Информация как основа жизни

Глава пятая

ДИНАМИКА ИНФОРМАЦИИ

Возникновение генетической информации

Из сказанного выше следует, что проблема возникновения самовоспроизводящихся информационных биологических систем, вместе с кодирующей их информацией, есть не что иное, как проблема происхождения жизни. Действительно, как писал К. X. Уоддингтон [1], «Система может быть названа живой, если в ней закодирована передаваемая по наследству информация, если эта информация иногда претерпевает изменения и если из­мененная информация также наследуется» (стр.13).

Как уже отмечалось (см. главу 3), идея о том, что живые объ­екты представляют собой такое единство генетических (т.е. ин­формационных) и негенетических компонентов, что последние предназначены для обеспечения воспроизведения первых, была сформулирована Г. Меллером [2]. Тем самым были поставлены три взаимосвязанных вопроса: что такое генетические структуры? как они могли образоваться? как они контролируют синтез структур не­генетических? Первый и третий вопросы сейчас, можно считать, решены (см., напр., [3]). Наследственные структуры представляют со­бой молекулы РНК или ДНК, в которых генетическая информа­ция записана последовательностью четырех оснований, а синтез негенетических структур осуществляется через промежуточный этап – матричный синтез т-РНК и и-РНК с участием специализи­рованных устройств – рибосом. Остается ответить на вопрос о том, могли ли и как именно спонтанно возникнуть первичные молекулярные носители информации (а), информация, в них со­держащаяся (б), а также реализующие ее устройства (в). Все ны­нешние попытки решить проблему происхождения жизни враща­ются, по существу, вокруг этих трех вопросов.

Как было упомянуто в предыдущих главах, новая информа­ция может быть создана в процессе естественного дарвиновско­го отбора. Остановимся на этом подробнее. Какие свойства яв­ляются необходимыми для отбора и эволюции?

Система, обладающая способностью к самоотбору, должна стабилизировать свои определенные структуры, отбирая наиболее благоприятные варианты среди распределения возникающих конкурентов, имеющихся в каждый момент времени. В такой системе должен быть заложен элемент обратной связи, осуществляющий закрепление устойчивости наиболее выгодных вариан­тов. Необходимое свойство обратной связи – это способность к автокатализу, т.е. самовоспроизведению.

Необходимыми свойствами для дарвинского поведения на молекулярном уровне являются:

1. Метаболизм - как образование, так и разложение молекулярных видов должны быть независимы друг от друга и спонтанны; отбор должен действовать только на промежуточные состояния, которые образуются из высокоэнергетических предшественни­ков и превращаются в низкоэнергетические отходы. Система должна использовать освобождающиеся энергию и вещество.
   Система должна быть далека от равновесия.
2. Самовоспроизведение - способность инструктировать свой собственный синтез.
3. Мутабильность. Точность самовоспроизведения всегда ограни­чена хотя бы из-за теплового шума. Ошибки копирования – основной источник новой информации. Но для темпа мутаций существует пороговое значение, при котором скорость эволюции максимальна и не может быть превышена без потери всей информации.

Здесь мы должны отметить новое, по сравнению с критериями эволюции добиологического периода, требование самовоспроизве­дения, т.е. автокатализа. Дарвиновский отбор таких самореплици­рующихся единиц гарантирует эволюцию информации, будь то короткие цепочки нуклеиновых кислот или сложные организмы.