Протоиерей Константин Константинов.
Санкт-Петербургская Православная духовная академия.
Квинтэссенцией эволюционной концепции является утверждение достаточности свойств неорганического мира для возникновения живых существ и последующего происхождения разнообразия их форм. Следовательно, конструктивная критика эволюционизма должна выявить недостаточность свойств неживой материи для генезиса жизни. В этой связи возможна следующая постановка вопроса: достаточно ли физико-химических закономерностей неорганической материи для появления и процветания жизни? Если нет, то чего не хватает? И каково происхождение этого недостающего элемента.
Недостающим элементом происхождения и последующего существования организмов, при наличии необходимого разнообразия веществ и источников энергии, при наличии удовлетворительного баланса стохастичности и детерминированности физико-химических взаимодействий, является информация. Делая такое утверждение, мы определяем нашу задачу, как обнаружение информации в живом и выявление ее роли в существовании организмов.
Есть разное толкование понятия «информация». В самом общем виде, информация - это сообщение или сведения, передаваемые в виде знаков. Сообщение, в свою очередь, всегда отражает смысл или обладает значимостью; таким образом, информация - это смыслы, транслируемые в знаковой форме. Следовательно, мы должны выявить в живом знаковую систему и вскрыть ее смыслы.
Результатом молекулярно-генетических исследований явилось понимание того, что геномы живых существ представляют собой знаковые последовательности. Это явление зафиксировано генетиками в терминах «генетическая информация», «генетический код». Термины справедливые и в точности отражают суть явления: последовательность нуклеотидов в ДНК указывает на последовательность аминокислот в белке, то есть первое является обозначением второго, а значит, служит кодом, символом, знаком последнего. Однако сначала попробуем разобраться с тем, что такое геном, что такое белок, и какова их роль в жизни организма.
Все живое состоит из клеток. Клетка есть элементарная и универсальная единица живого. На уровне клетки возможно осуществление всех свойств, которые являются отличительными признаками жизни, например, питание, дыхание, рост, движение, саморегуляция, размножение. Минимально возможный организм состоит из одной клетки. Максимально возможный организм может состоять из сотен триллионов клеток. Несмотря на огромное разнообразие клеточных форм (от бактерий до клеток человеческого организма), для всех клеток характерно определенное единство структурной организации, что, тем не менее, допускает существование огромного множества вариаций внутриклеточных структур и комбинаций этих структур, обусловленное как разнообразием среды обитания клеток, так и их различными функциями.
Важнейшим элементом внутриклеточных структур являются разнообразные белки. Обобщая, можно сказать: клетки являются конструкциями, механизмами, основными деталями которых являются белки. Это очень важный момент! Акцентируем: клетка не мешок с веществами, а машина, динамичная конструкция. Белки не просто сложные молекулы, а детали этой машины, выполняющие строго определенные функции. Одна молекула конкретного белка это одна конкретная деталь. Функция этой детали определяется конкретной топологией белковой молекулы. Здесь весьма уместна аналогия, например, с механическим будильником. Функция (то есть предназначение) конкретной шестерни этого будильника определяется ее конкретной топологией. Физиологическая функция белка также детерминирована его топологией. Топология белковой молекулы, в свою очередь, полностью определяется последовательностью аминокислот, входящих в ее состав. С химической точки зрения белок это полимер, состоящий из цепочки разнообразных, последовательно соединенных аминокислот. Длина этой цепочки может варьировать от нескольких единиц до нескольких сотен аминокислот. Разнообразие аминокислот, входящих в белки, для всех организмов является постоянным и равно двадцати единицам. А вот разнообразие последовательностей из этих аминокислот есть число с несколькими десятками нулей (порядков). Конкретная последовательность соединенных аминокислот в клеточной среде складывается в определенную конструкцию, топология которой и определяет ее функцию. Складывание цепочки аминокислот в трехмерную конструкцию обусловлено физико-химическим взаимодействием между аминокислотами. Но для нас самое важное заключается в том, что конкретная последовательность аминокислот (их порядок друг за другом и длина последовательности) полностью определяет их клеточную функцию: будет ли это сократительный элемент способный производить движение, ионный канал пропускающий, например, только ионы натрия внутрь клетки или фермент, соединяющий определенные вещества или, напротив, лизирующий определенные соединения и так далее - клеточных функций очень много.
Теперь обратим внимание на динамичность клеточной конструкции. В самом деле, организмы существуют в переменчивых условиях окружающей среды. Следовательно, условия существования клеток также весьма переменчивы, и клетка должна обеспечить собственную выживаемость в условиях, когда окружающая среда может существенно менять свои параметры, например, температуру, влажность, давление, химический состав. Однако, если даже клетки существуют в стабильных условиях, их внутреннее состояние весьма динамично хотя бы потому, что они растут и делятся. Биологи выделяют различные фазы клеточной жизни, периодическую последовательность которых называют клеточным циклом. Опуская подробности этого явления, подчеркнем важный момент – конструкция клетки, в отличии от рукотворных машин, динамична. В каком-то смысле все клетки трансформеры. Изменчивость клеточной конструкции влечет за собой динамичность набора клеточных элементов, то есть белкового состава. Диапазон этой изменчивости значителен. В разные моменты жизни клетки необходимость в каком-либо белке может меняться от нуля до сотен тысяч молекул при разнообразии белкового состава также в несколько десятков тысяч. Как бы мы с вами поступили, решая такую инженерную задачу? За счет каких ресурсов обеспечить необходимую динамичность белкового состава клетки?
Простейшим решением этой задачи могло бы быть наличие склада с необходимыми белковыми молекулами. Но это решение не простейшее, а скорее примитивное и не эффективное, так как, учитывая необходимые количества необходимого разнообразия белков, размер такого склада намного превосходил бы размеры клетки. Значительно эффективнее могло бы быть наличие механизма сборки необходимых белков. Именно так эта задача и решена: все клетки обладают механизмом сборки белков, эти механизмы называются рибосомами или полисомами, когда они собраны в большие комплексы. Рибосома представляет собой белковую структуру, функция которой заключается в «сшивании» аминокислот в аминокислотную последовательность, цепь. Недостатка в аминокислотах нет: клетка получает их с пищей, некоторые синтезирует сама. Доставка аминокислот к рибосомам осуществляется специальными молекулами – транспортной РНК. Здесь особых секретов нет. Секрет видится в другом. Почему рибосома собирает конкретный белок, то есть конкретную аминокислотную последовательность, необходимую сейчас? Откуда она получает сведения (информацию) об этой конкретной аминокислотной последовательности? Вообще говоря, откуда рибосома получает сведения о необходимом белке – вопрос вторичный. Самое главное заключается в том, что рибосоме для синтеза конкретного белка необходима информация об этом конкретном белке, описание этого конкретного белка, если угодно, инструкция по его сборке. Очевидно, что достаточно одной такой инструкции чтобы собрать любое количество молекул необходимого в данный момент белка.
Это и есть самое удивительное в живом. Оказывается, любая клетка в своих недрах содержит подробный свод инструкций по сборке всех необходимых белков. Заметим, клетка имеет не заготовки, не образцы этих белков, а их описание или информацию о них. Эта информация содержится в геноме клетки, реализованном, чаще всего, в виде молекул ДНК, которые представляют собой последовательности нуклеотидов. То есть ДНК, как и белок тоже полимер, но состоящий не из аминокислот, а из других соединений – нуклеотидов. Нуклеотидов в ДНК не двадцать, а всего четыре, но длина нуклеотидной последовательности может достигать нескольких миллионов единиц. Эти последовательности нуклеотидов и были названы биологами генетической информацией или генетическими текстами, так как по сути подобны последовательностям букв в текстах рукотворных и содержат в себе информацию о всех необходимых клетке белках. О сходстве нуклеотидов с буквами или знаками мы говорим потому, что последовательности нуклеотидов являются указателями или кодом последовательности аминокислот в белке. В расшифровке этого кода и заключалось одно из крупнейших открытий XX века, результатом которого было установление жесткого правила соответствия комбинаций нуклеотидов в ДНК аминокислотам в белках. Это правило соответствия было названо генетическим кодом, а вся совокупность правил организации генетической информации – генетическим языком. Для иллюстрации приведем некоторые правила этого языка.
Генетический алфавит состоит из четырех «букв» - нуклеотидов. В качестве генетического «слова» рассматривают три последовательно соединенных нуклеотида. Комбинацию из трех нуклеотидов называют кодоном. Кодон обозначает (кодирует) одну и только одну аминокислоту, но у одной аминокислоты может быть несколько синонимичных кодонов. Важными свойствами генетического кода является его неперекрываемость, однозначность, отсутствие межкодонных знаков, наличие инициирующих участков (начало считывания информации) и терминирующих кодонов (окончание считывания информации). Последовательность кодонов, описывающих один белок называется геном. В реальности структура гена сложнее: участки последовательности нуклеотидов, кодирующие участки белка (экзоны) чередуются с участками последовательности нуклеотидов, которые удаляются при считывании информации (интроны). Интроны не несут информации о структуре белка, но, как считается, являются способом защиты и регулирования активности процесса синтеза белка. Отмечается, что чем выше организация живого существа, тем сложнее структура гена – больше интронных участков. Наличие интронных и экзонных участков гена, наличие групп сцепления генов, образующих крупные смысловые единицы, наличие комплексов генов саморегулирующих процесс считывания информации о том или ином белке – все это также относится к правилам генетической грамматики или семиотики. А генетическая семантика или “генетический смысл” реализуется в биологических функциях и свойствах белка, что, в свою очередь, определяет конкретную жизненную форму, то есть смыслом или содержанием генетического текста является существование конкретного организма. Подчеркнем, что геном не просто библиотека, в которой находится описание конструкции всех основных деталей клеточного механизма, а действующая программа. Значительная доля генетической информации является регуляторной, то есть содержит в себе подробные сведения о том в какой последовательности, с какой интенсивностью и в каких обстоятельствах производить считывание информации о том или ином белке. Вся эта совокупная генетическая информация (сведения о структуре белков, инструкции регуляторного и защитного характера) полностью определяет то существо, которое появляется при последовательном чтении этой генетической книги. Можно сказать, что появление на свет и существование того или иного организма есть результат чтения генетической информации об этом организме.
Итак, рассматривая клеточный геном, мы убеждаемся, что имеем дело с генетическим текстом. Кстати, именно текстовость или лингвистические свойства генома и были причиной того удивления и восторга, который охватил первооткрывателей «клеточных тайн». Об этом пишет Э. Шредингер [6]. Ожидали открыть новые, специфичные физические законы, делающие живое живым. А открыли генетический язык, генетический текст. Это означает, что основой жизни организмов является слово или информация. Следовательно, самым главным вопросом происхождения жизни и разнообразия ее форм является вопрос происхождения информации или текста. Как появляется книга?
Тексты появляются очень просто. У текста есть автор. Автор в тексте выражает свою мысль. Эта точка зрения очевидна для здравого смысла. Однако объективности ради рассмотрим и другой вариант. Если субъектное происхождение текстов вынести за скобки и рассматривать книгу как формализованную последовательность знаков, то для любой конечной последовательности знаков с ограниченным разнообразием знаков можно указать вероятность ее появления как последовательности случайной. Это альтернатива авторскому происхождению текстов. Нам думается, что с этого момента начинают работать психологические законы, обусловленные тем или иным мировоззрением. В самом деле, нам не придет в голову рассматривать тексты литературных произведений или, например, текст Священного Писания, или текст компьютерной программы, как случайные последовательности. Мы знаем, что все эти тексты исполнены смысла, все они так или иначе укоренены в мировой культуре, все написаны с какой-либо целью и, следовательно, случайными не являются. Смыслы генетических текстов от большинства публики сокрыты. Хотя с другой стороны, какой смысл генома зайца? Очевидно, бытие зайца, описание зайцевости вообще и существование конкретного зайца в частности. Но путь от заячьей онтологии до заячьего генома сложен. Легче верить в случайное, но как бы объективное происхождение органических полимеров, чем видеть в ДНК Авторский текст, обусловливающий бытие живых существ.
Заключая наш небольшой дискурс, отметим, что пределом интерпретации данных молекулярной генетики является мировоззрение. Вопрос о происхождении жизни слишком масштабный. И даже наличие ясных фактов может быть недостаточным для ответа на такой большой вопрос, если эти факты входят в противоречие с убеждениями. Исследователи выявили в недрах живых организмов генетическую информацию, показали ключевую роль этой информации в существовании всего живого. В каком-то смысле, можно сказать, что существует именно эта информация, ведь конкретные особи исчезают, а информация сохраняется в поколениях согласно законам наследования. Но каково ее происхождение? Вопрос не индифферентен относительно мировоззрения. На наш взгляд, у смыслов, зафиксированных в знаковой форме всегда есть автор. В случае генетических текстов, Автор – Господь, вложивший смыслы в неорганическую материю. Неорганическая материя не обладает свойствами генезиса информации, следовательно, информация является тем дополнительным или внешним относительно этой материи фактором, без которого происхождение жизни и ее разнообразных форм невозможно. Однако можно верить в случайное происхождение текстов. Рационального здесь мало, ибо события со столь низкой вероятностью в математике считаются невозможными, но иллюзию объективности такая вера вполне может питать. В целом, примеров случайного возникновения текстов мы не знаем, вера в такие события к научному знанию отношения не имеет. В рамках здравого смысла очевидно, что возникновение текстов требует участия разума. И, если природа генетических текстов исключает в качестве своего источника разум человека, тогда остается только Разум Творца.
Познание молекулярно-генетических закономерностей и понимание генома как текста позволяет в будущем (возможно не очень далеком) человеку самостоятельно писать «генетические произведения». Необходимость таких произведений становится все более актуальной. Безусловно, возможность «генетического творчества» имеет смысл только в пределах этики, в пределах божественного благословения «возделывать сад, и хранить его» (Быт. 2, 15), а не разрушать его.
В нашем повествовании мы не использовали какие-либо сугубо специфические факты. Все изложенное здесь приводится в доступных изданиях от учебников до более серьезных монографий [1, 2, 3, 4, 5].
Литература.
1. Мак Конки. Геном человека. Перевод с английского М.: Техносфера, 2011. 287 с.
2. Мэтт Ридли. Геном: автобиография вида в 23 главах. Перевод с английского. М.: Эксмо, 2015. 427 с.
3. Сивоглазов В.И., Агафонова И.Б., Захарова Е.Т. Биология: общая биология. 10 кл. Базовый уровень: учебник. 2-е издание. М.: Дрофа, 2014. 254 с.
4. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология в 3-х томах. Перевод с английского. М.: Мир, 1996.
5. Ратнер В. А. Генетика, молекулярная кибернетика: Личности и проблемы. Новосибирск: Наука, 2002. 272 с.
6. Эрвин Шредингер. Что такое жизнь с точки зрения физики? Перевод с английского. М.: РИМИС, 2009. 176 с.