Н Хоровиц - Поиски жизни в Солнечной системе
Важным дополнением к опытам Миллера явились экспе рименты Хуана Оро, Лесли Оргела и их сотрудников. Они показали, что четыре основания РНК (три из них встре
* Этими аминокислотами были глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин, пролин, аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, серии, треонин, аспарагин и глутамин.
чаются и в ДНК) образуются в последующих реакциях, в которые вступают первичные продукты реакций, вызванных искровым разрядом. Характерно, что в серии реакций, про исходящих в водном растворе, цианистый водород само конденсируется с образованием пуринового основания аде нина; другая разновидность реакций такого типа производит еще один пурин-гуанин. Пиримидиновые основания цито зин и урацил получаются в заметных количествах из циа ноацетилена в реакциях, которые также, возможно, про исходили на примитивной Земле. Однако до сих пор не было сообщений о получении в таком "предбиологическом син тезе" тимина, который входит в молекулу ДНК вместо урацила.
Давно известно.. что при определенных условиях фор мальдегид конденсируется в растворе, образуя различные сахара. Одним из продуктов этой реакции является ри боза-углеводный компонент РНК. Таким образом, как ви дим, большая часть молекулярных компонентов, форми рующих генетическую систему, может возникать в резуль тате ряда реакций, вполне вероятных в условиях прими тивной Земли.
Метеориты и облака межзвездной пыли
Недавние открытия, касающиеся химического состава метеоритов и межзвездных газово-пылевых облаков, сви детельствуют о том, что в нашей Галактике, как прежде, так и теперь, происходит в широких масштабах синтез био логически важных молекул. Метеориты, о которых пойдет речь, относятся к классу углистых хондритов и составляют около 5% от общего числа метеоритов, ежегодно падающих на поверхность Земли. Эти интересные объекты представ ляют собой не претерпевшие существенных изменений "об ломки" протосолнечной туманности. Они считаются первич ными, поскольку образовались одновременно с Солнечной системой, т. с. 4,5 млрд. лет назад. Метеориты слишком малы, чтобы иметь собственную атмосферу, но по отно сительному содержанию нелетучих элементов углистые хондриты весьма сходны с Солнцем. Их минеральный состав свидетельствует о том, что они сформировались при низкой температуре и действию высоких температур никогда не подвергались. Они содержат до 20% воды (связанной в виде гидратов минералов) и до 10% органического вещества. С прошлого столетия углистые хондриты привлекали к
себе внимание из-за их возможной биологической значи мости. Шведский химик Якоб Берцелиус, обнаружив в ме теорите Алэ (упавшем в 1806 г. на территорию Франции) органические вещества, поставил вопрос, свидетельствует ли их наличие в веществе метеорита о существовании внеземной жизни? Сам он полагал, что нет. Говорят, что у Пастера был зонд специальной конструкции для получения незагрязнен ных проб из внутренних частей метеорита Оргейль-другого известного хондрита, упавшего также во Франции в 1864 г. Произведя анализ проб на содержание в них микроорга низмов, Пастер получил отрицательные результаты.
До недавнего времени идентификации органических сое динений в углистых хондритах не придавалось большого значения, поскольку довольно трудно выявить различия между соединениями, входящими в состав самого метеорита, и загрязнениями, приобретенными при вхождении в атмос феру Земли, ударе о ее поверхность или внесенными впо следствии человеком при сборе образцов. Сейчас благодаря разработке сверхчувствительных аналитических методов и тщательным мерам предосторожности при сборе образцов отношение к этому вопросу в корне изменилось. Два недавно изученных хондрита-метеориты, упавшие в 1969 г. в районе Мерчисона (Австралия) и в 1950 г. в Мюррее (США) содержали ряд эндогенных аминокислот*.
Имеются убедительные свидетельства в пользу того, что в основном обнаруженные аминокислоты не есть загрязне ния. Так, многие из них относятся к аминокислотам нео бычного типа, которые не входят в состав земных ор ганизмов. Другое доказательство: некоторые широко рас пространенные аминокислоты, наличие которых обычно вы зывается загрязнением, в метеоритах не обнаруживаются. И наконец, аминокислоты в углистых хондритах встречаются в виде двух оптических изомеров, т. е. в разных пространствен ных формах, представляющих собой зеркальные отражения друг друга,-это характерно только для аминокислот, син тезированных небиологическим путем, но не тех, которые имеются в живых организмах (см. гл. 1). Набор аминокислот, обнаруженный в метеоритах, на
* В Мерчисонском метеорите их было идентифицировано около 50, причем восемь из них входят в состав белков: глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин. пролин, аспарагиновая кислота, глутами новая кислота. Были обнаружены также серии и треонин, но не исключено, что их наличие связано с загрязнением.
поминает аминокислоты, которые были получены в экспе риментах с искровыми разрядами. Наборы эти не идентич ны, но сходство настолько заметно, что позволяет пред положить, что механизмы синтеза в обоих случаях совпа дают. Другой возможный механизм синтеза аминокислот в метеоритах-реакция Фишера-Тропша, названная так в честь двух немецких химиков, которые разработали ката литический процесс получения бензина и других углево дородов из моноксида углерода (СО) и водорода. Оба этих газа широко распространены во Вселенной, как и необ ходимые для реакции катализаторы, например железо или силикаты. Пытаясь объяснить относительное содержание органических веществ в космическом пространстве на основе этой реакции, Эдвард Андерс и его коллеги из Чикагского университета установили, что при введении в реакционную смесь аммиака образуются аминокислоты, пурины и пи римидины. В этой реакции возникают те же самые про межуточные продукты-водород, цианид, альдегиды, циа ноацетилен,-которые получаются в реакциях, происходящих под действием электрических разрядов. По-видимому, при сутствие в метеоритах углеводородов, а также пуринов и пиримидинов легче объяснить реакцией синтеза Фишера Тропша, чем реакцией под действием электрического раз ряда. До сих пор, однако, ни в одном лабораторном опыте не удалось в точности воспроизвести набор веществ, об наруженных в метеоритах.
Содержание в метеоритах пуриновых и пиримидиновых оснований исследовано в меньшей степени, нежели наличие аминокислот. Тем не менее в Мерчисонском метеорите идентифицированы аденин, гуанин и урацил. Аденин и гуа нин найдены в концентрации приблизительно 1-10 частей на миллион, что близко к относительному содержанию ами нокислот. Концентрация урацила значительно ниже.
Недавно радиоастрономы открыли органические моле кулы в межзвездном пространстве, что. безусловно, попол нило наши знания об органической химии Вселенной. Ор ганические молекулы были обнаружены в гигантских га зово-пылевых облаках, которые находятся в тех областях космического пространства, где, как полагают, формируют ся новые звезды и планетные системы. К моменту написания этой книги помимо присутствующих там, как и ожидалось, молекул водорода было обнаружено около 60 соединений. Наиболее распространен моноксид углерода. Гораздо реже встречаются такие в равной степени интересные соединения,
как аммиак, цианистый водород, формальдегид, ацеталь дегид (СНОСНО), цианоацетилен и вода, т.е. молекулы, которые в лабораторных опытах по химической эволюции рассматриваются как предшественники аминокислот, пури нов, пиримидинов и углеводов.
Эти открытия свидетельствуют о том, что повсюду во Вселенной происходит в широких масштабах синтез ор ганического вещества и среди его конечных продуктов много биологически важных соединений, в том числе основных мономеров генетической системы и их предшественников. Не исключено даже (как предполагалось когда-то), что орга нические соединения-или, во всяком случае, часть их, которые легли в основу первых живых организмов, имели внеземное происхождение. Эти открытия позволили осо знать тот важный факт, что синтез биологических соеди нений не есть какой-то специфический химический процесс, возможный лишь в особо благоприятных условиях, харак терных для нашей планеты, но представляет собой явление космического масштаба. Это сразу наводит на мысль, что в любой области Вселенной жизнь должна быть основана на химии углерода, сходной с той, что наблюдается на Земле, хотя и не обязательно ей идентичной.
Синтез полимеров в предбиологических условиях
Образование основных мономеров белков и нуклеиновых кислот из газов протосолнечной туманности-это только первый шаг в создании генетической системы. Чтобы сфор мировать необходимые полимеры, мономеры должны затем соединиться в цепочки. Это трудная проблема, и, хотя на нее обращается пристальное внимание, пока еще не предложено надежных способов образования полимеров, несущих ге нетическую информацию, из мономеров, существовавших, вероятно, на примитивной Земле.
