Самое грандиозное шоу на Земле: доказательства эволюции - Ричард Докинз

Дарвин написал это спустя семь лет после того, как Луи Пастер сказал на лекции в Сорбонне, "Никогда доктрина спонтанного зарождения не оправится от смертельного удара, который нанес этот простой эксперимент". Тем простым экспериментом был эксперимент, в котором Пастер показал, вопреки популярному в то время ожиданию, что бульон, отрезанный от доступа микроорганизмов, не прокиснет.

Демонстрации, подобные Пастеровским, иногда цитируются креационистами в качестве свидетельства в их пользу. Этот ложный силлогизм звучит следующим образом: "Самозарождение ни разу в наши дни не наблюдалось. Поэтому возникновение жизни невозможно". Замечание Дарвина 1871 года было разработано именно как ответный удар на такую нелогичность. Очевидно, что самозарождение жизни - очень редкое событие, но оно должно было случиться однажды, и это так, независимо от того, считаете ли вы первичное самозарождение естественным или сверхъестественным событием. Вопрос о том, насколько редким событием является возникновение жизни, довольно интересен, и я к нему вернусь.

Первые серьезные попытки представить, как могла возникнуть жизнь, Опарина в России и (независимо) Холдейна в Англии, обе начались с отрицания того, что условия для первого образования жизни все еще имеются. Опарин и Холдейн предположили, что ранняя атмосфера могла очень отличаться от современной. В частности, не должно было быть свободного кислорода, и атмосфера таким образом - как ее загадочно называют химики - была "восстановительной" атмосферой. Мы сейчас знаем, что весь свободный кислород в атмосфере - продукт жизни, а именно растений - и очевидно, не является частью первоначальных условий, в которых жизнь возникла. Кислород наводнил атмосферу как загрязняющая примесь, даже яд, пока естественный отбор не сформировал живые существа, процветающие на этом веществе, и более того, задыхающиеся без него. "Восстановительная" атмосфера вдохновила самую известную экспериментальную атаку на проблему происхождения жизни, колбу Стэнли Миллера, наполненную простыми элементами, которые бурлили и искрились в течение всего лишь недели, прежде чем произвести аминокислоты и других предвестников жизни.

"Небольшой теплый пруд" Дарвина, вместе с варевом ведьмы, состряпанным Миллером, которого он вдохновил, в настоящее время часто отвергается как преамбула к выдвижению некоторой предпочитаемой альтернативы. Правда в том, что нет полного согласия. Несколько многообещающих идей были предложены, но нет никаких решающих свидетельств, которые убедительно указывали бы на одну конкретную. В предыдущих книгах я уделял внимание различным интересным возможностям, включая теорию неорганических кристаллов глины Грэма Кэрнс-Смита, и более современное модное представление, что условия, при которых впервые возникла жизнь, были близкими к гадейским условиям обитания сегодняшних "термофильных" бактерий и архей, некоторые из которых процветают и размножаются в горячих источниках, которые буквально кипят. Сегодня, большинство биологов движутся в направлении "Теории Мира РНК", и по причине, которую я нахожу весьма убедительной.

У нас нет никаких свидетельств того, каков был первый шаг в создании жизни, но мы действительно знаем род шага, которым он должен был быть. Он должен был быть тем, что запустило бы естественный отбор. До этого первого шага виды улучшения, которые только естественный отбор может достичь, были невозможны. И это означает, что этим ключевым шагом было возникновение в каком-то, пока неизвестном, процессе самореплицирующейся сущности. Саморепликация порождает борьбу в популяции сущностей, которые конкурируют друг с другом за возможность репликации. Поскольку ни один процесс копирования не является совершенным, популяция неизбежно придет к вариации и, если в популяции репликаторов существуют варианты, у которых есть то, что требуется для успеха, они станут преобладающими. Это естественный отбор, и он не мог начаться, пока не появилось первая самореплицирующаяся сущность.

Дарвин, в своем параграфе о "теплом небольшом пруде", размышлял, что ключевым событием в происхождении жизни, возможно, было непосредственное возникновение белка, но это, оказывается менее перспективным, чем большинство идей Дарвина. Не то, чтобы белки не имели жизненно важного значения для живого. Мы видели в Главе 8, что у них есть очень особое свойство скручиваться и формировать трехмерные объекты, точная форма которых определена одномерной последовательностью их составных элементов, аминокислот. Мы также видели, что та же самая точная форма придает им способность катализировать химические реакции с большой специфичностью, ускоряя конкретные реакции, возможно, в триллионы раз. Специфика ферментов делает биологическую химию возможной, и белки кажутся почти бесконечно гибкими в спектре форм, которые они могут принимать. Это то, в чем белки хороши. Они действительно очень, очень хороши в этом, и Дарвин был совершенно прав, упоминая их. Но есть нечто, в чем белки откровенно плохи, и это Дарвин упустил. Они абсолютно безнадежны в репликации. Они не могут делать копии самих себя. Это означает, что ключевым шагом в происхождении жизни не было спонтанное возникновение белка. Что же это было?

Лучшей саморепликацирующейся молекулой, которую мы знаем, является ДНК. В развитых формах жизни, с которым мы знакомы, ДНК и белки элегантно дополняют друг друга. Молекулы белка -отличные ферменты, но паршивые репликаторы. ДНК - в точности наоборот. Она не свертывается в трехмерные формы, и поэтому не работает ферментом. Вместо того, чтобы свернуться, она сохраняет свою открытую, линейную форму, и это делает ее идеальной в качестве репликатора и как задатчика аминокислотных последовательностей. Молекулы белка, именно потому что они свертываются в "закрытые" формы, не "выставляют" свою информацию о последовательности, которая могла бы быть скопирована или "прочитана". Информация о последовательности недоступно похоронена в скрученном белке. Но в длинной цепи ДНК информация о последовательности выставлена и доступна в качестве шаблона.

"Загвоздка-22" в происхождении жизни заключается в следующем. ДНК может реплицироваться, но она нуждается в ферментах, чтобы катализировать этот процесс. Белки могут катализировать формирование ДНК, но они нуждаются в том, чтобы ДНК задала правильную последовательность аминокислот. Как могли молекулы ранней Земли вырваться из этого замкнутого круга и позволить естественному отбору начаться? Вступает РНК.

РНК принадлежит к тому же семейству цепочных молекул, что и ДНК, полинуклеотидов. Она способна к переносу того же количества тех же четырех "букв" кода ДНК, и она действительно делает это в живых клетках, неся генетическую информацию от ДНК туда, где может быть использована. ДНК действует как шаблон для построения последовательности кода РНК. А затем последовательности белка строятся с использованием РНК, а не ДНК, в качестве шаблона. У некоторых вирусов вообще нет ДНК. РНК - их генетическая молекула, единственно ответственная за перенос генетической информации из поколения в поколение.

Теперь - к ключевому пункту происхождения жизни "Теории Мира РНК". В дополнение к растягиванию в форму, подходящую для того, чтобы передавать информацию о последовательности, РНК также способна к самосборке, как наше магнитное ожерелье Главы 8, в трехмерные формы, которые имеют ферментативную активность. РНК-ферменты существуют. Они не столь эффективны, как белковые ферменты, но они действительно работают. "Теория Мира РНК" предполагает, что РНК была достаточно хорошим ферментом, чтобы держать оборону, пока не эволюционировали белки, чтобы взять на себя роль фермента, и эта РНК была также достаточно хорошим репликатором, чтобы как-то выполнять эту роль, пока не эволюционировала ДНК.

Я считаю "Теорию Мира РНК" правдоподобной, и я думаю довольно вероятно, что химики в течение следующих нескольких десятилетий смоделируют в лаборатории полную реконструкцию событий, которые отправили естественный отбор по его историческому пути четыре миллиарда лет назад. Захватывающие шаги в правильном направлении уже предприняты.

Однако, прежде чем оставить эту тему, я должен повторить предупреждение, которое я высказал в предыдущих книгах. Мы на самом деле не нуждаемся в правдоподобной теории происхождения жизни, и мы могли бы даже немного забеспокоиться, если бы слишком правдоподобная теория была бы обнаружена! Этот вопиющий парадокс является результатом известного вопроса "Где все?", который был поставлен физиком Энрико Ферми. Как бы загадочно не звучал вопрос, товарищи Ферми, коллеги-физики из лаборатории Лос-Аламоса, были достаточно приучены, чтобы точно знать, что он имел в виду. Почему нас не посещают живые существа откуда-либо еще во вселенной? Если не лично, то, по крайней мере, с помощью радиосигналов (что значительно более вероятно).