Синтез днк и рнк

Вопрос о добиологическом синтезе ДНК и РНК ещё сложней, чем вопрос о возникновении белка. Шапиро подытожил свою ра­боту в этой области следующим образом: «Данные, которыми мы сейчас располагаем, не подтверждают возможности синтеза ри-бозы в первичном бульоне, за исключением, может быть, кратких периодов, когда она могла появляться в малых концентрациях в составе сложных смесей и в условиях, в которых нуклеозидный синтез невозможен».⁴⁸ С докладом, содержащим это утверждение, автор выступил на совещании Международного общества изуче­ния возникновения жизни, где присутствовало более трехсот уче­ных со всего мира, и никто из них не опроверг тезис Шапиро.

РНК и вещества, входящие в ее состав, даже в идеальных ла­бораторных условиях синтезировать весьма трудно, а в добиоло-гических условиях такой синтез представляется еще менее веро­ятным. Так, например, среди продуктов в цепи реакций по получе­нию рибозы — важного компонента РНК, будет не только рибоза, но еще и другие сахара, которые тормозят синтез РНК. Загадкой остается и вопрос, каким образом фосфор, который относительно редко встречается в природе, стал одним из важнейших компонен­тов РНК и ДНК.

Лесли Оргел (Leslie Orgel) из Института биологии Салка — учё­ный, который проделал больше экспериментов по воссозданию «мира РНК», чем, пожалуй, все остальные ученые, вместе взятые, — счи­тает, что эксперименты, с помощью которых ученые пытаются ими­тировать ранние этапы истории «мира РНК», чересчур усложнены, и потому не могут дать нам мало-мальски правдоподобного представления о появлении жизни на Земле. В журнале "Scientific American " недавно было приведено следующее высказывание это­го биолога: «Немыслимо много вещей нужно сделать абсолютно точно, не допустив ни единой ошибки».⁴⁹ Сэр Фрэнсис Крик, Нобе­левский лауреат, в книге «Сама жизнь» написал: «Появление жизни на сегодняшний день выглядит почти чудом -столь многим услови­ям оно должно было удовлетворять».⁵⁰ В 1988 году Дозе писал о синтезе биополимеров, таких, как ДНК и РНК: «Мы просто не мо­жем себе представить всех трудностей, которые нам придется пре­одолеть... Карта на рисунке 2 [изображающая путь синтеза рибосо-мального белка, закодированного в нуклеиновой кислоте] -это кар­та нашего невежества. И это невежество будет процветать, если не появятся новые фундаментальные открытия в области эволюцион­ных процессов, возможно, основанные на новом мышлении».⁵¹ Оче­видно, что вопросы информации/сложности, связанные с возникно­вением жизни, породят новые, возможно, неразрешимые проблемы.

 

Попытки решить проблемы информации

В наши дни было предпринято несколько попыток спасти терпя­щую крушение теорию Опарина. Летом 1990 года Джулиус Рибек-младший (Julius Rebek Jr.), химик из Массачусетс кого института технологии, вызвал настоящий ажиотаж, заявив, что ему удалось создать синтетическую органическую молекулу, способную к са­мовоспроизведению. Эта молекула, названная ААТЕ, состоит из двух компонентов, напоминающих белок и нуклеиновую кислоту. В смеси хлороформа и некоторых веществ ААТЕ становится матри­цей для образования новых молекул ААТЕ. Дж. Джойс (G. Joyce), специалист по РНК, работающий в клинике Скриппса, писал в жур­нале "Scientific American " о работе Рибека следующее: «Они [мо­лекулы ААТЕ] могут воспроизводиться только в искусственных, специально созданных условиях, но важнее то, что они воспроизво­дятся слишком точно. Без мутаций молекулы не могут эволюциони­ровать в дарвиновском смысле этого слова». В этой же статье Лес­ли Оргел говорит: «Я не вижу, какое отношение они имеют к возник­новению жизни на Земле».⁵²

Джеффри Уикен предположил, что, согласно второму закону тер­модинамики, химические реакции скорее способствовали появле­нию живых организмов на земле, чем создавали препятствия для зарождения жизни. Он заявляет, что движущие силы энтропии ста­ли причиной реакции полимеризации, то есть соединения простых органических веществ в биополимеры — белок, РНК и ДНК.⁵³ Од­нако в критическом обзоре работ Уикена Брэдли отметил, что дви­жущие силы энтропии, может быть, и влияют на полимеризацию на начальных стадиях, но после образования небольшого количества полимеров эти силы перестают влиять на дальнейшие процессы. В противном случае эксперименты по полимеризации в лаборатор­ных условиях были бы намного успешнее.⁵⁴ Например, цепочки аминокислот могут образовать полимер только в том случае, если из реакционной смеси с помощью нагревания удалять воду — по­бочный продукт реакции; иначе происходит деполимеризация, как доказал экспериментально С. У. Фокс.⁵⁵

Кроме того, Уикен утверждает, что информационные потребно­сти живых систем несводимы к соображениям термодинамики (и, значит, не могут быть удовлетворены с помощью какого бы то ни было потока энергии, проходящего через систему), с чем мы пол­ностью согласны. Обсуждая раннюю работу Штейнмана и Коула (Cole) (1967), Уикен предполагает, что химические свойства зве­ньев, составляющих молекулу, -такие, как внутренние закономер­ности расположения, обусловленные пространственным взаимодей­ствием функциональных групп, — могут объяснить конкретные пос­ледовательности в молекулах биополимеров.⁵⁶ Однако более по­здний анализ, при котором было изучено не 10 белков, как у Штей­нмана и Коула, а 250, доказал, что в целом зависимости между этими показателями не наблюдается.⁵⁷

Если поток энергии в системе не может «создать» необходи­мую информацию, безусловно присущую биополимерам, и если внутреннее стремление материи к самоорганизации слишком сла­бо для того, чтобы объяснить наблюдаемую сложность строения молекул, то что же остаётся? Бернд-Олаф Купперс (Bernd-Olaf Kuppers) считает, что естественный отбор мог сыграть роль факто­ра, преодолевшего невероятность возникновения высочайшего уровня сложности, присущего даже простейшим живым системам. Он ут­верждает: «Дарвинистский подход в молекулярной биологии осно­ван на рабочей гипотезе о том, что естественный отбор в том смысле, который придавал ему Дарвин, возникает уже в неживой материи... [Это] верно только в том случае, если естественный отбор по Дар­вину действительно имеет место у неживой материи».⁵⁸ А так как по Дарвину естественный отбор среди живых существ предпола­гает наличие самовоспроизводящихся систем, то в данном случае идет речь о совершенно ином виде отбора. Трудно представить себе, как именно естественный отбор смог бы управлять процес­сами на молекулярном уровне, чтобы в результате его образова­лись удивительно сложные системы, обеспечивающие функции, присущие всем живым организмам: размножение, хранение инфор­мации и преобразование энергии. В наши дни гипотеза Купперса не имеет ни теоретического, ни экспериментального подтверждения.