Как возникла молекула жизни. Часть 3.
Природа может построить книгу со 700-ами миллиардами листов и что-то в ней записать (амёба) и может построить книгу с 3-мя миллиардами листов и записать в них на много больше информации (человек). Вопрос только в том – когда она пишет текст в книге. Собирает ли книгу с уже заполненными листами, заполняет ли книгу сразу после сборки или заполняет ее по мере поступления информации, то есть эволюционным путем.
Конечно, до заполнения книги нам еще далеко, нам еще хотя бы ее подшить. Каждое естественное изменение в одной молекуле запоминается соответствующими изменениями энергетических полей в других молекулах. Это тончайший механизм, здесь работают фотоны индивидуально и их действия можно запоминать. Они ничего лишнего вокруг не разрушают и не перестраивают. А что можно запомнить в лабораторном построении молекулы? Массированные потоки все возможных фотонов, которые почти угаданным путем катализировали требуемую нам связь, зато почти все разрушили вокруг, образовав пустыню. Обычно в пробирке много больше лишнего, чем в природе. Лишнее создает ложный свет, уводя реакции с требуемого направления, или разваливает требуемые связи.
Синтезированной таким образом молекуле очень сложно или вообще невозможно реплицироваться, у нее разрушены хиральные узлы и она не способна узнавать требуемые основания для осуществления транскрипции, не может синтезировать белки для своего обслуживания и строительства клетки. Ее части не могут находиться в динамическом равновесии, т.е. излучать фотоны определенной энергии. В общем, это мертвая молекула. Она не устойчива и легко распадается. Но это происходит, потому что мы не можем, точнее пока нам не удается, найти требуемое количество элементов с необходимыми свойствами для осуществления синтеза молекулы. Кроме того мы не можем создать требуемых внешних условий, то есть необходимого потока энергии для осуществления синтеза. А эти потоки и следует искать, с этим согласны многие исследователи:
“Силлен и Руттен и предложили главное: сменить познавательную установку - не уповать на последовательность исчезающе редких удач, а выяснить, при каких условиях нужные реакции могут протекать и были ли такие условия на молодой Земле. Нужным условиям удовлетворил не "бульон", а поток. В нем может идти любой синтез, если его продукт уносится (или еще как-то предохраняется) от распада (Руттен М. Происхождение жизни (естественным путем). М., 1973, с. 297)”.
“Но как это могло достигаться? Первый шаг к ответу находим в книге московского химика А.П. Руденко "Теория развития открытых каталитических систем" (М., 1969), где показано: в потоке веществ и энергии возможно саморазвитие, причем сам собою развивается не продукт, а катализатор. Оказывается, активность катализаторов может повышаться в ходе их работы, и поток веществ преимущественно перерабатывается этими, улучшенными катализаторами. Более активные катализаторы образуются вполне понятным путем - за счет их "избирательного отравления", т.е. сужения спектра ускоряемых реакций. Теперь катализатор становится как бы узким, но ценным специалистом, и прежние катализаторы как бы вытесняются новыми из процессов переработки веществ потока”.
Все это верные и дельные мысли, только зачем противопоставлять "бульон" потоку. Потоки фотонов и элементов из Земли, из среды, окружающей Землю, попадают в этот "бульон" и катализируют какие-то исходные элементы и образования. Например, АТФ, который может присутствовать в первичной среде. Это и есть узкий и ценный специалист. Он может генерировать как минимум два различных потока фотонов, так любимой всеми энергии. Плохо то, что за словом “энергия”, почти никогда не возникает понятие ее дифференциации. Такая же ситуация в макромире: мы платим не за энергию, а за ее количество. Плата получается различной по качеству. Можно заплатить 10 рублей, а можно и 1000 рублей.
Фотон (количество энергии) тем и хорош, что он индивидуален. В нем может быть различное количество кусочков энергии (квантов). Даже в одной и той же частоте, например, в красном излучении, имеющим длину волны 740 нм, может быть множество различных потоков фотонов. Это значит, что на расстоянии в 740 нм друг от друга могут двигаться различные группы фотонов. Могут лететь одиночные кванты, могут лететь фотоны из 7-и квантов, из 555-и и т.п. Это мы наблюдаем собственными глазами в виде насыщенности цвета.
В этом и заключается сложность поиска требуемого катализатора. От качества фотона зависит качество ковалентной связи. Мы видим алмаз, самое твердое вещество, им можно продавить металл и от него не отделится ни один атом, но металлом легко разбить алмаз. Так происходит потому, что при медленном и быстром воздействии на кристалл генерируются различные потоки фотонов. Одна мощность фотонов разрушает алмаз, а другая нет.
Точно так же качество фотонов влияет на качество связей в синтезируемой молекуле и в элементах, входящих в состав молекулы. Выше мы рассматривали пример со сборкой двигателя. Если в двигателе не правильно закрутить гайки подшипников или неверно ее зашплинтовать, то может оказаться, что коленчатый вал, либо нельзя провернуть, либо он будет болтаться в своих гнездах. В первом случае никакой стартер не сможет провернуть вал и запустить двигатель, а если и удастся запустить двигатель, то подшипники задерутся и двигатель выйдет из строя. Во втором случае двигатель застучит и тоже, в конце концов, развалится. Но если разобрать двигатель с неверными связями и двигатель, сделанный нормально, то увидим, что детали при внешнем осмотре одинаковые или вообще одинаковые. Например, в газораспределительном механизме или в системе зажигания детали могут быть абсолютно одинаковыми, но чуть сдвинутые по фазе и двигатель становится не работоспособным. В каждом из этих случаев связь между деталями должна быть в какой-то средней точке по качеству, допускающей регулировку в ту и другую сторону. Если связь предельная, то система будет не только худшего качества в целом, но будет менее устойчива, и при определенных условиях будет выходить из строя, чего не произошло бы при оптимальной системе связей.
Аминокислоты могут создавать один из потоков, который позволяет осуществлять реакции между азотистыми основаниями и сахаром. Чайковский пишет:
“Можно уверенно сказать, что "жизненный порыв" на молекулярном уровне получил, наконец, первое описание - в форме структурной энергии (структурная энергия это не что иное, как квантовая начинка молекул, прим. авт.), создающей самые малые ДС организма (постоянно заменяемые "батарейки", (возбужденное состояние молекулы, прим. авт.). Можно сказать и иначе: структурная энергия обеспечила появление в природе новой, биологической, формы сродства (резонансное взаимодействие электронов и через это молекул – гравитация, прим. авт.). Видимо, именно им объясняется способность молекул к "симбиозу".
Сказанное приводит к выводу, что момент перехода неживого в живое (так сказать, химии в биохимию) состоит, кроме всего, о чем говорилось у Бернала (п. 4), в появлении нового пути синтеза нужных молекул - того пути, на котором они получаются нужным образом возбужденными и организованными в молекулярные ансамбли. Эти ансамбли обнаруживают себя тем, что излучают синхнонно, как лазер, и очень важно, что их можно наблюдать в неживой системе, в растворе аминокислот
Воейков приводит данные своих опытов: растворы аминокислот проявляют свойства ансамблей - вместе вступают в реакции полимеризации, синхронно излучают. Тем, кто решит разобраться в этом детально, Воейков в упомянутой статье предлагает обратиться к его экспериментальным работам (Биофизика, 1995, N 6; Биоорганическая химия, 1996, N 1).
Раствор выглядит живым, но с важным ограничениями: образующийся полимер неустойчив и вне активного раствора быстро распадается, а реакция полимеризации сама собой затухает через несколько часов. Живая система, наоборот, умеет сама себя сохранять. Можно сказать, что в растворе аминокислот возникает не сама жизнь, но некое "поле жизни" полимера, в пределах которого идет полимеризация. Так или иначе, еще на шаг сузился круг неведомого, очерченный в книжке Компаниченко. Замечательно, что виталист Воейков, начав с того тезиса, что жизнь - первичное понятие, ни из чего не выводимое, пришел к иному - к модели, позволяющей вывести из неживого разбираемое им свойство жизни”.
Воейков верно понял или прочел это у Ленина, что жизнь это гносеологическое самое широкое понятие и его ничем нельзя определить. Его можно определять и изучать только фрагментарно.
Разговоры о том, что такое жизнь, ведутся непрерывно во все время существования человечества, и ни к какому окончательному результату не приводятся. И все потому, что определение жизни невозможно дать принципиально. Это гносеологическое понятие. Это особо организованная материя, а по поводу материи следует обращаться к классикам марксизма.
В опытах Анатолия Альтштейна получены потоки, которые верны по направлению. Триплеты получаются соответствующие данной аминокислоте, связи в триплетах по форме верные, но их качество, похоже, не совместимо с требованиями живой материи. Они оказываются либо слишком слабыми, либо слишком сильными, то есть выходящими за пределы саморегулировки.
Вполне, возможно, что такой метод синтеза молекулы ДНК осуществлялся в природе, и он работоспособен при клеточном строении. То, что аминокислоты должны (точнее не должны, а так получается) каким-то образом катализировать синтез ДНК, сомневаться бесполезно, без этого, как было сказано выше, невозможно замкнуть жизненный цикл по белку, и никакая модификация организма без этого не происходит. Можно только дискуссировать верный указали мы путь или нет. Один из путей катализа данной реакции аминокислотами показывают опыты Анатолия Альтштейна.
Можно предположить, что в строении этих молекул участвовали не только аминокислоты, но и некоторые другие ферменты. То есть реакция могла происходить в желательном нам направлении и без аминокислот. Так как в природе существует всего 64 комбинации триплетов и, примерно, 20 из них приемлемы для нас, то получается, что верный синтез будет происходить с вероятностью 1/3, что слишком далеко от вероятности даже 10-12. А если учесть, что в синтезе участвует каким-то образом аминокислота, то вероятность синтеза верных кодирующих триплетов значительно повышается.
Такие правильные триплеты в первобытном бульоне синтезировались вперемежку с триплетами, которые ничего не кодировали. А поскольку этих триплетов было очень много, то вероятность того, что некоторые кодирующие триплеты составляли различные по длине и месту расположения в молекуле экзонные участки, была достаточно велика. Интронные и экзонные участки молекулы шли в случайном порядке и по размерам и по положению. Нельзя отрицать того что, если мы сбросим разобранный роман Толстого c какого-то этажа, то вероятность того, что сложатся некоторые верные слова, а может быть и фразы или их фрагменты, довольно высока. А в романе около 30 букв и около 5000 слов. В молекуле 4 буквы и 20 слов.
Какой длины и какого состава были начальные молекулы можно только предполагать. Синтез молекул мог прекращаться, например, когда исчерпывался тот или иной ресурс. А это могло происходить почти мгновенно, если молекулы могли запускаться на репликацию. Но пока этого не случилось, строительный материал и управляющие ферменты были в наличии, молекулы могли синтезироваться и распадаться. Например, если синтез ферментировали аминокислоты, и вдруг их стало недоставать, допустим, все были заняты в других реакциях, то синтез мог остановиться или переключиться на другой катализатор. С другим катализатором синтез может оказаться более сложным. Возникает соблазн этим явлением объяснить появление в конце каждого гена стоп-кодонов. По каким-то причинам именно такие последовательности вероятно легче всего вступают в реакцию с цепочкой нуклеотидов. Такая же ситуация возникает и при вступлении в процесс катализа аминокислоты. Легче всего построить аминокислоте ТАТА-бокс. Есть исследования, в которых говорится, что синтез белка начинается всегда с одной и той же аминокислоты, которая затем «отстригается». Это значит, что данная комбинация нуклеотидов легче всех воспроизводима. Так же поступал и Альтштейн. Он для синтеза прогенов выбирал определенные нуклеотиды и, соответственно, аминокислоты.
После исчезновения условий для роста молекул и отсутствия условий репликации эти молекулы обладающие связями 3'-концов и 5'-концов могли составить полноценную ДНК. Так была получена молекула сине-зеленых водорослей примерно 3.5 миллиардов лет назад.
Выводы из выше изложенного можно сделать такие. В те далекие времена (а может быть и в нынешнее время) в каком-то месте или местах были собраны простые исходные элементы (вода, метан, углекислый газ, азот и другие). Из этих элементов были при помощи электрических разрядов, тепла, ультрафиолета и других воздействий синтезированы простые вещества: сахара, аминокислоты, азотистые основания, жирные кислоты и тому подобное. Далее из этих элементов образовались нуклеотиды, которые полимеризировались в длинные полинуклеотидные цепи.
Почему же при современном уровне науки мы не можем воспроизвести в лабораторных условиях события, случившиеся и, возможно, случающиеся сейчас в природных условиях? Как отмечалось выше, мы, возможно, не полно или избыточно учитываем наличие тех или иных элементов, присутствующих при синтезе молекулы. Неверно учитываем потоки энергии.
Самими важными первичными потоками энергии (фотонов) являются потоки из Земли, атмосферы и Солнца.
С потоками энергии от Солнца разобрались более-менее верно – от него мы получаем ультрафиолетовые и тепловые фотоны. Можно предположить, что эти потоки не слишком сильно изменились за 3.5 миллиарда лет.
С потоками из Земли несколько сложнее. Мы полагаем, что Земля снабжает нас теплом, и еще что-то непонятное, может быть, из нее исходит, и на этом наша душа успокаивается. Но дело в том, что тепло теплу рознь. Мы разогреваем в микроволновке суп, потому что там образуется тепло. Конечно, можно сказать, что микроволновое излучение колеблет или вертит в нашем супе молекулы, которые и генерируют тепловые фотоны. Все это верно, но молекулы нашего супа и без микроволновой энергии не дремали, а все-таки шевелились, чем и генерировали определенный поток фотонов. Но, не смотря на то, что фотоны в том и другом случае имели одинаковую модулирующую их частоту, все, же они обладали различной мощностью в периодах следования. Наука полагает, что в период молодости Земли ее внутренне наполнение было ближе к поверхности и, возможно, это наполнение поставляло на поверхность Земли другое качество потоков. Не верится, что земная кора не влияет как-то на потоки энергии, исходящие из недр Земли. То, что потоки энергии из недр Земли воздействуют на процесс появления живых форм, явно свидетельствует наличие черных курильщиков. Оказывается, что не нужно ни Солнце в явном виде, ни атмосфера, чтобы возникла живая форма материи. Конечно, потоки Земли можно было бы смоделировать при помощи ферментов, если бы мы знали качество этих потоков. К величайшему огорчению мы не умеем измерять качество потока. Нам, наверное, проще расконсервировать Кольскую скважину глубокого бурения и там производить эксперименты.
С потоками энергии из атмосферных явлений то же не все понятно. Нам, кажется, что мы все знаем о грозовых разрядах. Уже давно Илья не метает в небе никаких стрел и не громыхает своей повозкой. Для нас это электрические разряды между облаками, между облаками и Землей. Как нам кажется, мы можем даже моделировать молнии. Используем их в практических целях - во многих случаях для поджигания чего-нибудь или нашли еще более удачное применение в различных электрошокерах. Но вряд ли спектр молнии и спектр разряда между электродами совпадают в полной мере. Невооруженным взглядом видно, что в молнии много больше красного, нежели в искре свечи зажигания. Кроме того мы не знаем точного состава тогдашней среды, а если она отличается от среды в модели, то разряды в модели будут генерировать спектр фотонов отличный от того, который был в то время.
Отсутствие хотя бы одного вида требуемых фотонов не даст возможности осуществиться синтезу молекулы. Будем надеяться, что когда-нибудь нам удастся построить модель с точными параметрами условий, требуемых для зарождения жизни, и таким образом получим живое существо.
