Происхождение жизни

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!

Такое увеличение каталитического действия достигается здесь особым специфическим строением ферментных белков, определенным, чрезвычайно совершенным сочетанием в них активных и активирующих группировок. Отдельные составные части ферментного комплекса обладают лишь слабым каталитическим действием. Исключительная мощь фермента создается только при строго определенном их сочетании. Совершенно ясно, что такое сочетание указанных группировок, какое мы находим в ферментах, и та чрезвычайно характерная для ферментов связь, которая существует между их химическим строением и физиологической функцией, могли образоваться только в результате постоянного совершенствования этих систем и приспособления их строения к тем функциям, которые они несут в данных условиях существования.

Многочисленные превращения органических веществ, протекавшие сперва в водном растворе, а затем в первичных коллоидных образованиях, совершались здесь сравнительно медленно. Ускорение отдельных реакций могло достигаться лишь благодаря действию неорганических катализаторов (например, солей кальция, железа, меди и т. д.), которые, конечно, присутствовали в водах первичного океана в довольно значительных количествах.