Сліпий годинникар: як еволюція доводить відсутність задуму у Всесвіті - Річард Докінз

недалеко й до природного відбору та еволюції в лабораторії. Це лише хімічна версія комп’ютерних біоморфів. Здебільшого експериментальний метод полягає в тому, щоб вибудувати довгий ряд пробірок, кожна з яких містить розчин РНК-реплікази, а також сировини — дрібних молекул, які можна використовувати для синтезу РНК. Кожна пробірка містить у собі «верстати» й «сировину», але наразі все це простоює без роботи через брак необхідного «креслення». Аж ось у першу пробірку потрапляє крихітний об’єм самої РНК. Репліказний апарат одразу ж починає працювати й виробляє багато копій свіжододаних молекул РНК, що поширюються пробіркою. Тепер крапля розчину з першої пробірки переноситься в другу. Там процес повторюється, а потім крапля розчину використовується для засівання третьої пробірки, і т. д.

Час від часу через випадкові помилки в копіюванні спонтанно виникає трохи інша, мутантна молекула РНК. Якщо з якоїсь причини новий різновид є конкурентоздатнішим порівняно зі старим у тому сенсі, що, можливо через його низьку «липкість», він реплікується швидше чи якось іще ефективніше, новий різновид, очевидно, поширюватиметься пробіркою, в якій він виник, чисельно переважаючи батьківський тип, що його породив. Тоді під час перенесення краплі розчину до наступної пробірки її засіватиме вже новий, мутантний, різновид. Якщо дослідити РНК в довгій послідовності пробірок, ми побачимо те, що можна назвати лише еволюційною зміною. Конкурентоздатніші різновиди РНК, отримані після кількох «поколінь» у пробірці, можна розлити по пляшках і підписати для майбутнього використання. Один різновид, наприклад під назвою V2, реплікується значно швидше, ніж звичайна РНК Q-бета, мабуть через свій менший розмір. На відміну від РНК Q-бета, він не мусить «перейматися» наявністю планів для створення реплікази. Репліказа вільно надається експериментаторами. РНК V2 використовувалась як відправна точка для цікавого експерименту Леслі Орджела та його колег у Каліфорнії, в якому вони нав’язували їй «складні» умови навколишнього середовища.

Вони додавали до своїх пробірок отруту під назвою бромистий етидій, що пригнічує синтез РНК, ускладнюючи роботу «верстатів». Орджел із колегами почали зі слабкого розчину цієї отрути. Спочатку отрута знизила швидкість синтезу, але після еволюції приблизно впродовж дев’яти перехідних «поколінь» у пробірках був відібраний новий штам РНК, стійкий до отрути. Швидкість синтезу РНК тепер була порівнянною зі швидкістю для звичайної РНК V2 за відсутності отрути. Після цього Орджел із колегами подвоїли концентрацію отрути. Швидкість реплікації РНК знову впала, але приблизно ще через 10 перехідних пробірок з’явився штам РНК, що був імунним навіть до вищої концентрації отрути. Потім концентрацію отрути подвоїли знову. У такий спосіб, шляхом послідовних подвоєнь, експериментатори примудрилися вивести штам РНК, здатний до самореплікації за дуже високих концентрацій бромистого етидію, у 10 разів вищих за концентрацію отрути, що пригнічувала первинну, предкову РНК V2. Учені назвали цю нову стійку РНК V40. Еволюція V40 із V2 тривала приблизно 100 перехідних «поколінь» у пробірках (звісно, насправді багато поколінь реплікації РНК з’являється й усередині кожної перехідної пробірки).

Орджел також провів експерименти, під час яких не додавалося жодного ферменту. Він виявив, що молекули РНК здатні спонтанно реплікуватися за цих умов, хоча й дуже повільно. Їм, схоже, була потрібна якась інша каталітична речовина на кшталт цинку. Це важливо, бо важко припустити, що на зорі життя, коли вперше виникли реплікатори, існували ферменти, які допомагали їхній реплікації. Однак тоді, можливо, був цинк.

Років із десять тому в лабораторії впливового німецького університету, що під керівництвом Манфреда Ейґена працювала над вивченням походження життя, був проведений комплементарний експеримент. Співробітники лабораторії додавали в пробірку репліказу та будівельні блоки РНК, але розчин РНК не засівали. Тим не менш у пробірці спонтанно еволюціонувала конкретна велика молекула РНК, і така сама молекула повторно еволюціонувала знову й знову в наступних незалежних експериментах! Ретельна перевірка показала, що там не існувало жодної можливості випадкового занесення молекули РНК. Це дивовижний результат, якщо врахувати статистичну неймовірність спонтанного виникнення такої самої великої молекули двічі. Воно значно неймовірніше, ніж можливість спонтанно набрати фразу METHINKS IT IS LIKE A WEASEL. Подібно до цієї фрази з нашої комп’ютерної моделі, конкретна сприятлива молекула РНК створювалася шляхом поступової, накопичувальної еволюції.

Різновид РНК, неодноразово отриманий в цих експериментах, мав такий самий розмір і структуру, як і молекули, отримані Шпіґельманом. Але тоді як у Шпіґельмана вони еволюціонували шляхом «дегенерації» природної більшої вірусної РНК Q-бета, в експерименті групи Ейґена вони сформувалися майже з нічого. Ця конкретна формула добре адаптована до умов навколишнього середовища, що складаються з пробірок, забезпечених готовою репліказою. Таким чином, вона виникла шляхом конвергенції за допомогою накопичувального відбору з двох дуже різних відправних точок. Більша ж молекула РНК Q-бета гірше адаптована до умов середовища у пробірці, але краще — до умов навколишнього середовища, які забезпечують клітини E. coli.

Такі експерименти допомагають нам оцінити цілком автоматичну й ненавмисну суть природного відбору. Репліказні «машини» не «знають», чому вони виробляють молекули РНК, — це лише побічний продукт форми, яку вони створюють. А самі молекули РНК не розробляють стратегію самодуплікації. Навіть якби вони були здатні мислити, немає жодних очевидних причин, з яких будь-яка сутність, що мислить, має бути мотивована створювати копії самої себе. Якби я знав, як робити свої копії, то не впевнений, що надав би цьому проектові високий пріоритет у змаганні з усіма іншими речами, якими хочу займатися, — чого б це? Але мотивація не має стосунку до молекул. Структура вірусної РНК просто виявилася такою, що змушує клітинну машинерію потоком продукувати копії самої себе. І якщо виявиться, що будь-яка сутність у будь-якому місці Всесвіту має властивість ефективно створювати більше копій самої себе, то, очевидно, буде автоматично виникати дедалі більше копій цієї сутності. Крім того, оскільки вони автоматично формують спадкові лінії й час від часу копіюються з помилками, більш пізні версії, скоріш за все, будуть «краще» робити копії самих себе, ніж більш ранні, завдяки потужним процесам накопичувального відбору. Усе абсолютно просто й автоматично. Настільки передбачувано, що майже неминуче.

«Успішна» молекула РНК у пробірці є успішною через якусь безпосередню, притаманну їй властивість, щось аналогічне «липкості» в моєму гіпотетичному прикладі. Але властивості на кшталт «липкості» є доволі нудними. Вони є елементарними властивостями самого реплікатора — властивостями, що мають безпосередній вплив на ймовірність його реплікації. Що, коли реплікатор мав би якийсь вплив на щось іще, що впливає на щось іще, що впливає на щось іще, що… врешті-решт опосередковано впливає на шанс існування реплікатора, що реплікує? Неважко зрозуміти, що, якби такі довгі причиново-наслідкові ланцюжки існували, фундаментальний трюїзм залишався би чинним. Реплікатори, яким пощастило мати все необхідне для реплікації, почали б домінувати в світі, хоч яким би довгим і опосередкованим був ланцюжок причинно-наслідкових ланок, за допомогою якого вони впливають на свою ймовірність реплікації. І таким чином світ наповнився б ланками цього причинно-наслідкового ланцюжка. Ми побачили б ці ланки й захопилися б ними.

У сучасних організмів ми бачимо їх увесь час. Це очі та шкірні покриви, кістки й пальці, мізки та інстинкти. Це інструменти реплікації ДНК. Вони обумовлені ДНК — в тому сенсі, що відмінності очей, шкірних покривів, кісток, інстинктів тощо обумовлені відмінностями ДНК. Вони впливають на реплікацію ДНК, що їх обумовила, впливаючи на