Читать книгу: «Сотворение мира», страница 2

Земля из-за гравитационного влияния Луны эволюционно более продвинутая планета, чем Венера. И поэтому фазу наличия атмосферы высокой плотности и температуры она исторически миновала давно. И сейчас приблизилась к периоду, когда из-за снижения активности вулканической деятельности на Земле плотность, и, как следствие, температура атмосферы неуклонно снижаются. Это регулярное снижение достигло фазы, когда сравнительно небольшие колебания плотности атмосферы вызывают существенные температурные колебания, сопровождающиеся ледниковыми периодами и межледниковыми оттепелями.

Страта третья. Биоорганическая

Быт.1:12 И произвела земля зелень, траву, сеющую семя по роду [и по подобию] её, и дерево [плодовитое], приносящее плод, в котором семя его по роду его [на земле]. И увидел Бог, что это хорошо.

Быт.1:13 И был вечер, и было утро: день третий.

Жизнь с биологических позиций – непрерывная самоподдерживающаяся реакция. С излагаемых концептуальных позиций жизнь – утонченная форма утилизации части энергии, излучаемой Солнцем. Известен только один элемент, на основе которого такая утилизация возможна, – углерод. Есть предположения, что такая утилизация возможна и на основе кремния, но доказательств нет. И, самое главное, для кремниевых соединений предположительно нет подходящих растворителей в достаточном количестве на поверхности планет Солнечной системы либо их спутников. Уникальность углерода подтверждается и тем, что в космических телах находят лишь сложные органические соединения на основе углерода. В частности, астрономы обнаружили в газопылевом облаке Стрельца В2 структурные изомеры пропилцианида – бутиронитрил. Бутиронитрил представляет собой плохо растворимую в воде бесцветную жидкость и используется на Земле для органического синтеза. В 2009 г. в облаке нашли аминоацетонитрил – предшественника аминокислоты глицина. В 2016 г – окись пропилена. [6 – 8] Эти и другие данные позволяют утверждать, что именно в таких газопылевых облаках и зарождается химическая основа жизни.

Астрофизики выявили, что в области формирования молодых звезд существует некоторая небольшая зона, в которой метанол вырабатывается особенно интенсивно. В следующей стадии происходит его оседание на космической звездной пыли, образуя своеобразную основу для дальнейших процессов химического синтеза. Именно на таких пылевых частицах, содержащиеся в оболочке кислород, азот и углерод превращаются в результате облучения излучением нарождающейся звезды в органические крупные молекулярные соединения, с максимальной молекулярной массой, ограниченной лишь самим размером пылинки (до 0,1 мкм).

Эти и другие факты дают определенные основания под гипотезу о принципиальной возможности криогенной химии органических соединений. Действительно, с квантовых позиций для химической реакции требуется некоторая начальная энергия, переводящая валентные электроны молекул на возбужденные уровни. Этого для реагентов зачастую является достаточным, чтобы тепловая энергия столкновения молекул послужила тем необходимым и достаточным условием перехода электронов с возбужденных уровней одной молекулы на энергетические уровни другой молекулы и спонтанного их последующего встраивания в квантованные состояния новой молекулы с выделением избыточной энергии в форме излучения. Избыточная энергия поглощается реагентами, поддерживая реакцию. Тепловая энергия, таким образом, является фактором, необходимым для поддержания реакции. Но, с другой стороны, тепловая энергия является фактором, препятствующим химической реакции за счет возрастания хаотичности движения молекул реагента, возрастания вероятности рекомбинации и пр. А вот при низких температурах, когда энергетика тепловых колебаний молекул пренебрежительно мала, а молекулы реагентов достаточно плотно упакованы и перемешаны, то энергии внешнего излучения становится достаточно для возбуждения валентных электронов одной молекулы до уровней, позволяющих свободно переходить в валентные уровни другой молекулы, формируя химическое соединение.

Если гипотеза найдет свое экспериментальное подтверждение, то это даст толчок к кардинальным изменениям в технических областях, открыв эру низкотемпературной утилизации энергии химических элементов путем преобразования выделяющейся при этом энергии излучения непосредственно в электрическую.

И еще. Экспериментальные попытки воссоздать в лабораторных условиях молекулы РНК без начальных затравок в виде молекул РНК или ферментов наталкиваются на серьезные трудности синтеза сколь-нибудь их длинных цепей, превышающих 30-40 нуклеотидных оснований. В этой связи возникают серьезные основания считать, что основным препятствием такому синтезу является тепло. И синтез длинных цепей РНК возможен только при низких температурах. В том числе и в физических условиях плотных газопылевых облаков при зарождении в них молодых звезд.

Еще один довод в достоверность гипотезы о внешнем по отношению к Земле происхождении молекул РНК и аминокислот говорит тот факт, что подавляющее число химических реакций, в том числе и органических, при положительных температурах имеют «финишный» результат. Другими словами, неизбежно заканчиваются полным расходом реагента. И только наличие изначальной генетической информации и механизма ее переноса в структуру белков, обладающих ферментивными свойствами, позволяет возвращать реагенты в исходное состояние, утилизируя при этом тепловую энергию Земли и энергию излучения Солнца. Поддерживая тем самым процесс, называемый жизнью. Данный процесс, развиваясь во времени, обладает четкой направленностью совершенствования как структурных систем такой утилизации, так и развития ее генной информационной базы в плане обеспечения устойчивости и независимости биологических систем от внешних условий.

Да и современные исследования углеродистых метеоритов, особенно групп CI, CM и CR, показывают, что они содержат в себе богатейший набор сложных органических соединений,  в том числе пуриновые и пиримидиновые азотистые основания, которые в земных организмах являются структурными единицами хранения информации в РНК и ДНК. Характерно, что эти метеориты даже внешне похожи на уголь, за что и называются зачастую "углеродистыми". Кометные ядра точно так же имеют очень темный цвет.

Среди многочисленных гипотез и теорий возникновения жизни на Земле немало сторонников панспермизма. Одна из примечательных работ в этом направлении В.А. Анисимова [18], в которой приводится заслуживающая внимания доказательная база, что для самопроизвольного возникновения молекулярных комплексов типа РНК и ДНК потребовался бы временной промежуток, превышающий время существования Земли. Поэтому сам исходный посыл, что из растворов неорганики может самопроизвольно зародиться сложнейший мир органического синтеза вряд ли когда-либо будет подтвержден экспериментально.

С другой стороны, гипотезы возникновения жизни на Земле в результате эволюции биологических структур из спор, привнесенных метеоритами, представляется крайне спорным в силу ничтожной вероятности такого процесса. Да и само существование мира РНК-прокариот как-то плохо вяжется с этими гипотезами. Вместо эволюции – сотни миллионов лет деградации биологических структур? Сказанное лишний раз подтверждает гипотезу о внешнем генезисе органики на Земле. Возможно до уровня молекул РНК. И вот эта органика, в обилии вносимая метеоритами и астероидами на поверхность формирующейся Земли, при высоких температурах большей частью переходит в газовую фазу и включается в состав плотной газопылевой атмосферы молодой Земли по типу атмосферы Венеры. Такая атмосфера, насыщенная неорганическими и органическими кислотами, терзаемая непрерывными электрическими разрядами, представляла на то время идеальную среду для самых разнообразных химических реакций на поверхности пылевых частиц. Многие из которых вдобавок содержали изрядное количество разнообразных металлов. В этих условиях вероятность расширенного синтеза органики и ее усложнения, вплоть до полимеризации аминокислот и нуклеиновых кислот, уже не представляется бесконечно малой.

По мере остывания Земли прежде всего происходила конденсация полимерных образований и крупных органических молекул на поверхности Земли, образуя бассейны с высококонцентрированным раствором органических соединений. И ничего удивительного тогда нет, что именно в них смог сформироваться тот РНК-мир, который и породил жизнь на Земле.

Сказанное позволяет утверждать, что процессы начального формирования органики и реагентов происходили с протовеществом, из которого формировались внутренние планеты Солнечной системы. Это объясняет относительно быстрое возникновение жизни на Земле ко времени ее оформления в планетное образование 4,2 млрд лет назад, когда уже в породах возрастом примерно в 3,83 млрд лет обнаруживаются ее первые следы.

Эти факты позволяют утверждать, что все внутренние планеты Солнечной системы и большинство спутников планет имели, а возможно и имеют, изначально большой запас сложных органических соединений в составе пород, из которых они образовались. Дальнейшая их судьба зависела от физических условий, в которые эта органика попадала на планетах. Диапазон таких условий для химического взаимодействия органики весьма узок. И чем сложней структура органических молекул, образующихся в результате химического взаимодействия, тем сильнее возможность их длительного существования без распада зависит от температуры и уровня радиационного фона на поверхности планеты. Самое важное условие – наличие на планете растворителя, обеспечивающего высокую коммутативность органических молекул. Наиболее распространенным растворителем является вода. Но не исключено, что и другие растворители, если они в избытке присутствуют на планете, могут стать приемлемой средой для коммутационного взаимодействия органических молекул. Например, метановые моря.

      В отличие от неорганических соединений, которые при взаимодействии образуют кристаллические или аморфные структуры, органические соединения могут полимеризоваться в линейные структуры. Такие протяженные структуры, состоящие из сотен тысяч, миллионов исходных молекул, приобретают уникальные свойства, которыми не обладают молекулы, составляющие эти цепи. Новые свойства зависят как от состава молекул, образующих цепь, так и от их взаимного расположения в этой цепи. При этом полимеры приобретают свойство образовывать более сложные структуры, свиваясь или объединяясь друг с другом водородными связями по комплементарным участкам. Так образуется двойная спиральная структура ДНК, так образуются и динамичные структуры из молекул РНК и белков.

Есть одно фундаментальное свойство таких нитей – это уникальная их электропроводность. Молекулы нуклеиновых кислот содержат множество отрицательно заряженных фосфатных групп и образуют комплексы с ионами металлов. Их калиевые и натриевые соли хорошо растворимы в воде. Эти особенности приводят к тому, что в отличие от электропроводящей цепи полимерные нити молекул РНК проводят электроны «эстафетой» от одной их структурной единицы к другой. Электроны при этом  продвигаются вдоль полимерных нитей от молекулы к молекуле по сложной электронно-транспортной цепи из связанных этими нитями ионов металла. Соединение, принявшее электрон, возбуждается и приобретает способность к ионной связи с другими нитевидными полимерами, передавая им принятый электрон. Те, в свою очередь, приобретают возможность установления связей с другими соседями или же могут израсходовать энергию свободного электрона на образование валентных связей между молекулами при построении новой полимерной цепи. Это свойство обеспечивает динамичное структурообразование и при наличии притока исходного строительного материала (молекул), энергии (свободных электронов) и периодического удаления результатов синтеза процесс может протекать сколь угодно долго. Отсутствие структур поддержания процесса делает его зависимым от внешних условий, и в стационарных условиях такой процесс быстро затухает.

      У коротких полимерных нитей, имеющих общее название «липиды», есть важное свойство. Они с одного конца оканчиваются гидрофобными остатками, с другого – гидрофильными. В результате такие нити способны самопроизвольно перестраиваться в продольные упорядоченные структуры. Множество таких упорядоченных структур способно образовывать пленку с определенными свойствами, обеспечивающими направленную проницаемость. Другими словами, такие полимерные структуры могут самопроизвольно образовывать мембраны. Мембраны позволяют по разные стороны от своей поверхности создавать среды с разной концентрацией ионов металлов. Тем самым они способны обеспечить разность потенциалов, достаточную для поддержания перетока электронов по полимерным нуклеотидным цепям, встроенным в эти мембраны. Этот процесс активирует нуклеотидные полимерные цепи, запуская механизм их репродукции или полимеризации на матрице исходной цепочки нуклеиновых кислот, в том числе и из других органических кислот, а именно – аминокислот. Синтезированная полимерная цепь аминокислот является белком. По сути, появляется простейшая органическая система с самоподдерживающейся реакцией синтеза.

Жизненный цикл рассмотренных выше примитивных образований, скорее всего, первоначально был крайне краток из-за самоотравления продуктами синтеза. И вероятность того, что из таких структур могла бы развиться более совершенная структура, ничтожна, если бы не существовали другие замечательные особенности полимерных цепей из нуклеиновых молекул, называемых РНК.

Рибонуклеиновая кислота – это фосфорный эфир нуклеозида (сахар рибоза и азотистое основание). Синтез нуклеозида монофосфата требует энергетических затрат. Но уже синтез нуклеозидов дифосфата самодостаточен, а энергии трифосфата достаточно для построения цепочки из двух нуклеозидов, связанных фосфатной группой, то есть для полимеризации нуклеотидов. Однако энергетическая достаточность не все условие, чтобы процесс самопроизвольной полимеризации происходил сколь-нибудь заметно. Полимеризация резко ускоряется в присутствии затравки – уже сформировавшихся цепочек РНК. Водородные связи по комплементарным участкам ограничивают случайность, упорядочивают свободные нуклеозиды и создают условия для их полимеризации. Таким образом, РНК могут копировать себя или, другими словами, самореплицироваться. А это уже не просто химическая реакция, а воспроизведение информации, называемой генной. А так как на результаты копирования сильно влияют как хаотичное тепловое движение молекул, так и изменчивые условия внешней среды, то нередки при таком самореплицировании «бракованные» копии, многие из которых способны к самостоятельному самореплицированию. Таким образом, это уже не просто информационное копирование, а выработка новой генетической информации в функции условий внешней среды.

Способность молекул РНК одновременно служить катализатором химических реакций и носителем информации позволяют выдвинуть гипотезу о том, что РНК и была первым сложным полимером, появившимся в процессе добиологической эволюции. Эта гипотеза получила название «гипотеза РНК-мира».[19-21] Согласно ей, РНК на первых этапах эволюции автокатализировала синтез других молекул РНК, а затем и ДНК. В отличие от РНК, молекулы ДНК обладают более сильными водородными связями, способными удерживать на своей нити комплементарную ей другую нить, которая, по сути, нейтрализует катализирующие способности одиночной ДНК. Образно говоря, двойная спиральная нить ДНК вносит систематизирующий порядок, обеспечивая долговременную устойчивость генетической информации.

Следующей важной особенностью молекул РНК является то, что их короткие полимерные образования, включающие тройную комбинацию из четырех возможных оснований, могут образовывать комплементарную связь с одной из 22 возможных аминокислот. Это свойство обеспечивает избирательную выборку определенных молекул аминокислот из их смеси в форме комплекса РНК – аминокислота. С другой стороны, такие РНК с присоединенной аминокислотой, называемые транспортными РНК, продолжают сохранять способность к установлению комплементарной связи с определенными участками более длинной РНК, называемой матричной. Это обеспечивает выстраивание на матричной РНК аминокислот в определенной последовательности. Если увешанная гроздьями аминокислот РНК возбуждается (приобретет электрон), то энергия этого электрона расходуется на установление валентных связей между соседними аминокислотами. Другими словами, возбужденная матричная РНК выступает в роли катализатора полимеризации аминокислот.

Как уже отмечалось, поступление и продвижение электронов по молекуле РНК осуществляется пошагово, поэтому и процесс полимеризации аминокислот на матричной РНК осуществляется последовательно и упорядоченно, что обеспечивает не только синтез полимерной аминокислоты, но и перенос на нее генетической информации с матричной РНК.

Из изложенного следует, что одним из условий синтеза полимерной аминокислоты (белка) на РНК является наличие постоянной энергетической подпитки этого нуклеидного полимера. В современных биосистемах такая подпитка осуществляется либо с помощью мембранных комплексов, создающих и поддерживающих разность потенциалов за счет различной концентрации ионов металлов по разные стороны от мембраны, либо с помощью так называемых, полимераз – длинных белковых нитей, связывающих в различных своих частях ионы металлов и обеспечивающих тем самым необходимый биопотенциал для энергетической подпитки процесса полимеризации. Очевидно, что полимеразы – это более поздняя наработка природы в процессе эволюции живых систем. На первых порах синтез белков осуществлялся преимущественно на мембранных структурах.

       Синтез белка на матрице РНК расширил свойства добиологических систем, постепенно белок заменил РНК в структурных аспектах.

Белки – качественно новые химические соединения, которые вносят в микромир совершенно новые свойства, а также зависимость ее свойств от значений рН. Изоэлектрической точкой аминокислоты называют значение рН, при котором максимальная доля молекул аминокислоты обладает нулевым зарядом. При таком рН аминокислота наименее подвижна в электрическом поле, что позволяет использовать данное свойство для разделения аминокислот, а также белков и пептидов.

Цвиттер-ионом называют молекулу аминокислоты, в которой аминогруппа представлена в виде – NH₃⁺, а карбоксигруппа – в виде – COO⁻. Такая молекула обладает значительным дипольным моментом при нулевом суммарном заряде. Именно из таких молекул построены кристаллы большинства аминокислот. Эта особенность белков позволяет им из окружающей субстанции извлекать определенные химические соединения, упорядочивать их и утилизировать поступающую извне энергию в новое химическое соединение. К другим важным свойствам белков относится то, что они, взаимодействуя с ионами металла, создают уникальные катализирующие центры (ферменты) для многих биологических соединений; создают проводящие пути для ионов металла и органических соединений через мембраны; выступают универсальным строительным материалом в структуре клетки; являются основой сократительных молекул; образуют рецепторы клетки; используются как химические соединения для «обмена информацией» между клетками.

Характерным является тот факт, что в клетке каждый отдельный вид белка катализирует лишь определенный тип химических реакций. Такая избирательность упорядочивает во времени и в пространстве процессы в клетке. Библиотека информации о структуре белка содержится в матричной РНК или ДНК. Выбор участков считывания информации с них осуществляется с помощью так называемых промоторов. А вот где хранится партитура, управляющая этими пальцами-промоторами, или процесс выбора формируется автоматически, логикой химических изменений в клетке, вопрос остается открытым.

Следует отметить, что катализ вообще, а ферментивная способность белков в особенности, сильно зависит от температуры. Поэтому для большинства клеток очень важен термический гомеостаз. И чем сложнее химико-биологические процессы, реализуемые клеткой, тем уже диапазон допустимых температур. И особенно критичны процессы в клетках к высоким температурам, при которых кардинально меняется вся последовательность химико-биологических реакций, необратимо повреждающих клетку.

Массовое воспроизводство белков формирует уникальную среду вокруг репродуцирующей системы. Вплоть до формирования из белков и липидов оболочки, что обеспечивает значительную устойчивость молекулярного комплекса репродукции к внешним воздействиям. Структурное обособление репродуцирующего комплекса резко ограничивает влияние случайных факторов, упорядочивая процессы биосинтеза и порождая биосистемы на клеточном уровне. Самое существенное, что в таких клетках возникают условия для системного разделения функций направленного воспроизводства генетической информации с высокой вероятностью идентичности создаваемой копии. Такое системное разделение проявляется в том, что РНК в клетке функционально разделяются на матричные, транспортные, рибосомные и другие.

Рибосо́мные рибонуклеи́новые кислоты – несколько молекул РНК, составляющих основу рибосомы. Основной функцией рРНК является осуществление процесса трансляции – считывания информации с мРНК при помощи адаптерных молекул тРНК и катализ образования пептидных связей между присоединёнными к тРНК аминокислотами.

Структурное оформление репродуцирующих систем порождает качественно новую страту в биологии – эволюцию биосистем.

Страта четвертая. Биологическая

И увидел Бог, что это хорошо.

Быт.1:19 И был вечер, и было утро: день четвёртый.

Для обоснования логики дальнейшего полагаем, что все биологические формы, проявившиеся в ходе эволюции, имеют право на существование. Их реальное наличие зависит лишь от условий, обеспечивающих их возникновение и существование, а также промежутка времени, на котором эти формы проявляются. Среда меняется как под воздействием физических процессов, происходящих на планете или в Солнечной системе, так и в ходе конкурентной борьбы биологических форм за источники энергии и ресурсы. Избыток энергии и ресурсов порождает структурное совершенствование этих форм. Недостаток – дифференцирует формы до простейших, разваливая их структурные образования.

Структурная идентификация биохимического образования, с одной стороны, придавала ему системную устойчивость к внешним факторам, но, с другой стороны, приводило к своеобразному самоотравлению продуктами синтеза. Если до структурного оформления процесс поддерживался перемешиванием под воздействием среды, то теперь этот механизм исключался. Единственный компенсационный механизм, который мог противостоять такому самоотравлению, заключался в репродуцировании структуры. Самопроизвольное деление на части обеспечивало возможность поддерживать процесс полимеризации по меньшей мере на периферии структурного образования. Да и для мелких периферийных образований была выше вероятность отделиться от конгломерата подобных структур под действием внешних факторов. Таким образом, первые биосистемы, скорее всего, походили на современные раковые опухоли.

Кроме генетического – другое отличие заключалось в том, что прабиологические системы целиком и полностью зависели от наличия во внешней среде в достаточном количестве исходного химико-биологического материала и источников энергии. Поэтому процесс эволюции прабиологических систем и пошел по пути статистической выборки из бесчисленных вариаций формируемых белков тех,

– которые бы обеспечивали энергетическую независимость прабиосистемы от внешних источников энергии;

– которые обладали ферментными свойствами по химическому воспроизведению из элементов внешней среды молекул фосфорной кислоты, сахаров, аминокислот, нуклеозидов и т. д.;

– которые обладали ферментными свойствами разлагать биохимические структуры на составные молекулы, с целью их последующего вовлечения в процесс нового формирования прабиосистемы.

Предположение о статистической выборке на множестве вариаций остается в данной статье открытым, так как непонятен иной механизм закрепления случайно найденного решения в структуре матричной РНК. Полагать, что мутации в структуре РНК могут привести к адекватному решению биологической проблемы бессмысленно в силу бесконечно малой вероятности такого события. Видимо, уже тогда существовал и существует ныне некий механизм вариационного изменения свойств белков под действием внешних условий с обратной транскрипцией в структуру РНК, позволяющий закрепить данное изменение и воспроизводить его в последующих поколениях путем создания матрицы построения нового белка с необходимыми свойствами. Такое предположение делает процесс эволюции биологических систем процессом последовательного приближения к соответствию изменившимся внешним условиям. Что, в общем-то, соответствует реалиям.

Но есть еще один путь.

Выше высказывалось предположение о том, что биологическая жизнь зарождалась как мир РНК. Отсутствие системных источников энергии на этом этапе для поддержания биологических процессов с необходимостью порождало структурирование и дифференциацию активных центров РНК. Такую, которая позволяла бы использовать механические способы их переноса в более благоприятные условия реализации возможностей РНК. По сути, этот прамир РНК быстро превратился в вирусоподобную форму существования биологической жизни. Структурная дифференциация с необходимостью привела к конкурентной борьбе вирусоподобных форм за ареалы обитания. Но конкурентная борьба не обязательно завершается вытеснением менее приспособленных форм. Похоже, даже чаще природа находит компромиссное решение симбиоза этих форм, при котором альтернативные формы объединяют генетический материл (макромолекулы РНК) либо полностью, либо существенными частями. Такая модификация генетической системы приводила и к модификации белкового материала, продуцируемого вирусоподобной частицей. Описанная эволюционная схема представляется более правдоподобной. Тем более что ее истинность теоретически можно подтвердить на основе более полного осмысления результатов расшифровок генной структуры ДНК существующих биологических видов. Ведь если данное предположение верно, то генетический материал любого биологического вида – это, по сути, книга его эволюционного становления из правирусных структур.

Акцентирование биосистемы на том или ином из перечисленных выше аспектов определило ее эволюционный путь развития. Процесс биоорганического синтеза необходимых неорганических и органических соединений из элементов внешней среды – энергетически затратный процесс. Источниками энергии на этапе возникновения биоорганической жизни могли быть либо излучение Солнца, либо геотермальное тепло. Большинство реакций биологического синтеза имеют сколь-нибудь значимый выход только при наличии катализаторов. Основными и, пожалуй, единственными катализаторами являлись на тот период ионы металлов. Можно предположить, что ферментная адаптация биосистем пошла по пути встраивания этих катализаторов в синтезируемые белковые цепочки.

Механизм фиксации энергии излучения с последующей его утилизацией в энергию химических связей представляется более сложным, чем использование геотермального тепла для тех же целей. Тем более что геотермальные источники уже предполагают наличие среды, насыщенной солями металлов. Поэтому и первые биоорганические структуры, скорее всего, возникли в этой среде. Реликтами тех первичных структур являются хемолитотрофные организмы, дошедшие до наших дней. И в частности тионовые и серобактерии.

Серобактерии окисляют сероводород до молекулярной серы или до солей серной кислоты.

Тионовые бактерии способны окислять тиосульфаты, сульфиты, сульфиды и молекулярную серу до серной кислоты (часто с существенным понижением pH раствора), процесс окисления отличается от такового у серобактерий (в частности тем, что тионовые бактерии не откладывают внутриклеточной серы). Некоторые представители тионовых бактерий являются экстремальными ацидофилами (способны выживать и размножаться при понижении рН раствора, способны выдерживать высокие концентрации тяжелых металлов и окислять металлическое и двухвалентное железо).

Именно на прототипах таких бактерий природа создавала и совершенствовала структуру клеток. Но запасы сероводорода на Земле достаточно ограниченны, да и геологические процессы, происходящие на Земле, рано или поздно меняли среду. Геотермальные источники исчезали, создавая для популяции хемолитотрофных клеток крайне неблагоприятную среду, включая в таких клетках приспособительные реакции выживания в изменяющейся среде. Одним из эффективных способов выживания клеток стал переход с термальных источников энергии на энергию излучения Солнца. Основой такого перехода послужил белок хлорофилл. Это совершенная структура, созданная природой, по превращению энергии излучения Солнца в биоэнергию белковых тел. Для функционирования молекулы хлорофилла в процессах фотосинтеза существенное значение имеет ее пространственная организация. Магний-порфириновое кольцо молекулы представляет собой почти плоскую пластинку толщиной 0,42 нм и площадью 1 нм². Эта пластинка и воспринимает кванты света. Ведущую роль при этом в поглощении квантов света играет ион магния. Поглощенный им квант света переводит связанные с ионом электроны на такой энергетический уровень, который позволяет им продвигаться по атомам молекулы и преобразовывать валентные связи ее отдельных атомов таким образом, что они вступают в восстановительную реакцию с водой, высвобождая кислород и поглощая протоны. Часть же возбужденных электронов просто рекомбинирует, выделяя тепловую энергию. В дальнейшем, такая энергетически возбужденная и нагруженная активными протонами молекула хлорофилла вступает в химическое взаимодействие с другим химическими элементами, производя новые химические соединения, требующие энергетических затрат. Но и это не все.

Как правило, молекулы хлорофилла своими длинными алифатическими остатками фитола (2 нм), образующим угол с порфириновым кольцом, прикреплены к мембранам. Выше отмечалось, что такое прикрепление создает участок проводимости в мембране, по другую сторону которой другими ионами металлов создается потенциал, достаточный для продвижения электронов по белковой цепи и выходу их за мембрану, где они используются белковыми структурами для синтеза энергетически-емких соединений- молекул АТФ.