Известно, что наличие каталитических свойств и способности нуклеиновых кислот самокопироваться открыли С. Олтмэн и Т Чек. Что же удалось доказать двум лауреатам Нобелевской премии? Напомним некоторые сведения из молекулярной биологии.
До работ Т Чека и С. Олтмэна ни у одного биохимика не возникало и тени сомнения в том, что биологическими катализаторами могут быть только белки. Правда еще в 60-х гг. XIX в. Ф. Крик, Л. Оргел и К. Возе предполагали, что на ранних этапах эволюции рибонуклеиновая кислота (РНК) могла быть ферментом, т. е. обладать этим свойством. В конце 1970-х гг. было выяснено, что многие гены (особенно у эвкариот) построены мозаично. Они состоят из экзонов (значащих участков) и интронов (соединяющих экзоны, в которых для данного гена не содержится осмысленной информации. Антисмысловые РНК регулируют активность генов. В ходе процессинга особого типа, получившего название сплайсинг, интронные участки РНК вырезаются, а экзонные сшиваются друг с другом в строго определенных местах и в строго определенном порядке. Как правило, сплайсинг обслуживают специальные белки-ферменты, одни из которых разрезают, а другие сшивают полинуклеотидные цепи РНК.
Т. Чек занялся поиском этих ферментов. В результате тонких, оригинальных опытов он обнаружил, что в контрольной пробе, не содержащей никаких белков, сплайсинг шел самопроизвольно. Точнее, интронный участок выбрасывался из РНК, а экзонные участки правильно сшивались автокаталитическим путем, без участия белков-ферментов. Дальнейшие эксперименты, проведенные почти одновременно Т. Чеком и С. Олтмэном на двух разных примерах, показали, что РНК может быть ферментом – она способна катализировать специфические химические превращения поли-нуклеотидных цепей других молекул РНК. Автор этого открытия размышляет следующим образом:
«…на заре возникновения жизни система белкового синтеза состояла только из РНК. Иными словами, «доисторическая рибосома могла обходиться вообще без белков». Данное открытие может окончательно решить проблему зарождения жизни на нашей планете, т. е. земного ее происхождения.
В соответствии с данным открытием можно ли считать, что первые формы жизни, вероятно – доклеточные, тоже обходились без белков, а значит, и без рибосом? Вообще с биохимической точки зрения, у живого есть две характерные особенности. Это хранение и передача генетической информации и катализ всех химических реакций в клетке. Мы знаем, что нуклеиновые кислоты несут ответственность за хранение и передачу информации, а белки – за катализ. И здесь кроется главная загадка эволюции жизни. А при зарождении жизни, что появилось раньше – информация или катализ, т. е. нуклеиновые кислоты или белки? Можно полагать, что в начале жизни были именно РНК. Это привлекательная гипотеза, потому что была обнаружена способность РНК участвовать и в другой каталитической реакции без помощи белков – в сборке нуклеотидов в длинные цепи. Такая сборка лежит в основе возникновения первой самовоспроизво-дящейся системы – неотъемлемого признака живой природы» (Чек, 1988, с. 31–33).
Из имеющихся фактов становления живых организмов наиболее значимыми являются исследования, посвященные возникновению мембран. Действительно, заключив органический коллоид в «своеобразную» оболочку, которая отграничила его от окружающей среды, в эволюции живых систем произошел еще один существенный прорыв – это возможность поддерживать (несовпадающей по своим свойствам с абиогенными веществами) непрерывный процесс обмена веществ и следовательно своего «стационарного» существования. Это когда скорость возрастания энтропии, обусловленная протеканием необратимых процессов, имеет положительное и минимальное из возможных значений (теорема И. Пригожина). Живое вещество обрело свойство осуществлять собственный метаболизм независимо от окружающей среды. Точнее, законы термодинамики не отрицались, но они стали реализовываться в открытых системах иначе.
Уделим возникновению мембран особое внимание. Согласно данным систематики к настоящему времени обнаружено большое разнообразие живых организмов. Это наводит на мысль, что в процессе эволюции существовало множество путей развития, берущих начало от реликтовых форм жизни. Однако исследования молекулярной эволюции свидетельствуют, что началу возникновения всех существующих сейчас видов положил их общий прародитель – протобионты. Оказывается, появлению первых организмов предшествовали отделенные мембранами первичные клетки, построенные из несложных молекул; затем клетки, содержащие олигопептиды, и только потом – генетический материал (Дреймер с соавт., 1989, с. 4).