что, жаждая она,
как и ДНК, дышит генетическую информацию, способную к
репликации, для того чтоб заключенная в РНК информация водилась
действенной, не неизбежен процесс трансляции. Так же как и в
случае белков, метод пространственного складывания цепей РНК
может обусловливаться держащейся в ней потомственной
информацией. Эти экспериментальные результаты чрезвычайно увлекательны,
но разговаривают ли они нам что-нибудь о ранешних шагах эволюции?
Фермент, тот или другой был употреблен в опытах с РНК, очень
трудно устроен , чтоб его можнож имелось считать продуктом
геохимических действий, проходивших на ранешних шагах эволюции
Мира. Если б даже для данной для нас цели оказались подходящими наиболее
нетрудно устроенные катализаторы, то на пути встала бы новенькая
сложность: для репликации РНК необходимы специализированные, макроэргические
(богатые энергией) формы нуклеотидов.

В любом случае наш 2-ой тезис вдохновляет думать в требовательно
определенном направлении: светло, что при попытке очертить
необыкновенности строения основных организмов навряд ли заслуживает
применять какие-то усеченные модели современной жизни.
Так как 1-ые организмы водились нетрудно устроены, они обязаны
водились иметься и по другому устроены, и могли включать в личный состав
совершенно другие вещества. Может быть, в частности, что строение
генетического вещества, дозволявшее обходиться без
вспомогательных структур, выдавалось от того его строения,
тот или другой стало вероятным при появлении этаких сопутствующих
структур в ходе эволюции.

Не так тяжело представить для себя эволюционный процесс, в
итоге тот или иной первичный, геохимический генетический
вещество был равномерно замещен совершенно вторым мат-лом
органохимической природы. Я именую этот процесс генетическим
захватом.

Ежели на ранешних шагах эволюции центральной биохимической
контролирующей машинки вправду происходил генетический
захват (либо захваты), то навряд ли можнож ждать, что составляющие
первичного генетического вещества сохранились в современном
молекулярном конструкторе. На 1-ый взор это уразуменье
подрывает догадку генетического захвата. Но у
заключительной грызть и совершенства: ежели руководствоваться этакий модели,
раскрывается вероятность применять безукоризненно новейшие
представления, предлагаемые химией. Наш 3-ий тезис
концентрирует заинтересованность на мире минералов; при всем этом мы не
сохраняем в стране главные уразумения о том, каковы обязаны
иметься самые совместные характеристики генетического вещества.

Вот что разговаривал Меллер о природе генетического вещества
четверть века назад, еще до того, как стала знакома роль ДНК:
В роли вещества генов может выступать хоть какое соединение,
тот или другой в определенных критериях (в протоплазме либо где-то еще)
способно самовоспроизводиться с сохранением специфичного
состава и тот или другой, не считая того, временами меняется
мутирует и тем более хранит способность к
самовоспроизведению во целым разнообразии родных форм.

Заключение о том, что в процессе репликации генов обязаны
фигурировать какие-то матрицы, идет из этого выражения
со цельной очевидностью. Тяжело не узреть в специфическом
составе (генетической инфы) некоторую специфическую
пространственную компанию (паттерны), тот или иной копируется за
счет специфичного расположения и связывания воедино
контактирующих с нею мономеров. (Конкретно так обстоит тяжба при
репликации ДНК и РНК.) Ежели матричный синтез представляется и
не единственно вероятным методом репликации трудных, мутабельных
структур, то он в любом случае принадлежит к числу
простых и более искренних.

Сейчас нам заслуживает подумать о генетическом веществе,
составные числа (мономеры) тот или иной устроены тривиальнее, чем у ДНК.
Нам необходимо представить этакий тип мономеров, тот или другой могли бы
образовываться на Свету с легкостью и непрерывно в процесс
долгого периода. Специфичных помощников ферментов
тогда не имелось: составляющие первичного генетического вещества
обязаны водились в той либо другой мере обходиться самосборкой.

Сейчас мы осмотрим очередной тезис:

4. Гены обязаны включать великое число атомов.

Ген никогда не мог иметься малочисленным соединением атомов, так
как был должен держать информацию в численности выше среднего
ватерпаса, что дозволяло ему эволюционировать. Наиболее того, гены
обязаны водились доставлять собой ладно упорядоченные
образования.

Не водились ли 1-ые вещества наследственности кристаллами? Ведь
кристаллы это более распространенные образования,
способные к самосборке. Аналогия меж действием
кристаллизации и главными действиями жизнедеятельности
проводилась не один раз, но в окончательном счете от нее
отрицались как от очень примерной. (Дж. Бернал пошел
еще далее: по его суждению, кристаллизация — это смерть.)

На мои взор, отрицания экого разновидности прячут еще два фальшивых
постулата:

3) структуры кристаллов очень монотонны;

4) для живого идеальнее всего подступает углерод.

1-ый из их не может рассматриваться серьезно, так как
корешки его лежат в представлении о существовании безупречных
кристаллов, тот или другой по сути не посещает. Правильно то, что у
кристаллов грызть генеральной тип строения, для тот или иной отличительна
высочайшая периодичность, но в каждом настоящем кристалле эта
структура располагает недостатки. Даже сама конечность объекта (то, что
он располагает форму и масштаб) — это теснее дефект, жаждая, практически
наверное, найдутся и почти все вторые экие необыкновенности.
Некие структурные установки могут отсутствовать либо замещаться
иными; образно разговаривая, взрослые либо наименьшие куски обоев
могут иметься сдвинуты сравнительно друг дружку в той либо другой
ступени. Некие из этаких нарушении могут иметься очень
незначимыми. Все это мастерит настоящие кристаллы
потенциально высоко информационноемкими.


Первые организмы

ДЕФЕКТЫ В КРИСТАЛЛАХ могут приводить к образованию
множества стабильных других конфигураций, что прибывает
нужным договором для хранения инфы. На рисунке
представлены более средние недостатки кристаллов: незанятые площади
в сетке (а), замещение отдельных частей либо доменов (Ь),
краевые дислокации (с), вращательные дислокации (tf) и
зернистые границы меж сетками (е). В двойниковых
кристаллах (f) по-различному направленные их числа обладают корпоративную
плоскость взаимодействующих собирающих (стрелки). В
неких кристаллах (g) взрослые домены обладают один-одинехонек и этот же
состав, но распознаются упаковкой собирающих их
частей.


Можнож ли представить для себя какие-или структуры с недостатками,
тот или другой бы реплицировались в процессе роста кристалла? Ответ
будет положительным. Это может происходить в кристаллах
пары разновидностей, владеющих пригодной композицией
необыкновенностей структуры, закономерностей роста и параметров
спайности.

Остается разобраться с ругательным тезисом. Тут мы снова-таки
обладаем тяжба не с истиной, а с предположением. Можнож
согласиться, что молекулы органических соединений это
наихорошие вещества для проживания. Но лучшим, нужно мыслить,
будет то, к чему эволюция пришла; начиналась же она, как мы
вправе представить, с более доступного. Более же
доступная форма самосборки это спонтанная кристаллизация
обычных, всераспространенных мономеров. Все эти рассуждения
приводят к глине.

ВОКРУГрам нас непрерывно происходит процесс кристаллизации
минералов глины из слабеньких растворов кремниевой кислоты и
гидратированных ионов металлов, тот или другой образуются при
выветривании горных пород. В целом поверхность Мира можнож
уподобить огромной фабрике по производству минералов глины.

Движущих сил тут две. Во-основных, имется геологический цикл,
живущий за счет энергии радиоактивного распада,
разогревающей недра. Этот цикл включает целый ряд действий, в
тот или другой происходит захоронение осадочных пород, их
преображение при больших температурах, погружение в наиболее
глубочайшие горизонты и в конце концов выход видоизмененных пород
обратно на поверхность. В этих критериях они оказываются не
на сто процентов стабильными и с легкостью растворяются водой с
образованием простых собирающих кремниевой кислоты и
ионов металлов, тот или другой могут кристаллизоваться, образуя
совершенно новейшие вещества различные минералы глины. В точке
баста эти минералы в наиболее либо наименее модифицированном состоянии
опять попадают в осадочные породы и снова подвергаются
захоронению. За счет второго цикла обеспечивается поступление
воды. Этот цикл зависит от Солнца: вода испаряется из морей,
появляются облака, идут дождики, образуются грунтовые воды, ручьи
и реки, а завершается все снова в морях.

Само собой разумеется, обстоятельства на Свету во пора зарождения на ней жизни
водились другие. Из того, что мы знаем, вообщем, идет, что эти
отличия не так немалы. Метаморфизированные осадочные породы
принадлежат к числу древних; это дозволяет представить,
что климатический цикл действовал теснее 3,8 миллиардов. годов назад.
Полностью возможно, что жизнь древнее этаких пород. Может быть, она
появилась в критериях, иногда глины еще не могли формироваться,
но для данной для нас гипотезы нет предназначенных оснований.

Более возможно, что примитивные гены доставляли собой
микрокристаллические минералы, хорошие от слоистых силикатов,
т.е. глин в наиболее пространном осознании этого слова. Тем не
наименее я буду осматривать конкретно средние минералы глин.

ОДНО из следствий принятой мною полосы рассуждений таково:
простой генетический вещество (либо что-то схожее ему)
соответствен и сейчас образовываться на Свету. Как приступить к
поиску этого вещества? Из абстрактных воссозданий генетических
кристаллов различных разновидностей и из того, что мы знаем о минералах
глин, мы можем составить представление о том, как они обязаны
смотреться, и заняться поисками настоящих глин, тот или другой
подходят сиим представлениям.

Осмотрим сначала одномерный ген. Он обязан быть нормален для
глин, тот или другой, по-различному сочетаясь, могут предоставлять многообразные
слоистые структуры. Вероятна ситуация, иногда сферы один-одинешенек разновидности
наложены товарищ на приятеля многообразным образом либо иногда имется
последовательность оболочек различных разновидностей. Ежели вспомнить, что
кристаллит глины, даже построенный из пары оболочек, может
иметься очень эластичным и что одномерный кристаллический ген
способен расти лишь в сторонки, на разум свободно придет некоторая
структура, интеллигентная определенным образом свернутыми (а
быть может, и разветвленными) мембранами либо лентами
неизменной толщины. Есть множество глин с нерегулярной
упаковкой оболочек, тот или другой очень идентичны с сиим воссозданием.


Первые организмы

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ГЕНЫ обязаны водились владеть правильной
композицией структурных и ростовых признаков и признаков
делимости. Информация могла храниться в одномерных либо
двумерных кристаллических генах. В случае одномерного гена
(вверху) она держалась в детализированной структуре линии
взаимодействующих оболочек (выделено цветом), тот или иной сохранялась
при репликации генов (а, b). Рост происходил лишь по
окрашенным граням, а сечение шло лишь в параллельном им
направлении. Физические характеристики оболочек, дышащих информацию,
были бы разными (к примеру, это были бы по-различному
уложенные кристаллические структуры); то же дотрагивается их
хим состава. В двумерных кристаллических генах (внизу)
информация могла храниться в форме специфичной
пространственной организации (в отношении и физических, и
хим параметров) на грани кристалла (представлено цветом). Эта
организация сохранялась при репликации гена (с, d) за счет
роста на окрашенной грани и при его расщеплении по плоскости,
параллельной данной для нас грани.


Само собой разумеется, во целым например хранится только намек на истину.
(Но как был бы занимателен этакий ген, способный безгранично
распространять хранящуюся в нем информацию без разделения!)
Осмотрим сейчас еще одну глину предназначенного строения, тот или иной
быть может образцом двумерного гена.

С. Бейли и К. Мэнсфилд, сотрудники Висконсинского института
в Мадисоне, провели рентгеноструктурный анализ большущих
кристаллов вермиформного (червеобразного) каолинита и
нашли в их достойные внимания недостатки структуры. Отдельные сферы
каолинита препровождают собой мозаично размещенные незначительные
домены, элементы в целом очень прихотливый набросок. В
каждом домене все атомы алюминия обладают одну из 3-х вероятных
ориентации. В этаких структурах может храниться чрезвычайно самое большее
инфы, и эта информация быть может реплицирована при
договоре, что во опять образующемся покрове ориентация атомов
алюминия будет зависеть от их ориентации в том покрове, на
тот или иной он формируется. В безупречных кристаллах каолинита
ориентация атомов алюминия в покровах сохраняется, но в настоящих
кристаллах нередки ошибки.

Сходный тип организации, видимо, присущ личным покровам
обычных червеобразных кристаллов: для неких из их
отличительна непростая, но постоянная организация поперечного
разреза. Как эти необыкновенности строения, так и наличие глубочайших
борозд на поверхности разговаривают о доменной структуре (сантим..
набросок на с, 50).

Произнесенное подтверждают результаты тестов А. Вепса из
Мюнхенского института, тот или другой изучил рост кристаллов
смектита. Вейс показывает, что новейшие сферы, образующиеся в
интервалах меж предсуществовавшими оболочками кристаллов,
приобретают от их информацию: идет речь о распределении
густоты отрицательных зарядов, появляющихся при замещении
атомов на алюминий в кремний-кислородной сети.

Само собой разумеется, необходимо проводить новейшие наблюдения и ставить опыты,
чтоб обосновать правомерность главенствующего вопросца: есть ли
минеральные, кристаллические гены? Сейчас на этот вопросец я
могу ответить только так: Может быть, существуют и перейти к
иному вопросцу: могли ли экие гены эволюционировать? На этот
вопросец, как мне будто, можнож ответить так: Да;
маловероятно, что они не эволюционировали.

РАССМОТРИМтр средние микроусловия формирования глин пористую
структуру песчаника. Растворы, держащие продукты
выветривания, проникают через него, и в порах происходит
кристаллизация двумерно реплицирующихся глин. Процесс может
в то же время происходить в линии участков, и в каждом из их
будут находиться миллионы кристаллов с определенными недостатками
структуры. В каких-то из этих участков кристаллы могут располагать
экие форму и размахи, что они будут недалеко прилегать товарищ к
товарищу и образовывать водонепроницаемый заслон. Движение
растворов в этаких участках нарушится и кристаллы в их
не станут расти. В иных участках незначительные, рыхло
размещенные кристаллы не будут мешать протеканию растворов,
но при дождике экие структуры будут свободно вымываться, так что в
этом тоже немного превосходного. В конце концов, в участках третьего, разновидности
кристаллы могут располагать этакую форму, что они закрепятся в
углублениях стен пор; экие кристаллы и останутся на участке,
не препятствуя протеканию питающих растворов. Вероятны и
участки, где реплицируются сравнительно рослые кристаллы,
тот или другой ввиду ограниченности места соединятся товарищ с
товарищем и образуют достаточно рыхлую структуру это очередной
путь сохранения неизменной локализации при поддержании потока
питающих растворов.

Даже в этаких сравнительно обычных критериях могут проявляться
очень остро действующие множества отбора некоторые причины,
обусловливающие предпосылки предпочтительного развития
определенных структур с недостатками (в принесенном случае водятся в
внешности ключевым образом их форма и размахи). В итоге мутаций
покажутся варианты этаких структур; по данной для нас причине в различных
долях возрастающих участков будут нередко находиться кристаллы,
немножко выделяющиеся недостатками свойской структуры. Это может
привести к тому, что в одних участках рост пойдет стремительнее, чем в
иных, одни числа будут превосходнее выдерживать повторяющиеся
неблагоприятные обстоятельства, чем вторые.


Первые организмы

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ЗАХВАТ, каким он представляется создателю, был
главнейшим шагом ранешней эволюции. Сначала были только
голые гены, состоявшие из какого-то не ведомого нам
первичного генетического вещества (темные квадратики слева),
тот или другой эволюционировали эким образом, что замерзли
контролировать обстоятельства окружающей их среды методом управления
образованием все наиболее трудных, окружающих их фенотипов
{голубые многоугольники). Появился новейший тип генов {красные
квадратики), тот или другой могли работать лишь в границах
достаточно трудно устроенного фенотипа, но водились наиболее
работоспособными, чем начальные гены. Новейшие гены равномерно
захватывали контрольные функции при формировании фенотипов,
так что в окончательном счете исходная форма генов водилась ними
на сто процентов вытеснена.


Доставляйте сейчас осмотрим немножко наиболее трудные обстоятельства.
Пусть почвенные растворы из песчаника попадают в живо
текущий поток, тот или другой в множество завышенной кислотности и маленькой
концентрации веществ в нем не обеспечивает соглашений для синтеза
глин, но хранит один-одинехонек из компонентов (подходящих для образования
генетической глины), тот или иной недостает в песчанике. С
позиции химии безупречным площадью для образования этакий глины
будет в данном варианте поверхность раздела меж 2-мя различными
средами. С физической точки зрения обстоятельства для этого никак не
образцовы, потому что эта поверхность мала и подвержена
изменениям. Образующиеся кристаллы постоянно находятся под
опасностью вымы-вания либо растворения или того и иного вкупе.
Тем более поверхность раздела быть может стабилизирована и
расширена внушительными группами узко взаимодействующих
(реплицирующихся) кристаллов, прикрепленных к песчанику;
получится очень клейкая масса. Мутации, изменяющие форму
образующих ее переплетающихся кристаллов, будут изменять ее
пористость, что в близкую очередь приведет к изменению в ней
градиентов кислотности, а также градиентов концентрации
разнообразных ионов. Подбор соглашений, пригодных для синтеза глин в
этаких массах, может происходить методом природного отбора.
Самые большие шансы на фуррор будет располагать этакий комок генов,
тот или другой окажется и превосходной поддерживающей средой, и пригодным
площадью для образования глины. Квитается, что длинноватая шейка у
жирафа появилась под деянием природного отбора; в
итоге животные этого облика могут поедать листья с макушек
деревьев без предназначенных усилий. Можнож мыслить, что и различные формы
реплицирующихся глинистых элементов могут в определенных критериях
также приспосабливать личный масштаб и форму. Забудем на пора
о сложностях физиологии. В логике событий тут вправду
грызть самое большее совместного. Реплицирующиеся, мутирующие структуры
оптимизируются один-одинешенек и этим же методом в ответ на меняющиеся
обстоятельства. Они нетрудно не могут вести себя по другому.

ДО СИХ ПОР мы осматривали самые 1-ые организмы как
состоящие из одних лишь генов. Экие организмы вправду
могли жить, так как даже сам набор генов может
владеть фенотипом. Другими словами, он характеризуется некоторым
комплексом физико-хим параметров, определяемых будущей в
генах информацией, от тот или другой зависит его эволюционная судьба.
В настоящих критериях начальный набор глиняных генов непрерывно
загрязнялся бы иными глинами, образовавшимися в критериях,
тот или другой появились под воздействием этих генов. Общая
кристаллизация могла время от времени приводить к улучшению параметров
агрегатов, к примеру их пористости либо возможности удерживаться
в участке роста. В то же время могли происходить мутации генов,
попадавшие под деяние отбора, тот или другой содействовал
образованию вторичных глин. Несложно представить для себя, каким
образом дефектная структура в генетическом кристалле могла
самым искренним методом исполнять контроль над ростом
подобных образований: это могло происходить за счет
эпитаксии, т.е. под воздействием специфичных недостатков
предсуществовавших структур на кристаллизацию вторичных глин
на поверхности генетических глин.


БОЛЬШИНСТВО ГЛИН

БОЛЬШИНСТВО ГЛИН образовано пачкой оболочек. В каолините (а)
асимметричные сферы скреплены водородными отношениями. Каждый оболочка
интеллигентен сетью из атомов алюминия и гидроксильных групп,
слитой воедино с сетью из атомов кремния и кислорода (b). В
иных глинах сферы симметричны. В их кремний-кислородная сеть
с обеих сторонок слита с сплав-гидроксильной сетью. Эти сферы
заряжены негативно и взаимодействуют при участии
позитивно заряженных ионов (с). В иллитах (d) большущая число
отрицательных зарядов возникает в итоге замещения атомов
кремния атомами алюминия.


Осмотрев 1-ые организмы, пойдем сейчас далее. Я испытаю
в пары словах обрисовать связи меж нами и главными
организмами. Для этого нам не обойтись без молекул
органических соединении, а также без вопросцев почему?) и
как?).

Отчего вообщем на сцену вышли молекулы органических соединений?
По линии обстоятельств. Некие из маленьких органических молекул
(к примеру, аминокислоты либо ди- и трикарбоновые кислоты) могли
содействовать солюбилизации ионов металлов, к примеру
алюминия. Эким образом, они выступали в роли катализаторов
при синтезе глин. Молекулы иных разновидностей (к примеру,
гетероциклические основания и полифосфаты) владеют завышенным
сродством к глинам, что нередко приводит к изменению физических
параметров геля глины. Органические молекулы способны также
сильно влиять на форму и масштаб неорганических кристаллов,
подавляя рост неких их граней. Это могло располагать особо
великое значение для контролируемой репликации кристаллических
генов. Не считая того, воздействие на структуры могли располагать и
полимерные органические соединения. Они могли удерживать
части глины вблизи вместе.

Я размышляю, что предшественники РНК, взявшие в довольно
развитых глиняных организмах, в основную очередь игрались
структурную роль. (По сути РНК и сейчас время от времени
употребляется предположительно для тех же пелей.) РНК-схожий
полимер с негативно заряженным остовом молекулы соответствен
устремляться связываться с кромками элементов глины (они гуще итого
заряжены позитивно). А гетероциклические основания
(молекулы разновидности аденина) обладают тенденцию просачиваться меж оболочками
глины. Можнож представить для себя некоторый РНК-схожий полимер,
тот или другой появился именно для взаимодействия с глинами
(может быть, даже для чтения инфы, экспонированной на
закраинах одномерных глиняных генов).


ДЛИННЫЕ КРИСТАЛЛЫ ИЛЛИТА

ДЛИННЫЕ КРИСТАЛЛЫ ИЛЛИТА, прикрепленные к зерну песчаника.
(Рост х 10 000; микрофотография изготовлена с помощью
сканирующего электронного микроскопа.) Этакая глина
пригодный кандидат на роль одномерного генетического
кристалла, но, так как она образована маленьким числом
оболочек, ее информационная емкость мала.



ВЕРМИФОРМНЫЙ (ЧЕРВЕОБРАЗНЫЙ) КАОЛИНИТ

ВЕРМИФОРМНЫЙ (ЧЕРВЕОБРАЗНЫЙ) КАОЛИНИТ (рост х 1350),
образовавшийся методом выветривания. Этакая глина вероятный
кандидат на роль двумерного генетического кристалла.


Генетический захват, тот или другой привел к становлению будущих
сейчас устройств биохимического контроля, мог начаться,
сообразно данной для нас догадке, с того причины, иногда РНК стала
реплицирующейся молекулой. То был новейший тип сотрудничающего
генетического вещества, роль тот или иной сначала водилась мала.
Для того чтоб отступить от основания глиняного каркаса,
требовалась долгая эволюция. Может быть, это вышло теснее
затем того, как появилась непростая порядок устройств белкового
синтеза. О эволюции этакий порядка можнож рассуждать, так как
она происходила в границах образовавшегося организма. Поначалу
она могла эволюционировать как побочная порядок, но равномерно
делалась все наиболее полезной и трудной, а иногда основа
исчез, стала безукоризненно нужной.

Что имелось предпосылкой перехода эволюции с неорганического
кристаллического ватерпаса на органический молекулярный? Тяжба,
видимо, в том, что органические вещества могут располагать наиболее
высокую структуру (само собой разумеется, ежели грызть надлежащие механизмы
для ее сотворения), что дозволяет исполнять наиболее трудный
контроль над действиями.

В какой последовательности вступали в деяние органические
молекулы? Мне будто, что все началось с фотосинтеза, в
тот или иной употреблялся углекислый газ атмосферы и тот или другой на
основных порах приводил к образованию молекул разновидности муравьиной
кислоты.

Все-таки важно увлекательнее второй вопросец о том, каким
образом происходило соединенье наиболее трудно устроенных
молекул до возникновения ферментов. Как происходило образование
нуклеотидов? Для этого обязаны водились сложиться нужные для
их формирования порядка, включающие почти все хим реакции
и вторые процессы, к примеру процессы чистки; при этом все
надлежать имелось исполняться в требовательно данной
последовательности. Этакая порядок не могла иметься результатом
случайных действий: она обязана водилась иметься организована. У
довольно развитых организмов, сделанных из глины, в роли
организующего начала мог выступать природный отбор. С
какими же физическими объектами располагал он тяжба до того, как к
занятию приступили молекулы белков? Я размышляю, что до возникновения
ферментов в организмах действовал какой-то наиболее старомодный
аппарат, в чем-то похожий с теми, тот или другой водятся в
лабораториях химиков-органиков либо хим заводов. В их
вместе с пробирками, пробирками, насосами, ионообменными и
адсорбционными колонками пространно приноравливаются и очень
малоспецифичные катализаторы.


Первые организмы


Первые организмы

РАЗНООБРАЗИЕ ФОРМтр минералов глины один-одинехонек из фактов,
разговаривающих о вероятной роли глин в учении простых
организмов. Кожистый галлойзит изображен на этом рисунке с
различным повышением: он интеллигентен массой нитей, число тот или другой
представляет из себя полые трубочки. (Микрофотографии изготовлены
с помощью электронного микроскопа.) Чрезвычайно малый отросток
чуть приметен при повышении в 130 разов (слева). При повышении
в 1000 разов на нем выявляется петля (е центру). При
повышении в 26 000 разов видно, что он представляет из себя полую
трубочку (справа).


С учетом например мы перебегаем к заключительной числа
представлений о минералах глин как главных веществах, из
тот или другой сформировались 1-ые организмы. Коль быстро нам необходимы
катализаторы (достаточно неспецифические), мы свободно найдем их
посреди минералов глин. Вернее, ежели нам нужен довольно
обычный аппарат разновидности тех, о тот или другой лишь что шла речь, то
есть множество обыденных глин, тот или другой могли бы иметься
применены для его теории. Как его числа слились и
какие множества отбора действовали при всем этом мрачно.

Скептики могут задать три вопросца:

I. Отчего кристаллические гены не прибывают средним компонентом
окружающей нас природы, ежели они по сути состоят из
обычных веществ и ежели их эволюция это природный процесс?

Я мог бы предложить четыре ответа на этот вопросец: 1) иметься
может, кристаллических генов вообщем не есть; 2)
генетические минеральные вещества встречаются очень изредка; 3)
пригодные обстоятельства для репликации минеральных генов
складываются нечасто; 4) минеральные гены, прошедшие
определенный путь в эволюции, встречаются нередко, но мы не
умеем их распознавать. Забываю выбор ответа читателю.

В любом случае я не могу представить для себя, что современные
организмы на основанию глин могут опять добиться этакий фазы
развития, что станут способны применять органические
молекулы. Очень великую конкурентнсть сочиняют им
ДНК-содержашие мельчайшие организмы. То же самое можнож проговорить и о
предковых формах: сейчас их также, наверняка, не есть.

II. Обладаем ли мы право приписывать небольшим кристаллам глин
характеристики живого?

1-ые организмы водились, вероятнее всего, очень
непредставительными и, я бы так, неживыми. Организм нужен
как предпосылка эволюции, но жизнь это что-то совершенно другое,
нечто необыкновенное, некоторая на вид целенаправленная сложность,
тот или иной могла. сформироваться в итоге эволюции. Но на
наиболее поздних стадиях первичные организмы, как мне будто,
обязаны иметься теснее живыми с хоть какой точки зрения.

III. Какие опыты необходимо провести?

Поверхность раздела меж глиной и молекулами органических
соединений в нынешнее время интенсивно изучается. Эта занятие
в главном ведется в Эймсском центре НАСА, склонном близ
Маунтин-Вью в Калифорнии. Дж. Лоулесс и его коллеги узнали,
каким образом ионы металлов, этаких, как медь и цинк, могут
содействовать связыванию нуклеотидов с глинами. Они также
нашли, что ионы глин владеют селективным каталитическим
воздействием на аминокислоты. Действуя в этом же центре, Мтр.
Мортланд из Института шт. Мичиган нашел, что кофермент
пиридоксальфосфат может работать как фермент, ежели он
находится в комплексе с медьсодержащими монтмориллонитовыми
глинами. Н. Лахав из Еврейского института вкупе с Д.
Уайтом из Института в Санта-Клара и Ш. Чангом из Эймсского
центра узнали, каким образом глины, подвергающиеся
повторяющемуся смачиванию и высушиванию, могут содействовать
соединению молекул аминокислоты глицина. В этом повторяющемся
процессе происходит перенос энергии от окружающей среды к
органическим молекулам.

Механизм преображенья энергии был должен иметься нужной
составной частично организмов, кроме самых простых.
Литр.. Койн из Калифорнийского института в Сан-Хосе разыскала, что
для данной для нас цели полностью могли служить каолинитовые глины. Они
могут собирать энергию из окружающей среды, тот или иной выделяется
при радиоактивном распаде, хранить ее и выпутывать в тех
вариантах, иногда структура глины нарушается определенным
образом, к примеру при ее смачивании либо высушивании.


ИМОГОЛИТ И АЛЛОФАН

ИМОГОЛИТ И АЛЛОФАН (рост х 500 000; снимок изготовлен при
подмоги электронного микроскопа). Рослые мелкие образования —
это монолитные трубочки из имоголита, они усеяны полыми
стручками аллофана.


Пытаясь составить наиболее определенное представление о
взаимодействиях на границе раздела глина органические
молекулы, Лоулесс, Чанг и их сотрудники изучили
углеродсодержащие метеоры, настолько же античные, как и сама
Галлактика. Они желали отыскать ответ на вопросец: какова
водилась органическая химия веществ на ранешних шагах эволюции
Мира? Занимательно, что в этаких метеорах в то же время
находятся и глины, и органические вещества. Исследование
поверхности Марса также направит нам осознать, каковы водились
обстоятельства на исходных стадиях эволюции Мира. Э. Бейнин из
Еврейского института дает точку зрения, сообразно
тот или иной на поверхности Марса встречаются ключевым образом
богатые железом монтмориллонитовые глины. В данной для нас отношения
объяснимы результаты опытов, сделанных посадочным аппаратом
Викинг, в тот или другой под воздействием ультрафиолета происходило
перевоплощение углекислого газа и окиси углерода в молекулы
органических соединений (посреди тот или другой великую число
сочиняла, видимо, муравьиная кислота). Дж. Хаббард из
Технологического института в Джорджии поставил опыты, тот или другой
проявили, что железосодержащие минералы, включая глины, приносят
этот же эффект.

Самая непростая и главная задачка исследований сейчас
найти кристаллические гены, и не один-одинешенек разновидности, а почти всех
разновидностей, при этом не совсем только минеральные. Представьте для себя
опыты с кристаллами, способными к эволюции. Мы могли бы
творить различные формы давления отбора, и глядеть, как они
водят себя в этаких критериях. Вне всякого сомнения, это имелось бы
интересным занятием самостоятельно от того, из чего же состояли бы
кристаллы. Мы чрезвычайно быстро смогли бы решить, может быть ли
существование реплицирующихся порядков на минеральной основанию,
жаждая в итоге, может быть, мы бы и утратили энтузиазм к
самым отдаленным нашим предкам, ведь у нас в руках оказались
бы совершенно другие первичные организмы 1-ые организмы нашего
собственного изобретения.

В МИРЕ НАУКИ. (Scientific American. Издание на российском
языке).
А.ДЖ.КЕРНС-СМИТ

Теги:  иметься, организмы, могли, глины

Вторые новинки по предмету:

Уважаемый гость, Вы зашли на веб-сайт как незарегистрированный юзер.
Мы советуем Для вас зарегистрироваться или войти на веб-сайт под родным именованием.