Рассказ предка

Разрешением заколдованного круга, которое предлагает Эйген, является теория гиперцикла. Она использует старый принцип – разделяй и властвуй. Закодированная информация подразделяется на субъединицы, достаточно маленькие, чтобы лежать ниже порога катастрофы ошибок. Каждая субъединица – отдельный мини-репликатор, и он является достаточно маленьким, чтобы, по крайней мере, одна копия выжила в каждом поколении. Все субъединицы кооперируются вокруг некоторой важной большей функции, достаточно большой, чтобы перенести катастрофу ошибок, если катализируются одним большим химикатом вместо того, чтобы быть разделенными.

В теории, как я ее описал, есть опасность, что вся система может быть нестабильной, потому что некоторые субъединицы будут самореплицироваться быстрее, чем другие. Здесь вступает в силу хорошо продуманная часть теории. Каждая субъединица преуспевает в присутствии других. Точнее говоря, производство каждой катализируется присутствием другой, так что они формируют цикл взаимозависимости: «гиперцикл». Он автоматически препятствует тому, чтобы любой элемент шел в разнос. Он не может сделать это, потому что зависит от своего предшественника в гиперцикле.

Джон Mэйнард Смит указал на подобие гиперцикла и экосистемы. Количество рыбы зависит от популяции дафнии (водяных блох), которыми они питаются. В свою очередь, количество рыбы влияет на популяцию птиц, поедающих рыб. Птицы создают гуано, которое помогает цветению водорослей, на которых разрастаются дафнии. Полный цикл взаимозависимости является гиперциклом. Эйген и его коллега Питер Шустер (Peter Schuster) предложили некоторый молекулярный гиперцикл как решение загадки замкнутого круга происхождения жизни.

Я собираюсь покинуть теорию гиперцикла в этом месте и возвратиться к предположению, которое полностью с ней совместимо, что РНК в былые времена, когда жизнь только зарождалась, и белки еще не существовали, возможно, выполняла функцию своего собственного катализатора. Это – теория РНК-мира. Чтобы понять, насколько она правдоподобна, мы должны рассмотреть, почему белки способны быть хорошими ферментами, но плохими репликаторами; притом, что ДНК способна быть хорошим репликатором, но плохим ферментом; и наконец, почему именно РНК могла бы быть достаточно хорошей в обеих ролях, чтобы избежать замкнутого круга.

Трехмерная форма в значительной степени несущественна для активности фермента. Белки способны быть хорошими ферментами, потому что они могут принимать почти любую, какую хотите, пространственную форму в трех измерениях как автоматический результат их аминокислотной последовательности в одном измерении. Химическое сродство аминокислот с другими аминокислотами в различных участках цепи определяет конкретный узел, в который скручивается белковая цепь. Таким образом, трехмерная форма белковой молекулы определяется одномерной последовательностью аминокислот, а сама она обусловлена одномерной последовательностью кодовых знаков в гене. В принципе (практика – другое дело, и ужасно трудное) можно записать последовательность аминокислот, которая самопроизвольно свернулась бы почти в любую, какую пожелаете, форму: не только форму, создающую хорошие ферменты, но и любую произвольную, специально выбранную форму (Действительно, есть много различных последовательностей аминокислот, которые приводят к одной и той же форме, что является одной из причин сомневаться относительно наивных расчетов астрономического «неправдоподобия» отдельной белковой цепи, полученной возведением ее длины в 20 степень.). Эти разносторонние таланты белков определяют их способность действовать в качестве ферментов. Белок способен выбрать одну из сотен потенциальных химических реакций, которые могут произойти в клетке, наполненной смесью компонентов.

Белки поэтому образуют замечательные ферменты, способные скручиваться в узлы любой желаемой формы. Но они – отвратительные репликаторы. В отличие от ДНК и РНК, составные элементы которых имеют определенные правила соединения («правило спаривания оснований Уотсона-Крика», обнаруженное этими двумя вдохновленными молодыми людьми), у аминокислот нет таких правил. ДНК наоборот, является отличным репликатором, но отвратительным кандидатом на роль фермента в жизни. Поэтому, в отличие от белков с их почти бесконечным разнообразием трехмерных форм, у ДНК есть только одна форма, известная двойная спираль. Двойная спираль идеально подходит для репликации, потому что две стороны лестницы легко отделяются друг от друга, каждая при этом представляет собой шаблон для присоединения новых букв согласно правилу спаривания оснований Уотсона-Крика. От этого не много пользы для чего-нибудь еще.