От РНК к ДНК

Когда ученые признали математическую невероятность случайного образования готовой к самокопированию живой клетки, они стали думать в направлении «биомолекул». Молекула намного проще клетки. Поэтому появление живой молекулы гораздо легче объяснить случайным синтезом неорганических веществ, чем появление целой клетки. Если доказать, что эти молекулы могли размножаться и мутировать, то это позволит говорить о запуске естественного отбора и начале биологической эволюции. А уж на биологическую эволюцию, как мы отмечали ранее, можно списать все что угодно. Если ее усилиями обезьяна превратилась в человека, то ничто не мешает биомолекуле преобразоваться в биоклетку. Особенно если у нее на это есть миллионы лет. Но и эта концепция также имеет много логических изъянов и белых пятен, особенно это касается тайны происхождения ДНК.

ДНК так же неразрывно связана с понятием «жизнь», как и хиральная специфичность, поэтому играет ключевую роль в разгадке тайны нашего с вами появления. Но, как и в случае предыдущих парадоксов, человеческая уверенность в понимании ДНК тает вместе с накоплением фактических знаний. Чем больше наука узнает о деталях строения ДНК, тем сложнее объяснить появление этой макромолекулы с помощью доступных нам концепций.

Пока все выглядит так: изобретение ДНК случилось независимо от известных нам эволюционных процессов, как нечто запланированное изначально.

Но давайте по порядку.

РНК и ДНК – макромолекулы, которые содержатся в клетках всех живых организмов и играют ключевую роль в работе с нашей генетической информацией. Также мы достоверно знаем, что биологическая система, в которой есть только РНК, но нет ДНК, может самовоспроизводиться, а система с ДНК, но без РНК – нет. Из этого вытекает предположение, что ДНК должна была появиться позже РНК. Если возникновение РНК мы можем списать на абиогенные процессы, благодаря которым живые молекулы РНК могли появиться спонтанно в неживой природе, то синтез ДНК со всей определенностью должен быть уже изобретением живой природы. Самый очевидный вариант в этом случае – эволюция из РНК. Отличная версия, но она не подтверждается. Об этом говорит не только разное химическое строение нуклеотидов у ДНК и РНК, но и то, что появление ДНК не заменило РНК, а избирательно дополнило. Такие свидетельства дают основания считать, что ДНК не произошла от РНК, а эволюционировала параллельно с ней. Но из чего могла эволюционировать такая сложная молекула? По своей сложности она сильно превосходит ту же РНК. Чтобы убедиться в этом, достаточно взглянуть на рисунок ниже.

Однако самая таинственная часть этой истории еще впереди. Она связана с тем, как именно ДНК встроилась в существовавший механизм работы РНК. Дело в том, что молекула РНК представляет собой завершенную и самодостаточную систему, поэтому до появления ДНК она справлялась со всеми задачами передачи генетической информации. Молекула РНК всем хороша, кроме одного: у нее низкая химическая устойчивость, поэтому длительно хранить на ней генетическую информацию – дело ненадежное. Ее единственный изъян – недолговечность. Его и скомпенсировало появление ДНК. Молекула ДНК с самого рождения получила единственную задачу – долго и надежно хранить генетическую информацию. Причем не получила, а выборочно забрала у РНК, не тронув остальные ее функции. РНК осталась матрицей для кодирования генетической информации, а ДНК стала ее специализированным хранилищем.

О чем это говорит? О том, что ДНК должна была появиться уже как специализированное хранилище информации и сразу забрать на себя эту функцию у РНК, чтобы возникшая синергия смогла закрепиться. Как объяснить спонтанное возникновение такого сложного тандема в рамках естественного отбора? Никак. Оно могло произойти, только если в одной точке сошлись две параллельно идущие эволюционные линии, которые «знали» о существовании друг друга и каждую из которых поддержал естественный отбор. И если появление РНК можно объяснить отбором, там все-таки полноценный процесс, то ДНК – нет, она не самодостаточна. ДНК без РНК ни на что не способна, ее единственная функция – долго хранить информацию, а это вообще задача будущего, а не настоящего. Естественный отбор, как вы понимаете, работает здесь и сейчас, а не смотрит в перспективу.

Напрашивается единственное объяснение: изобретение ДНК произошло потому, что должно было произойти.

Совокупность событий, похожих на совпадение

Теперь мы лучше понимаем, что такое абиогенез и какие события предшествовали появлению первого живого организма, способного эволюционировать. Большинство из них мы не можем объяснить, но можем списать на случайность. Могла ли химическая система случайно выйти из равновесия, чтобы новообразованные макромолекулы жизни получили признак хиральной чистоты? Мы не знаем, но почему бы и нет? Так же мы допускаем, что неорганические химические вещества могли беспричинно образовать устойчивые органические соединения, которые случайно сложились в работоспособный организм, способный размножаться и эволюционировать. Если такое «случайно» возможно, то и последующее появление аналогично важной и в тоже время такой узкоспециализированной системы, как ДНК, тоже можно объяснить случайным стечением обстоятельств.

Каждое из этих событий мы не можем объяснить, поэтому приписываем случайному стечению обстоятельств. Но не кажется ли вам, что как-то многовато совпадений?

Я согласен с тем, что все можно списать на его величество случай, если каждое из этих явлений рассматривать по отдельности. Однако, когда все они в совокупности объясняются набором необъяснимых случайностей, то такое совпадение кажется еще более фантастическим, чем наличие изначального «дизайна» в стремлении неживых сил Вселенной образовать живые. Насколько вероятно, что главные платформы, отличающие живые системы от неживых, возникли по воле случая, если каждую из них мы не можем воссоздать, даже имея на руках суперточное оборудование? Ну или тогда давайте поверим, что младенцы могут написать новую операционную систему для iPhone, просто барабаня по клавиатуре. Уверяю, вероятность этого будет гораздо выше, чем шанс соединения случайных аминокислот в самореплицирующуюся структуру.

Но если за совокупностью событий, похожих на совпадения, стоит вовсе не случайность, то что?

Очевидно, что физические законы Вселенной. Они должны быть устроены так, чтобы жизнь во Вселенной не только зарождалась, но и развивалась по заранее намеченной траектории. Это становится возможным, если «жизнь» встроена в физические законы Вселенной на уровне гравитационного, электромагнитного и всех других физических взаимодействий. В этом контексте можно говорить, что у Вселенной на «жизнь» есть конкретные планы, что ей отведена своя неповторимая роль и свой «дизайн», согласно которому она должна не только рождаться, но и развиваться. За счет этого дизайна эволюция течет в рамках сложившихся процессов, но когда надо – совершает «прыжок» вопреки естественном ходу вещей, как будто заранее зная, где должна оказаться.

Такие прыжки мы повсеместно видим в естественной природе. Когда сначала наблюдаем за объектом и фиксируем один набор закономерностей, но потом что-то происходит, и объект резко нарушает ранее установленную логику. За примером далеко ходить не надо, вспомните такое явление, как замерзание воды. Мы знаем: если вынести кружку с водой на мороз, то сначала вода будет просто терять тепло, сохраняя свое агрегатное состояние. Сперва мы будем видеть один набор закономерностей. Однако стоит температуре опуститься до 0 градусов, как мы станем свидетелями того, как вода превращается в лед, а ранее установленные закономерности перестают работать. Процесс один – падение температуры, но наборы закономерностей в нем могут быть принципиально разными. Между +1 и 0 разница всего лишь градус, но между свойствами объектов в этих средах будет «прыжок».

Если я прав, и эволюция впечатана в ткань Вселенной как одна из ее физических сил, то ранее описанные парадоксы, нарушающие естественный порядок вещей, вроде той же хиральной специфичности или ДНК, могут быть примерами не случайности, а именно вот таких прыжков. Когда система не просто варится в хаосе, а развивается в рамках установленной физической модели, у нее будут и свои критические пороги, преодолев которые система начнет нарушать прежние закономерности. Для нас, незнакомых с дизайном этой модели, это выглядит как магия, но это не отменяет того, что за ней может скрываться работа физических законов, которых мы просто не понимаем. Ровно в такой же ситуации оказались древние египтяне, которых жрецы держали в подчинении, запугивая силой своих заклинаний. Как можно не бояться тех, кто способен словом вызывать затмение! Но то, что одним казалось магией, для других было астрономией. Жрецы опирались на знания физических законов и поэтому с точностью до минуты могли предсказывать поведение небесных тел, а паства довольствовалась незнанием и могла только открывать рот от удивления, прямо как мы сейчас. Хотя на самом деле мы просто не преодолели свое невежество и не видим физических законов, которые описывают это явление как гарантированное, предопределенное и незыблемое.

Подведем итог.

Если Вселенная запрограммировала условия, в которых неорганическая материя должна была преобразоваться в живую, то эволюция и все ее продукты, в том числе и мы с вами, имеют для Вселенной свой смысл. В этом случае у эволюции есть конкретная цель и мы можем попытаться установить ее. Для этого давайте проанализируем принципы работы биологической эволюции, в особенности ее упорное стремление «усложнять» созданную жизнь.