Бръсначът на Окам: Еволюция на глинени кристали

Медиакафе и блогът "Бръсначът на Окам" продължават рубриката, която публикуваме всеки вторник: предоставяне по лесно четаем, но пълноценен начин на различни теории от математиката, биологията, физиката и други свързани дисциплини. Днешният ни брой, последен преди августовата почивка, ни представя една странна теория – че всъщност наистина сме произлезли от глината:

Може би все пак сме направени от глина?

В повечето космогонии (версии на древните за произхода на света и живота) се повтаря един и същи мотив за сътворение от глина. И мексиканският Кетцалкоатъл, и най-старите – шумерските богове до нашият, християнски бог използват един и същи материал. Може би древните създатели на митове са имали интуиция за истинските корени на генетичната памет на хората и цялата биосфера. Възможно ли е първите биосистеми, способни да еволюционират да са били устроени съвсем различно от съвременните организми и да са имали друг състав? Според А. Г. Кернс-Смит (Cairns-Smith) това са могли да бъдат кристали глина.

Твърде сме сложни

Нашето еволюционно дърво се е оформило в резултат от разклоняване и измиране на отделни клонове и затова не е чудно, че всички организми, съществуващи днес на Земята имат относително високо развити предци. Всички днес живеещи организми са устроени доста сложно и на молекулярно ниво и като макроструктура. Процесите на фотосинтеза и цикъла на Крепс са твърде сложни и е трудно е да си представим, че са съществували в този вид в първите организми. Класически пример за сложно многокомпонентно устройство е окото. За да има смисъл от него, то трябва да е устроено именно така, както е устроено.

.

Колкото и да е странно на пръв поглед – тук няма никакъв парадокс. Високото ниво на организация може да възникне за сметка на малки еволюционни изменения.

"Как може такъв орган да възникне за сметка на малки еволюционни изменения?" – питат креационистите и си мислят, че са попаднали на точния аргумент.  

Кернс-Смит представя за прост аналог на тази "парадоксална" структура – каменната арка. Трудно можем да я си представим като резултат от случайни и малковероятни събития.     Много по- разумно е да се очаква, че системата е възникнала на някаква "опора", която е изчезнала в миналото и не е достъпна сега за наблюдение.  

Схеми: evolution.powernet, преработени: bgchaos

Неорганичните глини биха могли да послужат за такъв род опора – скелет, на който еволюцията да построи сега съществуващите биомолекулярни системи. Не е много трудно да си представим еволюционен процес, в резултат на който първичния, геохимичен генетичен материал бил постепенно заместен със съвсем друг материал с биохимична природа. Кернс-Смит нарича този процес генетична окупация.  

Способна ли е на това "простата" глина?

Минералозите често намират структури, сходни с биологичните. Разгледайте микроскопските снимки долу. Първите две вляво са на керит, вдясно са кристали на халозитна глина. Подобни образувания се наричат биоморфни.

Снимки: evolution.powernet

В зависимост от геоложките условия, междуслойните пространства в кристалната решетка на глинестите минерали се променят над 10 пъти. И между слоевете могат да се вместят различни протоорганични молекули – от въглехидрати до аминокиселини. Аминокиселините са структуроподобни на глинестите минерали и е напълно вероятно синтеза на аминокиселини да е ставал вътре в структурата и на повърхността им.

"Глиненият" ген

Свикнали сме да гледаме на кристалите като на твърде еднообразни и строго подредени структури. Но това въобще не е вярно – вече писах за спирали в кристалите в темата: Спиралите-кривите на живота. Спиралния растеж на някои минерали е благоприятен за бягството от симетрията и формирането на леви и десни форми на органичните спирали.

Два минерала – фиброкерит, подходящи за развитието на предбиологични системи. Снимки: physics.anu.edu

 

Според Кернс-Смит, протогенът, първоизточникът на живота е структурата на минералите и водните кристали. Кристалната решетка се оказва напълно способна да се развива и превръща в спирала на ДНК. А оттук е само една крачка до живите организми.

Структурната йерархичност е типична за белтъците, а и за всички органични структури. И ето нещо необикновено интересно: структурата и свойствата на фиброкерита са много близки тези до градивните елементи на живите организми. Химическият му състав, например, почти точно съответства на състава на белтъка. Способността на много минерали да играят роля на мембрани, отделянето на въглеводороди при нагряване, сложната им морфология, наличието на вътрешни активни повърхности – списъкът на подобни структурни мотиви между кристалите и белтъците е дълъг. В процеса на кристализация лесно се осъществява така необходимия за фукционирането на биосистемите хирален подбор – разделянето на органичните молекули на десни и леви спирали.

Сценарият на глинената еволюция

Да си представим частица глина с размер няколко микрона, пориста, богата на съединения на желязо и други метали. Благодарение на порите си, тя е по-лека от водата и плава по повърхността на първобитния океан. Адсорбирайкия липиди или аналогични на липидите молекули, тя се покрива с обвивка, подобна на мембрана. Тя поглъща прости органични молекули и катализира по-нататъшните им превръщания. А тъй като вътре в частицата средата е не така полярна като водата, то там по-леко се извършват процесите на синтез на полимери. Важно е и това, че благодарението на порите възниква възможност за разделяне на процеси, които не могат да стават едновременно в безструктурната среда.

Целият път на развитие вероятно се е определял от бавно придвижване от първите прости полимери, молекулите на прото-ДНК, образувани на каолинова подложка до по-сложни конструкции като протовируси и протобактериофаги.

В процеса на еволюция структурното сродство е довело до формирането на защитни образувания от типа на раковините и хитиновите покрития, както и вътрешни структури от типа на скелетите.

По-подробно – в Еволюция на глинени кристали

Вашият коментар