Основа жизни

Мы привыкли к словосочетанию «генетическая информация», забыли даже, что ввел его в научный обиход Э. Шредингер в середине 40-х годов [18]. В своей книге «Что такое жизнь с точки зрения физика?» он опирался на работу Н. В. Тимофеева-Ресовского, К. Г. Циммера и М. Дельбрюка «О природе генных мутаций и структуре гена», увидевшую свет в Германии в 1935 г. [19]. Это произошло вскоре после того, как Г. Меллер, ученик Т. Моргана, впервые показал, что гены не только воспроизводят себя и изменяются (мутируют), но что можно повлиять на час­тоту их мутирования, например, повышением температуры или действием ионизирующих излучений [20].

В 1928 г. Меллер [21] в статье «Ген как основа жизни» по­казал, что именно гены (образования неизвестной тогда приро­ды), способные к ауто- и гетерокатализу, положили начало фе­номену жизни на нашей планете. «Ясно, что, став на эту точку зрения, мы избегаем логических трудностей, связанных с проис­хождением современной протоплазмы, с ее взаимодействием час­тей, действующих совместно в направлении продолжения роста и точного воспроизведения целого. Система эта образовалась, так же как и сложная макроскопическая форма высших расте­ний и животных,... постепенно, шаг за шагом, каждый из ко­торых проверялся по мере того, как в первичных аутокаталитических генах мутация следовала за мутацией. В этом процессе преимущественно выживали, размножались и вновь мутировали лишь те гены, побочные продукты которых оказывались наибо­лее полезными для дальнейшего воспроизведения... Согласно этому взгляду, который, по-видимому, наилучшим образом выдерживает проверку исчерпывающим анализом, по крайней мере значительная часть протоплазмы явилась вначале лишь побоч­ным продуктом активности генного вещества; ее функция... за­ключается лишь в питании генов; первичные же, свойственные всякой жизни, тайны скрыты глубже, в самом генном вещест­ве... Мутабильного типа структуры в генном веществе несо­мненно претерпели в процессе эволюции глубокие изменения и подверглись усложнениям, а под их влиянием, конечно, эволю­ционировала и протоплазма, но другие структуры – те черты строения гена, которые ответственны за его первичное свойство аутокатализа – должны быть еще и сейчас такими же, какими они были в незапамятные времена, когда зеленая тина еще не окаймляла берегов морей».

Всего через 20 с небольшим лет после этой публикации было установлено, что гены представляют собой отдельные участки молекулы ДНК, размножающиеся путем комплементарного при­страивания друг к другу четырех видов нуклеотидов; гены му­тируют, когда происходят ошибки в этом процессе; они управ­ляют синтезом разного рода белков, составляющих протоплазму, переключаясь время от времени с аутокатализа (построения соб­ственных копий) на гетерокатализ (построение инородных моле­кул) путем синтеза РНК и, с ее помощью, молекул белка.

Сейчас все это хорошо известные процессы. Можно ли про­водить аналогии между свойствами живых клеток и, например, кристаллов? Рост и размножение кристаллов основаны на при­соединении к исходной «затравке» все новых, точно таких же молекул из раствора. Вероятность этого равновесного процесса зависит от температуры и концентрации раствора. Размножение вирусной частицы также зависит от условий окружающей сре­ды. Но вирусы, как и все живые организмы, – открытые систе­мы и с большей эффективностью используют окружающую сре­ду для выживания и размножения. Это касается, например, по­иска клетки-хозяина и размножения в ней. Прикрепившись к поверхности живой клетки, вирус с помощью специального бел­кового устройства впрыскивает в нее свою молекулу ДНК или РНК, содержащую его гены. Гены вируса не только воспроиз­водят себя, используя синтезируемые зараженной клеткой «кир­пичики», но также заставляют эту клетку создавать новые, не свойственные ей белковые молекулы, которые, окружая готовые генетические структуры новых вирусных частиц, создают белко­вую оболочку вируса, приспособленную для осуществления сле­дующего цикла – заражения других клеток и размножения в них.

Все теории происхождения жизни вращаются вокруг попыток ответить на вопрос: как возникла ДНК и та информация, кото­рая записана в ней [17]?