Поделиться
Главный вопрос, который природа задала человеку: как возникла жизнь? И сегодня, несмотря на колоссальные успехи молекулярной биологии, эта тайна так и остается нераскрытой. В школьных учебниках она по-прежнему представлена теорией академика Опарина, которой уже около полувека. Хорошо еще, что канула в Лету марксистская теория Ольги Лепешинской, которая умудрялась открывать "самозародившиеся" клетки в прокипяченном настое обычного сена. Поэтому неудивителен тот интерес, который сейчас вызывает в научных кругах гипотеза академика Валентина Пармона.
Вообще-то происхождение жизни, что называется, не его основная тема. Валентин Николаевич возглавляет Институт катализа Сибирского отделения РАН, который создает новые химические технологии, и прежде всего для нефтепереработки. Напомним: особенность каталитических реакций в том, что они протекают в присутствии специальных веществ, катализаторов, изменяющих скорость реакции.
Сегодня этот институт - один из наиболее преуспевающих. Казалось бы, работай по заказам "нефтянки" и живи без особых забот. Но говорят, что настоящий ученый не может не думать о вечных проблемах. Идея о том, что в происхождении жизни не обошлось без катализа, пришла химику Валентину Пармону давно. А сегодня она воплотилась в большой проект, в котором участвуют специалисты сразу восьми институтов - химики, биологи, физики, геологи, механики, математики.
- Мы рассматриваем две основные гипотезы этапов зарождения жизни, - рассказывает Валентин Николаевич. - Первая о том, как сформировалась сама наша Земля. До сих пор считалось, что планеты образовались из газопылевых облаков. Однако недавно обратили внимание, что такое облако, которое вращалось вокруг протосолнца, на самом деле являлось гигантским каталитическим реактором. В нем существовали требуемые для катализа элементы - соединения железа, никеля и кремния, а также необходимые реагенты - водород, угарный газ и т. д. Компьютерные модели, построенные математиками, показали: решающую роль при формировании планет играл именно катализ. Если такие реакции не шли, то частицы облачной пыли "не слипались" в планеты. А вот катализ стимулировал быструю конгломерацию за счет полученных органических молекул. В итоге образовалась протопланета. Причем характеристики космического каталитического реактора - давление, состав газов, катализаторы - очень близки к тем, с чем сегодня работают химики.
Но от простого органического соединения - того же метана до ДНК и белков - дистанция огромного размера. Как же почти из ничего возникло все? Согласно традиционным представлениям жизнь зародилась в водоемах Земли, в так называемом пребиотическом бульоне, где плавали нуклеотиды и аминокислоты. Из них и образовались нуклеиновые кислоты и белки - основа всего живого. Но дело в том, что молекула ДНК не могла бы случайно синтезироваться даже за все время существования Земли - пять миллиардов лет. Точно так же, как все обезьяны планеты, усаженные за пишущие машинки, никогда не напечатают шекспировского Гамлета.
К тому же неясно, откуда взялся этот весьма "жирный" бульон. Кто его сварил? Не решают проблему и теории внеземного происхождения жизни. Если даже ее "семена" - ДНК и РНК - занесены на Землю из космоса, то там-то они откуда взялись?
Сибирские химики считают, что ближе всего к живой материи находятся так называемые автокаталитические системы. Поясним: при автокатализе продукт реакции является для нее же катализатором, то есть ускорителем.
- Такие реакции обладают одним удивительным свойством, - объясняет Валентин Пармон. - Они идут, только если количество исходного вещества превышает некий критический порог. Причем он свой для каждого автокатализатора.
А теперь самое интересное. Представим, что сразу несколько автокатализаторов участвуют в реакции с исходным веществом, причем его количество постепенно уменьшается. Тогда первыми начнут исчезать те автокатализаторы, для которых "пищевой" порог достигает минимума. Это явление очень похоже на естественный отбор в биологических популяциях.
Но для эволюции одного отбора мало. Еще требуется изменчивость, то есть мутации. Возможны ли они в химии? Раньше такой вопрос мог показаться абсурдным. Сегодня он актуален. Известна как минимум одна автокаталитическая реакция, где происходят такие случайные изменения. Ее еще более 140 лет назад открыл выдающийся химик Александр Бутлеров. В реакции, названной его именем, из простого вещества - формальдегида - синтезируются молекулы сахаров. Катализаторами служат ионы кальция или магния. До сих пор химики не умеют управлять этой капризной реакцией - на выходе всегда получается случайный набор сахаров. А это уже аналог мутаций в биологии. По сути возникает система, способная к эволюции.
- Знаете, что лежит в основе главных молекул жизни - РНК и ДНК? - спрашивает Пармон. - Сахара! Они же являются важнейшими компонентами АТФ - основного переносчика энергии в клетках. Можно сказать, что именно реакция Бутлерова могла стать первым этапом зарождения жизни на Земле. Более того, другой формы жизни при этом просто не может возникнуть. Что же касается исходного вещества для такой реакции - формальдегида - то его на протоземле было довольно много. Он синтезируется в атмосфере при грозе, вулканической деятельности и т. п.
Итак, согласно гипотезе Пармона, естественный отбор мог начаться и без участия РНК и ДНК, на уровне относительно простых молекул. Кроме того, пребиотический бульон был вовсе не "жирным", а, напротив, "тощим". Только в этом случае в нем шла здоровая конкуренция автокатализаторов за "пищу".
Что же такое жизнь с точки зрения химика? Вот формулировка, которая, не исключено, войдет в школьные учебники: это форма существования автокатализаторов, способных к химическим мутациям и претерпевших длительную эволюцию за счет естественного отбора.