Парадоксы эволюции. Как наличие ресурсов и отсутствие внешних угроз приводит к самоуничтожению вида и что мы можем с этим сделать

В определенном смысле «аналогово» оптимизированные (по форме, размеру и т. п.) структурные нуклеиновые кислоты в момент своего «цифрового» перехода могли бы иметь наименьшую информационную энтропию в своем «аналоговом» смысле – представляли собой одни большие одинаковые пиктограммы, более-менее похоже «нарисованные» (несмотря на довольно большое допустимое разнообразие нуклеотидных последовательностей), и как обратная сторона медали, в силу однообразия форм и размеров, и термодинамическую. Все это предположение делает еще более возможной упомянутую выше предполагаемую минимальную энтропию первичных геномов, хотя их энтропия в «цифровом» исчислении должна бы быть гораздо больше современной – хотя бы в силу очевидно большего количества букв первичного нуклеотидного алфавита: помимо известных современных пяти нуклеотидов, обнаруживаемых в ДНК и РНК, он, несомненно, включал и другие, химически допустимые, биологически вероятные, но исторически сравнительно скоро утраченные. В то же время, как указывалось, приняв эквивалентность сложности и случайности, первые «бессмысленные» последовательности нуклеиновых кислот, несомненно, максимально случайные, были и максимально сложными. В каком-то смысле в них была заложена уже вся информация дальнейшей эволюции. Это тот первичный «детский набор» склеенных осей и шестеренок, отламывая которые в разных комбинациях, эволюция – «слепой часовщик» Докинза – создаст все существующее и существовавшее биологическое разнообразие. Очевидно, математическим способом можно показать, что основной метод сборки «слепого часовщика» – подгонка работающего блока под новые, как правило, более специализированные задачи, то есть экзаптация в широком смысле.

Мир РНК, вирусный мир и ранние интроны

Три вывода из данного предположения об «аналогово-цифровом» переходе нуклеиновых кислот совпадают с более обоснованными заключениями других, несомненно, более авторитетных, чем автор, исследователей.

1. Предположение о первичном структурном «бассейне» нуклеиновых кислот, капля за каплей накапливавшемся миллионы лет в неорганических ячейках щелочных гидротермальных источников и ставшем впоследствии субстратом динамической информационной системы, совершившей «аналогово-цифровой» переход, перекликается с гипотезой РНК-мира. Сама гипотеза в таком наименовании впервые была сформулирована нобелевским лауреатом Уолтером Гилбертом (Gilbert W., 1986), но как идея изначально предложена Александром Рич (Alexander Rich) еще в 1962 году и Карлом Везе (Karl Woese), Френсисом Криком (Francis Crick) и Лесли Оргелом (Lesli Orgel) в 1967–1968 годах. Эта гипотеза позволяет разрешить противоречие так называемого цикла Дарвина – Эйгена.

В его основе лежит модель химических гиперциклов Манфреда Эйгена (Эйген М., 1973) – гипотетических промежуточных структур между живыми и неживыми организмами. Она описывает двойственные комплексы условно «белков» и условно «полинуклеотидов», в которых «белок» обеспечивает комплементарную (взаимодополняемую) авторепродукцию «полинуклеотида», а он, в свою очередь, «катализирует» синтез «белка». Эйген предполагал, что между разными гиперциклами может возникать естественный отбор, благодаря которому они приобретают способность эволюционировать: «Теория Дарвина оказывается оптимальным принципом, вытекающим из определенных физических предпосылок, а не «несводимым» феноменом, который относится только к биосфере» (в этом смысле интересно отметить, что Больцман, один из основателей статистической физики, считал Дарвина не только великим биологом, но и великим физиком). Однако теория Эйгена показывает наличие принципиального эволюционного ограничения (порога Эйгена): стабильное наследование и, в более общем смысле, эволюция, возможны, только если произведение частоты ошибок авторепродукции «полинуклеотида» на его информационную емкость ниже этого числового порога (для реальных белково-нуклеотидных комплексов он оценивается приблизительно от 1 до 10 мутаций на цикл репликации), значения же выше этого порога ведут к дестабилизации генома и вымиранию.

В цикле Дарвина-Эйгена сочетание естественного отбора и умеренного генетического дрейфа позволяет «выправить» в самораскручивающуюся спираль эволюции неизбежно возникающий замкнутый порочный круг гиперцикла, в котором для минимально необходимой сложности системы для обеспечения точности репликации требуется кодирование все большего количества информации, но сама точность репликации лимитирует объем кодируемой информации.