У нас нет свидетельств о том, с чего началась жизнь, но мы прекрасно знаем,
Описывая «маленький теплый пруд», Дарвин предположил, что таким отправным событием могло стать образование белка. Эта идея оказалась менее плодотворной, чем другие его построения. Я ни в коем случае не хочу отрицать необходимость белков для жизни. Мы узнали в главе 8, что белки способны принимать трехмерную форму, точно заданную одномерной последовательностью их мономеров — аминокислот. Также мы обсудили, что эта способность позволяет им с огромной избирательностью служить катализаторами химических реакций, причем повышение скорости некоторых реакций достигает двенадцати порядков. Именно невероятная специфичность ферментов лежит в основе биохимии, а диапазон форм, которые могут принимать белки, близок к бесконечности. Именно в этом заключается неоценимое достоинство белков, и Дарвин верно указал на них. Однако есть задача, с которой белки справляются очень плохо, и это ускользнуло от внимания Дарвина: они безнадежны с точки зрения репликации. Они не способны к самовоспроизведению. Это значит, что возникновение белков не могло стать отправной точкой эволюции. А что же могло?
Из известных нам молекул лучше всего реплицируется молекула ДНК. Белки — прекрасные ферменты, но дурные репликаторы. ДНК — наоборот. Она не может сворачиваться в сложные пространственные структуры и, следовательно, не может функционировать как фермент. Вместо этого молекулы ДНК поддерживают линейную, открытую форму, что делает их идеальными репликаторами и хранителями аминокислотных последовательностей. Белки, наоборот, поддерживают «закрытые» конформации и не экспонируют информацию, содержащуюся в их последовательности: она не может быть скопирована или «прочитана». Информация о последовательности недоступна: она спрятана глубоко внутри свернутого в трехмерную структуру белка. В ДНК, напротив, информация о последовательности легко доступна и поэтому может использоваться как шаблон при синтезе.
В вопросе о зарождении жизни есть своя «уловка-22»: ДНК способна к репликации, но для этого требуется присутствие катализаторов. Белки могут катализировать процесс образования молекул ДНК, но чтобы синтезировать сам белок, необходимо воспользоваться информацией о последовательности аминокислот, которая закодирована ДНК. Как же молекулам юной Земли удалось вырваться из этого порочного круга и запустить естественный отбор? На сцене пора появиться РНК.
Рибонуклеиновая кислота (РНК) принадлежит к тому же семейству биополимеров, что и ДНК — к полинуклеотидам. Молекулы РНК имеют свой аналог генетического кода ДНК, также из четырех «букв», и переносят в клетках информацию от ДНК к местам ее непосредственного использования. ДНК служит шаблоном для построения последовательности РНК. Белки, в свою очередь, синтезируются по шаблону РНК, а не ДНК. У некоторых вирусов, кстати, ДНК нет вообще. Роль генетической молекулы, переносящей информацию из поколения в поколение, у них полностью берет на себя РНК.
И вот он — ключевой момент теории «мира РНК». Помимо вытягивания в цепочку, позволяющую репликацию и передачу генетической информации, молекулы РНК способны (как магнитное ожерелье из главы 8) сами свертываться в трехмерные структуры, имеющие ферментативную активность. РНК-ферменты — рибозимы — существуют. Они не так эффективны, как белковые ферменты, однако они работают. Сторонники теории «мира РНК» считают, что РНК была достаточно эффективным репликатором и удерживала позицию до появления белков, чтобы проиграть только появившимся в процессе эволюции молекулам ДНК.
Теория «мира РНК» кажется мне вполне правдоподобной. Более того, я предполагаю, что в ближайшие несколько десятилетий вероятно полное воспроизведение в лаборатории событий, запустивших четыре миллиарда лет назад механизм естественного отбора. В этом направлении уже предпринято несколько воодушевляющих шагов.
