Случайность и необходимость - Жак Моно

1) образование на Земле основных химических компонентов живых существ: нуклеотидов и аминокислот;

2) образование из этих материалов первых макромолекул, способных к репликации;

3) эволюция, которая привела к созданию вокруг этих «репликативных структур» телеономического аппарата и, как следствие, появлению примитивной клетки.

Интерпретация каждого из этих этапов ставит перед нами разные проблемы.

Первая стадия, часто называемая «пребиотической», вполне доступна для теоретического и даже экспериментального изучения. Хотя некоторая неопределенность остается и, несомненно, будет сохраняться в отношении путей, по которым на самом деле шла пребиотическая химическая эволюция, общая картина представляется довольно ясной. Четыре миллиарда лет назад атмосферные условия и те, что преобладали на поверхности Земли, благоприятствовали накоплению некоторых простых углеродных соединений, таких как метан. Также имелись вода и аммиак. Из этих простых соединений в присутствии небиологических катализаторов довольно легко получить многочисленные более сложные соединения, среди которых фигурируют некоторые аминокислоты и некоторые предшественники нуклеотидов (азотистые основания, сахара). Весьма примечательно, что при определенных, но вполне вероятных условиях эти синтезы дают очень высокий процент соединений, идентичных или аналогичных тем, что входят в состав современной клетки.

Посему можно считать доказанным, что в определенный момент истории Земли некоторые водные массы могли содержать в растворе высокие концентрации основных компонентов двух классов биологических макромолекул – нуклеиновых кислот и белков. В этом пребиотическом «супе» могли образоваться различные макромолекулы путем полимеризации их предшественников, аминокислот и нуклеотидов. При воссоздании в лаборатории «правдоподобных» условий действительно были получены некоторые полипептиды и полинуклеотиды, сходные по общей структуре с «современными» макромолекулами.

До сих пор – никаких серьезных трудностей. Но еще не сделан решающий шаг от первой стадии ко второй: образование макромолекул, способных в условиях первичного бульона осуществлять собственную репликацию без помощи какого-либо телеономического аппарата. И эта проблема не кажется непреодолимой. Было продемонстрировано, что полинуклеотидная последовательность способна управлять, путем самопроизвольного спаривания оснований, синтезом элементов комплементарной последовательности. Разумеется, такой механизм был крайне неэффективным и подверженным бесчисленным ошибкам. Но как только он вступил в игру, начали действовать три фундаментальных процесса: репликация, мутация и отбор. В результате макромолекулы, благодаря своей последовательности наиболее приспособленные к самопроизвольной репликации, получили выраженное преимущество[60].

Третьим шагом, согласно нашей гипотезе, было постепенное формирование телеономических систем, которым предстояло построить вокруг репликативных структур организм, примитивную клетку. Именно здесь человек достигает подлинного «звукового барьера», ибо мы понятия не имеем, каковой могла быть ее структура. Простейшая из известных нам живых систем – бактериальная клетка, крошечный, но чрезвычайно сложный и эффективный механизм, – достигла своего нынешнего состояния совершенства около одного миллиарда лет назад. Ее общая химия ничем не отличается от химии всех других живых существ. Она использует тот же генетический код и тот же механизм трансляции, что и, например, человеческие клетки.

Таким образом, в простейших клетках, доступных нам для изучения, нет ничего «примитивного». Отбор, действовавший на протяжении пятисот или тысячи миллиардов поколений, снабдил их телеономическим аппаратом настолько мощным, что от подлинно примитивных структур не осталось и следа. Реконструировать такую эволюцию без помощи окаменелостей невозможно. Тем не менее мы можем, по крайней мере попытаться, предложить правдоподобную гипотезу относительно того пути, по которому эта эволюция шла, и той точки, где она началась.

Развитие метаболической системы, которая по мере истощения первичного бульона должна была «научиться» мобилизовывать химический потенциал и синтезировать клеточные компоненты, ставит перед нами сложнейшие вопросы. Равно как и появление избирательно проницаемой мембраны, без которой не может быть жизнеспособной клетки. Но главная проблема заключается в истоках генетического кода и механизма его трансляции. Впрочем, в данном случае вернее говорить не о проблеме, а о подлинной тайне.

Тайна происхождения кода

Код не имеет смысла, если он не транслируется. Трансляционная система современной клетки состоит по меньшей мере из пятидесяти макромолекулярных компонентов, которые, в свою очередь, закодированы в ДНК: иными словами, код не может быть транслирован иначе как продуктами трансляции. Это современное выражение гарвеевского omne vivum ex ovo – «все живое из яйца». Когда и как этот круг замкнулся? Представить это чрезвычайно трудно. Однако тот факт, что код расшифрован и считается универсальным, по крайней мере позволяет сформулировать проблему более четко. Можно предложить два (незначительно упрощенных) варианта:

а) структуру кода объясняют химические или точнее стереохимические свойства; если для представления той или иной аминокислоты был «выбран» данный конкретный код, значит, между ними существовало определенное стереохимическое сродство;

б) структура кода химически произвольна: код, каким мы знаем его сегодня, есть результат постепенно обогащавшего его случайного выбора.

Первая из этих гипотез кажется гораздо более привлекательной. Во-первых, она объясняет универсальность кода. Во-вторых, она позволяет представить примитивный механизм трансляции, в рамках которого последовательное выстраивание аминокислот с образованием полипептида обусловлено прямым взаимодействием между аминокислотами и самой репликативной структурой. Наконец – и это самое важное – эта гипотеза, если она верна, в принципе поддается верификации. Многочисленные попытки проверить ее действительно предпринимались, однако на сегодняшний день большинство из них дали отрицательный результат[61].

Возможно, нам еще предстоит услышать последнее слово на этот счет. В ожидании маловероятного подтверждения первой гипотезы мы переходим ко второй. Хотя вторая гипотеза представляется малопривлекательной с методологической точки зрения, это отнюдь не означает, что она ошибочна. Ее непривлекательность обусловлена и другими причинами. Она не объясняет универсальности кода. Мы вынуждены предположить, что из множества вариантов усовершенствования выжил только один. Само по себе это имеет смысл, но не дает нам никакой модели примитивной трансляции. В итоге было выдвинуто множество весьма любопытных и оригинальных гипотез: поле для спекуляций обширно – слишком обширно.

Таким образом, загадка остается, скрывая ответ на второй важный вопрос. Жизнь появилась на Земле: каковы были изначальные шансы, что это произойдет? Нынешняя структура биосферы отнюдь не исключает возможности того, что решающее событие произошло только один раз. Это означает, что его априорная вероятность практически равна нулю.

Данная мысль противна большинству ученых. Об уникальном событии наука не может сказать ничего. Она может «рассуждать» только о событиях, составляющих класс – событиях, априорная вероятность которых, какой бы низкой она ни была, поддается определению. Биосфера, напротив, в силу самой универсальности своих структур, начиная с генетического кода, кажется продуктом события уникального. Разумеется, не исключено, что ее единообразный характер есть результат исключения посредством отбора многих других попыток или вариантов. Но ничто не подтверждает такое толкование.

Среди всех возможных событий во вселенной априорная вероятность любого из них близка к нулю. Однако вселенная существует; следовательно, в ней должны происходить события, вероятность которых (до этих событий) была бесконечно мала. В настоящее время у нас нет убедительных оснований ни утверждать, ни отрицать, что