Полная версия

Главная arrow Экология arrow Ключ к генетическому коду в структуре объединенных молекул воды

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ИНФОРМАЦИЯ В ЖИВОМ ОРГАНИЗМЕ

Молекулярная информация формируется соединением химических мономеров, которые создают предпосылки для представления информации. Мономеры-это элементарные формы органического вещества, которые представляют собой химические буквы и символы. Из них складываются кодовые слова. Важным значением является не сам код, а смысловое значение и порядок кодовых слов и предложений, то есть самих модулей.

Результатом зарождения жизни на Земле считается создание кодирования, связанного с появлением наследственной информации. Переносчиками информации являются биомолекулы. Биомолекулы обладают как физио-химическими, так и информационными закономерностями. Наследственная информация обеспечивает себя материальными и энергетическими аспектами. Однако, следует учитывать, что фактором наследственности является не сам генетический код, а именно информация записанная генетическим кодом на материальном носителе.

Белки и ферменты представляют собой молекулярные автоматы или манипуляторы с программной биохимической логикой управления. Модуль представляется как независимая программная единица (код, прцедура или команда), которая реализует только одну функцию. [86].

Генетика упорным трудом выбрала обычное направление: ввела в эволюцию механизм изменчивости, утверждая, что совершенствование вида происходит от мутаций. Эволюционное учение нашло всеобщую поддержку ученых.

Но, когда узнали, что живые организмы состоят из клеток, эволюция уже звучала ненаучно, однако, она не утрачивала позиций. Но у эволюции в действительности совсем нет достаточных оснований для правдоподобного объяснения, как органическая материя могла преобразоваться в первые живые клетки.

Так, один из противников дарвинизма современный шведский биолог Лима-де-Фария отмечает, что теория Дарвина не поддается проверке, поэтому дарвинизм нельзя считать научной теорией [87]. Лима-де-Фария полагает, что на всех уровнях организации материи (от элементарных частиц до человека и человеческих обществ) действует механизм самосборки, и он демонстрирует самосборку кристаллов, молекул, вирусов, рибосом, хромосом, клеток, органов, организмов и сообществ. В частности клетка строится, по его мнению, путем самосборки, при которой каждая молекула (или атом) избирательно «узнает» следующую частицу. Лима-де-Фария углубляется в неживую природу [87]. С его точки зрения эволюция - процесс, внутренне присущий Вселенной, начинающийся фактически с образования элементарных частиц на заре превращения энергии в вещество. В основе эволюции лежит процесс соединения.

Протоны и электроны произошли в результате соединения кварков. Атомы образуются путём соединения протонов, нейтронов и электронов. Молекулы «складываются» в атомы. Белки образуются путем соединения молекул, которые в свою очередь представляют собой комбинации атомов. Он считает, что до биологической эволюции были последовательно: эволюция элементарных частиц, эволюция химических частиц и эволюция минералов. При этом на всех уровнях организации материи действовал (и продолжает действовать) механизм самосборки.

Таким образом можно сделать вывод, что в основе эволюционного процесса на всех уровнях организации материи действуют механизмы (движущие силы, факторы) подбора и сборки, естественного отбора и распада, значительно

отличающиеся от традиционных (механизмов изменчивости, наследственности и естественного отбора). Этот вывод подтверждается фактами и наблюдениями.

Главным достоинством Лимы-де-Фария, по сравнению с Дарвинизмом и многими другими исследованиями, является его приверженность принципу актуализма [88], объявляющему, что «настоящее является ключем к познанию прошлого». Этот принцип, предложенный шотландским геологом Джеймсом Геттоном (1726-1797), предлагает в поисках объяснения событий прошлого обращаться к процессам, происходящим на Земле в наши дни.

Первопричиной появления жизни на Земле является универсальная способность материи и энергии к различным типам взаимодействия, видам движения и формам развития. Необходимые природные условия и предпосылки появления жизни, к счастью, оказались именно на нашей планете.

В процессе эволюции постепенно развивались те микроскопиические (физикохимические) силы, связи и взаимодействия, которые определяют характер структурной организации материи. Этот факт является предпосылкой и функциональной основой возникновения более высоких форм организации материи и видов взаимодействия. Химический способ представления информации стал гениальным изобретением природы, при помощи которого были открыты пути эволюции как информационной, так и биологической. Причем для воплощения молекулярной информации стали использоваться такие же физико-химические силы, связи и взаимодействия, которые существуют в микроструктуре неорганических форм материи: притяжение и отталкивание субмолекулярных частиц, ковалентные связи между атомами, нековалентные типы связывания, элементарные молекулярные силы и взаимодействия.

Сложность задач исследований генетики с её 5-ю масштабами дискретности -геномным, хромосомным, генным, как неодинаковыми макроскопическими, а также триплетным и нуклеотидным, как микроскопическими,- потребовала продолжительного времени для их изучения.

Генетический код может быть двух типов. Первый является непрерывным, то есть в каждое из тройных переплетении азотистых основании каждое из них входит только один раз, то есть одно и то же азотистое основание не может кодировать одновременно две аминокислоты в цепи. Тройные переплетения азотистых оснований молекулы ДНК проходят по всей ее длине, нигде не перекрываясь, то есть свободные пространства, или зазоры между ними отсутствуют полностью. Генетический код второго типа, который называется вырожденным, характеризуется тем, что место одной аминокислоты может быть закодировано сразу несколькими триплетами азотистых оснований. Однако они являются в данном случае прерывными, то есть дискретными. Причем аминокислота, которая кодируется при помощи вырожденного генетического кода, должна быть одной и той же.

На современном этапе развития биологии нам представляется целесообразным к принципу аналогии, лежащему в основе всего моделирования, добавить два других принципа, которые наиболее характерны для естественнонаучного подхода. Это, во - первых, принцип индуктивности, согласно которому целесообразно строить модели от частных к более общим. Следованием этому принципу естествознание всегда отличалось от математики, в которой нередким было дедуктивное построение математических теорий. Во-вторых, это принцип достаточности, применяемый в том смысле, что не следует «изобретать» новую биологическую математику - достаточно привлекать в биологию вообще, и в генетику в частности, уже существующие математические методы. Таковы, например

теория информации, теория нечетких множеств, или современные статистические методы [см. монографию автора: Математика и загадочный генетический код]. В работе научные интересы сосредоточены на анализе индуктивных выводов геномов и белков объектов реального мира. Ведется анализ дискретных структур генетического кода и зарождения жизни на земле на основе байесовских процедур на цепях Маркова и других информационных теорий и статистических методов. В монографии обсуждается применение байесовских процедур распознавания для предсказания вторичной структуры белков. Развивается теория статистического оценивания дискретных процедур распознавания.

Существуют три основные идеи по поводу того, как могла возникнуть связь между аминокислотами и нуклеиновыми триплетами:

  • 1. Теория «застывшей случайности», утверждающая, что соответствие амии-нокислот и кодонов установилось случайно, а потом таким и осталось, потому что любое изменение нарушало бы структуру сразу многих белков и привело бы клетку к гибели. Очевидно, это ничего не объясняет.
  • 2. Теория оптимизации, согласно которой генетический код устроен так, что-бы при самых частных ошибках трансляции аминокислоты заменялись на химически похожие. Ошибки трансляции происходят при неточном соответствии кодона мРНК антикодону тРНК. При этом не все теоретически возможные ошибки имеют одинаковую вероятность: так, ошибка в третьем нуклеотиде вероятнее, чем в первых двух; перепутать Асб или и с С проще, чем пурины с перимидинами. Подсчитано, что базовый генетический код (тот, что использует большинство современных живых систем) по оптимальности входит в тысячную долю лучших из всех возможных кодов. Однако и он не самый лучший. Например, если стоп кодон 1ЮА станет кодировать триптофан, помехоустойчивость возрастет. Именно такие изменения кода происходят в малых геномах, например геномах митохондрий.
  • 3. Теория стереохимического соответствия утверждает, что кодоны (или антикодоны) способны специфически связывать свои аминокислоты, и это дало начало генетическому коду. Действительно, в экспериментах по отбору РНК, эффективно связывающих аминокислоты, полученные молекулы были обогащены как кодонами, так и антикодонами этих аминокислот. К сожалению, обогащение не обнаружено при попытке создать РНК, связывающие самые простые аминокислоты (глицин, аланин, серин, аспартин).

Рассуждая о структурах генетического кода, гена и воды следует отметить, что в них заложена определенная информация. Эти структуры дискретны. Ген, сам по себе, является материальным носителем дискретной информации, которая содержится в кодовых последовательностях его структуры. Ген материален, он часть хромосомы - единица наследственного материала - это дискретный фактор наследственности. Дискретные наследственные задатки были открыты, как известно, в 1865 году Г.Менделем. А информация, как раздел кибернетики не подчиняется физико-химическим законам, в ней заложены специфические принципы и правила. Отсюда следует, что ген лишь материальный носитель, а фактором наследственности является сама информация, заключенная в кодовых последовательностях его структуры.

В последнее время многие исследователи склоняются к мысли, что не только живая материя, но и сама жизнь во всех её многообразных проявлениях, и сам разум являются продуктом эволюции кодированной информации [89]. Отсюда следует, что биомолекулы подчиняются не только физико-химическим, но и информационным закономерностям, т.к. они являются переносчиками информации, в структурах которых она записана. Информация загружается в структуру белковых молекул, где она диктует биомолекулам не только структурное содержание, но и правила их поведения.

Одна из главных заслуг живой материи, полагает Калашников Ю.Я., кроется в том, что с её «лёгкой руки», информация зародившаяся и воспроизводимая в её недрах, выбралась как джин из сказочной бутылки и заполнила наш мир мощными потоками и всеобъемлющими сетями виртуальной (кодированной) информации. Таким образом, реально существующая часть живого заключена в программном обеспечении генома, в генетических информационных сообщениях. Но как формировалась эта кодированная информация?

Предполагается, что первоначально развитие кодированной инфоромации шло бок о бок с эволюцией живой материи. Далее кодированная информация, как отдельно существующая субстанция, стала важнейшей сущностью биосферы нашей планеты, впоследствии, и причиной возникновения сознания и разума, а в дальнейшем, и основой развития техносферы, ноосферы, инфосферы.

Природная кодированная информация, как мера упорядоченности структур и функций, является естественной характеристикой не любой, а только живой материи ! Очевидно, что первая закодированная информация появилась на Земле более 3,5 миллиардов лет тому назад. И это была «буквенно-символьная» информация биологических макромолекул. Следовательно, истина кроется в буквах и символах, преобразованных в кодированные цифры и знаки. Причем, информация обеспечила не только потенциальную вероятность зарождения живой материи, но и процессы информационного управления обменом энергии и веществ. Заложенная в генах информация является основным фактором, обуславливающим как функционирование, так и развитие любой живой системы.

В процессе эволюции живой материи естественные субмолекулярные и молекулярные силы и связи постепенно превращались в сигнально- информационный фактор, который стал использоваться в процессах управления и сигнализации живых молекулярных систем. Первоначально эти факторы явились физической предпосылкой к формированию кодовых сигналов, а затем, и информационной основой молекулярных форм самоорганизации и самоуправления. Поэтому основной функцией живой материи стала системная организация и интеграция в её структуре органического вещества, химической энергии и молекулярной биологической информации. Самой актуальной задачей в молекулярной биологии становится не только поиск сигнального переносчика информации (в физикохимическом воплощении), но и определение средств её хранения, обработки, передачи и реализации. При программировании биологических структур и их функций, наряду с использованием ковалентных химических связей (при кодировании линейных молекулярных цепей), широко применяются и нековалентные типы связывания: электрические эффекты, ионные и водородные связи, гидрофобный эффект и т.д. (при образовании трёхмерных молекулярных структур, а так же при информационном взаимодействии биологических и макромолекул друг с другом с помощью их кодовых стереохимических микроматриц) [90].

Ученых всегда восхищала способность хранить в крохотной молекуле ДНК огромное количество информации о форме и размерах организма, его развитии, о внутренних органах и их работе, цвете глаз, радужной оболочки зрачка и др.

Характерной чертой строения организма является спиральность. Оказалось, что спиральность проявляется даже на клеточном уровне организации, в строении молекул живых организмов. Английский ученый Э.Синнот указывает, что спиральность во многих случаях является отличительной особенностью протоп-

лазмы, направление ее движения в клетке также спиральное. Рост самих клеток также может быть спиральным. Не случайно носители генетической информации молекулы ДНК и РНК построены по закому спирали. Советские ученые Б.Вайнштейн и Н.Киселев наблюдали, как белковые молекулы, полученные в результате «раздробления» вируса, снова собирались вместе в подходящих условиях и укладывались по правилу спирали. Естественно возникает вопрос: не здесь ли была заложена природой исходная информация спирального роста организмов? Ряд ученых отрицают эту гипотезу и полагают, что корни жизни следует искать в недрах неживой материи. Оказалось, что в объектах неживой природы, например, в стехиометрии окислов хрома и урана, в металлических сплавах и даже в структуре химических элементов в строении Солнечной системы обнаружены числа Фибоначчи. Но, если в неживой природе эти закономерности носят случайный характер и не проявляются повсеместно, то живая природа положила их в основу своей организации. Характерно, что простейшие живые структуры - вирусы сочетают в себе как бы два мира природы: в них спиральное строение органических молекул сочетается с правильной формой многоугольника додекаэдра. В живых организмах встречаются и неорганические соединения с их правильно организованными кристаллическими структурами. Как оказалось в живых организмах используется всего четыре минерала: апатит, кальцит, арагонит и кристобалит.

Исследованиями, проведенными на кафедре палентологии МГУ, установлено, что минералы в организмах образуют крохотные кристаллики, которые не срастаются между собой в монолит, так как все они покрыты органическими пленками. Рост этих кристаллов идет под контролем таких пленок. Установив этот факт, ученые выдвинули смелое предположение: - тесное сочетание органических соединений с микрокристалликами, по их мнении., является проявлением наследственности, неким «воспоминанием» органических соединений об их возникновении на ранних стадиях эволюции живого на природных минералах. Для такого вывода имеются определенные основания. Так, оказалось, что кристаллическая решетка апатита комплиментарна с ДНК и коллегенам, а решетка кальцита - с аминокислотами. Оказалось, что и четыре минерала, которые предпочла природа в создании живых организмов, выбраны не случайно. Решетки всех четырех минералов оказались связанными пропорциями из золотого сечения. Возможно здесь, на матрице неорганических минералов и следует искать зарожение первичного генетического кода.

В древности катализаторами были соединения железа и серы и постепенно их заменили белки. Все живое и по сей день пользуется фосфорилированными ри-бонуклеотидами как универсальными поставщиками энергии. Самая известная АТФ -молекула. Это обычный рибонуклеотид, к которому присоединены два дополнительных фосфата:

О О

О — Р—О—Р —О ОН ОН

Главным способом реконструкции древнейших этапов развития земной жизни сегодня является сравнительно-генетический анализ. Биологи делят все живое на 3 части: археи, бактерии (прокариоты) и эукариоты.

89

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>