Первые организмы
Главные организмы
Самые главные налаженности, способные эволюционировать под
деянием природного отбора, видимо, водились устроены по другому,
чем современные организмы, и располагали другой состав. Ними были бы
кристаллы глины
ПРИ ВСЕМтр разнообразии сейчас будущих на Миру форм жизни у
их грызть корпоративное: основные молекулярные механизмы у идущих в ногу со временем
организмов, как водилось часто изображено, одни и те же.
Главные организмы
Самые главные 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 нынче имеющихся на Миру форм жизни у
их глодать совместное: ключевые молекулярные механизмы у идущих в ногу со временем
организмов, как имелось часто представлено, одни и те же.
Установление данной нам общности биохимической организации одно из
больших открытий за ругательные 100 лет. Нет никакого
сомнения, что оно проливает свет и на историю эволюции. Но,
как мне как будто, при рассмотрении самых основных шагов эволюции
концепция единства биохимической организации не приносит
крупный прока.
Так противоречит более пространно всераспространенной точке
зрения сравнительно зарождения жизни. Принято считать, что до
происхожденья основных организмов, либо, другими словами, до
происхожденья налаженности, способных к неопределенно длинной
эволюции под деянием природного отбора, происходила другая,
хим эволюция, в ходе тот или другой образовался некоторый набор
молекул, собственного рода всепригодный конструктор, из тот или иной
собраны нынче живущие организмы. В этот набор входили
аминокислоты, сахара и молекулы остальных видов.
Экая 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 жили в
океанах до зарождения жизни на Миру. Предполагалось, что
бульон образовался в итоге геохимических действий и
действия многообразных энергетических действий на атмосферу,
тот или иной в чем-то подсказывала живущую сегодняшний день на Юпитере
в ней преобладали неокисленные газы метан, аммиак и водород.
Этого суждения сравнительно состава первичной атмосферы
придерживался Грам.Юри. В его полезность разговаривали результаты опытов
С. Миллера (в ту пору студента в лаборатории Юри), тот или другой он
выполнил в начале 50-х годов. Сквозь 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 маленькое 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 небольших молекул еще один-одинехонек вида формальдегида
СН2О; а теснее лет 100 знаменито, что молекулы формальдегида также
способны объединяться с образованием Сахаров, эких, как
рибоза, прибывающая один-одинехонек из компонентов РНК.
Думалось, что формирование адекватного конструктора для
начинающих в эких критериях имелось едва вопросцем периода.
Замечание скептиков, что первичная атмосфера на Миру могла
обладать другой состав, чем нынче на Юпитере (а сегодняшний день так считают
почти все), не выглядело значимым, так как опыты с
искусственными атмосферами второго состава и при применении
других источников энергии доставляли схожие консистенции аминокислот.
ВСЕ ЖЕ начальные догадки не разыскали доказательства.
Экспериментальный подход, предложенный Миллером, не обладал
развития. В эких опытах при имитации договоров, живших
на ранешних шагах развития Мира, даже простые молекулы
образуются в чрезвычайно незначительных числах. Тяжба осложняется и
тем, что эти молекулы сочиняют традиционно едва маленькую количество
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,
останавливаются 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 вида тех, что ставил Миллер, образование
нуклеотидов до этого времени не наблюдалось.
Остается ли, невзирая на все так, в границах здорового
смысла предположение, что конструктор был должен образоваться
в самом начале? Вправду либо неправильно, что:
-
самые ключевые молекулы жизни схожи у цельных организмов,
живущих сегодняшний день на Миру; -
по наименьшей мере некие из этих молекул могли
образоваться в критериях, отличительных для ранешних стадий
истории Мира?
Я размышляю, что эти утверждения уводят нас в сторонку, а то, что
их два, еще более усугубляет тяжба.
Неправомерность основного из их выявляется при анализе единства
биохимии, иногда мы вспоминаем, что для цельных организмов корпоративным
приходит нечто большее, чем конструктор из небольших молекул.
Имется налаженность совместный план организации, тот или другой постоянно
схож. Взаимодействие устройств в таковой налаженности
очень трудное. Даже единичная молекула белка это
трудное образование, в тот или иной специфично соединены тыщи
атомов, а ведь для жизнедеятельности необходимы сотки эких соответствующим
образом организованных молекул. Одно из звеньев, где
потребность в белках выражена более ясно (и где они соответственны
водиться более noдогнаны), механизм биосинтеза белка. Этот
обычный пример клубка заморочек доставляет иной нюанс
единства биохимии узкую связь цельных компонентов
жизнедеятельности. В конце концов, есть и произвольность в
наших представлениях сравнительно неких параметров самого
комплекса генеральных 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 только лишь один-одинехонек трудоспособный код либо один-одинехонек набор
аминокислот либо что они водились лучшими для цельных организмов
при цельных обстоятельствах.
Вне сомнения, более верно заключить из этого детализированного
рассмотрения единства биохимии последующее:
- все живое на Миру происходит от совместного предка,
-
на эволюционном древе этот предок размещается хватить
высоко и -
генеральная биохимическая налаженность 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 вида, что и в инженерных
разработках высшего ватерпаса, иногда почти все кропотливо отобранные
составляющие так тесновато взаимосвязаны, что ни какой-то из них
не быть может изменен. Экая умная машина могла водиться едва
продуктом эволюции. В то же период 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.
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: повышение х 3750). Справа кристаллы иллита,
растущие в порах песчаника (повышение х 16 000). Процессы
экого рода могли играться главную роль при происхожденьи
жизни.
2-ой постулат из вышеприведенной пары можнож перефразировать
так: некоторые из наиглавнейших биохимических компонентов живого
заработать чрезвычайно бегло и точка. На подтверждение и
добавленье его новенькими предоставленными водились нацелены опыты,
сделанные прямо за тестами Миллера. Вправду,
оказалось, что ряд веществ, к числу тот или другой принадлежат
некие простые аминокислоты, бегло заработать в самых
разнородных 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 соответственны будем предполагать, что сущность долгого
эволюционного процесса включалась в соединеньи компонентов,
другие из тот или другой имелось не очень трудно соединить совместно и
тот или другой владели достаточной стабильностью. Как и в случае
основного постулата, все это малюсенько разговаривает нам о событиях,
происходивших у основания эволюционного древа.
Естественно, мы можем продолжать считать, что главные организмы
водились образованы из молекул тех же видов, что и современные, но
этакую точку зрения необходимо разглядывать едва как догадку, не
обладающую подтверждений.
По сути имется максимум оснований для колебаний. Когда-то
в итоге вспомним о необыкновенной трудности и взаимосвязанности
генеральных биохимических действий. Главные организмы не могли
водиться устроены таковым образом. В их соответственны водились действовать
сравнительно азбучные молекулярные машины, тот или другой могли без
особенного работы 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 теме: он обязан
привести к идеи, что главные организмы обладали иное строение,
чем современные, и состояли из остальных веществ. Это правосудно
и для вещей, изготовленных человеком: для творения трудных и
азбучных установок необходимы и различные субстанции, и различные составные
числа. Не пытайтесь найти хоть одну костяшку от древесных
счетов в карманном компе (ну и дерево вообщем).
ГИПОТЕТИЧЕСКОЕ ЭВОЛЮЦИОННОЕ ДРЕВО: таковым оно вышло в
итоге применения способа, сообразно тот или другой
разветвление и вымирание отдельных веток происходят случайным
образом. Оно чрезвычайно схоже с иными древами экого рода тем,
что все нынче живущие 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 едва на наиболее высочайший
степень.) Реально эволюция также следует методом ветвления и
вымирания, потому логично, что все организмы,
живущие сегодняшний день на Миру, возможно, обладают сравнительно
высоко развитого совместного предка. Во цельных нынче живущих
организмах действует непростая молекулярная машина, но из этого
совсем не идет, что экая же машина водилась отличительна и для
самых основных организмов.
Можнож усомниться потому, что аминокислоты, тот или другой
примечательно подступают для учения катализаторов, подходящих для
определенных процессв, водились настолько же неплохи для образования их
в самом начале. Зададимся вопросцем, вправду ли
аминокислоты либо иные главнейшие составляющие современного нам
живого вещества вообщем участвовали в старте жизни.
ОЧЕВИДНО, что современные живыe существа на цельных ватерпасах их
организации устроены чрезвычайно трудно. Классическим образцом
трудного многокомпонентного установки может служить глаз,
тот или другой, для того чтоб вообше обладать практическую ценность,
обязан быть устроен конкретно так, как он устроен. Как может
таковой орган появиться за счет небольших эволюционных конфигураций?)
— спрашивают антидарвинисты, мысля, что попали в целься. Пусть
они угомонятся: тут нет ничего парадоксального. Высочайший
степень 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 другой нет ничего парадоксального,
при этом смонтировать по кускам — ингредиент за компонентом.
ВОЗНИКНОВЕНИЕ СИСТЕМЫ, употребляющей принцип кооперативное
(к примеру, арки из камешков), можнож представить для себя как итог
случайных маловероятных событий (слева). Еще мудрее ждать,
все же, что налаженность 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 нынче живущую
молекулярную машинку.
Я размышляю, что конкретно таковым методом и появилась знакомая нам, еще
наиболее умопомрачительная, чем полукруглая арка, биохимическая организация
живого. Числа ее, настолько тесновато пригнанные приятель к товарищу сегодняшний день,
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 огласить 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 другой могли пойти древнейшие люди в твореньи
орудия. При всем этом вы будете управляться тем, что вы
понимаете о их нуждах, о технологии и доступных им
веществах.
Рассуждая сходственным образом, мы можем огласить о основных
организмах последующее.
- Они могли эволюционировать.
- Они водились нетрудно организованы.
- Они состояли из веществ геохимического происхождения.
Эти тезисы глядят мне куда наиболее правдоподобными, чем ранее
осмотренные, в их главным образом смысла и их заслуживает развить.
За тезис 1 можнож не волноваться, потому что я определяю
организмы как порядка, способные эволюционировать. Все же
необходимо водиться чрезвычайно внимательным в отношении смысла термина
эволюционировать; это в окончательном счете приводит к очень
исполнительному изображению класса налаженности, к тот или другой касаются самые
главные организмы. Один-одинехонек организм эволюционировать не может: на
это способны едва организмы, некоторая их последовательность. Да и
этого недостаточно. Эволюционировать может то, что соединяет
организмы в ряд заменяющихся поколений, что подается от
один-одинехонек их поколения к второму. Сиим приходит не вещество, а
генетическая информация, не субстанция, а форма.
Разумеется, что генетическая информация соответственна храниться в
каком-то материальном субстрате, в некоторых генах. И генетическая
информация соответственна как-то проявляться (т.е. приносить фенотип),
что содействует ее сохранению и размножению. В этом,
возможно, встречают роль и иные вещества, но
единственное, что сохраняется длинно, это сама информация. За
период, нужное для смены сотен поколений, каждый атом из
того комплекта, тот или другой был у организма-основоположника, будет
заменен остальным, начальное вещество исчезнет. Выживают только лишь
формы, модифицированные либо неизмененные. Таковой ход вещей, таковой
метод существования форм во периода методом многократного
копирования и сочиняет суть эволюции.
Глодать и иные обстановки, определяющие саму потенциал эволюции.
В генетической инфы соответственны происходить случайные
конфигурации мутации, и эти конфигурации соответственны наследоваться
отпрысками и приводить к возникновению модифицированных фенотипов;
потому обязан иметь участок отбор модифицированной генетической
инфы. Таковым методом за максимум поколений исполняется
изменение линий развития, и генетическая информация
видоизменяется таковым образом, что образуются фенотипы, тот или другой
неподражаемо адаптированы к определенным соглашениям среды.
Естественно, мы так о эволюции далековато не многие, что можнож, но
теснее вправе сделать одно принципиальное заключение: каковой бы ни был
состав основных, азбучных организмов, тот или другой мы пытаемся для себя
представить, они соответственны водились хранить некоторое сходство генов.
ЧТО ЖЕ еще, не считая генов, необходимо имелось обладать сиим основным
организмам? Ответ на этот вопросец отдал в 1926 грам. Грам. Меллер, и
звучал он так: Ничего. Даже то малое, что теснее имелось
знаменито и применялось для разъяснения параметров генов,
оказалось в принципе достаточным для того, чтоб утверждать,
что гены могут эволюционировать сами по для себя. Меллер пошел
далее. То, что главные организмы водились нетрудно генами, может быть
не совсем только на теоретическом уровне возможно, они вправду
доставляли собой что-то в этом роде.
В главную очередь Меллер подчеркивал, что обладать ген (либо гены)
имелось безусловно нужно. Представим ниже, что в основных
организмах имелось и что-то еще. Для того чтоб эти организмы
плодились, экие сопутствующие образования соответственны водились или
синтезироваться поновой, или откуда-то поступать. Из чего же
идет, что для воплощения синтеза либо приобретения
требовалась доборная информация, тот или иной соответственна водилась
предсуществовать в генах. Естественно, превосходнее обходиться без
помощи экого рода, а ежели уж прибегать к ней, то как можнож
пореже.
Часто 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. Принципиальной 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 поступать держащейся в ней потомственной
информацией. Эти экспериментальные результаты чрезвычайно увлекательны,
но молвят 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 нам цели оказались подходящими наиболее
нетрудно устроенные катализаторы, то на пути встала бы новенькая
сложность: для репликации РНК необходимы особенные, макроэргические
(богатые энергией) формы нуклеотидов.
В любом случае наш 2-ой тезис вдохновляет думать в взыскательно
определенном направлении: светло, что при попытке очертить
необыкновенности строения основных организмов навряд ли заслуживает
употреблять какие-то усеченные модели современной жизни.
Так как главные организмы водились нетрудно устроены, они соответственны
водились водиться и по другому устроены, и могли включать в собственный состав
совершенно другие вещества. Может быть, в частности, что строение
генетического мат-ла, дозволявшее обходиться без
вспомогательных структур, выдавалось от того его строения,
тот или другой стало вероятным при происхожденьи эких 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 остальным субстанцией
органохимической природы. Я нарекаю 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 мат-ла сохранились в современном
молекулярном конструкторе. На 1-ый взор это суждение
подрывает догадку генетического захвата. Но у
заключительной глодать и совершенства: ежели руководствоваться таковой модели,
раскрывается потенциал употреблять совсем новейшие
представления, предлагаемые химией. Наш 3-ий тезис
концентрирует интерес на мире минералов; при всем этом мы не
забываем в сторонке генеральные сужденья о том, каковы соответственны
водиться самые совместные характеристики генетического мат-ла.
Вот что сказал Меллер о природе генетического мат-ла
четверть века назад, еще до того, как стала ведома 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 модифицируется
мутирует и тем более хранит способность к
самовоспроизведению во цельным разнообразии родных форм.
Заключение о том, что в процессе репликации генов соответственны
фигурировать какие-то матрицы, идет из этого выражения
со целой 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 мат-ле,
составные числа (мономеры) тот или иной устроены тривиальнее, чем у ДНК.
Нам необходимо представить таковой тип мономеров, тот или другой могли бы
образовываться на Миру с легкостью и непрерывно в процесс
долгого периода. Специфичных помощников ферментов
тогда не имелось: составляющие первичного генетического мат-ла
соответственны водились в той либо другой мере обходиться самосборкой.
Сейчас мы осмотрим очередной тезис:
4. Гены соответственны включать большущее число атомов.
Ген никогда не мог водиться малочисленным соединеньем атомов, так
как был должен хранить информацию в численности выше среднего
ватерпаса, что дозволяло ему эволюционировать. Наиболее того, гены
соответственны водились доставлять собой ладно упорядоченные
образования.
Не водились ли главные вещества наследственности кристаллами? Ведь
кристаллы это более распространенные образования,
способные к самосборке. Аналогия меж действием
кристаллизации и главными действиями жизнедеятельности
проводилась часто, но в окончательном счете от нее
отрешались как от очень примерной. (Дж. Бернал пошел
еще далее: по его воззрению, кристаллизация — это смерть.)
На мои взор, отрицания экого вида запрятывают еще два ошибочных
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 глодать главной 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 размах) — это теснее дефект, жаждая, практически
наверное, найдутся и почти все иные экие необыкновенности.
Некие структурные агрегаты могут отсутствовать либо замещаться
иными; образно разговаривая, взрослые либо наименьшие куски обоев
могут водиться сдвинуты сравнительно друг дружку в той либо другой
ступени. Некие из эких нарушении могут водиться очень
незначимыми. Все это сооружает настоящие кристаллы
потенциально высоко информационноемкими.
ДЕФЕКТЫ В КРИСТАЛЛАХ могут приводить к образованию
множества стабильных других конфигураций, что приходит
нужным договором для хранения инфы. На рисунке
представлены более обыденные недостатки кристаллов: незанятые участка
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 совместную
плоскость взаимодействующих сочиняющих (стрелки). В
неких кристаллах (g) взрослые домены обладают один-одинехонек и этот же
состав, но отличаются упаковкой сочиняющих 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 видов, владеющих пригодной композицией
необыкновенностей структуры, закономерностей роста и параметров
спайности.
Остается разобраться с крайним тезисом. Тут мы снова-таки
обладаем тяжба не с истиной, а с предположением. Можнож
согласиться, что молекулы органических соединений это
превосходнейшие вещества для проживания. Но превосходнейшим, надобно 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
азбучных, 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,
имеющийся за счет энергии радиоактивного распада,
разогревающей недра. Этот цикл включает целый ряд действий, в
тот или другой происходит захоронение осадочных пород, их
преображенье при больших температурах, погружение в наиболее
глубочайшие горизонты и в конце концов выход видоизмененных пород
обратно на поверхность. В этих критериях они оказываются не
вполне стабильными и с легкостью растворяются водой с
образованием простых сочиняющих кремниевой кислоты и
ионов металлов, тот или другой могут кристаллизоваться, образуя
совершенно новейшие вещества различные минералы глины. В точке
точек 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.
Естественно, обстановки на Миру во период зарождения на ней жизни
водились другие. Из того, что мы знаем, вообщем, идет, что эти
отличия не так значительны. 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 эких пород. Может быть, она
появилась в критериях, иногда глины еще не могли формироваться,
но для данной нам 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 разглядывать конкретно обыденные минералы глин.
ОДНО из следствий принятой мною полосы рассуждений таково:
простой генетический вещество (либо что-то сходственное ему)
обязан и сегодняшний день образовываться на Миру. Как приступить к
поиску этого мат-ла? Из абстрактных воссозданий генетических
кристаллов различных видов и из того, что мы знаем о минералах
глин, мы можем составить представление о том, как они соответственны
смотреться, и заняться поисками настоящих глин, тот или другой
подходят сиим представлениям.
Осмотрим сначала одномерный ген. Он обязан быть типичен для
глин, тот или другой, по-различному сочетаясь, могут приносить разные
слоистые структуры. Вероятна ситуация, иногда сферы один-одинехонек вида
наложены приятель на товарища многообразным образом либо иногда имется
последовательность оболочек различных видов. Ежели вспомнить, что
кристаллит глины, даже построенный из пары оболочек, может
водиться очень эластичным и что одномерный кристаллический ген
способен расти только лишь в страны, на разум бегло 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 изображением.
КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ГЕНЫ соответственны 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 хранилась в детализированной структуре линии
взаимодействующих оболочек (выделено цветом), тот или иной сохранялась
при репликации генов (а, b). Рост происходил только лишь по
окрашенным граням, а разрез шло только лишь в параллельном им
направлении. Физические характеристики оболочек, веющих информацию,
были бы разнообразными (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 нам грани.
Естественно, во цельным например хранится едва намек на истину.
(Но как был бы увлекателен таковой ген, способный безгранично
распространять держащуюся в нем информацию без разделенья!)
Осмотрим сейчас еще одну глину особенного строения, тот или иной
быть может образцом двумерного гена.
С. Бейли и К. Мэнсфилд, сотрудники Висконсинского института
в Мадисоне, провели рентгеноструктурный анализ больших
кристаллов вермиформного (червеобразного) каолинита и
нашли в их занимательные недостатки структуры. Отдельные сферы
каолинита препровождают собой мозаично склонные маленькие
домены, собирающие в целом очень прихотливый набросок. В
каждом домене все атомы алюминия обладают одну из 3-х вероятных
ориентации. В эких структурах может храниться чрезвычайно максимум
инфы, и эта информация быть может реплицирована при
соглашении, что во опять образующемся оболочке ориентация атомов
алюминия будет зависеть от их ориентации в том оболочке, на
тот или иной он формируется. В безупречных кристаллах каолинита
ориентация атомов алюминия в оболочках сохраняется, но в настоящих
кристаллах нередки ошибки.
Сходный тип организации, видимо, присущ личным оболочкам
обычных червеобразных кристаллов: для неких из их
отличительна непростая, но постоянная организация поперечного
разделения. Как эти необыкновенности строения, так и наличие глубочайших
борозд на поверхности молвят о доменной структуре (сантим..
набросок на с, 50).
Так 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 покровами кристаллов,
приобретают от их информацию: идет речь о распределении
густоты отрицательных зарядов, появляющихся при замещении
атомов на алюминий в кремний-кислородной сети.
Естественно, необходимо проводить новейшие наблюдения и ставить опыты,
чтоб обосновать правомерность генерального вопросца: есть ли
минеральные, кристаллические гены? Сегодняшний день на этот вопросец я
могу ответить едва так: Может быть, существуют и перейти к
второму вопросцу: могли ли экие гены эволюционировать? На этот
вопросец, как мне как будто, можнож ответить так: Да;
маловероятно, что они не эволюционировали.
РАССМОТРИМтр обыденные микроусловия формирования глин пористую
структуру песчаника. Растворы, хранящие продукты
выветривания, проникают через него, и в порах происходит
кристаллизация двумерно реплицирующихся глин. Процесс может
сразу 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 обладать
экие форму и размахи, что они будут недалеко прилегать приятель к
товарищу и образовывать водонепроницаемый заслон. Движение
растворов в эких участках нарушится и кристаллы в их
закончат расти. В остальных участках маленькие, рыхло
склонные кристаллы не будут мешать протеканию растворов,
но при дождике экие структуры будут бегло вымываться, так что в
этом тоже малюсенько неплохого. В конце концов, в участках третьего, вида
кристаллы могут обладать 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 высокие кристаллы,
тот или другой ввиду ограниченности места соединятся приятель с
ином и образуют достаточно рыхлую структуру это очередной
путь сохранения неизменной локализации при поддержании потока
питающих растворов.
Даже в эких сравнительно азбучных критериях могут проявляться
очень остро действующие массы отбора некоторые причины,
обусловливающие предпосылки предпочтительного развития
определенных структур с недостатками (в принесенном случае есть в
облика ключевым образом их форма и размахи). В итоге мутаций
покажутся варианты эких структур; по данной нам причине в различных
количествах возрастающих участков будут плотно находиться кристаллы,
немного выдающиеся недостатками собственной структуры. Это может
привести к тому, что в одних площадях рост пойдет прытче, чем в
остальных, одни числа будут превосходнее выносить повторяющиеся
неблагоприятные обстановки, чем иные.
ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ЗАХВАТ, каким он представляется создателю, был
наиглавнейшим шагом ранешней эволюции. Сначала жили едва
голые гены, состоявшие из какого-то не знаменитого нам
первичного генетического вещества (темные квадратики слева),
тот или другой эволюционировали таковым образом, что замерзли
контролировать обстановки 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 только 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
вполне вытеснена.
Приносите сейчас осмотрим немного наиболее трудные обстановки.
Пусть почвенные растворы из песчаника попадают в прытко
текущий поток, тот или другой в множество завышенной кислотности и маленькой
концентрации веществ в нем не обеспечивает договоров для синтеза
глин, но держит один-одинехонек из компонентов (подходящих для образования
генетической глины), тот или иной недостает в песчанике. С
позиции химии образцовым площадью для образования таковой глины
будет в данном варианте поверхность раздела меж 2-мя различными
средами. С физической точки зрения обстановки 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 второго совместно.
Тем более поверхность раздела быть может стабилизирована и
расширена вескими группами тесновато 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
многообразных ионов. Подбор договоров, пригодных для синтеза глин в
эких массах, может происходить методом природного отбора.
Самые большие шансы на фуррор будет обладать таковой комок генов,
тот или другой окажется и неплохой поддерживающей средой, и пригодным
площадью для образования глины. Рассчитывается, что длинноватая шейка у
жирафа появилась под деянием природного отбора; в
итоге животные этого внешности могут поедать листья с макушек
деревьев без предназначенных усилий. Можнож мыслить, что и различные формы
реплицирующихся глинистых частей могут в определенных критериях
также приспосабливать собственный размах и форму. Забудем на период
о сложностях физиологии. В логике событий тут вправду
глодать максимум совместного. Реплицирующиеся, мутирующие структуры
оптимизируются один-одинехонек и этим же методом в ответ на меняющиеся
обстановки. Они нетрудно не могут вести себя по другому.
ДО СИХ ПОР мы разглядывали самые главные организмы как
состоящие из одних только лишь генов. Экие организмы вправду
могли быть, так как даже сам набор генов может
владеть фенотипом. Другими словами, он характеризуется некоторым
комплексом физико-хим параметров, определяемых водящейся 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 показались 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. Сразу могли происходить мутации генов,
попадавшие под деянье 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 образовано пачкой оболочек. В каолините (а)
асимметричные сферы скреплены водородными касательствами. Каждый оболочка
интеллигентен сетью из атомов алюминия и гидроксильных групп,
слитой воедино с сетью из атомов кремния и кислорода (b). В
остальных 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) великая количество
отрицательных зарядов возникает в итоге замещения атомов
кремния атомами алюминия.
Осмотрев главные организмы, пойдем сейчас далее. Я изведаю
в пары словах обрисовать связи меж нами и основными
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 шеренге обстоятельств. Некие из небольших органических молекул
(к примеру, аминокислоты либо ди- и трикарбоновые кислоты) могли
содействовать солюбилизации ионов металлов, к примеру
алюминия. Таковым образом, они выступали в роли катализаторов
при синтезе глин. Молекулы остальных видов (к примеру,
гетероциклические основания и полифосфаты) владеют завышенным
сродством к глинам, что плотно приводит к изменению физических
параметров геля глины. Органические молекулы способны также
сильно влиять на форму и размах неорганических кристаллов,
подавляя рост неких их граней. Это могло обладать особо
большущее значение для контролируемой репликации кристаллических
генов. Не считая того, воздействие на структуры могли обладать и
полимерные органические соединения. Они могли удерживать
частички глины вблизи вместе.
Я размышляю, что предшественники РНК, взявшие в хватить
развитых глиняных организмах, в главную очередь игрались
структурную роль. (По сути РНК и сегодняшний день время от времени
применяется предположительно для тех же пелей.) РНК-сходственный
полимер с негативно заряженным остовом молекулы обязан
устремляться связываться с кромками частей глины (они гуще в итоге
заряжены позитивно). А гетероциклические основания
(молекулы вида аденина) обладают тенденцию просачиваться меж покровами
глины. Можнож представить для себя некоторый РНК-сходственный полимер,
тот или другой появился именно для взаимодействия с глинами
(может быть, даже для чтения инфы, экспонированной на
кромках одномерных глиняных генов).
ДЛИННЫЕ КРИСТАЛЛЫ ИЛЛИТА, прикрепленные к зерну песчаника.
(Повышение х 10 000; микрофотография изготовлена с помощью
сканирующего электронного микроскопа.) Экая глина
пригодный кандидат на роль одномерного генетического
кристалла, но, так как она образована незначительным числом
оболочек, ее информационная емкость мала.
ВЕРМИФОРМНЫЙ (ЧЕРВЕОБРАЗНЫЙ) КАОЛИНИТ (повышение х 1350),
образовавшийся методом выветривания. Экая глина вероятный
кандидат на роль двумерного генетического кристалла.
Генетический захват, тот или другой привел к становлению имеющихся
сегодняшний день устройств биохимического контроля, мог начаться,
сообразно данной нам догадке, с того фактора, иногда РНК стала
реплицирующейся молекулой. То был новейший тип сотрудничающего
генетического мат-ла, роль тот или иной сначала водилась мала.
Для того чтоб отступить от начала глиняного каркаса,
требовалась долгая эволюция. Может быть, это вышло теснее
затем того, как появилась непростая налаженность устройств белкового
синтеза. О эволюции таковой порядка можнож рассуждать, так как
она происходила в границах образовавшегося организма. Первоначально
она могла эволюционировать как побочная налаженность, но равномерно
останавливалась все наиболее полезной и трудной, а иногда основа
исчез, стала совсем нужной.
Что имелось предпосылкой перехода эволюции с неорганического
кристаллического ватерпаса на органический молекулярный? Тяжба,
видимо, в том, что органические вещества могут обладать наиболее
узкую структуру (естественно, ежели глодать подходящие механизмы
для ее творения), что дозволяет исполнять наиболее трудный
контроль над действиями.
В какой последовательности вступали в деянье органические
молекулы? Мне как 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 вида муравьиной
кислоты.
Все же важно занимательнее иной вопросец о том, каким
образом происходило соединение наиболее трудно устроенных
молекул до возникновения ферментов. Как происходило образование
нуклеотидов? Для этого соответственны водились сложиться нужные для
их формирования порядка, включающие почти все хим реакции
и иные процессы, к примеру процессы чистки; при этом все
подобать имелось исполняться в взыскательно данной
последовательности. Экая налаженность не могла водиться результатом
случайных действий: она соответственна водилась водиться организована. У
хватить развитых организмов, сделанных из глины, в роли
организующего начала мог выступать природный отбор. С
какими же физическими объектами обладал 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 есть в
лабораториях химиков-органиков либо хим заводов. В их
вместе с пробирками, пробирками, насосами, ионообменными и
адсорбционными колонками пространно используются и очень
малоспецифичные катализаторы.
РАЗНООБРАЗИЕ ФОРМтр минералов глины один-одинехонек из фактов,
разговаривающих о вероятной роли глин в теории простых
организмов. Кожистый галлойзит представлен на этом рисунке с
различным ростом: он интеллигентен массой нитей, количество 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 половине). При
повышении в 26 000 разов видно, что он представляет из себя полую
трубочку (справа).
С учетом так мы перебегаем к заключительной числа
представлений о минералах глин как генеральных веществах, из
тот или другой сформировались главные организмы. Коль быстро нам необходимы
катализаторы (достаточно неспецифические), мы бегло найдем их
посреди минералов глин. Поточнее, ежели нам нужен хватить
обычный аппарат вида тех, о тот или другой только лишь что шла речь, то
есть множество средних глин, тот или другой могли бы водиться
применены для его учения. Как его числа слились и
какие массы отбора действовали при всем этом мрачно.
Скептики могут задать три вопросца:
I. Отчего кристаллические гены не приходят обыденным компонентом
окружающей нас природы, ежели они по сути состоят из
азбучных веществ и ежели их эволюция это природный процесс?
Я мог бы предложить четыре ответа на этот вопросец: 1) водиться
может, кристаллических генов вообщем не есть; 2)
генетические минеральные вещества встречаются очень изредка; 3)
пригодные обстановки для репликации минеральных генов
складываются нечасто; 4) минеральные гены, прошедшие
определенный путь в эволюции, встречаются плотно, но мы не
умеем их распознавать. Сохраняю выбор ответа читателю.
В любом случае я не могу представить для себя, что современные
организмы на базе глин могут опять добиться таковой фазы
развития, что станут способны употреблять органические
молекулы. Очень крупную конкурентнсть сочиняют им
ДНК-содержашие мельчайшие организмы. То же самое можнож огласить и о
предковых формах: сегодняшний день их также, точно, не есть.
II. Обладаем ли мы право приписывать малолетним кристаллам глин
характеристики живого?
Главные организмы водились, вероятнее всего, очень
непредставительными и, я бы например, 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 как будто,
соответственны водиться теснее живыми с каждый 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, эких, 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 совместно 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 водиться нужной
составной долею организмов, кроме самых простых.
Литр.. Койн из Калифорнийского института в Сан-Хосе отыскала, что
для данной нам 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 (повышение х 500 000; снимок изготовлен при
подмоги электронного микроскопа). Высокие 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 древнейшие, как и сама
Галлактика. Они желали разыскать ответ на вопросец: какова
водилась органическая химия веществ на ранешних шагах эволюции
Мира? Любопытно, что в эких метеорах сразу
находятся и глины, и органические вещества. Исследование
поверхности Марса также направит нам осознать, каковы водились
обстановки на исходных стадиях эволюции Мира. Э. Бейнин из
Еврейского института дает точку зрения, сообразно
тот или другой на поверхности Марса встречаются ключевым образом
богатые железом монтмориллонитовые глины. В данной нам 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 крупную количество
сочиняла, видимо, муравьиная кислота). Дж. Хаббард из
Технологического института в Джорджии поставил опыты, тот или другой
представили, что железосодержащие минералы, включая глины, предоставляют
этот же эффект.
Самая непростая и главная задачка исследований сегодняшний день
найти кристаллические гены, и не один-одинехонек вида, а почти всех
видов, 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 эких 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 налаженности на минеральной базе,
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 главные организмы нашего
собственного изобретения.
В МИРЕ НАУКИ. (Scientific American. Издание на российском
языке). А.ДЖ.КЕРНС-СМИТ
Мы советуем Для вас зарегистрироваться или войти на веб-сайт под родным именованием.
- Комментариев: 0
- Просмотров: 194
http://ekologhealth.ru/