Случайность и необходимость - Жак Моно
* * *
Трансляция кода
Механизм трансляции нуклеотидной последовательности в аминокислотную последовательность гораздо сложнее, чем механизм репликации. В основном процесс репликации, как мы только что видели, объясняется прямыми стереоспецифичными взаимодействиями между полинуклеотидной последовательностью, служащей матрицей, и нуклеотидами, которые с ней связываются. При трансляции передачу информации также обеспечивают нековалентные стереоспецифичные взаимодействия. Однако эти управляющие взаимодействия реализуются в несколько последовательных этапов с участием различных компонентов, каждый из которых распознает исключительно своих непосредственных функциональных партнеров. Компоненты, задействованные в начале цепочки передачи информации, играют свою роль в полном неведении о том, что «происходит» на другом конце цепочки. Хотя генетический код записан на стереохимическом языке, каждая буква которого состоит из последовательности трех нуклеотидов (триплетов) в ДНК, кодирующих одну аминокислоту (из двадцати) в полипептиде, не существует прямой стерической связи между кодирующим триплетом и кодируемой аминокислотой.
Отсюда важный вывод: код, универсальный во всей биосфере, кажется химически произвольным, ибо передача информации с тем же успехом могла бы происходить и по каким-то другим правилам[44]. И действительно, известны мутации, которые, нарушая структуру некоторых компонентов механизма трансляции, изменяют интерпретацию отдельных триплетов, приводя к ошибкам (в отношении действующего правила), пагубным для организма.
В высшей степени механический и даже «технологический» аспект процесса трансляции заслуживает особого внимания. Последовательные взаимодействия различных компонентов на каждой стадии, ведущие к сборке, остаток за остатком, полипептида на поверхности рибосомы, сравнимы с работой вытачивающего деталь фрезерного станка и неизбежно напоминают конвейерную линию на машиностроительном заводе.
В целом в нормальном организме эта микроскопическая механика придает поразительную точность процессу трансляции. Конечно, ошибки случаются, но так редко, что никакой полезной статистики по их средней частоте не существует. Из однозначности кода (для трансляции ДНК в белки) следует, что последовательность нуклеотидов в сегменте ДНК полностью определяет последовательность аминокислот в соответствующем полипептиде. Поскольку, как мы видели в главе V, полипептидная последовательность диктует (при нормальных начальных условиях) свернутую структуру, которую полипептид принимает после своего образования, структурная и, следовательно, функциональная «интерпретация» генетической информации носит четкий и недвусмысленный характер. Ввода никакой дополнительной информации, кроме генетической, не требуется; по всей вероятности, это вообще невозможно, ибо механизм в том виде, в каком мы его знаем, не оставляет для нее места. В той мере, в какой все структуры и процессы живых организмов проистекают из структур и функций составляющих их белков, весь организм следует рассматривать как конечное эпигенетическое выражение генетического послания.
Необратимость трансляции
Необходимо добавить – и это очень важно, – что механизм трансляции необратим. Информация никогда не передается (и не может быть передана) в противоположном направлении – то есть от белка к ДНК. Понятие необратимости основано на наблюдениях, к настоящему времени столь обширных и неоспоримых, что его можно считать одним из фундаментальных принципов современной биологии (особенно учитывая его важность для теории эволюции)[45]. Из этого следует, что не существует никакого возможного механизма, посредством которого можно было бы модифицировать структуру и функционирование белка и передать (даже частично) эти модификации потомству, за исключением изменения инструкций, представленных сегментом последовательности ДНК. И наоборот, не существует никакого мыслимого механизма, посредством которого любая инструкция или часть информации могла быть передана ДНК[46].
Следовательно, вся система чрезвычайно консервативна, замкнута на себе и абсолютно невосприимчива к любым «указаниям» из внешнего мира. В силу своих свойств, в силу микроскопической функции, работающей как часы и устанавливающей между ДНК и белком, равно как и между организмом и средой, одностороннюю связь, эта система, очевидно, не поддается никакому «диалектическому» описанию. Она не гегелевская, а картезианская: клетка – это действительно машина.
Может показаться, что вследствие самой своей структуры эта система должна сопротивляться всяким изменениям, всякой эволюции. Она, несомненно, сопротивляется им, и здесь мы находим объяснение[47] факту гораздо более парадоксальному, нежели сама эволюция, – поразительной устойчивости некоторых видов, которые размножались без видимых изменений в течение сотен миллионов лет.
Впрочем, физика говорит нам, что – за исключением абсолютного нуля, недоступного предела – ни одна микроскопическая сущность не может не подвергаться квантовым возмущениям, накопление которых в макроскопической системе медленно, но верно изменяет ее структуру.
Живые существа, несмотря на совершенство механизма, обеспечивающего надежность трансляции, тоже подчиняются этому закону. Старение и смерть многоклеточных организмов объясняются, по крайней мере частично, накоплением случайных ошибок трансляции. Последние, затрагивая определенные компоненты, отвечающие за точность передачи информации, имеют тенденцию вызывать дальнейшие ошибки, которые постепенно и неумолимо подрывают структуру всего организма[48].
Микроскопические возмущения
Избежать возмущений, случайных отклонений, не нарушив при этом законов физики, не способен и механизм репликации. Некоторые из этих возмущений порождают более или менее дискретные модификации в определенных элементах последовательности ДНК. Такие ошибки репликации, благодаря слепой точности механизма, будут автоматически воспроизведены снова. Они будут точно транслированы в изменение аминокислотной последовательности в полипептиде, соответствующем сегменту ДНК, в котором произошла мутация. Лишь когда этот частично новый полипептид свернется, станет очевидным функциональное «значение» мутации.
В современной биологии наиболее важные исследования, как с точки зрения методологии, так и с точки зрения значимости, относятся к области, известной под названием молекулярной генетики (Бензер, Яновский, Бреннер, Крик). В частности, эти исследования позволили проанализировать различные типы дискретных случайных изменений, которым может подвергаться последовательность ДНК. Мутации могут быть вызваны:
1) заменой одной пары нуклеотидов на другую;
2) делецией или добавлением одной или нескольких пар нуклеотидов; и
3) различными типами «искажения» генетического текста путем инверсии, дупликации, перемещения или слияния более или менее крупных сегментов[49].
Мы считаем эти события случайными. Поскольку они составляют единственно возможный источник модификаций в генетическом тексте, который сам по себе является единственным хранилищем наследственных структур организма, то из этого неизбежно следует, что только случайность является источником всех инноваций, всякого творения в биосфере. Иными словами, фундамент грандиозного здания эволюции образует чистая случайность, абсолютно свободная, но слепая. Данная центральная концепция современной биологии больше не является одной из возможных или даже мыслимых гипотез. Сегодня это единственная приемлемая гипотеза, которая согласуется с наблюдаемыми и проверяемыми фактами. Более того, нет никаких оснований полагать – или надеяться, – что наша позиция на этот счет когда-либо будет пересмотрена.
Ни в одной из наук нет более разрушительной для антропоцентризма научной концепции, чем эта; ни одна другая не вызывает столь сильного инстинктивного протеста со стороны таких телеономических существ, как мы. Для любой виталистической или анимистической идеологии это понятие – или скорее призрак – необходимо изгнать любой ценой. Посему очень важно указать, в каком именно
