А.Г. Получается замкнутый цикл.
А.Р. Да. К сожалению, пока ещё не показано, что можно выращивать колонии РНК с помощью только РНК. Но, по крайней мере, показано, что это можно делать с помощью белкового фермента. Но принципиально никакого запрета нет. И, таким образом, мы уже получаем что-то очень похожее на живую систему. То есть, мы получаем сложные молекулы, которые могут расти в виде колоний. И на самом деле, как предполагает Спирин, поскольку РНК обладает самыми разными функциями, то могли возникать такие смешанные колонии из разных РНК с различными функциями, которые, в принципе обладают всеми основными атрибутами живого. То есть, они обладают метаболизмом и, благодаря тому, что они могут сами себя воспроизводить, здесь возможна эволюция и наследование каких-то новых признаков.
А.Г. Но в такой довольно замкнутой системе, где РНК самопроизводится, да ещё являясь ферментом, с трудом можно представить себе механизм эволюции.
А.Р. Да, давайте посмотрим на следующую картинку. Это как раз, вы знаете, очень интересный вопрос, потому что действительно непонятно, как в такой системе возникнет разнообразие. И вот здесь, пожалуй, центральная идея в концепции Спирина заключается в следующем. Конечно, если мы возьмём отдельную колонию или даже группу колоний, то трудно себе представить, чтобы из этого возникло что-то новое даже на протяжении миллионов лет.
Хотя – если допустить, что такие колонии существовали в масштабе всей Земли, то есть эта идея похожа на…
А.Г. Коацерватный бульон?
А.Р. Нет, это даже более радикальная идея. То есть, если у вас существовали так называемые лужи или лагуны, или какие-то небольшие озерца, в которых были молекулы РНК, и всё это происходило в масштабе всей планеты, то вполне можно допустить, что чередование высыхания таких водоёмов и потом последующего заполнения водой, могло приводить к тому, что у вас чередовались циклы селекции и циклы воспроизведения этих молекул РНК.
Когда эти молекулы находились в растворе, это сообщество РНК себя воспроизводило. Когда же эти озерца высыхали, то на их влажной поверхности образовывалась колония РНК – те самые колонии, которые открыл Четверин. И эти колонии могли как-то между собой конкурировать, тут возникал некий отбор и потом, когда снова эти лагуны заполнялись водой, то уже эти отобранные колонии начинали воспроизводиться. То есть здесь идея такая, что существовали сообщества РНК, в которых происходил постоянный обмен информацией. И здесь на самом деле эволюция могла идти довольно быстро. Потому что, как мы теперь знаем, существует спонтанная рекомбинация РНК. То есть, отдельные молекулы РНК могут обмениваться частями, они могут воспроизводиться. То есть, оказывается, что в мире РНК возможны очень сложные преобразования, которые вообще уже выглядят как живой организм. Хотя, конечно, здесь всё очень неточно. Поэтому упорядоченную эволюцию в такой системе представить сложно. Но, тем не менее, можно представить.
Да, но зато какое преимущество у такой системы. Здесь существует непрерывный обмен генетическим материалом и обмен информацией, и в принципе, здесь довольно быстро могли возникнуть какие-то совершенно новые функции.
А.Г. Однако здесь столько много белых пятен, что сейчас трудно даже представить себе… Ну, хорошо. Предположим, что колония РНК живёт и побеждает. Есть обмен информацией, есть отбор более ценной информации, есть обмен уже отобранной информации. Тогда зачем, на каком этапе, с какой целью появляется ДНК?
А.Р. Это на самом деле, вопрос несложный. Гораздо более сложный вопрос – это понять, как из таких сообществ РНК могли возникнуть клетки. И, конечно, надо понять, каким образом в этих колониях РНК появился синтез белка.
Но одно сейчас очевидно, что действительно на каком-то этапе существовал мир РНК. Потому что это не теоретические рассуждения, это действительно видно из всей молекулярной биологии. Во-первых, оказалось, что рибосома, основная молекулярная машина, которая, собственно, синтезирует белок, состоит в основном из РНК. В рибосоме РНК играет не только структурную роль, но и функциональную роль. То есть, сейчас уже очевидно, что главная каталитическая функция рибосомы – катализ синтеза полипептида – выполняется исключительно РНК. То есть, белки в рибосоме выполняют вспомогательную роль. И существует ряд других указаний на то, что на самом деле более древними молекулами являются РНК, а не белки.
Теория Спирина о сообществах РНК и этом «солярисе» очень хорошо соответствует современным представлениям о том, как выглядел предшественник всех живых организмов. Сейчас можно изучать эволюцию нуклеотидных и белковых последовательностей и, сравнивая последовательность одних и тех же белков в разных организмах, построить эволюционное дерево. То есть, выяснить, кто от кого произошёл. И, в частности, для этого использовались обычно очень консервативные последовательности.
Например, последовательности рибосомных РНК. Потому что рибосомы и рибосомная РНК есть во всех организмах и все эти рибосомные РНК похожи. Но всё-таки они немножко отличаются.
Есть такой учёный Карл Вуз в Америке, который когда-то просто стал сравнивать последовательности разных РНК. В то время считалось, что есть бактерии, и есть эукариоты. То есть, все остальные животные, растения, грибы. И когда он стал изучать последовательности разных бактерий и эукариот, то оказалось, что существуют не две ветви у этого дерева, а три ветви. То есть, среди бактерий оказались такие бактерии, которые отстоят эволюционно также далеко от других бактерий, как эукариоты. И таким образом, были открыты архебактерии.
И вот недавно Карл Вуз задался вопросом, как выглядела самая первая клетка. Потому что, в принципе, по этому эволюционному дереву можно примерно представить себе, кто появился раньше – бактерии или эукариоты. Оказалось, что это очень сложно. И вот, анализируя различные данные, Вуз пришёл к выводу, что первый организм не являлся клеткой. Что это, скорее то, что он назвал прогенотом или протоорганизмом, очень похожим на спиринский «солярис» сообщества РНК. То есть, это сообщество макромолекулярных комплексов, которые могут сами себя воспроизводить, хотя делают это очень неточно. И могут обмениваться генетической информацией. И согласно Вузу, и согласно Спирину, клетки возникли именно из такого сообщества.
А.Г. Всё-таки, в чем принципиальное различие существования клетки, как организма, и колонии РНК в этом «солярисе», как вы его называете?
А.Р. Конечно, в клетках будет и классический дарвиновский отбор. Потому что, если в клетке возник какой-то новый признак, который закреплён в генах, он будет отбираться и наследоваться. В этих колониях такого жесткого наследования нет. Там если что-то возникло, оно может и потеряться. Но зато за счёт вот этого горизонтального переноса генетической информации…
А.Г. Будет большое количество комбинаций.
А.Р. Да, большое количество комбинаций может возникнуть за достаточно короткое историческое время. А мы теперь знаем, что жизнь возникла довольно быстро. То есть, если Земля возникла примерно четыре миллиарда лет назад, то жизнь явно уже существовала три с половиной миллиарда лет назад. То есть, жизнь возникла за 500 миллионов лет. Поэтому идея «соляриса» РНК на самом деле хорошо объясняет, как могла быстро возникнуть жизнь.
А.Г. Предположим, что РНК-мир, который ещё пока не нуждается ни в РНК, ни в собственно белке, существовал энное количество миллионов лет. После этого произошло нечто, что заставило белок, эту колонию, синтезировать белок, образовать клетку, пошла эволюция клетки. Стала необходимой уже не спонтанная передача генетической информации, а достаточно точная. И вот появляется на сцене ДНК. Откуда она появляется и как?