Наука плоского мира IV: Судный день - Терри Пратчетт

По этой, а также многим другим причинам гипотеза РНК-мира стала достойным представлением о самых первых этапах жизни на Земли. Возможно, она и не отражает реальный ход событий, но, по крайней мере, описывает вполне правдоподобный сценарий. И даже если жизнь возникла иным путем, теория РНК-мира доказывает, что в сверхъестественном объяснении нет никакой необходимости. В примитивных морях возможно, рядом с курильщиками, а возможно и на пляжах приливных морей, где воды приливов разбавляли концентрированные водоемы, находившиеся под воздействием солнечного света, или под воздействием вулканической активности и землетрясений росли и копировались цепочки РНК.

Процесс копирования не всегда отличался абсолютной точностью, но именно эта его особенность давала неоспоримое преимущество, так как благодаря ей разнообразие увеличивалось без какого-либо специального вмешательства. Если случайные изменения подобного рода действовали совместно с неким механизмом отбора, который отдавал предпочтение определенным признакам, то РНК вполне могла и даже была обязана эволюционировать. Но отбор не представлял никакой трудности напротив, предотвратить его стоило бы немалых трудов. Одновременно с появлением РНК, обладавших определенными свойствами, между ними происходила конкурентная борьба за свободные нуклеотиды и, по-видимому, доступ к специфическим жировым мембранам в результате одни последовательности исчезали, в то время как другие увеличивали свою численность. Благодаря этому, появлялись еще более длинные цепочки с еще более специфическими свойствами.

Так начался естественный отбор, а в системе стала зарождаться жизнь.

В этом отношении эволюция путем естественного отбора не только объясняет видовое разнообразие живых существ она составляет неотъемлемую часть того процесса, который стал причиной возникновения самой жизни. В контексте достаточно разнородной системы ошибки копирования при условии, что они возникают, но не слишком часто вполне могут играть созидательную роль.

Впрочем, РНК-миром наши возможности не исчерпываются. Согласно наиболее современной гипотезе, существенную роль в происхождении жизни могли сыграть вирусы. Вирусы представляют собой длинные нити ДНК или РНК, обычно окруженные белковой оболочкой, которая помогает внедрять их в другие организмы главным образом, бактерии, а также клетки животных и растений. Большая часть вирусов использует для собственной репликации систему копирования ДНК/РНК, предоставленную зараженным организмом. После гибели клетки, или организма, новые копии, как правило, попадают в окружающую среду.

Начиная с исследования Карла Вёзе в 1977 году, систематики ученые, которые занимаются классификацией живых организмов во всем неисчислимом многообразии их форм, выделяют три основных разновидности живых существ самые крупные и ранние ветви древа жизни. Это так называемые «домены» бактерий, архей и эукариот. Существа, относящиеся к первым двум доменам внешне похожи, так как принадлежат к числу микроорганизмов, однако эволюционная история каждого из доменов складывалась по-разному. Археи, вероятно, восходят к наиболее древним из них; многие обитают в странных и необычных условиях: очень горячих, очень холодных, с высоким содержанием соли. О бактериях вы уже знаете. Обе разновидности организмов относятся к прокариотам это означает, что генетический материал их клеток не сосредоточен внутри ядра, а прикреплен к клеточной стенке, либо свободно плавает в виде замкнутых петель, называемых плазмидами.

Представители третьего домена, эукариоты, отличаются тем, что в их клетках имеются ядра. К ним относятся все сложные «многоклеточные» существа от насекомых и червей до китов и слонов. И, конечно же, людей. К ним же относятся многие одноклеточные организмы. Если судить по РНК-последовательностям, первое крупное разветвление в древе жизни произошло в тот момент, когда бактерии отпочковались от своих архейских предков. Впоследствии первая ветвь разделилась на архей и эукариот. Таким образом, археи приходятся нам более близкими родственниками, чем бактерии.

Вирусы не входят в эту систему, и даже сама их принадлежность к живым организмам находится под вопросом, поскольку они в большинстве своем не способны размножаться без посторонней помощи. Раньше считалось, что вирусы произошли двумя путями. Некоторые из них были дикими генами, которые, покинув свои геномы, стали выживать, паразитируя на других организмах и захватывая контроль над их геннокопировальной техникой. Другие были безнадежно измельчавшими бактериями или археями; по сути измельчали они настолько, что в погоне за паразитическим образом жизни оставили после себя одни лишь гены. Время от времени разные дилетанты, физики или биологи-отщепенцы которым стоило бы проявить большую осмотрительность, высказывали предположение, что вирусы, будучи настолько простыми, являют собой пережитки древней жизни. Это неверное суждение основано на том же самом, ошибочном, принципе, в соответствии с которым амеба считается нашим предком из-за своей кажущейся простоты. В действительности существует множество разных видов амеб, и некоторые из них имеют 240 хромосом, клеточных структур, в которых содержатся гены. В то время как мы располагаем всего лишь 46 хромосомами. С этой точки зрения амеба устроена сложнее нас. Почему так много? Потому что для работы всех амебных функций необходимо огромное количество организации, сосредоточенной в крошечном пространстве.

В 2009 году Брюссов написал обзорную статью под названием «Сомнительная универсальность древа жизни, или место вирусов в живой природе»[55]. В ней он отметил, что дарвиновское древо жизни, прекрасная и уже ставшая знаковой идея, основанная на эскизе из «Происхождения видов», вблизи корней выглядит довольно запутанной. Причиной тому служит процесс, называемый горизонтальным переносом генов. Бактерии, археи и вирусы не только радостно и непринужденно обмениваются генами друг с другом, но даже могут внедрять гены в геномы более высокоразвитых животных или изымать их. Иначе говоря, ген, содержащийся в бактериях одного типа, мог передаться как от бактерий другого типа, так и от архей и даже животных или растений.

Основным фактором этого обмена являются вирусы, коих на планете существует великое множество количество вирусных частиц, вероятно, в десять раз превышает суммарное количество всех прочих организмов. Так вот, может показаться, что с учетом всех этих генных обменов отследить наследственные линии, или родословные отдельных бактерий практически невозможно. Как ни странно, но это не так; во всяком случае, не совсем так. Ключом к разгадке служит расположение генов, которое можно обнаружить во многих вирусах; кроме того, знание об организмах, на которых паразитируют вирусы, также дает полезные зацепки. Некоторые паразитируют как на бактериях, так и на археях, а значит, можно с полной уверенностью предположить, что подобный паразитизм имел место еще до разделения этих групп. Ко всему прочему такие вирусы обладают РНК-геномом. Брюссов выдвинул довольно убедительное предположение о том, что подобные вирусы могут быть отголосками древнего РНК-мира. Более того, заражение древними ДНК-вирусами могло привести к тому, что ДНК стала частью наследственной информации всех известных нам существ, из-за которых мы теперь поднимаем такой шум. Так что некоторые отщепенцы и физики, вероятно, были правы с самого начала, пусть даже причины их заключений и были неверны.

Если это действительно так, то нам нужно по-новому взглянуть на те роли, которые РНК играет в современных организмах. Согласно стандартной теории, которая некоторое время оставалась без изменений, РНК выполняет скромную функцию курьера, доставляющего наиважнейшую ДНК-последовательность к рибосомам, гигантским молекулярным структурам, в которых происходит сборка белков. Существуют также короткие РНК, которые доставляют аминокислоты к рибосомам для последующей сборки белка. Рибосомы, в свою очередь, тоже состоят из нескольких видов РНК, и, согласно предположению некоторых ученых, играют главную роль в процессе синтеза клеточных белков, который и составляет их важнейшую функцию.

Но вскоре ситуация может измениться.

За последние десять лет в биологии нуклеиновых кислот произошел переворот, который почти целиком связан с РНК. Матричная и транспортная РНК это всего лишь самые прозаичные роли, которые РНК играет в живых клетках. Но у нее есть и более важные функции пожалуй, нам стоит назвать их «поэтическими» в противовес упомянутым «прозаичным» ролям. Когда ДНК считалась самой важной молекулой клетки, а сборка белков ее важнейшей функцией (многие учебники так считают до сих пор), цепочки ДНК, управляющие построением белков путем транскрипции в матричную РНК, назывались генами. Соседние фрагменты ДНК, в которых не были закодированы какие-либо белки, по большей части считались «мусорной ДНК», бесполезной для организма. Мусорная ДНК была всего лишь случайным побочным продуктом, доставшимся по наследству от прошлого, а поскольку ее репликация обходилась дешево, у эволюции не было причин от нее избавляться.