В. АБИОСИНТЕЗ НА РАННЕЙ ЗЕМЛЕ

Некоторое количество органического вещества могло образовываться на ранней Земле при взаимодействии карбидов и нитридов металлов с водой [1356, 1360, 1362] и сохраняться в более холодных частях. Действительно, в очень древних породах и сейчас содержатся углеводороды, карбиды и элементарный углерод. Исходя из этого, видные ученые вслед за Менделеевым в разное время высказывали предположения, что часть нефти имеет абиотическое происхождение ([1460, 1558, 1559]; возражения см. [543]).

Как бы там ни было, сейчас многие полагают, что более крупные и сложные органические молекулы возникали в земной гидросфере и атмосфере при затрате энергии. Первым эту идею рассмотрел Холдейн и он же первым в определенной форме выдвинул предположение, что жизнь возникла в отсутствие свободного кислорода. В экспериментах, моделирующих условия на ранней Земле в соответствии

с представлениями Юри, сначала использовались смеси гидридов Свободный кислород при этом исключали, поскольку в окисляющей атмосфере органические соединения не образуются.

Реакции гидридов в большинстве случаев эндергоничны и при низких температурах всегда идут медленно. Следовательно, для их протекания необходим дополнительный источник энергии. В первых экспериментах по соображениям удобства энергию вводили в виде электрических разрядов [1264]. Среди продуктов («микромолекул»), образующихся при реакции смешанных восстановленных газов, обнаружены многие аминокислоты [637, 882, 1122, 1124, 1264—1269, 1273]. Весьма примечательно, что особенно много образуется таких аминокислот, которые сейчас встречаются в природных белках, например глицин, аланин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты. В общем следует сказать, что наиболее обещающими представляются абиосинтетические методы, дающие целые семейства биомолекул.

Как мы уже указывали в первичной атмосфере не обязательно должны были преобладать гидриды. Сторонники гипотезы более нейтральной ранней атмосферы, содержавшей, кроме в основном и получали с помощью электрических разрядов в смеси . Ниже будет показано, что в высшей степени реакционноспособное вещество, является подходящим исходным материалом для последующих реакций. Смесь разумеется, по словам Холленда, совершенно невероятна с термодинамической точки зрения. Между прочим, еще в 1913 г. Лёб показал, что если производить электрические разряды в смеси то образуется глицин.

Энергия электрических разрядов (молнии и т. д.) легкодоступна, и, по-видимому, именно эта энергия послужила мощным энергетическим источником, необходимым для абиосинтеза в природе Но, возможно, самую важную роль сыграло солнечное ультрафиолетовое излучение [771, 1122, 1273, 1889], которое в большом количестве достигало поверхности Земли [1594]. Пока в атмосфере не было или практически не было свободного кислорода, ультрафиолет не задерживался озоном и его действию ничто не мешало, как в наши дни. В лаборатории изучение абиосинтеза с помощью ультрафиолетового излучения началось довольно давно. Грот и Зюсс [759] из смеси получили «углеродные соединения, возможно послужившие исходным материалом для эволюции органической жизни». Позже эксперименты в этом направлении проводили Теренин [1850], Грот и фон Вейссенгоф [760] и Поннамперума [1451].

В солнечном излучении гораздо больше длинноволнового ультрафиолета чем коротковолнового Но наиболее вероятные компоненты ранней атмосферы очень слабо поглощают длинноволновые ультрафиолетовые лучи. Как же тогда могли идти эти реакции? Возможно, в результате начального действия коротковолнового ультрафиолета образовывались более сложные органические соединения с полосой поглощения при более длинных волнах. Длинные волны могли также действовать опосредованно, поглощаясь сначала который, вероятно, в большом количестве содержался в ранней восстановительной атмосфере. И в самом деле, при облучении соответствующих исходных смесей, содержащих длинноволновым ультрафиолетом образуются аминокислоты [1599].

Некоторые авторы рассматривали в качестве возможных источников энергии для абиосинтеза ядерный распад ударные волны [152—155, 855, 856] или магматическое тепло [626, 794].

Механизмы реакций, идущих при абиосинтезе, можно изучать с помощью масс-спектрометра, разделяя исходные вещества и определяя продукты [1122]. Среди образующихся продуктов особенно важную роль играют радикалы из-за их высокой реакционной способности. Получаются ли при использовании разных источников энергии одни и те же конечные продукты, зависит от того, в какой степени достигается равновесие первичных продуктов.

Из устойчивых промежуточных соединений для образования аминокислот большое значение имеют альдегиды и нитрилы, в том числе [4, 584, 982, 1122, 1266, 1267, 1270, 1373, 1378]. Один из путей образования аминокислот — хорошо известная реакция Штрекера

Среди промежуточных веществ, кроме упомянутых, обнаружены цианамид и его димер [336, 1630, 1794, 1795], а также цианацетилен [1606].

Основания, входящие в состав нуклеиновых кислот, — пурины и пиримидины — видимо, возникали при химических реакциях, идущих в сравнительно мягких условиях с участием цианидов [583, 1122, 1124, 1270, 1373, 1376, 1379, 1607]. Основания нуклеиновых кислот могли также возникать в реакциях типа Фишера-Тропша [2040]. Сахара получены

Гейбелом и Поннамперумой в системах, содержащих формальдегид после того, как в эти системы введена дополнительная энергия. Бутлеров [324] и многие другие [626, 1124, 1373] наблюдали спонтанное образование сахара из . Абиотический синтез пуринов протекает с трудом; более подробно об этом см. в работах [626, 858, 1122, 1124].

Обширную библиографию по химической эволюции можно найти в работах там же приведены списки аминокислот, оснований нуклеиновых кислот и других биомолекул, полученных путем абиосинтеза.