Техника - молодёжи 1986-09, страница 24

«ТРУДНАЯ ЖИЗНЬ» БИОМОЛЕКУЛ.

Но на чем основано утверждение, что формирование хирально чистого состояния среды предшествовало этапу возникновения протонуклеиновых кислот и протоферментов — молекулярной основы живого? Иными словами, какова связь между возникновением хирально чистой среды и «стартовым выстрелом» к появлению самореплицирующихся (то есть самовоспроизводящихся) структур?

Прежде чем ответить на этот вопрос, напомним о том, что известно о механизме саморепликации.

Для хранения и передачи информации о строении и развитии организмов природа создала нуклеиновые кислоты — две молекулярные нити, соединенные между собой и скрученные в спираль — ДНК (подробнее о ее свойствах можно узнать из увлекательной книжки М. Д. Франк-Каменецкого «Самая главная молекула», недавно вышедшей в серии «Библиотечка «Кванта»). Молекула-нить состоит из многих тысяч нуклеотидов, каждый из которых содержит по молекуле сахара (дезоксирибо-за), а также фосфатную группу и одно из азотистых оснований. Азотистых оснований известно четыре: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц). Нуклеотиды в цепочку между собой соединяют сахара. В свою очередь, азотистые основания заплетают эти цепоч

ки в двойную спираль Причем аденин одной «стыкуется» только с тимином другой (А — Т), а гуанин — только с цитозином (Г—Ц).

Когда клетке приходит время делиться (самовоспроизводиться), «косичку» ДНК расплетают специальные ферменты, а затем на каждой нити с помощью других ферментов по правилу комплементарное™ собирается дополняющая ее до целой ДНК другая нить, образуя устойчивые связи (А — Т, Г — Ц).

В результате достройки возникают две идентичные молекулы ДНК, одна остается в «материнской» клетке, а другая — в «дочерней». Так (конечно, крайне упрощенно) происходит процесс саморепликации, лежащий в основе развития и функционирования любого организма. И комплементарность играет здесь ключевую роль.

Как видим, аппарат хранения и передачи биологической информации устроен весьма сложно — для его функционирования необходим, кроме самой ДНК, еще вполне определенный набор ферментов. Вот почему еще совсем недавно считалось, что самореплицирующиеся молекулярные структуры должны были — сразу! — возникнуть из протонуклеиновых кислот и протоферментов как структуры весьма сложные. Таким образом, предполагалось, что и на самых ранних этапах эволюции, когда происходил переход к собственно

живым системам, механизм саморепликации был фактически таким же, что и в современных организмах. Ну, может быть, несколько попроще. Но как на ранних этапах предбиологической эволюции мог возникнуть столь невероятно сложный «механизм»? Легче предположить, что, встряхнув ящик с насыпанными в него радиодеталями и электронно-лучевой трубкой, удастся собрать работающий телевизор, нежели самопроизвольно станет действовать «молекулярная машина» саморепликации...

В 1981 году было сделано открытие, значимость которого для построения модели жизни трудно переоценить. Американский биохимик Т. Сеи обнаружил, что РНК, эта ближайшая «родственница» ДНК, которая состоит лишь из одной нити и содержит не дезокси-рибозу и тимин, а рибозу и урацил (комплементарный аденину), способна к саморепликации без участия ферментов! Она сама катализирует образование комплементарной нити — реплики. Значит, в определенных условиях необходимость в сложном аппарате саморепликации отпадает. Выходит, этот процесс в лагунах первобытного океана мог идти и без участия ферментов. И сейчас все больше ученых склоняется к тому, что именно РНК (а вернее, ее предшественники — цепочки поли-нуклеотидов) и были первичными само-

ПРОБЛЕМА ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ

С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ФИЗИКИ

Виталий ГОЛЬДАНСКИЙ,

академик, лауреат Ленинской премии

Редакция «ТМ» попросила меня написать своего рода дополнение к публикуемой в этом номере журнала статье В. В. Кузьмина, посвященной проблеме происхождения жизни. Следует отметить, что в последние годы эта проблема, имеющая не только чисто научное, но и большое мировоззренческое значение, переживает период нового подъема. Ее современное состояние можно охарактеризовать как этап переосмысления традиционных представлений о том, где и когда возникла жизнь, о тех условиях, которые необходимы для перехода от неживой материи к живой.

Геологи, физики, химики все пристальнее вглядываются в самые ранние этапы истории Земли, когда складывались предпосылки для возникновения жизни. Вновь серьезно обсуждаются (и экспериментально моделируются) условия образования сложных органи

ческих соединений, вплоть до полимеров, в космосе, в темных газопылевых межзвездных облаках, в ядрах комет.

Особое место в проблеме происхождения жизни занимают два вопроса — о возникновении хиральной чистоты биомолекул и появлении самовоспроизводящихся молекулярных систем. Эти два свойства коренным образом отличают живую материю от неживой. Исследования, выполненные в последние годы, показали, что они теснейшим образом связаны: без хиральной чистоты предбиологической среды в ней не могли появиться самовоспроизводящиеся структуры.

О физико-философской стороне этих проблем и, в частности, о проблеме возникновения хиральной чистоты, мне приходилось писать неоднократно (см., например, журнал «Коммунист» № 1 за 1986 год), поэтому я не буду останавливаться на ней. Тем более что в статье В. В. Кузьмина об этом рассказывается подробно. Скажу только, что эта интереснейшая проблема важна для понимания не только происхождения жизни, но и ряда медико-биологических и экологических вопросов.

Особую актуальность обретает проблема поддержания хиральной чистоты современной биосферы. Игнорирование роли дополнительных рацемизиру-ющих воздействий, создаваемых современной цивилизацией, может привести к, мягко говоря, крайне нежелательным последствиям.

Эволюция не снабдила организмы (за ненадобностью) средствами борьбы с «неприродными» соединениями — ведь биосфера хирально чиста. Дело не ограничивается тем, что такие соединения просто не усваиваются организмом,— «неприродные» изомеры могут нарушать нормальное функционирование органов и тканей. Этот вопрос требует пристального внимания ученых различных специальностей, особенно в наш век бурно развивающихся новых технологий.

В условиях нагнетания политической напряженности и раскручивания гонки вооружений особую опасность могут представить сверхмощные дополнительные рацемизирующие воздействия средств массового уничтожения. Резкое повышение уровня смертности, гибель животных и растений в условиях

22