Случайность и необходимость

В настоящее время мы можем утверждать, что элементарные механизмы эволюции не только поняты в принципе, но и точно установлены. Найденное решение представляется тем более удовлетворительным, что речь идет о тех же самых механизмах, которые обеспечивают стабильность видов: репликативной инвариантности ДНК и согласованности телеономической системы организмов.

Занимая центральное место в биологии, теория эволюции неизбежно претерпит значительные изменения и уточнения в будущем. Многое еще предстоит узнать. По существу, однако, проблема была решена, и эволюция отныне лежит по эту сторону границ познания.

Сегодня эти границы, как вижу их я, проходят по двум крайним точкам эволюции: с одной стороны – зарождению первых живых систем; с другой – внутреннему функционированию наиболее мощной телеономической системы, существовавшей когда-либо, а именно центральной нервной системы человека. В этой главе я попытаюсь обозначить пределы этих двух областей непознанного.

* * *

Казалось бы, открытие универсальных механизмов, лежащих в основе сущностных характеристик живых существ, должно было облегчить разгадку тайны происхождения жизни. В действительности оно не только заставило ученых практически полностью переформулировать вопрос, но и показало, что проблема гораздо сложнее, чем представлялось ранее.

Проблема происхождения жизни

Можно a priori выделить три наиболее вероятные стадии процесса, который в итоге привел к возникновению первых организмов:

1) образование на Земле основных химических компонентов живых существ: нуклеотидов и аминокислот;

2) образование из этих материалов первых макромолекул, способных к репликации;

3) эволюция, которая привела к созданию вокруг этих «репликативных структур» телеономического аппарата и, как следствие, появлению примитивной клетки.

Интерпретация каждого из этих этапов ставит перед нами разные проблемы.

Первая стадия, часто называемая «пребиотической», вполне доступна для теоретического и даже экспериментального изучения. Хотя некоторая неопределенность остается и, несомненно, будет сохраняться в отношении путей, по которым на самом деле шла пребиотическая химическая эволюция, общая картина представляется довольно ясной. Четыре миллиарда лет назад атмосферные условия и те, что преобладали на поверхности Земли, благоприятствовали накоплению некоторых простых углеродных соединений, таких как метан. Также имелись вода и аммиак. Из этих простых соединений в присутствии небиологических катализаторов довольно легко получить многочисленные более сложные соединения, среди которых фигурируют некоторые аминокислоты и некоторые предшественники нуклеотидов (азотистые основания, сахара). Весьма примечательно, что при определенных, но вполне вероятных условиях эти синтезы дают очень высокий процент соединений, идентичных или аналогичных тем, что входят в состав современной клетки.

Посему можно считать доказанным, что в определенный момент истории Земли некоторые водные массы могли содержать в растворе высокие концентрации основных компонентов двух классов биологических макромолекул – нуклеиновых кислот и белков. В этом пребиотическом «супе» могли образоваться различные макромолекулы путем полимеризации их предшественников, аминокислот и нуклеотидов. При воссоздании в лаборатории «правдоподобных» условий действительно были получены некоторые полипептиды и полинуклеотиды, сходные по общей структуре с «современными» макромолекулами.

До сих пор – никаких серьезных трудностей. Но еще не сделан решающий шаг от первой стадии ко второй: образование макромолекул, способных в условиях первичного бульона осуществлять собственную репликацию без помощи какого-либо телеономического аппарата. И эта проблема не кажется непреодолимой. Было продемонстрировано, что полинуклеотидная последовательность способна управлять, путем самопроизвольного спаривания оснований, синтезом элементов комплементарной последовательности. Разумеется, такой механизм был крайне неэффективным и подверженным бесчисленным ошибкам. Но как только он вступил в игру, начали действовать три фундаментальных процесса: репликация, мутация и отбор. В результате макромолекулы, благодаря своей последовательности наиболее приспособленные к самопроизвольной репликации, получили выраженное преимущество[60].

Третьим шагом, согласно нашей гипотезе, было постепенное формирование телеономических систем, которым предстояло построить вокруг репликативных структур организм, примитивную клетку. Именно здесь человек достигает подлинного «звукового барьера», ибо мы понятия не имеем, каковой могла быть ее структура. Простейшая из известных нам живых систем – бактериальная клетка, крошечный, но чрезвычайно сложный и эффективный механизм, – достигла своего нынешнего состояния совершенства около одного миллиарда лет назад. Ее общая химия ничем не отличается от химии всех других живых существ. Она использует тот же генетический код и тот же механизм трансляции, что и, например, человеческие клетки.