КОНЦЕПЦИИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЖИЗНИ

Сейчас уже прочитано тысячи последовательностей белков и генов, которые кодируют, и становится ясно: гены - не что иное, как случайные последовательности из четырех нуклеотидов, которые чередуются в разных комбинациях. Лишь в незначительной части эти последовательности "отредактированы" естественным отбором для лучшего выполнения своих функций. Такая корректировка не скрывает явных следов случайного, стохастического возникновения последовательности исходной. Но мог ген, скажем, гемоглобина или цитохрома С возникнуть случайно?

Вообще эта проблема отнюдь не нова. Философы еще в древности интересовались вопросом: возможно возникновение достаточно сложной структуры в результате случайных, стохастических процессов? И все давали отрицательный ответ. Еще Цицерон считал, что случайно брошенных знаков алфавита не могут сложиться "Анналы" Эн-ния. Теперь эту проблему называют "парадоксом миллиона обезьян": за сколько лет миллион обезьян, посаженных за пишущие машинки, напечатают полное собрание сочинений Шекспира или хотя бы одного "Гамлета"? "Обезьяний парадокс" переходит из одного философского трактата в другой: может миллион людей, которые никогда о Шекспире не слышали, написать "Гамлета"? Отсюда недалеко до вопроса: а мог "Гамлета" написать сам Шекспир, если даже миллиону людей это не под силу? И применима вообще теория вероятностей к этой категории явлений?

Я к видите, начал с вопроса о случайности сочетаний знаков в нуклеотидных последовательностях, мы пришли к проблеме философской, что касается коренных тайн мироздания (Б. М. Медников). Еще в 1936 p. М. К. Кольцов писал, что вероятность случайного возникновения полипептида из 17 аминокислотных остатков (гепта-кайдекапептид) равен одной триллионной, и сделал из этого совершенно правильный вывод: гены синтезируются ли не заново, а матричным путем. Но как возникла первая матрица? Хватает ли времени на возникновение первого гена - Протогена - случайным путем, стохастическим перебором нуклеотидов?

Вспомним, что Солнечная система - Солнце со всеми планетами - сформировалась, по последним оценкам, 4600000000 лет назад (плюс-минус 0100000000). Первые следы жизни на Земле имеют возраст более 3800000000 лет. В период становления - а это значительный срок - наша планета явно не годилась для возникновения жизни.

Подобные рассуждения воскрешают гипотезу о внеземном, космическом происхождении жизни.

Гипотеза панспермии еще в XIX в. была выдвинута Сванте Аррениусом, и суть ее можно выразить так: в вечном и бесконечном Вселенной жизнь так же вечное и бесконечное; споры, микроорганизмы - эти зародыши жизни - могут покинуть родную планету и давлением света транспортируются куда угодно - от планеты к планете, от звезды к звезде. У нас к идее панспермии склонялся В. И. Вернадский.

Однако гипотеза довольно слабая. Пусть во Вселенной, хотя бы в одной нашей Галактике, миллионы планет. Исчезающе малую вероятность возникновения жизни (то есть Протогена) на одной из них нужно умножить на такую же малую величину - вероятность благополучного межзвездного перелета. Это только видимость решения проблемы. Кроме того, похоже, что и всей Вселенной не хватает для возникновения жизни. Манфред Эйген подсчитал, что вероятность возникновения одного лишь белка - цитохрома С, состоящий примерно из ста аминокислотных остатков - 10 -130, а во всей Вселенной хватит места только для 10 74 молекул (при условии, что все планеты, звезды и галактики состоят из вариантов молекул цитохрома). Как видим, положение все больше драматизируется. Получается, что все мы живем вопреки теории вероятностей. Нас не должно быть вообще!

Выход из этого положения попытался найти Фрэнсис Крик. В 1982 г.. Он вместе с Л. Орджел издал книгу "Жизнь как она есть, его происхождение и природа". Сначала Крик драматизирует положение. Он исходит из того, что первичный полипептид, кодируемый Протогеном, было 200 аминокислотных остатков, а не 100, как в Эйгена. Тогда вероятность его возникновения десять 260 (это десятичную дробь с двумястами шестьюдесятью нулями после запятой). Далее он напоминает, что и Вселенная в том виде, в каком он есть, не вечен. Большинство космологов сейчас считают, что она продукт "Big Bang" - "Большого взрыва", который разметал все планеты, звезды и галактики, когда сжаты в предельно малом (атомных размеров!) Объеме.

Когда произошел Большой взрыв? Бывшие расчеты по скорости разбегания галактик и энергии реликтового радиоизлучения давали неточные и завышенные величины возраста Вселенной. Теперь она уточнена - по соотношению в звездах радиоактивного тория (период полураспада 14 млрд лет) и стабильного ниобия. Оказалось, что возраст старейших звезд - не выше 11 млрд лет. Значит, для возникновения жизни не хватает не только пространства, но и времени. Ведь Вселенная лишь примерно вдвое старше Солнечной системы.

Крик также склоняется к земного происхождения жизни. Но он физик и потому понимает слабости гипотезы панспермии. Конечно, давление солнечного света может придать споре микроорганизма третью космическую скорость, но он же будет отталкивать от звезды «чужие» микрочастицы. По мильйоннолитни путешествие гены неизбежно разрушатся космическим излучением. Разумеется, споры могут быть экранированы от него, например в метеоритах, но метеорит за большой массы не получит нужного ускорения давлением света. И вероятность того, что спора, ускоренная наугад, долетит до звезды с подходящими планетами, слишком мала. Вероятность, что выстрел вслепую со стратосферного лайнера поразит, например, белку в глаз, намного выше.

Конечно, за большой промежуток времени может произойти и маловероятное событие. Но времени как раз и не хватает. И Крик выдвигает гипотезу направленной, управляемой панспермии. Допустим, пишет он, на какой из многочисленных планет во Вселенной миллиарды лет назад возникла некая сверхцивилизация. Ее носители, убедившись в том, что жизнь - штука редкая, возможно, уникальная, захотят распространить ее как можно шире. С этой целью сверхцивилизация начинает рассылать по всем направлениям, в свою и чужие галактики, автоматические ракетные корабли. Двигаясь со скоростью хотя бы 0,0015% скорости света (около 3 миль / сек), они в среднем за 1000 лет достигнут ближайших систем с планетами и рассеют в их атмосферу пакеты с "пассажирами". Такими пассажирами могут быть лишь замороженные и высушенные микроорганизмы. Они устойчивы к излучениям и перенесут Увеличенное космический перелет. Стойкие они и к огромным ускорений, так что эти гипотетические корабли могут набирать скорость самым экономичным путем - взрывным ускорением в сотни раз. Если условия на поверхности новой планеты окажутся пригодными, начнется стремительное размножение - и последующая эволюция, вплоть до появления человека.

А что значит подходящие условия? Мы знаем микроорганизмы, живущие без кислорода, в горячей серной кислоте, использующие в качестве источника энергии серу и восстановленные металлы. Многие земных бактерий, похоже, прекрасно выживут на Марсе или хотя бы на полюсах Венеры. И Крик вспоминает старый спор между большими физики-ками-атомщиками Энрико Ферми и Лео Сцилард. Сцилард был горячим сторонником надцивилизаций, рассеянных по космосу, и скептик Ферми спросил: "Если их много, почему мы их не видим и не слышим? Где же они?" И Крик полагает, что нашел ответ: "Они - это мы, вернее, мы - их надвиддалени потомки. В будущем мы, возможно, подхватим эту эстафету". (Крик подсчитывает, что даже наши современные космические корабли долетят до туманности Андромеда за 4 млрд лет, корзины от нашей цивилизации не останется даже пороха).

Однако доказательства космического происхождения жизни, выдвинутые Криком и Орджел, немногочисленные и неубедительны. Первый из них - повышенное по сравнению со средней концентрацией для общей массы Земли содержание молибдена в живых организмах. Молибден входит в состав ряда ферментов, например нитрогеназы микроорганизмов, связывают атмосферный азот. Это ключевой фермент, что делает жизнь на Земле возможным. И Крик с Орджел делают вывод: мы все эмигранты из богатой молибденом планеты. Но Морисабуро Эгами показал, что относительные единицы количества (кларки) для живой природы и морской воды по молибденом совпадают. Так что молибденовый след ведет не в космос, а в земной океан.

Второй довод Крика - внезапное возникновение микроорганизмов 3800000000 лет назад. К сожалению, этот довод в равной степени подходит для всех форм жизни, включая человека. Внезапность - артефакт, обусловленный спецификой палеонтологической летописи. Она всегда констатирует широкое распространение формы («торжествующую обыденность»), а не процесс ее становления. Принцип телевидения и первые успешные попытки его применения известны с 20-х pp. XX в., Но археологи будущего найдут первые обломки телевизоров скорее всего в слоях 50-х и ими датируют его внезапное возникновение. А на деле никакой внезапности не было. Но главное не в этом. Самое обидное, что красивая гипотеза Крика не помогает. Даже призвав на помощь все планеты Вселенной, мы лишь незначительно повысим сверхкоротких вероятность возникновения Протогена. С исчезающе малого дроби (10 -260) срежется каких-то пятьдесят нулей после запятой - ни времени, ни места, по-прежнему не хватает. Поэтому, если перефразировать известное выражение Н. Бора, эта гипотеза недостаточно безумна, чтобы быть правильной.

Пожалуй, до конца пошел в этом вопросе лишь астроном и математик Налин Чандра Викрамасингх (Шри-Ланка). Его исходные положения те же: жизнь не может возникнуть случайным путем. Для жизни нужно возникновение около 2000 ферментов - число пробных комбинаций 10 -40000 (сорок тысяч нулей после запятой!). Вывод Викрамасингха: "Скорее ураган, проносится по кладбищу старых самолетов, соберет новехонький суперлайнер из кусков лома, чем в результате случайных процессов возникнет из своих компонентов жизнь". Но происхождение жизни как-то надо объяснить? И Викрамасингх объясняет (или думает, что объясняет, хотя это не то же): "Свои собственные философские предпочтения я отдаю вечной и безграничной Вселенной, в котором каким-то естественным путем возник творец жизни - разум, значительно превосходит наш".

У нас есть выбор. Можно, конечно, согласиться с астрофизиком из Шри-Ланки и на этом покончить с разгадкой происхождения жизни. А можно рассмотреть такую проблему: все статистические выкладки, приводящие к удивительной количества вариантов и, следовательно, к ничтожно малых вероятностей спонтанного возникновения Протогена, правильные. Вот только можно ли их применить? Думаем, что повторить создание «Гамлета» не под силу не только миллиону обезьян, но и миллиону людей с пишущими машинками. Но - последнее риторический вопрос: мог существовать театр, если бы "Гамлет" не был написан? Ведь в бурный елизаветинское века Шекспир мог бы попасть не в "Глобус", а, скажем, в экипаж к Фрэнсису Дрейка и составить свою буйную голову в кругосветных путешествиях "Золотой лани". Ясно, что мы должны театр без шекспировских пьес и не переживали бы по поводу их отсутствия. Потому что нельзя скучать по тем, что не появилось на свет. И М. Эйген со своим примером - цитохромом С, и Ф. Крик с гипотетическим ферментом, и Н. Ч. Викрамасингх в расчетах исходят из того, что есть только один подходящий вариант цитохрома С, по единому варианту каждого фермента и так далее - то есть не будь «Гамлета», и театра не было.

Но это не так. Если вариантов множество (а их практически бесконечность), то и полипептидов, пригодных для работы, например как фермент, так же масс быть практически бесконечное число. Это утверждение допускает экспериментальную проверку. Если мы правы, то полипептиды, в которых аминокислотные остатки чередуются случайным образом (стохастические полимеры), должны проявлять биологическую активность. Как только стохастический полимер смог выявить ферментативную активность при синтезе своей же матрицы - Протогена, возникновение жизни можно было бы считать завершенным. Пусть эти полимеры работали хуже современных ферментов - не так эффективно и специфично. Но на то и отбор, чтобы корректировать их последовательности, совершенствуя функции.

Вот хороший пример: есть целая группа ферментов - сериновые протеазы, которые расщепляют белки по амидными связями. Установлено, что активность их определяется наличием в последовательности тройки: серин-гистидин-аспартат - только тогда белок ускоряет расщепление (реакцию протеолиза) в 10 миллиардов раз против контроля. Если же мы будем забирать из последовательности сначала серин, потом гистидин, потом аспартат, активность соответственно будет снижаться в 2x106, 2x106? 3x104 раз. Но и без магической тройки она не исчезнет, а не будет нулевой. Отсюда следует, что при достаточно большой и разнообразной совокупности случайно синтезированных полимеров можно найти такие, которые смогут выполнять функцию любого белка, например фермента.

Такие опыты уже были поставлены. Американский исследователь X. С. Фокс смешивал сухие аминокислоты и нагревал их до 200 ° С; в результате получались полипептиды - цепочки из аминокислотных остатков, которые практически не отличаются от белков малой молекулярной массы. Мономеры в этих полимерах были распределены совершенно случайно, и в этой смеси вряд ли можно было найти две одинаковые молекулы. Очевидно, такие соединения - протеиноидов - легко возникали на начальном этапе существования Земли, например на склонах вулканов. X. С. Фокс и его сотрудник Л. Бахадур проверили, может ли смесь протеиноидов работать как фермент. Выяснилось, что она проявляла активность, имитирующую функцию ферментов пирофосфатазы, каталазы, АТФазы.

Другие исследователи, многократно проверив опыты Фокса, пришли к выводу, что подобная смесь может имитировать функцию практически любого фермента. Возможно, что протеиноидов катализировали синтез первых генов - матриц, на которых синтезировались уже настоящие белки, но тоже со случайными последовательностями. Как только среди них нашлась одна, способная ускорить синтез и репликацию своей матрицы - нуклеиновой кислоты, чрезвычайно трудная проблема происхождения жизни была решена. Для этого не требовалось надастрономичного числа Вселенных и вмешательства сверхразума. В опытах Фокса участвовало не 10 двести тридцать молекул, а существенно меньше - 10 двадцать-три - то есть меньше одного моля, как говорят химики. Для возникновения жизни вполне хватило бы случайных химических реакций в достаточно большой грязной луже, подобной той, которую воспел Н.В.Гоголь в "Миргороде".

Опровергнуть эту концепцию можно, посетив несколько планет земного типа из других звездных систем. Вполне можно найти на некоторых из них, хотя бы на одной, жизнь. Вот если тамошние гены и кодируемые ими белки будут гомологичные генам и белкам земных организмов, можно принять идею Творца. Пока это не грозит: мы знаем, что и на Земле и тот же ген ни возникал дважды, как было написано дважды любое литературное произведение, тот же "Гамлет".

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >