Наука плоского мира IV: Судный день - Терри Пратчетт

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.

Собственно говоря, в ДНК есть немало следов старых генов и довольно много последовательностей, появившихся в результате вирусных атак они могут оказаться самым настоящим мусором. Тем не менее, оказывается, что, хотя «мусорная ДНК» не содержит инструкций для построения белков, почти вся ДНК, расположенная в промежутках между генами, транскрибируется в РНК. Эти РНК-молекулы образуют главную управляющую систему клетки: от них зависит, какие гены будут активированы и когда именно, а также время жизни различных матричных РНК. В бактериях они, помимо прочего, управляют генами, но часть молекул РНК защищает клетку от вирусных атак. Это примитивная иммунная система. Так что если ДНК это солист, то РНК можно сравнить с оркестром.

Принимая сказанное во внимание, мы можем вернуться к рибосомам, молекулярным фабрикам, отвечающим за сборку белков. Это крошечные частицы, которые большей частью состоят из РНК. Будь то бактерии, археи, животные, растения или грибы, каждая их клетка обладает собственным набором рибосом; более того, на протяжении всей жизни в них встречается практически одна и та же РНК, хотя и в сочетании с различными белками.

Марчелло Барбьери ведущий представитель биосемиотики, сравнительно нового научного направления, изучающего коды жизни. Вы, вероятно, слышали о генетическом коде, с помощью которого рибосомы преобразуют триплеты нуклеотидов ДНК в различные аминокислоты, из которых состоят белки. Барбьери обратил внимание на то, что в природе существуют сотни различных кодов от инсулина, который прикрепляется к рецепторам на поверхности клетки и запускает в ней различные процессы, до запаха (а точнее, феромона) в моче самца мыши, который оказывает влияние на эстральный цикл самки. Все эти эффекты являются результатом перевода с одного химического языка гормонов или феромонов на другой язык физиологических процессов. Так что генетический код не одинок в биологии коды встречаются на каждом шагу. С этой точки зрения ключевым элементов в процессе формирования белка является вовсе не ДНК, содержащая нужный рецепт, и не матричная РНК, которая служит его переносчиком, а рибосома. Которую для полноты аналогии можно сравнить с фармацевтом, выдающим лекарство по рецепту.

Кажется очевидным и тот факт, что механизм столь древний и играющий такую важную роль во всех жизненных процессах, существовал еще до разделения бактерий и архей, а следовательно, вполне может иметь более или менее непосредственное отношение к РНК-миру. Что-то в той среде вступило в некое взаимоотношение по-видимому, трансляцию из нуклеиновой кислоты в белок. Предшественнику современных рибосом, который, по всей видимости, не сильно отличался от современного спектра РНК-структур, удалось достичь цели. А значит, у истоков жизни стоит перевод между двумя химическими языками, достигнутый с помощью структуры, которая почти в неизменном виде дошла до наших дней.

До рибосом существовала всего лишь химия. Сложная химия, если быть точным, однако увеличение сложности это еще не самое главное. Важна не просто сложность, а «организованное усложнение». Любой повар знает, что если нагреть смесь сахара с жиром два сравнительно простых химических вещества, получится карамель. С точки зрения химии карамель представляет собой невероятно сложное вещество. Она состоит из несметного количества молекул, каждая из которых содержит несколько тысяч атомов. По своей молекулярной сложности карамель превосходит любую из молекул, необходимых вам для того, чтобы прочитать эту страницу. Но за исключением приятного вкуса в карамели нет ничего особенного, а значит, если вы хотите получить что-то новое и интересное, простого увеличения сложности недостаточно. Точно так же и смешивание разбавленных растворов аминокислот, сахаров, оснований и других веществ с определенным сортом глины приводит к образованию длинных и довольно сложных полимеров. Но в них, как и в карамели, мало интересного. Когда же они благодаря первым рибосомам начали вступать в отношения друг с другом, организованная сложность возобладала над простым усложнением.

В нашем случае речь идет об «организованном увеличении сложности». В сложной, но неорганизованной, системе например, автомобиле, поведение отдельных элементов тормоза, рулевого колеса, двигателя практически не зависит от того, находятся ли они вне системы или же являются ее частью. Большую часть времени они просто находятся на своих местах, пока их не кто-нибудь не толкнет, потянет или как-то приведет в движение. Но вы, муха или амеба это совсем другое дело. Поведение их компонентов меняется в зависимости от того, существуют ли они сами по себе или входят в состав системы. Составные части более тесно взаимодействуют друг с другом, благодаря чему сама их природа претерпевает изменения в контексте системы.

С этой точки зрения организованной сложностью обладает мост, соединяющий остров с материком. Если вам нужен действующий мост, не так уж важно, сделан ли он из веревок, стали или бетона. Он даже может состоять из пустоты (или воздуха), если речь идет о туннеле. Главное качество моста заключается не в его материале, а в способности надежно соединять две точки в пространстве. Это соединение представляет собой эмерджентное свойство моста. Иначе говоря, оно не является неотъемлемым атрибутом какого-либо исходного материала. Это свойство возникает благодаря взаимодействию материалов друг с другом и особенностями местной географии. Более того, сама функция местной географии меняется вслед за возведением моста. Река, пересекающая мост, больше не чинит препятствий движению транспортных средств, несмотря на то, что последние не могут плавать ни на поверхности, ни под водой. Но что особенно важно, вы не сможете понять природу этого изменения, изучая материалы, из которых состоит мост.

Когда начало и конец моста соединяются друг с другом, и только тогда, местная география претерпевает кардинальные изменения. А значит, мост по сути возникает именно в тот момент, когда между его концами устанавливается связь. Все зависит от цели: в одном случае это произойдет после того, как через препятствие будет переброшена первая веревка; в другом после того, как по мосту проедет первый автомобиль; в третьем после того, как будет открыто отделение таможенной службы.

Точно так же и рибосома, находящаяся в клетке, существенно отличается от изолированной. Перед ней стоит конкретная, но довольно непростая задача считывание матричных РНК и сборка белков в соответствии с генетическим кодом. Интересно, могли ли химические взаимодействия, возникшие благодаря рибосомам, фактически стать мостом, который соединил различные типы химии и предоставил энергию и материалы, необходимые для репликации самих рибосом? Ведь РНК это их основной компонент.

Собственно говоря, если бы перед нами стояла задача выбрать единственную инновацию, отделяющую пребиоту от биоты, мы бы остановились на рибосоме, переводчике высшего калибра. Мы согласны с мнением Барбьери, согласно которому рибосома является важнейшим элементом жизни. ДНК всего лишь скучный и довольно прозаичный текст. Но рибосома это оратора, а все остальные РНК поэзия. С появлением рибосом будущее оживает именно этот момент во многих отношениях знаменует истинное начало жизни.

Многие первопричины также связаны с более тонкими проявлениями эмерджентности: начало шторма, желудь, возникающий в виде почки на дубе, происхождение Земли. Каждая из них представляет собой переход количества в качество, эмерджентное явление, которое локализует настоящую отправную точку. Первый удар молнии, первая пара листьев, выделение тепла, под действием которого плавится ядро, расположенное внутри мантии все это примеры эмерджентных явлений, которые могут указывать на зарождение новых структур. Процесс «становления» делится на две части до эмерджентности и после нее.