Случайность и необходимость

1. Химический потенциал, необходимый для образования олигомеров, не требуется вводить в систему извне: следует считать, что он изначально присутствует в растворе мономеров.

2. Данный процесс самопроизволен не только термодинамически, но и кинетически: для его активации не требуется катализатор, ибо образующиеся связи нековалентны. Мы уже подчеркивали, что как формирование, так и разрыв таких связей не влечет за собой практически никаких энергетических затрат[31].

Самопроизвольная структурация сложных частиц

Такое явление сравнимо с образованием молекулярных кристаллов в растворе составляющих их молекул. И в этом случае упорядочение происходит спонтанно, посредством взаимной ассоциации молекул одного химического соединения. Более того, в обоих случаях обнаруживаются структуры, образованные в соответствии с простыми и повторяющимися геометрическими законами. Впрочем, недавно было показано, что некоторые более сложные органеллы тоже являются продуктами самопроизвольной сборки – например, рибосомы, важнейшие элементы механизма трансляции генетического кода, то есть механизма синтеза белков. Эти частицы, молекулярная масса которых достигает 10⁶ дальтон, состоят примерно из тридцати различных белков и трех типов нуклеиновых кислот. Хотя мы не знаем, как именно эти компоненты расположены внутри рибосомы, от их организации, несомненно, зависит функционирование частицы. Недавно было обнаружено, что in vitro[32] разобщенные компоненты рибосом вновь собираются в частицы, имеющие тот же состав, ту же молекулярную массу, ту же функциональную активность, что и исходный «нативный» материал[33].

Безусловно, самый яркий пример самопроизвольного образования сложных молекулярных конструкций, известный нам до сих пор, обнаружен у некоторых бактериофагов[34]. Сложная и высокоточная структура бактериофага Т4 опре– деляет функцию этой частицы, которая заключается не только в защите генома (то есть ДНК) вируса, но и в прикреплении к стенке клетки-хозяина с целью ввести в нее, подобно шприцу, вирусную ДНК. Различные составляющие этой микроскопической системы могут быть получены по отдельности от разных мутантов вируса. Смешанные in vitro, они самопроизвольно собираются вместе, в результате чего образуются частицы, идентичные нормальным и полностью способные осуществлять инъекцию ДНК[35].

Все эти открытия сделаны относительно недавно. Очевидно, в ближайшем будущем в данной области исследований следует ожидать и других важных достижений – в частности, воссоздания in vitro более сложных органелл, таких как митохондрии и мембраны. Впрочем, двух или трех только что рассмотренных примеров вполне достаточно для иллюстрации процесса образования сложных структур, обладающих функциональными свойствами, посредством стереоспецифичной, самопроизвольной сборки их белковых составляющих. Упорядочение, структурная дифференциация, приобретение функций – все это возникает из случайной смеси молекул, по отдельности лишенных какой-либо активности, каких-либо внутренних функциональных качеств, кроме способности распознавать партнеров, с которыми они образуют сложную частицу. Хотя в случае рибосом и бактериофагов мы больше не можем говорить о кристаллизации – степень сложности, т. е. упорядоченности этих частиц, намного превышает таковую у кристалла, – химические взаимодействия, в которых они участвуют, в основном имеют ту же природу, что и образующие молекулярный кристалл. Как и в кристалле, сама структура собранных молекул является источником «информации» для построения целого. Таким образом, суть этих эпигенетических процессов состоит в следующем: общая схема сложной многомолекулярной конструкции содержится in posse[36] в структуре ее составных частей, но реализуется только через их сборку.

Данный вывод сводит старый диспут между преформационистами и эпигенетиками к не представляющему интереса спору о словах. Нигде не существовало заранее сформированной и законченной структуры, но архитектурный план ее был прописан в самих ее составных частях. Посему она может возникать самопроизвольно и автономно, без помощи извне и без введения дополнительной информации. Необходимая информация присутствовала, но не была выражена, в ее компонентах. Эпигенетическое построение структуры – это не творение, а откровение.

* * *

Микроскопический и макроскопический морфогенез