Вначале была РНК? В поисках молекулы первожизни
Кандидат биологических наук С. ГРИГОРОВИЧ.
Когда человек приобрел разум, а с ним и способность к абстрактному мышлению, он стал пленником непреодолимой потребности все объяснить. Резкое отличие живого, растущего, от мертвого, неподвижного, слишком бросалось в глаза, чтобы его можно было проигнорировать.
ГИПОТЕЗЫ, ГИПОТЕЗЫ, ГИПОТЕЗЫ …Как видим, теория РНК-мира пока полна противоречий и неясностей. Многие из них, безусловно, будут разрешены в рамках "классической" гипотезы, подразумевающей, что у истоков жизни стояла РНК, какой мы ее знаем в современном виде. Однако, учитывая все сложности на пути синтеза олигонуклеотидов, изложенные выше, можно понять Фреда Хойла, известного британского астрофизика и писателя, утверждавшего, что теория РНК-мира "столь же нелепа, как и предположение о возможности сборки "Боинга 747" ураганом, пронесшимся над мусорной свалкой".
В довершение всех проблем сторонников этой теории повергли в уныние свидетельства археологов и палеонтологов, обнаруживших остатки первых примитивных клеток в слоях, относящихся к периодам от 3,5 до 3,8 млрд лет тому назад. В то же время, считают, что жизнь не могла зародиться раньше, чем 4 млрд лет назад, так как до того времени Земля интенсивно "обстреливалась" метеоритами и кометами. По более радикальным данным, "обстрел" закончился еще позже - как раз около 3,8 млрд лет назад. Таким образом, времени для развития доклеточного мира практически не оставалось. С этим уже согласились видные сторонники и основатели гипотезы РНК-мира Томас Чек и Лесли Оргел.
Чтобы как-то разрешить все противоречия, многие ученые начинают склоняться к идее, что вместо относительно сложных азотистых оснований, присущих современным нуклеиновым кислотам, их предшественницы могли использовать слегка измененные варианты молекул, более склонные к реакциям нематричного синтеза. Некоторые из них, например аминогуано зин, способны без помощи ферментов объединяться в цепочки длиной до 20 нуклеотидов, что недостижимо при использовании обычного гуанозина. Более того, прототипы современных азотистых оснований могли быть и вовсе не циклическими молекулами, что упростило бы их синтез, взаимодействие с рибозой, а также, возможно, снизило бы их способность к угнетению первых появившихся "прото-рибозимов".
Существуют также экспериментальные данные о том, что древние проторибозимы могли состоять не из четырех, а всего из двух типов нуклеотидов, что значительно повысило бы вероятность их спонтанного образования и, следовательно, сократило бы время, необходимое для перехода доклеточного мира в клеточный.
Наконец, никто пока не может опровергнуть возможность занесения первых молекул жизни на Землю из космоса. Эта довольно популярная сейчас теория панспермии утверждает, что жизнь разносится по Вселенной в виде "спор". Ими можно считать органические соединения, иногда достаточно сложного строения, следы которых найдены в упавших на Землю метеоритах. По данным астрофизиков, органические вещества в значительных количествах существуют в газово-пылевых облаках и космической пыли, которая постоянно захватывается Землей.
Несмотря на высокую популярность идеи РНК-мира, сторонники белковой теории также не сдают свои позиции. Модифицировав представления Опарина, они утверждают, что короткие цепи из аминокислот (олигопептиды) могли синтезироваться с помощью РНК уже на ранних этапах РНК-мира (как мы видели, аминокислоты с легкостью образовывались в экспериментах Миллера и последователей). При этом такие олигопептиды могли принимать участие в катализе или защите и концентрировании первых рибозимов (например, путем упаковки их внутрь коацерватов). На практике было также показано, что пептидная (читай - белковая) цепь может служить заменителем сахарофосфатного остова в нуклеиновых кислотах. Подобные гипотезы намечают возможный способ перехода от мира РНК к миру белков и далее, к прото-клеточной эволюции.
Еще одна интересная и перспективная гипотеза состоит в том, что жизнь зарождалась вблизи выбросов горячих вулканических вод, где из-за температуры и наличия больших концентраций биогенных молекул реакции образования биомолекул могли происходить с более высокой скоростью (см. "Наука и жизнь" № 6, 2003 г. - Ред.). Кроме того, большие перепады температуры могли облегчать процессы матричного синтеза нуклеиновых кислот. Высокие температуры (вблизи источника) способствовали распаду двухнитчатых нуклеиновых кислот на однонитчатые, на которых вдали от источника (при понижении температуры) мог происходить следующий цикл синтеза. Такой сценарий напоминает разработанную в середине 80-х годов прошлого века технологию многократного копирования нуклеиновых кислот, названную полимеразной цепной реакцией (ПЦР). Возможно, человек просто повторил то, что Природа изобрела миллиарды лет назад?
В этой статье мы оставили за рамками вопрос возникновения другого носителя генетической информации - молекулы ДНК. Сейчас господствующей остается гипотеза более позднего возникновения ДНК, которая вытеснила РНК, зарекомендовав себя более надежным хранилищем генетической информации. Однако самые последние исследования показывают, что однонитчатая ДНК может служить даже лучшим ферментом, чем РНК. При этом, как мы уже знаем, ДНК гораздо более устойчива во внешней среде, что дает ей немалое преимущество. Кто знает, может быть, через несколько витков двойной спирали истории ДНК-мир, отвергнутый после открытия рибозимов, вновь отвоюет свои позиции.
По мере накопления знаний и развития методов исследования современные гипотезы и теории будут сменяться более правдоподобными и обоснованными. Однако на данном этапе развития науки кажется маловероятным, чтобы человечество смогло когда-либо окончательно разрешить эту тайну тайн. Несомненным остается лишь то, что человек никогда не отступится от ее разгадки. Ведь способность к познанию и изменению мира - та самая главная "мутация", которая движет одним из видов приматов последний миллион лет, подчиняя его воле всех бывших "родственников" и позволяя надменно именоваться "Царем Природы".
Читайте в любое время
