Коацерваты — это комплексы коллоидных частиц. Они могут возникать, например, из комплексных солей кобальта, кремнекислого натрия и нашатырного спирта, в растворе ацетилцеллюлозы, в хлороформе или бензоле, при смешивании растворов различных белков. Такой раствор, как правило, разделяется на два слоя — слой, богатый коллоидными частицами, и жидкость, почти свободную от них.
В некоторых случаях коацерваты образуются в виде отдельных капель, видимых под микроскопом. Для их образования необходимо присутствие в растворе нескольких (хотя бы двух) разноименно заряженных высокомолекулярных веществ. Поскольку в водах первичного океана это условие было соблюдено, образование в нем коацерватов могло быть реальным.
А.И. Опарин предположил, что в массе коацерватных капель должен был идти отбор наиболее устойчивых в существовавших условиях. Многие миллионы лет шел процесс естественного отбора коацерватных капель. Сохранялась лишь ничтожная их часть.
Способность к избирательной адсорбции постепенно преобразовалась в устойчивый обмен веществ. Вместе с этим в процессе отбора оставались лишь те капли, которые при распаде на дочерние сохраняли особенности своей структуры, т.е. приобретали свойство самовоспроизведения — важнейшего признака жизни.
По достижении этой стадии коацерватная капля превратилась в простейший живой организм. Коацерватные капли были местом встречи и взаимодействия до этого независимо возникавших простых белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов и липидов.
Отдельная молекула, даже очень сложная, не может быть живой. Ученые считают, что первоначально на молекулярном уровне могли возникать лишь белково- и нуклеино-подобные полимеры, лишенные какой-либо биологической целесообразности своего строения. Только при объединении этих полимеров в многомолекулярные фазовообособленные системы могло возникнуть взаимосогласование их структур и биологическое функционирование новых целостных систем.
Это значит, что не разрозненные части определяют собой организацию целого, а целое, продолжая эволюционировать, обусловливает целесообразность строения частей.
Где-то на той же стадии возникает и естественный отбор, способствующий сохранению наиболее совершенных и целесообразных структур. Здесь много неясного, но в трудах ведущих синергетиков И. Пригожина и М. Эйгена и многих других ученых дается все более обосновываемая картина действия отбора на высокомолекулярном и надмолекулярном уровнях.
2. Этапы химической и предбиологической эволюции на пути к жизни
Гипотеза А.И. Опарина способствовала конкретному изучению происхождения простейших форм жизни. Она положила начало физико-химическому моделированию процессов образования молекул аминокислот, нуклеиновых оснований, углеводородов в условиях предполагаемой первичной атмосферы Земли.
После работ немецкого исследователя С. Мюллера и других стало известно, что под воздействием физических излучений эти биоорганические молекулы могут образовываться в самых различных смесях, содержащих водород, азот, аммиак, воду, углекислый газ, метан, синильную кислоту и т.п.
Имеется ли этот исходный материал в реальном космическом пространстве? Сейчас установлено наличие в межзвездной среде облаков пыли и газа, в которых обнаружены многие неорганические молекулы Н2О, NH3, SO, SiO, H2S и т.д. Особенно показательно присутствие в космосе таких органических соединений, как формальдегид, цианацетилен, ацетальдегид, формамид, метилформиат.
Сенсацией явилось открытие космических облаков этилового спирта с температурой 200 К и с концентрацией молекул 1012-1013 в 1 см3. Подобные соединения близки к биоорганическим молекулам или легко могут превратиться в них. Таким образом, достоверно установлено, что в космосе имеются необходимые компоненты для синтеза более сложных соединений, важных для формирования белков, углеводов, нуклеиновых полимеров и липидов.
Следующие, более сложные звенья эволюционной цепочки обнаружены при изучении вещественного состава метеоритов и лунных пород, доставленных космическим аппаратом. В них обнаружены аминокислоты, алифатические и ароматические углеводороды, предшественники нуклеиновых кислот -аденин и гуанин, порфирин — простейший химический предшественник хлорофилла. И на земле, в древних отложениях с возрастом порядка сотен миллионов и нескольких миллиардов лет, обнаружено множество органических соединений, которые подсказывают возможные пути возникновения жизни (аминокислоты, углеводороды, порфирины и др.).
Обращает на себя внимание следующий факт. В нашей галактике наиболее распространены водород, углерод, азот, кислород, составляющие основу живого. В земной же коре, в лунных породах и метеоритах их очень мало, а преобладают здесь кремний, алюминий, железо. Для первой, космической группы элементов характерна молекулярная форма существования и склонность к флюидному, текучему состоянию (жидкость, газ). Для планетарной группы элементов типично твердое агрегатное состояние в виде бесконечных кристаллических структур, в которых невозможно выделить отдельные молекулы.
Мертвые, застывшие, окаменевшие пространства Луны, Меркурия, Марса — результат утраты ими подвижных флюидных элементов, осуществляющих транспортировку вещества и энергии.
На Земле же до сих пор продолжаются более активные химические процессы. И это благодаря остаткам флюидной группы элементов: наличию значительного количества воды, метана, аммиака, других газов и жидкостей в атмосфере, гидросфере, в твердой коре и глубинных породах, откуда легкие соединения выделяются в форме вулканических газов или в виде общего газового обмена планеты и окружающей части космоса.
Химическая эволюция на поверхности планет реализуется тогда, когда энергия звездного излучения может превратиться в энергию возбуждения молекулярных структур. Поэтому решающим условием зарождения жизни на Земле явился фотосинтез.
Возраст нашей Земли более 4 млрд. лет, а следы остатков древних организмов насчитывают 3,2—3,8 млрд. лет.
Если сейчас в атмосфере Земли 78% азота и 21% кислорода, то более 3 млрд. лет назад в атмосфере Земли свободного кислорода практически не было. Тогда температура поверхности Земли была намного выше современной, а атмосфера состояла из паров воды и примеси вулканических газов (азота, углекислого газа, аммиака, метана и др.) Единственным источником ничтожных количеств кислорода были реакции фотодиссоциации молекул воды в верхних частях атмосферы под воздействием солнечной радиации.
Около 3 млрд. лет назад на Земле пошли энергичные процессы окисления за счет кислорода, источником которого явились фотосинтсзирующие живые организмы. Активность биосферы, в конечном счете, и определила современный состав атмосферы Земли.
Первые достоверные следы жизни обнаружены в отложениях, возраст которых около 3 млрд. лет. К ним относятся следы, оставшиеся от сине-зеленых водорослей в известняках Южной Африки, остатки организмов в песчаниках Канады. Но им предшествовали более древние и примитивные формы жизни, а еще ранее — стадии предбиологической и химической эволюции.
3. Новая гипотеза об особой роли малых молекул в первичном зарождении белково-нуклеиновых систем
На очередном совещании по философским вопросам современной медицины в Президиуме Российской академии медицинских наук исследователи А.В. Олескин, И.В. Ботвинко и Т.А. Кировская сообщили следующее:
«В последние десятилетия накапливаются данные о том, что не белок и не ДНК/РНК, вероятно, положили начало доклеточным предшественникам современной жизни — гипотетическим пробионтам. Жизнь, что представляется все более правдоподобным в свете современных данных, эволюционировала на базе динамичной игры малых молекул (органических и неорганических). Это были ионы металлов (Fe2t, Zn2t, AP% N\\ Cu2\ Co2+, Mg2+, Са2+), соединения серы (дисульфиды, полисульфиды), фосфора (ортофосфат, нитрофосфат, полифосфаты), азота (особенно NO и N2O), а также небольшие органические молекулы типа аминов (этаноламин, холин, гисталины и др.), аминокислот (особенно глицин, гдуатамат, аслартат), углеводородов (например, этилен)....
Имеется предположение, что даже функция наследственной передачи признаков, ныне выполняемая нуклеиновыми кислотами, первоначально зависела от неорганических генов" - матриц для синтеза молекул (вначале даже небелковой природы), построенных на основе алюмосиликатов глины. Первые биополимеры могли быть результатом автокаталитических реакций малых молекул...
Имеется общий сценарий "возникновения жизни в облаках", где мельчайшие дождевые капли, озаренные ультрафиолетом первобытного Солнца и поглощающие частицы соединений металлов и неметаллов в ходе пыльных бурь, обеспечивали достаточную суммарную поверхность для фотоиндуцированного гетерогенного катализа и последующего синтеза более сложных, органических молекул, поступавших с дождевыми потоками в океан, где жизнь "дозревала" уже в соответствии с опаринским сценарием "первичного бульона" и "коацерватных капель"»1.
Изложенный подход представляется весьма интересным развитием гипотезы А.И. Опарина. Главное теперь — в окончательном экспериментальном подтверждении (или отрицании!) и старой, и новой гипотез.
_________________________________________________________________
1 Совещание по философским проблемам современной медицины. 16 января 1997 г. - М., 1997. - С. 88-89.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ:
Естествознание затрагивает широкий спектр вопросов о многочисленных и всесторонних проявлениях свойств Природы.
При физико-информационном подходе Вселенная — сверхсистема, способная к самоорганизации, самоуправлению на всех этапах и уровнях существования, а потому к ней применимы основные идеи теории информации и семиотики, в том числе принцип знакового посредника, кибернетический и антропный принципы.
Исходя из этого можно прийти к пониманию сущности эволюции Вселенной с точки зрения реализации единого космологического кода, изначально заданного и содержащегося в ее электромагнитном спектре. При этом чисто теоретическая умозрительная реконструкция фотонной фазы эволюции должна привести к иному пониманию существа не только физического пространства-времени и материи, но и всего разнообразия физико-химических, биохимических, социобиологических, социотехнологических и ноокосмических эволюционных процессов во Вселенной.
Поиск новых теорий, которые могли бы заменить Общую Теорию Относительности, будут продолжаться и впредь — такова логика развития науки.
А. А. Логунов утверждает, что "создание ОТО получено ценой отказа от законов сохранения вещества и гравитационного поля вместе взятых". В постньютоновском изложении его полевая теория гравитации совпадает с ОТО, но при рассмотрении вопроса о сильных полях могут быть существенные расхождения.
ОТО не дает решений существования Вселенной, не прошедшей через сингулярную точку, однако ни описать, ни осознать ее современная наука не в состоянии, поэтому ряд ученых согласились с теологами в рассуждениях о сотворении Мира.
Заслуживают внимание слова Борна: "Атеистам, которым не нравится "начало", потому что его можно истолковать как сотворение, следует сказать, что начало Вселенной в том виде, как оно нам известно, может быть концом другой формы развития материи, хотя практически было бы совершенно невозможно узнать что-нибудь относительно этого периода, поскольку все следы в хаосе разрушения и перестройки".
Один из столпов церкви, идеолог католицизма, Фома Аквинский (1225 - 1274) по этому поводу сказал: "В начало Мира можно не верить, но его невозможно ни доказать, ни осознать умом"
По некоторым гипотезам в микромире пространство и время могут иметь иное, чем в макромире, число измерений. Несомненно, что со временем связь микро- и мегамиров, физики элементарных частиц и космологии будет проявляться все теснее и в самых неожиданных ракурсах.
В настоящее время известен генетический код и установлена передача наследственной информации при помощи языка белковых молекул. Существование языка электромагнитных волн, который объединяет Мир в единое целое, будет иметь универсальное значение для системы световещества. Это должно привести к пониманию единой информационной Природы всего сущего.
Знание концепций современного естествознания поможет людям вне зависимости от их профессии понять и представить уровень материальных и интеллектуальных затрат современных исследований, позволяющих проникнуть в суть явлений Мира и осознать чрезвычайную важность проблем сохранения окружающей Среды.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Горохов В. Г. Концепции современного естествознания. — М: Инфра-М, 2000.
2. Горелов А. А. Концепции современного естествознания.— М.: Центр, 1997.
3. Дубнищева Т. Я. Концепции современного естествознания. -Новосибирск. ЮКЭА, 1997.
4. Кокин А. В. Концепции современного естествознания. — М.: 1998.
5. Лавриенко В. Н.идр. Концепции современного естествознания. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.
6. Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания: Учеб. Пособие. – М.: ВЛАДОС, 2001
ПРИЛОЖЕНИЕ: