Но это все гипотетически. Джулиус Ребек (Julius Rebek) и его коллеги из института Скриппса в Калифорнии сделали это реальностью. Они исследовали некоторые замечательные примеры автокатализа в реальной химии. В одном из их примеров Z была трехкислотным сложным эфиром аминоаденозина (AATE), A была аминоаденозином, B была пентафторфенил эфиром, и реакция происходила не в воде, а в хлороформе. Само собой разумеется, ни эти специфические химические детали, ни длинные названия, конечно, помнить не обязательно. Важно то, что продукт химической реакции является своим собственным катализатором. Первая молекула AATE сформировалась с трудом, но, будучи однажды сформированной, немедленно запустила цепную реакцию, так как все больше синтезировалось самой AATE, служащей своим собственным катализатором. Словно этого было не достаточно, этот ряд блестящих экспериментов продолжал демонстрировать истинную наследственность в определенном здесь смысле. Ребек и его команда обнаружили систему, в которой существовал больше чем один вариант автокатализируемого вещества. Каждый вариант катализировал свой синтез, используя свой предпочитаемый тип одного из компонентов. Это повысило перспективы истинной конкуренции в популяции образований, демонстрируя настоящую наследственность и поучительную зачаточную форму дарвиновского отбора.
Химия Ребека очень искусственна. Однако его сообщения красиво иллюстрируют принцип автокатализа, согласно которому продукт химической реакции служит своим собственным катализатором. Это – что-то вроде автокатализа, который необходим для возникновения жизни. Могла ли РНК, или нечто похожее на РНК, в условиях ранней Земли автокатализировать свой собственный синтез в стиле Ребека, и в воде, а не в хлороформе?
Проблема трудноразрешима, как объяснил немецкий Нобелевский лауреат в области химии Манфред Эйген (Manfred Eigen). Он указал, что любой процесс саморепликации подвергается вырождению в результате ошибок копирования – мутаций. Вообразите популяцию реплицирующихся единиц, у которых есть высокая вероятность ошибки в каждом случае копирования. Если закодированное сообщение должно противостоять разрушительному действию мутации, то по крайней мере один член популяции в любом поколении должен быть идентичным своему родителю. Если, например, есть десять кодовых единиц ("букв") в цепи РНК, средняя доля ошибок на одну букву должна быть меньше, чем одна десятая: мы можем тогда ожидать, что по крайней мере у некоторых членов следующего поколения будет полный комплект из десяти правильных букв кода. Но если процент ошибок больше, произойдет неумолимое вырождение в течение поколений из-за одних лишь мутаций, независимо от того, насколько сильно давление отбора. Это называют катастрофой ошибок. Катастрофы ошибок в геномах составляют главную тему интересной книги Марка Ридли "Демон Менделя", но нас в данный момент интересует катастрофа ошибок, которая угрожала происхождению самой жизни.
Короткие цепочки РНК и даже ДНК могут спонтанно самореплицироваться без ферментов. Но доля ошибок тогда намного выше, чем в присутствии ферментов. И это означает, что, прежде чем образовался бы ген достаточной длины, создающий белок для действующего фермента, растущий ген был бы разрушен мутацией. Это - Загвоздка-22 происхождения жизни. . Ген, достаточно большой, чтобы закодировать фермент, был бы слишком большим, чтобы быть точно реплицированным без помощи фермента того самого типа, который он пытается кодировать. Таким образом, очевидно, система не может начать работать. Решением Уловки-22, которое предлагает Эйген, является теория гиперцикла. Она использует старый принцип – разделяй и властвуй. Закодированная информация разделена на субъединицы, достаточно маленькие, чтобы лежать ниже порога катастрофы ошибок. Каждая субъединица - сама по себе минирепликатор, и она достаточно небольшая, чтобы по крайней мере одна ее копия выжила в каждом поколении. Все субъединицы сотрудничают в реализации некоторой важной большей функции, достаточно большой, чтобы страдать от катастрофы ошибок, если бы она катализировалась единственной крупной химической молекулой, а не была подразделена.
Как я уже описал теорию, существует опасность, что система в целом будет нестабильна из-за того, что некоторые субъединицы будут самореплицироваться быстрее других. Здесь вступает хитрая часть теории. Каждая субъединица процветает в присутствии других. Конкретнее, производство каждой катализируется присутствием другой, так что они формируют цикл взаимозависимости: "гиперцикл". Это автоматически препятствует тому, чтобы любой из элементов вырвался вперед. Он не может этого сделать, поскольку сам зависит от предшественника в гиперцикле.
