Хороший геккелист - все равно геккелист, или Обещанный пост о новой книге (часть 3)
Продолжая некогда начатый разговор о книге Никитина «Происхождение жизни» ( здесь и здесь вы найдете предыдущие посты по этой теме), перейду от главы 9, посвященной т.н. миру РНК, к главе 13 о происхождении рибосом, белков и нуклеинового кода. Главы 10-12 можно смело пропустить, поскольку речь в них идет о возникновении обмена веществ, т.е. вещах важных, но (а) не принципиальных и (б) не в полной мере возможных до событий, о которых идет речь в главе 13. Возможно, мы вернемся впоследствии к этому разделу, но сейчас рассмотрим принципиально важные вопросы возникновения биологического кода.
Текст книги, следующий непосредственно за главой 9, содержит довольно фальшивую ноту. Немотря на то, что ни один из экспериментов неплохо описанных в главе 9 не продемонстрировал самовоспроизведения РНК-энзимов (рибозимов), дальнейшее изложение начинается с утверждения «как только на Земле появляются молекулы РНК, которые как-то копируются, между ними начинается конкуренция» (это в главе 10, которую мы сейчас пропускаем ради быстрой промотки ленты вперед). Таким образом, в обычной геккелистской манере возникновение самокопирующих рибозимов постулируется без веской на то причины.
А вот глава 13 возвращается к обсуждению недостатков РНК как основы жизни. «Мир РНК был неизбежно ограничен противоречивыми требованиями к молекулам РНК. В роли рибозимов они должны компактно и прочно сворачиваться, а в роли генетического материала РНК с той же последовательностью должны быть в вытянутом состоянии. … Появление белков снимает это противоречие.” Заметим здесь некоторое противоречие не только в требованиях к молекулам РНК, но и к критериям доказательства. Мир РНК был достаточно непротиворечив в начале главы 10 (самовоспроизводящиеся молекулы РНК возникли и между ними появилась конкуренция - см. выше), а в начале главы 13 противоречия эти озвучиваются, поскольку надо объяснить появление жизни в той форме, как она существует. Ну что же, вслед за автором примем и существование мира РНК, и его несовершенство *, чтобы перейти к дискуссии о возникновении кода.
После вступления в главе кратко излагается механизм синтеза белка в клетках. В самом простом изложении дело обстоит так. С ДНК считывается комплементарная ей молекула матричной РНК; она представляет собой как бы зеркальное отображение ДНК и несет полную информацию о последовательности аминокислот в белке. Матричная РНК взаимодействует с рибосомой и сопряженным с ней аппаратом синтеза белка; на рибосоме синтезируется белок, соответствующий по последовательности аминокислот той информации, которая содержится в мРНК и ДНК, т.е. закодированное сообщение “считывается” или “расшифровывается”.
Картинка, иллюстрирующая считывание информации о последовательности аминокислот в белке в ходе построения матричной РНК на ДНК (транскрипция) и последующую расшифровку этого сообщения на рибосоме (трансляция).
Вот еще одна картинка. Некоторые элементы этой системы она показывает лучше, чем предыдущая.
“Неизвестны более простые варианты этой системы, способные проводить синтез белка, хотя бы с меньшей точностью и скоростью”, - пишет автор. «Поэтому сторонники «теории разумного замысла» (современной версии креационизма, утверждающей, что системы «определенной сложности» не могли возникнуть без вмешательства Творца) считают белковый синтез одним из примеров системы, полезной только в полном виде, а ее развитие шаг за шагом - невозможным. Но ученые нашли следы постепенного возникновения компонентов этой сложной системы.”
За этим в тексте следуют различные умозрительные соображения, опубликованные с 1990х годов до нашего времени. Например, рибосома состоит из рибосомной РНК (рРНК) и белков. Но в прошлом она могла состоять из одной РНК. А рРНК могла возникнуть постепенно, путем присоединения крупных ее блоков к предшествующим формам. Субъединицы рибосомы, которые сейчас взаимодействуют в ходе матричного синтеза белка, раньше могли буть независимыми и даже выполнять другие функции. Эти слова могут показаться убедительными, но они остаются чисто умозрительными соображениями о том, что могло быть. Есть ли у них достаточное эмпирическое подтверждение? Ведь было заявлено, что “ученые нашли следы постепенного возникновения компонентов этой сложной системы”. Время от времени в текст вкрапляются ссылки. Посмотрим на одну из них, которая должна бы подтверждать следующее утверждение. “…эти эволюционные реконструкции получили экспериментальное подтверждение: была синтезирована рибосомная РНК длиной 615 нуклеотидов (в 5 раз меньше, чем в обычных бактериальных рибосомах), состоящая из целого пятого домена и древних фрагментов второго и четвертого доменов. Она оказалась способна к взаимодействию с транспортными РНК и к проведению пептидил-трансферазной реакции (Hsiao et al., 2013).” Ссылка такая: Hsiao, C. et al. Molecular paleontology: a biochemical model of the ancestral ribosome // Nucleic Acids Research, 2013 gkt023. DOI: 10.1093/nar/gkt023.
Действительно, авторы синтезировали и охарактеризовали молекулу РНК, которая соответствовала их модели ранней рРНК (той самой, к которой последующие блоки должны были бы присоединяться постепенно). В самом синтезе ничего “прорывного” нет; важной частью является полученный продукт. Далее синтезированную РНК исследовали на предмет ее способности образовывать комплексы с некоторыми рибосомными белками и их пептидами. В этих экспериментах, по моему мнению, отсутствуют важные контроли, которые не дают нам возможности сказать является ли это связывание специфичным. (Я всегда готов обсудить этот вопрос и мои сомнения с любым специалистом.) Дело в том, что любая РНК (рибосомная и все прочие) обычно заряжена в растворе отрицательно, а рибосомные белки - положительно. Поэтому последние будут связываться с любым отрицательно заряженным полимером, совсем не обязательно с РНК. А рРНК, в свою очередь, будет связываться с любым положительно заряженным полимером, не обязательно с рибосомным белком и даже не обязательно с белком. Интерес в данном случае могло бы представлять такое связывание, которое в существенных чертах воспроизводило бы связывание рРНК и исследуемых белков в рибосоме, а вот этого на основании приведенных данных мы сказать не можем. То, что образование комплексов между модельной “ранней рРНК” и рибосомными белками происходит не так, как это имеет место в современной рибосоме, понятно уже из того, что прочность взаимодействия “ранней” и современной рРНК с индивидуальными рибосомными белками сильно отличается. Те белки, которые хорошо взаимодействуют с рРНК в существующей рибосоме, вовсе не связываются с модельной РНК или связываются слабо. Напротив, те, что в реальной рибосоме связываются слабо, хорошо связываются с “ранней рРНК”.
Ну хорошо, эти несоответствия, как обычно, можно списать на счет миллионов и миллионов лет эволюции. Но заметим, что про способность модельной “ранней рРНК” взаимодействовать с транспортными РНК и к проведению пептидил-трансферазной реакции [т.е. реакциям, необходимым для “считывания” мРНК] в статье Hsiao et al. (2013) речи не идет совсем, хотя именно этот факт и является основным в пересказе этой статьи в обсуждаемой книге (см. выше).
Не ошибка ли это цитирования? На предмет поиска возможной ошибки была проверена другая статья тех же авторов, упоминаемая в этой главе: Hsiao, C., Mohan, S., Kalahar, B. K. & Williams, L. D. Peeling the Onion: Ribosomes Are Ancient Molecular Fossils // Molecular Biology and Evolution, 2009, vol. 26, pp. 2415-2425. DOI: 10.1093/molbev/msp163. И там нет ничего о функциональной активности модельной ранней рРНК. Мы уже сталкивались с подобным явлением при анализе предыдущих глав. Я признаюсь, что не знаю причины этих несоответствий. Могу лишь предположить, что ссылки на статьи были взяты из неких обзоров, но не были прочитаны, a утверждения в тексте книги повторяют предположения авторов этих обзоров. Но для того, чтобы это понять, надо открывать процитированные статьи. Многие ли читатели «От туманности до клетки» будут себя этим утруждать? Поэтому мы вновь сталкиваемся с приемом общим для всех популярных книг о происхождении жизни; написанное автором не соответствует тому, что написано в статьях, которые должны были бы подтверждать глобальные выводы.
О чем же еще повествуется в главе о происхождении рибосом, белков и генетического кода? О рибосоме мы уже поговорили и выяснили, что несмотря на тщательное изучение ее структуры в течение уже приблизительно полувека действующая модель примитивной рибосомы так и не была создана. Тут уместно напомнить еще об одном обстоятельстве. В качестве рРНК ранней рибосомы авторы статьи использовали РНК длиной 615 звеньев, что предполагает не абиогенное ее происхождение, а наличие уже вполне себе функционирующей жизни на основе РНК. Это очевидно, если вспомнить, что саморепликация рибозимов длиной более 100 звеньев до сих пор не моделируется, тем более, что рРНК имеет много шпилек. Поэтому в рамках гипотезы мира РНК возникновение рибосомы это не вопрос о собственно происхождении жизни, а о ее полном преображении путем перехода от одной химической основы к другой.
Так о чем же еще можно поговорить в этой главе? Возникновение рибосом, как бы, было уже показано, поэтому теперь, конечно же, речь пойдет о возникновении кода. Вы, несомненно, знаете, что информация о последовательности аминокислотных остатков в белке, считываемая с ДНК и переносимая к рибосоме матричной РНК, записана в триплетах нуклеотидных звеньев четырехбуквенным кодом (см. картинку выше). Одной аминокислоте соответствует от одного до шести разных триплетов (чаще всего два). Две первые «буквы» в триплетах важнее третьей; аминокислота нередко кодируется четырьмя триплетами, у которых третья нуклеотидная буква может быть любой.
Таблица генетического кода (прочерки показывают стоп-кодоны)
Автор пишет о четырех основных идеях возникновения такого кода. Первая из них это идея «застывшей случайности». Ну, так уж оно возникло, хотя очевидных причин для этого нет. Но, раз возникнув, появившийся код «застыл», поскольку изменения в нем приведут только к сбоям. Автор книги недоволен этой идеей как ничего не объясняющей. Мне же хочется посоветовать - держитесь за эту идею, умный человек ее выдвинул. Она не объясняет, но и опровергнуть ее невозможно.
Вторая идея заключается в том, что код формируется таким образом, чтобы самые частые сбои при считывании мРНК приводили бы к замене на максимально похожую аминокислоту. Например, кодоны ГАУ и ГАЦ кодируют аспарагиновую кислоту (Асп), а кодоны ГАА и ГАГ - очень похожую на нее глутаминовую кислоту (Глу). Ошибка в считывании третьего нуклеотида может привести только к замене Асп на Глу или Глу на Асп, что не вызовет сильных изменений в структуре и функции белка. Заметим, что дело обстоит так далеко не всегда и даже обстоит скорее не так, чем так. Но дело не в этом. Эта идея не имеет прямого отношения к возникновению кода. Да, генетический код имеет некоторую помехоустойчивость. Но как же он возник?
Третья идея заключается в том, что аминокислоты прямым образом распознают триплеты, которые их сегодня кодируют, и первые белки собирались прямо на РНКовой матрице. Лежала себе на в луже на глине матрица, с триплетами связались структурно соответствующие им аминокислоты, потом лужа высохла, затем в нее попали соединения, вызывающие образование пептидных связей, и так на матрице был синтезирован белок (немного о синтезе пептидов в высыхающих лужах есть тут). Мне помнится, эта идея была в ходу еще в 1980е годы (а может быть и в 1970е, память может меня подвести). Но данные о преимущественном связывании аминокислот с их триплетами до сих пор не получены, поэтому идея остается идеей.
Лужа, глина, белковые тела, полдень (предположительно, ХХ век)
Четвертая гипотеза гласит, что предковые кодоны участвовали в биосинтезе аминокислот. В ходе биосинтеза предшественник аминокислоты присоединялся к концу РНК, и первые три нуклеотида этой РНК и стали кодоном. Намеки на это видят, в основном, в том, что современные пути биосинтеза аминокислот коррелируют с первым и вторым нуклеотидом их кодонов. Но даже автор признает, что наблюдаемая корреляция не является общим свойством всех аминокилсот и ее значение сильно преувеличено.
Итак, мы наблюдаем еще один пример классического геккелистского подхода. Перечислены и описаны несколько идей, упомянуты их недостатки, но при этом также сказано “могли быть” и “объясняет часть особенностей кода”. Приснопамятный Штирлиц учил, что запоминается последняя фраза. Эта мудрость применима здесь в полной мере. Если оторваться от магии последней фразы, которая говорит о частичном объяснении, в руках у нас не остается ничего. Несмотря на это, глава заканчивается разделом “Порядок развития белкового синтеза и генетического кода”.
Я позволю пропустить разделы, следующие между разделом о теориях возникновения кода и разделом о порядке развития белкового синтеза и генетического кода, которые добавляют к вопросу не слишком много, и привести заключительный параграф раздела о “порядке развития”. “Как мы видим, сложнейшая система производства белков вполне могла развиваться постепенно. Многие ее компоненты… исходно имели другие функции, не связанные с белками. Проторибосома, собирающая короткие пептиды без кода, тоже могла быть полезна для организмов РНК-мира. Появление генетического кода и матричных РНК повысило точность и воспроизводимость этих коротких пептидов. После этого дальнейшее совершенствование рибосомы и расширение набора аминокислот поддерживались естественным отбором в первую очередь потому, что позволяли получать новые, более эффективные белковые ферменты.”
Как мы видим на самом деле, у нас нет фактов, подтверждающих раздельное существование компонентов рибосомы и выполнение ими функций, не связанных с синтезом белка; мы нигде не видим проторибосому, собирающую короткие пептиды без кода (ферментативные системы, собирающие короткие пептиды без кода сейчас существуют, но они совсем не похожи на рибосому); генетический код и матричные РНК, несомненно, должны были бы повысить точность и воспроизводимость, только вот происхождение их все еще остается загадкой. Получается, что приведенный выше заключительный параграф заключительного раздела главы о рибосомах и коде есть чисто умозрительное построение, которое мало отличается от старого доброго геккелевского пассажа о том, что возникновения жизни никто не наблюдал, но условия в стародавние времена были не такие, как сейчас, и невозможное сегодня было возможно вчера, а вечно развивающаяся наука несомненно все откроет (см. о Геккеле здесь и в последующих главах этой эпопеи). Со времени выхода этой книги Геккеля прошло 150 лет, а мы по-прежнему слышим его слова, переведенные на язык современной науки, в качестве объяснения.
Эрнст Геккель, любимец Рабиндраната Тагора Ильича. Именно он (Геккель) внес главный и, если судить приниципиально, единственный оригинальный вклад в научное обсуждение происхождения жизни. Все остальное оказывается комментариями.
Заметим, что прогресс в области реалистической биологии стремителен по сравнению с бегом в мешках по кругу, наблюдаемому в области исследований абиогенеза. Году, этак, в 1923 (год публикации первой книги А.И.Опарина о происхождении жизни) никто не знал, как устроен и как работает фермент, а через 75 лет (половина возраста книги Геккеля о загадках мироздания) исследователи неплохо понимали как устроены ферменты и как они работают поодиночке и в “коллективах” и могли довольно свободно манипулировать их свойствами. В том же самом 1923 году ничего еще не известно о молекулярных механизмах наследственности, даже Кольцов еще не опубликовал свои мысли о матричной репродукции молекул как основе наследственности. А через 75 лет механизм хранения и передачи генетической информации известен во многих деталях и разработаны практические методы модификации этой информации для получения не существующих в природе белков и управления свойствами организма. И лишь в геккелизме характер объяснений остается незыблемым.
Именно по этой причине геккелизм неуязвим, а написание заметок, вроде этой, не доставляет никакого удовлетворения. В ответ на любые возражения вам могут ответить: “Нет веских причин, по которым возникновение жизни не могло происходить так, как описано в ХХХХХХ (вставить название текущей популярной теории), к тому же наука постоянно развивается и еще не сказала своего последнего слова”.
Наука еще не выкурила свою последнюю сигарету
Несмотря на это, я планирую сказать еще несколько слов об обсуждаемой книге в заметке, которая (вскоре?) последует.
* Летают ли крокодилы? Да, летают, но низехонько так.
Текст книги, следующий непосредственно за главой 9, содержит довольно фальшивую ноту. Немотря на то, что ни один из экспериментов неплохо описанных в главе 9 не продемонстрировал самовоспроизведения РНК-энзимов (рибозимов), дальнейшее изложение начинается с утверждения «как только на Земле появляются молекулы РНК, которые как-то копируются, между ними начинается конкуренция» (это в главе 10, которую мы сейчас пропускаем ради быстрой промотки ленты вперед). Таким образом, в обычной геккелистской манере возникновение самокопирующих рибозимов постулируется без веской на то причины.
А вот глава 13 возвращается к обсуждению недостатков РНК как основы жизни. «Мир РНК был неизбежно ограничен противоречивыми требованиями к молекулам РНК. В роли рибозимов они должны компактно и прочно сворачиваться, а в роли генетического материала РНК с той же последовательностью должны быть в вытянутом состоянии. … Появление белков снимает это противоречие.” Заметим здесь некоторое противоречие не только в требованиях к молекулам РНК, но и к критериям доказательства. Мир РНК был достаточно непротиворечив в начале главы 10 (самовоспроизводящиеся молекулы РНК возникли и между ними появилась конкуренция - см. выше), а в начале главы 13 противоречия эти озвучиваются, поскольку надо объяснить появление жизни в той форме, как она существует. Ну что же, вслед за автором примем и существование мира РНК, и его несовершенство *, чтобы перейти к дискуссии о возникновении кода.
После вступления в главе кратко излагается механизм синтеза белка в клетках. В самом простом изложении дело обстоит так. С ДНК считывается комплементарная ей молекула матричной РНК; она представляет собой как бы зеркальное отображение ДНК и несет полную информацию о последовательности аминокислот в белке. Матричная РНК взаимодействует с рибосомой и сопряженным с ней аппаратом синтеза белка; на рибосоме синтезируется белок, соответствующий по последовательности аминокислот той информации, которая содержится в мРНК и ДНК, т.е. закодированное сообщение “считывается” или “расшифровывается”.
Картинка, иллюстрирующая считывание информации о последовательности аминокислот в белке в ходе построения матричной РНК на ДНК (транскрипция) и последующую расшифровку этого сообщения на рибосоме (трансляция).
Вот еще одна картинка. Некоторые элементы этой системы она показывает лучше, чем предыдущая.
“Неизвестны более простые варианты этой системы, способные проводить синтез белка, хотя бы с меньшей точностью и скоростью”, - пишет автор. «Поэтому сторонники «теории разумного замысла» (современной версии креационизма, утверждающей, что системы «определенной сложности» не могли возникнуть без вмешательства Творца) считают белковый синтез одним из примеров системы, полезной только в полном виде, а ее развитие шаг за шагом - невозможным. Но ученые нашли следы постепенного возникновения компонентов этой сложной системы.”
За этим в тексте следуют различные умозрительные соображения, опубликованные с 1990х годов до нашего времени. Например, рибосома состоит из рибосомной РНК (рРНК) и белков. Но в прошлом она могла состоять из одной РНК. А рРНК могла возникнуть постепенно, путем присоединения крупных ее блоков к предшествующим формам. Субъединицы рибосомы, которые сейчас взаимодействуют в ходе матричного синтеза белка, раньше могли буть независимыми и даже выполнять другие функции. Эти слова могут показаться убедительными, но они остаются чисто умозрительными соображениями о том, что могло быть. Есть ли у них достаточное эмпирическое подтверждение? Ведь было заявлено, что “ученые нашли следы постепенного возникновения компонентов этой сложной системы”. Время от времени в текст вкрапляются ссылки. Посмотрим на одну из них, которая должна бы подтверждать следующее утверждение. “…эти эволюционные реконструкции получили экспериментальное подтверждение: была синтезирована рибосомная РНК длиной 615 нуклеотидов (в 5 раз меньше, чем в обычных бактериальных рибосомах), состоящая из целого пятого домена и древних фрагментов второго и четвертого доменов. Она оказалась способна к взаимодействию с транспортными РНК и к проведению пептидил-трансферазной реакции (Hsiao et al., 2013).” Ссылка такая: Hsiao, C. et al. Molecular paleontology: a biochemical model of the ancestral ribosome // Nucleic Acids Research, 2013 gkt023. DOI: 10.1093/nar/gkt023.
Действительно, авторы синтезировали и охарактеризовали молекулу РНК, которая соответствовала их модели ранней рРНК (той самой, к которой последующие блоки должны были бы присоединяться постепенно). В самом синтезе ничего “прорывного” нет; важной частью является полученный продукт. Далее синтезированную РНК исследовали на предмет ее способности образовывать комплексы с некоторыми рибосомными белками и их пептидами. В этих экспериментах, по моему мнению, отсутствуют важные контроли, которые не дают нам возможности сказать является ли это связывание специфичным. (Я всегда готов обсудить этот вопрос и мои сомнения с любым специалистом.) Дело в том, что любая РНК (рибосомная и все прочие) обычно заряжена в растворе отрицательно, а рибосомные белки - положительно. Поэтому последние будут связываться с любым отрицательно заряженным полимером, совсем не обязательно с РНК. А рРНК, в свою очередь, будет связываться с любым положительно заряженным полимером, не обязательно с рибосомным белком и даже не обязательно с белком. Интерес в данном случае могло бы представлять такое связывание, которое в существенных чертах воспроизводило бы связывание рРНК и исследуемых белков в рибосоме, а вот этого на основании приведенных данных мы сказать не можем. То, что образование комплексов между модельной “ранней рРНК” и рибосомными белками происходит не так, как это имеет место в современной рибосоме, понятно уже из того, что прочность взаимодействия “ранней” и современной рРНК с индивидуальными рибосомными белками сильно отличается. Те белки, которые хорошо взаимодействуют с рРНК в существующей рибосоме, вовсе не связываются с модельной РНК или связываются слабо. Напротив, те, что в реальной рибосоме связываются слабо, хорошо связываются с “ранней рРНК”.
Ну хорошо, эти несоответствия, как обычно, можно списать на счет миллионов и миллионов лет эволюции. Но заметим, что про способность модельной “ранней рРНК” взаимодействовать с транспортными РНК и к проведению пептидил-трансферазной реакции [т.е. реакциям, необходимым для “считывания” мРНК] в статье Hsiao et al. (2013) речи не идет совсем, хотя именно этот факт и является основным в пересказе этой статьи в обсуждаемой книге (см. выше).
Не ошибка ли это цитирования? На предмет поиска возможной ошибки была проверена другая статья тех же авторов, упоминаемая в этой главе: Hsiao, C., Mohan, S., Kalahar, B. K. & Williams, L. D. Peeling the Onion: Ribosomes Are Ancient Molecular Fossils // Molecular Biology and Evolution, 2009, vol. 26, pp. 2415-2425. DOI: 10.1093/molbev/msp163. И там нет ничего о функциональной активности модельной ранней рРНК. Мы уже сталкивались с подобным явлением при анализе предыдущих глав. Я признаюсь, что не знаю причины этих несоответствий. Могу лишь предположить, что ссылки на статьи были взяты из неких обзоров, но не были прочитаны, a утверждения в тексте книги повторяют предположения авторов этих обзоров. Но для того, чтобы это понять, надо открывать процитированные статьи. Многие ли читатели «От туманности до клетки» будут себя этим утруждать? Поэтому мы вновь сталкиваемся с приемом общим для всех популярных книг о происхождении жизни; написанное автором не соответствует тому, что написано в статьях, которые должны были бы подтверждать глобальные выводы.
О чем же еще повествуется в главе о происхождении рибосом, белков и генетического кода? О рибосоме мы уже поговорили и выяснили, что несмотря на тщательное изучение ее структуры в течение уже приблизительно полувека действующая модель примитивной рибосомы так и не была создана. Тут уместно напомнить еще об одном обстоятельстве. В качестве рРНК ранней рибосомы авторы статьи использовали РНК длиной 615 звеньев, что предполагает не абиогенное ее происхождение, а наличие уже вполне себе функционирующей жизни на основе РНК. Это очевидно, если вспомнить, что саморепликация рибозимов длиной более 100 звеньев до сих пор не моделируется, тем более, что рРНК имеет много шпилек. Поэтому в рамках гипотезы мира РНК возникновение рибосомы это не вопрос о собственно происхождении жизни, а о ее полном преображении путем перехода от одной химической основы к другой.
Так о чем же еще можно поговорить в этой главе? Возникновение рибосом, как бы, было уже показано, поэтому теперь, конечно же, речь пойдет о возникновении кода. Вы, несомненно, знаете, что информация о последовательности аминокислотных остатков в белке, считываемая с ДНК и переносимая к рибосоме матричной РНК, записана в триплетах нуклеотидных звеньев четырехбуквенным кодом (см. картинку выше). Одной аминокислоте соответствует от одного до шести разных триплетов (чаще всего два). Две первые «буквы» в триплетах важнее третьей; аминокислота нередко кодируется четырьмя триплетами, у которых третья нуклеотидная буква может быть любой.
Таблица генетического кода (прочерки показывают стоп-кодоны)
Автор пишет о четырех основных идеях возникновения такого кода. Первая из них это идея «застывшей случайности». Ну, так уж оно возникло, хотя очевидных причин для этого нет. Но, раз возникнув, появившийся код «застыл», поскольку изменения в нем приведут только к сбоям. Автор книги недоволен этой идеей как ничего не объясняющей. Мне же хочется посоветовать - держитесь за эту идею, умный человек ее выдвинул. Она не объясняет, но и опровергнуть ее невозможно.
Вторая идея заключается в том, что код формируется таким образом, чтобы самые частые сбои при считывании мРНК приводили бы к замене на максимально похожую аминокислоту. Например, кодоны ГАУ и ГАЦ кодируют аспарагиновую кислоту (Асп), а кодоны ГАА и ГАГ - очень похожую на нее глутаминовую кислоту (Глу). Ошибка в считывании третьего нуклеотида может привести только к замене Асп на Глу или Глу на Асп, что не вызовет сильных изменений в структуре и функции белка. Заметим, что дело обстоит так далеко не всегда и даже обстоит скорее не так, чем так. Но дело не в этом. Эта идея не имеет прямого отношения к возникновению кода. Да, генетический код имеет некоторую помехоустойчивость. Но как же он возник?
Третья идея заключается в том, что аминокислоты прямым образом распознают триплеты, которые их сегодня кодируют, и первые белки собирались прямо на РНКовой матрице. Лежала себе на в луже на глине матрица, с триплетами связались структурно соответствующие им аминокислоты, потом лужа высохла, затем в нее попали соединения, вызывающие образование пептидных связей, и так на матрице был синтезирован белок (немного о синтезе пептидов в высыхающих лужах есть тут). Мне помнится, эта идея была в ходу еще в 1980е годы (а может быть и в 1970е, память может меня подвести). Но данные о преимущественном связывании аминокислот с их триплетами до сих пор не получены, поэтому идея остается идеей.
Лужа, глина, белковые тела, полдень (предположительно, ХХ век)
Четвертая гипотеза гласит, что предковые кодоны участвовали в биосинтезе аминокислот. В ходе биосинтеза предшественник аминокислоты присоединялся к концу РНК, и первые три нуклеотида этой РНК и стали кодоном. Намеки на это видят, в основном, в том, что современные пути биосинтеза аминокислот коррелируют с первым и вторым нуклеотидом их кодонов. Но даже автор признает, что наблюдаемая корреляция не является общим свойством всех аминокилсот и ее значение сильно преувеличено.
Итак, мы наблюдаем еще один пример классического геккелистского подхода. Перечислены и описаны несколько идей, упомянуты их недостатки, но при этом также сказано “могли быть” и “объясняет часть особенностей кода”. Приснопамятный Штирлиц учил, что запоминается последняя фраза. Эта мудрость применима здесь в полной мере. Если оторваться от магии последней фразы, которая говорит о частичном объяснении, в руках у нас не остается ничего. Несмотря на это, глава заканчивается разделом “Порядок развития белкового синтеза и генетического кода”.
Я позволю пропустить разделы, следующие между разделом о теориях возникновения кода и разделом о порядке развития белкового синтеза и генетического кода, которые добавляют к вопросу не слишком много, и привести заключительный параграф раздела о “порядке развития”. “Как мы видим, сложнейшая система производства белков вполне могла развиваться постепенно. Многие ее компоненты… исходно имели другие функции, не связанные с белками. Проторибосома, собирающая короткие пептиды без кода, тоже могла быть полезна для организмов РНК-мира. Появление генетического кода и матричных РНК повысило точность и воспроизводимость этих коротких пептидов. После этого дальнейшее совершенствование рибосомы и расширение набора аминокислот поддерживались естественным отбором в первую очередь потому, что позволяли получать новые, более эффективные белковые ферменты.”
Как мы видим на самом деле, у нас нет фактов, подтверждающих раздельное существование компонентов рибосомы и выполнение ими функций, не связанных с синтезом белка; мы нигде не видим проторибосому, собирающую короткие пептиды без кода (ферментативные системы, собирающие короткие пептиды без кода сейчас существуют, но они совсем не похожи на рибосому); генетический код и матричные РНК, несомненно, должны были бы повысить точность и воспроизводимость, только вот происхождение их все еще остается загадкой. Получается, что приведенный выше заключительный параграф заключительного раздела главы о рибосомах и коде есть чисто умозрительное построение, которое мало отличается от старого доброго геккелевского пассажа о том, что возникновения жизни никто не наблюдал, но условия в стародавние времена были не такие, как сейчас, и невозможное сегодня было возможно вчера, а вечно развивающаяся наука несомненно все откроет (см. о Геккеле здесь и в последующих главах этой эпопеи). Со времени выхода этой книги Геккеля прошло 150 лет, а мы по-прежнему слышим его слова, переведенные на язык современной науки, в качестве объяснения.
Эрнст Геккель, любимец Рабиндраната Тагора Ильича. Именно он (Геккель) внес главный и, если судить приниципиально, единственный оригинальный вклад в научное обсуждение происхождения жизни. Все остальное оказывается комментариями.
Заметим, что прогресс в области реалистической биологии стремителен по сравнению с бегом в мешках по кругу, наблюдаемому в области исследований абиогенеза. Году, этак, в 1923 (год публикации первой книги А.И.Опарина о происхождении жизни) никто не знал, как устроен и как работает фермент, а через 75 лет (половина возраста книги Геккеля о загадках мироздания) исследователи неплохо понимали как устроены ферменты и как они работают поодиночке и в “коллективах” и могли довольно свободно манипулировать их свойствами. В том же самом 1923 году ничего еще не известно о молекулярных механизмах наследственности, даже Кольцов еще не опубликовал свои мысли о матричной репродукции молекул как основе наследственности. А через 75 лет механизм хранения и передачи генетической информации известен во многих деталях и разработаны практические методы модификации этой информации для получения не существующих в природе белков и управления свойствами организма. И лишь в геккелизме характер объяснений остается незыблемым.
Именно по этой причине геккелизм неуязвим, а написание заметок, вроде этой, не доставляет никакого удовлетворения. В ответ на любые возражения вам могут ответить: “Нет веских причин, по которым возникновение жизни не могло происходить так, как описано в ХХХХХХ (вставить название текущей популярной теории), к тому же наука постоянно развивается и еще не сказала своего последнего слова”.
Наука еще не выкурила свою последнюю сигарету
Click to viewНесмотря на это, я планирую сказать еще несколько слов об обсуждаемой книге в заметке, которая (вскоре?) последует.
* Летают ли крокодилы? Да, летают, но низехонько так.