Аналогия - Медников Борис Михайлович (электронные книги бесплатно TXT) 📗
Естественно было связать повышенную помехоустойчивость с термодинамической устойчивостью символа. Последняя величина измеряется энергией резонанса — той энергией, которая потребна для изменения структуры вещества. В ряду У, Ц, Г, А эта величина соответственно 1.92, 2.22, 3.84, 3.89 (ккал/моль). Аденин наиболее устойчив, именно потому он легко полимеризуется в опытах (и, вероятно, на первозданной Земле) из цианистого водорода и потому входит в состав АТФ — универсального аккумулятора энергии в биологических системах.
А. Л. Мазин предположил, что в ходе эволюции вместе с усложнением структур шло параллельное повышение помехоустойчивости информационного канала ген-белок. А это означало обогащение мРНК пуринами (и смысловой цепи ДНК — пиримидинами). Отбор мутаций, следовательно, идет и на уровне гена — такой вывод он сделал, проанализировав на ЭВМ 64 белка — цитохрома С.
Справедлива ли эта гипотеза? Мне, конечно, приятно, что Александр Львович вспомнил через 17 лет о работе, которую я и сам за другими делами давно забыл. Но, увы, если это правда, то не вся правда. Вспомним, что у высших организмов белок кодирует лишь ничтожная доля ДНК — а тот же Мазин показал, что наиболее сблочены, наиболее отличаются от стохастических как раз те части генома, кои сейчас именуют лишними, ненужными и эгоистичными.
Могу лишь предположить, что помехоустойчивость этих текстов не менее, если не более важна для организма. Некодирующие белок последовательности также должны быть прочтены — на уровне ДНК или РНК — узнающими их структурами, скорее всего, регуляторными белками.
А в результате мы опять приходим к выводу об аналогии между лингвистической и генетической информациями. И в том и в другом случае помехоустойчивость каналов возрастает ценой снижения информационной значимости сигнала. Принцип одинаков, хотя в одном случае информацию считывает рибосома, а в другом — человеческая гортань. Гены просто сохранили больше следов своего случайного, стохастического возникновения.
На этом можно бы и кончить главу: определением гена, как стохастической, возникшей в результате случайного перебора последовательности, лишь в незначительной степени отредактированной отбором. Но мог ли ген того же глобина или цитохрома С возникнуть случайно? И мы приходим к новому «проклятому вопросу» современной биологии, который называется:
Парадокс миллиона обезьян. Вообще-то эта проблема отнюдь не нова. Философы еще в древности задавались вопросом: возможно ли возникновение достаточно сложной структуры, описываемой большим объемом информации, в результате случайных, стохастических процессов? И все давали отрицательный ответ. Еще Цицерон полагал, что из случайно брошенных знаков алфавита не могут сложиться «Анналы» Энния. Через полторы тысячи лет ему вторит Жан-Жак Руссо: «Если мне скажут, что случайно рассыпавшийся типографский шрифт сложился в „Энеиду“, я и шагу не сделаю, чтобы проверить эту ложь».
Теперь эту проблему называют «парадоксом миллиона обезьян». За сколько лет миллион обезьян, посаженных за пишущие машинки, напечатают полное собрание сочинений Шекспира, или хотя бы одного «Гамлета»?
«Обезьяний парадокс» переходит из одного философского трактата в другой. Странно, что никто не задался вопросом: может ли миллион людей, никогда о Шекспире не слыхавших, напечатать «Гамлета»? Отсюда недолго дойти до вопроса: а мог ли «Гамлета» написать сам Шекспир, если даже миллиону людей это не под силу? И применима ли вообще теория вероятности к этой категории явлений?
Как видите, начав с вопроса о корреляциях между знаками в нуклеотидных последовательностях, мы пришли к проблеме философской, если хотите, гносеологической, затрагивающей коренные тайны мироздания.
Еще в 1936 году Н. К. Кольцов писал, что вероятность случайного возникновения полипептида из 17 аминокислотных остатков (гептакайдекапептида) равна одной триллионной, и сделал из этого совершенно правильный вывод — гены синтезируются не заново, а матричным путем. Но как возникла первая матрица? Как говорила фонвизинская госпожа Простакова: «Один учился, другой учился — да первоет портной у кого учился?»
Хватает ли времени на возникновение первого гена — протогена — случайным путем, стохастическим перебором нуклеотидов? Напомню, что солнечная система, Солнце со всеми планетами, сформировалась по самым последним оценкам 4,6 млрд. лет назад (плюс-минус 0,1 млрд.). Первые следы жизни на Земле имеют возраст более 3,8 млрд. лет. Добавлю и то, что значительный срок наша планета явно не годилась для возникновения жизни.
Подобные соображения время от времени воскрешают гипотезу о внеземном, космическом происхождении жизни. Эта гипотеза (панспермии) была еще в прошлом веке выдвинута Сванте Аррениусом, и суть ее можно выразить так: в вечной и бесконечной Вселенной жизнь так же вечна и бесконечна. Споры, зародыши жизни, микроорганизмы могут покинуть родную планету и давлением света транспортироваться бог весть куда — от планеты к планете, от звезды к звезде. У нас к идее панспермии склонялся В. И. Вернадский.
Мне эта гипотеза не очень нравится. Пусть во Вселенной, хотя бы в одной нашей Галактике, миллионы планет. Исчезающе малую вероятность возникновения жизни (т. е. протогена) на одной из них нужно умножить на столь же малую величину — вероятность благополучного межзвездного перелета. Это только видимость решения проблемы. Кроме того, похоже, что и Вселенной не хватает для возникновения жизни. Манфред Эйген подсчитал, что вероятность возникновения одного лишь белка — цитохрома С, состоящего примерно из ста аминокислотных остатков, равна 10-130, а во всей Вселенной хватает места лишь для 1074 молекул (при условии, что все планеты, звезды и галактики состоят из вариантов молекул цитохрома).
Как мы видим, положение все более драматизируется. Получается, что все мы живем вопреки теории вероятности, непрописанными во Вселенной. Нас не должно быть вообще!
Выход из сложившегося положения попытался найти Френсис Крик, о котором я уже писал по другому поводу в предыдущей главе. В 1982 году он издал книгу «Жизнь, как она есть, ее происхождение и природа». К сожалению, на русский язык она не переведена, хотя я горячо рекомендовал ее для этого. И не потому, что разделяю его фантастическую гипотезу — как раз наоборот. По иронии судьбы я уже второй раз в этих очерках дискутирую с человеком — живым классиком молекулярной биологии, перед которым всегда преклонялся и преклоняюсь. Но «Amicus Plato sed magis amici veritas» — «Платон мне друг, но истина дороже». О чем же говорится в этой книге?
Сначала Крик драматизирует положение. Он исходит из того, что первичный полипептид, кодируемый протогеном, имел 200 аминокислотных остатков, а не 100, как у Эйгена. Тогда вероятность его возникновения 10-260 (это десятичная дробь с двумястами шестьюдесятью нулями после запятой). Далее, он напоминает, что и Вселенная, в том виде, в каком она есть, не вечна. Большинство космологов сейчас считает, что она продукт «Big Band» — «Большого взрыва», разметавшего все планеты, звезды и галактики, прежде сжатые в предельно малом (атомных размеров!) объеме.
Когда произошел Большой взрыв? Прежние расчеты по скорости разбегания галактик и энергии реликтового радиоизлучения давали неточные и завышенные величины возраста Вселенной. Теперь он уточнен — по соотношению в звездах радиоактивного тория (период полураспада 14 млрд. лет) и стабильного неодима. Оказалось, что возраст самых старых звезд — не выше 11 млрд. лет. Значит, для возникновения жизни не хватает не только пространства, но и времени. Ведь Вселенная лишь вдвое старше солнечной системы.
Крик тоже склоняется к неземному происхождению жизни. Но он физик и потому понимает слабости гипотезы панспермии. Конечно, давление солнечного света может придать споре микроорганизма третью космическую скорость — но оно же будет отталкивать от звезды «чужие» микрочастицы. За миллионолетние странствования гены неизбежно будут разрушены космическим излучением. Разумеется, споры могут быть экранированы от него, например, в метеоритах — но метеорит из-за большой массы не получит нужного ускорения давлением света. Да и вероятность того, что спора, ускоренная наугад, долетит до звезды с подходящими планетами, чересчур уж мала. Вероятность того, что выстрел вслепую со стратосферного лайнера поразит, например, белку в глаз, намного выше. Конечно, за большой промежуток времени может произойти и маловероятное событие. Но времени-то у нас как раз и не хватает.
