Можно спорить о том, где — в открытом океане, устьях рек, прудах или другом мелководье — были лучшие условия для эволюции жизни. Некоторые полагают, что соединения, участвовавшие в реакции, должны предварительно прилипать к поверхностям глины или минералов. Если все это происходило в открытом океане, то предварительно должна была образоваться капелька с оболочкой из масляной пленки. Она должна была иметь все составные части, включая способность к самовоспроизведению. Дальше такой организм должен был разрастаться с невероятной быстротой. Его размеры ограничиваются запасами пищи. На следующем этапе рост приостанавливается, пока один из таких организмов не наталкивается на способ производства собственной пищи с помощью хлорофилла, который основан на использовании солнечной энергии для фотосинтеза. Этот момент в эволюции жизни является решающим. С этого момента жизнь становится независимой от случайного синтеза углеводов в океане. Наступает период биологической эволюции с удивительным разнообразием видов растений и животных.
А.И. Опарин писал: «Должно быть понятно, что сколь бы недолговечным ни был организм и сколь элементарным он ни казался на первый взгляд, он, тем не менее, бесконечно сложнее, чем любой простой раствор органических веществ. Он обладает определенной динамически стабильной структурной организацией, которая основывается на гармонической комбинации строго координированных химических реакций. Было бы бессмысленным ожидать, что такая организация может случайно возникнуть за более или менее короткий промежуток времени из простых растворов или нерастворимых веществ».
Сложен не только человеческий организм, но и бактерии. Все они выполняют разные обязанности, что делает возможным существование их общества как единого целого. Ведь в ничтожной клетке имеется примерно 10 миллионов молекул. В организме человека примерно столько же клеток. Значит, для эволюции первой клетки, которая возникла из первичного бульона, потребовалось столько времени, как и для эволюции человека из одноклеточных организмов.
Если не считать, что жизнь развивалась по заранее заданному плану, то все должно было происходить (по Опарину) так. Вначале химические элементы должны были построиться в огромные молекулы, содержащие тысячи атомов. Затем эти молекулы должны были найти эффективные пути совместной работы, которая составляет сам процесс жизни. Механизм наследственности должен был развиваться прежде, чем появилась любая генетическая система. Было ли все это последовательностью случайных взаимодействий между атомами и молекулами? Конечно, нет! Структура больших молекул живого вещества не является совершенно случайной. Речь должна идти о молекулах белков, нуклеиновой кислоты, жиров и полисахаридов.
Белки — это важный, структурный материал всей живой природы. Будучи ферментами, они служат катализаторами, которые ускоряют химические реакции. Каждая молекула белка состоит из сотен аминокислотных звеньев, которые скреплены в цепочку. Эта цепочка обычно образует спираль. На этой спирали имеются перекладинки. Ими служат атомы водорода. Эти перекладинки сохраняют положение спирали в пространстве неизменным. В состав белков входят только 20 аминокислот. Их комбинации могут образовывать бесчисленные последовательности с различными функциями. Непрерывность жизни обеспечивают нуклеиновые кислоты. Дезоксирибонуклеи-новая кислота (ДНК) в ядре клетки является хранилищем программы, по которой функционирует клетка. Рибонуклеиновая кислота (РНК) — передаточным звеном. Она переносит информацию от ДНК к тем частям клетки, в которых образуются белки. В ходе этого процесса аминокислоты сцепляются друг с другом в соответствии со строением ДНК.
Что касается самих ДНК, то они представляют собой двойные спирали, наподобие винтовой лестницы огромной длины. Строение ее и состав строго определен. Так, белковые стороны этой лестницы состоят из единиц сахара и фосфатов, а перекладинки состоят из соединенных в пары пуринов и пиримидинов. В ДНК имеется только четыре пурина и пиримидина. Это аденин, цитодин, гуонсин и тимин. Именно они переносят информацию от ДНК. Что же касается РНК, то она состоит из тех же веществ, только вместо ти-мина в их состав входит урацил.
Запасом энергии служат жиры. Они принимают участие в образовании структуры клетки. Молекулы жиров состоят из скелета связанных друг с другом атомов углерода, на котором крепятся атомы кислорода и водорода. Полисахариды представляют собой цепочки молекул сахара. Эти молекулы накапливают сахар (так же, как и в крахмале) и в виде целлюлозы служат компонентой клеточных стенок. Молекула целлюлозы сложная и большая. Она состоит примерно из 200 глюкозных единиц. Полисахариды относятся к углеводородам.
Обратим внимание на то, что основными жизненно важными веществами являются водород, кислород, азот и углерод. И это не случайно. Именно эти элементы наиболее распространены во Вселенной. Углерод, водород и кислород входят в состав всех описанных молекул. Азот содержит только белки и нуклеиновые кислоты. Во многих белках содержится и сера. Фосфор является важной составляющей нуклеиновых кислот.
УСЛОВИЯ ДЛЯ ЖИЗНИ
О жизни во Вселенной во многом мы можем судить по жизни на Земле. Но мы должны рассмотреть и другие условия, при которых она возможна.
Ясно, что жизнь может существовать только при определенных физических и химических условиях. Биологические структуры и процессы требуют наличия определенных веществ в окружающей среде. Эти процессы могут протекать только при определенных температурах (от и до).
Что касается земной жизни, то в ее основе лежат углерод и вода. Углерод является главным связующим звеном больших молекул живой материи. Вода же является растворителем. Химические реакции протекают только благодаря растворителю, то есть воде. Поэтому живые существа в среднем состоят на 70 % из кислорода, на 18 % из углерода и на 10,5 % из водорода. Это по весу. Далее по весу следует азот. Но кроме этого в живом организме есть и второстепенные биофильные элементы. Это легкие щелочные металлы — натрий, калий и кальций, галогены — фтор, хлор и йод, неметаллы — кремний, сера и фосфор, тяжелые металлы — железо и магний. Важную роль в ряде биологических процессов играют ванадий, медь и молибден, а также и некоторые другие металлы и неметаллы. Но они не характерны для жизни в целом. В сущности, для структуры белков совершенно необходим только азот, для нуклеиновых кислот нужны азот и фосфор. Другие биофильные элементы не только присутствуют в специальных тканях организма, но и выполняют роль катализаторов и являются посредниками в протекающих в организме реакциях.
Так, железо выполняет роль каталитического элемента в порфирированной молекуле г емина крови позвоночных. У некоторых морских организмов железо заменено ванадием. У членистоног их его роль выполняет медь. В другом порфирине-хлорофилле сходные функции выполняет магний, но он тоже может быть заменен другим металлом. Для осу-ществления процесса пищеварения практически подходит лю-бой агент. Важно только одно — чтобы он был способен разрывать связи в органических молекулах, поскольку в данном случае речь идет о реакциях гидролиза. В этих реакциях должны также восстанавливаться молекулы воды, которые были потеряны при поликонденсации. Скелет живого организма может состоять из различных элементов. Так, он не обязательно должен быть кальциевым. Он может состоять, например, и из кремния или другого (но не любого) эле-мента. А вот у членистоногих скелет состоит из хитина.