Происхождение жизни

Опарин Александр Иванович

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.

В индивидуальных коллоидных образованиях эти неорганические катализаторы стали сочетаться с различными органическими соединениями на сотни и тысячи ладов. Среди всех этих комбинаций в равной мере могли возникать как «удачные», увеличивавшие каталитическую активность соединения, так и «неудачные», понижавшие эту активность, а следовательно, и уменьшавшие общую динамичность всей системы. Но под воздействием внешней среды эти последние «неудачные» комбинации постоянно уничтожались, исчезали с лица Земли. Для дальнейшего развития оставались только такие комплексы, которые наиболее быстро, наиболее рационально выполняли свои функции.

В результате указанного эволюционного процесса те простейшие неорганические катализаторы, которые в растворе первичных органических веществ суммарно ускоряли целые группы сходных между собой реакций, в наших коллоидных образованиях были постепенно заменены все более и более сложными, но и более совершенными ферментными комплексами, не только обладающими колоссальной активностью, но и весьма специализированными, действующими лишь на отдельные определенные реакции. Легко понять, каше громадные преимущества создавало возникновение таких химических комплексов для общей организации процессов, совершавшихся в данном коллоидном образовании.

Конечно, эволюция ферментов могла здесь успешно протекать только в том случае, если параллельно с этим создавалась известная регулировка, известная согласованность отдельных ферментативных реакций между собой. Каждое существенное увеличение скорости той или иной реакции закреплялось в процессе эволюции только тогда, когда оно было прогрессивно с разбираемой точки зрения, если оно не нарушало динамической устойчивости всей системы, а, наоборот, способствовало большей внутренней упорядоченности в организации данного коллоидного образования.

В первично возникших коацерватных каплях эта координация между отдельными химическими реакциями была представлена еще сравнительно слабо. Притекавшие извне органические вещества и промежуточные продукты распада еще могли претерпевать здесь химические изменения в весьма разнообразных направлениях. Конечно, и беспорядочно идущие синтезы могли на первых стадиях развития коацерватов способствовать разрастанию организованного вещества. Но при этом характер организации вновь возникающих коллоидных участков все время менялся и был чрезвычайно подвержен риску распада, самоуничтожения. Наши коллоидные системы лишь тогда приобрели более или менее постоянную динамическую устойчивость, когда идущие в них синтезы координировались между собой, когда создавалась известная закономерная повторяемость этих синтезов, некоторый их ритм.