Слепой часовщик. Как эволюция доказывает отсутствие замысла во Вселенной

Благодаря случайным ошибкам при копировании время от времени могут самопроизвольно возникать мутантные молекулы РНК, слегка отличающиеся от исходного варианта. Если такая новая разновидность окажется, по какой угодно причине, более конкурентоспособной по сравнению предыдущей — более конкурентоспособной в том смысле, что, возможно, из-за своей меньшей “липучести” или еще из-за чего-нибудь она реплицируется быстрее или в каком-то другом отношении эффективнее, — тогда очевидно, что она распространится по той пробирке, где ей довелось возникнуть, и численно превзойдет давшую ей начало РНК родительского типа. А значит, при переносе капли раствора в следующую пробирку туда будет пересеиваться преимущественно новая, мутантная РНК. Изучая образцы РНК в длинном ряду сменяющих друг друга пробирок, мы увидим то, чему нет иного названия, кроме как “эволюция”. Наиболее преуспевшие в конкуренции разновидности РНК, которые получаются по прошествии определенного числа “поколений” пробирок, можно разлить по пузырькам и как-нибудь назвать для дальнейшего использования. К примеру, одна из таких разновидностей, названная V2, удваивается намного быстрее обычной РНК вируса Q — возможно, потому что она короче. В отличие от РНК Q ей не нужно “беспокоиться” о том, чтобы иметь последовательности, кодирующие репликазу. Репликазой ее задарма снабжают экспериментаторы. РНК V2 была использована калифорнийскими исследователями под руководством Лесли Оргела в интересном опыте, где ей были созданы “невыносимые” условия для существования.

К ней в пробирки добавлялся бромистый этидий — яд, который подавляет синтез РНК, выводя из строя “станки”. Оргел и его коллеги начинали работу с небольшими дозами этой отравы. Сперва скорость синтеза упала, однако, проэволюционировав в течение где-то девяти пробирочных “поколений”, возник новый штамм РНК, устойчивый к воздействию яда. Скорость синтеза РНК стала сопоставимой со скоростью синтеза обычной РНК V2 при отсутствии ингибитора. Тогда Оргел с коллегами удвоили концентрацию яда. Как и в прошлый раз, скорость синтеза РНК понизилась, но после десяти или около того пересевов из пробирки в пробирку был получен штамм РНК, нечувствительный даже к этой, более высокой концентрации. Затем концентрацию яда удвоили еще раз. Так, путем последовательных удвоений, удалось вывести штамм РНК, способный к самовоспроизведению при концентрациях бромистого этидия, в десять раз превышающих ту, которая подавляла репликацию исходного предка — РНК V2. Новая, устойчивая РНК была названа V40. Для эволюции V40 из V2 потребовалось около 100 “поколений” пробирок (разумеется, перед каждым переносом в следующую пробирку успевало смениться множество “настоящих” поколений реплицирующейся РНК).

В других своих экспериментах Оргел не добавлял в реакционную смесь фермент. Выяснилось, что и при таких условиях РНК способна самопроизвольно реплицироваться — правда, очень медленно. По-видимому, она может использовать и другие катализаторы, например цинк. И это очень важно, поскольку на самых ранних этапах жизни, когда только появились первые репликаторы, молекулам ферментов, которые могли бы помочь им реплицироваться, неоткуда было взяться. Цинк же там, по всей вероятности, был.

С десяток лет назад влиятельная группа немецких ученых-единомышленников, работающая под руководством Манфреда Эйгена над проблемой возникновения жизни, провела противоположный опыт. Эти экспериментаторы смешали в пробирке репликазу и строительные блоки РНК, но саму РНК не засеяли. Тем не менее определенный тип крупных молекул РНК возник в этой пробирке спонтанно. И точно такая же РНК снова и снова возникала эволюционным путем в независимых аналогичных экспериментах! Тщательная проверка исключила возможность случайного загрязнения пробирки молекулами РНК. Этот результат поразителен, если подумать о том, насколько статистически невероятно, чтобы одна и та же крупная молекула самопроизвольно возникла дважды. Это намного невероятнее, чем случайно напечатать METHINKS IT IS LIKE A WEASEL. Подобно этой фразе в нашей компьютерной модели, получившаяся последовательность РНК создавалась постепенно, путем накапливающей эволюции.

Та РНК, которая возникала в этих экспериментах из раза в раз, имела тот же самый размер и структуру, что и молекулы, полученные Шпигельманом. Но если у Шпигельмана эта РНК эволюционировала путем “дегенерации” из более крупной встречающейся в природе вирусной РНК Q, то в опытах группы Эйгена она появлялась почти что из ничего. Эта конкретная последовательность хорошо приспособлена к окружающей среде, образованной пробирками, бесперебойно снабжаемыми готовенькой репликазой. Вот почему накапливающий отбор благоприятствовал конвергенции и привел к одной и той же формуле из двух очень далеких друг от друга начальных точек. Более крупная РНК Q хуже приспособлена к существованию в пробирке и лучше — к той окружающей среде, которую обеспечивают клетки E. coli.