Борис Кузнецов - Философия оптимзма

В хромосомах и содержится генетическая информация, которая передается другим элементам клетки, где происходит синтез белка.

Он происходит во внеядерных образованиях, находящихся в окружающей ядро протоплазме и содержащих наряду с другими элементами рибосомы — частицы молекулярных размеров, состоящие из молекул другой нуклеиновой кислоты, рибонуклеиновой (сокращенное название, также широко известно, — РНК). Рибосомы можно увидеть в электронный микроскоп.

Таинственные процессы передачи закодированной в ДНК генетической информации приводят к тому, что при делении клетки образуются дочерние клетки той же структуры и, что особенно важно, с такими же хромосомами. Перед делением клетки каждая хромосома удваивается. Такое удвоение изучено довольно детально с помощью электронного микроскопа и еще детальнее с помощью меченых атомов. Хромосома состоит в основном из молекул ДНК, и удвоение хромосомы определяется удвоением этих молекул. Образование новых молекул ДНК (иначе говоря, синтез ДНК) носит матричный характер. Под этим термином подразумевается следующее. Для биологического синтеза характерны процессы, когда состав синтезируемого вещества определяется некоторой посторонней внесенной извне системой. Эта система аналогична готовой форме, в которую укладывается или в которой застывает исходный материал. В случае синтеза ДНК такой матрицей служит сама молекула ДНК, которая как бы отбирает из окружающей среды необходимые атомы и укладывает их так, чтобы получить другую молекулу.

Удвоение молекул ДНК объясняет сохранение генетического кода, той информации о структуре и поведении организмов, с теми или иными вариациями, повторяющимися от поколения к поколению. Но как действует эта информация, как она заставляет укладываться в определенные сочетания белок, являющийся наряду с нуклеиновыми кислотами основной частью живого вещества? Белок состоит из аминокислот. Их молекулы, распределенные в пространстве, создают всю самосогласованную систему клеток, тканей и органов.

Далее размножение и дифференциация клеток, рост и развитие тканей и органов определяются компоновкой во времени процессов синтеза и распада аминокислот, их взаимодействием с окружающей средой, поведением молекул белка.

Структура клеток, тканей, органов и самих организмов, как и их поведение, определяется наследственной, генетической информацией. Как же эта информация, закодированная в ДНК, определяет структуру и поведение белков?

Здесь мы переходим к проблеме, которую называют проблемой транскрипции . Этот термин, который обычно обозначает изображение некоторого слова буквами другого языка, вполне уместен, поскольку в генетике широко пользуются понятиями кода и другими понятиями теории информации. Специфически биохимический смысл транскрипции состоит в синтезе уже известных нам РНК, т. е. рибонуклеиновых кислот. Дело в том, что ДНК непосредственно не могут служить матрицами для синтеза аминокислот, из которых состоят белки. Здесь имеют место промежуточные процессы. Молекула ДНК служит матрицей для образования молекулы РНК. Это и есть транскрипция, перевод генетического кода на другой язык. Структуре молекулы ДНК, в которой закодированы структура и поведение организмов, соответствует образовавшаяся на этой молекуле, как на матрице, молекула РНК. Такая РНК называется матричной. Ее синтез происходит в хромосомах.

Матричная РНК еще не может передать генетическую информацию белку. Она передает ее другой РНК, которая называется транспортной, и эта последняя уже определяет синтез аминокислот — процессы, происходящие в клетке за пределами ее ядра.

Теперь мы можем вернуться к вопросу о макромолекуле как единственной структуре, способной хранить генетический код, гарантирующий с теми или иными отклонениями самовоспроизведение организмов. Сейчас можно многое прибавить к аргументам Шредингера. Приведем высказанные М. В. Волькенштейном соображения об организме, состоящем из небольших молекул, содержащих малое число атомов [58] См.: М. В. Волькенштейн . Молекулы и жизнь. М., 1965, стр. 470–471. . Это не может быть жидкое или газообразное тело. Неупорядоченные движения молекул жидкости или тем более газа не могут гарантировать хранение генетической информации. Другое дело — кристаллическое тело с упорядоченным поведением молекул. Изменения кристаллических решеток под влиянием внешней среды могут быть достаточно однозначными. Вполне представимы быстрые реакции кристаллического «организма» на внешние воздействия, которые меняли бы, например, проводниковые и полупроводниковые свойства проводимости кристаллов. Эти реакции могли бы стать условными рефлексами. Далее, упорядоченная низкомолекулярная система из многих кристаллических решеток могла бы изменять свою структуру так, чтобы в ней запечатлялся генетический код, чтобы она могла воспроизводить себя и, более того, эволюционировать, создавать более совершенные кристаллические организмы. Речь идет, очевидно, о металлическом или состоящем из Других низкомолекулярных материалов кибернетическом роботе. Но, как замечает М. В. Волькенштейн, кристаллический организм не мог бы возникнуть самопроизвольно. Так возникают макромолекулы. В процессах полимеризации малые молекулы превращаются в большие, и только эти последние могут образовывать живые надмолекулярные системы. Теперь их эволюция подошла к тому критическому моменту, когда уже не стихийные силы, а сознательная компоновка самых различных, в том числе кристаллических, немакромолекулярных объектов может создавать самовоспроизводящиеся и самосовершенствующиеся кибернетические системы.

В изложенном беглом очерке клетки, ядра, а также аминокислот, нуклеиновых кислот и их синтеза допущено немало упрощений и неточностей. Существуют вирусы, претендующие на титул живого вещества, но не сформированные в клетки. Существуют бактериальные клетки, они не имеют ядер. Таких оговорок можно было сделать очень много. Но они не изменят тех выводов, к которым мы сейчас подойдем.

Эти выводы относятся к соотношению между современной молекулярной биологией, нашедшей в макромолекулах основные жизненные функции самовоспроизводимости и саморегулирования, и неклассической физикой. Но существуют ли непосредственные логические связи между картиной взаимодействий макромолекул, их синтеза и перекодирования генетической информации, с одной стороны, и принципами квантовой механики — с другой?

Существование макромолекул, так же как и малых молекул, обязано микропроцессам и микровзаимодействиям квантовой природы. На вопрос, что объединяет атомы и радикалы в молекулы, нельзя ответить без ссылок на уровни энергии и орбиты электронов, на их положения и движения, на волновые свойства микрочастиц, на модель атома, вообще на квантовые понятия. Но это еще не делает молекулярную биологию квантовой теорией. Тот факт, что вещество состоит из элементарных частиц, атомов и молекул, т. е. из квантовых систем, еще не придает квантового характера макроскопическим процессам, при объяснении которых можно не принимать во внимание волновые свойства частиц и корпускулярные свойства излучений. Чтобы объяснить сдувание песка с вершины дюны и передвижение дюны, нет нужды ссылаться на атомистическую структуру песчинок. Но, если требуется указать причину формы кристаллических песчинок, придется сослаться на структуру молекул, на расположение атомов, на свойства квантовых систем.