– которые обладали ферментными свойствами по химическому воспроизведению из элементов внешней среды молекул фосфорной кислоты, сахаров, аминокислот, нуклеозидов и т. д.;
– которые обладали ферментными свойствами разлагать биохимические структуры на составные молекулы, с целью их последующего вовлечения в процесс нового формирования прабиосистемы.
Предположение о статистической выборке на множестве вариаций остается в данной статье открытым, так как непонятен иной механизм закрепления случайно найденного решения в структуре матричной РНК. Полагать, что мутации в структуре РНК могут привести к адекватному решению биологической проблемы бессмысленно в силу бесконечно малой вероятности такого события. Видимо, уже тогда существовал и существует ныне некий механизм вариационного изменения свойств белков под действием внешних условий с обратной транскрипцией в структуру РНК, позволяющий закрепить данное изменение и воспроизводить его в последующих поколениях путем создания матрицы построения нового белка с необходимыми свойствами. Такое предположение делает процесс эволюции биологических систем процессом последовательного приближения к соответствию изменившимся внешним условиям. Что, в общем-то, соответствует реалиям.
Но есть еще один путь.
Выше высказывалось предположение о том, что биологическая жизнь зарождалась как мир РНК. Отсутствие системных источников энергии на этом этапе для поддержания биологических процессов с необходимостью порождало структурирование и дифференциацию активных центров РНК. Такую, которая позволяла бы использовать механические способы их переноса в более благоприятные условия реализации возможностей РНК. По сути, этот прамир РНК быстро превратился в вирусоподобную форму существования биологической жизни. Структурная дифференциация с необходимостью привела к конкурентной борьбе вирусоподобных форм за ареалы обитания. Но конкурентная борьба не обязательно завершается вытеснением менее приспособленных форм. Похоже, даже чаще природа находит компромиссное решение симбиоза этих форм, при котором альтернативные формы объединяют генетический материл (макромолекулы РНК) либо полностью, либо существенными частями. Такая модификация генетической системы приводила и к модификации белкового материала, продуцируемого вирусоподобной частицей. Описанная эволюционная схема представляется более правдоподобной. Тем более что ее истинность теоретически можно подтвердить на основе более полного осмысления результатов расшифровок генной структуры ДНК существующих биологических видов. Ведь если данное предположение верно, то генетический материал любого биологического вида – это, по сути, книга его эволюционного становления из правирусных структур.
Акцентирование биосистемы на том или ином из перечисленных выше аспектов определило ее эволюционный путь развития. Процесс биоорганического синтеза необходимых неорганических и органических соединений из элементов внешней среды – энергетически затратный процесс. Источниками энергии на этапе возникновения биоорганической жизни могли быть либо излучение Солнца, либо геотермальное тепло. Большинство реакций биологического синтеза имеют сколь-нибудь значимый выход только при наличии катализаторов. Основными и, пожалуй, единственными катализаторами являлись на тот период ионы металлов. Можно предположить, что ферментная адаптация биосистем пошла по пути встраивания этих катализаторов в синтезируемые белковые цепочки.
Механизм фиксации энергии излучения с последующей его утилизацией в энергию химических связей представляется более сложным, чем использование геотермального тепла для тех же целей. Тем более что геотермальные источники уже предполагают наличие среды, насыщенной солями металлов. Поэтому и первые биоорганические структуры, скорее всего, возникли в этой среде. Реликтами тех первичных структур являются хемолитотрофные организмы, дошедшие до наших дней. И в частности тионовые и серобактерии.
Серобактерии окисляют сероводород до молекулярной серы или до солей серной кислоты.
Тионовые бактерии способны окислять тиосульфаты, сульфиты, сульфиды и молекулярную серу до серной кислоты (часто с существенным понижением pH раствора), процесс окисления отличается от такового у серобактерий (в частности тем, что тионовые бактерии не откладывают внутриклеточной серы). Некоторые представители тионовых бактерий являются экстремальными ацидофилами (способны выживать и размножаться при понижении рН раствора, способны выдерживать высокие концентрации тяжелых металлов и окислять металлическое и двухвалентное железо).
Именно на прототипах таких бактерий природа создавала и совершенствовала структуру клеток. Но запасы сероводорода на Земле достаточно ограниченны, да и геологические процессы, происходящие на Земле, рано или поздно меняли среду. Геотермальные источники исчезали, создавая для популяции хемолитотрофных клеток крайне неблагоприятную среду, включая в таких клетках приспособительные реакции выживания в изменяющейся среде. Одним из эффективных способов выживания клеток стал переход с термальных источников энергии на энергию излучения Солнца. Основой такого перехода послужил белок хлорофилл. Это совершенная структура, созданная природой, по превращению энергии излучения Солнца в биоэнергию белковых тел. Для функционирования молекулы хлорофилла в процессах фотосинтеза существенное значение имеет ее пространственная организация. Магний-порфириновое кольцо молекулы представляет собой почти плоскую пластинку толщиной 0,42 нм и площадью 1 нм
2
Как правило, молекулы хлорофилла своими длинными алифатическими остатками фитола (2 нм), образующим угол с порфириновым кольцом, прикреплены к мембранам. Выше отмечалось, что такое прикрепление создает участок проводимости в мембране, по другую сторону которой другими ионами металлов создается потенциал, достаточный для продвижения электронов по белковой цепи и выходу их за мембрану, где они используются белковыми структурами для синтеза энергетически-емких соединений- молекул АТФ.
Молекулы АТФ, в свою очередь, являются универсальным источником энергии для работы белковопроизводящих органелл – рибосом. Таким образом, молекула хлорофилла может выступать не только в роли первичного акцептора электрона, но и в роли его первичного донора.
Из всего сказанного следует, что молекула хлорофилла благодаря структурным и физико-химическим особенностям способна выполнять три важнейшие функции:
1) избирательно поглощать энергию света;
2) запасать ее в виде энергии электронного возбуждения;
3) фотохимически преобразовывать энергию возбужденного состояния в химическую энергию первичных фотовосстановленных и фотоокисленных соединений.
В эволюционировавших биологических системах молекулы хлорофилла, начиная пусковую стадию фотосинтеза, взаимодействуют со средой не в одиночку, а сгруппировавшись в фотосистемы I и II.
Процесс фотосинтеза высокоэнергетической органики параллельно запустил еще три очень важных механизма.
Первый. Часть поглощенной энергии излучения Солнца в процессе фотосинтеза передавалась природной среде через свободные молекулы кислорода и обеспечивала энергетикой через окислительные реакции другие биологические системы, никак не связанные с преобразователем энергии Солнца.