ли обширную популяцию идентичных копий. Однако теперь следует сказать об одном важном свойстве любого процесса копирования: оно несовершенно. Случаются ошибки. Я надеюсь, что в этой книге нет опечаток, но при внимательном чтении одну-две вы, возможно, обнаружите. Они, вероятно, не приводят к серьезным искажениям текста, потому что это ошибки «первого поколения». Представьте себе, однако, что происходило в те времена, когда книгопечатания еще не было и такие книги, как Библия, просто переписывали от руки. Все переписчики, как бы они ни были внимательны, неизбежно делали сколько-то ошибок, а некоторые даже были склонны сознательно вносить небольшие «улучшения». Если бы все они переписывали с одного основного оригинала, то искажения смысла были бы незначительными. Но как только копии начинают делать с других копий, которые в свое время также были сделаны с копий, ошибки накапливаются, и дело принимает серьезный оборот. Мы считаем, что ошибки при копировании — это плохо, и, если речь идет об исторических документах, трудно представить себе примеры, когда ошибки можно было бы назвать улучшениями. Однако, когда при переводе Септуагинты ученые неверно перевели еврейское слово, означающее «молодая женщина», греческим словом, означающим «девственница», в результате чего получилось пророчество «Се Дева во чреве примет и родит Сына», то можно по меньшей мере сказать, что это положило начало чему-то великому. Во всяком случае, как мы увидим, ошибки, допускаемые биологическими репликаторами при копировании, могут привести к реальным улучшениям, и для прогрессивной эволюции жизни возникновение некоторого количества ошибок имело существенное значение. Мы не знаем, насколько точно исходные молекулы репликатора создавали свои копии. Их современные потомки, молекулы ДНК, удивительно добросовестны по сравнению с большинством точнейших механизмов копирования, созданных человеком, но даже они время от времени допускают ошибки, и в итоге именно эти ошибки делают возможной эволюцию. Вероятно, исходные репликаторы допускали гораздо больше ошибок, но в любом случае мы можем быть уверены, что ошибки совершались и что эти ошибки были кумулятивными.
По мере того, как возникали и множились ошибки копирования, первобытный бульон наполнялся не идентичными репликами, а реплицирующимися молекулами нескольких разных типов, «происходивших» от одного и того же предка. Были ли некоторые типы более многочисленны, чем другие? Почти, наверное, да. Одни типы, несомненно, изначально обладали большей стабильностью, чем другие. Среди уже образовавшихся молекул вероятность распада для одних была ниже, чем для других. Молекул первого типа в бульоне становилось относительно больше не только потому, что это логически следует из их большего «долголетия», но также потому, что они располагали большим временем для самокопирования. Поэтому долгоживущие репликаторы оказывались более многочисленными и, при прочих равных условиях, в популяции макромолекул должно было возникнуть «эволюционное направление» в сторону большей продолжительности жизни. … Между разными типами репликаторов шла борьба за существование. Они не знали, что они борются, и не беспокоились об этом; борьба происходила без недобрых чувств, да и, в сущности, вообще безо всяких чувств. Но они боролись в том смысле, что любая ошибка копирования, в результате которой создавался новый, более высокий уровень стабильности или новый способ, позволяющий снизить стабильность противников, автоматически сохранялась и размножалась. Процесс совершенствования был кумулятивным. Способы повышения собственной стабильности или снижения стабильности противников становились более изощренными и более эффективными.
Некоторые из репликаторов могли даже «открыть» химический способ разрушения молекул противников и использовать освобождающиеся при этом строительные блоки для создания собственных копий. Такие прото-хищники одновременно получали пищу и устраняли своих конкурентов. Другие репликаторы, вероятно, открыли способ защитить себя химически или физически, отгородившись белковой стенкой." (конец цитаты)
Модель происхождения жизни из ДНК имеет ряд серьезных проблем. 1. На сегодняшний день механизмы передачи информации с белка на дезокририбонуклеиновую кислоту неизвестны науке. 2. ДНК-модель происхождения жизни имеет очень серьезные проблемы с вероятностью. По подсчетам математиков, вероятность того, что сразу образовались последовательности нуклеотидов, кодирующие несколько десятков белков, исчезающе мала.
Здесь имеется типичная проблема курицы и яйца. Жизнь началась не с яйца, не с примордиальных генов, а организм не есть машина, чтобы умножать количество ДНК. Гипотеза Опарина же утверждает, что жизнь началась с коацерватов, то есть примитивных белков, то есть с курицы. Оказалось, что истина лежит посредине ― только РНК может выполнять сразу обе главные жизненные задачи ― и хранение информации, и каталитическую работу. Именно поэтому общепризнанной в настоящее время является рибонуклеиновая гипотеза происхождения жизни. Хотя РНК поначалу казалась ученым какой-то третьей лишней. В принципе было известно, что она выполняет роль посредника между ДНК и белками, то есть информация генетическая переписывается с ДНК на РНК, а потом РНК служит матрицей для синтеза белка.
11.2. РИБОНУКЛЕИНОВАЯ ГИПОТЕЗА ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ
Первым, кто сформулировал по настоящему научную теорию возникновения жизни на базе РНК, был итальянский ученый Барбиери, работавший в Западном Берлине. Именно логика его доказательств, изложенная им в статье 1981 г. (130), сейчас цитируется во всех учебниках клеточной биологии, но почему-то без указания на его приоритет. Суть данной мегамодели происхождения жизни состоит в том, что первыми возникли не белки и не ДНК, а рибонуклеиновые кислоты. Начало жизни положила именно самовоспроизводящаяся молекула типа РНК. Согласно Барбиери, любая живая система может рассматриваться как двойственная система, состоящая из генотипа и фенотипа. Интеграция этих двух систем в одну есть результат миллионов лет эволюции. Это не результат единичного события ― самосборки. На самом деле, между белками и ДНК имеется посредник в виде РНК. Существующие рибозимы можно рассматривать как реликты 'мира РНК', раннего периода биохимической эволюции, когда белки еще не получили такого распространения и не приобрели такого значения, как в последующие периоды.
Идея о роли РНК в возникновении жизни на Земле ведет свой счет с публикаций Увоесе (241, 242), который первым предположил, что взаимодействие между алластерической петлей рРНК и тРНК является главным в синтезе белка и что рРНК и тРНК являются активными компонентами синтеза белка, а не пассивными элементами. Действительно, цепи РНК способны сшивать молекулы аминокислот в цепь. Это молекулярная машина трансляции, перевода на другой химический принцип. Согласно Увоесе, первая клетка делала массу ошибок при копировании информации.
В отличие от Увоесе Барбиери (130) предположил, что самые важные события во время возникновения жизни произошли на доклеточном этапе. Всю историю возникновения жизни на Земле Барбиери делит на стадию химической эволюции, которая началась с момента отвердения земной коры и период клеточной эволюции, который начался после возникновения первой клетки. Во время начального периода спонтанно возникли макромолекулы, которые дали начало координированным макромолекулярным системам, которые имели черты примитивных клеток.
Барбиери (130) приводит такую аналогию со своей гипотезой. Предположим, пишет он, что роботы, взяли верх над человечеством и удалили с Земли не только человеческую расу, но и все другие формы жизни. Земля стала стерильной планетой и компьютеры-роботы использую ее минералы для питания, починки и воспроизводства самих себя. Оказалось, однако, что Земля не может обеспечить неограниченный рост популяции роботов, что ведет к возникновению естественного отбора и к эволюции по направлению ко все более высоких типов роботов. В конце концов, это ведет к тому, что у роботов возникает наука и они начинают задавать себе философские вопросы, как же мы возникли. Среди роботов возникают две школы, касательно того, что возникло в начале, примитивные программы или примитивные компьютеры. Но если следовать логике, то они должны прийти к выводу, что их создало что-то другое, но они не могут найти ответ, так как железо и программа это все, из чего они сделаны.
11.3. ОБРАЗОВАНИЕ КЛЕТОЧНЫХ ОБОЛОЧЕК
Но рано или поздно преджизнь должна была обзавестись собственными оболочками ― перейти от доорганизменного уровня к организменному. Идеальным материалом для таких оболочек являются липиды, молекулы которых способны образовывать на поверхности воды тончайшие пленки. Если взболтать такую воду, в ее толще образуется множество мелких пузырьков ― водяных капелек, покрытых двухслойной липидной оболочкой (мембраной). Эти капельки проявляют интересные свойства, которые делают их похожими на живые клетки. Например, они способны осуществлять обмен веществ.
Липидные мембраны обладают избирательной проницаемостью: одни молекулы сквозь них проходят, другие ― нет. Благодаря этому одни вещества втягиваются в каплю, другие выводятся, третьи — накапливаются внутри. Правда, для того, чтобы это происходило постоянно, одних мембран недостаточно. Нужно еще, чтобы внутри капли одни вещества превращались в другие, а для этого там должны находиться катализаторы ― белки или РНК.
Первые коацерваты могли образоваться самопроизвольно из липидов, синтезированных абиогенным путем. Впоследствии они могли вступить в симбиоз (взаимовыгодное сожительство) с "живыми растворами" ― колониями самовоспроизводящихся молекул РНК, среди которых были и рибозимы, катализирующие синтез липидов. Подобное сообщество уже можно назвать организмом. У всех живых существ до сих пор в синтезе липидов важнейшую роль играет кофермент А, представляющий собой не что иное, как модифицированный рибонуклеотид. Это ― еще одно напоминание об РНК-мире.