Розмноження без спадковості

Приклад розмноження без спадкової мінливості – автокаталітіческая реакція Бутлерова. В ході цієї реакції формальдегід (CH2O) перетворюється на складну суміш різних цукрів, причому каталізатором реакції служать ті самі цукру, які в ній утворюються. Саме тому реакція і є автокаталитической: її каталізують її власні продукти.
Таку реакцію можна описати в термінах розмноження, мінливість і спадковості. Молекули цукрів каталізують синтез інших молекул цукрів: можна сказати, що вони розмножуються, використовуючи формальдегід в якості «їжі». У них є і мінливість, адже в підсумку виходить суміш різних цукрів. Але ось спадкової ця мінливість не є, тому що склад получающейся суміші практично не залежить від того, які саме цукру каталізували реакцію. От якби, скажімо, рибоза вибірково каталізувала синтез саме рибози, але при цьому іноді «помилково» синтезувалися молекули глюкози, які починали б вибірково каталізувати синтез інших молекул глюкози, тоді ми могли б сказати, що в системі є спадкова мінливість.
Інший приклад наводить у своїх книгах Річард Докінз: горіння. Ми можемо запалити сірник, її вогнем підпалити свічку, вогнем свічки – ще що-небудь. Вогники неначе розмножуються, але індивідуальні риси конкретного вогника – наприклад, його колір, – не залежать від властивостей вогника-батька. Вони залежать тільки від «середовища», наприклад, від складу горючого матеріалу. Як і цукру в реакції Бутлерова, вогонь передає у спадок лише свої «общеродового характеристики», але не індивідуальні особливості. У такій системі є розмноження і мінливість, але немає спадковості у вузькому сенсі. Подібні системи могли б лежати в основі якихось живих істот, але тільки штучних, створених в готовому вигляді, – як якби роботи збирали інших роботів з підручних матеріалів. Самостійно розвиватися і ускладнюватися, еволюціонуючи «за Дарвіном», такі істоти не змогли б.
Задовго до розшифровки структури ДНК генетики вже точно знали, що мутації (випадково виникаючі зміни генетичного матеріалу) теж копіюються і успадковуються. Це означає, що система копіювання спадкової інформації не залежить від того, яка саме інформація з її допомогою копіюється. Це універсальна система: чи не штамп, раз за разом виробляє однакові тексти, а щось на зразок ксерокса, який розмножує будь-який текст незалежно від його змісту. Якщо в тексті випадково виникне зміна, то копії, що знімаються з зміненого тексту, теж будуть містити в собі цю зміну.
Таким чином, молекула ДНК повинна володіти дивовижною властивістю – вона повинна бути здатна до самокопірованія, причому потрібно, щоб усі нуклеотиди у копії стояли в тій же послідовності, що і в оригіналі. Якщо виникає мутація, то копії з мутантної молекули теж повинні містити цю мутацію. Тільки така молекула – молекула-реплікатор – може лежати в основі земного життя. Це випливало з дарвінівської теорії. Це випливало з даних генетики. І це блискуче підтвердилося – відкриттям Уотсона і Крику.
Головне, що вони відкрили, – принцип специфічного справно нуклеотидів, або комплементарності. У подвійній спіралі ДНК аденін (А) завжди з’єднується з тиміном (Т), а гуанін (Г) – з цитозином (Ц). Комплементарні нуклеотиди підходять один до одного за розміром (пари А – Т і Г – Ц мають однаковий розмір, і тому спіраль ДНК виходить рівна і міцна), а також по розташуванню позитивно і негативно заряджених ділянок. У силу останньої обставини між А і Т утворюються два водневі зв’язки, а в парах Р – Ц таких зв’язків зо три.
Наприкінці своєї епохальної статті з описом структури ДНК автори зронили: «Від нашої уваги не вислизнуло, що специфічне спаровування, постулювати нами, безпосередньо вказує на можливий механізм копіювання генетичного матеріалу» (Watson, Crick, 1953). Цю фразу вважають одним із двох самих скромних висловлювань в історії біології [8]. Зрозуміло, від їхньої уваги не вислизнуло, що вони відкрили головну таємницю життя!
Отже, відкриття полягало в тому, що молекула ДНК виявилася так влаштована, що її дуже легко скопіювати. Для цього достатньо розплести подвійну спіраль на дві нитки, а потім до кожної з них добудувати другу нитку відповідно до принципу комплементарності. Це означає, що молекула ДНК кодує сама себе. Кожна з ниток подвійної спіралі кодує другу нитку, в точності визначаючи її будову. ДНК кодує також і багато іншого – все будова організму в кінцевому рахунку, але в першу чергу вона кодує себе. Вона сама контролює виробництво своїх копій. Механізм копіювання (реплікації) ДНК закладений безпосередньо в її структуру. Природно, будь-яка помилка-мутація, будь нуклеотидная заміна при такому способі копіювання буде успадкована дочірніми молекулами ДНК.
Молекула спадковості виявилася саме такою, якою вона повинна була опинитися відповідно до пророкувань ГТЕ. Вчені люблять, коли все сходиться, коли теоретичні побудови підтверджуються фактами. Так що у Крика був гідний привід для гучних заяв про «таємниці життя».
Ще один важливий висновок полягає в тому, що зі структури молекули ДНК безпосередньо випливає неминучість дарвінівської еволюції. Живі істоти, що володіють такою молекулою спадковості, просто не можуть не еволюціонувати «за Дарвіном». Ніяка система копіювання не може бути абсолютно точною. Час від часу обов’язково виникатимуть збої, помилки, т. Е. Мутації. Вони будуть передаватися у спадок. Оскільки ДНК визначає левову частку спадкових властивостей організму (залишимо трохи на всякого роду епігенетикою і материнські ефекти [9]), якісь мутації неодмінно впливатимуть на ефективність розмноження – як самих молекул ДНК, так і організмів, чиє будова ними контролюється. Таким чином, ДНК забезпечує виконання набору умов, необхідних і достатніх для дарвінівської еволюції: 1) розмноження; 2) спадкова мінливість; 3) вплив другої на ефективність перших [10].

Посилання на основну публікацію