Медицинская микробиология, иммунология и вирусология - Сергей Бабичев

Все изменения структуры и соответствующих функций происходили как бы случайно, но в этой случайности реализовывалась закономерность: как только возникали условия для изменения данной структуры, эта случайность порождала закономерность, влекла за собой неизбежно определенные эволюционные изменения. С этих позиций можно считать, что жизнь в Солнечной системе зародилась именно на нашей планете случайно, потому что именно на Земле сложились для этого наиболее благоприятные условия, но то, что она возникла в этих условиях на Земле – это уже закономерность.

Существовали и существуют мнения о том, что жизнь могла возникнуть и на других планетах. Существует предположение и о возможности наличия жизни на Марсе. Только впервые в 2008 г. появились сообщения о том, что американский исследовательский аппарат обнаружил на Марсе лед, т. е. воду. Поскольку наличие воды является одним из главных условий возникновения жизни, появилась уверенность и в том, что на Марсе может действительно существовать в какой-то форме и жизнь.

Итак, чтобы жизнь возникла, для этого необходимо наличие определенных условий, прежде всего воды и тех главных химических соединений, из которых синтезируются те новые биологические структуры, которые создают жизнь, формируя основные системы жизнеобеспечения. Жизнь создана не одной какой-либо структурой, а их совокупностью. Они и составляют главные системы жизнеобеспечения. Бурное развитие естественных наук за последние 200 лет, в первую очередь, молекулярной биологии и молекулярной генетики, позволили с достаточной долей надежности установить, что сущность биологической жизни состоит в непрерывном обмене веществ живого существа с внешней средой, который и обеспечивает его всем необходимым для функционирования всех его систем жизнеобеспечения, и, следовательно, автономного существования данного вида живого организма и его самовоспроизводства, т. е. размножения.

Обмен веществ, или метаболизм, включает в себя функции всех систем жизнеобеспечения, благодаря чему и происходит как синтез самих этих систем, а соответственно, и воспроизводство данного организма, так и энергии, необходимой для этого. Какие же системы жизнеобеспечения должны были возникнуть и действительно возникли для того, чтобы произошло самозарождение жизни и ее последующее непрерывное, но уже специализированное системами жизнеобеспечения самовозрождение и долголетнее развитие. Можно выделить следующие системы жизнеобеспечения, все они являются жизненно необходимыми, все они обязательно необходимы для осуществления и развития жизни. Во-первых, это системы генов и белков и системы их биосинтеза. Их возникновение имело решающее значение, так как только белок оказался способным, благодаря своим особым свойствам, превращать химические реакции в биохимические, т. е. в реакции саморегулируемые, требующие меньшей затраты энергии и протекающие с гораздо более высокой скоростью. Благодаря каталитическим свойствам белка все биохимические реакции, необходимые для создания систем жизнеобеспечения, превратились в единый саморегулируемый процесс обмена веществ. Однако структуру белка, а стало быть, и его свойства определяет только ген с помощью своего особого генетического кода.

К вопросу о самозарождении первородных генов, белков и генетического кода как главной предпосылки зарождения жизни вернемся после краткой характеристики остальных систем жизнеобеспечения.

Следует еще раз подчеркнуть, что возникновение первородных генов, первородных белков и генетического кода, а также систем биосинтеза самих белков и самих генов – главные условия самозарождения жизни. Во-вторых, не менее важным условием самозарождения жизни стало возникновение системы мобилизации энергии, вначале в анаэробной (лишенной кислорода) атмосфере, а затем и с участием кислорода. Формирование системы мобилизации энергии лучше всего охарактеризовано в теории А. И. Опарина. К этой теории следует только добавить, что создание системы мобилизации энергии связано с появлением биологической мембраны, из которой затем возникли мезосомы и митохондрии. Четвертой системой (по счету, а не по значению) служит система биологических мембран, которые стали необходимы не только для того, чтобы осуществить выделение жизнеобеспечивающих систем в обособленные структуры, но и для обеспечения непрерывной двусторонней связи этих систем для пассивного и активного обмена источниками питания и энергии и выделения своих продуктов обмена. Кроме того, мембраны необходимы были и для возникновения системы мобилизации энергии (переноса электронов) и для зарождения системы восприятия информации из внешней среды в геном клетки. Такие системы информации имеются уже у бактерий. Наконец, биологические мембраны нужны были и для компартментализации будущей клетки.

Пятой системой жизнеобеспечения стала система координации (саморегуляции) всей генетической информации, которая формировалась также в ходе самозарождения жизни и нашла свое выражение в виде организации единой системы регуляции работы оформившихся самостоятельных функциональных единиц генома (хромосомы) – оперонов. Саморегуляция оперонов позволяет включать и выключать их работу только тогда, когда возникает необходимость в синтезе соответствующих белков. Генетическая регуляция (регуляция работы генов) позволила объединить все процессы жизнеобеспечения в единый процесс функционирования возникшей универсальной структурной единицы живой материи – клетки, т. е. превратить ее в самостоятельно существующий цельный пока еще одноклеточный организм.

Шестой системой жизнеобеспечения следует считать систему, управляющую размножением клетки, ее систему самовозрождения, основанного на совокупной деятельности всех систем жизнеобеспечения, управляемых геномом клетки. Простейшая форма размножения нашла свое выражение в виде удвоения биомассы клетки, удвоения (или даже увеличения в 4 раза) количества копий ее генов в результате редупликации бактериальной хромосомы и формирования межклеточной перегородки (с обязательным участием биологической мембраны). Вследствие этого из родительской клетки образуются две дочерние клетки, каждая из которых обладает точно таким же геномом, как и их родительская клетка, т. е. образуются две новые дочерние клетки, ничем не отличающиеся от своей родительской клетки. Однако уже на уровне бактериальной клетки возник и первичный половой процесс, который осуществляется с помощью плазмид.

Такова самая общая картина процесса самозарождения жизни, точнее, его самого первого этапа – самозарождения жизни в виде самостоятельного, хотя и одноклеточного организма, способного себя самовоспроизводить с помощью систем жизнеобеспечения. Так произошло самозарождение и самоутверждение жизни. Теперь уже эволюция живой материи пошла более ускоренным темпом, так как живая материя создала свои собственные системы жизнеобеспечения и самовозрождения.

В данной работе А. И. Коротяевым предложена новая, ранее никем не обсуждавшаяся аминокодоновая гипотеза, которая дает новое понимание механизма одновременного и взаимообусловленного возникновения первородных генов и первородных белков и одновременного формирования генетического кода с помощью основных исходных структур, состоящих их аминокислоты и соответствующего кодона. Для их формирования природа использовала трехбуквенный код из четырех исходных азотистых оснований и 20 так называемых протеиногенных аминокислот, т. е. тех аминокислот, из которых и синтезируются все белки у всех живых существ. Самым трудным вопросом при этом был для нас вопрос о том, по какому принципу кодоны и аминокислоты соединялись в этом комплексе, чтобы возникла уникальная исходная структура – аминокодон. Мы отдали предпочтение тому принципу, который природа использовала уже в результате создания белка, т. е. принципу комплементарности физико-химической структуры между соответствующей аминокислотой и ее кодоном (или его синонимами). Такое стереохимическое соответствие между аминокислотой и ее кодоном (и его синонимами) ныне полностью подтверждается расчетами А. В. Керимбекова, который, используя для этих целей круговую таблицу генетического кода, полностью подтвердил наличие соответствия между каждой из 20 аминокислот со своим кодоном и его синонимами, если они имеются для данной аминокислоты. Более того, В. А. Гусев предложил новую гипотезу, которая предполагает, что «генетический код не является продуктом ни химической, ни предбиологической эволюций – химические структуры 4 нуклеотидов, 20 канонических аминокислот и отображение множества триплетов на множестве аминокислот детерминированы, так же как детерминирован набор элементарных частиц и химических элементов самим актом рождения Вселенной».