А. КЕРНС-СМИТ - Первыми организмами могли быть кристаллы глины
ГИПОТЕТИЧЕСКОЕ ЭВОЛЮЦИОННОЕ ДРЕВО: таким оно получилось в результате использования метода, согласно которому разветвление и вымирание отдельных ветвей происходят случайным образом. Оно очень схоже с другими древами такого рода тем, что все ныне существующие виды (показаны наверху стрелками) происходят из предковой точки ветвления, находящейся на некотором расстоянии от корня древа. (По мере роста древа такие точки ветвления могут переходить лишь на более высокий уровень.) Реально эволюция также идет путем ветвления и вымирания, поэтому неудивительно, что все организмы, существующие сегодня на Земле, вероятно, имеют относительно высоко развитого общего предка. Во всех ныне живущих организмах работает сложная молекулярная «машина», но из этого вовсе не следует, что такая же «машина» была характерна и для самых первых организмов.
Можно усомниться поэтому, что аминокислоты, которые замечательно подходят для построения катализаторов, нужных для определенных процессв, были столь же хороши для образования их в самом начале. Зададимся вопросом, действительно ли аминокислоты или другие важнейшие компоненты современного нам живого вещества вообще участвовали в «старте» жизни.
ОЧЕВИДНО, что современные живыe существа на всех уровнях их организации устроены очень сложно. Классическим примером сложного многокомпонентного устройства может служить глаз, который, для того чтобы вообше иметь практическую ценность, должен быть устроен именно так, как он устроен. «Как может такой орган возникнуть за счет малых эволюционных изменений?» - спрашивают антидарвинисты, думая, что попали в цель. Пусть они успокоятся: здесь нет ничего парадоксального. Высокий уровень организации может возникать за счет постепенных эволюционных изменений.
Представьте себе простои аналог «парадоксальной» структуры - каменную арку. Как можно построить арку постепенно, камень за камнем? Ответ: ее нужно собирать на опоре. А для начала нужно собрать эту опору, в которой нет ничего парадоксального, причем собрать по кусочкам - элемент за элементом.
ВОЗНИКНОВЕНИЕ СИСТЕМЫ, использующей принцип кооперативное™ (например, арки из камней), можно представить себе как результат случайных маловероятных событий (слева). Гораздо разумнее ожидать, однако, что система возникла на некой «опоре», которая исчезла в прошлом и не доступна нашим наблюдениям (справа). Неорганические глины могли служить такого рода опорой - каркасом, на котором эволюция построила ныне существующую молекулярную машину.
Я думаю, что именно таким путем и возникла известная нам, еще более удивительная, чем арка, биохимическая организация живого. Части ее, столь тесно пригнанные друг к другу сегодня, на первых порах опирались на что-то другое, устроенное более просто. Быть может, какие-то фрагменты древней опоры существуют и теперь, сама же опора разрушилась.
Что же дальше? Что мы можем сказать о том, чего уже нет?
Зададим иной вопрос: как узнать, каким оружием пользовались люди в древности, если не сохранилось никаких следов их деятельности? Вряд ли первым на ум придет пулемет, сделанный из камней и палок. Скорее вы попытаетесь представить наиболее простой путь, по которому могли пойти древние люди в создании оружия. При этом вы будете руководствоваться тем, что вы знаете о их потребностях, о технологии и доступных им материалах.
Рассуждая подобным образом, мы можем сказать о первых организмах следующее.
1. Они могли эволюционировать.
2. Они были просто организованы.
3. Они состояли из веществ геохимического происхождения.
Эти тезисы кажутся мне куда более правдоподобными, чем ранее рассмотренные, в них больше смысла и их стоит развить.
За тезис 1 можно не беспокоиться, так как я определяю организмы как системы, способные эволюционировать. Однако нужно быть очень внимательным в отношении смысла термина «эволюционировать»; это в конечном счете приводит к весьма точному описанию класса систем, к которым относятся самые первые организмы. Один организм эволюционировать не может: на это способны лишь организмы, некая их последовательность. Но и этого недостаточно. Эволюционировать может то, что объединяет организмы в ряд сменяющихся поколений, что передается от одного их поколения к другому. Этим является не вещество, а генетическая информация, не субстанция, а форма.
Очевидно, что генетическая информация должна храниться в каком-то материальном субстрате, в неких генах. И генетическая информация должна как-то проявляться (т.е. давать фенотип), что способствует ее сохранению и размножению. В этом, вероятно, принимают участие и другие вещества, но единственное, что сохраняется долго, — это сама информация. За время, необходимое для смены сотен поколений, каждый атом из того набора, который имелся у организма-основателя, будет заменен другим, исходное вещество исчезнет. Выживают только формы, измененные или неизмененные. Такой ход вещей, такой способ существования форм во времени путем многократного копирования и составляет сущность эволюции.
Есть и другие условия, определяющие саму возможность эволюции. В генетической информации должны происходить случайные изменения — мутации, и эти изменения должны наследоваться потомками и приводить к появлению измененных фенотипов; поэтому должен иметь место отбор измененной генетической информации. Таким путем за много поколений осуществляется изменение линий развития, и генетическая информация видоизменяется таким образом, что образуются фенотипы, которые особенно приспособлены к определенным условиям среды.
Конечно, мы сказали об эволюции далеко не все, что можно, но уже вправе сделать одно важное заключение: каков бы ни был состав первых, простых организмов, которые мы пытаемся себе представить, они должны были содержать некое подобие генов.
ЧТО ЖЕ еще, кроме генов, нужно было иметь этим первым организмам? Ответ на этот вопрос дал в 1926 г. Г. Мёллер, и звучал он так: «Ничего». Даже то немногое, что уже было известно и использовалось для объяснения свойств генов, оказалось в принципе достаточным для того, чтобы утверждать, что гены могут эволюционировать сами по себе. Мёллер пошел дальше. То, что первые организмы были просто генами, возможно не только теоретически — вероятно, они действительно представляли собой что-то в этом роде.
В первую очередь Мёллер подчеркивал, что иметь ген (или гены) было абсолютно необходимо. Предположим далее, что в первых организмах было и что-то еще. Для того чтобы эти организмы размножались, такие сопутствующие образования должны были либо синтезироваться заново, либо откуда-то поступать. Из чего следует, что для осуществления синтеза или приобретения требовалась дополнительная информация, которая должна была предсуществовать в генах. Конечно, лучше обходиться без «помощи» такого рода, а если уж прибегать к ней, то как можно реже.
Неоднократно высказывалось предположение, что в роли первичного вещества генов выступала РНК, хотя я считаю, что для этого она очень уж сложно устроена. И все же было показано, что молекулы РНК могут эволюционировать даже в пробирке. Важной особенностью РНК является то, что, хотя она, как и ДНК, несет генетическую информацию, способную к репликации, для того чтобы заключенная в РНК информация была эффективной, не обязателен процесс трансляции. Так же как и в случае белков, способ пространственного складывания цепей РНК может определяться содержащейся в ней наследственной информацией. Эти экспериментальные результаты очень интересны, но говорят ли они нам что-нибудь о ранних этапах эволюции? Фермент, который был использован в опытах с РНК, слишком сложно устроен , чтобы его можно было считать продуктом геохимических процессов, проходивших на ранних этапах эволюции Земли. Если бы даже для этой цели оказались пригодными более просто устроенные катализаторы, то на пути встала бы новая сложность: для репликации РНК нужны особые, макроэргические (богатые энергией) формы нуклеотидов.
В любом случае наш второй тезис побуждает мыслить в строго определенном направлении: ясно, что при попытке очертить особенности строения первых организмов вряд ли стоит использовать какие-то усеченные модели современной жизни. Поскольку первые организмы были просто устроены, они должны были быть и иначе устроены, и могли включать в свой состав совсем иные вещества. Возможно, в частности, что строение генетического материала, позволявшее обходиться без вспомогательных структур, отличалось от того его строения, которое стало возможным при возникновении таких сопутствующих структур в ходе эволюции.
Не так уж трудно представить себе эволюционный процесс, в результате которого первичный, геохимический генетический материал был постепенно замещен совсем другим материалом — органохимической природы. Я называю этот процесс генетическим захватом.
