Происхождение жизни

Лишь диалектическое единство организма и среды, которое могло возникнуть только на основе образования индивидуальных систем многомолекулярного порядка, определило собой как становление жизни, так и все ее дальнейшее развитие на нашей планете.

ГЛАВА ШЕСТАЯ

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ПЕРВИЧНЫХ ОРГАНИЗМОВ

Впервые появившиеся в водах морей и океанов коацерватные капли еще не были наделены жизнью. Однако уже при самом их возникновении в них таились возможности при определенных условиях развития дать начало для образования первичных живых систем.

Как мы видели в предыдущих главах, такого рода положение характерно и для всех предшествующих этапов эволюции материи. В удивительных свойствах углеродных атомов космических тел уже была заложена возможность для образования углеводородов и их простейших производных. Эти последние благодаря определенному строению их молекул и благодаря присущим им химическим свойствам обязательно должны были в теплых водах первичного океана превратиться в разнообразные высокомолекулярные органические вещества, в частности в белковоподобные соединения. Точно так же и присущие белкам свойства уже таили в себе возможность образования комплексных коацерватов. По мере своего роста и усложнения их частицы неизбежно должны были объединиться между собой и выделиться из раствора в виде отдельных коацерватных капель.

В этом обособлении капель от внешней среды— в возникновении отдельных (индивидуальных) коллоидных систем — и лежал залог их дальнейшего развития. Даже одновременно возникшие в растворе капли несколько отличаются друг от друга по своему составу и внутреннему строению. Но индивидуальные особенности физико-химической организации каждой отдельной коацерватной капли накладывали определенный отпечаток на те химические превращения, которые совершались именно в ней. Наличие тех или иных веществ, присутствие или отсутствие простейших неорганических катализаторов (как, например, железа, меди, кальция и т. д.), степень концентрации белковых и других коллоидных веществ, образующих коа- церват, и, наконец, определенная, пусть даже весьма нестойкая структура—все это сказывалось на скорости и направлении отдельных химических реакций, протекавших в данной коацерватной капле, все это придавало специфический характер тем химическим процессам, которые в ней развертывались. Таким образом выявлялась известная связь между индивидуальным строением, организацией данной капли и теми химическими превращениями, которые в ней совершались при данных условиях внешней окружающей среды. В разных каплях эти превращения шли по-разному. Это — во-первых.

Во-вторых, следует обратить внимание на то, что разнообразные, более или менее беспорядочно совершающиеся внутри коацерватной капли химические реакции не были безразличны для ее дальнейшей судьбы. С этой точки зрения одни из них имели положительное значение, были полезны, способствовали большей устойчивости, большей длительности существования данной системы. Другие, наоборот, были вредны, носили отрицательный характер, приводили к разрушению, к исчезновению индивидуальной капли.

Уже из сказанного видно, как самое образование индивидуальных систем вызывало появление совершенно новых отношений и закономерностей. Для простого, однородного раствора органических веществ понятия «полезности» и «вредности» являются просто бессмысленными. В применении же к индивидуальным системам эти понятия приобретают вполне реальное значение, определяют дальнейшую судьбу этих индивидов.

До тех пор пока органическое вещество было полностью слито с окружающей средой, пока оно было растворено в водах первичных морей и океанов, мы могли рассматривать эволюцию этого вещества в целом, во всей его совокупности. Но как только органическое вещество сконцентрировалось в определенных пунктах пространства, в каплях коацервата, как только эти образования отделились от окружающей среды более или менее определенно выраженной границей и приобрели известную индивидуальность, тотчас же создались новые, более сложные отношения. Дальнейшая история одной какой-нибудь коацерватной капли могла существенно отличаться от истории другой такой же индивидуальной системы, находящейся рядом с ней. Ее судьба определялась теперь соотношениями условий внешней среды и собственным внутренним специфическим строением капли, которое в своих деталях было присуще только ей одной и у других капель могло иметь несколько иное, опять-таки характерное для каждой индивидуальной капли выражение.

Что определяло собой существование каждой такой отдельной капли в данных условиях внешней среды? Представим себе, что в каком-нибудь первичном водоеме нашей планеты в результате смешения растворов высокомолекулярных органических веществ возникли капли коацерватов. Рассмотрим судьбу какой-нибудь одной из них. Находясь в первичном океане Земли, коацерватная капля была погружена не просто в воду, а в раствор разнообразных органических и неорганических веществ. Эти вещества улавливались ею и затем вступали в химическое взаимодействие с веществами самого коацервата. В результате этого происходил рост капли. Но параллельно с указанными синтетическими процессами в капле протекали и процессы разложения, распада вещества. Скорость как тех, так и других процессов определялась соотношением условий внешней среды (температурой, давлением, концентрацией органических веществ и солей, кислотностью среды и т. д.) и внутренней физико-химической организации данной капли. Но соотношение скоростей процессов синтеза и распада не было безразлично для дальнейшей судьбы нашего коллоидного образования. Оно было или полезно или вредно, оно влияло положительно или отрицательно на самое существование капли или даже на возможность ее возникновения.

Только те коацерватные капли могли более или менее длительно существовать, которые обладали известной динамической устойчивостью и в которых скорость синтетических процессов преобладала над скоростью разложения или по крайней мере ее уравновешивала. Напротив, те капли, в которых химические изменения в данных условиях внешней среды были направлены главным образом в сторону распада, были тем самым обречены на более или менее быстрое исчезновение или они

вообще не могли возникать. Во всяком случае их индивидуальная история сравнительно скоро обрывалась, и поэтому такого рода образования уже не играли существенной роли в дальнейшей эволюции органического вещества. Эта роль принадлежала только динамически устойчивым коллоидным образованиям, и всякое уклонение от этой устойчивости приводило к быстрой гибели и уничтожению данной «неудачной» организационной формы. Такие плохо организованные капли распадались, а заключенные в них органические вещества вновь рассеивались в растворе, поступали в тот общий котел, из которого черпали свое питание более «удачливые», более хорошо организованные коацерваты.

Однако капли, в которых синтез преобладал над распадом, должны были не только сохраняться, но и увеличиваться в объеме и весе — расти. Таким путем происходило постепенное увеличение размеров капель, наделенных определенной, наиболее совершенной для данных условий существования организацией. Но каждая отдельная разросшаяся капля уже в силу чисто механических причин должна была разделяться на отдельные части, куски. Образующиеся при этом «дочерние» капли были наделены примерно такой же физико-химической организацией, как и породивший их коацерват. Но в дальнейшем каждая из них должна была пойти своей дорогой, в каждой из них стали происходить уже собственные изменения, увеличивающие или уменьшающие их шансы на дальнейшее существование. Понятно, что все это могло осуществляться только в отношении тех капель, индивидуальная организация которых приводила в данных условиях внешней среды к созданию их динамической устойчивости. Только такие коацерватные капли могли длительно существовать, расти и разделяться на «дочерние» образования. Любое изменение, происходившее в организации коацерватных капель под воздействием все время меняющейся внешней среды, сохранялось только в том случае, если оно удовлетворяло указанным выше требованиям, если оно повышало динамическую устойчивость коацервата в данных условиях существования. Поэтому параллельно с увеличением количества организованного вещества, ростом коацерватных капель на земной поверхности все время происходило изменение качества самой их организации в совершенно определенном направлении, а именно в направлении возникновения такого порядка химических процессов, который обеспечивал бы постоянное самовосстановление и самосохранение всей системы в целом.

Вместе с тем наряду с увеличением динамической устойчивости этих коллоидных образований их дальнейшая эволюция должна была идти и в направлении увеличения самой динамичности этих систем, увеличения скорости совершающихся в них реакций. Вполне понятно, что та динамически устойчивая коацерватная капля, которая приобрела способность к более быстрому превращению веществ, этим самым получила значительные преимущества перед другими каплями, плавающими в том же растворе органических соединений. Она стала гораздо скорее усваивать эти соединения, гораздо скорее расти, и поэтому в общей массе коацерватов удельный вес ее и ее потомства делался все более и более значительным.

Простейшие органические коацерваты с их нестойкой элементарной структурой рано или поздно [должны были исчезнуть с лица Земли, распасться, перейти в первоначальный раствор, но их ближайшие потомки, выработавшие в себе известную устойчивость, также скоро должны были отстать в своем развитии в том случае, если они не приобрели способности к быстрому осуществлению химических реакций. Расти и развиваться дальше могли только такие образования, в организации которых произошли существенные изменения, чрезвычайно увеличившие скорость химических реакций и вместе с тем создающие определенную координацию, упорядоченность этих реакций.

Как мы видели в предыдущей главе, теми внутренними химическими аппаратами, которые ускоряют и направляют течение процессов, происходящих в живой протоплазме, являются ферменты. Сравнительно недавно было установлено, что исключительная сила каталитического действия ферментов и их поразительная специфичность обусловлены особым строением входящих в их состав белков. Ферменты представляют собой комплексы, в которых сочетаются между собой каталитически активные вещества и те специфические белки, которые весьма сильно повышают эту активность. Для примера возьмем фермент каталазу, роль которой в живой протоплазме состоит в ускорении разложения перекиси водорода на кислород и воду. Эта реакция может ускоряться и просто неорганическим железом, но железо действует в указанном направлении лишь очень слабо. Однако, соединив железо с особым органическим веществом, пирролом, мы можем увеличить это действие почти в тысячу раз. Естественный фермент — каталаза также содержит в себе железо в соединении с пирролом. Но действие каталазы примерно еще в 10 миллионов раз сильнее, чем действие этого химического соединения, потому что в каталазе оно еще сочетается со специфическим белком. Таким образом, в конечном итоге один миллиграмм железа, входящий в состав каталазного комплекса, может по своему каталитическому действию заменить 10 тонн неорганического железа. При всем совершенстве нашей техники мы еще не достигли таких масштабов «рационализации», какими располагает живая природа!