Клеймо создателя. Гипотеза происхождения жизни на Земле

Филатов Феликс П.

В ячейках матриц изначально присутствуют атомы, которые в результате химических реакций с веществами, диффундирующими внутрь матриц, способны образовывать молекулы ДНК и РНК. Поэтому достаточно лишь одного добавочного вещества для синтеза азотистых оснований, рибоз и аминокислот и еще одного вещества – для синтеза нуклеиновых кислот и белков.

Монохиральность, присущая биологическим объектам, задана геометрией матриц, в которых образуются нуклеиновые кислоты.

Авторы исходят из того, что живая материя зародилась именно на нашей планете, а не в недрах Вселенной и что она возникла из неорганических и простейших органических веществ. Они полагают, что живая материя возникала многократно и, возможно, образуется и в наше время там, где есть подходящие условия и соседствуют необходимые исходные минеральные вещества. При этом они считают, что ДНК и РНК возникли одновременно и были локализованы в одних и тех же

местах, причем таких мест было немало на протяжении истории Земли. Вначале возникли ДНК и РНК, затем белки, а не наоборот.

Как упоминалось, одни каталитические гиперциклы жестко конкурируют с другими, но для успешной конкуренции они должны обладать способностью воспроизводиться с некоторыми изменениями, закрепляемыми в дальнейшем. Другими словами, они должны обладать тем, что называется наследственностью и изменчивостью. Существуют ли такие гиперциклы? С определенными оговорками – как считает упоминавшийся уже Валентин Пармон – в качестве варианта такого автокаталитического цикла можно рассматривать знаменитую реакцию Бутлерова (описанную в 1864г). Эта реакция представляет собой синтез различных сахаров из формальдегида в слабощелочных водных растворах в присутствии ионов кальция. Реакция является автокаталитической, поскольку сахара одновременно выступают и в роли катализаторов. Большой набор синтезированных в ходе реакции сахаров – это не что иное, как прототип мутаций, которые определяют критические концентрации субстрата – формальдегида, при которых можно ожидать исчезновения автокатализаторов при понижении этой концентрации. В дальнейшем реакция будет идти, имея новые параметры. Другими словами, изменения («мутации») будут унаследованы новыми поколениями участников реакции.

Пармон полагает, что поскольку рибоза – это сахар, а фосфорные и азотные соединения, необходимые для построения нуклеотидов, присоединяются к ней без серьезных проблем и в дальнейшем формируют полимеры (с помощью коннекторов Барбьери), то именно сахара и есть основа всего живого. И именно молекулы на основе сахаров, а не нуклеотидов и аминокислот ответственны за биологическую память, то есть за отличие живого от неживого. И эти молекулы могли образоваться в ходе реакции Бутлерова.

Нельзя исключить, – говорит Пармон, – что реакция Бутлерова – не единственная автокаталитическая реакция, положившая начало естественному отбору и «жизни». Однако другие такие реакции пока не известны. Одним из очень привлекательных следствий описываемой гипотезы, которое отмечает ее автор, является то, что пребиотический бульон был, скорее всего, весьма разбавленным – только тогда начинается эффективная конкуренция молекул автокатализаторов за субстрат. Кроме того, отмеченные выше «мутации» в реакции Бутлерова возникают весьма быстро – за считанные минуты. А это означает, что «первые прототипы живых объектов могли появиться буквально за миллионы или даже за сотни тысяч лет, а не за миллиарды – о чем и свидетельствует геология».

Не менее привлекательно выглядит предположение о гомохиральности биологических молекул – в рамках той же гипотезы: поскольку практически все сахара обладают свойством хиральности, первая же молекула автокатализатора (моносахарида), имевшая существенные «эволюционные» преимущества, быстро вытеснила остальные.

Пармон дает следующее (физико-химическое) определение сакраментального предмета, о котором мы здесь говорим: «жизнь – это фазово-обособленная форма существования функционирующих автокатализаторов, способных к химическим мутациям и претерпевших достаточно длительную эволюцию за счет естественного отбора». Однако, без информационной компоненты такое определение сразу же лишает смысла обсуждавшиеся выше вопросы о том, являются ли живыми вирусы (за пределами клетки-хозяина), споры бактерий, плазмиды или бумажные версии геномов живых существ. В то же время на вопрос, откуда берутся фазово-обособленные формы, у химиков есть довольно убедительный ответ: известно, что при каталитическом синтезе некоторых полимеров – например, полипропилена или полиэтилена – продукт формируется сразу в виде отдельной фазы – микрогранулы или глобулы, внутри которой работает катализатор, который и производит эти полимеры.

Если все происходило именно так, – заключает Пармон, – тогда РНК и ДНК образуются на любой планете, геологическая история которой сходна с историей Земли.

Отметим, что приведенная выше гипотеза объединяет, таким образом, две упомянутые Молекулярные Революции – возникновение хиральности и возникновение клеток. Поскольку возникновение генетического кода (вторая из трех Революций) вероятно – и мы это увидим – выходит за пределы химической трактовки, о нем мы поговорим отдельно, а пока вернемся к первому Большому Скачку молекулярной эволюции Смита и Шатмари (происхождение генов). Следующим его этапом – после возникновения молекулярных коннекторов – стало формирование

машин матричного копирования – copymakers, как их назвал Марчелло Барбьери, амплификаторов, как – тоже не слишком удачно – переведем на «русский» это слово мы. Копирование линейной матрицы – элементарный акт дупликации гена – первый шаг возникновения феномена наследственности. Если следующий Большой Скачок определяется как возникновение протеинов, то название первого – абсолютно неудачно. Гены, то есть информация для производства протеинов, не могут существовать отдельно от этих протеинов: информация – термин не самодостаточный, а функциональный, предусматривающий определенную цель, самореализацию, прочтение. Два этих химически несравнимых мира – мир нуклеиновых кислот и мир протеинов – должны быть взаимно сопоставлены, чтобы один из них стал хранителем информации, а другой был организован в соответствии с этой информацией. Линейная запись информации, способная к матричному копированию (с некоторыми ошибками), идеально подходит для того, чтобы стать геном. Белковые молекулы, способные формировать разнообразнейшие трехмерные структуры, идеально подходят на роль ферментов (которыми в РНК-мире были куда менее эффективные рибозимы), а также других структур. Для сопоставления нуклеиновых белков и протеинов должны были возникнуть – и возникли – особые машины codemakers, в терминах Барбьери. Назовем их декодерами. Это слово подчеркивает не только простую причастность к чтению и реализации генетической информации, но и основную функцию этих молекул – ее дешифровку, то есть движение информации от гена, где она закодирована, к белку, который представляет расшифрованный текст. Что это за машины, и что это за феномен – генетический код, мы обсудим позднее. А пока…

…………………

…а пока поясним символ этой главы, и причину его выбора. Дело просто в том, что в мире нуклеиновых кислот латинская буква G символизирует одно из четырех азотистых оснований – гуанин (мы так и будем писать ее далее – прописью и курсивом). Это самое «тяжелое» основание (округленная молекулярная масса – 151) с химической формулой:

Дублет GG триплетного генетического кода контролирует синтез самой «легкой» аминокислоты – глицина, трехбуквенный символ которой – Gly (Гли – «по-русски»), а однобуквенный – а мы в дальнейшем будем использовать именно однобуквенные латинские символы (и будем писать их полужирным шрифтом в прописном варианте) – G. Ее округленная молекулярная масса – 75, а структурная химическая формула —

Наконец, если известную всем таблицу генетического кода представить «в плоском варианте (4х4)», то есть приняв во внимание только две первые кодирующие буквы и оставив, таким образом, только вертикальную (первые буквы кодонов) и горизонтальную (вторые буквы кодонов) координаты (выделены серым), а кодирущие буквы (азотистые основания) вдоль этих координат упорядочить по нарастанию молекулярных масс, то глицин G, кодируемый дублетом GG, займет шестнадцатую клетку (в правом нижнем углу таблицы):

Десятичное число 16 в системах счисления с основаниями, большими, чем 16, записывается символом G (который в данном случае является цифрой, а не буквой). Пронумеровав приведенную таблицу генетического кода в этих системах счисления построчно, получим:

Забавное тройное совпадение, не правда ли? Благодаря ему Автор и выбрал номер этой главы – выбор, конечно, произвольный. Но Бог не играет в кости, и совпадения, о которых пойдет речь далее, будут уже не так забавны. Более того, они вряд ли будут даже совпадениями. Замечу теперь, что практически все идеи, которые лежат в основе последующих рассуждений, содержатся в этом пояснении – явно или нет.