Олег Викторович Мосин: другие произведения.

Очерки О Эволюции и Биохимии Древнейших Форм Жизни. Очерк 1-Й. Палеобиохимия

Журнал "Самиздат": [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь]
Peклaмa:
Литературные конкурсы на Litnet. Переходи и читай!
Конкурсы романов на Author.Today

Создай свою аудиокнигу за 3 000 р и заработай на ней
📕 Книги и стихи Surgebook на Android
Peклaмa
 Ваша оценка:
  • Аннотация:
    Для создания представления о биохимии древнейших форм жизни в настоящее время используются две основные группы данных: 1) сравнительная биохимия современных организмов, объясненная в свете палеонтологии; 2) изучение органического состава ископаемых костей, раковин и других твердых частей, а также углеродсодержащих осадочных пород. Учёные считают, что многие жизненные процессы остались неизменными в течение по меньшей мере 500 млн., а возможно даже 2 млрд. лет. Ископаемые остатки и древние породы свидетельствуют о существовании в прошлом многих современных биохимических веществ, включая аминокислоты и хлорофилл, а изотопные измерения указывают, что способные к фотосинтезу и восстановлению сульфатов организмы существовали около 2 млрд. лет назад и, возможно, уже тогда осуществляли некоторые из биохимических процессов, сохранившихся до сегодняшних дней. Представления об эволюции древнейших форм жизни основываются главным образом на материалах палеонтологии. За последнее время палеоэкологи внесли большой вклад в развитие этой отрасли науки путем изучения взаимоотношений организмов и их образа жизни. Однако объяснить эволюцию в химических понятиях могут лишь учёные, обладающие знаниями биохимии. И в первую очередь учёные заинтересованы в том, чтобы почерпнуть при изучении костей, раковин и органических осадочных пород подтверждения взаимосвязи биохимии современных и древних форм жизни. В настоящее время существует два основных подхода к проблеме палеобиохимии. Первый состоит в полном использовании данных сравнительной биохимии, которые в сочетании с данными палентологии и палеоэкологии могут многое сообщить о многоклеточных организмах прошлого. Второй подход заключается в исследовании органического вещества, содержащегося в древних породах и в идентификации специфических соединений, характерных для древних биологических процессов. Изучение ископаемых и их органических компонентов дает сведения о многоклеточных организмах, а исследование органических детритных остатков - о механизмах бисинтеза древних микробов и водорослей. В настоящей статье автор приводит несколько примеров того, как сравнительная биохимия вместе с палеонтологией обогащает нас сведениями о жизни в прошлом, описывается несколько химических веществ, выделенных из древних пород, и указывает, как изотопные измерения служат средством изучения биохимических процессов в живом веществе прошлого.

О.В. Мосин

ОЧЕРКИ О ЭВОЛЮЦИИ И БИОХИМИИ ДРЕВНЕЙШИХ ФОРМ ЖИЗНИ.

ОЧЕРК 1. ПАЛЕОБИОХИМИЯ

Для создания представления о биохимии древнейших форм жизни в настоящее время используются две основные группы данных:

1) сравнительная биохимия современных организмов, объясненная в свете палеонтологии;

2) изучение органического состава ископаемых костей, раковин и других твердых частей, а также углеродсодержащих осадочных пород.

Учёные считают, что многие жизненные процессы остались неизменными в течение по меньшей мере 500 млн., а возможно даже 2 млрд. лет. Например, результаты исследования структуры инсулина пяти животных, проведенного Сенджером и Смитом, и анализ коллагена более чем у 20 животных, проделанный Истоу и другими, указывают на возможность длительной биологической устойчивости молекул некоторых белков. Ископаемые остатки и древние породы свидетельствуют о существовании в прошлом многих современных биохимических веществ, включая аминокислоты и хлорофилл, а изотопные измерения указывают, что способные к фотосинтезу и восстановлению сульфатов организмы существовали около 2 млрд. лет назад и, возможно, уже тогда осуществляли некоторые из биохимических процессов, сохранившихся до сегодняшних дней.

Представления об эволюции древнейших форм жизни основываются главным образом на материалах палеонтологии. За последнее время палеоэкологи внесли большой вклад в развитие этой отрасли науки путем изучения взаимоотношений организмов и их образа жизни [1, 2, 3]. Однако объяснить эволюцию в химических понятиях могут лишь учёные, обладающие знаниями биохимии. И в первую очередь учёные заинтересованы в том, чтобы почерпнуть при изучении костей, раковин и органических осадочных пород подтверждения взаимосвязи биохимии современных и древних форм жизни.

В настоящее время существует два основных подхода к проблеме палеобиохимии. Первый состоит в полном использовании данных сравнительной биохимии, которые в сочетании с данными палентологии и палеоэкологии могут многое сообщить о многоклеточных организмах прошлого.

Второй подход заключается в исследовании органического вещества, содержащегося в древних породах и в идентификации специфических соединений, характерных для древних биологических процессов. Изучение ископаемых и их органических компонентов дает сведения о многоклеточных организмах, а исследование органических детритных остатков - о механизмах бисинтеза древних микробов и водорослей.

В настоящей статье автор приводит несколько примеров того, как сравнительная биохимия вместе с палеонтологией обогащает нас сведениями о жизни в прошлом, описывается несколько химических веществ, выделенных из древних пород, и указывает, как изотопные измерения служат средством изучения биохимических процессов в живом веществе прошлого.

Сразу следует подчеркнуть, что мягкие части организмов, живших в отдаленном прошлом, не сохраняются. Наиболее древние неповрежденные остатки, имеющиеся в распоряжении учёных,- это замерзшие мамонты, весьма распространённые на Севере России и в Сибири. Их возраст по оценкам учёных составляет около 10 тыс. лет.

Но ископаемые мамонты - это единственное исключение из правила. Обычно древнейшие остатки жизни прошлого, дошедшие до нас, представлены только твердыми частями в форме окаменевших минерализованных ископаемых, в которых углерод частично замещён на кремний и ограниченным количеством органического вещества; химическая субстанция которого часто отличается от той, в которой оно входило в состав древнего живого вещества.

Следует подчеркнуть, что многие простые органические вещества обладают достаточной термостабильностью и сохраняются неизменными в течение длительного времени [4-6]. К таковым относятся некоторые алифатические кислоты, стероиды, воска, полимеризованные углеводы, хитин и аминокислоты.

Другие вещества, связанные с жирами и порфиринами, находят в форме, отличающейся от той, в которой они присутствовали в живом веществе. Так, исходный магний в древней молекуле хлорофилла замещается никелем или ванадием. Происходят также и другие изменения, которые будут рассмотрены далее.

Многие биохимики придерживаются мнения, что жизнь в прошлом была удивительно похожа на современную. Эта привлекательная гипотеза полезна в том аспекте, что она связывает открытия, полученные в результате изучения ископаемых и органических остатков.

Работа Сенджсра и Смита [71] по исследованию инсулина кита, овцы, крупного рогатого скота, лошади и свиньи является одним из важнейших исследований современной жизни, которое можно приложить к изучению жизни прошлого. Инсулин всех этих видов животных состоит из 51 аминокислотного остатка; 48 из них идентичны и расположены в одинаковой последовательности. Различия в остальных трех очень невелики (табл. 1).

Последовательность аминокислот у инсулинов различных животных [О.В.Мосин]

Обсуждая структуру инсулина, прежде всего интересна полная идентичность инсулина кита и свиньи. Различия этого белка у овцы и крупного рогатого скота заключаются в замещении глицина на серии - гидрофильные аминокислоты. Лошадь и кит отличаются таким же образом. Наибольшее различие отмечается между инсулином лошади и крупного рогатого скота: замещение треонина, аланин, глицина на серин, а изолейцина на валин. Первые два замещения представляют замену одного остатка аминокислоты с гидрофильной боковой цепью на другой, а третье - замену остатка с гидрофобной боковой цепью на остаток с гидрофобной цепью. Это очень тонкие различия.

Также весьма замечательным феноменом является близкое сходство всех этих инсулинов. Маловероятно, что оно могло возникнуть случайно. Наиболее логичным объяснением является происхождение всех указанных животных от общего предка и неизменность формы инсулина в течение 60 млн. лет и более. Овца, крупный рогатый скот и лошадь относятся к копытным. В отложениях мелового периода (>60 млн. лет) копытные неизвестны, но они многочисленны в слоях третичного периода, в которых точная летопись ископаемых обнаруживает постепенную эволюцию формы и функции. Раннее родство кита и копытных не обнаружено, но, очевидно, если все пять форм имеют общего предка, он сильно отличался по внешнему виду от любого из современных животных. Эти различия в форме должны сопровождаться биохимическими отличиями. Одним из них является реакция антител на введение сыворотки другого вида. Это хорошо изученное явление служит чувствительной демонстрацией степени различия белков сыворотки среди позвоночных. По-видимому, некоторые белки, такие как инсулин, остаются практически неизменными, тогда как другие могут эволюционировать со временем.

Другим примером продолжительной устойчивости служит молекула соединительного белка мышц коллагена. Истоу [8, 9] и Истоу и Лич [10] определили аминокислотный состав коллагенов или близких им желатин у 16 различных позвоночных, включая акулу, треску, осетра, палтуса, двоякодышащую рыбу, жабу, крокодила питона, цыпленка, кенгуру, крысу, овцу, быка, свинью, кита и человека. Состав указанных белков у теплокровных позвоночных очень сходен, и неудивительно, что некоторые желатины животных используются в качестве расширителей объема плазмы, причем не возникает серьезных иммунологических затруднений. Холоднокровные позвоночные, такие как треска, имеют коллаген, несколько отличающийся по содержанию пролина, оксипролина, еерина и треонина. Эти отличия могут быть связаны с приспособлением к различным температурам [11], или они могут представлять собой более глубокое, принципиальное биологическое явление.

Состав коллагенов и желатина некоторых позвоночных и беспозвоночных животных [О.В.Мосин]

Результаты исследования белков некоторых беспозвоночных, обнаруживают не только гораздо большие различия, но и явления замечательного сходства (табл. 2). Выводом, который можно сделать на основании данных табл. 2, является высокое содержание глицина, коррелирующее с высоким содержанием пролина и оксипролина, так что эти три аминокислоты составляют почти половину всех аминокислот в ряде белков. Невозможно с уверенностью определить, имеются ли различия только в коллагене, поскольку анализировали не все белки. Исследования показали [16], что суммарное содержание глицина, пролина и оксипролина обычно составляет от 5 до 15% белков и только в нескольких случаях достигает 50%. В табл. 3 приведены эти исключения, а также величины для коллагена телячьей кожи и контрастирующие сними данные для печени крысы как типичной смеси белков другого типа. Белки шелка и раковины существенно отличаются от коллагена быка. Эмаль зубов, эластин, стекловидное тело и адренокортикотропный гормон имеют мезодермальное происхождение и могут служить представителями измененных коллагенов. Роль адренокортико-тропного гормона при коллагеновой болезни хорошо известна. Причины сходства состава не объяснены, но широкое филогенетическое распространение колагена [17] заставляет думать, что это вещество, по-видимому, является основным типом примитивной молекулы, варианты которой могут быть общими для многоклеточных и которая могла использоваться в течении 550 млн. лет.

Белки, содержащие большое количество глицина, пролина и оксипролина [О.В.Мосин]

Другим путем получения палеобиохимических сведений является исследование биохимии существ, которые в настоящее время остались практически неизменными по отношению к их древним формам. Одним из часто приводимых примеров является Lingula - современный плеченогий моллюск, который сходен с видом, жившим 400 млн. лет назад, и занимает ту же экологическую нишу [2, 18]. Однако следует иметь в виду, что в летописи ископаемых есть пробелы и родство ранних и поздних форм может оспариваться. Другое "живое ископаемое" Neopilina, описанное Лемхе [19], близкородственно моноплакофорам кембрия.

Но есть, однако, более недавние примеры, где связь и отношения между древним и современным организмом более определенны. В качестве примера можно указать на моллюска Mercenaria mercenaria с твердой раковиной, который обитает в восточной части Соединенных Штатов. Ископаемые остатки этого животного встречаются в формациях промежуточного возраста, так что практически в этом случае существует непрерывная летопись ископаемых. Этот вид просуществовал в неизменном состоянии 25 млн. лет. Особенно интересны следы, являющиеся местами прикрепления приводящих мышц. Поскольку это углубление в раковине, они сохранились и легко могут быть сравниваемы. Раковина современного животного во всех отношениях идентична раковине животного, существовавшего 25 млн. лет назад. Следы мыщц не изменились.

Данный моллюск обладает миозин-АТФ системой в мышцах. Это единственная система такого рода, свойственная биологическим объектам. Тождественность современных и древних следов мышц заставляет предположить, что 25 млн. лет тому назад этот моллюск также использовал миозин-АТФ. В противном случае пришлось бы допустить два невероятных положения: 1) что иная энергетическая система, не встречающаяся более ни у одного животного, существовала у этого моллюска и 2) что эта энергетическая система была столь же эффективна, как и та, которая существует теперь. Более вероятно допустить, что система миозин-АТФ осталась неизменной. Знаменательно, что палеонтологи безоговорочно принимают эту же энергетическую систему при реконструкциях других, более древних животных, потому что их реконструкция основывается на предположении, что .мышцы обладали той же самой силой и функцией в течение последних 550 млн. лет. В пользу этой точки зрения говорят решающие наблюдения в тех редких случаях, когда мягкие части древних животных еще остаются различимыми, как у ископаемых из среднего кембрия.

Приведенные выше данные получены почти, полностью от сравнительной биохимии и палеонтологии. Очень обнадеживает наличие независимого доказательства присутствия белков и аминокислот у древних животных.

Американский учёный Эйбелсон [20] выделил аминокислоты из многих ископаемых - некоторые из них были в возрасте 450 млн. лет -и рассмотрел отдельные факторы, относящиеся к длительному сохранению этих веществ. Температурные воздействия имеют решающее значение. Некоторые аминокислоты, такие как аланин, настолько устойчивы, что могут в течение более миллиарда лет выдерживать анаэробные условия при 25 C. При 300 C все аминокислоты разрушаются за несколько часов. При комнатной температуре аминокислоты разрушаются под действием кислорода приблизительно за 100 тыс. лет. В анаэробных органических отложениях, даже при отсутствии биологического воздействия, могут возникать химические комбинации с другими способными к реакциям веществами, такими как углеводы. Поэтому одним из наилучших мест сохранения аминокислот являются раковины или кости.

Исключительно устойчивыми аминокислотами являются аланин, аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, глицин, лейцины, пролин и валин. Они могут сохраняться в течение сотен миллионов лет. На рис. 1 показана хроматограмма наружного скелета древней вымершей панцирной рыбы девонского периода. Первоначально пластинки панциря этой рыбы состояли в основном из коллагена. Исходные аминокислоты в исследуемом образце исчезали с различной скоростью. На хроматограмме представлены все аминокислоты, встречающиеся в современном коллагене и обладающие достаточной устойчивостью к высоким температурам. Другие аминокислоты, например аминомасляная кислота, обладающие достаточной устойчивостью, но не присутствующие в современном коллагене, отсутствуют на хроматограмме. Более точные сведения об относительной скорости распада аминокислот позволили бы внести поправку и установить состав исходного белка.

Двумерная хроматограмма аминокислот, выделенной из ископаемой рыбы девонского периода [О.В.Мосин]

Рис. 1. Двумерная хроматограмма аминокислот, выделенных их ископаемой рыбы девонского периода Dinichthus terralli из чёрных сланцев штатта Огайо в возрасте 360 млн. лет. 1-аланин; 2-аспарагиновая кислота; 3-глутаминовая кислота; 4-глицин; 5-лейцин; 6-пролин; 7-валин. (Данные Abelson P.H., Carnegie Inst., Wash. Year Book, 53,1954)

Анализируя эти феномены, учёные сделали следующее поразительное открытие: полученные данные указывают на длительную устойчивость некоторых биологических систем, включающих белки. Причём одни и те же аминокислоты использовались, по-видимому, для образования некоторых белковых конфигураций в течение сотен миллионов лет.

Следующиё важный этап современных палеобиохимических исследований - фотосинтез. Способные к фотосинтезу организмы являются основой цепи продуктов питания, и геологические данные показывают очень древнее происхождение некоторых водорослей. Однако, в то время как палеонтология высших растений хорошо развита, систематические знания о водорослях, ограничены. Изучение органических компонентов мелкозернистых осадочных пород дает ценные сведения: изучение содержания порфирина и измерению изотопного состава углерода и серы.

Если говорить о структурных компонентах хлорофиллов растений и водорослей порфиринах, то следует подчеркнуть, что они были обнаружены в осадочных породах или нефти почти во всех периодах, начиная с кембрия. Огромный вклад в изучение этих месторождений внес Трейбс [21], выделивший порфирин из многих древних осадочных пород. Хотя выделенные вещества значительно отличаются от хлорофилла, Трейбс пришел к выводу, что они являются производными хлорофилла и что живые системы располагали хлорофиллом в течение 550 млн. лет.

Когда дендритное вещество водорослей осаждается на дно моря в анаэробной среде, некоторые химические изменения в хлорофилле протекают относительно быстро. Так, из молекулы хлорофилла исчезает магний, и утрачивается боковая цепь фитола (рис. 2). Эти изменения могут происходить и без вмешательства анаэробов, Баумгартель [22] показал, что бактерии кишечника могут превращать хлорофилл в филлоэритрин анаэробно. Дальнейшие превращения феофорбида А включают гидрирование ванильной группы и гидролиз метилового эфира, за которым следует декарбоксилирование. Превращение филлоэритрина в дезоксифиллоэритроэтиопорфирин требует восстановления кетопруппы в молекуле и декарбоксилирования остатка пропионовой кислоты в боковой цепи. При этом процесс восстановления, возможно, осуществляется биологически, а декарбоксилирование может идти очень медленно, но спонтанно.

Современные осадки, которые считаются возможным местом раннего генезиса нефти, содержат пигменты "хлорофилла" в высокой концентрации по сравнению с другим органическим веществом [23]. Феофитин, феофорбид и другие хлорины (дигидропорфирины) являются наиболее представленными пигментами "хлорофилла" в современных осадках и повсеместно встречаются в глубоководных морских, мелководных морских [24], а также в осадках озер, дельт, в том числе дельт рек Арктики. В более глубоких слоях озерных осадков хлорины уступают место следам дезоксифиллоэритрина и дезоксифиллоэритроэтиопорфирина, образующим комплексы с ванадием и, возможно, никелем [23]. В этом случае превращение хлорофилла происходило, по-видимому, при температурах не выше 10-15 С за менее чем несколько тысяч лет. В этих более старых осадках присутствует лишь небольшое количество хлоринов, или они отсутствуют совсем.

Некоторые промежуточные пути превращения хлорофилла А в порфирины, найденные в нефти. [О.В.Мосин]

Рис. 2. Некоторые промежуточные продукты превращения хлорофилла А в порфирины, найденные в нефти

Исследования учёных показали, что в условиях осадкообразования феофитин легко образуется из хлорофилла [25] и разлагается до феопорфирина, филлоэритрина, дезоксифиллоэритрина и дезоксифиллоэритроэтиопорфирина в водном метаноле при температуре 200 С в течение нескольких дней.

В нефти или осадочных породах находят лишь небольшие количества дезоксисифилло|эритроэтиопорфирина. Чаще всего порфирины встречаются в виде комплекса с ванадием или никелем. Американские учёные изучали включение этих элементов в порфириновое кольцо и установили, что энергия активации включения никеля и ванадия в молекулу порфиринов относительна мала.

Таким образом, все процессы превращения хлорофилла в порфирины, которые находят в древних формах жизни, также протекают и в природе. Например, калифорнийская и другие виды нефти, включая российскую нефть, имеют возраст несколько миллионов лет, и содержит эти металлопорфирины. Сама же нефть обнаружена во всех периодах, начиная от плейстоцена до кембрия, и во многих нефтяных месторождениях найдены порфирины. Эта цепь открытий связывает хлорофилл наших дней с порфирином кембрийского периода и подтверждает, что хлорофилл был существенным пигментом древности.

Вышеприведённые сведения касались жизни в кембрийский и послекембрийском периоде. О жизни докембрия учёным известно немного. Хотя в научной литературе и были описаны некоторые древнейшие диатомовые водоросли и микроорганизмы, но не был выяснено их эволюционное развитие. Сведения об органических веществах в осадочных породах докембрийского периода немногочисленны. Единственно, что действительно очень много в осадочных породах так это восстановленного углерода. Его связь со слоями мелкозернистых пород сходны с тем, что имеется в более молодых, но претерпевших метаморфизм осадках. Количества восстановленного углерода значительны и не наблюдается прерывистости в скорости образования его с начала кембрийского периода.

Геологические данные указывают, что расцвет фотосинтетической активности наблюдался в период, охватывающий около 2 млрд. лет, причем скорость этого процесса на протяжении указанного времени незначительно отличается от современной. Интересно наличие зон тонко рассеянного пирита (FeS2), связанных с углеродсодержащими осадочными породами. Интересно, что сера в этом минерале является продуктом деятельности сульфатвосстанавливающих бактерий. Внешний вид молодых и старых месторождений кажется идентичным, а измерения изотопного состава некоторых из этих органических осадочных пород согласуются с, геологическими данными. Изотопные исследования являются наилучшим известным нам средством для того, чтобы связать биохимию современности с биохимией прошлого, и поэтому они заслуживают внимания.

Различия в изотопном составе С1312 у различных встречающихся в природе углеродсодержащих веществ были установлены Ниром и Гульбрансеном [26]. Используя масс-спектрометр, дающий высокую точность показаний, Крег [27] затем проделал обширное исследование вариаций изотопного состава углерода в современном и древнем материале. Средние из нескольких полученных им величин равны = -2 (морские карбонаты) ; = - 13,6 (морские растения); =-8,5 (СО2 атмосферы); = -26,3 (наземные растения).

Из этих исследований учёные сделали выводы, что основное разделение изотопов углерода в природе связано с фотосинтетической фиксацией углерода морскими и наземными растениями, причем на него накладывается другой процесс разделения, зависящий от морских и неморских источников СО2 [28, 29]. Это изотопное разделение было впервые изучено американским учёным Бертши [29] путем выращивания растений фасоли в среде с известным содержанием СО2. Он наблюдал фракционирование изотопа, = 26. Затем другие американские учёные Парк и Эпштейн [30] расширили это исследование, включив .ряд других растений и исследуя их липидные фракции. Эйбелсон и Хёринг [31] более подробно изучали изотопное фракционирование у ряда водорослей, а также выделяя и измеряя углерод отдельных аминокислот. Эти данные приведены в табл. 4. Наблюдались значительные различия в изотопном составе С1312 в отдельных молекулах аминокислот. В лейцине содержится больше углерода-12, чем в глицине или серине, а углерод а-карбоксила глутамйновой .кислоты и углерод гуанидина в аргинине представлен преимущественно углеродом-13.

Фракционирование изотопов углерода у водорослей [О.В.Мосин]

Эти данные свидетельствуют о том, что углерод фиксируется водорослями по крайней мере тремя путями. Наиболее важен путь через рибулозодифосфат [32], который приводит к наибольшему разделению изотопов углерода [33]. Другие ступени фиксации углерода сопровождаются лишь незначительным фракционированием. Однако такие ступени биосинтеза, как образование липидов, сопровождаются дополнительным изотопным разделением. Наверное неправильно обобщать это небольшое число наблюдений для всех современных водорослей и слишком смело предполагать, что фракционирование изотопов углерода в прошлом осуществлялось таким же путем, т. е. через рибулозодифосфат. Однако ранее приведенные доводы американских учёных в отношении длительной устойчивости биологических систем и данные, касающиеся хлорофилла кембрийского периода, подкрепляют такое предположение.

Как показали исследования [27] органический углерод, отложившийся в осадочных породах, подвергается ряду изменений. При этом органическое вещество претерпевает изотопные изменения, уменьшающие отношение С1312на величину в пределах = 10 [34]. Другим потенциальным источником изменений величин изотопного состава являются химические реакции при высоких температурах. Геологическая обстановка и природа минералов, связанных с некоторыми докембрийскими графитами, указывают на возможность обмена органического углерода с углеродом карбонатов. Это привело бы к возникновению углерода с более высоким изотопным отношением С1312.

Учёные пришли к выводу, что точные данные о докембрийском углероде смогут быть получены только при проведении измерений с учетом геологической истории. Имеется принципиальная возможность провести исследование ряда других древних углеродсодержащих осадочный: пород, которые, как показывают геологические данные, являются по своему происхождению органическими. Однако, к сожалению в мире проделано лишь небольшое число таких определений, главным образом Крегом [27] и Ранкамой [35]. Результаты этих определений характеризуются довольно значительными отклонениями изотопных величин. Но они подтверждают данные по изотопному фракционированию живого вещества, протекавшему за последние 2 млрд. лет.

Учёные склоняются к мысли, что наиболее интересные изотопные измерения проделаны Ранкамой [36] на углероде, связанном с древним ископаемым Соrycium enigmaticum Sederholm. Породы в которых был обнаружен этот удивительный ископаемый, согласно проведенным намерениям [37], имеют возраст 1,8 млрд. лет. Райкам а [36] нашел, что углерод в ископаемом представлен легким изотопом, и пришел к выводу, что это является доказательством жизни в очень далеком прошлом. Его вывод был тогда подвергнут критике другими учёными [27, 38]. Тем не менее, утверждение Ранкамы, возможно, является правильным.

Ранее упоминалось нахождение в углеродсодержащих осадочных породах рассеянного пирита, образование которого учёные связывают с деятельностью восстанавливающих организмов. Изотопные измерения серы, проведённые в работах [39] и [40], показали, что в процессе восстановления сульфатов организмами происходит фракционирование изотопов. Восстановленная сера имеет более высокое изотопное отношение S32/S34. Современный пирит, образуемый при определенных условиях в природе, характеризуется сходным фракционированием изотопов. Изотопные измерения пиритов докембрийских осадочных огород неполны, и исследования учёных [41] о сроках начала изотопного фракционирования серы изучены недостаточно. Однако отдельные имеющиеся в распоряжении данные указывают на существование процесса восстановления сульфатов в течение примерно 2 млрд. лет.

Из этого короткого обзора данных, относящихся к изучению древнейшей жизни прошлого, видны некоторые перспективы. Одной из наиболее увлекательных является потенциальная возможность сравнительного изучения белков, выполняющих специфические функции. Результаты, имеющиеся в настоящее время, указывают на то, что исследование этих белков может привести к новому, исключительно ценному подходу к проблеме филогении и эволюции.

Вторая возможность - это новое исследование древних ископаемых анатомами, хорошо знающими физиологию и биохимию, которые могли бы объяснить полученные данные в свете современных научных знаний.

Третьей областью исследований является изолирование древних биохимических веществ из пород и ископаемых. В число этих веществ могут входить аминокислоты, липиды и другие важные клеточные компоненты, а также продукты разложения этих веществ, образуемые путями, аналогичными распаду порфирннов.

Таким образом, изотопные измерения открывают также много возможностей. Уже сейчас очевидно, что работы с изотопами углерода и серы должны быть расширены, чтобы сделать выводы о биохимических циклах синтеза древних растений и животных на основании изотопных данных.

ЛИТЕРАТУРА

1. Н. S. Ladd et al. Mem. Geol. Soc. America, 1957, 2, 67.

2. P. E. Cloud Jr. J. Paleontoi., 1959, 33, 926.

3. W. P. W о о d г i n g. Proc. Nat. Acad. Soi. U. S. A., 1954, 40, 219.

4. D. Keilin. Sci. Progr., 1953, 41, 577.

5. P. H. Abel son. In "Researches In Geochemistry", ed. by P. H. Abelson N. Y., 1959, p. 79.

6. P. H. Abelson. Fortschr. Chem. org. Naturstoffe, 1959, 17, ? 379.

7. F. S a n g e r, L. F. Smith. Endeavour, 1957, 16, 48.

8. J. E. E as toe. Biochem. J., 1955, 61, 589.

9. J. E. E a s t о c. Biochem. J., 1957, 65, 363.

10. J. E. East.oe, A. A. Leach. In "Recent Advances in Gelatin and Glue Research", ed. by G. Stainsby. London, Pergamon Press, 1958, p. 173.

11. K. A. Piez, J. Gross. J. Biol. Chem., I960, 235, 995.

12. M. R. Watson, N. R. Silvester. Biochem. J., 1959, 71, 578.

13. A. P Williams. Biochem. J., I960,-74, 304.

14. M. R. Watson. Biochem. J., 1958, 68, 416.

15. K. A. Piez, J. Gross. Biochim. et biophys. acta, 1959, 34, 24.

16. R. J. Block, K. W. Weiss. Amino Acid Handbook, ed. by Ch. C. Thomas- Springfield, Illinois, 1956.

17. R. S. Bear. Advances Protein Chem., 1952, 7, 69.

18. G. Y. Craig. Trans. Edinburgh Geol. Soc., 1952, IS, 110.

19. H. Lemche. Nature, 1957, 179, 413.

20. P. H. Abelson. Ann. N. Y. Acad. Sci., 1957, 69, 276,

21. A. Treibs. Angew. Chem., 1936, 49, 682.

22. T. Bailing art el. Med. Monatsschr., 1947, 1, 401.

23. G. W. Hodgson, B. Hitch on, R. M. E 1 о f s о n, B. L. Baker, E. Pea k e. Geochim. et cosmochim, acta, 1960, 19, 272.

24. W. L. О r r, K. O. E m e г у, J. R. G r a d y. Bull. Amer. Assoc. Petrol. Geolo gists, 1958, 42, 925.

25. G. W. Hod son, M. Hitch on. Bull. Amer. Assoc. Petrol. Geologists, 1959,. 43, 2481.

26. A. O. Nier, E. A. Gulbransen. J. Amer. Chem. Soc., 1939, 61, 697.

27. H. Craig. Geochim. et cosmochim. acta, 1953, 3, 53.

28. F. Wick man. Geochim. et cosmochim. acta, 1952, 2, 243.

29. P. Baertschi. Helv. chim. acta, 1953, 36, 773.

30. R. Park, S. Epstein. Metabolic Fractionation of C12 and С13 in Plants.

31. P. H. Abelson, T. C. Hoering. Carnegie Inst. Washington Year Book, 1960, 59, 158.

32. J. A. B a s s h a m, M. Calvin. The Path of Carbon in Photosynthesis N. Y., Prentice-Hall, 1957.

33. R. Park, S. Epstein. Carbon Isotope Fractionation During Photosynthesis.

34. S. R. Silver man, S. Epstein. Bull. Amer. Assoc. Petrol. Geologists, 1958, 42, 998.

35. K. R a n k a m a. Geochim. et cosmochim. acta, 1954, 5, 142.

36. K. Rankama. Bull. Geol. Soc. Amer., 1948, 59, 389.

37. O. Kouvo. Bull. Commiss. geol. Finlande, 1958, 182.

38. H. С r a i g. Econ. Geol., 1953, 48, 600.

39. H. G. Thode, H. KUerekoper, D. McElcheran. Research., 1951, 4, 581.

40. W. U. A nit. In "Research in Geochemistry", ed. by H. P. Abelson. N. Y., Wiley, 1959, p. 241.

41. H. G. Th о d e, J. M a c n a m a r a, W. H. Fleming. Geochim. et cosmochim. acta, 1953, 3, 235.


 Ваша оценка:

Популярное на LitNet.com Т.Мух "Падальщик 2. Сотрясая Основы"(Боевая фантастика) А.Куст "Поварёшка"(Боевик) А.Завгородняя "Невеста Напрокат"(Любовное фэнтези) А.Гришин "Вторая дорога. Путь офицера."(Боевое фэнтези) А.Гришин "Вторая дорога. Решение офицера."(Боевое фэнтези) А.Ефремов "История Бессмертного-4. Конец эпохи"(ЛитРПГ) В.Лесневская "Жена Командира. Непокорная"(Постапокалипсис) А.Вильде "Джеральдина"(Киберпанк) К.Федоров "Имперское наследство. Вольный стрелок"(Боевая фантастика) А.Найт "Наперегонки со смертью"(Боевик)
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
Э.Бланк "Колечко для наследницы", Т.Пикулина, С.Пикулина "Семь миров.Импульс", С.Лысак "Наследник Барбароссы"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"