7-3. Вода и гель. Тезис Воейкова

  Владимир Леонидович Воейков (р. в 1946 г.), биофизик с химическим мышлением, неожиданно для себя пришел к выводу, что подход Опарина содержит гораздо больше ценного, чем думали в последние полвека. Разумеется, речь не о «принципе слонопотама» (п.

7-2*), а о том, что, как оказывается, в «первичном бульоне» действительно могли идти многие реакции биопоэза. Прежде всего это могли быть реакции поликонденсации (полимеризации с затратой энергии и выделением воды), источником энергии для которых служит механическое движение воды. При движении ее через сверхтонкие поры идет ее диссоциация, и гидроксилы образуют перекись водорода в неожиданно больших (свыше 1%) концентрациях; она и служит окислителем. Часть перекиси разлагается на O2 и H2.
Для необратимости этих реакций требуется сток продуктов. При поликонденсации он достигается сменой условий среды; а при разложении перекиси O2 и H2 уходят в атмосферу, где O2 остается внизу и служит основным окислителем (Voeikov V.L. Reactive oxygen species, water, photon, and life // Rivista di Biologia / Biology Forum 94, 2001).
Поликонденсация является одной из форм первичной самоорганизации, возможные механизмы которой Воейков рассмотрел в своей докторской диссертации (Биофак МГУ, 2003).
Однако проблемы биопоэза как целого этим, разумеется, не решаются: надо еще понять, как и почему полимеры могут собираться в то, что нужно для жизни. Ленинградские физиологи Д.Н. Насонов (ученик Ухтомского) и А.С. Трошин (ученик Насонова), а вскоре и Гилберт Линг (прибыл в США из Китая), разработали в середине XX века концепцию клетки, во многом про
тиворечившую общепринятым взглядам. Главное для нас в ней то, что клетка - не раствор, удерживаемый ее оболочкой, а желеобразная структура (гель), активность которой и определяет работу клетки.
В настоящее время эта теория6^ весьма продвинута и дает понимание многих вопросов цитологии. Основой работы всех клеточных механизмов (транспорт ионов через границу клетки, деление клетки, расхождение хромосом и т.д.) признаётся локальный фазовый переход.
Если признать, что полость клетки - не раствор, а гель, то меняется вся проблематика биопоэза: вместо праздных размышлений о том, как из молекул “бульона” мог сам собой сложиться первый набор с нужными для данной модели биопоэза качествами, ставится довольно реальная задача - понять, как был устроен нужный для рождения жизни гелевый комплекс.
Его не следует представлять себе как клетку и лучше называть эоби- онтом (этот термин в 1953 г. предложил Н. Пири).
Первая трудность биопоэза, которая отпадает в концепции геля: нужные концентрации веществ и их ионов задаются не оболочкой эобионта, а самой его структурой. Никакие «насосы» для начала жизни не нужны.
Вторая трудность - как первые белки и нуклеиновые кислоты сложились в нужные спиральные конструкции - отпадает при уяснении того факта, что спирали задаются квазикристаллической структурой воды.

Главное - вода проявляет ту самую активность, на которой зиждится всё живое. Проявляет сразу в двух совсем различных формах: во-первых, структура воды определяет пространственную структуру макромолекул и организует их взаимодействие, а во-вторых, вода служит источником и носителем активных форм кислорода (АФК) - таково общее обозначение для частиц, содержащих кислород с неспаренным электроном (гидроксил, перекись водорода, озон, C2 и др.).
Гашение АФК, достигаемое путем спаривания двух неспаренных электронов при соединении двух свободных радикалов, является, по Воейкову, основным и исторически первым источником энергии жизни (АТФ появилась позже - см. п. 7-7**). АФК всё время возникают и тут же исчезают - либо используются в реакции метаболизма, либо, если таковой потребности в данный момент в данном месте нет, просто гасятся; причем для гашения в клетках всех организмов есть особые механизмы.
Такой процесс рождения и гибели АФК напоминает мне флуктуации квантового вакуума (Воейков с этой аналогией согласился).
61 Так именует свое построение американский физхимик Джералд Поллак (Pollack G.H. Cells, gels and engines of life; a new, unified approach to cell function. Seattle (Washington), 2001; готовится русское издание под ред. В.Л. Воейкова). На самом деле речь идет об одном аспекте будущей теории: рассмотрена абстрактная клетка; разнообразие клеток (например. способов деления) игнорировано, и неясно, как его в эту концепцию включить. Слишком упрощены роль мембраны и ранняя эволюция клетки.

Главным окисляемым субстратом биохимии является сильно структурированная вода, продуктом окисления - слабо структурированная вода, а источником энергии - гашение АФК. Акт структуризации воды есть акт накопления энергии, акт ее деструктуризации высвобождает энергию для биохимической реакции. Можно сказать, что именно включение данного процесса в реакции геохимического круговорота, повлекшие усложнение веществ, знаменовало переход химической активности в биохимическую. Подробнее см.: [Воейков, 2005]. Если вспомнить, что дыханием именуется окисление субстратов с целью метаболизма, то тезис Воейкова



«Жизнь есть дыхание воды» вполне можно принять. Разумеется, это не определение жизни, а указание на первый и главный биоэнергетический процесс, а также на главное направление поисков решения загадки рождения жизни.
Начнем с того, что коацерват является крохотной порцией водного геля, но гель может заполнять и крупную структуру (например, лужу). Если добавить, что над водой, в воде и в геле изобилуют АФК, то, как увидим, проблема начальных стадий биопоэза значительно упрощается. 

Еще по теме 7-3. Вода и гель. Тезис Воейкова:

1. 10-1** Смысл иерархии. Тезис Короны
2. ТЯЖЕЛАЯ ВОДА
3. ВОДА
4. 3-7** Тезис Витгенштейна
5. Вода питьевая
6. 10-1* Стабильность названий. Тезис Линнея
7. ВОДОРОД И КИСЛОРОД (вода)
8. ГЛАВА IV ВОДА В ЖИЗНИ РАСТЕНИй
9. 10* После прочтения генома человека. Тезис Аршавского
10. ФАКТОРЫ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ СРЕДЫ Вода как среда обитания животных
11. 5-7. Центральный тезис вместо «центральной догмы»
12. 4. Сначала биоценоз, затем организмы