Работа естественного отбора может кому-то показаться чудом. Удивительно — как из примитивной клетки спустя миллиарды лет возник человек. Но когда мы начинаем внимательно всматриваться в каждый отдельный процесс, то начинаем яснее понимать работу этого универсального механизма.
Когда речь идет о высокоорганизованных животных или растениях, тут все кажется довольно простым и понятным: ну вот родились тысячи жирафов, из которых у нескольких шея и ноги были чуть длинней, чем в среднем. А значит, им доставалось чуть больше вкусных питательных листьев, а значит они были более сытыми, более сильными и более способными оставить больше потомства и ухаживать за ним. Понятно, что со временем эти длинноногие и длинношеии потомки вытеснили маломерок. Дальнейшее увеличение роста преимуществ не давало, поскольку листьев вроде доставалось больше, зато тела становились более неповоротливыми, да и давление кровяного столба в кровеносных сосудах шеи становилось слишком высоким. В итоге вид зафиксировался с определенными размерами в определенной местности. Ну в самых общих чертах как-то так. Это понятно.
Но намного менее понятно, когда эволюционные биологи говорят об естественном отборе среди… молекул!! Что это такое? Молекулы ведь не могут прыгать, жрать листья и оставлять потомство. Давай рассмотрим это на простом примере.
Представим себе первобытный химический бульон на Земле 4.5 миллиарда лет назад, в котором плавали сотни тысяч, миллионы разных видов молекул. Одни молекулы быстро разрушались, другие оставались более стабильными. Третьи входили в соприкосновение с поверхностью минералов, где быстрее разрушались, а четвертые на тех же самых поверхностях наоборот, сохранялись дольше. То есть пошел первичный отбор молекул. И в какой-то момент образовались такие необычные молекулы, которые мы называем РНК (об этих молекулах у нас много уже написано). РНК обладали сразу двумя свойствами. Во-первых, они способны по-разному изгибаться, принимать разные формы, и в итоге некоторые из них могли работать КАТАЛИЗАТОРАМИ, то есть, подобно будущим белкам, они могли ускорять некоторые химические реакции. Во-вторых, само их устройство было таким необычным, что они могли согласно принципу комплементарности размножаться, делать копии самих себя.
Но механизм самокопирования неидеален, и часто возникали «мутировавшие» РНК, т.е. немножко другие. Некоторые из этих немножко других имели более слабые функции катализа и самокопирования, а другие — наоборот. Некоторые плохо приживались в данных условиях, а другие — наоборот. В итоге постепенно каждая молекула РНК сама создавала себе конкурентное окружение из немного отличающихся молекул, и постепенно выживали наиболее приспособленные к внешней среде. Стали возникать все более устойчивые самовоспроизводящиеся химические системы, всё более и более совершенные. Это и есть МОЛЕКУЛЯРНАЯ ЭВОЛЮЦИЯ.
Некоторые из этих молекул особенно хорошо умели цепляться к минеральной основе за счет особенностей своей структуры. Некоторые хорошо взаимодействовали с другими молекулами — липидами, которые в свою очередь обладали своей особенной способностью самособираться в капсулы, и т.д. и т.п. Триллионы триллионов триллионов триллионов триллионов молекул были вовлечены в этот процесс на протяжении миллиарда лет на пятистах миллионах квадратных километрах поверхности Земли. Вполне достаточно времени и пространства, чтобы постепенно возникла клетка.
И все же это всё кажется немножко надуманным, не правда ли? Ну вот так на словах вроде всё логично, но всё равно как-то трудно вообразить, что молекулы способны вот так эволюционировать, да еще так быстро. Нужна какая-то более прочная основа. Желательно — эксперимент!
«Что ж — значит нужен эксперимент» — решил Джек Шостак, работающий в Бостонской лаборатории Гарвардского универа. Он и его сотрудники взяли смесь из примерно ста триллионов разных недлинных РНК — каких попало, и вылили ее в пробирку со стеклянными шариками. На каждом шарике есть «наживка» в виде одних и тех же специфических молекул.
Если попросить какого-то ученого придумать и синтезировать такую РНК, которая смогла бы крепко уцепиться за эту молекулу-наживку, то этот ученый просто бы рассмеялся и развел руками. Это в принципе нереально — придумать такую последовательность нуклеотидов, которые бы стали таким образом сворачиваться, что в итоге их конфигурация идеально бы подошла под конкретную молекулу-наживку.
А что случилось в этом опыте? Случилось кое-что интересное. Разные РНК ведут себя очень по-разному, конечно, и среди всех этих триллионов РНК обнаружилось не так много таких, которые удержались кое-как на молекуле-мишени, когда раствор вылили из пробирки. Далее с помощью простой процедуры ученые размножили оставшиеся на шариках РНК, получив множество разновидностей этих РНК (ведь процесс самокопирования молекул не абсолютно точный), и снова залили новый раствор в пробирки с шариками. На этот раз еще больше молекул РНК еще более прочно закрепились на мишени. Всего лишь спустя неделю ученые получили РНК, которые способны очень прочно цепляться к мишени. Этот эксперимент показал, что молекулярная эволюция может идти ОЧЕНЬ быстро, так что теперь мы уже не с таким недоверием воспринимаем идею о том, что человек произошел от этих самых простейших молекул в результате естественного отбора.