Планеты и жизнь

Попробуем немного пофантазировать и представить себе гипотетическую последовательность событий, которые могли иметь место на примитивной Земле после того, как сформировалось достаточное количество предшественников белков.

Исходная посылка состоит в том, что до возникновения нуклеотидов и полинуклеотидов шла продолжительная эволюция пептидов и полипептидов. Бесспорно, что параллельно происходило образование других классов биологически важных соединений, в том числе предшественников нуклеиновых кислот. Однако в любой момент времени концентрация полипептидов была заметно больше концентрации полинуклеотидов.

Здесь мне хотелось бы обратить внимание на хорошо известный биологам механизм, не требующий в принципе участия нуклеиновых кислот, — механизм самосборки. Вполне можно предположить, что на ранних этапах эволюции самосборка происходила автономно. Характерным примером является самосборка низкомолекулярного белка грамицидина, не требующая генетического контроля.

Сейчас есть все основания считать, что процесс самосборки был определяющим при образовании примитивных клеточных мембран, которые могли состоять из полипептидов и предшественников липидов. На этой ступени эволюции появились первые морфологические единицы, которые еще нельзя назвать клетками, — это были просто микросферы. Но с возникновением таких микросфер стала возможна дальнейшая эволюция биополимеров.

Обладая большой концентрационной способностью, микросферы резко ускорили ход химических реакций. Нельзя исключить, что на примитивных мембранах начались процессы синтеза полинуклеотидов, которые катализировались полипептидами, входящими как составные части в примитивную мембрану.

Таким образом, на этом этапе мог бы осуществляться процесс протобелок → протонуклеиновая кислота.

С появлением первых матриц мог начаться в том или ином виде прямой матричный синтез полипептидов. Достаточно было появления полипептида, который умел хотя бы немного «помогать» процессу репликации, и тогда сразу же мог возникнуть другой процесс: процесс снятия копий — начало протожизни.

Эти предклетки должны были обладать достаточной устойчивостью к воздействию внешних условий. Они должны были иметь свое и весьма продолжительное «время жизни».

Процесс репликации мог происходить и без участия ферментов, просто за счет изменения параметров среды, например, изменения температуры или кислотности раствора.

Схемы эволюции можно представить следующим образом: сначала был первичный океан. Затем под воздействием источников энергии на атмосферу и переноса продуктов реакций образовался разбавленный раствор мономеров. Потом в результате медленной эволюции возникла жизнь. Это классическая схема зарождения жизни в океане.

Возможен и другой вариант, связанный, например, с районами активной вулканической деятельности. В этом случае последовательность событий можно представить так. В некоторых локальных областях образуется концентрированный раствор мономеров (аминокислот и так далее). Мы уже видели, что вполне возможны реакции полимеризации этих мономеров. Следующим этапом является концентрирование полимеров на минералах. Это дает возможность для образования протоклеток и «включения» механизмов самосборки. Затем происходит дополнительное концентрирование органического материала в протоклетках.

Именно на этой стадии возникает примитивный прямой матричный механизм. Природа слепа, она работает методом проб и ошибок. С того момента, как она «нашла» прямое матричное копирование, могли пройти еще многие миллионы лет, прежде чем возник современный вариант трансляционного механизма.

В рамках этой схемы тоже очень трудно представить себе, как могли возникнуть трансляция и код и почему код оставался неизменным в течение 3,5 миллиарда лет. «Глядя» на генетический код, невольно думаешь о том, что в какой-то момент времени природа получила удовлетворение от своей работы и сочла этот этап своей деятельности завершенным.

Стратегическое направление исследований — изучение возникновения динамической организации — сейчас на начальной стадии. Слишком много сегодня нерешенных вопросов в этой области. Полезно их перечислить.

Как возникло кодовое соответствие между полинуклеотидами и полипептидами?

Как возникла транскрипция и трансляционный аппарат?

Как возник информационный поток между полимерами?

Как возникло сопряжение механизмов транскрипции и трансляции?

В биологии XX века произошла революция: родилась новая наука — молекулярная биология.

Бесспорно, начало этой революции следует приурочить к определению структуры ДНК. Крик назвал это событие «концом начала». Когда устанавливали структуру генетического кода, Крик сказал, что это — «начало конца». Он имел здесь в виду, что главное в молекулярной биологии уже сделано. С этим вряд ли можно согласиться.

Величайшая загадка молекулярной эволюции еще ждет своего решения. Сегодняшний день в проблеме происхождения жизни — начало начал.

Глава IX Правое и левое