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

Белок похож на абзац, написанный на языке с двадцатибуквенным алфавитом, конкретная природа белка при этом определяется конкретным порядком букв. За одним тривиальным исключением — этот шрифт никогда не меняется. Животные, растения, микроорганизмы и вирусы — все пользуются одним и тем же набором букв, хотя, насколько мы можем судить, можно было бы легко воспользоваться другими похожими буквами, точно так же, как при создании нашего собственного алфавита можно было бы использовать другие символы. Выбор некоторых из этих химических букв очевиден, поскольку они очень мелкие и легко Доступны. Выбор других не столь очевиден. Если бы в каждом напечатанном в мире тексте использовался один и тот же произвольный набор букв (что, как мы знаем, далеко не так), то мы бы сделали обоснованный вывод, что этот вполне разработанный шрифт, вероятно, возник в одном конкретном месте и переходил дальше в процессе постоянного копирования. Трудно не прийти к такому же заключению в отношении аминокислот. Набор из двадцати видов до того универсален, что его выбор, по-видимому, относится к самому началу появления всех живых существ.

Атомистическая модель малого белка, ферментной рибонуклеазы S. Темные атомы образуют часть активного участка фермента. Обычно белок полностью окружен молекулами воды.

Природа пользуется еще одним, совершенно отличным химическим языком, который также довольно единообразен. Генетическую информацию любого организма содержит в себе одно из двух близко связанных семейств гигантских цепочечных молекул, нуклеиновых кислот ДНК и РНК, подробнее описанных в главе 5. Каждая молекула имеет безмерно длинный остов с регулярной, повторяющейся структурой. И снова боковая группа присоединена через равные промежутки, но в этом случае существует только четыре типа; у генетического языка только четыре буквы. Длина типичного малого вируса, такого как вирус полиомиелита, около пяти тысяч букв. Генетическое сообщение в клетке бактерии обычно насчитывает несколько миллионов букв; а у человека — несколько миллиардов, упакованных в центре каждой из наших многочисленных клеток.

Одно из важнейших биологических открытий шестидесятых годов заключалось в обнаружении генетического кода, малого словаря (в принципе похожего на азбуку Морзе), который переводит язык генетического материала, состоящий из четырех букв, на язык белка, исполнительный язык, состоящий из двадцати букв. Подробнее он описан в приложении.

Для того чтобы перевести генетическое сообщение на определенный участок нуклеиновой кислоты, биохимический механизм считывает последовательность боковых цепочек группами из трех цепочек, начиная с некоторой заданной точки. Поскольку в языке нуклеиновой кислоты только четыре различных буквы, то существует шестьдесят четыре возможных триплета (4 х 4 х 4). Шестьдесят один из них (они называются кодонами) означают ту или иную аминокислоту. Три остальных триплета означают «конец цепочки». (Сигнал «начало цепочки» немного сложнее.)

Точная природа генетического кода имеет такое же значение в биологии, как и периодическая таблица элементов Менделеева в химии, но между ними есть и существенная разница. Периодическая таблица, должно быть, одинакова во всей Вселенной. Генетический код, по-видимому, довольно произволен или, по крайней мере, частично таков. Предпринималось много попыток вывести зависимость между двумя языками на основании принципов химии, но до сих ни одна из них не привела к успеху. У кода есть несколько постоянных признаков, но они могут оказаться случайными.

Даже если бы где-нибудь в другом месте существовала совершенно особая форма жизни, в основе которой также были бы нуклеиновые кислоты и белок, я все равно не вижу достаточных оснований, почему генетический код должен быть точно таким же, как и здесь. (Азбука Морзе, между прочим, не вполне произвольна. Наиболее часто встречающиеся буквы, например, е и т, состоят из наименьшего числа точек и тире.) Если это проявление произвольности в генетическом коде подтвердится, то мы можем только еще раз прийти к выводу, что вся жизнь на Земле возникла из одной очень примитивной популяции, которая первая использовала его, чтобы управлять потоком химической информации с языка нуклеиновой кислоты на язык белка.

Таким образом, чтобы нести генетическую информацию, все живые существа пользуются одним и тем же языком из четырех букв. Все пользуются одинаковым языком из двадцати четырех букв для создания своих белков, механических инструментов живой клетки. Все пользуются одинаковым химическим словарем при переводе с одного языка на другой. О такой невероятной степени единообразия едва ли подозревали немногим более сорока лет назад, когда я был еще студентом. Сегодня я нахожу странным, что те люди, которым размышления о своем единстве с природой доставляют глубокое удовлетворение, часто совершенно не подозревают о том самом единстве, о котором они пытаются судить. Возможно, в Калифорнии уже существует церковь, в которой каждое воскресное утро оглашается генетический код, хотя я сомневаюсь, что кто-нибудь посчитает весьма вдохновляющим подобное голое перечисление фактов.

Далее мы увидим, что один из способов подойти к проблеме происхождения жизни — это попытаться представить, каким образом это замечательное единообразие впервые появилось. Почти все современные теории и экспериментальные исследования по происхождению жизни за исходную точку принимают синтез либо нуклеиновой кислоты, либо белка, или же того и другого вместе. Каким образом на этой первозданной Земле (если жизнь действительно зародилась на Земле) могли появиться первые необходимые для этого макромолекулы? Мы уже видели, что эти цепочечные молекулы образованы объединением мелких субъединиц в непрерывную цепочку. Каким образом могли синтезироваться мелкие молекулы в этих древних, пребиотических условиях? И каким образом мы могли бы определить, даже если бы имели возможность наблюдать весь процесс на уровне атомов, когда система впервые заслужила название «живая»? Чтобы понять эту проблему, мы должны исследовать в следующей главе: какие качества должны присутствовать у любой живой системы.

Дать краткое определение «жизни» или «живого» не просто. Конечно, под «живым» я не обязательно имею в виду думающее или чувствующее существо, поскольку для биолога растения несомненно являются живыми, а некоторые люди (не считая немногих легковерных индивидуумов без научной подготовки) верят, что растения думают и чувствуют, как мы и другие животные. Бактерии — сколь ни мало они должны ощущать, хотя бы могут «чувствовать запах» молекул пищи и плыть к ним, — конечно же следует считать живыми. С вирусами дело обстоит сложнее. Здесь мы вплотную приближаемся к границе живого и неживого. Возможно, лучший способ подойти к решению задачи — это описать то, что мы знаем об основных процессах жизни, снимая шелуху с луковицы до тех пор, пока останется совсем немногое или вообще ничего, и затем обобщить то, что мы узнали.