С.А. Боринская, к.б.н., Институт генетики РАН, г. Москва
Происхождение жизни остается одной из самых интригующих тайн. В «домолекулярный» период развития биологии научные концепции возникновения живых организмов представляли собой в значительной мере непротиворечивые гипотезы. С развитием молекулярной биологии и особенно геномных исследований последнего десятилетия появились эмпирические данные, которые дают более прочные основания для того, чтобы реконструировать последовательность появления по крайне мере некоторых ключевых процессов в живых организмах. Не имея возможности дать здесь обзор того пути, который прошла наука со времен первых работ Опарина и Холдейна, приведем лишь несколько примеров разрабатываемых ныне подходов. Популярные обзоры начальных этапов зарождения жизни, включая работы академиков А.С. Спирина, А.Г. Заварзина и других ведущих ученых в этой области, можно найти на сайте А.В. Маркова «Проблемы эволюции» в разделе «Зарождение жизни. Прокариотная биосфера» (http://macroevolution.narod.ru/paleobac.htm#1).
Вопрос происхождения жизни возникал на новом уровне всякий раз, как менялись представления о живых организмах. Когда были сформированы представления о клеточной природе жизни, возник вопрос о происхождении клетки. Когда стали известны строение и функции ДНК, РНК, белков, ученые попытались понять, каков был порядок появления этих «молекул жизни». ДНК способна хранить наследственную информацию, но не выполняет каталитические функции и без белков не может реплицироваться, белки же не могут самовоспроизводиться. РНК, казалось бы, играет лишь роль посредника между ДНК и белками и, в некоторых случаях, выполняет структурные (рРНК) и транспортные (тРНК) функции.
Однако именно РНК привлекла внимание исследователей 1980-х гг. Два открытия оказали наибольшее влияние на формирование существующих сейчас представлений. Первое – это обнаружение фермента ревертазы и осуществляемого ею процесса обратной транскрипции, т.е. синтеза ДНК на РНК (Г.Темин и Д.Балтимор, Нобелевская премия 1975 г.). Второе – открытие рибозимов – молекул РНК, обладающих каталитической активностью (С.Олтмен и Т.Чех, Нобелевская премия 1989 г.). Тот факт, что РНК способна катализировать биохимические реакции, указывал, что именно она – подходящий кандидат для того, чтобы быть первой среди других «главных» макромолекул клетки.
РНК способна катализировать биохимические процессы, и сейчас показано, что в рибосомах и в некоторых ферментах она выполняет не только структурные функции, но и непосредственно участвует в катализе, т.е. работает как рибозим. Кроме того, очевидно, что РНК способна хранить и воспроизводить генетическую информацию так же, как и ДНК.
Множество деталей биохимических процессов получили логическое объяснение с принятием предположения о появлении РНК на самых ранних этапах зарождения жизни. Так, например, ДНК-полимераза не способна самостоятельно инициировать синтез ДНК, и ей необходима помощь другого фермента, праймазы, который синтезирует небольшой фрагмент РНК (РНК-затравку). Можно полагать, что ДНК-полимераза так и «не научилась» начинать синтез самостоятельно и использование затравки представляет собой реликт, оставшийся с того времени, когда главной молекулой была РНК.
Эти и многие другие факты легли в основу представлений о том, что исходно молекулы РНК выполняли функции и геномные, и каталитические, затем появились белки и лишь потом ДНК. ............
