Случайность и необходимость

Механизм трансляции нуклеотидной последовательности в аминокислотную последовательность гораздо сложнее, чем механизм репликации. В основном процесс репликации, как мы только что видели, объясняется прямыми стереоспецифичными взаимодействиями между полинуклеотидной последовательностью, служащей матрицей, и нуклеотидами, которые с ней связываются. При трансляции передачу информации также обеспечивают нековалентные стереоспецифичные взаимодействия. Однако эти управляющие взаимодействия реализуются в несколько последовательных этапов с участием различных компонентов, каждый из которых распознает исключительно своих непосредственных функциональных партнеров. Компоненты, задействованные в начале цепочки передачи информации, играют свою роль в полном неведении о том, что «происходит» на другом конце цепочки. Хотя генетический код записан на стереохимическом языке, каждая буква которого состоит из последовательности трех нуклеотидов (триплетов) в ДНК, кодирующих одну аминокислоту (из двадцати) в полипептиде, не существует прямой стерической связи между кодирующим триплетом и кодируемой аминокислотой.

Отсюда важный вывод: код, универсальный во всей биосфере, кажется химически произвольным, ибо передача информации с тем же успехом могла бы происходить и по каким-то другим правилам[44]. И действительно, известны мутации, которые, нарушая структуру некоторых компонентов механизма трансляции, изменяют интерпретацию отдельных триплетов, приводя к ошибкам (в отношении действующего правила), пагубным для организма.

В высшей степени механический и даже «технологический» аспект процесса трансляции заслуживает особого внимания. Последовательные взаимодействия различных компонентов на каждой стадии, ведущие к сборке, остаток за остатком, полипептида на поверхности рибосомы, сравнимы с работой вытачивающего деталь фрезерного станка и неизбежно напоминают конвейерную линию на машиностроительном заводе.

В целом в нормальном организме эта микроскопическая механика придает поразительную точность процессу трансляции. Конечно, ошибки случаются, но так редко, что никакой полезной статистики по их средней частоте не существует. Из однозначности кода (для трансляции ДНК в белки) следует, что последовательность нуклеотидов в сегменте ДНК полностью определяет последовательность аминокислот в соответствующем полипептиде. Поскольку, как мы видели в главе V, полипептидная последовательность диктует (при нормальных начальных условиях) свернутую структуру, которую полипептид принимает после своего образования, структурная и, следовательно, функциональная «интерпретация» генетической информации носит четкий и недвусмысленный характер. Ввода никакой дополнительной информации, кроме генетической, не требуется; по всей вероятности, это вообще невозможно, ибо механизм в том виде, в каком мы его знаем, не оставляет для нее места. В той мере, в какой все структуры и процессы живых организмов проистекают из структур и функций составляющих их белков, весь организм следует рассматривать как конечное эпигенетическое выражение генетического послания.

Необратимость трансляции

Необходимо добавить – и это очень важно, – что механизм трансляции необратим. Информация никогда не передается (и не может быть передана) в противоположном направлении – то есть от белка к ДНК. Понятие необратимости основано на наблюдениях, к настоящему времени столь обширных и неоспоримых, что его можно считать одним из фундаментальных принципов современной биологии (особенно учитывая его важность для теории эволюции)[45]. Из этого следует, что не существует никакого возможного механизма, посредством которого можно было бы модифицировать структуру и функционирование белка и передать (даже частично) эти модификации потомству, за исключением изменения инструкций, представленных сегментом последовательности ДНК. И наоборот, не существует никакого мыслимого механизма, посредством которого любая инструкция или часть информации могла быть передана ДНК[46].

Следовательно, вся система чрезвычайно консервативна, замкнута на себе и абсолютно невосприимчива к любым «указаниям» из внешнего мира. В силу своих свойств, в силу микроскопической функции, работающей как часы и устанавливающей между ДНК и белком, равно как и между организмом и средой, одностороннюю связь, эта система, очевидно, не поддается никакому «диалектическому» описанию. Она не гегелевская, а картезианская: клетка – это действительно машина.

Может показаться, что вследствие самой своей структуры эта система должна сопротивляться всяким изменениям, всякой эволюции. Она, несомненно, сопротивляется им, и здесь мы находим объяснение[47] факту гораздо более парадоксальному, нежели сама эволюция, – поразительной устойчивости некоторых видов, которые размножались без видимых изменений в течение сотен миллионов лет.