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

В целом, довольно правдоподобно выглядит версия, что первым репликатором была РНК. Эта гипотеза значительно выиграла бы, если бы мы могли собрать простую систему копирования в пробирке без использования белка. Для облегчения задачи мы могли бы начать с одной сформированной заранее нити РНК, имеющей несколько произвольную последовательность оснований, и попытаться создать ее комплементарную спутницу, доставив необходимые исходные материалы. Для проведения реакции нам обязательно понадобятся четыре их типа, а также химическая энергия в некоторой форме. Подобные эксперименты проводились до сих пор с довольно скромными успехами. Лучший по исполнению на сегодняшний день — это эксперимент, проведенный Лесли Оргелом и его коллегами, которые поли-Ц (полицитидиловую кислоту) в качестве шаблона (то есть РНК, каждое основание которой составляет цитозин) снабдили химически активированной формой Г, обычного комплемента Ц. В присутствии ионов цинка (Zn++) (ион, найденный во всех современных ферментах, которые полимеризируют нуклеиновую кислоту) Г медленно объединяются друг с другом в правильное соединение (называемое 3'-5') для образования поли-Г значительной длины. В инкубационной смеси можно обнаружить молекулы, насчитывающие До двадцати Г в ряд, а более длинные, вероятно, будут присутствовать в количествах, не поддающихся современным методам обнаружения. Более того, система достаточно правильна в том, что объединяет только довольно небольшие количества А и У (как «ошибки»), когда в смесь также добавляются их предшественники. Это многообещающее начало, но для того, чтобы оно оказалось полезным, нам следует суметь выяснить точную (комплементарную) репликацию конкретной последовательности Ц и Г. До сих пор этого еще не сделано. Между прочим, не обязательно, чтобы в первоначальной системе присутствовали все четыре основания, поскольку, имея только две их разновидности, РНК может содержать информацию в своей последовательности; однако для хорошей репликации они должны быть комплементарными.

Даже если эти трудности преодолены, система, даже простая, уже отчасти лишена естественности. Например, она необычайно чистая. Трудно представить, как на первозданной Земле мог образоваться маленький водоем, в котором присутствовали именно эти соединения и никакие другие. Нелегко также представить себе, как именно могли возникнуть их предшественники. По всей вероятности, ими могли быть нуклеозидтрифосфаты или, на более простом языке, молекулы, состоящие из основания, сахара (рибозы) и трех фосфатов в ряд, хотя это не совсем те соединения, которые использовались в описанных выше экспериментах. Можно представить, как, скорее всего, каждый из этих отдельных ингредиентов мог возникнуть в том или ином месте первозданной Земли; не так легко представить, как сложилось их правильное сочетание и как, по крайней мере, частично оно отделилось от других, несколько похожих молекул, которые, если таковые имелись, вероятно, могли запутать систему. Конечно, никто уже не в силах сварить примитивный бульон из воды, солей, нескольких газов и ультрафиолетового света (или какого-либо другого источника энергии) и оставить его настаиваться до тех пор, пока в результате в нем не образуется изящная система репликации РНК. Эта неспособность не слишком удивительна, так как природе, может быть, понадобилось много миллионов лет, во многих местах на поверхности Земли, прежде чем одно счастливое стечение обстоятельств создало систему, которая могла как положить начало репликации, так и продолжать в течение некоторого времени действовать.

Таким образом, мы находимся в одной из наиболее мучительных ситуаций. С одной стороны, мы считаем, что на поверхности Земли мог существовать довольно достаточный запас органических молекул, в частности, аминокислот, пусть даже в большинстве мест их концентрация могла быть довольно низкой. Кроме того, двойная спираль РНК и ДНК определенно говорит о том, что она могла образовать хорошую основу для примитивной системы репликации. С другой стороны, трудно представить, как могла из такой сложной смеси с легкостью появиться точная система, и еще труднее понять, какие именно ингредиенты были необходимы и какие именно действия за этим последовали. Более того, если даже мы могли бы представить, как могла начаться репликация РНК, нам все же необходимо решить, каким образом она соединилась бы пусть даже с примитивной формой синтеза белка, хотя мы можем начать строить некоторые научные догадки о том, каким образом все это могло произойти.