Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул - Эйген М.
Скачать (прямая ссылка):
б) гигантская функциональная емкость белков (специфичное узнавание, катализ и регулирование), которая необходима для установления связи и корреляции между отдельными реакциями при построении упорядоченных функциональных единиц.
Такая (нелинейная) связь между нуклеиновыми кислотами и белками приводит к образованию иерархии реакционных циклов, которая обладает существенными свойствами «живой» системы и «открыта» для дальнейшей эволюции вплоть до живой клетки. Возникновение такого самовоспроизводящегося «гиперцикла» зависит от образования однозначной системы кодирования. Во второй половине гл. VI обсуждаются предпосылки возникновения кода с однозначным соответствием.
Наконец, в гл. VII описаны эволюционные эксперименты с РНК фага Qp, впервые выполненные С. Спи-гелманом. Теория, развитая в гл. II и IV, дает основу для проведения воспроизводимых измерений и для получения из них количественных выводов.
Результаты настоящей работы можно подытожить следующим образом:
1. Детальный анализ механизмов воспроизведения нуклеиновых кислот и белков не дает никаких оснований для гипотезы о существовании каких-то сил или взаимодействий, присущих только явлениям жизни.
2. Каждая отдельная система, возникающая в результате мутаций и отбора, непредсказуема в отношении своей структуры, тем не менее неизбежным результатом всегда является процесс эволюции — это закон. Появление мутации с селективным преимуществом соответствует неустойчивости, которую можно объяснить при помощи принципа Пригожина — Глансдорфа, выведенного для стационарных необратимых термодинамических процессов. Поэтому оптимизирующий процесс эволюции в принципе неизбежен, хотя выбор конкретного пути не детерминирован.
3. Наконец, оказывается, что процесс возникновения жизни связан с появлением ряда свойств, причем все эти свойства поддаются однозначному физическому обоснованию. Предварительные условия для появления этих свойств, по-видимому, выполнялись шаг за шагом, так что «возникновение жизни», как и эволюцию видов, нельзя представить в виде однократного акта творения.
Благодарности.' Многие идеи, высказанные в этой работе, нельзя, конечно, считать новыми. Однако работа предназначена одновременно для физиков и для биологов, и то, что может показаться тривиальным одному, не покажется тривиальным другому. У меня есть еще одно оправдание для такой длинной работы, а именно то, что целое всегда представляет собой нечто большее, чем просто сумма отдельных идей.
На высказанные здесь соображения по теории отбора сильно повлияла беседа за завтраком с Ф. Криком. Большим стимулом послужили также эволюционные экс-
перименты С. Спигелмана и фундаментальные идеи И. Пригожина по «необратимой термодинамике». П. Шустер (ныне работающий в Венском университете) провел (и ведет) большую вычислительную работу на ЭВМ по самоорганизующимся каталитическим циклам, подробное изложение которой будет опубликовано отдельно [100]. Нас очень забавляло держать пари с ЭВМ об исходе эволюционной конкуренции — ЭВМ всегда выигрывала. Р. Торнли исправил мой английский; кроме того, был еще один человек, который имел терпение все выслушивать.
Спасибо им всем!
1. Watson J. D„ Crick F. H. C., Nature, 177, 964 (1953).
2. Kornberg A., Science, 163, 1410 (1969).
3. De Lucia P., Cairns J., Nature, 224, 1164 (1969).
4. Transcription of Genetic Material, Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol., 35 (1970).
5. Holley R. W., Apgar I., Everett G. A., Madison J. Т., Marquis-
see M., Merril S. H., Penswick I. R., Zamir A., Science, 147, 1462
(1965). (P. Холли, Д. Amap, Г. Эверетт, Д. Медисон, М. Мар-
куиси, С. Мэррил, Дж. Пенсуик, А. Замир, в сб. «Синтез и структура нуклеиновых кислот», изд-во «Мир», М., 1966,
стр. 94.)
6. Zach.au Н. О., Dutting D., Feldmann Н., Angew. Chem., 78, 392
(1966).
7. Rajbhandari V. L., Stuart A., Faulkner R. D., Chang S. H., Kho-rana H. G., Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol., 31, 425 (1966).
8. Yarns M„ Berg P., J. Mol. Biol., 42, 171 (1969).
9. Nomura М., in: Scientific American, December 1-969 and The Neurosciences, 2nd Study Program (ed. by F. O. Schmitt), New York, The Rockefeller University Press, 1970, p. 913.
10. Garret R. A., Wittmann H. G., in: Aspects of Protein Biosynthesis (ed. by Т. B. Anfinsen), New York, Academic Press, 1971.
11. Jacob F., Monod J., J. Mol. Biol., 3, 318 (1961).
12. Gilbert K-, MUller-Hill B., Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 56, 1891
(1966), 58, 2415 (1967).
13. Kiggs A. D„ Bourgeois S., Cohn M„ J. Mol. Biol., 53, 401 (1970),
14. Watson J. D., The Molecular Biology of the Gene, New York,
W. A. Benjamin, Inc. 1970. (Имеется перевод 1-го издания; Дж. Уотсон, Молекулярная биология гена, изд-во «Мир», М., 1967.)
15. Molekularbiologie (ed. by Th. Wieland and G. Pfleiderer), Frankfurt: Umschau-Verlag, 1969.
16. Wigner E., in: The Logic of Personal Knowledge, Essays presented to Michael Polanyi on his seventieth birthday 11th March 1961 (ed. by E. Shils), Glencoe 111.: Free Press 1961. (Имеется перевод: E. Вигнер в сб. «Этюды о симметрии», изд-во «Мир», М., 1971, стр. 160.)
