ОТ ПРЕДЖИЗНИ К ЖИЗНИ: ОФОРМЛЕНИЕ ПОТОКА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Живые формы представляют собой дискретные, структурированные, гомеостазированные, самоинструктирующиеся, самовоспроизводящиеся и «отбираемые» системы, что требует наличия у них свойства наследственности. В земной жизни оно обеспечивается информационными макромолекулами – ДНК, РНК и белками, являющимися главными участниками потока биологической (генетической) информации и находящимися в закономерных функциональных отношениях. Вопрос о том, как возник механизм информационного обеспечения жизненных процессов или передачи биоинформации в ряду поколений, до сих пор не имеет однозначного ответа. С ним, однако, связано понимание, каким образом совершался переход от «преджизни» к жизни, от добиоло-

гического к биологическому периоду истории планеты. Три момента здесь представляют интерес. Первый – в силу каких обстоятельств возникли «осмысленные» нуклеотидные последовательности, являющиеся молекулярными «текстами» жизни. Второй – каковы корни механизма редупликации «осмысленных» полинуклеотидов. Третий – как произошло сопряжение двух систем записи биологической (генетической) информации («языков жизни») – использующей нуклеотиды (ДНК, РНК) и аминокислоты (белки). Случайное возникновение из смеси предшественников «осмысленной» нуклеотид-ной последовательности исключается, так как вероятность указанного события ничтожна. Время, необходимое для того, чтобы несколько килограммов типографского шрифта, сброшенного с крыши небоскреба, сложились в текст на известной странице романа «Война и мир», даже не в разы, но в порядки превосходит время существования Вселенной (15-20 млрд лет).

Из предлагаемых версий, содержащих суждения по указанным моментам и иногда откровенно называемых учеными «сказками», приведем одну. На переходном этапе на планете существовал РНК-овый мир, в котором веществом наследственности была РНК. Ее преимущество в сравнении с ДНК состоит в том, что, кроме способности быть носителем информации, РНК обладает ферментативной активностью. Одни рибозимы (РНК-ферменты), катализировавшие на этапе преджиз-ни собственный синтез (самовоспроизведение, ауторепликация), дали элементы аппарата наследственности. Другие катализировали образование полипептидов (протеиноидов). В дальнейшем они дали аппарат синтеза белка (рибосомы, транспортные РНК). Ряд минорных (редких) нуклеотидов, в частности из числа производных 5-оксиметилурацила, являются стереохимическими аналогами аминокислот – цистеина, аргинина, тирозина. Это могло привести к «согласованному» отбору (а в дальнейшем к функциональному сопряжению) полинуклеотидов и про-теиноидов по критерию химического подобия, возможно, вплоть до некоторой взаимозаменяемости в геохимических круговоротах. Информация о каталитической активности конкретных протеиноидов могла фиксироваться полинуклеотидами. В сравнении с настоящим временем, когда в составе РНК обнаруживается, в основном, 4 нуклеотида, в период зарождения жизни число активно используемых «строительных блоков» было, по-видимому, больше – не менее 30 – за счет редких форм. В существовавших тогда условиях (температура порядка 100 °С) такие формы возникали чаще. Это увеличивало разнообразие РНК-

полинуклеотидов. В тот же период количество аминокислот (всего их обнаружено порядка 180), используемых для построения полипептидов (протеиноидов), возможно, также превосходило известное сейчас стандартное число 20, повышая разнообразие в этом классе макромолекул. Все это оптимизировало условия для отбора и подбора.

Переход функции практически исключительного носителя биологической (генетической) информации к ДНК был, возможно, обусловлен ее большей в сравнении с РНК химической устойчивостью. Макромолекуляр-ная организация ДНК в виде двойной спирали, однако, существенно усложняет процесс репликации. Хотя это не имеет эволюционно-биологического объяснения, в пользу изложенных выше представлений косвенно свидетельствует тот факт, что инициация репликации ДНК современных эука-риот требует РНК-затравки (РНК-праймера).

Предполагается, что в развитии жизни на планете существовал этап, представленный группой «околоклеточных» или «предклеточных» форм, отличающихся благодаря несовершенству механизма репликации значительным разнообразием организации и метаболизма и давших начало клеточной форме жизни как таковой. На этом этапе заметную роль в формировании геномов мог играть «горизонтальный» перенос фрагментов ДНК. По мере совершенствования биоинформационных механизмов интенсивность обмена генетическим материалом между живыми формами «одного поколения» снижалась с переходом приоритетов к «вертикальному» (в ряду поколений) переносу биоинформации. В таких условиях сложились предпосылки к дивергентному развитию и, как следствие, возникновению нескольких относительно самостоятельных направлений эволюции.

Оформление структуры потока биологической информации и, таким образом, переход к собственно биологической эволюции означает появление на Земле прокариотической клетки. Согласно сравнительным данным о последовательности нуклеотидов в геномах микроорганизмов среди современных прокариот выделяют две парафилитические, то есть развивающиеся исторически независимо, группы (две подимперии или два царства в разных систематизациях) – Bacteria (Eubacteria) и Archaea (Archaebacteria). Представители этих групп не имеют общего эволюционного предка и, следовательно, не состоят в эволюционном родстве. Последнее хорошо согласуется с выделением в истории становления жизни этапа, представленного «предклеточными» формами с лабильными геномами. Именно на этом этапе могли оформиться два самостоятельных «корня» названных групп прокариот.

Группа Archaea отличается разнообразием и представлена, в основном, экстремофилами, т.е. формами, обитающими в экстремальных условиях (температура, соленость, значения рН). В этой группе, однако, встречаются формы, заселяющие среды с обычными для других прокариот условиями. Недавно описаны представители группы Archaea (продуценты метана), предположительно вовлеченные в развитие периодонтита (periodontitis) у людей.

Эукариотическая клеточная форма организации жизни возникла позже. Геномы и механизмы потока информации у эукариот несут черты, указывающие на эволюционную связь, в одной своей части с группой Bacteria, тогда как в другой – с группой Archaea.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
yamedik
Добавить комментарий
Adblock
detector