Происхождение жизни: абиогенез или разумное создание?

Рухленко И. А. Происхождение жизни: абиогенез или разумное создание? // Разумный замысел: от гипотезы к научной парадигме. 2024. №1 (4). С. 3-12.

Аннотация. В статье рассматриваются основные недостатки гипотезы «мира РНК» – самой популярной гипотезы самопроизвольного зарождения жизни. Этот «мир» невозможно создать даже с использованием современных высоких технологий, а потому все дискуссии о его спонтанном возникновении выходят за рамки науки. Напротив, полученные современной наукой данные всецело подтверждают теорию разумного создания жизни и полностью опровергают абиогенез. А это, в свою очередь, наносит серьёзный удар по дарвинизму в целом.
Ключевые слова: абиогенез, мир РНК, рибозимы, химическая эволюция, дарвинизм, происхождение жизни, самозарождение жизни, разумный замысел, креационизм

Ruhlenko I. A. THE ORIGINS OF LIFE: ABIOGENESIS OR INTELLIGENT CREATION?
Abstract. The article highlights the main flaws of the «RNA world» hypothesis, the leading model on the spontaneous origin of life. Despite modern technological advancements, creating such a «world» remains unachievable, rendering discussions on its spontaneous emergence scientifically untenable. Instead, current scientific data strongly support the theory of intelligent life creation, debunking abiogenesis and dealing a significant blow to Darwinism.
Keywords: abiogenesis, RNA world, ribozymes, chemical evolution, Darwinism, origin of life, self-generation of life, intelligent design, creationism

Одной из самых серьезных групп фактов, которые свидетельствуют в пользу теории разумного замысла (в любом из его вариантов), и одновременно серьёзно обесценивают дарвинизм, является знаменитая проблема происхождения жизни. Положение в этой области настолько печально, насколько это вообще возможно. А именно, результат 70-летней эпопеи с попытками «самозародить» жизнь в «грязной луже» – строго нулевой. Причём результат нулевой не только в целом (собственно, жизнь так никто и не «самозародил»), но даже попытки демонстрации хотя бы одного конкретного этапа самозарождения жизни тоже получились отрицательными во всех случаях. В принципе, можно, конечно, написать подробный обзор, с перечислением всех причин, почему естественное возникновение жизни невозможно, но мы ограничимся небольшим списком таких фактов.

Итак, гипотеза «мира РНК». Сегодня это самый популярный сценарий первоначального этапа зарождения жизни. Суть этой гипотезы заключается в следующем: вначале не существовало ни ДНК, ни белков, а были лишь короткие цепи РНК. Некоторые из них приобрели способность катализировать реакцию собственного воспроизведения. Из-за ошибок репликации возникали новые РНК, катализирующие другие реакции. Молекулы РНК окружили себя липидной мембраной и сформировали свой маленький мир – мир «рибоорганизмов», с которого и началась жизнь. Давайте посмотрим насколько реалистичен этот сценарий.

Образование азотистых оснований и сахаров

Для образования РНК нужны прежде всего азотистые основания: пуриновые (аденин и гуанин) и пиримидиновые (цитозин и урацил), а также сахар – рибоза.

Первая проблема, с которой мы сталкиваемся – это проблема получения этих соединений в естественных условиях. Например, аденин можно получить из цианистого водорода (HCN) – побочного продукта опытов Миллера и Юри – при облучении электронами, полученными от линейного ускорителя, газовой смеси, состоящей из метана, аммиака и воды. Однако при чрезвычайно высоких концентрациях HCN (порядка 0,01 М) выход аденина составляет, по некоторым оценкам, всего 0,04%, причём ни в одной реакции не удалось получить чистый аденин, лишь его производные [Поннамперума 1977, Ferris 1978, Shapiro 1995].

Другое основание – цитозин – при искровом разряде не образуется, а образуются только его предшественники: цианоацетилен и цианоацетальдегид. Однако если в растворе присутствуют, к примеру, аминокислоты, то они охотнее будут реагировать с ними, чем образовывать цитозин. Следовательно, прежде чем начнут накапливаться предшественники нуклеиновых кислот, исчезнут предшественники белков и другие важные соединения. (Кроме этого, цианоацетилен с большим «удовольствием» прореагирует с аммиаком и циановодородом, которые в больших количествах присутствуют в колбах Миллера-Юри). Под действием УФ-излучения цитозин быстро разрушается с образованием фотогидратов и фотодимеров циклобутана [Shapiro 1999].

Выделить из конечных продуктов экспериментов, моделирующих первичную атмосферу, другие пурины, кроме аденина, не удалось. Не увенчались успехом и попытки обнаружения пиримидинов [Поннамперума 1977, Orgel 2004, Spirin, 2007].

Что касается сахаров, то в опытах, аналогичных таковым Миллера и Юри, не удалось обнаружить даже намёков на их образование [Поннамперума 1977]. Однако был найден формальдегид, потому в качестве возможного способа получения сахаров, в частности рибозы, была предложена реакция конденсации формальдегида. Эта знаменитая реакция Бутлерова (синтез сахаров в слабощелочных водных растворах в присутствии ионов металлов) очень сложная1 и практически непредсказуемая. Каждый раз получаются самые разные сахара. На практике при непомерно высокой концентрации формальдегида – 0,15 М и выше – выход рибозы составляет менее 1% [Shapiro 1988]. Причём немедленно начинаются побочные реакции с другими сахарами. Из них образуется либо карамель, либо метиловый спирт и мочевина [Мухин 2009].

Устойчивость азотистых оснований и сахаров

Следующая проблема – крайняя неустойчивость всех этих соединений. В горячей воде рибоза (и другие сахара) распадаются всего за несколько минут. В тёплой воде они исчезнут в период от нескольких дней до нескольких месяцев (в зависимости от температуры воды)2.

Азотистые основания тоже недостаточно устойчивы, чтобы участвовать в образовании нуклеотидов естественным способом. Особенно неустойчив в этом отношении цитозин. В горячей или теплой воде он будет распадаться за считанные дни, месяцы, или годы (в зависимости от условий). Это делает накопление цитозина в воображаемых «первичных океанах» древней Земли принципиально невозможным3.

Таким образом, даже первичный материал для образования всех необходимых нуклеотидов просто неоткуда было взять4.

Образование нуклеотидов

Следующий этап и, соответственно, проблема – синтез нуклеотидов, т. е. соединений рибозы, азотистых оснований и фосфора.

Нуклеотиды слишком сложные вещества, чтобы самостоятельно образовываться в неживой природе. Реалистичные условия, в которых могли бы одновременно появляться все нужные нуклеотиды, не найдены до сих пор (несмотря на постоянный научный поиск в этом направлении). То есть до сих пор не найдено такой среды, в которой образовывались бы и пуриновые, и пиримидиновые нуклеотиды, необходимые для синтеза нуклеиновых кислот.

В 2009 г. в журнале Nature химик Джон Сазерленд (John Sutherland) и его коллеги из Манчестерского университета (Великобритания) сообщили, что нашли способ, позволяющий синтезировать рибонуклеотиды, причём пиримидиновые. До этого из пиримидиновых оснований не удавалось получить даже нуклеозидов (соединений рибозы и азотистых оснований), а в этих опытах получены сразу нуклеотиды. Весь секрет заключался в том, что учёные соединили не готовые «блоки» – рибозу и пиримидиновое основание, а использовали более простые органические молекулы (цианоацетилен, цианамид, гликольальдегид и глицеральдегид), соединив их вместе в присутствии неорганического фосфата. В итоге им удалось синтезировать цитидинфосфат, а из него и уридинфосфат (рисунок 1) [Powner 2009].

Рисунок 1. Пути предбиологического синтеза рибонуклеотидов. Синими стрелками показан классический путь (до сих пор не осуществлён в искусственных условиях), зелёными – способ, предложенный Дж. Сазерлендом. Рисунок из статьи [Powner 2009]

Во-первых, чтобы продемонстрировать этот этап абиогенеза полностью (этап синтеза нуклеотидов), нужно найти среду, в которой одновременно образуются сразу все необходимые нуклеотиды (входящие в состав хотя бы РНК). Например, без пуриновых нуклеотидов, польза от одних только пиримидиновых нуклеотидов – строго нулевая. И наоборот. То есть, даже если какие-то отдельные нуклеотиды (например, пиримидиновые) имеются в наличии – это всё равно бессмысленно без других нуклеотидов (в рамках вопроса о возможности происхождения жизни). Поэтому необходимо подобрать такие условия, в которых будут синтезироваться не только пиримидиновые, но ещё и пуриновые рибонуклеотиды. Причём с достаточной скоростью и достаточным выходом продукта. Кроме того, необходимо, чтобы эти условия были реалистичными (могли существовать на ранней Земле в принципе). Такие химические условия до сих пор не найдены. И уже понятно, что и не будут найдены. Потому что нуклеотиды, необходимые для синтеза РНК, во-первых, слишком сложны, чтобы самостоятельно образовываться в неживой природе, а во-вторых, синтез разных нуклеотидов требует разных условий.

Во-вторых, пиримидиновые нуклеотиды недостаточно устойчивы и довольно быстро разрушаются. Особенно низкой устойчивостью обладают производные цитозина (его нуклеозид и нуклеотид), впрочем как и сам цитозин. Разрушающим фактором здесь может служить, например, просто тёплая вода, подщелачивание водного раствора, и даже тот самый ультрафиолет (примерно с такой же длиной волны), который был предложен авторами обсуждаемой работы для синтеза второго (необходимого) пиримидинового нуклеотида – уридинфосфата (из цитидинфосфата). Таким образом, в соответствии с замыслом авторов, пиримидиновые нуклеотиды должны находиться под воздействием ультрафиолетового излучения [Powner 2009]. Но если держать их под ультрафиолетом, то вскоре от этих нуклеотидов ничего не останется. Сначала разрушится всё, что содержит цитозин, а потом за ним последует и уридин.

Неудивительно, что сам Сазерленд по поводу полученных им самим результатов пишет следующее: «Данный путь, каким он был осуществлен в лаборатории, состоял из нескольких стадий, и условия на этих стадиях были различными. Кроме того, между определёнными стадиями выполнялась предварительная очистка, чтобы упростить анализ химического механизма. Очевидно, что эти вопросы должны быть решены до того как можно будет считать данный синтез геохимически возможным» [Sutherland 2010]. То есть, сам Сазерленд избегает считать предложенный путь синтеза (двух из четырёх) необходимых нуклеотидов геохимически возможным.

Но почему Сазерленд так осторожен в своих оценках5? Потому что опыт, в котором был бы реально показан геохимически возможный путь синтеза хотя бы одного из нуклеотидов, должен выглядеть примерно так. Например, у нас есть вода с конкретной температурой и конкретный pH (или с реалистичными колебаниями этих параметров), с конкретным набором растворенных веществ (неорганических или простейших органических). И ещё с какими-нибудь дополнительными (конкретными) условиями среды… Или, например, атмосфера с таким-то (конкретным) составом газов, с такой-то температурой, и еще с такими-то реалистичными условиями (например, под постоянным воздействием ультрафиолета). А далее мы наблюдаем, что в этой среде в итоге получаются нуклеотиды. Такого эксперимента ещё не было продемонстрировано ни для одного из существующих нуклеотидов6.

Например, цианоацетилен, одно из основных веществ, использованное для получения пиримидиновых нуклеотидов в обсуждаемой работе [Powner 2009], на самом деле, вряд ли мог достигать сколько-нибудь значительных концентраций в условиях древней Земли. Потому что, например, аммиак и сероводород препятствуют образованию цианоацетилена. При добавлении аммиака и сероводорода в состав газовой смеси, цианоацетилен с готовностью реагирует как с исходными веществами, так и с побочными продуктами, образующимися в экспериментах газового разряда. Например, цианоацетилен реагирует с аммиаком, аминами, тиолами, циановодородом и др. [Shapiro 1999]. Следует ли напоминать, что аммиак использовался в составе исходной газовой смеси в знаменитом эксперименте Миллера-Юри, призванном показать синтез первичной органики из неорганики. Кроме того, в этом же эксперименте был использован ещё и метан в очень больших количествах (для синтеза цианоацетилена метан тоже необходим). Однако атмосфера с высоким содержанием метана является крайне сомнительной в земных условиях7 [Shapiro 1999].

В общем, подбор таких естественных условий, в которых бы реально осуществлялась непрерывная цепочка всех химических реакций от неорганических веществ до нуклеотидов – представляет собой весьма непростую задачу. Эта задача не решена до сих пор ни для одного из необходимых нуклеотидов. А потому, как пишет академик РАН А. С. Спирин, «заключение, которое можно сделать из всех имеющихся данных, не утешительно: несмотря на все ухищрения и моделирование различных условий первобытной Земли, к настоящему времени не удаётся воспроизвести полный абиогенный синтез ни одного из нуклеотидов, являющихся компонентами (мономерами) РНК» [Spirin 2007].

В нашумевшей работе по получению пиримидиновых нуклеотидов [Powner 2009], исследователи разумеется не смогли обойтись без того, чтобы в ходе синтеза не менять условия среды, и не очищать промежуточные продукты. Причём промежуточная очистка часто сопровождается ещё и искусственным повышением концентрации необходимого вещества (до приемлемого уровня).

Именно поэтому в обзоре (посвященном этой проблеме) открытие Сазерленда оценивается следующим образом [Schwartz 2013]: «Полученные результаты, хотя и представляющие впечатляющее химическое «чудо мастерства», сделали мало для решения проблемы пребиотического синтеза нуклеотидов, так как возникает масса новых затруднений, которые должны быть приняты во внимание для оценки правдоподобности данного химического пути в пребиотических условиях. Каждый из необходимых реактантов является реактивным химическим соединением, которое, в отсутствие избирательных условий, вступит в реакцию и образует набор нежелательных продуктов. Хотя цепь представленных Сазерлендом реакций и минует беспокоящую проблему синтеза рибозы, она в свою очередь поднимает другие вопросы. Как указал [сам] Сазерленд (2010) «встраивание нового химического пути синтеза в правдоподобный геохимический сценарий остаётся трудной задачей»» [Schwartz 2013].

И уж тем более трудно добиться, чтобы в таких естественных условиях, где непрерывно бы синтезировались все необходимые химические соединения (от исходных неорганических веществ до нуклеотидов)… при этом шло бы ещё и естественное образование РНК из этих нуклеотидов! Да ещё и осуществлялось бы успешное копирование этих молекул РНК. Так, чтобы все эти вещества не мешали друг другу. Понятно, что такая фантастика ещё не была показана никем, и никогда не будет показана. Потому что химических чудес на свете не бывает (во всяком случае, без вмешательства разумного замысла).

Самовоспроизводящиеся рибозимы

Следующая проблема «мира РНК» – приобретение гипотетическими рибозимами не только известных нам каталитических свойств, но ещё и способности копировать самих себя. И вот здесь возникла целая серия непреодолимых трудностей. Но всё по порядку. Для того чтобы в мире РНК полирибонуклеотиды могли размножаться, должны были существовать рибозимные аналоги белковых полимераз. В современных живых организмах такие рибозимы не обнаружены. У всех организмов за эту функцию отвечают только белки. Получить такую полимеразу при случайной полимеризации нуклеотидов также не удалось. Однако учёные на основе РНК-лигаз смогли создать рибозимы, которые могут, хотя и крайне неэффективно, катализировать реакцию синтеза РНК на РНК-матрице.

Среди всех искусственно полученных рибозимов, лучшим на сегодня является рибозим tC9Y длиной 202 нуклеотида. Он осуществляет матричный синтез РНК (с РНК-шаблонов) длиной до 206 нуклеотидов (причём только при отрицательной температуре около –8°C). То есть, казалось бы, результат вполне обнадёживающий [Attwater 2013].

Однако, как известно, «дьявол скрыт в деталях». И если рассмотреть этот результат подробно, то сразу получаются сплошные проблемы:

1. В качестве субстрата брались нуклеозидтрифосфаты. То есть, во-первых, уже готовые (взявшиеся непонятно откуда) нуклеотиды. А, во-вторых, эти нуклеотиды уже активированы. Но где такое видано, чтобы в природных условиях среда была насыщена такими высокоэнергетическими веществами в концентрации 0,4–4,0 ммоль/л?

2. Среда была подщелочена (pH 8,3). А при подщелачивании среды получается вот что: «…при подщелачивании аденин и цитозин легко подвергаются окислительному дезаминированию и превращаются, соответственно, в гипоксантин и урацил» [Spirin, 2007].

3. Отсутствовали посторонние (загрязняющие) вещества, которые могли бы вмешаться в процесс. Для природных условий это вообще нереально. В реальных же условиях (существующих в природе), из-за присутствия множества других веществ химические реакции идут совсем не так, как нам хочется.

4. Скорость: 63 нуклеотида за 16 часов и 206 нуклеотидов за 60 часов (т.е. примерно 4 нуклеотида в час). Это ничтожно малая скорость от той, которая необходима для поддержания «конвейера жизни». «Конвейер жизни» вообще способен существовать только потому, что скорость (и точность) работы «репликаторов» внутри реальных живых систем исключительно высока8.

5. Точность (ошибки копирования): точечные замены – 0,8%, делеции – 1,5%, преждевременная терминация – 0,015%, последние нуклеотиды вообще копируются с точностью 93%. То есть, это не матричный синтез, а скорее, «околоматричный синтез». В природных условиях такая «точность» копирования приведет к почти моментальному вырождению создаваемых копий, и в конечном итоге, к исчезновению всех подобных молекул, даже если все остальные условия будут идеальными9.

6. Нужен стартовый праймер (комплементарная к началу шаблона короткая РНК, которая к нему «приклеется» и будет играть роль «затравки»).

7. РНК копируется не всякая, а лишь специально подобранные шаблоны, про которые сказано, что они «имеют небольшую вероятность образовывать вторичные структуры», то есть, те самые «шпильки», в которых у самого tC9Y участвует больше половины нуклеотидов (57 пар). Таким образом, этот рибозим, на самом деле, не может копировать что-либо, хотя бы похожее на самого себя. А может копировать лишь линейные отрезки РНК. Однако вторичные структуры («шпильки») необходимы молекуле РНК, чтобы она вообще была способна к работе (обладала каталитической активностью). Так как же тогда рибозимы будут воспроизводить сами себя? А никак не будут.

8. Чем длиннее цепочка нуклеотидов, которую «прилепил» к матрице рибозим, тем труднее «отлепить» эту цепочку потом. То есть, по сути, рибозим создает мусор – двойную цепочку РНК, которая потом не расплетается. Ей, наверное, проще порваться поперек, чем вдоль.

Молекулярный биолог, академик РАН А. С. Спирин об этой проблеме написал следующее: «…Однако комплементарная репликация молекул РНК, катализируемая РНК-реплицирующим рибозимом, неизбежно должна приводить к образованию единой двуцепочечной двойной спирали в А-форме, где одна цепь – исходная, а другая – комплементарная ей дочерняя, и эта двуспиральная конформация очень стабильна. Для дальнейшей репликации и размножения исходных (функциональных) цепей РНК эта двойная спираль должна как-то расплетаться, и только тогда каждая её цепь вновь может служить матрицей для репликации, в том числе и для синтеза новых молекул с исходной последовательностью нуклеотидов на комплементарной цепи, то есть, к воспроизведению. Рибозимы, способные катализировать синтез комплементарных цепей РНК на матрицах одноцепочечных РНК, воспроизведены в лабораторных экспериментах (Johnston et al., 2001; см. также обзор Joyce et Orgel, 2006), но проблема разделения двуцепочечного продукта на индивидуальные цепи остаётся не решенной (Orgel, 2004). Конечно, нельзя исключать возможность появления рибозимов с активностью РНК-хеликаз, но тогда возникает другая проблема – как уберечь от расплетания локальные двуспиральные участки («шпильки») функциональных одноцепочечных РНК в функционально активной компактной конформации» [Spirin 2007].

Ещё раз кратко подытожим самый последний результат создания «самореплицирующихся рибозимов»:

1. Обсуждаемый рибозим берётся непонятно откуда. На практике, его создали любознательные исследователи, а в реальной природе нуклеотиды не образуются. Так же как самостоятельно не образуются и сами молекулы РНК (нужной длины), даже если обеспечить среду готовыми нуклеотидами [Spirin 2007].

2. А вот деградирует и развалится на части этот рибозим всего за несколько часов или дней. То есть непонятно откуда взялся, зато исчезнет очень быстро (см. ниже «водный парадокс»).

3. При этом он не способен воспроизводить самого себя.

4. По сути, вообще ни на что не способен:

а) не способен самостоятельно начать работу (пока к нему не будет прикреплен нужный праймер);

б) имеет недостаточную скорость работы (ничтожную);

в) имеет неудовлетворительную точность работы (делает недопустимо много ошибок при полном отсутствии систем репарации испорченных молекул);

г) не способен самостоятельно закончить работу (созданную двухцепочечную нить теперь непонятно как «разлеплять»). Если для этого использовать высокую температуру (для «плавления» РНК), то эта же высокая температура довольно быстро «порвёт» все полезные молекулы.

Вот такие вот «успехи».

Для подтверждения сделанных нами выводов приведём высказывания учёных-биохимиков, непосредственно занимающихся вопросами абиогенеза.

1. Американский биохимик Роберт Шапиро о «возможности» естественного образования нуклеотидов, появления молекул РНК и проблеме химического мусора:

«Строительные блоки РНК, – нуклеотиды – сложные органические молекулы, состоящие из сахарного остатка, фосфатной группы и одного из четырёх азотистых оснований. Каждый РНК-нуклеотид содержит до 10 атомов углерода, множество атомов азота и кислорода, фосфатную группу и имеет определенную конфигурацию. Все указанные атомы и группы можно соединить друг с другом разными способами и получить тысячи химических структур, готовых включиться в цепь РНК вместо канонических нуклеотидов…

Аминокислоты, в том числе и синтезированные Миллером и Юри, – значительно менее сложные молекулы, чем нуклеотиды. Все они содержат по одной амино (NH2)- и карбокси (СООН)-группе, которые связаны с одним и тем же атомом углерода. Самая простая из тех 20 аминокислот, что входят в состав природных белков, имеет всего два углеродных атома, а 17 аминокислот из того же набора – шесть и более. Аминокислоты и другие молекулы, синтезированные Миллером и Юри, содержали не более трех атомов углерода. А нуклеотиды в процессе подобных экспериментов вообще никогда не образовывались. Не выявлены они и в составе исследованных метеоритов. По-видимому, для неживой природы характерна тенденция к созданию молекул с возможно меньшим числом углеродных атомов, и никаких свидетельств образования нуклеотидов, необходимых для появления нынешних форм жизни, не найдено…

Даже если бы природа «приготовила» примитивный «бульон» из подходящих ингредиентов (нуклеотидов или каких-то более простых аналогов), то их спонтанное слияние в репликатор было бы невозможно без ещё более невероятных стечений обстоятельств. Предположим все-таки, что «бульон» был так или иначе «сварен», причем в таких условиях, которые способствовали соединению его компонентов в цепочки. В нем присутствовали мириады «неподходящих» блоков, включение которых в растущую цепочку сразу лишило бы её способности функционировать как репликатор (например, молекула с одной «ручкой», которой она держится за соседний блок, вместо двух, необходимых для роста цепи)» [Шапиро 2007].

2. Академик РАН А. С. Спирин о «водном парадоксе»:

«Каким бы образом ни появилась РНК на Земле, для её структурирования – причём как для формирования двойных спиралей за счёт Уотсон-Криковского спаривания азотистых оснований (A:U и G:C), обязательных для воспроизведения, так и для образования компактно свернутых специфических структур, необходимых для выполнения всех негенетических функций – нужна вода. Вода стабилизирует двойную спираль, отдельные двуспиральные блоки компактно свернутых одноцепочечных РНК и саму компактную упаковку макромолекул за счёт гидрофобных взаимодействий плоскостей колец азотистых оснований. При этом жидкая вода является растворителем для РНК, позволяющим свободные диффузионные перемещения макромолекул РНК при выполнении ими своих функций. С другой стороны, ковалентная полирибонуклеотидная цепь РНК в воде термодинамически нестабильна и спонтанно гидролизуется, особенно при повышении температуры, сдвиге рН и в присутствии катионов ряда ди- и поливалентных металлов. В отличие от ДНК, ей свойственна и кинетическая нестабильность, обусловленная прежде всего природой сахарного компонента её остова: остаток рибозы несет свободную 2?-гидроксильную группу в цис-положении по отношению к фосфорилированной 3?-гидроксильной группе и может атаковать фосфат, связывающий два рибозных остатка, результатом чего является образование нестабильной триэстерной группировки, спонтанный гидролитический распад которой ведёт к разрыву рибозофосфатного остова. Кроме того, в воде, особенно при подкислении, нестабильна связь пуринового основания с остатком рибозы (гидролитическая депуринизация РНК), а при подщелачивании аденин и цитозин легко подвергаются окислительному дезаминированию и превращаются, соответственно, в гипоксантин и урацил. Это и есть так называемый «водный парадокс» (см. Benner et al., 2006)» [Spirin 2007].

В итоге Спирин приходит к выводу о невозможности самозарождения РНК-мира на Земле. Этот вывод он выносит прямо в резюме своего обзора: «Рассмотрены условия внешней среды, необходимые для существования, амплификации и эволюции мира РНК, трудности абиогенного синтеза РНК и парадоксальные ситуации, возникающие в отношении стабильности РНК, её функционирования и места мира РНК в геологической истории Земли. Обсуждается, во-первых, несовместимость химической нестабильности ковалентной структуры РНК в водной среде и необходимости воды для формирования её функционально активных конформаций («водный парадокс»); во-вторых, несовместимость стабильной двуспиральной структуры РНК, требуемой для репликации РНК, и стабильных компактных конформаций одноцепочечных РНК, необходимых для каталитических функций (конформационный парадокс); в третьих, чересчур малый промежуток времени, или его отсутствие, в геологической истории Земли между окончанием массированной метеоритной бомбардировки (3,9 млрд. лет назад) и появлением первых свидетельств клеточной жизни (бактерий) в земных породах (3,8–3,85 млрд. лет назад или даже несколько ранее) (геологический парадокс). Сделан вывод о невозможности возникновения, существования и эволюции мира РНК в клеточные формы жизни на Земле. Кратко обсуждается проблема космического происхождения мира РНК и его внеземной эволюции, с последующим распространением в космосе, в основном с помощью комет, клеточной формы жизни как более устойчивой к внешним условиям по сравнению со свободной РНК» [Spirin 2007].

Как говорится, кто бы сомневался. Действительно, вряд ли следует удивляться научному выводу, что живые существа не могут самозарождаться в грязных лужах. Скорее, следует удивляться тому, что такая возможность вообще серьезно обсуждается.

А ведь речь здесь шла даже не о самозарождении жизни. А только о двух этапах воображаемого абиогенеза – этапе синтеза нуклеотидов и этапе образования самовоспроизводящихся молекул РНК. Но ведь эти этапы представляют собой не более 5 % всех вопросов, которые необходимо решить, чтобы действительно появился тот простейший живой организм, который нам известен (то есть, простейшая живая клетка). Потому что даже простейшая живая клетка в миллионы раз сложнее любого «самовоспроизводящегося рибозима». Даже если мы и получим каким-то образом такой сверхъестественный «самовоспроизводящийся рибозим», который будет устойчиво воспроизводиться во времени, не деградируя и не распадаясь на «запчасти» (за считанные часы или дни), то всё равно остаётся совершенно непонятным, каким образом на основе этого рибозима потом появится известный нам комплекс ДНК+белок? С работающими рибосомами, генетическим кодом, целым комплексом разных т-РНК, белками-полимеразами, биохимическими путями синтеза необходимых аминокислот, и прочими составляющими клеточных нанотехнологий. Столь радикальная смена химических технологий – это примерно как замена садовой тачки на мотоблок. Как это произошло?

То есть, рассуждать о самовоспроизводящихся молекулах РНК, доказывая на их примере возможность самозарождения живого организма – это всё равно, как если бы мы взяли водный раствор с уже находящимися там железными гайками и болтами (и только), и начали бы эту смесь трясти. И когда через несколько часов у нас бы некоторые гайки накрутились бы на некоторые болты, то мы, на этом основании, стали бы утверждать, что самозарождение экскаваторов в грязных лужах, в принципе, возможно. Осталось только прояснить некоторые детали.

Заключение

Таким образом «гипотеза абиогенеза» – это такое современное антинаучное позорище, каким было в своё время «успешное самозарождение мышей в грязном белье»10. Через некоторое время некоторым современным биологам и химикам будет очень стыдно, что они на полном серьезе занимались алхимическими опытами по самозарождению гомункулуса в грязной колбе… в начале XXI века! То есть тогда, когда уже было отлично известно, насколько сложным нанотехнологическим чудом является любая живая клетка.

Получается, что на сегодняшний день, теория разумного замысла объясняет происхождение жизни намного лучше, чем «гипотеза» абиогенеза. Действительно, то, что никак не может самостоятельно собраться в грязной луже (или колбе), вполне можно искусственно собрать, используя разумное планирование. Самый верующий дарвинист никогда не поверит, что экскаватор может собраться самостоятельно, если мы положим в нужном месте все необходимые детали, и начнём их тщательно перемешивать, в ожидании самосборки экскаватора. Но разумная сборка этого же экскаватора из этих же деталей – самая обычная вещь.

Также и в случае живой клетки. Биологи уже сегодня смогли искусственно собрать (из готовых нуклеотидов) ДНК кишечной палочки [Gibson 2008]. А после этого, ещё и одну из хромосом дрожжей [Annaluru 2014]. Понятно, что пока искусственно создаются лишь сравнительно простые структуры в живой клетке. Например, искусственно собрать работающую рибосому (шедевр нанотехнологий жизни) будет уже гораздо сложнее (технически сегодня это невозможно). Но ведь и наши технологии тоже не стоят на месте. То, что технически невозможно сегодня, может оказаться возможным завтра. Потому что с помощью разумного планирования, действительно, можно создавать чрезвычайно сложные вещи.

Итак, на сегодняшний день, состояние концепции естественного возникновения жизни можно оценить так: это событие химически невозможно. Или всё-таки возможно, но примерно с таким же научным правдоподобием, как и естественное самозарождение экскаватора в песчаном карьере. А наиболее правдоподобная версия – это разумный дизайн. То есть, искусственное (или сверхъестественное) создание жизни.

Но, казалось бы, при чем здесь дарвинизм? Ведь мы начали статью со сравнения разумного замысла с дарвинизмом. Ведь из того, что жизнь, возможно, была создана разумом, еще не следует, что дарвиновская теория эволюции – неверна. Может быть, первое живое существо, действительно, было создано с помощью чьего-то разума. Но ведь дальше вполне возможен сценарий именно дарвиновской, естественной эволюции этой (однажды созданной) жизни.

Действительно, признание создания жизни с помощью разума, действительно, не опровергает дарвинизм, зато серьезно его обесценивает. Ведь если мы всё-таки признаём вмешательство разумной силы хотя бы один раз в ход развития жизни, то почему бы теперь нам не признавать возможность разумного вмешательства и в процесс создания видов? Тем более что многие факты намекают на это совершенно явным образом. Взять хотя бы всё тот же «кембрийский взрыв».

Таким образом, проблема происхождения жизни на сегодняшний день – это ещё одна область, которая склоняет чашу весов в пользу концепции разумного замысла.

Список использованной литературы

1. Мухин Л. М. Условия на поверхности Земли 4–4,6 млрд лет назад. Первичные синтезы // Проблемы происхождения жизни. РАН. Сборник научных статей. М.: ПИН РАН. 2009. С. 120–128.

2. Поннамперума С. Происхождение жизни. М.: Мир. 1977. 176 с.

3. Шапиро Р. У истоков жизни // В мире науки. 2007. № 10. С. 21–29.

4. Annaluru N. et al. Total synthesis of a functional designer eukaryotic chromosome // Science. 2014. Vol. 344. № 6179. P. 55–59.

5. Attwater J., Wochner A., Holliger P. In-ice evolution of RNA polymerase ribosyme activity // Nature chemistry. 2013. Vol. 5. P. 1011–1018.

6. Ferris J., Joshi P., Edelson E. HCN: a plausible source of purines, pyrimidines and amino acids on the primitive Earth // Journal of Molecular Evolution. 1978. № 11. Р. 293–311.

7. Gibson D. G. et al. Complete chemical synthesis, assembly, and cloning of a Mycoplasma genitalium genome // Science. 2008. Vol. 319. № 5867. P. 1215–1220.

8. Larralde R., Robertson M. P., Miller S. L. Rates of decomposition of ribose and other sugars: implications for chemical evolution // Proceeding National Academy of Sciences USA. 1995. Vol. 92. P. 8158–8160.

9. Levy M., Miller S. L. The stability of the RNA bases: implications for the origin of life // Proceeding National Academy of Sciences USA. 1998. Vol. 95. P. 7933–7938.

10. Orgel L. Prebiotic chemistry and the origin of the RNA world // Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology. 2004. V. 39. № 2. P. 99–123.

11. Powner M. W, Gerland B., Sutherland J. D. Synthesis of activated pyrimidine ribonucleotides in prebiotically plausible conditions // Nature. 2009. Vol. 459. P. 239–242.

12. Schwartz A. W. Evaluating the plausibility of prebiotic multistage syntheses // Astrobiology. 2013. Vol. 13. № 8. P. 784–789.

13. Shapiro R. Prebiotic cytosine synthesis: A critical analysis and implications for the origin of life // Proceeding National Academy of Sciences USA. 1999. Vol. 96. № 8. P. 4396–4401.

14. Shapiro R. Prebiotic ribose synthesis: A critical analysis // Origins of Life and Evolution of the Biosphere. 1988. Vol. 18. P. 71–85.

15. Shapiro R. The prebiotic role of adenine: a critical analysis // Origins of Life and Evolution of the Biosphere. 1995. Vol. 25. P. 83–98.

16. Spirin A. S. When, where, and in what environment could the RNA world appear and evolve? // Paleontological Journal. 2007. V. 41. № 5. P. 481–488.

17. Sutherland J. D. Ribonucleotides // Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 2010. Vol. 2. Art. a005439. URL: https://doi.org/10.1101/cshperspect.a005439

Сноски:

1 Для того чтобы в знаменитой реакции Бутлерова образовался какой-нибудь сахар, необходимо наличие формальдегида в слабощелочном растворе в присутствии ионов металлов. В свою очередь, формальдегид сегодня получают промышленным способом за счёт окисления метанола. В свою очередь, метанол получают из угарного газа и водорода на медь-цинковом оксидном катализаторе при температуре 250°С и давлении 70 атмосфер. Естественно, возникает вопрос – как же повлияют только что озвученные условия, необходимые для синтеза исходного метанола, на конечный продукт того, что мы хотим получить, то есть, на сахар? Разумеется, они попросту его разрушат.

2 Период полураспада рибозы в воде при 100°С и рH 7 составляет 73 минуты; при 25°С – 300 дней; при 0°С – 44 года. В кислой и щелочной среде рибоза ещё менее устойчива. Другие альдопентозы и альдогексозы имеют периоды полураспада на порядок меньше этих значений, как и 2-дезоксирибоза, рибозо-5-фосфат и рибозо-2,4-бисфосфат. В связи с этим авторы работы [Larralde 1995] делают вывод, что основа первого генетического материала не могла содержать рибозу или другие сахара из-за их нестабильности.

3 При 100°С период полураспада аденина и гуанина составляет 1 год, урацила – 12 лет, цитозина – 19 дней [Larralde 1995, Shapiro 1995, Shapiro 1999, Levy 1998]. При понижении температуры устойчивость возрастает, однако остаётся низкой для предбиотического использования. Авторы работы [Levy 1998] приходят к выводу, что нестабильность азотистых оснований является очень серьёзной проблемой для гипотезы естественного происхождения жизни.

4 Особенно эта проблема актуальна при высоких температурах окружающей среды, что сводит на нет все гипотезы происхождения жизни в геотермальных источниках. А также другие гипотезы, в которых предполагаются высокие температуры среды. С другой стороны, и при низких температурах скорость распада сахаров и цитозина всё ещё остаётся слишком большой. В то время как низкая температура замедляет вообще любые химические реакции (как реакции распада, так и реакции синтеза).

5 Правда, после этого признания Сазерленд далее начинает теоретически рассуждать, каким образом эта проблема могла бы (теоретически) преодолеваться в условиях древней Земли [Sutherland 2010].

6 Как видим, даже в нашумевших опытах Сазерленда, на самом деле: 1) на разных стадиях эксперимента одни условия искусственно заменялись другими, 2) при этом промежуточные вещества очищались.

7 Кроме того, опыт Миллера-Юри имеет и другие методические недостатки. В этом опыте небольшой объём изолированной газовой смеси, циркулируя по кругу, в течение недели подвергался непрерывному воздействию электрических разрядов. Видимо, имитируя природную молнию, бьющую в одно и то же место тысячу раз подряд? В результате, и без того очень сомнительная (для земных условий) смесь газов (метан, аммиак, водород и пары воды) быстро превратилась в совсем уже нереалистичную искусственную смесь, с высоким содержанием циановодорода и формальдегида. И уже из этих веществ потом образовалось небольшое количество аминокислот (которые и наделали столько шума среди научной общественности). При этом основной аминокислотой, полученной в эксперименте, оказался глицин. То есть самая простая из всех аминокислот (всего два атома углерода в составе молекулы), а также аланин (три атома углерода). Более сложные вещества образовывались в подобных экспериментах уже в следовых количествах. Но даже если взять именно глицин, то есть, именно ту аминокислоту, которой в эксперименте получилось больше всего, и вылить весь этот «продукт действия тысяч молний»… нет, не в древний океан, а всего лишь в ёмкость, содержащую один кубический метр воды, то в результате разбавления мы получим практически дистиллированную воду.

8 Скорость транскрипции РНК у живых организмов составляет 40–50 пар нуклеотидов в секунду, или 140 000–180 000 нуклеотидов в час. Рибозим tC9Y присоединяет нуклеотиды со скоростью 4 нуклеотида в час. Это просто несоизмеримо с реально требуемыми скоростями синтеза. Рибозимы с такой скоростью работы скорее разрушатся (деградируют), чем доделают свою работу до конца. А чинить рибозимы от разрывов и ошибок некому. В живых клетках действуют специальные белковые комплексы для постоянного ремонта ДНК. А ведь ДНК намного устойчивей РНК.

9 Сегодня в живой клетке действует сложнейший нанотехнологический белковый комплекс, который обеспечивает почти фантастическую точность копирования ДНК – вероятность ошибки (точечной замены) в живой клетке составляет примерно 10–9 (0,0000001%). И даже с такой точностью копирования вредные мутации (ошибки копирования) имеют тенденцию постепенно накапливаться в геномах. А теперь сравните эту точность с «точностью» работы обсуждаемого рибозима tC9Y, где вероятность точечных замен составляет почти 1%. И это помимо всех других типов ошибок (см. в тексте).

10 Известные научные эксперименты, которые проводил в XVII веке один из крупнейших ученых того времени Ян Баптист ван Гельмонт. В этих экспериментах учёный с помощью потной рубашки и горсти пшеницы успешно самозарождал мышей то в темном шкафу, то в горшках.

Источник: biolar.ru

Комментарии: