Различие в трактовке первичного в возникновении биологического организма

1. химические субстратные процессы (Руденко – автокаталитические, Эйген – гиперциклы);

2. взаимодействие – в чем, в каких направлениях, в какого типа движении проявляется жизнь.

В их ряду стоит отметить концепцию А.П. Руденко об эволюционном катализе, гипотезу о гиперциклах М. Эйгена и теорию диссипативных структур. Их основная идея в том, что самоорганизация существует, развивается во времени и пространстве не в виде какой-то структуры, а в виде процесса. В простейшем случае – это химическая реакция, например у Руденко такая реакция называется базисной. В ходе такой реакции порождаются продукты, оказывающиеся катализаторами для последующей аналогичной или какой-то иной реакции. Продукт последней реакции становится катализатором начальной, таким образом, цепь замыкается. Реакционная зона оказывается открытой системой: в нее втягиваются исходные вещества и энергии, и из нее выбрасываются переработанные продукты реакции и тепло. Сама зона приобретает черты пространственно-временной обособленности. Реакционная зона может структурироваться, все более удлиняя цепь реакции. Именно такой самоорганизующийся континуум и может оказаться объектом действия естественного отбора. Под его давлением этот «реактор» усложняется, увеличивая количество катализаторов и совершенствуя их качество. Затем, когда цепь реакции внутри континуума достаточно усложнится, неизбежно должен произойти его переход в новое качество. Из крайне неустойчивой во времени и пространстве структуры этот континуум превращается в обособленное образование типа простейшей «протоклетки». Интересно, что появление полимеров в качестве катализаторов, а в дальнейшем и матриц, уже понимается как результат последующей эволюции открытых каталитических систем. Одновременно и возникновение генетического кода из первопричины жизненных процессов низводится до средства, пусть и очень сильного, позволяющего расширить возможности развития. А сами жизненные процессы, по Руденко, начинаются с момента, когда каталитические системы обретают возможность делиться в пространстве. В данной модели реакционная среда выступает основным претендентом на роль промежуточного звена между живым и неживым. Его главная черта – отсутствие жесткой структуры. Это просто «сгусток» реакции, место протекания которых в пространстве лишь слегка выделяется из его общего фона. Такая «горячая точка» получается очень неустойчивой: стоит кончится какому-то звену, скажем, одному из промежуточных катализаторов, как все сразу же рассеется в «холодной среде».
Руденко показал, что, опираясь только на вероятностно-статистический подход, нельзя объяснить переход от химической эволюции в биологическую. Согласно его позиции, надо искать динамические законы, ими могут быть либо каузальные законы, либо телеология. Он предлагает поиск изменения философских оснований, позволяющих объединить выделенные Руденко актуалистический и естественноисторический подход.

Ограниченность Руденко:

а) выделен только химический аспект. Проблема происхождения жизни не может быть решена без объяснения круговорота в предбиологических системах. Экологический аспект, развитый Вернадским В.И.:

- представление об общей направленности миграции биогенных элементов среды к максимуму, активное вовлечение в жизненные процессы неживой материи;

- эволюционный процесс жизни идет в направлении увеличения max миграции атомов; ускорение темпов миграции элементов;
- в каждое геологическое время формы жизни в максимуме.

Существуют потоки биогенных веществ и энергий, в основе их – развитие биосферы как единого. Развитие биосферы находится между способностью организма к воспроизводству и средой. Таким образом, основной вопрос происхождения жизни – происхождение экосистемы.
К настоящему времени в результате исследований по проблеме происхождения жизни и смежным вопросам наукой накоплен колоссальный фактический материал. Однако вопрос перехода от пробионтов к простейшим живым системам, связанный с возникновением наследственного кода и белоксинтезирующего аппарата, – наиболее сложный в проблеме происхождения жизни.

Не исключено, что в эволюционном прошлом попыток создания кода было несколько, но уцелела одна, самая современная. М. Эйген в одной из работ отмечал, что наш код «далек от случайного, и невольно приходит в голову мысль, что здесь «сработал» какой-то оптимизационный принцип». В качестве такого оптимизатора мог выступать естественный отбор. Современный аппарат передачи наследственности у организмов не мог сложиться иначе, чем путем многоэтапной молекулярной эволюции, имевшей свои ошибки и тупики. Первыми самокопирующимися единицами, были, вероятно, короткие цепи нуклеиновых кислот. Они, как и современные ДНК, вполне способны размножаться вне всякой связи с живым организмом.

Как появились на земле первые нуклеотидные матрицы? Современная наука обращает внимание на информационные свойства ряда минералов, составляющих горные породы (базальты, глины, песок, вулканическое стекло, пепел). На поверхностях этих минералов в силу чисто геохимических закономерностей, без всякого участия живого, может осуществляться синтез аминокислот на основе минералогического кода. Ученые предполагают, что информация, ставшая, в конце концов генетической, развивалась по цепи: геохимические процессы – минералобразование – автокатализ (или эволюционный катализ). Тогда и роль информационной матрицы в предбиологической эволюции могла бы постепенно передаваться от катализаторов к РНК, а затем и к ДНК. ДНК в силу своей устойчивости к повреждениям оказались наиболее надежными для выполнения функции передачи наследственности.

Сложность исследования возможных путей перехода от предбиологических систем к простейшим биологическим живым системам связана с отсутствием объекта исследования и невозможностью его существования на Земле в настоящее время. И это обусловлено не только тем, что жизнь, возникнув, уничтожила по мере своего развития условия, необходимые для ее возникновения. Пробионты, а затем и организмы являются продуктами последовательности событий во времени. Их временной характер выражается в том, что предшественники настоящего не могут существовать в данное время и, следовательно, не могут быть объектом экспериментальных исследований. Для естествознания остается пытаться лишь логически воссоздать возможную цепь событий на основе анализа современных представителей живого, находящихся на разных уровнях организации (сравнительно-эволюционный подход), изучать сохранившиеся следы прошлого (палеонтология), создавать гипотетические модели прошлого и исследовать их (экспериментальный подход), опираясь в своих рассуждениях на фундаментальные физико-химические законы.
Тем не менее, вместо многих сложных вопросов, волновавших исследователей происхождения жизни ранее, в настоящее время проблема практически свелась к одному вопросу – возникновению простейших самореплицирующихся систем, то есть систем, которые способны к «саморазмножению» за счет использования компонентов окружающей среды. Даже отказавшись от второй части этого вопроса, как такая система могла возникнуть на добиологической Земле, что также очень важно для решения проблемы, – мы и то не можем в настоящее время искусственно создать такую химическую систему. Как правило, во всех матричных синтезах удается получить полимер, образующий достаточное прочный комплекс с исходной полимерной молекулой (матрицей), и на этом синтез кончается. Дальнейшие поиски в этом направлении могут, по всей видимости, привести к успеху.

 

Современное понимание сущности живого.

На основании вышесказанного, возможно такое определение жизни: «Живое – дискретные, молекулярные, термодинамические открытые системы или комплексы систем, которые способны к саморегулируемому синтезу сложных веществ и структур к автокатализу и размножению», упрощая можно сказать, что жизнь есть форма существования биополимерных тел (систем), способных к саморепликации в условиях постоянного обмена веществом и энергией с окружающей средой.
Саморегулируемый синтез и автокатализ обеспечивает устойчивость систем, то есть возможность антиэнтропийных процессов в них. Структуры живых систем подтверждены изменениям. Оптимальная, то есть наиболее устойчивая при данных условиях, организация структур живых систем формируется в результате естественного отбора. Системы способны к передаче накопленной информации об организованности системы благодаря матричному синтезу нуклеиновых кислот.
Однако свойство саморепликации не единственное, что отличает на молекулярном уровне биоорганический мир от неживой природы. Биополимеры обладают еще одним удивительным свойством. В 1948 году Луи Пастер открыл зеркальную изомерию органических молекул. Оказалось, что молекулы, в которых атом углерода связан своими четырьмя валентностями с четырьмя различными соседями, могут существовать в двух структурных формах, схожих и вместе с тем отличных друг от друга, как правая и левая ладони (правая ладонь идентична левой, если отразить обе в зеркале). В мире молекул есть точные аналоги правой и левой рук – так называемые молекулы – зеркальные антиподы. Их называют оптическими изомерами, поскольку они отличаются друг от друга тем, что вращают плоскость поляризации проходящего через них света в противоположные стороны.
Эта особенность молекул существовать в двух зеркально-антиподных формах известна в науке под названием хиральности (от греческого – рука). К числу органических веществ, обладающих ею, принадлежат и молекулярные «кирпичики» живого – аминокислоты и сахара. Так, оказывается, живой природе присуща практическая абсолютная хиральная чистота: белки содержат только «левые» аминокислоты, а нуклеиновые кислоты – только «правые» сахара.

Хиральная чистота живой природы означает, что на определенном этапе эволюции произошло нарушение, точнее, полное разрушение зеркальной симметрии предбиологической среды. То, что исходная среда обладала зеркальной симметрией (то есть содержала равное количество правых и левых изомеров), подтверждают эксперименты, моделирующие синтез органических соединений в условиях, соответствующих первобытной Земле. В этих экспериментах синтезируется равное количество и левых и правых изомеров. Химики называют такие смеси рацемическими. Известно, что хирально чистые соединения, предоставленные сами себе, рано или поздно превращаются в рацемическую смесь. В неживой природе процесс самопроизвольного превращения левых молекул в правые и наоборот протекает с некоторой постоянной скоростью. И по относительному содержанию правых аминокислот в ископаемых органических останках можно весьма точно датировать время их образования. Этот метод датировки в последнее время успешно используется для решения задач палеонтологии. Неживой природе присуща тенденция к установлению зеркальной симметрии, равновесию между левыми и правыми. Именно поэтому возникновение хиральной чистоты биосферы представляется одной из самых больших загадок в проблеме происхождения жизни.
В последнее время в литературе, в основном в научно-популярных изданиях, появилось большое количество «новых концепций» происхождения жизни. Для них характерно неоправданное внимание к какой-либо одной особенности живых систем (например, к жидкокристаллическому характеру клеточных мембран, роли ферментативного катализа в процессах жизнедеятельности и т.д.). Возникновение других свойств живых систем не рассматривается, ибо считается, что эти свойства вторичны и производны. Теоретическая несостоятельность таких новых концепций демонстрируется их практической бесплодностью в формулировании программы исследований по проблеме происхождения жизни. Альтернативные гипотезы не дают абсолютно полной и подробной картины процесса, но представляют собой набор взаимно непротиворечивых постулатов, имеющих как бы характер запретов. Отрицание любого из положений теории Опарина приводит либо к абсурду, либо к абстрактным рассуждениям, уводящим от решения проблемы.

Несмотря на сказанное выше, проблема возникновения жизни остается нерешенной. Анализ истории науки как поиска решения «вечной загадки» показывает, что этот поиск не был и не может быть результативным ни на уровне абстрактного философствования, ни на уровне естественнонаучного эксперимента. Опираясь на опыт естествоиспытателей прошлого, пытавшихся внести вклад в решение проблемы происхождения и совмещавших оба эти уровня, можно с уверенностью сказать, что чем глубже наука приникает в сферу живого, тем явственнее сознание того, что сущность явлений жизни невозможно понять без решения вопроса о происхождении.
Пастер не мог даже представить, что жизнь обладающая диссимметрией, может возникнуть из неживого вещества, не обладающего этим свойством. “…Пастер правильно увидел резкое нарушение закона кристаллической симметрии. Это сказалось в том, что правые и левые формы оказываются в живом веществе телами резко различной устойчивости, химически явно не идентичными, чего никогда не наблюдается для них в косных естественных телах. Очевидно, наблюдаться и не может “.

Исходя из выявленного им принципа, Пастер отрицал абиогенез, в ходе которого образуются только рацемические соединения, и искал факторы, которые могли бы вызвать абиогенный, но диссеммитричный синтез органических соединений. Он пытался создать для этого в экспериментальных условиях отличное от обычного физическое пространство. Эволюция асимметрии в ходе усложнения систем должна была начаться на самом низшем уровне существования материи, а на биологическом достичь такого уровня, что стала специфически отличать живое от неживого.