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

Вышесказанное в общих чертах характеризует главные требования к информационной системе, необходимой для жизни, но из них вытекают более безотлагательные и земные требования. Так как нам необходимо снимать копии некоторого количества молекул, то у нас должен быть достаточный запас сырья. За исключением самых особых случаев, эти химические соединения необходимо преобразовать в другие, близкие им соединения. В настоящее время каждый такой шаг в клетках обычно катализирует особый белок, фермент, характерный лишь для данной реакции. При зарождении жизни этот сырьевой материал, в основном, должно быть, имел уже готовую для немедленного использования форму, так как в то время могло существовать лишь незначительное число специфических катализаторов, если таковые вообще имелись, для того, чтобы первозданный бульон стал более аппетитным.

Для проведения органического синтеза необходим запас энергии, и это должна быть доступная энергия На научном языке она называется свободной энергией, что вовсе не означает, что вы получаете ее даром. (В термодинамике у данного термина есть довольно точное значение.) Таким образом, система не находится в состоянии равновесия, в узком смысле этого слова, хотя она может быть в состоянии динамического равновесия. Весьма приблизительной аналогией было бы сопоставление спокойного пруда, равновесие которого статично, и бегущей реки, которая продолжает неизменно течь во многом как бы одинаковым образом. Живая система напоминает реку. В нее втекают сырье и свободная энергия, тогда как вытекают отходы и тепло. С научной точки зрения, это открытая система. Только таким способом она может продолжить синтез, необходимый для повторяющейся химической репликации.

Таковы основные требования к жизни. Система должна уметь свободно копировать как свои собственные инструкции, так и косвенно любой механизм, необходимый для их выполнения. Репликация генетического материала должна быть довольно точной, но мутаций — ошибок, которые можно верно скопировать, — должен быть очень небольшой процент. Ген и его «продукт» должны храниться довольно близко друг от друга. Система непременно является открытой и должна иметь запас исходного материала и, тем или иным образом, запас свободной энергии.

Сформулированные в самых общих чертах требования не кажутся слишком строгими, хотя, как мы увидим, их очень трудно выполнить, если начинаешь все с самого начала. Что представляется не таким очевидным — так это замечательная способность такой системы к совершенствованию. Процесс копирования с немногими редко встречающимися ошибками — к чему же он мог бы привести?

Первый момент, который следует уяснить, — это непрерывный характер процесса. Для того чтобы достичь чего-нибудь необыкновенного, система должна постоянно функционировать эффективно. Но это означает, что мы удваиваем количество копий каждое «поколение». Большинство людей знают, что это быстро приводит к трудно поддающимся исчислению числам. Традиционно рассказывают историю о короле или султане, который захотел наградить одного из своих слуг и спросил, какую награду тот хотел бы получить. Человек (непонятно, был ли он хитрым или наивным, мудрым или безрассудным, тираны обычно не любят, чтобы их заставляли выглядеть глупцами) якобы придумал то, что, на первый взгляд, представляется вполне скромной просьбой. Указав на шахматную доску, он попросил одно зерно пшеницы за первую клетку, два за вторую, четыре за третью, восемь за следующую и т.д., каждый раз, удваивая их число. Это может показаться неразумным до тех пор, пока не вспомнишь, что на шахматной доске шестьдесят четыре клетки. Немного простой алгебры показывает, что необходимое для этого число зерен пшеницы составляет менее 264. Это немногим более 10 19, что соответствует весу примерно в 100 миллиардов тон. Эта пшеница заполнила бы куб, каждая сторона которого примерно четыре мили в длину. В конце концов, не такая уж и скромная просьба!

Если живая система продолжит удваиваться таким же образом, то при потребности в пище в виде сырья и энергии она очень скоро истощит ресурсы окружающей среды. Таким образом, через относительно короткий период времени различные особи вынуждены будут бороться за пищу. При наличии лишь постоянного запаса пищи и энергии вся система не сможет продолжать расширяться бесконечно; вместо этого, она достигнет устойчивого состояния. Это означает, что на данном этапе каждый организм оставит в среднем только одного потомка в каждом поколении. Поскольку некоторые организмы оставят двоих, то другие Должны прекратить размножаться. Это может произойти случайно. Один организм может неожиданно натолкнуться на запас пищи, другой может оказаться менее удачлив и голодать. Однако если какой-то отдельный организм приобрел мутацию своих генов, то, по той или иной причине, он может бороться успешнее и оставить в среднем больше потомков, тогда его представительство в популяции увеличится, и поэтому другие менее удачливые организмы обязательно произведут на свет меньшее потомство. Если этот процесс продолжается неограниченно, то менее удачливые типы в конце концов вымрут окончательно, а тот, у которого более эффективный ген, полностью овладеет положением. Здесь важно отметить, что с помощью этого простого процесса редкое случайное событие стало распространенным.