Происхождение жизни: абиогенез и панспермия. Гиперцикл. Геохимический подход к проблеме

С общепланетарной точки зрения жизнь следуетрассматривать как способ стабилизации существующих на планете геохимическихциклов.Что же касается происхожденияжизни на Земле, то обычно проблему, ещ со врем н Геккеля, сводят к чистохимической задаче как синтезировать сложные органические макромолекулы белкии нуклеиновые кислоты из простых метана, аммиака, сероводорода и пр. ,которые составляли первичную атмосферу Земли. Следует честно признать, что дажеэта, в общем-то техническая,

задача чрезвычайно далека от своего разрешения. В20-ые годы А. И. Опарин и Дж. Холдейн экспериментально показали, что врастворах высокомолекулярных органических соединений могут возникать зоныповышенной их концентрации коацерватные капли, которые вопредел нном смысле ведут себя подобно живым объектам самопроизвольно растут,делятся и обмениваются веществом с окружающей их жидкостью через уплотненнуюповерхность раздела.

Затем, в 1953 г С. Миллер воспроизв л в колбе газовыйсостав первичной атмосферы Земли и при помощи электрических разрядов,имитирующих грозы, синтезировал в ней ряд органических соединений в том числеаминокислоты. Через некоторое время С. Фоксу удалось соединить последние вкороткие регулярные цепи осуществить безматричный синтез полипептидов подобные полипептидные цепи были потом реально найдены, среди прочей простойорганики, в метеоритном веществе.

Этим, собственно говоря, и исчерпываютсяреальные успехи, достигнутые в рамках концепции абиогенеза.В качестве альтернативыабиогенезу выступила концепция панспермии, связанная с именами таких выдающихсяуч ных, как Г. Гельмгольц, У. Томпсон, С. Аррениус, В. И. Вернадский. Этиисследователи полагали, что жизнь столь же вечна и повсеместна, как материя, изародыши е постоянно путешествуют по космосу Аррениус, в частности, доказалпут м расч тов принципиальную возможность

переноса бактериальных спор с планетына планету под действием давления света предполагалось также,что вещество Земли в момент е образования из газопылевого облака уже былоинфицировано входившим в состав последнего зародышами жизни . Концепцию панспермии обычно упрекают в том,что она не да т принципиального ответа на вопрос о путях происхожденияжизни и лишь отодвигает решение этой проблемы на неопредел нный срок. При этоммолчаливо подразумевается, что жизнь должна была произойти в некоторойконкретной точке

Вселенной и далее расселяться по космическому пространству подобно тому, как вновь возникшие виды животных и растений расселяются по Землеиз района своего происхождения в такой интерпретации гипотеза панспермиивыглядит по сути просто уходом от решения поставленной задачи. Однакодействительная суть этой концепции заключается вовсе не в романтическихмежпланетных странствиях зародышей жизни , а в том, что жизнь как таковаяпросто является одним из фундаментальных свойств материи,

и вопрос о происхождении жизни стоит в том же ряду, что и. Например, вопрос о происхождении гравитации . Однако все попытки обнаружить живые существа илиих ископаемые остатки вне Земли, и прежде всего в составе метеоритноговещества, так и не дали положительного результата. Это заставляет сделатьвывод, что панспермия, так же как абиогеноз, не да т удовлетворительного ответана вопрос о возникновении жизни на Земле.Реальный прорыв в этой областиобозначился лишь в последние 20-25

лет, и связан он был с приложением кпроблеме возникновения жизни теории самоорганизующихся систем. Самоорганизующейсяназывают такую систему, которая обладает способностью корректировать сво поведение на основе предшествующего опыта. Следует сразу оговорить, чтопри этом было строго показано, что рассмотрение процессов развитияпринципиально не возможно в рамках классической термодинамики.М. Эйген выдвинул концепциюобразования упорядоченных макромолекул из неупорядоченного вещества на основе

матричнойрепродукции и естественного отбора. Он начинает с того, что дарвинскийпринцип естественного отбора ЕО единственный понятный нам способсоздания новой информации. Если имеется система самовоспроизводящихсяединиц, которые строятся из материала, поступающего в ограниченномколичестве из единого источника, то в ней с неизбежностью возникает конкуренцияи, как е следствие, ЕО. Эволюционное поведение, управляемое ЕО, основано насамовоспроизведении с информационном шумом изменениями

. Наличие этих двухфизических свойств достаточно, что бы стало принципиально возможнымвозникновение системы с прогрессирующей степенью сложности.Итак, Эйгену всего-навсего осталось найти реальный класс химических реакций, компоненты которыхвели бы себя подобно дарвинским видам, т. е. обладали бы способностью отбираться и, соответственно, эволюционировать в сторону увеличения сложности организации.Именно таким свойством обладают нелинейные автокаталитические

цепи,названные им гиперциклами.Гиперциклы, одним изпростейших примеров которых является размножение РНК-содержащего вируса вбактериальной клетке, обладают рядом уникальных свойств, порождающих дарвинскоеповедение системы. Гиперцикл конкурирует с любойсамовоспроизводящейся единицей, не являющейся его членом. Он не может стабильнососуществовать и с другими гиперциклами, если только не объедин н с ними вавтокаталитический цикл следующего, более высокого порядка. Состоя из самостоятельныхсамовоспроизводящихся единиц, он обладает

и интегрирующими свойствами.Таким образом, гиперцикл объединяет эти единицы в систему, способную к согласованнойэволюции, где преимущества одного индивида могут использоваться всемие членами, прич м система как целое продолжает интенсивно конкурировать слюбой единицей иного состава.Эта концепция, в частности,вполне удовлетворительно описывает возникновение на основе взаимного катализасистемы нуклеиновая кислота-белок - решающие событие в процессе возникновенияжизни на

Земле. Вместе с тем сам Эйген подч ркивает, что в ходе реальнойэволюции гиперцикл вполне мог вымереть .Однако на процессвозникновения жизни можно посмотреть и с несколько иной позиции, небиохимической, а геохимической, как это делает, например, А. С. Раутиан. Мы ужеговорили о том, что с общепланетарной точки зрения жизнь это способ упорядоченияи стабилизации геохимических круговоротов откуда же бер тся самгеохимический круговорот?

Открытый космос холоден лишь на 4 0С теплее абсолютного нуля потому, что концентрациявещества в н м ничтожно мала, и зв здам простонечего нагревать по этой же самой причине Вселенная прозрачна, и мы видимнебесные светила. В то же время любая планета, будучи непрозрачной.Аккумулирует часть энергии, излучаемой центральным светилом, и нагревается,и тогда между нагретой планетой и холодным космосом возникает температурныйградиент

ТГ . Если планета обладает при этом достаточно подвижнойгазообразной или жидкой оболочкой, то ТГ с неизбежностью порождает в ней просто за сч т конвекции физико-химический круговорот. В этот круговорот снеизбежностью же вовлекается и тв рдая оболочка планеты, в результате чеговозникает глобальный геохимический цикл прообраз биосферы.Итак, движущей силойгеохимических круговоротов является в конечном сч те энергия центральногосветила в форме

ТГ. Поэтому элементарные геохимические циклы существуют вусловиях периодического падения поступающей в них энергии в те моменты, когдаони в результате вращения планеты оказываются на е теневой стороне, где ТГменьше. Эта ситуация должна порождать отбор круговоротов на стабильность,т. е. на их способность поддерживать собственную структуру. Наиболее жестабильными окажутся те круговороты, что научатся запасать энергию во времясветовой фазы цикла, с тем, чтобы расходовать е во время теневой.

Другимпараметром отбора круговоротов, очевидно, должно быть увеличение скоростиоборота вовлеч нного в них вещества здесь выигрывать будут те изкруговоротов, что обзаведутся наиболее эффективными катализаторами. Вконкретных условиях Земли такого рода преимущества будут иметь круговороты, чтопроисходят при участии высокомолекулярных соединений углерода.Итак, жизнь в форме химическойактивности означенных соединений оказывается стабилизатором и катализатором ужесуществующих на планете геохимических циклов циклы при

этом крутятся за сч твнешнего источника энергии. Это напоминает автокаталитическую систему,которая обладает потенциальной способностью к саморазвитию и прежде всего ксовершенствованию самих катализаторов-интермедиантов. Отсюда становитсяпонятным парадоксальный вывод, к которому независимо друг от друга приходилитакие исследователи, как Дж. Бернал и М. М. Камшилов жизнь как явлениедолжна предшествовать появлению живых существ. Министерство образования РоссийскойФедерацииСанкт-

Петербургский государственныйинженерно-экономический университет Происхождениежизни абиогенез и панспермия. Гиперцикл. Геохимический подход к проблеме .Работу выполнила Работу принял Туманова Анна Скобочкин гр. 311, II курс Виктор Ефимович Санкт-Петербург 2002