|
|
Страница 67 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен - Философия как наукаВажен ещё один пример, который демонстрируют формы жизни в более низкотемпературной зоне “подводных курильщиков”. Он заключается в наблюдаемых там достоверных фактах стремительности эволюции жизни как изменения существующих видов. В зоне обычных температур подводных вулканических гидротерм выделены бактерии, которые существуют за счёт сероводорода и других соединений серы. Их энергетика использует окисление сульфидов. Этим определена их роль как первичной пищевой основы для других форм жизни. Для обозначения этого используют термин – автотрофы, то есть организмы, существующие на абиогенной пищевой основе. В этом они подобны растениям (фотоавтотрофам). Отличие бактерий гидротерм от растений по первичному источнику энергии выделяется термином – хемолитоавтотрофы. Их существование создаёт специфическую экологическую нишу как цепочку более сложных видов жизни, начиная от питающихся самими хемолитоавтотрофами и продолженную, как обычно в экологических нишах, хищниками по отношению к ним. По своей роли в экологической нише гидротерм хемолитоавтотрофы подобны растениям в экосистемах наземной и поверхностной жизни. Исследования, например, в упомянутой выше зоне в 320 км к северо-востоку от Галапагосских островов показали, что плотность и разнообразие форм жизни в экологической нише глубоководных (2600 м) гидротерм сопоставимы с теми, что существуют в самых благоприятных условиях вблизи поверхности земли. Там есть до метра в длину черви, живущие в защитных трубках, белые двустворчатые моллюски размером до 15 – 20 см, скопления друз моллюсков типа мидий, креветки, крабы, рыбы. Всё это сопоставимо с известным на поверхности земли, но отлично в деталях, так как первичная пищевая основа этого разнообразия (хемолитоавтотрофы) принципиально отличается от поверхностной, а сероводород и подобные соединения, без которых эти экосистемы существовать не могут, есть яд для наземных аналогов их обитателей [104]. Геологическое время стабильного существования экологических ниш глубоководных гидротерм ничтожно. Пространственная разобщённость практически абсолютна. Однако их заселённость почти не знает исключений. При этом она похожая, но не тождественная по видам живых организмов. Изложенные выше факты показывают, что представления о дарвиновской эволюции видов как о процессе, обязательно требующем больших отрезков времени, есть заблуждение. Пример фактов о глубоководных гидротермах показывает, что предложенное в работах [3] – [10] и в этой книге объяснение сочетания случайностей и закономерностей в эволюции жизни правильное. В примере глубоководных гидротерм на первый план выходит использование в новых условиях генетических блоков существующей жизни, в частности, на уровне пройденных ступеней иерархии многоклеточных организмов. Над зонами подводной вулканической деятельности (например, типа окрестностей Галапагосских островов) вблизи поверхности воды формы жизни представлены в огромном разнообразии. Органические продукты их распада и целые ДНК, или её крупные детали, возникающие в результате их гибели, оседают на дно. Содержание кислорода в воде морей и океанов невелико и падает с глубиной. Оседание частиц в воде достаточно быстрый процесс, поэтому органика может доходить до придонных вулканических зон с минимальной деструкцией. РНК и ДНК есть прежде всего “неживые” макромолекулы. Они могут быть выделены из любой формы жизни и “помещены в пробирку” как некоторое вещество. Подобные процессы в восстановительной атмосфере могут самопроизвольно происходить при распаде погибших индивидуумов, представляющих вблизи поверхности воды современные формы жизни (в том виде, в котором они отображают собой разные иерархические этапы её эволюции). Эти продукты проверены на “функционирование”, включая формы и виды целых РНК и ДНК или их фрагментов.
В этих участках ДНК прямо или косвенно сохранились возможности гетерокатализа, которые отвечали их функционированию до гибели породившего их организма. Но в них присутствует и ещё одна ключевая особенность – когда-то, миллиарды лет назад они возникли на основе первичных форм жизни, использовавших окисление серы. Поэтому они могут вернуть себе способность к сосуществованию с условиями для первичных форм жизни, так как она была у них в предистории. Она не обязательно должна была в них сохраниться явно. Важно, что их химическая структура допускает перестройки, необходимые для такого сосуществования. Какие именно будут эти перестройки? Отвечает на этот вопрос (как и всегда при эволюции жизни) сочетание случайностей и ограничивающих их условий в процессе синтеза информации. Оно в экосистеме глубоководных гидротерм нашло неожиданное и показательное выражение в виде животных – погонофор Ruftia pachyptila. Их исследования, выполненные многими авторами, популярно изложены в [104]. Погонофоры имеют вид замкнутой червеобразной полости, не имеющей рта и внутренних органов для поглощения пищи (рис. 5.8). Она находится внутри защитной трубки, прикреплённой ко дну. На верхнем конце организма расположено ярко-красное образование типа жабр, свободно омываемое водой. Самый крупный орган внутри него (трофосома) образован колонией генетически чужеродных организму самостоятельных бактерий-хемолитоавтотрофов, окисляющих соединения серы. Сам организм погонофоры Ruftia есть насосно-сосудистая система, которая поставляет от жабр в колонию хемолитоавтотрофов необходимые для её метаболизма исходные соединения: двуокись углерода, сероводород и кислород. Бактерии отдают организму-хозяину соединения углерода, необходимые для его метаболизма. Погонофора как биологический вид жизни есть симбионт двух разных (на уровне крупных таксономических градаций) видов жизни, один из которых полностью нежизнеспособен самостоятельно. В подводных гидротермах погонофоры не единственные виды, основанные на симбиозе аналогов высших форм жизни и хемолитоавтотрофов – “серных бактерий”. К ним относится крупный белый двустворчатый моллюск Calyptogena magnefica, а также родственник мидий Bathymodiolus termophilus. Единственный способ объяснить возникновение и существование погонофор (и других симбионтов такого типа) есть предположение о том, что в процессе оседания на дно случайного генетического материала распавшихся поверхностных организмов происходят многочисленные случайные его контакты с автономными колониями серных бактерий. В каком-то из контактов продукты метаболизма бактерий стимулируют реакции с участием крупных фрагментов ДНК, ответственных за кровеносную систему в одном из видов организмов, погибших на поверхности. Ведь термодинамические силы есть реальность и способны стимулировать результаты. Современные не только эксперименты, но и промышленные биотехнологии, подтверждают возможность таких эффектов. Вероятность случайного воспроизведения деталей, необходимых для “оживления” фрагментов ДНК в такой ситуации обсуждать не буду, так как есть против неё веское и, казалось бы, бесспорное возражение. Колонии хемолитоавтотрофов нуждаются для метаболизма одновременно в кислороде и сероводороде. Генетические задатки, содержащиеся в случайных фрагментах ДНК могут быть источником систем и их элементов для транспорта этих продуктов преимущественно на основе гемоглобина. В силу реакции (4.1), основной для метаболизма с участием гемоглобина и пояснений к ней в главе IV, электроны должны переноситься цитохромами. Однако сульфид в обычных видах жизни напрочь блокирует присоединение кислорода к гемоглобину и нарушает работу цитохромов, а потому сероводород для них является сильнодействующим ядом. В параграфе 1 главы II я пояснял, что яд по определению есть вещество, которое схоже с важнейшими для нормального метаболизма и может в нём участвовать. Оно становится ядом потому, что малые отличия его молекул от молекул необходимого для метаболизма вещества нарушают согласованность реакций, что вызывает смерть организма. При сформированных отбором старших ступенях иерархии роста энтропии-информации объяснённый в главе IV детерминизм эволюции жизни запрещает крупные изменения гемоглобина и цитохромов. Сероводород остаётся только и именно ядом. Когда случайно осуществляется взаимодействие фрагмента ДНК и серных бактерий старшие ступени иерархии должны возникнуть как результат этого взаимодействия. В этом важнейшим является сопряжение реакций – энергетическое и по составу продуктов. В части состава продуктов принцип структурной комплементарности содержит в себе необходимые гарантии. Они повышаются тем, что все поверхностные формы жизни имели в своей предистории сосуществование с сероводородом, а потому в их генетике в неработающем виде неизбежно остались следы этого. Энергетическое сопряжение биохимических реакций имеет пути объяснения, заданные работами [1], [105], [106]. Но исчерпывающего объяснения его пока нет. В результате существует “обыкновенное чудо” в виде энергетического сопряжения биохимических реакций. Оно поражает только узких специалистов, знакомых с его деталями. Для прочих оно есть обыденная реальность, не интересная в силу своей массовости и безотказности. Но в случае гемоглобина погонофор сопряжение реакций становится “невероятным чудом”. Следует отметить, что фрагменты ДНК поверхностных форм жизни при синтезе информации о погонофорах должны работать в условиях высоких давлений, превышающих 250 атмосфер. Эти условия неизбежно должны изменить гетерокатализ, осуществляемый ДНК. В результате молекулы гемоглобина погонофор намного больше, чем обычные для разных видов жизни. В них сосуществуют два вида рецепторов – один сопоставимый с обычным, присоединяющим кислород, а второй – специализированный для присоединения сульфида. Малые изменения, которые привели к сосуществованию двух видов рецепторов у гемоглобина погонофор, специализировали их так, что перекрестное “ядовитое” присоединение веществ стало невозможным. Кислород окисляет сульфиды. Реакции такого типа относятся к изменяющим максимальные количества энергии. Если в одной молекуле сосуществуют рецепторы противоположных веществ таких реакций, то это означает большую прочность энергетических барьеров в ней, разделяющих вещество и его окислитель. Это синоним прочности запоминания гемоглобина, обладающего такими свойствами. Этот гемоглобин несовместим с существующими старшими иерархическими уровнями организации кровообращения. В погонофорах это отражено тем, что он растворён в их крови, а не входит в состав автономных клеток – красных кровяных телец. Условие, ограничивающее случайности при сопряжении биохимических реакций, включает в себя термодинамические силы (движущую силу эволюции). Именно она есть причина того, что единичный случайный контакт какого-то определённого фрагмента ДНК с колонией хемолитоавтотроф может вызвать сложнейшую цепочку взаимосогласованных реакций, позволяющих гемоглобину сформироваться так, что он одновременно переносит и сероводород, и кислород. Существование разных видов жизни, реализующих симбиоз хемолитоавтотрофов и высших форм жизни, показывает, что их гемоглобины и другие конкретные особенности в переносе сероводорода и кислорода индивидуальны для каждого из видов, но одновременно общие по принципам. Это подчеркивает закономерность биохимического сопряжения, возникающего как ответ на взаимодействие фрагментов ДНК разных поверхностных видов жизни с серными бактериями. Случайны в этом фрагменты ДНК, но движущая сила эволюции может привести на их основе к запоминаемым в данных условиях результатам. Синтез такой информации осуществляется в близкиих, но не тождественных формах. Это в главе IV было определено как детерминизм жизни. Закономерности в биохимическом сопряжении реакций для комплексной энтропии-информации входят в её действительную составляющую и увеличивают величину семантического коэффициента (1.30). Как и везде при возникновении и эволюции жизни синтез информации определяет в этом случае устойчивость, анализируемую в комплексной плоскости. Пример погонофор показывает, что такие виды жизни связаны с большими запасами устойчивости и достаточно широкими областями устойчивости, то есть с высокой ценностью и незаменимостью генетической информации у видов, которые поставляли свою ДНК как источник для симбиоза. Для примера обитателей глубоководных гидротерм немаловажна и защита от сероводорода в тех их особенностях, которые мало отличаются от реализованных в обычной кислородной атмосфере. Исследования, кратко отображённые в [104], показывают что её реализуют единичные белки. Не исключено, что в ДНК большинства существующих видов жизни остались от предистории комбинации кодонов, необходимые для их синтеза, но что они репрессированы генами, необходимыми для кислородного метаболизма. Опять надо напомнить. Не исключено, что они нередко начинают работать и у наземных форм жизни, но у них они неизбежно несовместимы со старшими ступенями иерарахии энтропии-информации, а потому организм гибнет или разрушает их. “Наземная” ДНК при взаимодействиях в глубоководных гидротермах заново строит свои старшие иерархические ступени. Поэтому может быть разрешён синтез белков, невозможный в её первичной роли. На дно океанов ежедневно опускаются продукты распада форм жизни в количестве порядка сотен граммов – килограммов на квадратный метр. Сохранность в них ДНК примерно одинаковая. Площади, заселённые хемолитоавтотрофами, в зоне гидротерм значительны по отношению к их общим размерам. Поэтому систематически происходит попадание фрагментов ДНК в зоны выделения продуктов метаболизма этих бактерий. Как бы ни была мала вероятность контакта с ними такого фрагмента ДНК, который содержит информацию о сосудистой системе, он может возникнуть. Но после этого в работу включаются закономерности. Поэтому одной “удачной пробы” достаточно для синтеза всей цепочки информации, необходимой для образования, например, погонофор. Это делает заметной вероятность такой “удачи”. Обычно в науке новые термины (как выше – движущая сила эволюции) вводят для того, чтобы спрятать в них непонятное и необъяснимое. В данном случае это не так. Я знаю подробности определения и действия движущей силы эволюции и, с оговорками, могу объяснить её конкретную роль в данном примере. Но это есть самостоятельный большой и сложный вопрос, сопряженный с понятиями, которые трудны для изложения в это книге. Существо дела изложено в [3]. Подробные обоснования вынесены в книгу этого цикла [12]. Важен итог. Реальные примеры существующих живых организмов показывают, что возможно скачкообразное возникновение новых таксономических видов, сопровождающееся изощрёнными приспособительными связями, формируемыми закономерно в ответ на не слишком редкую случайность. Экзотические примеры такого видообразования только подчёркивают его существенность в обыденном. Изложенное выше, конечно, есть только указание пути, на котором можно получить результаты. Экспериментальная модель погонофор или перечисленных выше видов с подобным симбиозом не есть лучшая для экспериментов, так как велики трудности доставки в лаборатории глубоководных форм жизни и их культивирования. Подобное скачкообразное видообразование (в том числе и в системах кровоообращения), наверняка, можно найти и в наземных формах жизни. Но психологически это намного труднее. Было бы очень интересно, если бы кто-то из читателей этой книги, использовав методики биотехнологий, поставил эксперименты по взаимодействию при высоких давлениях хемолитоавтотрофов и фрагментов ДНК современных форм жизни. В этом есть много трудностей, но, несомненно, что результат в виде скачкообразного видообразования оправдает усилия для их преодоления. Категория: Библиотека » Философия Другие новости по теме: --- Код для вставки на сайт или в блог: Код для вставки в форум (BBCode): Прямая ссылка на эту публикацию:
|
|