Жизнь как она есть: её зарождение и сущность - Фрэнсис Крик

Все это не означает, что случайная полимеризация не могла выработать молекулы протеиноида, которые, возможно, помогли в создании системы до появления, в конечном итоге, настоящей репликации, но необходим был именно этот более поздний процесс, если естественный отбор должен был происходить свободно.

Всегда есть вероятность того, что древняя система репликации была совершенно иной, и в силу своей чрезмерной топорности или недостаточной универсальности, в конце концов, уступила место современной. Подобную идею трудно опровергнуть. Нам, по крайней мере, следует научиться представлять, как мог бы осуществляться подобный переход от древней системы, какой бы она ни была, к современной, в основе которой находятся нуклеиновая кислота и белок. Было высказано предположение, что для этого могли бы подойти слоистые структуры глины, но нелегко представить особенности их функционирования, и до сих пор нет впечатляющих экспериментальных данных подобного поведения.

В целом, довольно правдоподобно выглядит версия, что первым репликатором была РНК. Эта гипотеза значительно выиграла бы, если бы мы могли собрать простую систему копирования в пробирке без использования белка. Для облегчения задачи мы могли бы начать с одной сформированной заранее нити РНК, имеющей несколько произвольную последовательность оснований, и попытаться создать ее комплементарную спутницу, доставив необходимые исходные материалы. Для проведения реакции нам обязательно понадобятся четыре их типа, а также химическая энергия в некоторой форме. Подобные эксперименты проводились до сих пор с довольно скромными успехами. Лучший по исполнению на сегодняшний день — это эксперимент, проведенный Лесли Оргелом и его коллегами, которые поли-Ц (полицитидиловую кислоту) в качестве шаблона (то есть РНК, каждое основание которой составляет цитозин) снабдили химически активированной формой Г, обычного комплемента Ц. В присутствии ионов цинка (Zn++) (ион, найденный во всех современных ферментах, которые полимеризируют нуклеиновую кислоту) Г медленно объединяются друг с другом в правильное соединение (называемое 3'-5') для образования поли-Г значительной длины. В инкубационной смеси можно обнаружить молекулы, насчитывающие До двадцати Г в ряд, а более длинные, вероятно, будут присутствовать в количествах, не поддающихся современным методам обнаружения. Более того, система достаточно правильна в том, что объединяет только довольно небольшие количества А и У (как «ошибки»), когда в смесь также добавляются их предшественники. Это многообещающее начало, но для того, чтобы оно оказалось полезным, нам следует суметь выяснить точную (комплементарную) репликацию конкретной последовательности Ц и Г. До сих пор этого еще не сделано. Между прочим, не обязательно, чтобы в первоначальной системе присутствовали все четыре основания, поскольку, имея только две их разновидности, РНК может содержать информацию в своей последовательности; однако для хорошей репликации они должны быть комплементарными.

Даже если эти трудности преодолены, система, даже простая, уже отчасти лишена естественности. Например, она необычайно чистая. Трудно представить, как на первозданной Земле мог образоваться маленький водоем, в котором присутствовали именно эти соединения и никакие другие. Нелегко также представить себе, как именно могли возникнуть их предшественники. По всей вероятности, ими могли быть нуклеозидтрифосфаты или, на более простом языке, молекулы, состоящие из основания, сахара (рибозы) и трех фосфатов в ряд, хотя это не совсем те соединения, которые использовались в описанных выше экспериментах. Можно представить, как, скорее всего, каждый из этих отдельных ингредиентов мог возникнуть в том или ином месте первозданной Земли; не так легко представить, как сложилось их правильное сочетание и как, по крайней мере, частично оно отделилось от других, несколько похожих молекул, которые, если таковые имелись, вероятно, могли запутать систему. Конечно, никто уже не в силах сварить примитивный бульон из воды, солей, нескольких газов и ультрафиолетового света (или какого-либо другого источника энергии) и оставить его настаиваться до тех пор, пока в результате в нем не образуется изящная система репликации РНК. Эта неспособность не слишком удивительна, так как природе, может быть, понадобилось много миллионов лет, во многих местах на поверхности Земли, прежде чем одно счастливое стечение обстоятельств создало систему, которая могла как положить начало репликации, так и продолжать в течение некоторого времени действовать.

Таким образом, мы находимся в одной из наиболее мучительных ситуаций. С одной стороны, мы считаем, что на поверхности Земли мог существовать довольно достаточный запас органических молекул, в частности, аминокислот, пусть даже в большинстве мест их концентрация могла быть довольно низкой. Кроме того, двойная спираль РНК и ДНК определенно говорит о том, что она могла образовать хорошую основу для примитивной системы репликации. С другой стороны, трудно представить, как могла из такой сложной смеси с легкостью появиться точная система, и еще труднее понять, какие именно ингредиенты были необходимы и какие именно действия за этим последовали. Более того, если даже мы могли бы представить, как могла начаться репликация РНК, нам все же необходимо решить, каким образом она соединилась бы пусть даже с примитивной формой синтеза белка, хотя мы можем начать строить некоторые научные догадки о том, каким образом все это могло произойти.

Модель представляет короткий расширенный полипептид, длиной лишь в девять аминокислот. Остов цепи регулярный, с боковыми группами, присоединенными через равномерные интервалы.

Но для нашей настоящей цели самым проблематичным является то, что, по-видимому, почти невозможно привести любое численное значение вероятности того, что представляется довольно маловероятной последовательностью событий. Возникающее затруднение можно более четко представить на основе следующей, довольно общей аргументации. Предположим, что событие произошло в некоем пруду или заводи, возможно, поблизости от берега моря. Мы могли бы легко представить, что подобные заводи находились примерно на расстоянии одной мили друг от друга вдоль береговой линии, не говоря уже о тех, что разбросаны по всей поверхности Земли Возможно, существовало 100000 подобных мест — их число, бесспорно, могло быть намного больше. Снова примем без доказательства, что при такой медленной скорости, с какой функционируют такие системы, понадобился, вероятно, период времени, равный сотне лет, чтобы система пришла в действие. Обозначим самую малую вероятность подобного события, происходящего через сто лет, за р. Вероятно, одна p приходилась на миллиард. Но поскольку мы, возможно, имеем 500 миллионов лет и 100000 водоемов, то понимаем, что в таком случае жизнь почти неизбежно должна была возникнуть. Однако если p была лишь одним шансом на миллиард миллиардов, то вероятность зарождения жизни была отнюдь не той же самой. Если же она составляла один шанс на 1015 (тысячу миллиардов миллиардов), то вероятность зарождения здесь жизни была очень мала. Точные цифры не имеют значения. Они приведены только для иллюстрации той дилеммы, перед которой мы стоим. Она вытекает из того факта, что мы не имеем представления, какое значение должно быть у р, за исключением того, что ему следует быть очень «малым». По этой причине мы не можем решить, было ли зарождение жизни здесь весьма необычным событием или событием, которое почти неизбежно должно было произойти. Несмотря на то, что иногда выдвигаются доводы в пользу последней точки зрения, они представляются мне очень несерьезными. Без какого-либо прямого экспериментального подтверждения они, вероятно, такими и останутся. А получить экспериментальное подтверждение того, что вполне могло быть последовательностью довольно необычных реакций, будет не легко. Только в случае, если жизнь зародилась очень легко, потому что, действительно, существует некий достаточно прямой путь по лабиринту возможностей, мы, вероятно, сможем воспроизвести его в лабораториях, по крайней мере, в ближайшем будущем.

Честный человек, вооруженный всем доступным нам сейчас знанием, может лишь утверждать, что, в некотором смысле, возникновение жизни представляется сейчас почти чудом, ведь для того, чтобы начался этот процесс, необходимо было выполнить так много условий. Но не следует это воспринимать как вывод, что есть все основания считать, что она не могла зародиться на Земле в процессе вполне допустимой последовательности довольно обычных химических реакций. Очевидный факт состоит в том, что прошел слишком долгий период времени; многие микросреды на поверхности Земли слишком разнообразны; различные химические возможности слишком многочисленны, а наши собственные знания и воображение слишком ничтожны, чтобы позволить нам точно объяснить, как это могло или не могло произойти в таком далеком прошлом, особенно если мы не располагаем экспериментальными данными из той эпохи, чтобы проверить свои идеи. Возможно, в будущем мы сможем узнать достаточно для того, чтобы строить обоснованные догадки, но в настоящее время можно только сказать, что мы не можем принять решение, было ли возникновение жизни на Земле исключительно маловероятным событием или почти неизбежным — или же любой возможностью между этими двумя крайностями.