Физика процессов эволюции - Эбилинг В.
Скачать (прямая ссылка):
о том, что биогенез должен был содержать нефизические акты или, иначе говоря, что в рамках биогенеза должны были протекать процессы, прямо противоречащие законам физики. Разумеется, такое предположение противоречило бы развиваемому нами основному тезису, согласно которому законы физики никогда и нигде не нарушаются. Не может удовлетворить физика и выдвинутая Моно (Monad, 1971) гипотеза, согласно которой возникновение жизни есть однократное, совершенно невероятное случайное событие. Поэтому мы придерживаемся гипотезы Эйгена, которая, несмотря на все неясности, содержит «прозрачную» физическую концепцию возникновения жизни.
Гипотеза Эйгена исходит из предпосылки, согласно которой в «протосупе», образовавшемся 3-4 миллиарда лет назад в водах, омывавших Праземлю, образовались
условия для молекулярной эволюции. Как следует из соображений, изложенных нами в предыдущих главах, процессы эволюции могут протекать только в том случае, если выполняются следующие условия:
— способность к экспорту энтропии, например, с помощью постоянного притока свободной энергии;
— способность к самовоспроизведению структур;
— мультистабильность как предпосылка хранения информации и введения историчности;
— конкуренция вариантов и отбор благоприятных структур;
— мутации, приводящие к возникновению все новых и новых структур.
Условия на Праземле были проанализированы в гл. 2 (Кдтег, 1974, 1979; Kaplan, 1978; Kampfe, 1980). Показано, что на Праземле действительно установились перечисленные выше физические условия (см. также разд- 2.4). Под воздействием ультрафиолетового излучения, высоких температур и электрических разрядов, выступавших в качестве источников свободной энергии, в восстановительной протоатмосфере, содержавшей водород, азот, водяной пар, метан, аммиак, двуокись углерода й т.д., могли образовываться аминокислоты, пиримидиновые и пуриновые основания, сахара, жирные кислоты и т. д. Следовательно, структурные компоненты биомолекул могли возникать спонтанно и в достаточных количествах. Показано также, что в этих условиях могла происходить полимеризация аминокислот в простейшие «заготовки» протеинов — так называемые протеноиды — и полимеризация нуклеотидов в более или менее длинные цепи (Segal, Кдтег, Leiterer, 1982). Под нуклеотидами мы понимаем основные структурные единицы нуклеиновых кислот, состоящих их пуриновых (аденина и гуанина) или пиримидиновых (цитозина, тимина и урацила) оснований, а также пентоз и фосфатных групп. Эти еще примитивные протеноиды и нуклеиновые кислоты образовывались преимущественно в водах, омывавших Праземлю. В свою очередь из них (главным образом из протеноидов) возникали компактные образования — так называемые коацерваты (Опарин, 1960; Fox, Dose, 1972; Segal, Кдтег, Leiterer, 1982). Решающее значение имело то, что протеноиды обладали простыми каталитическими свойствами, хотя те были выражены в миллионы раз слабее, чем у современных ферментов. При каталитической поддержке протеноидов синтез полинуклеотидов должен был происходить интенсивнее, причем уже имевшиеся цепочки нуклеотидов служили матрицами для синтеза последующих цепочек. Таким или близким к описанному путем протополимеры обрели способность к самовоспроизведению. В результате ошибок при репродуцировании возникали все новые и новые структуры, которые в результате естественного отбора вступали между собой в конкуренцию. Выживали только такие, которые лучше всего приспосабливались к окружающей природной среде, обладали способностью к быстрому и относительно стабильному воспроизведению. На рис. 8.3 представлена формальная схема замещения структур нуклеиновых кислот новыми, все более совершенными. К строгому изложению предложенной Эйгеном концепции ценности мы сможем приступить лишь в последующих разделах. Упомянем пока лишь некоторые качественные аспекты. Способность нуклеиновых кислот к хранению информации (способность, в основе которой лежит мультистабильность первичных структур нуклеиновых кислот), несомненно, играет важную роль при определении «ценности» конкретной первичной структуры для процесса эволюции. «Ценность» с этой точки зрения должна быстро возрастать с увеличением длины v последовательностей и, следовательно, их информационной емкости W = А*. Более длинные нуклеиновые кислоты обладают более развитым аппаратом кодирования протеинов ферментативного характера, необходимых для их стабилизации и самовоспроиз-водства. Простейшим из существующих ныне бактерий требуется для обеспечения
своего существования, обмена и размножения около 103 ферментов; у высокоорганизованных организмов той же работой занято 104-105 ферментов, лишь малую долю которых удалось выделить и исследовать. Тенденция к возрастанию длины и тем самым информационной емкости нуклеиновых кислот противодействует спонтанно происходящим мутациям. Эволюция развертывается в диалектическом поле напряжений противоречивых тенденций (Fuchs-Kittowski, 1976; Lother, 1972; Horz, Roseberg, 1981; Horz, Wessel, 1985). Однако роль мутаций в игре эволюции имеет фундаментальное значение: не будь мутаций, эволюция оставалась бы на достигнутом уровне.
