Мир РНК

Величайшая проблема, с которой сталкиваются все сценарии возникновения жизни – это подробное объяснение происхождения первой репродуктивной системы ДНК, присутствующей в современных клетках. Попытки объяснить, как репродуктивная система ДНК могла возникнуть непосредственно из молекулярных блоков, оказались связаны с такими трудностями, что ученые были вынуждены от них отказаться. В наше время многие исследователи сосредоточивают свои усилия на объяснении возникновения основанной на РНК репродуктивной системы, которая играет вспомогательную роль в процессах воспроизведения современных клеток. Согласно их представлениям, в ранние периоды истории жизни на Земле существовал так называемый «мир РНК», который предшествовал нынешнему миру ДНК. РНК – это нуклеиновая кислота, обладающая способностью к самовоспроизведению при определенных условиях. Белки не могут репродуцировать себя без помощи энзимов, которые катализируют процесс самовоспроизведения. Решить эту проблему и позволяет молекула РНК. Остается предположить, что система репродуцирования, заложенная в молекулах РНК, на определенном этапе начала воспроизводить белки, строительные блоки организма.

Основная проблема, связанная с миром РНК, заключается в том, что ученые не могут дать удовлетворительного объяснения спонтанного возникновения РНК. Джералд Джойс и Лесли Орджел, два выдающихся исследователя РНК, признали тот факт, что трудно представить себе, как РНК могла самоорганизоваться на ранних этапах существования Земли. Две главные составляющие РНК – нуклеиновые кислоты и сахара – обладают свойством взаимооталкивания. Джойс и Орджел называют идею самоорганизации РНК «маловероятной в свете современного понимания добиологической химии» и говорят о «мифе возникновения самовоспроизводящейся молекулы РНК из первичного бульона, состоящего из хаотичного набора полинуклеотидов» (Joyce, Orgel. 1993. P. 13). Они также обращают внимание на главный парадокс теории происхождения жизни: «Трудно представить себе, как могла возникнуть самовоспроизводящаяся рибосома [РНК]; между тем, без изначального присутствия в первых примитивных рибосомах системы самовоспроизведения никакая эволюция невозможна». Следует также учитывать, что РНК способна самовоспроизводиться только в строго определенных лабораторных условиях, в существование которых на ранней стадии истории Земли поверить трудно. Другая проблема заключается в том, что есть много видов молекул РНК и не все они способны катализировать собственное самовоспроизведение. Бехе отмечает: «Одного чуда возникновения химически целостной РНК недостаточно. Потребовалось бы второе чудесное совпадение, чтобы получилась вторая дееспособная молекула РНК, поскольку большинство РНК не обладают способностью к самовоспроизведению» (Behe. 1996. P. 172).

Некоторые исследователи расширили свой поиск, предположив, что первая нуклеотидная молекула обладала способностью к репродуцированию без помощи энзимов, относящихся к РНК. Но пока все их усилия не дали результата, и такая молекула не была обнаружена. Например, Стэнли Миллер и другие предложили пептидонуклеиновую кислоту (ПНК) как альтернативу РНК в качестве первой самовоспроизводящейся молекулы. Согласно Миллеру, ПНК – более стабильная молекула, чем РНК. Но в ходе экспериментов Миллер смог произвести лишь некоторые компоненты ПНК, а не саму молекулу (Travis. 2000b). В результатах исследования, опубликованных в журнале «Science», Эшенмозер утверждает: «…опытным путем не было продемонстрировано, что какая‑либо олигонуклеотидная система обладает способностью к эффективному и надежному неэнзимному воспроизведению в естественных условиях» (Eschenmoser. 1999. P. 2118). Говоря о РНК и других олигонуклеотидных молекулах, Эшенмозер утверждает, что «шансы их формирования в абиотических естественных условиях остаются под вопросом». Он признает, что, хотя большинство ученых считают формирование некоего подобного РНК олигонуклеотида ключевым шагом в появлении жизни, «убедительные экспериментальные доказательства возможности такого процесса в потенциально естественных условиях до сих пор отсутствуют».