Читати книгу - "Егоїстичний ген"

Ми не знаємо, якої хімічної сировини було на Землі вдосталь до появи життя, але цілком вірогідними варіантами є вода, двоокис вуглецю, метан та аміак: відомо, що всі ці прості сполуки присутні, принаймні, на деяких інших планетах нашої сонячної системи. Хіміки спробували відтворити хімічні умови молодої Землі. Вони брали ці прості речовини до колби та забезпечували джерело енергії — наприклад, ультрафіолетове світло або електричні розряди (штучну імітацію первісних блискавок). Після кількох тижнів за таких умов усередині колби зазвичай виявляли щось цікаве: рідкий брунатний бульйон із вмістом великої кількості молекул, складніших за попередні. Зокрема, там були виявлені амінокислоти — будівельні блоки білків, один із двох великих класів біологічних молекул. До проведення цих експериментів природні амінокислоти вважались ознакою наявності життя. Якби вони були виявлені, скажімо, на Марсі, життя на цій планеті було б доведене. Тепер їхнє існування має означати лише присутність кількох простих газів у атмосфері, діючих вулканів, сонячного світла або грозової погоди. Згодом відтворення в лабораторії хімічних умов Землі до появи життя створило органічні речовини під назвою пурини та піримідини. Це вже будівельні блоки молекули гена, самої ДНК.

Аналогічні процеси, мабуть, і створили «первісний бульйон», що, на думку біологів та хіміків, становив собою моря десь три-чотири мільярди років тому. Подекуди, у шумовинні, що висихало на березі, або у крихітних краплинках суспензії виникла локальна концентрація органічних речовин. Під подальшим впливом енергії ультрафіолетового світла сонця вони об’єднувались у більші молекули. Зараз великі органічні молекули не протрималися б достатньо довго, щоби стати помітними: вони були б стрімко поглинуті та зруйновані бактеріями або іншими живими істотами. Але бактерії виникли пізніше, а тоді великі органічні молекули могли спокійно дрейфувати собі у дедалі густішому бульйоні.

Якось була випадково сформована вельми цікава молекула. Ми називатимемо її реплікатором. Можливо, вона й не була найбільшою або найскладнішою молекулою з усіх, але мала видатну властивість — була здатна створювати копії самої себе. Ця подія може виглядати дуже малоймовірною. Такою вона насправді й була — майже нереальною. В масштабах життя людини такі малоймовірні речі можна вважати практично неможливими. Ось чому ви ніколи не виграєте великий приз у футбольній лотереї. Але в наших людських оцінках того, що можливе, а що ні, ми не мали справу з сотнями мільйонами років. Якби ви заповнювали лотерейні білети щотижня протягом сотень мільйонів років, то, швидше за все, зірвали вже декілька джекпотів.

Фактично молекулу, що копіює саму себе, уявити не так складно, як це виглядає на перший погляд, а виникнути їй достатньо лише раз. Подумки намалюйте реплікатор у вигляді форми для виливання металу або матриці. Уявіть, що це велика молекула, яка містить складний ланцюг різного роду молекул — будівельних блоків. Цих невеличких будівельних блоків було вдосталь у бульйоні навколо реплікатора. Тепер вважатимемо, що кожен будівельний блок має структурну спорідненість з іншими блоками свого типу. Тоді кожного разу, коли будівельний блок з бульйону опиняється поблизу частини реплікатора, з якою має спорідненість, він зазвичай приліплюється до неї. Будівельні блоки, що з’єднуються таким чином між собою, автоматично організуються в послідовність, що нагадує сам реплікатор. Завдяки цьому легко уявити, як вони з’єднуються у сталий ланцюг так само, як і при формуванні первинного реплікатора. Цей процес може тривати з накладанням одного шару на інший. Так само відбувається при формуванні кристалів. Однак два ланцюжки можуть розпастися, і тоді буде два реплікатора, кожен з яких продукуватиме свої копії.

Вірогідний також більш складний варіант, де кожен будівельний блок має спорідненість не з іншими блоками свого типу, а взаємну спорідненість з одним конкретним іншим типом. Тоді реплікатор діятиме як шаблон не для ідентичної копії, а для певного «негативу», що, зі свого боку, відтворюватиме точні копії первинного «позитиву». Для нашої мети нема значення, чи був первісний процес реплікації позитивно-негативним, чи позитивно-позитивним, хоча варто зазначити, що сучасні еквіваленти першого реплікатора, молекули ДНК, використовують позитивно-негативну реплікацію. Значення має лише те, що у світ зненацька прийшов новий різновид «сталості». Цілком імовірно, що раніше жодного конкретного різновиду складних молекул у бульйоні не було вдосталь, бо всі вони залежали від випадкового об’єднання будівельних блоків у певну конкретну сталу конфігурацію. Одразу ж після появи реплікатора він, мабуть, почав швидко поширювати свої копії по всіх морях, поки менші молекули, що виявилися будівельними блоками, не стали дефіцитом, а інші, більші молекули, виникали дедалі рідше.

Отже, на часі приступити до великої популяції ідентичних реплік. Але спершу треба згадати важливу властивість будь-якого процесу копіювання: він не є ідеальним. Трапляються помилки. Я сподіваюся, що у цій книзі немає друкарських помилок, але, якщо поглянути уважніше, ви, либонь, натрапите на декілька. Вони, може, не здатні спотворити значення речень через власну незначущість. Але уявіть собі час, коли не було друкарських верстатів, а книги, наприклад Євангеліє, копіювалися від руки. Всі писарі, якими б вони не були уважними, припускалися певних помилок, а деякі навіть наважувалися на незначні «покращення» на свій розсуд. Якщо вони робили копії з єдиного оригіналу, головний зміст не надто спотворювався. Але щойно копії почали робитися з копій, що також були зроблені з інших копій, кількість помилок загрозливо накопичилась. Зазвичай ми вважаємо помилки при копіюванні недоліком, а скопійований документ помилки аж ніяк не скрашують. Гадаю, що лише з Септуаґінтою (грецький переклад Старого Заповіту) трапилося так, що, неправильно переклавши єврейське слово, що означало «молода жінка» грецьким «діва» та отримавши пророцтво: «Ось Діва в утробі зачне і Сина народить…», учені започаткували щось значне[7]. Однак, як ми пересвідчимося далі, помилки під час копіювання в біологічних реплікаторах можуть таки призвести до суттєвого покращення, і для прогресивної еволюції життя деякі помилки виявилися дуже важливими. Ми не знаємо, як точно вихідні реплікаторні молекули робили свої копії. Їхні сучасні нащадки, молекули ДНК, є надзвичайно точними порівняно з найбільш високоякісним процесом людського копіювання, але навіть вони іноді роблять помилки, і, врешті-решт, саме ці помилки зробили еволюцію можливою. Вірогідно, вихідні реплікатори припускали значно більше помилок, але кожного разу ми можемо бути впевнені, що помилки траплялися, і ці помилки були кумулятивними.

Саме тоді, як робилися і накопичувались помилки копіювання, первісний бульйон наповнювався популяціями не ідентичних реплік, а кількох різновидів реплікантних молекул, що «походили» від одного й того самого предка. Чи були одні різновиди численнішими за інші? Майже напевно так. Деякі різновиди мали більшу спадкову стабільність, ніж інші. Певні молекули після свого формування мали меншу тенденцію до нового розпаду. Ці