РАННЯЯ ЗЕМЛЯ В ТЕСНОМ ОКРУЖЕНИИ МОЛОДЫХ ЗВЕЗД

© 2009 г. А.В. Витязев, Г.В. Печерникова

Институт динамики геосфер РАН

Данные о физико-химических условиях на ранней Земле важны для специалистов, работающих по проблеме зарождения биосферы. Обсуждается последняя модификация теории формирования Земли и планет. Рассматриваются возможные последствия формирования Солнца в области звездообразования в тесном окружении соседних молодых звезд. Приводится обобщение классической задачи о темпе роста Земли и планет с новыми оценками, позволяющими согласовать результаты как по долгоживущим (уран-свинцовым), так и короткоживущим (гафний-вольфрам) космохронометрам. Обсуждается модель ранней эволюции Земли, учитывающая как новые динамические оценки, так и последние геохимические данные (древнейшие австралийские цирконы, реликтовая плеяда ксенона). Указаны проблемы теории ранней эволюции Земли, по которым пока не удается получить удовлетворительного решения.

ВВЕДЕНИЕ

Продвижение в решении проблемы зарождения земной биосферы так или иначе зависит от ограничений, следующих из моделей образования планет. Идеи межзвездной или межпланетной панспермии или самозарождения биоты на Земле требуют оценок астро-физико-химической обстановки на нашей планете в первые полмиллиарда лет. Модели ранней Земли основываются на нашем понимании процессов, приведших к формированию Земли и планет. Предлагавшиеся модели «огненно-жидкой» и конкурентной «холодной» первичной Земли базировались на тех или иных космогонических представлениях, появлявшихся после знаменитой гипотезы Канта-Лапласа.

В 1970-1980 гг. благодаря совместным усилиям российской (московской), японской, американской и европейской школ был построен так называемый «стандартный сценарий происхождения Солнечной системы» (описание см. Hayashi et al., 1985; Витязев и др., 1990; более поздние обзоры, включая Wikipedia). В статье эта модель представлена схематически, как часть новой более общей модели (см. ниже рис. 6).

Первый раздел посвящен обобщенному подходу к исследованию происхождения околозвездных протопланетных систем в гигантских молекулярных облаках. Здесь мы обсуждаем разные возможности образования Солнечной системы (СС), формирующейся в тесном окружении других молодых звезд (Pechernikova, Vityazev, 2007). Здесь же объясняются новые понятия — плазменные оболочки газопылевых дисков около молодых звезд — «ионоторы» и «магнитоторы». Поскольку к системе уравнений грави-гидродинамики добавляется система уравнений Максвелла для ионизованной среды, модификация стандартной модели названа нами «грави-магнито-гидродинамической моделью». В этом разделе, по сути, предлагается принципиальное решение старой (весьма острой) проблемы о потере первичным газопылевым диском более 90 % его первоначальной массы.

Во втором разделе дается краткое описание «стандартного сценария формирования планетной системы Солнца». Приводятся новые оценки по уточненной формуле для скорости роста Земли. Полученная короткая шкала роста твердых планет на ранней стадии позволяет интерпретировать показания Hf-W-геохронометра как указание на плавление и дифференциацию в родительских планетезималях в первые десятки миллионов лет жизни СС. С другой стороны, подтверждена оценка общей длительности завершающего этапа роста Земли — 100 млн. лет.

В третьем разделе приводится описание агрегированной модели ранней Земли. Мы продолжаем придерживаться полученного нами ранее вывода о том, что Земля не была никогда ни «огненно-жидкой», ни «холодной». Нагреваемая ударами падающих тел, массы крупнейших из которых могут на заключительных стадиях составлять до 1 % от массы планеты, растущая планета временами имеет гигантские очаги расплавов. В этих гигантских подземных, но все же локальных, морях магмы должна происходить дифференциация. При определенных условиях, описываемых критерием «теплового взрыва», энергии гравитационной дифференциации становится достаточно, чтобы локальная дифференциация перешла в глобальную. Обсуждаются процессы формирования примитивных атмосферы и гидросферы. Здесь же приводится сводная схема блоков, составляющих референц-модель ранней эволюции Земли.

В Заключении приводятся остающиеся нерешенными основные проблемы моделей ранней Земли. Имея в виду общую направленность сборника, мы сочли необходимым ограничиться минимумом формул, отсылая читателя к соответствующим публикациям.

ФОРМИРОВАНИЕ ПЛАНЕТНЫХ СИСТЕМ В ТЕСНОМ ЗВЕЗДНОМ
ОКРУЖЕНИИ

Астрофизические и космохимические аспекты

Одним из важнейших открытий за последние менее чем полстолетия является обнаружение множества планетных систем около других звезд в Галактике. К настоящему времени найдено более 300 экзопланет около ~100 молодых звезд.

Более того, обнаружены и исследуются тысячи газопылевых, вероятно, протопланетных, дисков около молодых звезд. Таким образом, спустя два с половиной столетия после знаменитых работ Канта-Лапласа, идея о происхождении планет из околосолнечного газопылевого диска обрела экспериментальное подтверждение. Да, у нас нет возможности своими глазами увидеть раннюю Солнечную систему. Но мы можем наблюдать рождение планетных систем в современной Галактике около звезд солнечного класса. Можно сказать, что мы не знаем, каким был этот дуб в молодости, но мы теперь видим деревья в нашей дубраве на разной стадии их жизни.

В последние два-три года мы пытаемся сделать следующий шаг: восстановить астрофизическую обстановку вблизи формирующейся Солнечной системы. Понимание того, что звезды не формируются поодиночке, а возникают группами в огромных туманностях типа знаменитой туманности Ориона, было достигнуто более полувека назад. Однако последствия такого совместного рождения планетных систем для нашей Солнечной системы по сути остаются не исследованными. Здесь имеется несколько важных подпроблем. Первая — как долго наша СС находилась в туманности и, вероятно, затем в звездном скоплении типа

Рис. 1. Схема протопланетного диска (проплайда) (а) и артвидение протопланетного диска, обдуваемого звездным ветром близкого голубого гиганта (б).

Плеяд или Гиад (без газопылевого окружения)⁰ Какие космохимические и динамические следствия тесного звездного окружения имели место для молодой СС?

В связи с первым вопросом заметим, что характерные времена жизни туманностей, в которых рождаются звезды с планетными системами (и без них), порядка десятков миллионов лет. Голубые гиганты своим звездным ветром рассеивают газо-пылевую составляющую, и на месте туманности остаются звездные скопления. Звездные скопления распадаются гораздо медленнее, и известны NGC 752, М 67, Гиады, Ясли, существующие от первых до многих сотен миллионов лет.

В связи со вторым вопросом следует обратиться к характеристикам астрофизической обстановки у наблюдаемых протопланетных дисков в молодых туманностях. На рис. 1 показана схема типичного протопланетного диска около молодой звезды солнечного класса, который испытывает сильнейшее влияние звездного ветра, рентгеновского и УФ излучения от близкого голубого гиганта. Говоря коротко, в молодую СС с уже сформировавшимися крупными телами и протопланетами в первые десятки миллионов лет после образования Солнца может по-прежнему поступать свежий материал от окружающего звездного населения. По массе в сравнении с массой протопланетного диска это может быть и незначительная доля. То есть на химический состав молодой СС влияние привноса вещества может быть пренебрежимо малым.

Если инжектируются свежие радионуклиды короткоживущих элементов (см. табл. 1), по дочерним которых мы хронометрируем ранние стадии эволюции СС, это может быть существенно! Кроме того, если в молодой СС уже есть сформировавшиеся планеты и другие меньшие тела (астероиды и кометные ядра), помимо потока солнечного ветра и солнечного излучения может быть важным звездный ветер и космические лучи из ближайших окрестностей, действующие на приповерхностные слои.

Напомним, что космические лучи — это массивные частицы, протоны, ядра гелия и т. д., фотоны (гамма, рентген, ультрафиолет и ИК). Общая плотность энергии ~1 эВ/см³. Для сравнения — плотность светового излучения звезд ≈ 0.3 эВ/см³. Во время формирования СС в туманности плотность излучения могла быть на два-три порядка выше.

Итак, мы считаем важным обратить внимание на возможность перенормировки космо-и гео- хронометров ранних стадий эволюции СС.

Таблица 1. Короткоживущие нуклиды в ранней Солнечной системе (Goswami, Vanhala, 2000)

SN — сверхновая: N — новая: AGB — асимптотическая ветвь гигантов; WR — типа Вольфа – Райе: ^b — продукты спонтанного деления: ^c — необходимо подтверждение.

Дискуссия по пленарному докладу Л.М. Мухина «УСЛОВИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ 4.6-4.0 МЛРД. ЛЕТ НАЗАД:

ПЕРВИЧНЫЕ СИНТЕЗЫ»

Председательствующий А.С. Спирин

М.Я. Маров: Откуда следует, что океан был уже четыре с половиной миллиарда лет назад? Согласно известным мне геологическим данным и моделям, он появился где-то 3.8, может быть, 3.9 млрд. лет назад. Действительно, в этой зоне аккреционного диска изначально была высокая температура (около тысячи градусов, как показывают наши термодинамические расчеты), и, следовательно, происходило обеднение летучими. К этому же времени относится, вероятно, появление первых гидросиликатов. Другой вопрос — почему у Вас только отдельные очаги на первичной Земле горячие? Вы полагаете, что изначально Земля была холодной и горячие области обусловливались только очень крупными импактами?

Л.М.М.: Заключение о том, что гидросфера возникла достаточно рано, сделано на основе анализа изотопов кислорода в цирконах. Дельта ¹⁸0 оказалась между 7 и 9 (а не 5, как в магме), сделан вывод, что это были какие-то гранитные расплавы, которые получались от взаимодействия магмы с водой. Нет другого решения этой проблемы.

М.Я. Маров: Но циркон — не летучий элемент, и такая связка могла быть, скажем, в межпланетном пылевом веществе, так же, как и в корунде. Поэтому, с моей точки зрения, это не является доказательством.

Л.М.М.: На мой взгляд, с цирконами все в порядке, они не могли быть привнесены, они очень древние. В сочетании с возрастом, данные по изотопии кислорода и другие данные коррелируют.

М.Я. Маров: Теперь о проблеме фосфора. На Землю летучие могли быть привнесены не только кометами, но и астероидами, в частности, достаточно большой фракцией астероидов, содержащих гидратированные минералы. Поэтому фосфор может быть найден.

Л.М.М.: Согласен. Но проблема существует.

А. Б. Рубин: Поясните по поводу содержания кислорода и окисления железа.

Л.М.М.: Соотношение двухвалентного и трехвалентного железа показывает, что был молекулярный кислород.

М.Я. Маров: Возможно, изначально было много FeO, который, переходя в ядро, обеспечивал приток тяжелого элемента для роста ядра. Кислород высвобождался и параллельно связывался в Fe₂O₃.

Л.М.М.: Он очень быстро связывался.

А.В. Витязев: В кометах отношение D/H очень не подходит для земного океана. В кометах плохо с фосфором. Слабая надежда на неисследованные кометы семейства Юпитера. В общем, идея, что большая часть воды была принесена кометами, сейчас выглядит слабее.

Л.М.М.: Да, абсолютно правильно.

А.В. Тутуков: Я специально занимался температурой Земли на стадии ее формирования. На этапе 300 миллионов лет средняя поверхностная температура была бы только 100 градусов Кельвина. Для того, чтобы повысить температуру до 1 000 градусов, нужно, чтобы время аккреции сократилось до 30 миллионов лет. Если Земля образовывалась из пыли, ее температура была низкой, но от ударов крупных тел локально повышалась и до одной тысячи и до нескольких тысяч градусов.

Л.М.М.: Я согласен с Вами. Критическим параметром здесь является время аккреции.

Л.Ю. Розанов: Куда исчезли геологические породы древнее четырех миллиардов лет?

Л.М.М.: Есть цирконы, им 4.4 миллиарда лет.

А.Ю. Розанов: Это несколько десятков зерен. Где сами породы?

Л.М.М.: У меня нет ответа.

Н.Г. Бочкарёв: Как Вы относитесь к работам Георгия Георгиевича Манагадзе по импактному образованию сложных соединений, в том числе воды — происходит атомизация ударного объекта, потом заново образование молекул. Им было показано, что все океаны могли образоваться импактным образом.

Л.М.М.: Георгий Георгиевич — блистательный инженер, но то, что он пишет в своих статьях, по меньшей мере, сомнительно…

М.Я. Маров: Отношение D/H в кометах действительно вдвое выше, чем в земных океанах, но это результаты относятся только к долгопериодическим кометам, а что касается короткопериодических, в частности, семейств Юпитера, Нептуна, об этом мы пока ничего не знаем.

Л.М.М.: Да, это существенно.

Решили отправиться в путешествие по юго-восточному побережью Чёрного моря, тогда первое, что Вам нужно узнать – это то, что находиться Абхазия на карте России.
В этом путешествии вашим незаменимым помощником и гидом по живописным местам черноморского побережья станет сайт virtune.ru, который поможет Вам не только сориентироваться на местности, но и узнать расположение городов и курортов.

УСЛОВИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ 4-4.6 МЛРД. ЛЕТ НАЗАД. ПЕРВИЧНЫЕ СИНТЕЗЫ*

© 2009 г. Л.М. Мухин

Институт космических исследований РАН

4-4.6 млрд. лет назад поверхность Земли могла быть в основном относительно холодной, с отдельными горячими пятнами, обусловленными им-пактными событиями. Такая сильно гетерогенная по температуре система могла обеспечить возможность процессов первичных синтезов органических соединений.

Мы говорим о том, что трудно дать определение Жизни. Может быть, этого не нужно делать, но стоит отметить, чем отличается живое от неживого. Живое отличается от неживого наличием совершенно уникальной машины, которая состоит из двух частей (компонентов) — транскрипции и трансляции. Такой механизм есть в любой живой системе. В связи с этим мне очень понравилась диаграмма, которую я нашел в одной из американских энциклопедий. Это такой пазл, состоящий из отдельных квадратиков, где есть практически все составляющие проблемы происхождения жизни на Земле (рис. 1). Здесь есть проблема возраста жизни на Земле, есть источники энергии, необходимые для синтеза органических соединений и т. д. Эта схема ставит перед исследователями, занимающимися проблемами происхождения жизни, некоторые задачи. Я думаю, что одной из первых важнейших задач является возраст Земли, который сейчас можно определить достаточно точно, благодаря высокотемпературным включениям в метеоритах. Это самое древнее, что мы сейчас имеем. Совсем недавно, порядка 10 лет тому назад, появились данные по цирконам. Это самые древние минералы на Земле, один из них имеет возраст 4.4 млрд. лет, более молодые цирконы — 3.8 млрд. лет и менее. Их возраст определялся соотношением изотопов свинца (²⁰⁷РЬ/²⁰⁶РЬ) в этих образованиях (рис. 2). Интересно, что именно на уровне 3.8-3.9 млрд. лет назад закончилась так называемая последняя тяжелая бомбардировка, которая происходила до этого времени. Это накладывает некоторые ограничения на проблему происхождения жизни. По изотопии кислорода в этих цирконах был сделан очень важный вывод, что уже более 4 млрд. лет назад на Земле была вода. В сочетании с анализом следовых элементов это достаточно убедительное доказательство того, что на Земле в те времена была прагидросфера.

* Профессор Лев Михайлович Мухин — один из активнейших организаторов рабочего совещания «Проблемы происхождения жизни» — скончался 24 апреля 2009 г. Учитывая намерение Льва Михайловича подготовить статью по материалам его доклада, редколлегия сборника взяла на себя смелость опубликовать выступление Л.М. Мухина по его видеозаписи, адаптировав содержание к письменной речи и иллюстрировав материалами презентации. Ответственность за возможные недостатки полностью лежит на редакторах сборника.

Рис. 1. Проблематика происхождения жизни на Земле. Объяснения в тексте.

Во время формирования Земли происходили высокоскоростные удары (рис. 3), и поэтому очень многие ученые считали, что поверхность Земли была горячей и даже расплавленной. Но это не совсем так. Если принять во внимание то обстоятельство, что тепло сбрасывалось не с помощью простой, регулярной свободной конвекции, а с помощью вынужденной конвекции, то оказывается, что на достаточно холодной поверхности Земли были горячие пятна (рис. 4). И такая сильно гетерогенная по температуре система обеспечивала возможность для процесса синтеза органических соединений. При ударах тел размером порядка 500 км и более выкипали океаны, сильно менялся климат Земли и ничего живого не оставалось. Но если ударные тела были размером порядка 10-20 км, то таких катастрофических последствий не было.

Рис. 2. Возраст древнейших цирконов (Cavosie et al.. 2004).

Рис. 3. Формирование Земли (Герасимов. Mvxim. 1986).

Рис. 4. Ранняя Земля — горячие пятна на холодной поверхности (Mukhin, Pimenov, 2002): а — условия вынужденной конвекции; б
— условия свободной конвекции. Обозначения: 1 — температура поверхности, 2 — температура на глубине 10 см.

Таким образом, предложенная модель холодной поверхности Земли с горячими пятнами должна была работать.

При ударе происходило испарение, в самом факеле происходили высокотемпературные химические реакции (рис. 5), которые приводили к образованию атмосферы, содержащей очень благоприятные компоненты — такие как синильная кислота, альдегиды — для синтеза органических соединений. О составе этой атмосферы можно судить по газам, содержащимся в земных породах и метеоритах на период времени их формирования (табл. 1). Интересно, что эта атмосфера неравновесна: в ней есть полностью окисленные компоненты, такие как СО₂, и есть компоненты восстановленные: нет аммиака, а есть только свободный азот. Тем не менее, эти данные приводят к выводу о том, что 3.8-3.9 млрд. лет назад не было никакой восстановительной атмосферы.

Рис. 5. Физико-химические процессы, происходившие при падении на Землю планетезималей (Герасимов, Мухин, 1986).

Таблица 1. Химический состав реликтовых газов (Mukhin et al., 1989)

ND — not determined

Certiified by IGEM Acad. Sci. USSR

+ — HC, the sum of hydrocarbons.

Наблюдаются следы кислорода, который должен был образовываться во время высокотемпературных процессов и очень быстро реагировать с другими компонентами взрыва. Это важно потому, что в присутствии кислорода не проходят никакие абиогенные синтезы органических соединений.

Органические вещества образуются не только в Солнечной системе, они образуются во всем цикле формирования планет из протопланетного облака. Вообще, на самом деле космос просто «набит» органикой. В 2006 г. было известно 146 межзвездных молекул. Среди них очень много органических соединений, но нет фосфора¹. Таким образом, органические молекулы из космоса дают не очень много для модели происхождения жизни.

Накоплению предшественников органических соединений на поверхности ранней Земли придавалось очень большое значение. Основным источником добиологической органики считались кометы (Chyba, Sagan, 1997) (табл. 2). Но здесь вновь возникает проблема фосфора.

Таблица 2. Источники добиологического органического вещества на ранней Земле (Chyba, Sagan, 1997)

¹ В настоящее время в молекулярных облаках обнаружены такие соединения как CP, PN, РО — см. статью Н.Г. Бочкарёва в данном сборнике и Итоговую дискуссию, с. 252-253. — Прим. ред.

Таблица 3. Обилие химических элементов во Вселенной

Распространенность этого элемента во Вселенной на два порядка меньше, чем распространенность углерода (табл. 3). В то же время в живых системах фосфора больше, чем серы, т. е. он занимает очень значительное место. К примеру, в организме человека отношение по массе углерода к фосфору составляет 15 (табл. 4). Вопрос — почему и как живые организмы накапливали фосфор, и как он оказался в достаточном количестве для этого накопления?

При анализе полученного вещества межзвездных пылинок фосфора в них пока не обнаружено.

Таблица 4. Химический состав тела человека (Chang, 2007)

Таблица 5. Органические вещества в кометах (Bockelee-Morvan et al., 2000)

По последним данным (табл. 5), в кометах мы находим синильную кислоту, много СО, альдегиды, но не обнаруживаем ни одного соединения с фосфором. В то же время, среди органических веществ в метеорите Мурчисон и хондритах есть даже пурины и пирамидины, есть аминокислоты и есть фосфор в твердой фазе (табл. 6).

Если фосфор в кометах есть, то он содержится только в ядре кометы, в твердой матрице. Другого места для размещения фосфора просто нет. На рис. 6 показана схема пребиотического синтеза в кометах (Ого, Cosmovici, 1997). Должен отметить, что уже на стадии пуринов, пирамидинов, Сахаров эта модель встречается с очень значительными трудностями. Пурины и пирамидины входят в состав химической структуры ДНК и также в состав РНК. Фосфор является одним из ключевых компонентов нуклеотидов. Синтез пуринов и пирамидинов является очень важной ступенькой в образовании нуклеиновых кислот. Аминокислоты образуются сравнительно легко, но необходимо получение не просто аминокислот, а аминокислот в определенном порядке, который обеспечивает трансляционная машина. При синтезе самых простых органических соединений мы сразу же сталкиваемся с рядом трудностей. На рис. 7 представлена автокаталитическая реакция синтеза Сахаров, открытая еще Бутлеровым. В ней образуется огромное количество Сахаров, причем не только рибоза или дизоксирибоза, которые необходимы для РНК и ДНК, но и масса других. И немедленно начинают идти побочные реакции с другими саха-рами. Из них образуется либо карамель, либо метиловый спирт и мочевина². Синтезы аденина и цитозина тоже встречают ряд трудностей.

² Реакция Бутлерова изучалась в последнее время в Институте катализа им. Г.К. Борескова СО РАН -см. ссылки на публикации в статье В.Н. Снытникова в данном сборнике. — Прим. ред.

Еще одна важная вещь, которую я хотел бы отметить, и на которую обычно не обращают внимания.

Таблица 6. Органические вещества из метеорита Мур-чисон и нескольких хондритов (Ehrenfreund et al., 2002)

Если нам нужно синтезировать РНК или ДНК, то мы должны иметь кооператив нуклеотидов, то есть они должны быть примерно в равных пропорциях и синтезироваться по одинаковой схеме. Даже при синтезе аденина, который из этой группы нуклеотидов синтезируется легче всего, возникает ряд существенных сложностей. В частности, синтез аденина требует концентраций цианистого водорода по меньшей мере 0.01 М, что совершенно нереально в условиях примитивной Земли. Кроме того, аденин подвержен гидролизу (время полужизни для деаминации при температуре 37 °С, рН 7 — около 80 лет). Следовательно, нельзя ожидать накопления аденина в условиях любого «пребиотического супа».

Рис. 6. Схема пребиотического синтеза в кометах (Ого, Cosmovici, 1997).

Рис. 7. Схема автокаталической реакции синтеза Сахаров.

К тому же, взаимодействие аденина и урацила слабо и неспецифично, и поэтому никогда нельзя ожидать его функционирования в любой специфической схеме узнавания при хаотических условиях «пребиотического супа».

Представляется очень важным вывод Л. Оргейла (Orgel, 2004). Он говорит, что неизбежное заключение исследования синтеза нуклеотидов состоит в том, что нет убедительных, общих пребиотических синтезов каждого из нуклеотидов. Крайне ограниченное количество реакций дает высокий выход продуктов; а те, что дают, обычно производят сложные смеси продуктов. Я уже продемонстрировал это на примере синтеза Сахаров. Здесь необходимо заметить, что вопрос хиральности является исключительно сложным для проблемы синтеза, потому что как только мы имеем рацемическую смесь Сахаров, сразу терминируется рост следующего звена. Не менее важным мне кажется заключение Дж. Джойса (Joyce, 1989), который считал, что наиболее разумным предположением является то, что жизнь не началась с РНК, а переход к миру РНК и происхождение жизни в целом полны неопределенностей и отсутствием экспериментальных данных.

Проблема хиральности до сих пор не решена, и все смеси, которые образуются в экспериментах по предбиологическому синтезу, являются рацемическими смесями. И можно сказать, что это обстоятельство стоит на пути решения проблемы происхождения мира РНК, потому что еще до его появления необходимо получить нерацемические смеси. Еще одной проблемой являются упомянутые побочные реакции, которые сильно мешают выделению основного продукта.

В заключение приведу некоторые соображения насчет уровня содержания кислорода в примитивной атмосфере — она на начало геологической летописи не была восстановительного характера, и уже 3.5 млрд. лет назад содержала значительно количество кислорода. Это дает возможность поставить здесь барьер на временной шкале органических синтезов.

Закончить я бы хотел одним любопытным фактом. Была жуткая вспышка энтузиазма в 1950-х гг. на первой конференции по происхождению жизни. После этого 90 % работ по этой проблематике поддерживали эволюционную идею. Однако трудности этого вопроса оказались столь велики, что в 2006 г. число публикаций, посвященных искусственному зарождению жизни на Земле (т. е., связанному с идеей творения), оказалось близко к 80 %. Таково мировоззренческое значение проблем происхождения жизни…

Вы серьезный деловой человек и вашему статусу должен соответствовать не только ваш внешний вид, но и, как это ни странно, телефонный номер.

Вы сможете купить золотые номера москвы на сайте красив-номера.рф и тем самым показать Ваши серьезные намерения будущим деловым партнерам и клиентам.

МОЛЕКУЛЫ И ИХ МИГРАЦИЯ ВО ВСЕЛЕННОЙ

©2009 г. Н.Г. Бочкарёв

Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга МГУ

В статье кратко описан набор молекул, наблюдаемых в различных астрономических объектах (исключая планеты Солнечной системы и их спутники), главным образом, в межзвездной среде. Рассмотрены различные механизмы пространственной миграции молекул с переносом молекулярных соединений от одной планетной (протопланетной) системы к другой. Показано, что за космологическое время перенос молекул возможен на расстояния до 100 млн. световых лет. Кратко обсуждена гипотеза Ф. Хойла и Ч. Викрамасинга о биологической природе некоторых межзвездных пылинок.

ВВЕДЕНИЕ

Астрономы обычно рассматривают научные проблемы с самых широких позиций. Проблема происхождения жизни — не исключение. Оказалось, что многие особенности строения Вселенной и физических законов, которые в ней реализуются, могут быть объяснены так называемым «антропным принципом», согласно которому мы видим Вселенную именно такой, какая она есть, потому что будь она другой, ее, возможно, некому было бы видеть. И это не просто слова, а достаточно подробные исследования того, каковы должны быть физические законы, чтобы смогли сформироваться и быть устойчивыми атомы, молекулы, звезды и другие структуры во Вселенной, необходимые для появления и развития жизни [см., напр., книгу И.Л. Розенталя (1984)]. Для этого, например, нужно, чтобы пространство было трехмерным, а время одномерным. Жизнь на углеродной основе была бы невозможна, если бы энергия резонанса ядерной реакции образования углерода путем слияния трех альфа-частиц (3х⁴Не → ¹²С) отличалась от существующего значения всего на миллиардные доли своей величины. В этом случае в природе практически не было бы углерода.

В междисциплинарной кооперации с самых широких позиций обсуждаются возможности существования иных форм жизни, вопросы о том, на каких астрономических объектах могут быть условия, подходящие для жизни вообще и для образования высших форм жизни. Рассматриваются возможные пути эволюции внеземных цивилизаций, их поиска (SETI — Search for Extraterrestrial Intelligence) и связи с ними (CETI — Communication with Extraterrestrial Intelligence), см. монографии И.С. Шкловского (1987), Д. Голдсмита и Т. Оуэна (1983), Л.М. Гиндилиса (2004). Для обсуждения этого круга вопросов в Международном астрономическом союзе, объединяющем около половины всех профессиональных астрономов мира, была создана комиссия № 51 по биоастрономии. В мире работают несколько научных учреждений этого профиля. Однако в целом эта тематика пока составляет очень малую часть астрономических исследований.

Совещание «Проблемы происхождения жизни» рассматривало более узкую проблему -происхождение земной жизни. Успехи палеонтологии показывают, что одноклеточные организмы появились на Земле около 4 млрд. лет назад, по-видимому, в течение всего ~100 млн. лет, что может оказаться недостаточным для возникновения столь сложных образований. Это привело к возрождению интереса к гипотезе панспермии — занесения на Землю жизни из космоса. Хотя эта гипотеза не решает проблемы происхождения жизни, она облегчает ее, увеличивая количество потенциальных мест зарождения жизни во много раз. Из каких мест и как возможен перенос жизни — это вопрос в основном к астрономам. В настоящее время еще невозможно делать надежные оценки и приходится ограничиваться в основном качественными суждениями.

Оргкомитет совещания просил рассказать о молекулах в космосе и возможных путях миграции сложных молекул во Вселенной. Ниже эта проблема освещена максимально широко, хотя, возможно, не все излагаемые вопросы будут немедленно востребованы участниками совещания. Мы не будем касаться образования и миграции молекул в пределах Солнечной системы, в том числе во время ее формирования из протопланетного диска, так как эти вопросы освещены в других докладах.

МОЛЕКУЛЫ В КОСМОСЕ: космические объекты, в которых обнаружены или могут существовать молекулы

В табл. 1 приведен набор космических объектов и типы среды, в которых изучаются молекулы. Знаком «+» указано, что молекулы изучаются (наблюдаются или хотя бы предсказаны теоретически); «(+)» — можно ожидать молекулы. Здесь границы фаз — это преимущественно поверхности пылевых частиц, а также границы между твердой (или жидкой) поверхностью небесного тела и его атмосферой. Твердое тело — тело планеты или иного космического объекта, включая кору нейтронных звезд, а также пылевые частицы.

Жидкая фаза известна лишь на Земле и нескольких спутниках планет. Марс также хранит следы жидкой фазы, но там она, по-видимому, исчезла, по крайней мере, 2-3 млрд. лет назад. Не исключена возможность того, что жидкая вода могла или даже может сейчас присутствовать во внутренних частях наиболее крупных кометных ядер (Цицин, Чепурова, 2003), а также ледяных астероидов, найденных во внешнем поясе астероидов — поясе Койпера. Предполагается, источником нагрева служит распад радиоактивных изотопов.

За пределами Земли, ее атмосферы, Луны, а также метеоритов пока не удалось отождествить молекулы, содержащие более 13 атомов, хотя имеются косвенные признаки существования более сложных соединений, содержащих примерно от 20 до 60, а возможно, и больше атомов.

Таблица 1. Объекты и типы среды, в которых изучаются молекулы (Бочкарёв, 2006)

BD — коричневые карлики; МЗС — межзвездная среда; AGN, QSO — активные ядра галактик, квазары; WR — звезды Вольфа-Райе; N — новые звезды; SN — сверхновые звезды; Of — горячие звезды высокой светимости с сильным истечением вещества (звездным ветром); G, К, М — спектральные классы звезд.

Где можно ожидать присутствие сложных молекул?

Ниже перечислены виды объектов, на которых обнаружено или может ожидаться присутствие сложных молекул (в том числе углеродосодержащих). Планеты и их спутники, имеющие атмосферу;

• Ядра комет и ледяные астероиды;

• Астероиды и метеоритные тела типа углистых хондритов;

• Протозвездные, околозвездные и протопланетные диски; Околозвездные оболочки вокруг холодных звезд с интенсивным истечением вещества;

• Газовая и конденсированная (пылевая) компоненты молекулярных облаков; Межзвездные пылинки;

• Атмосферы наиболее холодных звезд:

— остывших до Т = 300-500 К белых карликов;

— холодных нейтронных звезд (?).

Белые карлики и нейтронные звезды являются заключительными этапами ядерной эволюции звезд. Они рождаются горячими, но не имеют источников нагрева и со временем остывают, становясь трудно обнаружимыми. Поэтому компактные звезды этих типов, достаточно холодные для образования на них сложных молекул, пока не найдены, хотя их должно быть много.

Не хотите отнимать у своего ребенка веру в чудеса, тогда заказ деда мороза на дом на сайте www.red-nose.ru и будьте уверены, что эти новогодние праздники станут для вашего малыша настоящим путешествием в мир сказки.

Развитие такого явления в околозвездном протопланетном диске на предельно коротких по астрофизическим меркам временах очень сложно наблюдать, зато можно рассчитать, промоделировать методами вычислительной физики (Снытников и др., 2004). Но для этого нужно научиться решать сложную систему уравнений математической физики. Эта система включает в себя уравнение Больцмана для функции распределения в шестимерном фазовом пространстве с самосогласованном гравитационным полем. Для гравитационного поля имеется уравнение Пуассона, а для газовой компоненты — газодинамические уравнения. Система для численного решения очень сложна и требует ресурсов суперкомпьютеров. При числен ном моделировании мы сталкиваемся со сложными математическими проблемами, главная из которых состоит в необходимости решать не просто нестационарную задачу, а задачу на самоорганизацию, физически неустойчивую в линейном приближении. Для решения этой проблемы были разработаны новые методы и подходы, более подробно можно ознакомиться с ними в наших публикациях (Snytnikov, Knksheva, 2007).

Рис. 8. Логарифм поверхностной плотности пылевой (слева) и газовой (справа) компоненты протопланетного диска без учета химической реакции.

Результаты ряда вычислительных экспериментов можно увидеть на рис. 8. В результате развития гравитационной неустойчивости в околозвездном диске формируются сгустки, причем за времена всего несколько десятков оборотов — лет. Сгущения могут двигаться и в обратную сторону по отношению к общему направлению движения. Тем самым эти сгустки представляют собой волны плотности, нелинейные солитоноподобные структуры. Но в таких структурах коагуляция может протекать на существенно более коротких временах по сравнению со средними условиями в диске. Расчеты выполнены по разным программам с разными алгоритмами решения уравнений, что входит в условие получения достоверных результатов вычислительных экспериментов. На рис. 9 представлены кадры из фильмов с логарифмом плотности по частицам и газу в случае, когда на температуру газа оказывает влияние экзотермическая реакция образования молекулы водорода из его атомов на твердых частицах.

Рис. 9. Логарифм поверхностной плотности пылевой (слева) и газовой (справа) компоненты протопланетного диска с учетом химической реакции.

Рис. 10. Распределение логарифма плотности частиц по экваториальной плоскости диска — фоновый график. Слева вверху — аналогичная величина с увеличением для нижнего сгустка. Справа вверху -распределение логарифма плотности газа в том же самом сгустке плотности. Внизу — изменение массы твердой фазы на единицу площади (поверхностная плотность) для нижнего сгустка.

В варианте без учета этой реакции сгустки сколлапсированного вещества появляются в диске, а при дополнительном тепловыделении такие сгустки отсутствуют. Это показывает, что на ранних этапах при большом содержании атомарного водорода или при высоких температурах структуры могут не возникать. Параметры среды в солитоно-подобных волнах сильно отличаются от средних значений в диске. Так, на рис. 10 приведен график с распределением плотности по твердой фазе в сгустке. Эта плотность в максимуме на 4-6 порядков выше фонового значения. Более точно я сказать не могу, так как в самом сгустке эту амплитуду мы считаем с низкой точностью. В самих сгустках давление по газу также во столько же раз отличается от фона. Если принять удаление сгустка от протозвезды за астрономическую единицу с абсолютным значением давления 10^-4
атмосферы, то в сгустке мы получили давление до ста атмосфер.

Попробуем взглянуть на сгусток с точки зрения химических технологий с их реакторами и охарактеризуем его с использованием классификации химических реакторов (Слинько, 1980). Это реактор с кипящей твердой фазой в газе. Частицы-катализаторы поступают из диска в реактор. Они некоторое время, порядка суток, ведут реакции в сгустках, а затем снова выходят в зону с низким давлением и высокой радиацией от протозвезды, где освобождаются от летучих соединений. Происходит регенерация поверхности. Известно, что реакторы с кипящим катализатором относятся к одному из самых эффективных реакторов химических технологий. Правда, они редко встречаются на реальном производстве по причине своей дороговизны, сложности в управлении, истирании катализаторов и внутренних поверхностей. Но природа на эти обстоятельства могла не обращать своего внимания.

Не секрет, что вкус и аромат свежемолотого кофе имеет более насыщенный и яркий оттенок в сравнении с быстрорастворимым. Именно поэтому в арсенале истинного ценителя этого бодрящего напитка должна присутствовать кофемолка, способная за считанные секунды измельчить душистые кофейные зерна. Я советую Вам обратить свое внимание на кофемолку BOSCH MKM 6003, которую Вы сможете приобрести на сайте nsk.terminal.ru всего за 820 рублей.

Следующий выпуск вышеупомянутого журнала за тот же год (Журнал ВХО, 1980. № 5) был посвящен проблемам химической промышленности и науки. В этом выпуске рассматривалось развитие химических технологий, создание химических заводов для многотоннажных синтезов и небольших производств, задачи разработки новых и модернизации действующих реакторов, их классификация, защита окружающей среды. Используя изложенные в этом журнале подходы, попытаемся посмотреть глазами химиков-технологов на научную проблему о происхождении жизни (рис. 4). Зададимся простым вопросом. Если у нас есть готовая продукция в виде биополимеров известного (CH₂0)_l06(NH₃)₁₆H₃P0₄ состава на поверхности Земли, то какой я должен создать химический завод, сколько должен взять исходного сырья, как я должен организовать выброс отходов и их утилизацию для получения определенного биогеохимиками количества продукции. Не поддержания на Земле на длительных временах в тысячи и миллионы лет заданной массы биополимеров определенного состава в био-, гео-и фотохимических циклах в биоценозах, а именно их получения. Нужно еще учесть, что есть времена «выпуска заводом продукции» и есть химические времена, времена пребывания реагентов в реакторах и передвижения реагентов из реактора в реактор.

Рис. 4. Происхождение жизни как первичное производство биополимеров.

Эти времена синтезов органических соединений составляют сутки, максимум, что можно себе представить — годы, десятки, но не тысячи лет. За тысячи и более лет скорее происходит деструкция, разложение органических соединений. Далее, один из важнейших вопросов — куда мы должны девать отходы? Не менее важный вопрос с точки зрения реакторов и химических технологий — как подводится, используется и отнимается энергия в комплексе эндо- и экзотермических реакций? Такая постановка вопроса не рассматривалась ранее, не исключение и упомянутые выпуски журнала ВХО им. Д.И. Менделеева, посвященные происхождению и эволюции жизни. На мой взгляд, это перспективный методологический подход к изучению проблемы абиогенного синтеза пребиотического вещества, поскольку происхождение жизни выходит за рамки последних 3.9 млрд. лет, которые геологически документированы для Земли. Кроме того, химические технологии требуют как экспериментальную демонстрацию своих процессов последовательно на лабораторном, пилотном и опытно-промышленном уровнях, так и проведения количественных инженерных расчетов. Все это возвращает далекие от реальности идеи и фантазии на прокрустово ложе базовых законов сохранения в балансовых соотношениях.

Итак, «проблема химического завода» — рис. 5. На «планете бактерий» (Заварзин, 2008) углерода биологического органического вещества несколько единиц на 10¹⁸ г. Если я добавлю сюда воду, азот, то получаю число примерно 10¹⁹ г состава ((CH₂0)_l06(NH₃)₁₆H₃P0₄)_n. Л.М. Мухин (1980) утверждал, что выходы в синтезах нуклеотидов, Сахаров и других важных компонентов составляют значения в 0.01 % по массе. Обычно выходы полинуклеотидов при переходе к «миру РНК» также указываются в 0.01 %. Мной не найдены литературные сведения о возможных выходах продукции при переходе от «мира РНК» к простейшим клеткам и далее к «планете бактерий». И я принял (но здесь требуется уточнение, стоит вопрос) то же самое значение 0.01 % по массе, что соответствует двум стадиям самоорганизации в этом переходе. А теперь собираем все порядки. Итого на трех основных этапах выход составил 10^-12, двенадцать порядков! Для того чтобы на поверхности Земли получить 10¹⁹ г бактерий, в качестве сырья на входе «химического завода» нужно иметь 10³¹ г углерод-азот-кислородного сырья. А если по космической распространенности элементов я добавлю еще два порядка по массе водорода и гелия, то необходимое общее количество сырья на входе «завода» 10³³ г, что всего в два раза меньше массы современного Солнца. Число астрономическое.

Рис. 5. Проблема «химического завода».

В учебниках по химическим технологиям написано, что нужно делать, чтобы уменьшить это число, количество исходного сырья. Для этого мы должны кардинально увеличить выходы особенно на первых стадиях, решив как минимум две проблемы. Во-первых, найти наиболее эффективные синтезы с катализаторами. И, во-вторых, создать для них экономичные реакторы, которые еще должны быть согласованы по массо- и теплообмену по всей цепочке синтезов. Мы должны согласовать абсолютно всю цепочку синтезов от сырья из простейших соединений до конечной продукции клетки и «планеты бактерий». Если у нас возникнет затор в одном хотя бы месте, то это будет означать, что вся цепочка, весь «завод» не работает. В этом случае на временах в миллиарды лет заведомо происходит как деструкция наработанных полупродуктов, так и разрушение самого «завода». Что еще мы можем сделать с точки зрения химических технологий? Мы можем сменить исходное сырье и вместо инертных, трудно активируемых молекул — СН₄, СО₂, N₂, — использовать реакционноспособные соединения. Тогда их нужно найти. И зададим еще один, возможно, самый главный, или ключевой, вопрос. А может, и нет ничего страшного в этом числе 10³³ г, и в происхождении жизни действительно участвовало вещество, по массе сравнимое с Солнцем? Положительный ответ переводит проблему происхождения жизни из геохимии в астрохимию и астрофизику.

Современный космохимический ответ на вопрос об исходных высоко реакционноспособных соединениях на первый взгляд очень прост. Даже вся Земля, а не только ее атмосфера и поверхность с привнесенным метеоритным дождем, не имела и не имеет указанной массы исходного вещества для первичного абиогенного синтеза органических соединений. А вот молекулярные облака и околозвездные диски сразу предоставляют необходимое сырье. В его состав помимо метана, воды, диоксида углерода входят многие активные и в обычных условиях неустойчивые соединения, которые идентифицированы астрофизиками и астрохимиками. Среди этих соединений можно отметить цианводород, формальдегид, аммиак, монооксид углерода, формамид и другие молекулы и многие радикалы. Поэтому здесь не надо придумывать никаких молний, вулканов и тому подобных плазмохимических, электродуговых, фото- и прочих реакторов с их экстремальными условиями, к примеру, расплавленных лав или суперкритических сред для активации инертных соединений. А при этом — с разрушением сложных молекул и стерилизацией среды. Это примерно так же, как нас заставили бы производить этилен из метана, вместо того, чтобы воспользоваться другим источником сырья — этаном в составе добываемого природного газа.

Если волею судеб Вас занесло на адриатическое побережье Балканского полуострова, то Вам определенно точно понадобиться карта Черногории туристическая, которая поможет Вам не заплутать, прогуливаясь по живописным улочкам этого европейского государства.

Хотите побаловать близких изысканным кулинарным шедевром, приготовленным своими собственными руками? Тогда, просто вбейте в поисковую строку Яндекса запрос “торт черепаха рецепт”, который непременно приведет Вас на сайт www.vdvoem.su, уже ставший путеводителем по миру кулинарии для тысяч гурманов со всей России и ближнего зарубежья.

АСТРОКАТАЛИЗ — АБИОГЕННЫЙ СИНТЕЗ И ХИМИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ НА ДОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЭТАПАХ ФОРМИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ

© 2009 г. В.Н. Снытников

Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН

Биосфера на Земле появилась в результате самоорганизации вещества при возникновении Солнечной системы. С использованием методов изучения самоорганизации и на основе имеющихся естественнонаучных данных выяснено, что основными этапами химической эволюции в становлении биосферы являются «холодная предыстория жизни» в плотных молекулярных облаках, «допланетный хемоценоз», «мир РНК» в околосолнечном диске и первичные биоценозы из протоклеток (жизнь) на допланетных телах. Масса первичной биосферы на поверхности ранней Земли оценена в 2.4×10¹⁹ кг по углероду. Деструкция первичной земной биомассы и биогеохимические циклы привели за 2.5 млрд. лет к «планете бактерий» с 2.0×10¹⁵ кг биоты в протерозое с кислородной атмосферой. Установлены основные параметры — давление, температура, состояние каталитической твердой фазы — на этих этапах возникновения жизни. Показано, что абиогенный синтез пребиотического вещества осуществлялся в Солнечной системе в грандиозных масштабах с участием практически каждого атома всех элементов в наночастицах — катализаторах. Отбор среди каталитически активных наночастиц происходил по способности синтезировать высокомолекулярные соединения в допланетном диске. Допланетная химическая эволюция шла с участием автокатализаторов, начиная уже с таких простых веществ как этилен и гликолевый альдегид. Первичный синтез автокатализаторов осуществлялся через внешнее высокоэнергетическое воздействие, к примеру, посредством ультрафиолетового излучения.

Проблема происхождения жизни — это крупнейшая проблема, которая нам досталась в наследство от XX в. В первую очередь мне было интересно ответить на вопрос, что изменилось в исследованиях по этой проблеме и в чем было максимальное продвижение за последние 30 лет. Почему взят отрезок времени именно в 30 лет?

Дело в том, что в 1980 г. два вышедших подряд выпуска журнала Всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева (Журнал ВХО, 1980. № 3-4) были полностью посвящены происхождению и эволюции жизни. В № 3 напечатана одна из последних статей А.И. Опарина. В этих же номерах был затронут практически тот же круг вопросов, который обсуждался и на совещании «Проблемы происхождения жизни» в 2008 г. Кроме того, два автора тех выпусков — Л.М. Мухин и НС. Кардашев — участвовали в наших заседаниях.

Рис. 1. Примеры структурообразующих систем с биоценозами. S_e — экспортируемая энтропия, S_i — производство энтропии в системе в неравновесных процессах.

Первое, что обращает на себя внимание — интенсивное изучение дальнего и ближнего космоса. Это уже нашло свое отражение в выступлениях на нашем совещании. Второе. На сегодня весьма сильно развиты информационные подходы, что ранее проходило под термином «кибернетика». Третье. Стало редким обсуждение проблем термодинамики и второго закона возрастания энтропии для изолированных систем. Почему? По моему мнению, интерес переместился в область нелинейных неравновесных процессов в открытых системах (Эбелинг и др., 200I). Кроме того, найдено несколько полезных и важных примеров, на которых на качественном уровне можно понять эти проблемы. Остановимся здесь чуть подробнее.

Рассмотрим либо замкнутую систему, либо открытую систему, в которую попадает поток энергии. Ровно тот же поток энергии уходит из этой системы. Но приходит энергия с большей температурой, чем та, с которой энергия уходит. В этом случае система экспортирует энтропию. Примеры таких систем известны достаточно хорошо (рис. 1). Прежде всего, это наша Земля, на которую падает излучение от Солнца с температурой 6000 К. В свою очередь Земля излучает энергию в космос, который имеет температуру 2.7 К. Излучение Земли в космос определяется в основном атмосферой. Меньшую часть излучает поверхность Земли. Взяв для оценки значение 300 К температуры поверхности, мы получаем величину энтропии dS_e/dt=-6·10¹⁴ Вт/К, которую Земля непрерывно экспортирует в космос в единицу времени. Еще один пример это литосфера Земли. Через нее высокотемпературная энергия из ядра Земли выходит на охлаждаемую атмосферой поверхность Земли. Приведем соответствующую оценку для экспорта энтропии dS_e /dt=-10¹¹ Вт/К для литосферы. И последний пример — обычные вулканы и подводные «черные курильщики», для которых эта величина не столь значительна.

Тем самым, повторю давно сделанный вывод из термодинамики, что Земля как физическое тело — это замкнутая система, теряющая энтропию на временах своего существования. Биосфера на ее поверхности и на глубине это открытые системы. Во всех указанных примерах в системах возможна самоорганизация (развитие, усложнение) в границах, которые определяются балансом между экспортом энтропии и ее ростом внутри в неравновесных процессах. Интересный и тут же возникающий вопрос. Связанные сегодня между собой биоценозы в наземных, глубинных подземных и в подводных вулканических системах имеют одного родоначальника или же они возникли и развивались автономно друг от друга?

Рис. 2. Самоорганизация в системе при возникновении новой структуры с разрушением исходной.

Следует отметить еще одно направление исследований, в котором имеется значительное продвижение. Это проблемы самоорганизации в приложениях к различным объектам, начиная космологическими явлениями и вплоть до событий социальных и исторических. Происхождение и эволюция биосферы — одна из таких проблем. Задачи в этой области являются принципиально нестационарными, динамическими. Часто исследования ведутся на качественном, описательном уровне, хотя основы для количественных моделей уже заложены (Эбелинг и др., 2001).

С общефизической точки зрения подход к решению проблемы самоорганизации, как выше было уже отмечено, состоит в рассмотрении открытой системы. Открытая система в квазистационарном состоянии подстраивается под приход и уход энергии или соответствующей массы. Насколько полно выполняется баланс между приходом и уходом зависит от конкретного объекта. Примером может служить биосфера с неполной замкнутостью цикла по углероду. Если приход энергии компенсирует ее потери, то и система может оказаться стабильной по своему внутреннему состоянию даже при значительном экспорте энтропии. При изменении внешних условий или внутренних параметров прихода-ухода энергии система двигается к состоянию, в котором начинают развиваться неустойчивости (рис. 2). Неустойчивое состояние означает, что все обычно небольшие и затухающие флуктуации, присутствующие в этой системе, начинают резко усиливаться и достигают макроуровня. Из этих макросостояний остаются только те, которые соответствуют новым условиям, внешним и внутренним. Происходит отбор и, конечно, он естественный.

Исходная система может перестроиться вся в целом с потерей исходного состояния, как схематично показано на рис. 2. Но перестройка может пройти и так, что внутри исходной системы может возникнуть какое-то новое состояние или новый уровень (рис. 3). В этом случае считается, что в исходной системе произошло усложнение. В литературе иногда встречается термин «упорядочивание» (Климонтович, 1990; Галимов, 2008) в смысле возникновения коллективного согласованного движения в противоположность хаотическому. Приведу примеры такого сорта усложнений.

Барионы имеют массу в 4 % от всей гравитирующей материи. Тяжелые элементы среди всех барионов с большей, чем у водорода и гелия, атомарной массой. Таких тяжелых элементов во Вселенной около 1 % среди барионов.

Рис. 3. Самоорганизация в системе при возникновении новых структур с сохранением исходной.

Звезды относительно всей видимой материи во Вселенной — всего-то 0.5 %. Масса планет в Солнечной системе (СС) — масштаба 0.1 % от системы. И если брать примеры уже из биологии, то, прежде всего можно привести трофические цепи. Число их уровней невелико, в «Биологическом словаре» (1993) указано 4-5. А вот предельная энергия, которую один уровень может передать другому без своего разрушения, не превышает 10 %.

Итак, характерная масса нового состояния для одного этапа в процессах самоорганизации в природе составляет примерно 1 % исходной системы. Последовательная цепь возникающих новых состояний от, ограничим себя, синтеза барионов до зарождения и эволюции биосферы представляет собой развитие в природе. Хотя бы из-за охлаждения нашей расширяющейся Вселенной это развитие однонаправлено. Так, тяжелые элементы при стабильном протоне не распадаются. Поскольку новые состояния формируются через неустойчивость (кризис), то смысл и использование терминов типа «устойчивое развитие» должны определяться отдельно.

ГИПОТЕЗА О ДРЕВНЕМ МИРЕ РНК

ГИПОТЕЗА О ДРЕВНЕМ МИРЕ РНК

Открытие каталитически активных РНК — рибозимов — в 1982-1983 гг. сыграло решающую роль в формулировании и развитии гипотезы о том, что РНК как самодостаточный полимер могла бы и воспроизводиться, и функционировать в глубокой древности на Земле или других космических объектах до появления клеточных форм жизни. Можно предположить, что молекулы РНК могли бы обходиться не только без ДНК как генетического вещества, но и без белков для осуществления катализа важных синтетических и метаболических реакций. Идея древнего безбелкового мира РНК как возможного предшественника современной жизни на Земле была окончательно сформулирована в 1986 г. (Gilbert, 1986) и быстро приобрела многочисленных сторонников. В настоящее время гипотеза о том, что жизнь начиналась с молекул РНК и их ансамблей, является почти общепринятой (см. сборники «Мир РНК» — «The RNA World» — под редакцией Gesteland et al., 1993, 1999, 2006). Таким образом, термин «мир РНК» широко используется теперь для обозначения древней, пребиотической ситуации на Земле, имевшей место около 4 млрд. лет назад, когда самореплицирующиеся молекулы РНК или их ансамбли могли существовать и эволюционировать без белков.

Таким образом, согласно существующим представлениям, в древнем мире РНК не было ни белков, ни ДНК, а лишь ансамбли различных молекул РНК, выполняющих разные вышеперечисленные функции. Однако вопрос о возникновении такого мира на Земле — один из самых трудных в теориях происхождения жизни. Можно предполагать, что первичные олигорибонуклеотиды возникали из абиогенно образующихся монорибонуклеотидов или их активированных производных путем полимеризации на поверхностях глин и глиноподобных минералов. Возможна была также и предшествующая химическая эволюция нуклеотидоподобных и олигонуклеотидоподобных соединений. В любом случае, появление олигорибонуклеотидов должно было быть отправной точкой появления мира РНК. Однако, для дальнейшего развития было необходимо, чтобы абиогенный синтез олигорибонуклеотидов, основанный на редких случайных событиях, был дополнен постоянным механизмом, который бы мог генерировать варианты этих олигомеров и удлинять их (при сильной тенденции к их спонтанной химической и физической деструкции). Элонгация коротких олигорибонуклеотидов в полирибонуклеотиды представляется абсолютно необходимым условием для образования компактно свернутых структур со свойствами специфического узнавания лигандов и каталитическими активностями, а генерация вариантов в популяции абиогенных олиго- и полирибонуклеотидов требуется для того, чтобы дать шансы для случайного возникновения нужных функциональных, в том числе каталитических, активностей.

В течение долгого времени не было предложено какого-либо удовлетворительного решения этой проблемы. Около 15 лет назад А.Б. Четвериным и Е.В. Четвериной с сотрудниками (Chetverin et al., 1991; Chetverina, Chetverin, 1993) был разработан метод молекулярного клонирования РНК: из единичных молекул РНК, помещенных на поверхность геля, содержащего катализатор репликации (в данном случае вирусную РНК-зависимую РНК-полимеразу) и рибонуклеозид-трифосфаты, оказалось возможным выращивать колонии молекул РНК, идентичных исходной молекуле (рис. 6). Позднее метод был применен для регистрации единичных событий, происходящих с популяцией РНК в растворе, и была впервые экспериментально показана способность молекул РНК к спонтанной перестройке их нуклеотидных последовательностей в отсутствие каких-либо ферментов и рибозимов (Chetverina et al., 1999), Открытая спонтанная реакция характеризовалась следующими особенностями. Во-первых, цепи РНК в растворе при температурах от 5 до 37 °С время от времени обменивались частями своих последовательностей; обмен мог осуществляться как между разными молекулами (транс-перестройки), так и внутри одной и той же молекулы (цис-перестройки). Во-вторых, эти перестройки были неспецифичны по отношению к последовательности и могли происходить в любом месте цепей. В-третьих, в отличие от рибозимных и ферментативных реакций, а также реакций самокатализируемого сплайсинга, З’-гидроксилы не участвовали в этой спонтанной реакции, а части РНК реагировали друг с другом внутренними районами. Реакция оказалась зависима от присутствия Mg^2-. Скорость спонтанных перестроек была невысока — одно событие в час на миллиард нуклеотидов; это означает, что 0.002-0.02 % цепей РНК с длиной 800-8000 нуклеотидных остатков спонтанно перестраиваются в популяции РНК в течение 24 часов. Реакция не требует никаких других компонентов, кроме самой РНК и Mg^2-, и, таким образом, может рассматриваться как присущее РНК химическое свойство и должна происходить в водной среде повсюду, как в живой, так и в неживой природе.

Это открытие, очевидно, имеет прямое отношение к проблеме возникновения древнего мира РНК. Прежде всего, спонтанные перестройки нуклеотидных последовательностей могли быть основным эффективным механизмом непрерывной генерации вариантов олиго- и полирибонуклеотидов до эры рибозимов. Более того, элонгация олигорибонуклеотидов в полирибонуклеотиды путем спонтанной трансэстерификации, происходящей в этой реакции, представляется гораздо более реальной возможностью в то время, по сравнению с последовательным ростом цепи, требующим специального механизма, постоянной защиты от деградации удлиняемого полинуклеотида и постоянного притока энергии. Именно этим путем и могли появляться длинные полирибонуклеотиды на заре возникновения мира РНК.

Появление достаточно длинных полирибонуклеотидов и генерация вариантов за счет спонтанных цис- и транс-перестроек должна была привести к случайному появлению рибозимов, и критичным должно было быть появление в популяции РНК рибозима, катализирующего процесс комплементарной репликации РНК.

Рис. 6. Колонии молекул РНК, выросшие на влажной поверхности агарозы или полиакриламидного геля в присутствии рибонуклеозид-трифосфатов и катализатора комплементарной репликации РНК (РНК-зависимой РНК-полимеразы фага Qβ) (Chetverin et al., 1991; Chetverina, Chetverin. 1993).

Это — принципиальное условие для того, чтобы размножить — амплифицировать — единичные молекулы случайно возникших в популяции вариантов и сохранить их для эволюции. Другими словами, появление механизмов РНК-катализируемой репликации РНК должно рассматриваться как первое и необходимое условие для начала эволюции мира РНК. В ряде экспериментов была экспериментально показана возможность создания рибозимов, осуществляющих лигирование олигонуклеотидов на комплементарной матрице (Dondna, Szostak, 1989; Doudna et al., 1991, 1993) или полимеризующих короткие олигонуклеотиды или мононуклеоти-ды путем удлинения олигонуклеотидной затравки на комплементарной матрице (Bartel, Szostak, 1993; Ekland, Bartel, 1996; Johnston et al., 2001). С появлением рибозимов, катализирующих полимеризацию РНК на матрице РНК — хотя бы одной молекулы на популяцию молекул РНК в каком-то небольшом водоеме — мир РНК обретал свою сущность как самосохраняющаяся и развивающаяся материя на древней Земле.

Не можете сделать выбор между сверхмодным айфоном четвертого поколения и более продвинутым в технологическом плане samsung galaxy s2, тогда Вам просто необходимо прочитать статью на сайте www.androidops.ru, посвященную обзору мобильного телефона Galaxy S2. 9pt»>Открытие каталитически активных РНК — рибозимов — в 1982-1983 гг. сыграло решающую роль в формулировании и развитии гипотезы о том, что РНК как самодостаточный полимер могла бы и воспроизводиться, и функционировать в глубокой древности на Земле или других космических объектах до появления клеточных форм жизни. Можно предположить, что молекулы РНК могли бы обходиться не только без ДНК как генетического вещества, но и без белков для осуществления катализа важных синтетических и метаболических реакций. Идея древнего безбелкового мира РНК как возможного предшественника современной жизни на Земле была окончательно сформулирована в 1986 г. (Gilbert, 1986) и быстро приобрела многочисленных сторонников. В настоящее время гипотеза о том, что жизнь начиналась с молекул РНК и их ансамблей, является почти общепринятой (см. сборники «Мир РНК» — «The RNA World» — под редакцией Gesteland et al., 1993, 1999, 2006). Таким образом, термин «мир РНК» широко используется теперь для обозначения древней, пребиотической ситуации на Земле, имевшей место около 4 млрд. лет назад, когда самореплицирующиеся молекулы РНК или их ансамбли могли существовать и эволюционировать без белков.

Таким образом, согласно существующим представлениям, в древнем мире РНК не было ни белков, ни ДНК, а лишь ансамбли различных молекул РНК, выполняющих разные вышеперечисленные функции. Однако вопрос о возникновении такого мира на Земле — один из самых трудных в теориях происхождения жизни. Можно предполагать, что первичные олигорибонуклеотиды возникали из абиогенно образующихся монорибонуклеотидов или их активированных производных путем полимеризации на поверхностях глин и глиноподобных минералов. Возможна была также и предшествующая химическая эволюция нуклеотидоподобных и олигонуклеотидоподобных соединений. В любом случае, появление олигорибонуклеотидов должно было быть отправной точкой появления мира РНК. Однако, для дальнейшего развития было необходимо, чтобы абиогенный синтез олигорибонуклеотидов, основанный на редких случайных событиях, был дополнен постоянным механизмом, который бы мог генерировать варианты этих олигомеров и удлинять их (при сильной тенденции к их спонтанной химической и физической деструкции). Элонгация коротких олигорибонуклеотидов в полирибонуклеотиды представляется абсолютно необходимым условием для образования компактно свернутых структур со свойствами специфического узнавания лигандов и каталитическими активностями, а генерация вариантов в популяции абиогенных олиго- и полирибонуклеотидов требуется для того, чтобы дать шансы для случайного возникновения нужных функциональных, в том числе каталитических, активностей.

В течение долгого времени не было предложено какого-либо удовлетворительного решения этой проблемы. Около 15 лет назад А.Б. Четвериным и Е.В. Четвериной с сотрудниками (Chetverin et al., 1991; Chetverina, Chetverin, 1993) был разработан метод молекулярного клонирования РНК: из единичных молекул РНК, помещенных на поверхность геля, содержащего катализатор репликации (в данном случае вирусную РНК-зависимую РНК-полимеразу) и рибонуклеозид-трифосфаты, оказалось возможным выращивать колонии молекул РНК, идентичных исходной молекуле (рис. 6). Позднее метод был применен для регистрации единичных событий, происходящих с популяцией РНК в растворе, и была впервые экспериментально показана способность молекул РНК к спонтанной перестройке их нуклеотидных последовательностей в отсутствие каких-либо ферментов и рибозимов (Chetverina et al., 1999), Открытая спонтанная реакция характеризовалась следующими особенностями. Во-первых, цепи РНК в растворе при температурах от 5 до 37 °С время от времени обменивались частями своих последовательностей; обмен мог осуществляться как между разными молекулами (транс-перестройки), так и внутри одной и той же молекулы (цис-перестройки). Во-вторых, эти перестройки были неспецифичны по отношению к последовательности и могли происходить в любом месте цепей. В-третьих, в отличие от рибозимных и ферментативных реакций, а также реакций самокатализируемого сплайсинга, З’-гидроксилы не участвовали в этой спонтанной реакции, а части РНК реагировали друг с другом внутренними районами. Реакция оказалась зависима от присутствия Mg^2-. Скорость спонтанных перестроек была невысока — одно событие в час на миллиард нуклеотидов; это означает, что 0.002-0.02 % цепей РНК с длиной 800-8000 нуклеотидных остатков спонтанно перестраиваются в популяции РНК в течение 24 часов. Реакция не требует никаких других компонентов, кроме самой РНК и Mg^2-, и, таким образом, может рассматриваться как присущее РНК химическое свойство и должна происходить в водной среде повсюду, как в живой, так и в неживой природе.

Это открытие, очевидно, имеет прямое отношение к проблеме возникновения древнего мира РНК. Прежде всего, спонтанные перестройки нуклеотидных последовательностей могли быть основным эффективным механизмом непрерывной генерации вариантов олиго- и полирибонуклеотидов до эры рибозимов. Более того, элонгация олигорибонуклеотидов в полирибонуклеотиды путем спонтанной трансэстерификации, происходящей в этой реакции, представляется гораздо более реальной возможностью в то время, по сравнению с последовательным ростом цепи, требующим специального механизма, постоянной защиты от деградации удлиняемого полинуклеотида и постоянного притока энергии. Именно этим путем и могли появляться длинные полирибонуклеотиды на заре возникновения мира РНК.

Появление достаточно длинных полирибонуклеотидов и генерация вариантов за счет спонтанных цис- и транс-перестроек должна была привести к случайному появлению рибозимов, и критичным должно было быть появление в популяции РНК рибозима, катализирующего процесс комплементарной репликации РНК.

Рис. 6. Колонии молекул РНК, выросшие на влажной поверхности агарозы или полиакриламидного геля в присутствии рибонуклеозид-трифосфатов и катализатора комплементарной репликации РНК (РНК-зависимой РНК-полимеразы фага Qβ) (Chetverin et al., 1991; Chetverina, Chetverin. 1993).

Это — принципиальное условие для того, чтобы размножить — амплифицировать — единичные молекулы случайно возникших в популяции вариантов и сохранить их для эволюции. Другими словами, появление механизмов РНК-катализируемой репликации РНК должно рассматриваться как первое и необходимое условие для начала эволюции мира РНК. В ряде экспериментов была экспериментально показана возможность создания рибозимов, осуществляющих лигирование олигонуклеотидов на комплементарной матрице (Dondna, Szostak, 1989; Doudna et al., 1991, 1993) или полимеризующих короткие олигонуклеотиды или мононуклеоти-ды путем удлинения олигонуклеотидной затравки на комплементарной матрице (Bartel, Szostak, 1993; Ekland, Bartel, 1996; Johnston et al., 2001). С появлением рибозимов, катализирующих полимеризацию РНК на матрице РНК — хотя бы одной молекулы на популяцию молекул РНК в каком-то небольшом водоеме — мир РНК обретал свою сущность как самосохраняющаяся и развивающаяся материя на древней Земле.

Не можете сделать выбор между сверхмодным айфоном четвертого поколения и более продвинутым в технологическом плане samsung galaxy s2, тогда Вам просто необходимо прочитать статью на сайте www.androidops.ru, посвященную обзору мобильного телефона Galaxy S2.

«РОДСТВЕННИКИ» ВИРУСОВ

У вирусов есть многочисленные и достаточно близкие родственники это «эгоистические» генетические элементы (как ДНК, так и РНК), которые, подобно вирусам, полностью зависят от клеточных механизмов синтеза белков и генерации энергии. К ним относят вироиды (инфекционные, но не способные кодировать белки, относительно низкомолекулярные кольцевые РНК), плазмиды (разнообразные нехромосомные ДНК- и РНК-элементы), транспозоны (мобильные генетические элементы, перемещающиеся между различными участками генома), ретротраспозоны (мобильные элементы ДНК, перемещающиеся при участии механизма обратной транскрипции) и интроны (участки РНК, которые выщепляются из «зрелых» молекул РНК в процессе сплайсинга, а также соответствующие им участки ДНК).

Эти элементы могут быть интегрированы в клеточные ДНК или РНК или существовать в виде самостоятельных (до известной степени) молекул. Некоторые из них способны размножаться в клетке и мигрировать между клетками. И хотя в отличие от вирусов у них нет белок-содержащих оболочек и стабильных неклеточных форм, с вирусами их объединяет фундаментальная черта — они используют те же механизмы репликации и выражения генетической информации, которые были рассмотрены в предыдущем разделе. Поэтому есть все основания объединить эти элементы с вирусами в один общий домен биологических объектов. Это положение также весьма существенно при рассмотрении происхождения вирусов.

ПРОБЛЕМА ПРОИСХОЖДЕНИЯ ВИРУСОВ

Эволюционные взаимоотношения между вирусами и клеточными организмами — один из ключевых вопросов проблемы происхождения жизни. Нередко эволюцию трех главных живых доменов или «царств» — эубактерий, архей и эукариот — изображают в виде единого древа (хотя полного консенсуса по этому вопросу нет). Каково место вирусов на этом древе? И есть ли, вообще, такое место? Более того, правомерно ли представлять эволюцию вирусов в виде единой ветви какого-то древа или даже просто отдельного древа?

Проблема происхождения вирусов, естественно, привлекала к себе внимание с момента их открытия Д.И. Ивановским в конце XIX в. Обсуждение этого интригующего вопроса в течение первых ~100 лет вынуждено носило чисто спекулятивный характер (см., например, Luria, Darnell, 1967; Agol, 1976). Тем не менее, было высказано несколько интересных и в то время привлекательных гипотез. Схематически их можно разбить на три группы: вирусы -это «сбежавшие» из клетки «сумасшедшие» гены; это клетки, дегенерировавшие до предела паразитизма; и это доклеточные генетические элементы. В то время последняя точка зрения была наименее популярна, но, как мы увидим, оказалась наиболее близкой нашим теперешним представлениям.

Ищете, где быстро скачать новейшие программы для своего компьютера, тогда в закладках вашего любимого браузера обязательно должна присутствовать ссылка на сайт http://soft-container.net/, на котором Вы найдете огромное количество полезных програм, которые Вы сможете скачать совершенно бесплатно и без регистрации!

Дискуссия

по пленарному докладу АБ. Четверина

«МОЖНО ЛИ СОБРАТЬ КЛЕТКУ ИЗ ЕЕ КОМПОНЕНТОВ?»

Председательствующий А.И. Григорьев

Л.М. Мухин: Поясните Ваш тезис о том, что наноколонии, растущие в глине, могли быть формой компартментализации не только в мире РНК, но и в процессе становления белкового мира?

А.Б.Ч.: Мы показали, что в напоколониях возможно не только размножение РНК или ДН К, но возможна трансляция, экспрессия нуклеиновых кислот- если гель содержит компоненты, которые катализируют синтез белка на РНК. На каком-то этапе рибозимы приобрели способность катализировать производство пол и пептидов — тогда и происходило становление белкового мира.

В Н. Сиытников: Известно, что алюмосиликаты, в частности, монтмориллонит, являются хорошими катализаторами. Многие цеолиты используются в промышленности в этом качестве. И то, что они сорбируют органические соединения — тоже хорошо известный факт. С точки зрения работоспособности катализаторов проблема заключается в том, что стоит им только что-то адсорбировать — и после этого крайне сложно происходит десорбция (все поры закрываются). Как же в Вашем случае будет происходить десорбция из пор этих длинных и сложных молекул?

A. Б.Ч.: Я предполагаю, что десорбировать полинуклеотиды там и не надо. Мононуклеотиды сорбируются обратимо. Полинуклеотиды сорбируются практически необратимо. Но это и не нужно, так как глина может разбиваться на мелкие фрагменты, кусочки, эти частички глины могут переноситься на другое место — вместе с теми РНК, которые были на них сорбированы. На новом месте, прилипая к еще «незаселенному» куску глины, они могут дать место новой колонии РНК.

B. Н. Сиытников: Так ведь активный центр на алюмосиликатах уже закрыт,

А.Б.Ч.: Правильно. Но колония может расти по принципу грибницы — своей периферией, там, где активные центры еще не забиты,

М.Я. Маров: Вы говорили о бактериальном геноме. Геном — это каталог генов. Вы упомянули, что можно налить компоненты в пробирку и собрать геном. Возникает вопрос — все-таки любой каталог организован — эта организация, она определяется некой внутренней упорядоченностью, которая возникает в геноме?

А.Б.Ч.: Мы берем пробирку, в которой есть все компоненты для синтеза РНК, ДНК и белка, кидаем туда сколько-то молекул матрицы, начинается синтез ДНК, на ней — РНК. а потом синтез белка. Для этого процесса никакой особой организации, кроме последовательности полинуклеотидов, не надо. Идет синтез белка. Александр Сергеевич Спирин показал, что если все это поместить в реактор и добавлять туда новые компоненты и убирать продукты жизнедеятельности, то теоретически этот процесс может происходить бесконечно долго.

М.Я. Маров: Для клетки понятно — есть некая матрица, которая это все выстраивает. А вот для генома это все-таки что — система сама знает, в какой последовательности полинуклеотиды выстраивать?

А.Б.Ч.: Она не знает. Если есть матрица, то вопрос, откуда взялась матрица? Об этом лучше расскажет Александр Сергеевич Спирин. Относительно того, имеет ли значение взаимное расположение генов внутри хромосомы — это существенно для высокоорганизованных организмов, скажем, для эукариот. В случае бактерий этот эффект минимален. Для простейшей клетки эти проблемы не имеют значения — должны быть гены, последовательность полинуклеотидов, которые обеспечивают синтез полипептида, который способен собираться во что-то и давать функционирующий белок.

М.Я. Маров: Это в какой-то мере отражает концепцию, сейчас все более и более принимаемую в качестве некой парадигмы, что в нелинейных открытых системах происходит некая упорядоченность из первичной хаотической структуры. Отражается ли это в данной ситуации — на таком макромолекулярном уровне?

A. Б.Ч.: Думаю, что да.

B. Н. Сиытников: У химиков есть понятие «выхода». Каков выход собранных клеток из компонентов?

А.Б.Ч.: Для биологии выход гораздо менее важен, чем для химии, потому что в биологии, если что-то родилось в количестве одной миллиардной или одной триллионной доли от всей массы, но при этом это что-то получило способность эффективно размножаться, этот успех будет закреплен.

СВ. Рожнов: Можно ли создать из необходимых компонентов не просто клетку, а такую клетку, из которой в дальнейшем могло бы возникнуть все разнообразие органического мира?

А.Б.Ч.: Не знаю. Это совершенно особая тема.

СВ. Шестаков: Из Вашего доклада следует, что и без Qβ-репликазы возможно самопроизвольное образование полинуклеотидов, и очень длинных. Эти полинуклеотиды уже могут быть матрицей для репликации этих же молекул. Возникает вопрос, на каком этапе мы должны думать о возможности упорядоченной структуры полинуклеотидов для создания предпосылок генетического кода? Ведь синтез этих молекул у Вас — неупорядоченный, это просто химическая реакция.

А.Б.Ч.: Не знаю. Это все очень сложные вопросы. Рассматривая вопрос, вынесенный в название доклада, я предполагаю, что все компоненты, из которых планируется создать клетку — в наличии, имеется их некий склад. Вопрос: можно ли собрать клетку из ее компонентов? Ответ: если есть готовые компоненты — да, можно. Можно ли создать клетку естественным путем, путем эволюции, неконтролируемой экспериментатором — я не знаю.

СВ. Шестаков: Химическим способом можно создать геном, пусть и очень маленький.

А.Б.Ч.: Да, но мы сами пока еще не можем придумать последовательность ДНК, которая была бы жизнеспособна. Чтобы запустить реакцию, нам необходимо поместить эту ДНК в «сосуд», который уже содержит все необходимые белки, чтобы запустить воспроизведение, размножение и экспрессию этой ДНК. Если мы дали этот первичный толчок белками, то после этого будут синтезироваться новые белки. Но первоначальные белки-то мы берем из живой клетки.

СВ. Шестаков: Если у Вас образовались многочисленные разнообразные полинуклеотиды, они могут взаимодействовать между собой, удлиняется полинуклеотидная цепочка. К чему это увеличение размера полинуклеотидной цепочки приведет?

А.Б.Ч.: Если в результате такого складывания образуется репликаза, которая потом станет копировать, появится механизм для дальнейшего усложнения и усовершенствования. Достаточно запустить реакцию.

А.Б. Рубин: Если все получившееся в результате эксперимента поместить в липосому, то это все будет работать как клетка. Но в живой клетке есть гетерогенность, есть последовательность процессов.

А.Б.Ч.: Главным образом это относится к клеткам совершенным, эукариотическим, у которых есть цитоскслет, органеллы, ядро отделено от цитоплазмы и т.д. В бактериальной клетке самая сложная структура — это мембрана, пожалуй. Проблема структурной организации мембраны не решена. Поэтому я предлагаю в качестве временной меры для экспериментов использовать наноколонии.

Л.В. Ксанфома.чити: Сорбционные свойства монтмориллонита обладают температурной избирательностью?

A. Б.Ч.: Здесь я не специалист.

B. Н. Сиытников: Да, обладают.

В.И. Агол: Шостак показал в вышедшей неделю назад статье, что при определенном составе липосомы термостабильны, при высокой температуре резко повышается проницаемость нуклеотидов, и создается возможность осуществлять полимеразную цепную реакцию в липосомах.

А.Б.Ч.: То, что в липосомах можно делать ПЦР, было показано несколько лет назад. Но я не думаю, что были такие большие скачки температуры.

Л.М. Мухин
: Какое значение имеет тот факт, что на глинах нельзя строить бесконечные цепочки (там ведь порядка 40 нуклеотидов)?

А.Б.Ч.: Это безматрично. Да, можно спонтанно синтезировать 40 нуклеотидов, а потом путем рекомбинаций сделать больше.

ВИРУС — ДО ИЛИ ПОСЛЕ КЛЕТКИ? >>