Файл: Титаев А.А. Эволюция органических соединений на Земле. От углерода до биополимеров.pdf

ной кислоты и гндрокспламипа 167. 09]. Как источник энергии во многих экспериментах были использованы ультрафиолетовые лучи, а также поток электронов. Существенно обратить здесь внимание па закономерность, с которой в указанных экспери­ ментах с их разнообразными вариациями состава исходной смеси и применяемого воздействия синтезировались именно аминокис­ лоты. Выход продукта синтеза обычно был невелик, в нем содер­ жались помимо аминокислот пептиды и некоторые побочные продукты — жирные кислоты, амины и др.

Предполагается, что на первом — микромолекулярном — этапе химической эволюции наряду с синтезом аминокислот из тех же исходных веществ происходил синтез пурииовых и пиримидиновьгх оснований — предшественников нуклеиновых кис­ лот. К настоящему времени в лабораторных условиях, имитиру­ ющих предполагаемые первобытные условия на Земле, синтези­ рован адеппп путем нагревания раствора цианида аммония или смеси синильной кислоты, аммиака и воды до 70—100° [67— 70|. Под воздействием мощных источников энергии — ультрафио­ летовых и радиоактивных изглученнй — из метана, аммиака и воды, получены адешш, гуанин, пентозы [67—70]. Доказана воз­ можность конденсации пептоз и оснований в иуклеозиды, иуклеозидов в присутствии фосфора в нуклеотиды. аминокислот в пеп­ тиды при участии метаили полифосфатов [71].

Модельныеопыты свидетельствуют и о возможности в предбиологический период синтеза моносахаридов из метана или фор­

Но в сущности условия в первую эру (по Гаффрону [50]) на Земле были благоприятны не столько для хранения синтезиро­ ванных продуктов до второй эры, сколько для их немедленного использования в целях прогресса химической эволюции: этот процесс не должен был прерываться. Поэтому представляется вероятным, что и пептиды из аминокислот и полинуклеотиды из моноиуклеотидов были синтезированы еще в первой эре предбиологического периода. Условия для этого синтеза в то время были благоприятными.

В процессе химической эволюции, как уже сказано, происхо­ дило образование множества побочных продуктов — углеводо­ родов и прочих органических веществ. Какова была их судьба?

Такие вещества, как порфирины, ароматические углеводороды и многие другие, находимые ныне в метеоритах, в свое время могли остаться неиспользованными и частью ненужными для основного направления химической эволюции. Вероятно, в какой-то мере они исчезали (сгорали) или же оставались на Земле, переходили в ее педра, становясь таким путем ископаемыми в форме первичной нефти. Среди залежей этих продуктов были, вероятно, и такие, которые послужили пищей для протобионтов.

23

Источники энергии

ипервичные катализаторы

Ис т о ч и и к и э и е р г и и. В науке о происхождении жизни господствует мнение, что органические синтезы в предбиологнческий период на Земле могли осуществляться только при достаточ­ ном Притоке внешней энергии. В модельных экспериментах по­ этому применяются различные, мыслимые для того времени, ис­ точники энергии. Сделана попытка вычислить мощность каждого из них в условиях первичной Земли; результаты этого расчета представлены ниже [67]:

Из этих данных следует, что наиболее мощным источником энергии в предбиологический период были коротковолновые уль­ трафиолетовые лучи Солнца, наименее мощным — теплота.

Из предполагаемой величины потока ультрафиолетовых лучей

количество органического вещества, которое может синтезиро­ ваться в объеме с площадью, сечения 1 см2 за известный проме­ жуток времени. По Юри,^это количество за период в 109 лет соста­ вило бы 10 %, а по Сагану — 1 % в объеме современного океана [54, 75, 76]. По их мнению, таким путем образовались из метана, аммиака, водорода и воды сначала цианиды, альдегиды, углево­ дороды, затем аминокислоты, пурины, пиримидииы, рибоза, дезоксирибоза. Все эти вещества присутствовали в первичном океанебульоне [76—78].

25

Вэтом вычислении обращает на себя внимание некоторая неточность, расчет сделан за период 1 млрд лет — продолжитель­ ность почти всего предбпологического периода, до возникновения протобпоита. Однако период первичных синтезов, где могла быть использована энергия ультрафиолета, был без сомнения значи­ тельно короче.

Тезис о примате ультрафиолета перед другими источниками энергии в предбпологических синтезах встречает некоторые воз­ ражения.

Вмодельных экспериментах, в которых под влиянием ультра­ фиолета были успешно синтезированы аминокислоты, пурины и другие вещества, интенсивность облучения исходных веществ

Землю от Солнца за тот же период времени 179]. Следовательно, синтез микромолекул аминокислот, например, в предбпологиче­ ских условиях занял бы слишком много времени.

Далее, ультрафиолетовая радиация обладает свойством раз­ рушать вещество, в том числе ею созданное, разрывая связи син­ тезированных органических соединений (в особенности ДНК). По вычислениям Сагана, поток фотонов в этой части спектра в верх­ них слоях атмосферы первичной Земли составлял 7 •10й см2/'сек фотонов и достигавшая поверхности Земли часть этого потока

Подвергается сомнению и возможность проникновения наи­ более активных в химическом отношении коротковолновых уль­ трафиолетовых лучей до 3000 А через атмосферу первичной Земли до ее поверхности. В основе модельных экспериментов с приме­ нением ультрафиолетовых лучей лежит постулат о восстанови­ тельном характере атмосферы Земли в предбиологический период и отсутствии в ней кислорода и озона — главных поглотителей

вания земной коры, была близка по составу к вулканическим га­ зам, могла содержать какое-то количество 02 , много С0.2 , мало Н 2 и СН4 . Преобладающей составной частью ее была вода [34, 35, 39]. Возможно, что атмосфера Земли в тот период была близка по своему состоянию к современной атмосфере Венеры, как уже ска­ зано выше [43]. Но в атмосфере Венеры солнечная радиация су­ щественно ослабляется, о чем бесспорно свидетельствуют резуль-

26

таты исследования межпланетной автоматической станции «Ве- пера-8». Если это так было и на Земле, то коротковолновые ультра­ фиолетовые лучи (1700—2100 А) поглощались уже в облаках, не достигали Земли в достаточном количестве и видимые лучи Солнца. Только в заоблачных высях могли беспрепятственно совершаться первичные синтезы органических веществ из СН4 , HCN и др. Оче­ видно, иа Земле царил полусумрак, и жизнь легче всего могла возникнуть в теин, вне разрушающего действия ультрафиолета 147].

Существует также мнение, что если и допустить прозрачность атмосферы первичной Земли для ультрафиолета, то в ней возможно

иобразовались альдегиды — муравьиный, пропионовый, уксусный

идругие, которые, подобно озону, задерживали бы коротковол­

энергии, как часто были грозы в то время. Грозовые разряды могли стимулировать органические синтезы только в атмосфере. Не­ смотря иа то, что тепловая энергия занимает последнее место в приведенном расчете (сиг. стр. 25), именно ей могла принадлежать первенствующая роль как источника энергии в химической эво­ люции на Земле [79], в особенности если признать реальной ана­ логию состояния первичной Земли с современным состоянием Венеры.

По мнению Фокса, температура Земли того времени могла достигать 1000°. Моделируя эти условия, Фокс и его сотрудники [80, 81] смогли синтезировать почти все аминокислоты, входящие в состав белка, из аммиака, синильной кислоты и воды при 800— 1050°. В этих же условиях термического синтеза при 160—170° была достигнута поликонденсация аминокислот с образованием ^протеиноидов. Применяя дополнительно полифосфаты, эти иссле­ дователи снизили температуру реакции до 65° и смогли синтези­ ровать полинуклеотиды из мононуклеотидов [82—84].

По идее В. Л. Комарова и согласно работам В. Н. Флоровской [36], термический синтез органических соединений совершался на горячей земной коре в прибрежных зонах первичной Земли и совершается в настоящее время в тонкой береговой пленке горя­ чих источников (Камчатка), насыщенных органическими вещест­ вами [36]. По данным В. Н. Флоровской, здесь обнаружены и образуются не только аминокислоты, но и белки.

Методом термического синтеза при щадящей температуре 70— 90° установлено образование в смеси аминокислот пептидных связей [85].

27