Виктор Вайскопф - Наука и удивительное [Как человек понимает природу]

В больших океанах эти молекулы оказывались очень далеко друг от друга. Но в малых прудах и в небольших водоемах их концентрация могла становиться уже заметной. Некоторые нуклеотиды могли даже соединяться и образовывать небольшую цепь нуклеиновой кислоты, а некоторые аминокислоты— соединяться в белковую цепь. Небольшие водоемы могли поэтому содержать короткие цепи нуклеиновых кислот и белков. Однако цепи, образованные при случайных соединениях, отличны от тех, которые нужны для жизни. Эти цепи не имеют особого значения и не обладают особой химической активностью.

Один раз мог образоваться один белок, другой раз иной.

Нуклеиновые кислоты, образованные случайным соединением нуклеотидов, имели большее значение. Мы видели в гл. VIII, что цепь нуклеиновой кислоты типа ДНК может точно воспроизводиться, расщепляясь на две половинки, причем каждая из этих половинок потом собирает нуклеотиды, необходимые для построения двух одинаковых полных цепей. Таким образом, если цепочка нуклеиновой кислоты помещена в среду, содержащую нуклеотиды, в среде возникает все больше и больше повторений цепи, пока весь запас нуклеотидов не истощится. Если случайное сближение образовало одну цепь, она заставит все нуклеотиды в своей окрестности соединяться подобным же способом. Нуклеиновые кислоты способны производить свои повторения, если около них имеются нуклеотиды. Во многих отношениях этот процесс и есть основа жизни, потому что он позволяет сложным структурам воспроизводиться в благоприятных условиях.

Нуклеиновые кислоты могут делать больше, чем просто воспроизводиться. В гл. VIII мы узнали, что они служат шаблонами, по которым строятся аминокислоты, строятся в определенном порядке, нужном для образования белков. Вероятно, каждая цепь нуклеиновой кислоты (или винтовая лестница типа ДНК) служит как бы формой для одного или нескольких белков. Поэтому, если в жидкости, где есть и аминокислоты, присутствует нуклеиновая кислота, она заставит аминокислоты соединяться в белковые цепи; будут получаться те белки, для которых данная нуклеиновая кислота служит как бы шаблоном.

Поэтому, согласно нашим представлениям, когда бы нуклеотиды ни соединялись в луже воды в цепь нуклеиновой кислоты, эта цепь не только воспроизводилась, но и вызывала образование некоторых белков. Все нуклеотиды и аминокислоты в окрестности расходовались, превращаясь в нуклеиновые кислоты и белки того типа, который определялся первой случайно образовавшейся нуклеиновой кислотой.

Этот процесс должен был идти очень медленно по двум причинам. Во-первых, аминокислот и нуклеотидов было мало и они были очень далеки друг от друга в воде. Большая часть молекул, образованных ультрафиолетовым светом, оказались простыми, такими, как сахар и алкоголь, и не годились для образования нуклеиновых кислот или белков. Во-вторых, для построения цепей нужна была энергия. А на этой примитивной стадии была только тепловая энергия или энергия излучения, и ни одна из них не была достаточно эффективной для этих цепей. Тем не менее в течение миллионов лет, прошедших между образованием планеты и возникновением жизни, нуклеиновая кислота воспроизводилась много раз.

Представим себе, что произошло, когда одна из этих случайных встреч произвела особую нуклеиновую кислоту, являющуюся шаблоном для тех белков, которые делают нуклеотиды из сахара и аммиака. Тогда воспроизводство копий сильно ускорилось, потому что образовавшиеся белки должны были использовать весь имеющийся сахар и аммиак и синтезировать из них гораздо больше нуклеотидов для новых повторений нуклеиновой кислоты. Водный резервуар, в котором это случилось, должен был стать гораздо богаче нуклеиновыми кислотами, чем другие водные резервуары.

Такой водный резервуар должен был отличаться и в других отношениях от прочих. В нем было больше нуклеотидов, и случайные комбинации нуклеиновых кислот осуществлялись в нем гораздо чаще, и, что еще важнее, та особая нуклеиновая кислота (шаблон для производящего нуклеотиды белка) время от времени присоединяла новые нуклеотиды к своей цепи. Такое удлинение не оставалось единичным актом, а воспроизводилось затем в каждом повторении нуклеиновой кислоты. Добавления к цепи были делом случая и поэтому не давали, как правило, шаблонов для нужных белков. Но в течение многих лет могло случиться так, что в одной избранной луже воды образовалась более длинная нуклеиновая кислота, такая, которая была способна производить более чем один «полезный» белок.

На этой стадии развития полезными были следующие белки:

а) производящий нуклеотиды из сахара, фосфата и аммиака;

б) производящий аминокислоты из сахара, фосфата и аммиака;

в) «сжигающий» молекулы сахара, т. е. способный передать энергию, содержащуюся в сахаре, тем носителям энергии, которые мы встретили в гл. VIII под именем АТФ;

г) служащий оболочкой, или «шубой», нуклеиновой кислоты; оболочка эта имеет маленькие поры, которые могут пропускать внутрь небольшие молекулы и не пропускают наружу большие;

д) образующий специальные молекулы, способные синтезировать сахар с помощью солнечного света (например, хлорофилл) [56].

Обсудим теперь действие этих полезных белков. Мы уже описали важную роль белка а) для образования нуклеиновых кислот. Белок б) должен усиливать приток аминокислот, медленный процесс, ранее обусловленный только действием ультрафиолетовых лучей. Вклад белка б) должен, очевидно, ускорить процесс образования всех видов белков, если имеется шаблон в виде нуклеиновой кислоты.

Белок в) ускоряет процесс образования цепей, так как он дает нужные носители энергии, помогающие присоединять одну молекулу к другой в цепи. До того, как появились эти носители энергии (АТФ), энергия, необходимая для сочленения цепей, поставлялась теплом, а при этом цепи строятся с трудом и очень медленно.

Белок г) выполняет самое ответственное задание. До образования этого белка сама вода в большей или меньшей степени действует, как одно целое. При размножении нуклеиновой кислоты используется весь имеющийся запас нуклеотидов.

Например, в том счастливом водоеме, где образовались белки, производящие нуклеотиды, эти последние будут способствовать размножению всех видов нуклеиновых кислот, а не специально той, которая является шаблоном для белков, ответственных за ее образование. Эта особая нуклеиновая кислота в целом водоеме не сможет использовать свое преимущество — создавать эти белки — по сравнению с другими нуклеиновыми кислотами. Все нуклеиновые кислоты будут размножаться и потреблять сырье. Но если наша особая эффективная нуклеиновая кислота способна произвести и оболочку, продуктивный белок и образованные им нуклеотиды держатся вместе, так что они становятся доступными только данной нуклеиновой кислоте. Тогда только она сможет произвести много повторений и будет развиваться гораздо быстрее других. Последние не только будут лишены растущего притока нуклеотидов, но, кроме того, этот приток будет наибольшим как раз там, где строительные материалы находятся ближе всего к месту «потребления».