Сергей Бабичев: Медицинская микробиология, иммунология и вирусология

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.