ЧЯД. Глава 7. 3

                ТОГДА И СЕЙЧАС

Несколько лет назад я прочитал  книгу Аллана Блума «Закрытие американского разума». Я был поражен его утверждением, что многие современные американские идеи на самом деле имеют свои корни в старых европейских философиях. В частности, меня удивило, что песня «Mack the Knife» была переводом немецкой песни «Mackie Messer»*, вдохновение которой Блум прослеживает до «радости от ножа» убийцы, которую Ницше описывает в «Так говорил Заратустра». Большинству из нас нравится думать, что наши идеи являются нашими собственными – или, по крайней мере, они были предложены кем-то другим, и мы согласились с ними только после сознательного рассмотрения и согласия. Нервирует мысль, как утверждал Блум, что многие из наших важных идей о том, как устроен мир, были просто взяты из культурной среды, в которой мы оказались.

История A-B-C-D — это старая идея, которая была передана бездумно. Впервые она была предложена в 1945 году Н. Х. Горовицем в Трудах Национальной академии наук. Горовиц видит проблему:

«Поскольку естественный отбор не может сохранить нефункциональные признаки, наиболее очевидным следствием этих фактов может быть то, что ступенчатая эволюция биосинтеза путем отбора одной генной мутации за раз невозможна».

Но надежда есть:

«По сути, предлагаемая гипотеза утверждает, что эволюция основных синтезов происходила поэтапно, вовлекая по одной мутации за раз, но что порядок достижения отдельных ступеней был противоположен тому, в котором протекал синтез, т.е. последняя ступень в цепочке была первой, которая была приобретена в ходе эволюции.  предпоследний шаг следующий, и так далее. Этот процесс требует для своего функционирования особого вида химической среды: а именно, такой, в котором доступны конечные продукты и потенциальные промежуточные продукты. Отложив на время вопрос о том, как возникла такая среда, рассмотрим работу предлагаемого механизма. С самого начала предполагается, что этот вид (требует) незаменимой органической молекулы D. ... В результате биологической активности количество доступного D истощается до такой степени, что это ограничивает дальнейший рост вида. На этом этапе заметным селективным преимуществом будут пользоваться мутанты, способные осуществлять реакцию B + C = D... . Со временем B может стать ограничивающим для вида, что потребует его синтеза из других веществ».

Вот источник объяснения развития биохимических путей, представленный  современными учебниками. Но каково было состояние науки во времена Горовица? В 1945 году, когда появилась его статья, природа гена была неизвестна, как и структура нуклеиновых кислот и белков. Еще не было проведено никаких экспериментов, чтобы увидеть, возможен ли «особый вид химической среды», постулированный Горовицем. За прошедшие годы биохимия достигла огромного прогресса, но никакие достижения не поддерживают его гипотезу.  Известно, что структуры генов и белков намного сложнее, чем считалось во времена Горовица. Есть веские химические причины полагать, что промежуточные продукты в синтезе АМФ не будут доступны за пределами живой клетки, и ни один эксперимент не показал обратного. «Момент, на который Горовиц отложил «вопрос о том, как возникла такая среда», растянулся уже на пятьдесят лет. Несмотря на очевидные трудности, старая история повторяется в учебниках так, как будто она так же очевидна, как нос на вашем лице. Прогресс пяти десятилетий не может нанести удар по общепринятой мудрости. Читая современные тексты, вы почти слышите навязчивые звуки «Mack the Knife».

Хотя учебники несут стандартную идею, некоторые люди обеспокоены. Нобелевский лауреат Кристиан де Дюв в своей книге «План клетки» выражает скептицизм по поводу важности пути цианистого водорода/аммиака. Вместо этого он предполагает, что АМФ возник через «протометаболические пути», в которых множество маленьких белков просто оказались способными производить множество различных химических веществ, некоторые из которых были промежуточными продуктами в пути АМФ. Чтобы проиллюстрировать свою теорию, у него есть рисунок, на котором стрелки указывают от слов «абиотический синтез» к буквам А, В, С и D. Но, открывая новые горизонты, у него есть стрелки, указывающие от А, В, C и D к M, N, S, T и W, а оттуда к P, O, Q, R и U. Рядом с каждой из стрелок он написал Cat (как сокращение от «катализатор»), чтобы показать, как возникли буквы, но это не объяснение: единственным «доказательством» схемы является рисунок! Нигде ни он, ни любой другой исследователь не связывает названия реальных химических веществ с мифическими буквами. Исследователи происхождения жизни никогда не демонстрировали, что промежуточные продукты в синтезе АМФ могли существовать в пребиотическом супе, не говоря уже о сложных ферментах для взаимопревращения промежуточных продуктов. Нет никаких доказательств того, что эти буквы существуют где-либо за пределами сознания де Дюва.

Еще один неугомонный ученый – Стюарт Кауфман из Института Санта-Фе. Сложность метаболизма живых организмов заставляет его усомниться в том, что пошаговый подход сработает:

«Для того, чтобы функционировать вообще, метаболизм должен быть как минимум связанным рядом катализируемых преобразований, ведущих от пищи к необходимым продуктам. Однако, наоборот, без связанной сети для поддержания потока энергии и продуктов, как могло бы существовать живое существо, чтобы развить связанные метаболические пути?»

Чтобы ответить на свой вопрос, он предлагает, в очень математических терминах, нечто похожее на то, с чем играл де Дюв: сложную смесь, в которой одни химические вещества случайно трансформируются в другие химические вещества, те в свою очередь превращаются в третьи, и каким-то образом это образует самоподдерживающуюся сеть. Из его работ ясно, что Кауфман очень умный парень, но связь его математики с химией в лучшем случае слаба. Кауфман обсуждает свои идеи в главе под названием «Происхождение связанного метаболизма», но если вы прочитаете главу от начала до конца, вы не найдете названия ни одного химического вещества – ни АМФ, ни аспарагиновой кислоты, ничего. Фактически, если вы просмотрите весь предметный указатель книги, вы  не найдете там ни одного химического названия. Джон Мейнард Смит, старый наставник Кауфмана, обвинил его в том, что он практикует «науку без фактов». Это суровое обвинение, но полное отсутствие химических подробностей в его книге, по-видимому, оправдывает критику.

Кауфман и де Дюв определяют реальную проблему для постепенной эволюции. Однако предлагаемые ими решения являются всего лишь вариациями старой идеи Горовица. Вместо A-B-C-D они просто предлагают A-B-C-D умножить на сто. Хуже того, по мере увеличения количества воображаемых букв возникает тенденция все дальше и дальше уходить от реальной химии и попадать в ловушку ментального мира математики.

                СЛИШКОМ МНОГО ХОРОШЕГО

Каждый ребенок когда-либо слышал сказку о царе Мидасе. Жадный король любил золото больше всего на свете, по крайней мере, так он думал. Когда ему впервые был дан волшебный дар превращать все в золото своим прикосновением, он был в восторге. Старые вазы, бесполезные камни, подержанная одежда – все становилось прекрасным и бесценным от одного прикосновения к нему. Но тучи стали сгущаться, когда Мидас прикоснулся к красивым цветам, которые затем потеряли свой аромат. Он понял, что попал в большую беду, когда пища, которую он пытался съесть, превращалась в золото. Наконец, глупость привела к беде, когда его дочь, маленькая Мэриголд, обняла отца и превратилась в золотую статую.

История царя Мидаса преподает несколько очевидных уроков: не жадничайте, любовь стоит больше, чем деньги, и так далее. Но есть и другой, менее очевидный – урок о важности регулирования. Недостаточно иметь машину или процесс (магический или иной), который что-то делает. Вы должны иметь возможность включать или выключать его по мере необходимости. Если бы царь пожелал иметь золотое прикосновение и возможности включать и выключать его, когда захочет, он мог бы превратить несколько камней в золотые самородки, но не убить свою дочь. Он мог бы превращать тарелки в золото, но не еду.

Необходимость регулирования очевидна для машин, которые мы используем в нашей повседневной жизни. Цепная пила, которую нельзя выключить, была бы довольно опасной, а автомобиль без тормозов и нейтральной передачи был бы бесполезен. Биохимические системы также являются машинами, которые мы используем в нашей повседневной жизни (независимо от того, думаем мы о них или нет), и поэтому они тоже должны регулироваться. Чтобы проиллюстрировать это, давайте посвятим следующие три абзаца рассмотрению способов регулирования синтеза AMP (см.рис).

W Фермент I требует энергетической гранулы АТФ для превращения рибозы-5фосфата (основы) в промежуточный продукт II. Фермент имеет область на его поверхности, которая может связывать либо AДФ, либо ГДФ, когда в клетке есть избыток этих химических веществ. Связывание АДФ или ГДФ действует как клапан, снижая активность фермента и замедляя синтез АМФ. В этом есть физиологический смысл: поскольку АДФ – это остатки отработанной АТФ (как гильза от пули после выстрела), высокая концентрация АДФ в клетке означает, что концентрация АТФ, клеточной энергетической гранулы, низкая. Вместо того, чтобы производить AMP, промежуточный продукт I используется в качестве топлива для производства большего количества АТФ.

Обычно в биохимии первый фермент, который безвозвратно запускает молекулу по определенному метаболическому пути, строго регулируется. Путь AMФ не является исключением. Хотя промежуточный продукт II может быть использован для других целей, как только он превращается в промежуточный продукт III, молекула неизбежно переносится либо на АМФ либо на ГМФ другими ферментами этого пути. Таким образом, фермент, который катализирует критическую реакцию (фермент II), также регулируется. Фермент II, в дополнение к сайтам связывания для реагирующих молекул, имеет два других сайта связывания на своей поверхности: один, который будет удерживать либо AMФ, либо AДФ, либо ATФ, и второй сайт, который будет удерживать либо ГMФ, либо ГДФ, либо ГTФ. Если заполнен один сайт, фермент работает медленнее; если заполнены оба сайта, он работает еще медленнее. Кроме того, в дополнение к сайту, где происходит реакция, фермент II содержит еще один сайт, который связывается с промежуточным продуктом II, который сам по себе является реагентом. Связывание промежуточного продукта II со вторым сайтом заставляет фермент работать быстрее. Опять же, это имеет физиологический смысл: если вокруг так много промежуточного II, что он связывается с обоими участками фермента, то клетка отстает в своей синтетической работе и должна обрабатывать промежуточный продукт II быстрее.

Синтез регулируется и в нескольких других местах. После создания ИMФ путь разделяется на AMФ или ГMФ. Фермент XII, который катализирует первый этап от ИМФ к АМФ, сам замедляется избытком АМФ. Аналогичным образом, катализ первой ступени от ИМФ к ГМФ ингибируется избытком ГМФ. (В отличие от царя Мидаса, ферменты могут определить, когда у них слишком много чего-то хорошего.) Наконец, фермент XII использует ГТФ в качестве энергетической таблетки, потому что, если вокруг много ГТФ, требуется больше нуклеотидов «А» (АМФ, АДФ и АТФ) для поддержания баланса запасов. На заключительном этапе синтеза ГМФ АТФ используется в качестве источника энергии по тем же причинам. W

                НОРМАТИВНЫЙ ПРОВАЛ

Когда регуляция обмена веществ дает сбой, результатом становится болезнь или смерть. Примером может служить диабет. Поглощение сахара клетками замедляется, хотя молекулы сахара, которым удается попасть в клетки, в остальном метаболизируются нормально. Заболевание, гораздо менее распространенное, чем диабет, которое возникает в результате неспособности регулировать синтез АМФ, называется синдромом Леша-Найхана. При синдроме Леша-Нихана фермент, необходимый для переработки использованных нуклеотидов из деградированной ДНК или РНК, отсутствует или неактивен. Это приводит к накоплению промежуточного продукта II. К сожалению, как упоминалось выше, промежуточный продукт II стимулирует фермент II, который, в свою очередь, увеличивает синтез AMФ и ГMФ. Повышенный синтез приводит к образованию избытка мочевой кислоты (продукт распада АМФ и ГМФ), которая выходит из раствора и кристаллизуется. Случайные отложения кристаллов мочевой кислоты могут нарушить нормальные функции организма, как это происходит при подагре. Однако при синдроме Леша-Нихана последствия более серьезны. Они включают умственную отсталость и навязчивое стремление к членовредительству – пациент кусает свои губы и пальцы.

Регуляция биосинтеза АМФ является хорошим примером сложных механизмов, необходимых для поддержания запаса биомолекул на нужном уровне: не слишком много, не слишком мало и в правильном соотношении с родственными молекулами. Проблема для дарвиновской градуализма заключается в том, что у клеток не будет причин развивать регуляторные механизмы до появления нового катализатора. Но появление нового, нерегулируемого пути, далеко не благо, а будет выглядеть как генетическое заболевание для организма. Это в полной мере относится к хрупким древним клеткам, предположительно развивающимся шаг за шагом, у которых мало права на ошибку. Клетки были бы раздавлены между Сциллой недоступности и Харибдой регуляции.

Никто понятия не имеет, как развивался путь AMФ. Хотя некоторые исследователи заметили, что сам путь представляет собой серьезную проблему для градуализма, никто не написал о препятствии, связанном с необходимостью регулировать метаболический путь клетки сразу после его начала. Неудивительно, что никто не хочет писать об убийствах на дорогах.

В далеком прошлом клетка смотрит через широкое шоссе. С другой стороны находится совершенно новый метаболический путь. Грузовики с химикатами,
автобусы, универсалы и мотоциклы проносятся мимо, не замечая малыша. На первой полосе с пометкой «промежуточные продукты, не найденные в супе», она видит остатки большинства более ранних клеток, которые слышали зов сирены. На второй полосе есть несколько клеточных останков с пометкой «требуется направляющий механизм». Одна-две находятся на третьей полосе, «нестабильность промежуточных продуктов». На четвертой полосе «регуляция» нет тел клеток. Ни одна не зашла так далеко. Другая сторона действительно очень далека.

                СТРОГОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО

Девятая поправка к Конституции Соединенных Штатов гласит, что «перечисление в Конституции определенных прав не должно толковаться как отрицание или умаление других прав, сохраняемых за народом». Это удобный способ сказать, что короткий документ не может надеяться охватить все стороны, поэтому ничего не подразумевается о вещах, которые не обсуждались. Я хотел бы сделать аналогичное заявление об этой книге. В главах с 3 по 6 я обсудил несколько неупрощаемо сложных биохимических систем, подробно показав, почему они не могут быть сформированы постепенно. Детали были необходимы, чтобы читатель мог точно понять, в чем заключаются проблемы. Поскольку я потратил много времени на эти системы, у меня не было времени перейти к другим биохимическим системам, но это не означает, что они не являются проблемами для дарвинизма. Существует множество других примеров неснижаемой сложности, включая аспекты репликации ДНК, транспорта электронов, синтеза теломер, фотосинтеза, регуляции транскрипции и многого другого. Читателю предлагается взять учебник по биохимии в библиотеке и посмотреть, сколько проблем, связанных с градуализмом, он или она смогут обнаружить.

Эта глава была несколько иной. В этой главе я хотел показать, что не только нередуцируемо сложные системы являются проблемой для дарвинизма. Даже системы, которые на первый взгляд кажутся поддающимися постепенному подходу, оказываются большой головной болью при ближайшем рассмотрении – или когда появляются экспериментальные результаты – без каких-либо оснований ожидать, что они будут решены в рамках дарвиновской концепции.

Идея, первоначально предложенная Горовицем, была хороша в свое время. Она могла бы сработать. Она могла бы быть правдой. Конечно, если бы сложный метаболический путь когда-либо возник постепенно, схема, описанная Горовицем, должна была бы иметь место. Но с течением лет и развитием науки предпосылки для его схемы рухнули. Если и существует подробное дарвиновское объяснение производства AMФ, никто не знает, что это такое. Упертые химики начали топить свое разочарование в математике.

АМФ – не единственная метаболическая дилемма для Дарвина. Биосинтез более крупных аминокислот, липидов, витаминов, гема и т. д. сталкивается с теми же проблемами, и есть трудности, выходящие за рамки метаболизма. Но другие проблемы не будут нас здесь интересовать. Теперь я отвлекусь от биохимии как таковой и сосредоточусь на других вопросах. Научные препятствия, обсуждаемые в последних пяти главах, послужат яркими примерами гор и пропастей, которые препятствуют дарвиновскому объяснению жизни.


* «Mackie Messer» полное название «Die Moritat von Mackie Messer» (Баллада о Мэкки-Ноже или дословно «Смерть фон Маки Мессер»). Написана  Бертольтом Брехтом и немецким композитором Куртом Вайлем для пьесы «Трёхгрошовая опера». Премьеры пьесы состоялась 31 августа 1928 года в Берлине. Английский вариант «Mack the Knife» подготовлен  Марком Блицштайном в 1954 году. Впервые исполнена Луи Армстронгом.


Продолжение http://proza.ru/2024/08/25/1502

К началу http://proza.ru/2024/07/09/355