ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Естественный отбор матричных макромолекул, способных к конвариантному воспроизведению из "Физико-химические факторы биологической эволюции" Спонтанное возникновение в планетных условиях полипептидов и полинуклеотидов, вовлекаемых в естественный отбор. [c.44] Белки и нуклеиновые кислоты в дальнейшей эволюции. Разде.гение функций. [c.44] Из многих в принципе возможных систем матричного конвариантного воспроизведения, обладающих сходными физико-химическими свойствами, рано пли поздно остается ( побеждает ) лишь одна с наибольшим эволюционным потенциалом. Таким образом, существенным этапом эволюции оказывается отбор эволюционирующей системы. Рассмотрим критерии выбора такой системы. [c.44] Эволюционный потенциал, естественно, сильно зависит от физико-химической природы матричных молекул. [c.44] Из простых соображений ясно, что /, будет тем больше, чем больше удельная поверхность матричного вещества. Предельно большой поверхностью обладает одномерный кристалл — нить. Эволюционный потенциал зависит от разнообразия элементов матричной нити. Необходим набор элементов, обеспечивающий все возможные каталитические и матричные свойства. [c.44] Таким образом, максимально возможным эволюционным потенциалом будет обладать одномерная последовательность различных элементов кристаллической решетки — букв, образующих строки . Следуя принятому нами при описании эволюционного процесса принципу предельного совершенства, мы можем отнести все сказанное о естественном отборе в полиморфной кристаллической системе к одномерному апериодическому кристаллу [344], т. е. к гетерополимерной макромолекулярной нити, состоящей из набора разных мономеров, порядок чередования которых в полимерной цепи может быть разным. [c.44] Однако прежде чем перейти к анализу возможных этапов эволюции в конкретных би0хим1ических системах, рассмотрим условия, необходимые для начала биологической эволюции. [c.45] Условия неизбежности начала биологической эволюции. Эволюция становится неизбежной при выполнении основных условий суи ествования механизмов матричного, конвариантного воспроизведения и различия в скоростях воспроизведения разных форм полиморфных матриц. [c.45] Таким условиям удовлетворяет одномерная полимерная нить, для которой скорость матричного размножения, скорость синтеза матричных копий зависит от природы и последовательности мономеров. [c.45] При выполнении этих двух условий в ограниченном пространстве—ареале (третье условие)—при неравновесности самой системы или при наличии внешнего источника свободной энергии в среде, содержащей все необходимые компоненты для спонтанного возникновения линейных гетерополимеров (четвертая группа условий) начнется эволюционный процесс, и будет осуществляться естественный отбор по критерию наибольшей скорости образования полимера данного вида. Слово вид употреблено здесь вполне сознательно, хотя это еще совсем не такой же вид, как ящерица прыткая или овес посевной (см. гл. 2, стр. 36). [c.45] Однако реализация эволюционного потенциала системы, удовлетворяющей только этим условиям, может оказаться очень затрудненной. Ареал может быть заполнен формой, полимеризу-ющейся не с наибольшей скоростью. Затравка этой формы возникает случайно, в результате тепловых флуктуаций, и вероятность того, что случайно возникшая затравка соответствует наиболее кинетически совершенной форме очень мала. Вместе с тем заполнившая ареал полимерная форма будет препятствовать образованию более совершенных форм — материала для их построения не останется, а тот, который уже использован для построения заполнивших ареал матриц, защищен кинетическими потенциальными барьерами от посягательств пусть и способных к более быстрому воспроизведению зародышей, но возникающих позже затравок новых матриц. Речь идет, следовательно, о том, что одна даже самая удачная мутантная форма способная обеспечить наибольшую скорость матричного воспроизведения ничего не сможет сделать с уже заполнившей ареал менее совершенной массой полимерных молекул. [c.45] Для этого энергии связей между мономерами в полимерной цепи до.лжны быть одинаковыми в разных последовательных сочетаниях мономеров. [c.45] Наверное, таких способов, по крайней мере, два. Вновь возникшие виды должны быть в состоянии поедать виды, образовавшиеся ранее, и использовать их материал для построения своих матричных молекул, или ранее появившиеся виды должны сами распадаться по истечении некоторого времени жизни. Первый способ (столь популярный на поздних стадиях эволюции), по-видимому, нереален на ранних интересующих нас сейчас стадиях. Представим себе даже, что вновь возникшие затравки — матрицы — обладают каталитическими свойствами, позволяющими им ускорить распад образовавшихся ранее. И что же Эти каталитические свойства приведут к разрушению как ранее возникших, так и вновь возникающих. Невероятно спонтанное в результате однократной мутации появление в полимерной цепи такой последовательности мономеров, которая катализировала бы распад всех остальных последовательностей, а свою бы не разрушала. Для избирательного поедания представителей лишь чужого вида необходим длительный процесс эволюционного совершенствования, выработки механизмов различения свое — чужое . [c.46] Для обеспечения распада матричных молекул нет необходимости придумывать сложные регуляторные механизмы — типа бомбы замедленного действия, взрывающей матричную полимерную молекулу после некоторого времени ее существования, ее жизни. Эволюция осуществляется в открытой системе, пронизываемой потоками энергии разного типа, которые обеспечивают эволюцию энергетически и служат причиной мутаций. Таким образом, в результате мутаций возникают не только затравки новых видов. Тепловые флуктуации, ультрафиолетовое и более жесткое излучения повреждают уже заполимеризованные матричные молекулы. Накопление возникших повреждений и приводит через некоторое время (время жизни) к разрушению полимерных молекул. [c.46] Однако на самих примитивных стадиях эволюционного совершенствования может преобладать весьма простой механизм, ограничивающий время жизни уже образовавшихся матричных форм. [c.46] В этой системе сначала все пространство заполняется преимущественно видом кристаллов, образующимся быстрее всего, а затем появляются и медленно растущие кристаллы. Через неограниченно большое время весь объем заполнится всеми возможными формами в соответствующих долях. [c.47] Все приведенное выше рассуждение относилось к закрытой системе. При условии притока энергии картина может оказаться совершенно иной возможны кинетические приспособления — барьеры , замедляющие распад даже. быстрее всего возникающей формы. [c.47] В этом случае жизнь полимерных матричных молекул слагается из двух качественно различных стадий, или периодов, или фаз периода роста — относительно быстрой (и, быть может, ускоряющейся) полимеризации по возникшей затравке, т. е. периода матричного размножения, и периода относительно медленного умирания, т. е. накопления разрушений и, по-видимому, быстрого распада. [c.47] Эволюция нуклеиновых кислот — первый этап биологической эволюции. Главный кризис — необходимость возникновения полипептидных катализаторов-ферментов. Возможно, что перечисленным выше необходимым условиям начала биологической эволюции отвечает большое число различных по химической природе веществ — гетерополимеров. Реальное осуществление эволюционного процесса, выбор той или иной системы матричного воспроизведения зависит прежде всего от возможности спонтанного, доэволюционного образования соответствующих этим условиям веществ. Иными словами, общее направление эволюционного процесса с самого начала полностью детерминировано химическими и физическими свойствами среды. [c.47] Как следует из множества данных последних лет, в планетных условиях, т. е. при температурах и давлениях, соответствующих существованию полимерных химических веществ, с наибольшей вероятностью под влиянием ультрафиолетового и другого излучения из воды, углекислоты, аммиака, цианидов образуются аминокислоты, нуклеиновые основания, а также углеводы. Кроме того, спонтанно образуются нуклеотиды, полинуклеотиды и полипептиды (см. [1, 16, 23, 24, 53, 126, 127, 128, 132, 207, 228, 240, 243, 250, 261, 303, 306, 309а, 385, 389, 390, 408., 447, 448]). [c.47] Вернуться к основной статье