В вопросе о происхождении жизни, самым сложным считается характеристика структурных и функциональных особенностей протобиологической системы, то есть доклеточного предка. Трудность решения этого вопроса объясняется хорошо известным фактом: для саморепродукции нуклеиновых кислот – основы генетического кода – необходимы ферментные белки, а для синтеза белков – нуклеиновые кислоты. Поэтому предметом дискуссии издавна служили два взаимосвязанных вопроса. Первый: что было первичным – белки или нуклеиновые кислоты? [Второй: если признать, что оба эти класса биополимеров возникли не одновременно, а последовательно, то на каком этапе и как произошло их объединение в единую систему, способную к функциям передачи генетической информации и регуляции биосинтеза белков?]
Рассматривая ответы на вопрос о первичности белков или нуклеиновых кислот, все существующие гипотезы и концепции можно разделить на две большие группы – голобиоза и генобиоза.
Голобиоз – это методологический подход, основанный на идее первичности структур типа клеточной, наделенной способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма. Появление нуклеиновых кислот в ней считается завершением эволюции, итогом конкуренции протобионтов. Эту точку зрения можно еще назвать субстратной. К группе голобиоза относится и концепция А. И. Опарина.
Существует довольно много примеров подобного рода моделей, построенных на идеях гипотезы голобиоза. Объединяют их два главных момента. Первый – признание первичности белковой субстанции, способной к автокатализу, близкому к ферментативному. И второй – отсутствие даже упоминания о наличии в протеиноидных структурах молекулярных систем с функциями генетического кода. Появление генетического механизма матричного типа на основе макромолекул нуклеиновых кислот считается вторичным событием в эволюции протеиноидных структур.
Сторонники генобиоза исходят из убеждения в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода. Эту группу гипотез и концепций можно также назвать информационной. [Примером этой точки зрения может служить концепция Дж. Холдейна, согласно которой первичной была не структура, способная к обмену веществ с окружающей средой, а макромолекулярная система, подобная гену и способная к саморепродукции, а потому названная им «голым геном».]
Вплоть до 1980-х годов имело место четко выраженное противостояние гипотез голобиоза и генобиоза. Оно обрело форму дискуссии при обсуждении вопроса, что старше – голый ген или белковый протобионт, генетическая репродукция или метаболизм.
Также имелись сторонники некоего промежуточного варианта между голобиозом и генобиозом. Их общая идея в том, что белковые и нуклеиновые молекулы появились одновременно, объединились в единую систему в пределах структуры доклеточного предка и подверглись коэволюции – одновременной и взаимосвязанной эволюции. Однако и этот компромиссный вариант не получил всеобщего признания.
Позиции же гипотезы генобиоза стали заметно укрепляться в 1970-е годы, а к 1980-м годам, она оказалась доминирующей в представлениях о доклеточном предке.
Общее признание в рамках гипотезы генобиоза получила идея, согласно которой такими блоками были макромолекулы ДНК или РНК. В дальнейшем началось обсуждение, какая из этих информационных молекул появилась первой и смогла сыграть роль матрицы для первичной комплементарной полимеризации?
[Этот неизбежно возникающий вопрос сразу же вступил в противоречие с центральным положением молекулярной генетики: генетическая информация идет в направлении от ДНК к РНК и белку. Кроме того, стоял вопрос, как могла функционировать протобиотическая полинуклеотидная система в отсутствие ферментов, то есть белков, если допустить, что появление последних было вторичным?]
Переворот произошел в 80-х годах XX века, когда были открыты рибозимы — молекулы РНК с каталитическими свойствами, то есть делающие то, что должны делать белки. Среди рибозимов были найдены и катализаторы репликации молекул РНК — своих собственных или чужих.
Так появилась теория РНК-мира, согласно которой первые живые существа были РНК-организмами без белков и ДНК. А первым прообразом будущего РНК-организма мог стать автокаталитический цикл, образованный самовоспроизводящимися молекулами РНК — теми самыми рибозимами, которые способны катализировать синтез собственных копий. Молекулы РНК функционировали в качестве и ферментов, и субстратов для собственной репликации. ВИДЕО
Появление в мире РНК ранней в истории жизни не может быть доказано, но эксперименты in vitro, также называемой направленной эволюцией, показали, что это осуществимо. Эти эксперименты решили важный вопрос: могли ли молекулы РНК катализировать множество различных химических реакций, необходимых для жизни? В эксперименте, большой пул молекул РНК с различными последовательностями смешивают, а затем молекулы отбираются по их способности катализировать определенные биологически важные реакции (рис. 21-4). Те молекулы, которые имеют по крайней мере некоторую каталитическую способность, затем амплифицируются во множество копий и подвергаются мутациям (например, под воздействием некоторых химических веществ), а затем подвергаются воздействию еще одного раунда отбора. После того, как этот цикл повторяется несколько раз, молекулы РНК, дошедшие до конце отбора являются эффективными в качестве катализаторов для реакции. Эти исследования показали, что РНК имеет большой функциональный репертуар, то есть РНК может катализировать различные биологически важные реакций.
Таким образом, предполагается, что первоначально рибозимы катализировали синтез белка и других важных биологических реакций; только позже появились белковые ферменты катализируещие эти реакции.
Ефимов В.А Высокочастотные процессы.Концепция происхождения Жизни Целеполагание
