Репликаторы это что такое

Значение слова «репликатор»

Наноассемблер (нанорепликатор) — разрабатываемое наноразмерное устройство, способное собирать из отдельных атомов или молекул сколь угодно сложные конструкции по вводимому в них плану.

Уравнение-репликатор — детерминированная монотонная нелинейная игровая динамика, используемая в эволюционной теории игр.

Репликаторы (Звёздный путь) — в вымышленной вселенной «Звёздного пути»: устройства, позволяющий разбирать отходы на атомы и молекулы, собирая их снова в качестве еды и различных объектов. Репликаторы делились на пищевые и промышленные.

Репликаторы (Звёздные врата) — вымышленная раса из научно-фантастического телесериала «Звёздные врата SG-1».

«Replicator» — нойз-рок-группа из Калифорнии

реплика́тор

1. генет. участок репликона, с которого начинается репликация ◆ Именно репликатор служит стартовой точкой, где начинается процесс синтеза копии ДНК. А. Мосолов, «Что верно для бактерии, то верно для слона» // «Химия и жизнь», 1969 г. (цитата из НКРЯ)

2. техн. размножитель ◆ По окончании работы нужно просто отсоединить шнур, соединяющий ноутбук с репликатором портов, и «книжка» снова становится портативным компьютером. «Дорогие младшие братья» // «Карьера», 2000 г. (цитата из НКРЯ)

Делаем Карту слов лучше вместе

Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!

Спасибо! Я стал чуточку лучше понимать мир эмоций.

Вопрос: информирование — это что-то нейтральное, положительное или отрицательное?

Источник

Levchuki

Репликатор

Репликатор

Есть интересный момент в фильме «Звёздный путь» когда астронавты собираются в кают-компании они не платят за напитки, они просто говорят, что хотят выпить или когда они обедают они пользуются материальным реализатором (репликатором). Так наши тайные Космические программы имеют технологии способны устранить необходимость в финансовой системе. Если вам что-то нужно Вы можете просто нажать на кнопку и проявить это посредством своего репликатора.

Репликатор

То-что мы называем 3D принтеры или репликаторы, которые были получены от других цивилизаций в виде готовых технологий. Сегодня в тайной космической программе работают репликаторы уже на атомарном уровне, это уже нечто устоявшееся, привычное.

Левчук Александр Николаевич

На кораблях тайных миссий есть репликатор способный производить блюдо вы можете нажать на кнопку и получить жаркое или что-то вроде этого. Мне особо нравилось жаркое с картофельным пюре на вкус как настоящая.

Репликаторы внешний вид

Репликатор как СВЧ печь такого же размера вы ставите тарелку на предусмотренное место закрывайте дверцу, нажимаете на кнопку желаемого блюдо, потом раздается сигнал и появляется еда. Вы открываете дверцу и вынимайте дымящуюся еду, почти всегда у нас была еда из репликатора, например, берёшь отходы и мусор всё что уже нельзя использовать всё что обычно выбрасывается здесь на Земле, там попадало в переработку из которой потом попадала в репликатор и он буквально менял всё это на молекулярном уровне.

Среди этих технологий конечно же есть и то что мы называем репликаторы, задачи бывают разные от совершенно примитивных бытовых, например снабжения теми или иными видами. Продукты и вся пища и всё что там есть вещественное кроме напитков печатается на 3D принтере (репликатор).

Просто нужно прикоснуться и заказать что угодно, вы коснулись — раздаётся небольшой скрежет стена становится прозрачной вы видите перед собой экран, скажем вы хотите салат с цыпленком приготовленным на гриле и молочно-шоколадный коктейль, размещайте свой заказ другой стороне стены, заказ уже находится внутри, вы видите свою пищу уже на большой тарелке.

репликатор

Я слышал от информаторов секретных программ, что пища могла быть напечатана, в создание пищи вовлечен некий вид технологии связанный с частицами и реализацией поэтому изготовленная подобным образом еда имеет дополнительные преимущества которыми не обладает пища приготовленная по старинке. Такая пища сверх питательная в неё добавляются супер дозы всех видов минералов и витаминов и убирается вся вредная например токсины и жиры.

Репликаторы как напечатать еду

Еда печатается без всего этого частицы и атомную структуру можно воспроизвести в любом месте всё имеет одно и то же строение. Все дело в массе и атомах и как масса и атомы перегрупировываются в молекулы, поэтому можно напечатать всё что угодно.

Можно было сделать новую форму — это всё в программных настройках задаёшь свои размеры и репликатор там делает форму для тебя или обувь, нужно поставить ногу на платформу новую платформу чтобы программа определила форму ноги твоей.

Многие опасались, что станут зависимыми от сверх питательной пищи они видели серых инопланетян и у них пищевод тянулся прямо до анального отверстия, просто трубка и нет кишечника и желудка.

Тело не нуждается в пище если клетки расположение ядрышек и все остальные клетки тела получают энергию. Посмотрите на инопланетян прибывших из далекого будущего. У них редко встречаются рот, у них редко есть нос, со временем Мы тоже перестанем есть по-старинке только ради забавы. Совместная еда станет средством для общения, потому что всю необходимую клеткам энергию сможем транспортировать прямо в тело, всё идёт к тому что питаться обычной едой нам больше не придется. Некоторые органы больше не потребуют этого пища будет настолько чистой что для добавления энзимов больше не нужны будут ни печень, ни поджелудочная железа и желчный пузырь для расщепления пищи, потому что напечатанная пища уже будет обладать всеми минералами, витаминами и т.д.

Я не уверен что мы понимаем как это работает из чего создаётся материя исходного материала и какие использовались методики.

На заре когда начинали делать репликатор

То есть когда сырье интегрируется до определенного состояния, когда очень сильно измельчалась потом производились работы по приготовлению специальной массы дальше эта масса уже использовалась для создания тех или иных продуктов питания предметов изделий в качестве деталей каких-нибудь сложных структур систем этого была примитивная технологии уже.

Но была заменена где не требовался никакого сырья речь идет о так называемых молекулярную эфирных системах, когда берётся то что сегодня называется уже нормальным словом эфир дальше тем или иным способом структурируется определёнными системами соединяется молекулярными структурами, которые есть в наличии, причём необходимо крайне незначительное количество такого рода только для того чтобы внести информацию взятую из конкретной молекулярной структуры. Внести в эфирное пространство и далее механизм работает автоматически, на смену этим технологиям пришла ещё более продвинутая для которой уже нет необходимости даже иметь исходного первоначального микроскопического количества минералов ещё чего-нибудь.

Что такое репликатор

Репликатор — это машина которая переводит эфирный план в физическую материю, существуют разные виды аппликаторов они разных размеров и предназначенные для разных целей. Большинство из них выглядит как обычный принтер, который подключается к вашему компьютеру. Это как компьютерная программа, которая определяет молекулярную структуру структуру химической соотношения элементов, формы объекта, размер, текстуру, физические свойства.

Виды репликаторов

Имеются разные виды репликаторов:

Кстати, репликаторы материалов способны создавать небольшие количества минералов и разных подобных вещей. Конечно есть и более крупные промышленные и военные репликаторы, которые могут создавать большие по размеру объекты они могут создать например целый флот материнских космических кораблей, в принципе может материализировать любой физический объект из эфирной субстанции.

Вы можете создать всё что вам нужно из эфирного вещества. Например, у вас есть дизайн объекта на эфирном плане вы нажимаете кнопку и он материализуется на физическом плане. Из эфира делали вначале частицы. Поэтому когда есть у тебя вот такой набор элементарных частиц атомов и молекул ты слепил получил автомобиль, получил абрикос, вот водичка.

Ограничение в технологии репликации в основном это вопрос программы, которая загружается в репликатор и конечно более продвинутые виды рас ставят определенные ограничения. Но конечно у негативных рас нет таких ограничений, они могут делать всё что хотят пока их не остановят.

Среди тех космических цивилизаций с которыми контактируют представители земной группы тайной космической программы, есть представители космических рас очень похожи на нас. Они пользуются репликатором на атомарном уровне была информация о том что есть репликатор какого-то невообразимого уровня когда эти инопланетяне использовали что-то вроде живой плазмой. Они могут проводить синтез из эфира делать всё что угодно, правда не надо в землю лезть если можно добывать так.

Зачем, когда можно изготовить из эфира — космос он бескраен.

Если репликатор который работает по принципу преобразования энергии в материю, значит ли это что существует обратная версия подобной технологии. Когда можно преобразовывать отходы посредством превращения материи обратно в энергию. Да репликаторы обладают способностью обращать процесс и такая технология имеется и используется ею можно пользоваться для перевозки разных материалов и товаров с одного места в другое — это очень простой физический процесс перехода из эфирной материи в физическую это очень практичное устройство. Репликатор полностью избавляет от необходимости иметь промышленное производство они почти полностью убирают потребность в ручном труде, большая потребности человека будет удовлетворена, потребность в жилье, в пище, базовых нуждах человека.

Если у вас будут репликаторы, то вам не понадобятся деньги, некоторых людей может сильно напугать идея больше не иметь денег. они скажут это Социализм, коммунизм. Если у вас есть деньги, У Вас есть долг это неволя и порабощение.

Репликаторы есть – денег нет!

Есть люди имущие способны одалживать деньги и неимущие и всё время ложится именно на неимущих, любая планета имеющая денежную систему это контролируемая планета. Да это планета тюрьма ни одна по-настоящему свободная планета не имеет систему Вавилонской магия денег так как эта система предназначена только для контроля. Если вы не заинтересованы в контроле она для вас бесполезна. Поэтому в финансах нет необходимости. Но если вы так жаждете денег, то можете воспользоваться репликатором и создать сколько хотите золота или серебра. А ещё Вы можете сделать 100 долларовую банкноту и опустить её в карман. После того как мы пройдём через открытие, получим всю информацию и психологически переваривается процесс человечеству будут переданы все технологии.

Они полностью изменят всю нашу жизнь (репликаторы). Мы войдём в систему свойственную переходной цивилизации типа звездного пути. Мы начнём переходить в мир переходный от мира движимого деньгами и жадностью, корпоративной структурой и контролем, в системе движимый людьми и их стремлениями в жизни, когда люди будут жить своим таланты с которыми родились, и не нужно будет беспокоиться.

Если бы земля получила всё это ментальность людей привела бы к безделью. Они бы просто маялись от безделья и это бы полностью разрушило их жизни — это как выигрыш в лотерею.

Репликатор — это как если все люди выигрывают в лотерею. Каждый день они будут нажимать на кнопки и пробовать разную еду, конечно существует определённый период когда люди будут буквально сходить сумма от всех технологий. Всё будет основываться на бартере знаниями, люди как сообщество делятся друг с другом своими знаниями и способностями, а посредством технологии каждый что нужно.

Вам не нужно работать с 9:00 до 18:00 чтобы оплатить счёт за электричество, есть свободная энергия, вам не нужно покупать продукты, есть репликационная технология.

Все будут путешествовать по миру, а когда обстановка в солнечной системе прояснится люди отправятся смотреть на разные планеты, которые находятся повсюду это будет цивилизация типа Звёздного пути, откроется вся инфраструктура, всё что построено в Тайнах космических программах со временем будет передано человечеству.

Уже построено вполне достаточно кораблей которыми можно пользоваться не военных целях у людей появится много новых вариантов карьеры.

Неважно кто вы местный врач ученый инженер или пекарь роль каждого одинаково важна. Каждый из нас способен сотворить бесконечно изобилия если позволить себе выражения наших естественных рождённых талантов, вас не заставляют делать то чего вы не хотите вы получаете всё бесплатно потому что часов неделю общественным проектам, всё что вам следует делать работать несколько часов в неделю в проектах сообщества, остальное время ваше.

В перспективе у каждого человека будет полноценный доступ к репликатором — это будет началом изменения изобилии для человечества и это в конечном итоге сделает финансовую систему устаревший. Люди если они будут духовно развиты смогут посвящать свое время творчеству духовному развитию и созданию лучшего общества.

Когда будет всё раскрыто все технологии станут известны и будет контролироваться безопасным образом наши возможности станут безграничными, мы будем свободны в том что мы хотим делать и куда идти, потому что нам больше не нужно будет волноваться о работе чтобы завтра оплачивать счета. На расселение людей в космосе не потребуется слишком много времени потому что у нас уже есть множество таких организованных сооружений на других планетах и Луне.

Поразительное будущее за которое мы боролись реально и оно нас ждет репликаторы, свободная энергия, межзвездные путешествия, Золотой век, всё это нас ждёт. Триллионы триллионов долларов расходуемые кабалой создают у нас впечатление что ничего не изменяется, но когда это Шоу Трумана развалится вы все будете поражены.

Мы должны понимать, что всё что нам предлагается в виде супермодерновых технологий и передовых достижений науки и техники наших замечательных изобретателей на самом деле всё это крошки с Барского стола под названием Тайны космической операции. Альянс тайных космических программ правду информацию до всех людей на планете одномоментно не до отдельных людей, а до каждого человека на земле, а также обеспечить всем доступ к технологии информации никакого сокрытия и никакого частичного раскрытия Всё для Всех для всего человечества.

Источник

Репликатор

См. также

Список значений слова или словосочетания со ссылками на соответствующие статьи. Если вы попали сюда из другой статьи Википедии, пожалуйста, вернитесь и уточните ссылку так, чтобы она указывала на статью.

Полезное

Смотреть что такое «Репликатор» в других словарях:

репликатор — ген репликатор Генетический фактор, контролирующий репликацию участка ДНК (группы генов), т.е. репликона; Р. функционально связан с геном инициатором, а в отсутствии репликации Р. репрессирован. [Арефьев В.А., Лисовенко Л.А. Англо русский… … Справочник технического переводчика

репликатор — репликатор. См. ген репликатор. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

репликатор — сущ., кол во синонимов: 1 • мем (77) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

репликатор — (англ. replicator; от replicate копировать, воспроизводить; син. ген репликатор) участок репликона, с которого начинается репликация … Большой медицинский словарь

Репликатор (фильм) — Репликатор Replikator Жанр фантастика Режиссёр Филип Джексон Продюсер Филип Джексон … Википедия

Репликатор ЦМД — 59. Репликатор ЦМД Репликатор Bubble replicator Replicate gate Функциональный узел ЦМД кристалла, предназначенный для деления цилиндрического магнитного домена на два, а также для ввода цилиндрического магнитного домена в регистр хранения и… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Маточный репликатор — (англ. uterine replicator) фантастическая технология полного цикла экстракорпорального вынашивания и устройство на основе этой технологии, широко используемые в книгах научно фантастического цикла «Сага о Форкосиганах» Лоис МакМастер… … Википедия

ген-репликатор — replicator репликатор, ген репликатор. Генетический фактор, контролирующий репликацию участка ДНК (группы генов), т.е. репликона; Р. функционально связан с геном инициатором, а в отсутствии репликации Р. репрессирован. (Источник: «Англо русский… … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

ген-репликатор — см. Репликатор … Большой медицинский словарь

Порт-репликатор — Сочетающее обычные PC порты, например, серийные и параллельные порты, устройство, подключаемое к ноутбуку. Предназначение подобного устройства обеспечить подключение портативного компьютера к таким стационарным устройствам, как принтер и монитор … Глоссарий терминов бытовой и компьютерной техники Samsung

Источник

В поисках начала эволюции

Об авторе

Александр Владимирович Марков — доктор биологических наук, заведующий кафедрой биологической эволюции МГУ им. М. В. Ломоносова. Область научных интересов — теория биологической макроэволюции и математическое моделирование ее процессов. Известный популяризатор науки: автор многочисленных научно-популярных статей и книг, лауреат премии «Просветитель» (2011), создатель портала «Проблемы эволюции» и постоянный автор научно-просветительских сайтов «Элементы большой науки», «Антропогенез» и т. д.

В настоящее время «творческие способности» дарвиновской эволюции хорошо известны биологам. Однако до сих пор ведется активный поиск ее стартовой точки, точнее, первого репликатора (от лат. replicatio — возобновление, повторение), с появлением которого задача объяснения дальнейшего развития эволюционирующих систем принципиально упрощается. Как же без помощи естественного отбора мог появиться первый репликатор?

Репликаторы — это объекты, которые не только способны «размножаться» (производить собственные копии тем или иным способом, например путем химического катализа), но и должны обладать наследственной изменчивостью. Иными словами, копирование некоего объекта должно быть не абсолютным, но все же достаточно точным, чтобы в череде поколений устойчиво воспроизводились его свойства (причем не только «общеродовые», но и индивидуальные) и при этом какие-то из наследственных различий влияли бы на эффективность размножения.

Еще в 1968 г. американский микробиолог К. Везе впервые предположил, что жизнь могла возникнуть на основе самореплицирующейся РНК, а спустя два десятилетия его знаменитый соотечественник У. Гилберт, получивший в 1980 г. Нобелевскую премию по химии за метод секвенирования ДНК, обосновал гипотезу «мира РНК». К настоящему времени эта гипотеза стала наиболее экспериментально обоснованной моделью происхождения жизни из неживой материи (абиогенеза).

Одинокий рибозим

Во многих версиях теории РНК-мира предполагается, что первым репликатором был рибозим с РНК-полимеразной активностью, способный катализировать матричный синтез (репликацию) других молекул РНК, в том числе — собственных копий, примерно так, как это делают современные белковые ферменты-полимеразы.

Репликация РНК на заре жизни могла катализироваться не напрямую рибозимами, а некими «посредниками», например короткими пептидами (синтез которых, в свою очередь, мог катализироваться рибозимами), или РНК-пептидными комплексами. Возможно, эту функцию выполняли простейшие пептиды, состоящие из аминокислот, которые встречаются в космосе и легко получаются в экспериментах по абиогенному синтезу органики: глицина, аланина, валина, аспарагиновой кислоты, серина. О возможном строении таких «пребиотических» пептидов можно судить по устройству активных центров некоторых современных РНК-полимераз, где три отрицательно заряженных остатка аспарагиновой кислоты удерживают ион магния, играющий ключевую роль в катализе репликации РНК [1].

Однако предположение о существовании молекул РНК, умеющих самовоспроизводиться без посредников, кажется более простым и потому заманчивым.

У современных организмов таких рибозимов нет. Это неудивительно: их давно должны были вытеснить более эффективные белковые полимеразы. Поэтому ученые пытаются получить их искусственно, сочетая методы «искусственной эволюции» и целенаправленного проектирования. В первом случае синтезируют много РНК со случайными последовательностями, отбирают из них обладающие нужным свойством хотя бы в минимальной степени, вносят случайные мутации, снова отбирают и т. д. При целенаправленном проектировании секвенируют получившийся на каком-то этапе «искусственной эволюции» рибозим, анализируют его структуру. Затем необходимо решить, как его можно усовершенствовать (что лишнее отрезать, что добавить), исходя из знаний о связи свойств молекулы РНК с ее структурой.

Схема взаимной репликации левых (L) и правых (D) рибозимов, которая могла происходить на заре жизни (doi:10.1038/nature13935). Левый рибозим (L-Ribozyme) сшивает (лигирует) правые олигонуклеотиды (D-oligonucleotide), присоединившиеся к комплементарной правой матрице (D-Template). В результате образуется двойная спираль из двух комплементарных нитей правой РНК (Duplex D-product). Затем она расплетается на две нити (Strand separation), одна из которых (D-Ribozyme) катализирует соединение левых олигонуклеотидов (L-Oligonucleotide) на левой матрице (L-Template). После разделения нитей получившегося L-дуплекса образуется левый рибозим

В необъятном пространстве последовательностей всех возможных молекул РНК уже найдены рибозимы, способные катализировать матричный синтез РНК — правда, с низкой эффективностью. В роли матрицы в экспериментах выступает одиночная нить РНК, на которой из активированных нуклеотидов последовательно синтезируется комплементарная нить. Лучшие из полученных рибозимов-полимераз способны реплицировать матрицы длиной до 206 нуклеотидов, что превышает длину самого рибозима [2]. Удалось продемонстрировать синтез функционального рибозима (с иной каталитической активностью и меньшего размера) с помощью рибозима-полимеразы [3].

Судя по результатам подобных опытов, рибозим-полимераза должен быть довольно большим (100–200 нуклеотидов). Спонтанное возникновение такой молекулы без дарвиновского механизма маловероятно. Е. В. Кунин в своей выдающейся книге «Логика случая» попытался рассчитать, мог ли случайно собраться такой рибозим хотя бы на одной планете (если предположить, что на всех планетах земного типа шел спонтанный синтез РНК со случайными последовательностями), и ему лишь с большими натяжками хватило для этого размеров наблюдаемой Вселенной [4].

Рибозим-полимераза, без посторонней помощи реплицирующий свои копии, должен быть еще и довольно точным, чтобы избежать необратимой мутационной деградации: он должен делать не более одной-двух ошибок за акт репликации. Если его длина 100–200 нуклеотидов, это соответствует частоте мутаций около 0,01.

Те рибозимы-полимеразы, которые уже удалось получить, близки к этому минимально допустимому уровню точности. Однако они не могут реплицировать сами себя. Их главный недостаток — сильная зависимость эффективности репликации от последовательности нуклеотидов в матрице. В отличие от белковых полимераз, рибозимам-полимеразам не все равно, какие нуклеотиды и в каком порядке стоят в копируемой матрице. Поэтому далеко не всякая матрица может быть реплицирована данным рибозимом.

Рибозимы-полимеразы наверняка будут в дальнейшем усовершенствованы. Например, недавно выяснилось, что их искусственную эволюцию удобно вести во льду; это позволило сильно улучшить прежние показатели [2]. Еще одно недавнее достижение — получение короткого (всего 83 нуклеотида!) рибозима — кросс-хиральной РНК-полимеразы [5]. Этот рибозим, состоящий из «правых» нуклеотидов (из них состоят все молекулы РНК в клетках; правые нуклеотиды содержат правый энантиомер рибозы), способен катализировать репликацию собственной зеркальной копии — такого же рибозима, только сделанного из левых нуклеотидов. Левый рибозим, в свою очередь, может катализировать репликацию исходного правого рибозима. Замечательно, что кросс-хиральные РНК-полимеразы оказались более универсальными, чем их «коллеги», работающие с субстратами той же хиральности: их эффективность почти не зависит от последовательности нуклеотидов в матрице. Причина в том, что молекулы РНК разной хиральности не образуют друг с другом уотсон-криковских связей, основанных на принципе комплементарности. Поэтому кросс-хиральным полимеразам приходится узнавать свой субстрат и взаимодействовать с ним благодаря своей третичной, а не первичной структуре, что и приводит к ослаблению зависимости их эффективности от последовательности нуклеотидов в матрице.

Молекулярные конструкции, использовавшиеся в первых 10 поколениях отбора (a), последующих шести поколениях (б) и полученный в итоге рибозим — кросс-хиральная РНК-полимераза (в) [5]. Эволюционирующая молекула D-РНК (черная линия внизу рисунка a) состоит из двух фиксированных участков по краям и случайной последовательности из 70 нуклеотидов в середине (N70). Волнистой линией обозначен химический «мостик», изогнутой стрелкой — место лигирования, где D-РНК сшивает олигонуклеотид с праймером (ррр — три отстатка фосфорной кислоты на 5′-конце олигонуклеотида). Синим цветом выделены молекулы L-РНК: матрица с праймером и олигонуклеотид GACUGGUC с молекулой биотина («B» в черном круге); зеленым — дополнительная вставка из 30 случайных нуклеотидов (N30)

Безусловно, главная трудность, связанная с идеей о рибозиме-полимеразе в роли первого репликатора, состоит в том, что его спонтанное появление слишком маловероятно. Гипотеза о том, что большая функциональная молекула получилась «просто так», без эволюции, без отбора, без использования матричного синтеза и комплементарности, в результате случайного комбинирования нуклеотидов, выглядит слишком неэкономной, «притянутой за уши». Можно, конечно, следуя за Куниным, привлечь слабый антропный принцип и теорию множественных вселенных. Если наша Вселенная — лишь одна из бесчисленного множества существующих, то «число попыток» абиогенеза было столь большим, что мы вправе допустить — в зарождении жизни на нашей планете повинна цепочка крайне маловероятных, почти чудесных совпадений. Но все-таки хотелось бы обойтись без этого крайнего средства (например, чтобы не потерять надежду когда-нибудь встретить внеземную жизнь: если вероятность абиогенеза близка к нулю, нет никаких шансов найти в обозримом космосе еще одну живую планету).

Вопрос сводится к тому, можно ли прийти к рибозиму-полимеразе путем закономерного эволюционного развития (а не случайного комбинирования нуклеотидов). Могла ли эволюция стартовать до появления рибозима-полимеразы? В этом случае молекулы РНК с полимеразной активностью могли бы оказаться результатом, а не предпосылкой эволюции, что повышает вероятность абиогенеза в астрономическое число раз.

Репликаторы из рибозимов-лигаз

Тридцатилетний опыт изучения рибозимов ясно показал, что лигирование (сшивание коротких РНК в более длинные) дается рибозимам куда лучше, чем репликация путем последовательного присоединения отдельных нуклеотидов. В опытах по искусственной эволюции рибозимы-лигазы получаются легко и в большом разнообразии из случайных (причем довольно коротких) последовательностей нуклеотидов.

На этом основании разрабатываются модели, в которых путь к эффективному рибозиму-полимеразе идет через два следующих промежуточных этапа [6].

Случайная полимеризация коротких РНК на минеральных матрицах. Особенно хорошо показал себя в этом отношении глинистый минерал монтмориллонит, на котором из нуклеотидов, активированных имидазолом или 1-метиладенином, удается синтезировать одноцепочечные РНК длиной до 50 нуклеотидов (если это полимеры одного нуклеотида) или до 20 нуклеотидов (из всех четырех нуклеотидов вперемежку) [7].

Формирование длинных РНК путем лигирования коротких. Этот процесс катализируют спонтанно возникающие (в ходе полимеризации на минералах) простые рибозимы-лигазы. Синтез длинных РНК и перекомбинирование их фрагментов (рекомбинация) в конце концов приводит к появлению рибозима-полимеразы.

Схема репликации рибозимов за счет лигирования [9]. Исходными субстратами служат четыре олигонуклеотида (два красных в верхней части рисунка и два синих — в нижней). Синий рибозим служит матрицей для сборки красного рибозима из двух красных олигонуклеотидов, а красный рибозим — матрицей для сборки синего рибозима из двух синих олигонуклеотидов

Важным промежуточным этапом на этом пути могли стать примитивные репликаторы, представляющие собой содружества лигаз, собирающих копии друг друга из фрагментов (олигонуклеотидов).

Уже известны саморазмножающиеся рибозимы-лигазы, собирающие копии самих себя из двух половинок [8] и более интересные комплексы молекул РНК, размножающие друг друга путем лигирования. Так, в 2009 г. американские ученые Т. Линкольн и Дж. Джойс из Научно-исследовательского института им. Эллен Скриппс подобрали несколько пар рибозимов, способных собирать копии друг друга из олигонуклеотидов [9]. В результате такого взаимного размножения популяция рибозимов может расти в геометрической прогрессии сколь угодно долго — для этого нужно только исправно снабжать ее «пищей», т. е. материалами для синтеза новых молекул РНК. За 30 ч популяция может в благоприятных условиях вырасти в 100 млн раз. Более того, заставив несколько разных пар размножающихся рибозимов конкурировать друг с другом за субстрат, исследователи вынудили их начать дарвиновскую эволюцию. В результате вывелись рекомбинантные рибозимы с повышенной скоростью размножения.

Единственное, что не позволяет назвать этот результат окончательным решением проблемы самовоспроизведения РНК, — это природа субстрата. Размножающиеся пары рибозимов-лигаз в описанных экспериментах используют для сборки молекул РНК не отдельные нуклеотиды, а довольно длинные фрагменты РНК — олигонуклеотиды. Причем не любые, а только строго определенные (поскольку взаимодействие между рибозимом и субстратом осуществляется путем формирования уотсон-криковских связей).

В дальнейшем было показано, что рибозимы-лигазы, способные к взаимной сборке, склонны формировать более сложные содружества — каталитические циклы, в которых одни молекулы собирают из кусочков другие [10]. Удивительно, что такие сообщества рибозимов, основанные на взаимопомощи, размножаются быстрее «эгоистов» — молекул РНК, собирающих только копии самих себя.

Эти факты позволяют предположить, что на ранних этапах абиогенеза могли существовать примитивные репликаторы, представлявшие собой содружества рибозимов-лигаз и малоэффективных, неточных рибозимов-полимераз. Полимеразы множили короткие олигонуклеотиды, а лигазы сшивали из них более крупные молекулы РНК — копии полимераз и самих себя. Любопытно, что некоторые рибозимы-лигазы одновременно обладают и слабой полимеразной активностью, т. е. могут использовать в качестве субстрата не только олиго-, но и мононуклеотиды (именно так обстоит дело с упомянутыми выше кросс-хиральными РНК-полимеразами).

Таким образом, момент появления первого полноценного репликатора (или, что то же самое, момент начала дарвиновской эволюции) мог наступить еще до формирования полноценных рибозимов-полимераз. Тем самым вероятность самозарождения первого репликатора повышается. Участие лигаз, которые действительно спонтанно образуются в результате синтеза коротких случайных олигонуклеотидов (например, в ходе полимеризации на монтмориллонитовой матрице), облегчает путь к РНК-полимеразам и позволяет отодвинуть старт эволюции на более ранние этапы абиогенеза.

Но все же переход от первых лигаз к примитивному репликатору описанного выше типа вырисовывается пока довольно смутно, а главное, этот переход, по-видимому, должен был произойти без помощи дарвиновского эволюционного механизма. Отсюда следующий закономерный вопрос: не могла ли эволюция стартовать еще раньше?

Репликация без ферментов

Процесс, позволяющий (по крайней мере теоретически) отодвинуть начало эволюции максимально далеко в прошлое, известен. Это неферментативный матричный синтез, или неферментативная репликация РНК (либо какого-то другого полимера, который был предшественником РНК, — такая возможность тоже рассматривается специалистами, но в данной статье об этом речи нет). В присутствии ионов магния на однонитевой молекуле РНК могут спонтанно, без помощи белковых ферментов или рибозимов, полимеризоваться короткие комплементарные последовательности нуклеотидов. В результате образуются дуплексы.

Неферментативную репликацию (НР) РНК в 1980-х годах активно изучал известный британский химик Л. Оргел. Он добился немалых успехов; в частности, ему удалось реплицировать матрицу из 14 нуклеотидов, содержащих гуанин (G) и цитозин (C) [11]. К концу жизни Оргел разочаровался в идее из-за многочисленных неразрешенных трудностей [12]. Однако в наши дни его дело продолжил американский биолог, лауреат Нобелевской премии 2008 г. Дж. Шостак. Особенность его подхода — уверенность в том, что жизнь зародилась внутри «протоклеток», окруженных липидными мембранами, а не в микрополостях минералов, как считают другие авторы [13].

Общая схема синтеза РНК в «протоклетках» (окруженных липидными мембранами пузырьках) [13]. Протоклетка растет за счет того, что в ее оболочку встраиваются молекулы жирных кислот, плавающие в окружающей среде в виде мицелл. Получающиеся нитевидные, ветвистые структуры распадаются на отдельные пузырьки при легком встряхивании. В протоклетки заранее помещены молекулы РНК с затравками-праймерами (двуспиральная часть молекулы) и однонитевым «хвостом», который нужно реплицировать. Активированные нуклеотиды из окружающей среды проникают в протоклетку путем диффузии. В присутствии комплекса из цитрата и ионов Mg 2+ они участвуют в неферментативной репликации РНК. В результате достраивается фрагмент двойной спирали, выделенный красным цветом

Современную ситуацию в области изучения неферментативной репликации РНК описал Шостак в обзорной статье, где выделил восемь препятствий, стоящих на пути эффективной НР, и наметил пути их преодоления [14].

Препятствие 1. Несовершенная региоспецифичность. В ходе неферментативной репликации наряду с «правильными» связями между нуклеотидами (3′—5′) образуются также «неправильные» (2′—5′). Впрочем, можно повысить долю правильных связей, если использовать в качестве катализатора ионы цинка, а не магния. Тот же эффект достигается, если активировать нуклеотиды не имидазолом, а 2-метил-имидазолом. Кроме того, такая ненаследуемая вариабельность связей, по-видимому, не препятствует эволюции функциональных рибозимов. В 2013 г. Шостак и его коллеги экспериментально показали, что рибозимы устойчивы к случайной ненаследуемой гетерогенности связей 2′—5′ и 3′—5′ [15].

Препятствие 2. Высокая температура плавления РНК-дуплексов. Если в результате неферментативной репликации получается длинная двойная спираль, ее потом трудно (при условиях, совместимых с НР) разделить на две цепочки, чтобы цикл мог продолжиться. Поэтому предполагается, что условия в «колыбели жизни» чередовались [16]: временами там становилось очень горячо (например, из-за геотермальных выбросов), и двойные спирали расплетались; потом водоем остывал (локальный горячий выброс смешивался с окружающей водой), и неферментативная репликация могла продолжаться. Кроме того, на помощь приходит вышеупомянутая несовершенная региоспецифичность: даже небольшая примесь «неправильных» связей (2′—5′) сильно снижает температуру плавления РНК-дуплексов.

Шостак выдвинул еще одну красивую идею: несовершенная региоспецифичность могла на первых порах быть полезной еще и потому, что помогала рибозимам совмещать функцию катализа с функцией матрицы для НР. На каждой матрице синтезировались разные варианты реплик. Те из них, в которых было много неправильных связей, хуже сворачивались в трехмерные структуры, легче расплетались и потому лучше выполняли функцию матриц (но не рибозимов). В других репликах было мало неправильных связей, они сворачивались в прочные трехмерные структуры и хорошо работали рибозимами, хотя и с трудом реплицировались. Гомогенные продукты (только с «правильными» связями) не справились бы с обеими задачами сразу. Итак, возможно, что несовершенная региоспецифичность — никакая не проблема, а наоборот, ценнейшее свойство, которое позволило РНК стать «молекулой жизни».

Препятствие 3. Низкая точность копирования. Чтобы эффективно копировать хоть какие-то функциональные рибозимы до появления РНК-полимераз, неферментативная репликация должна иметь частоту ошибок не более 0,02. В действительности эта частота, как правило, выше (порядка 0,17). Ее можно снизить до 0,10 и даже 0,05, если брать матрицы с повышенным содержанием нуклеотидов G и C. Замечу, что большинство ошибок НР совершается при попытке присоединить нуклеотид уридин (U), поэтому чем меньше в матрице нуклеотидов аденозин (A), тем лучше. Не исключено, что повысить точность НР может замена U на 2-тио-U или даже 2-селено-U. Оба этих модифицированных нуклеотида иногда встречаются в антикодонах тРНК современных организмов, что повышает точность трансляции, поскольку эти нуклеотиды реже образуют «неправильную» пару с G, чем обычный U. Кто знает, может быть, это древний рудимент из эпохи пре-РНК-мира.

Еще один возможный путь преодоления данного препятствия основан на том, что после присоединения неправильного нуклеотида НР замедляется. Поэтому те акты репликации, которые проходят без ошибок, заканчиваются быстрее. Если нити быстро расплетаются и снова подвергаются НР, реальная точность НР может оказаться в 2–5 раз выше, чем думают экспериментаторы, когда измеряют эту точность единожды в конце опыта, после того как все матрицы один раз отреплицировались. Благодаря этому эффекту есть шанс не сорваться в пропасть мутационной деградации, даже имея базовую частоту ошибок 0,05–0,08 вместо требуемых 0,02.

Препятствие 4. Низкая скорость копирования. Неферментативная репликация идет примерно в том же временном масштабе, что и самопроизвольная деградация копируемой матрицы. Исследователи ищут условия, ускоряющие НР. Известно, что этот процесс идет быстрее во льду при −20°C, но это не устраивает Шостака, поскольку в таких условиях разрушаются мембранные пузырьки — протоклетки, с которыми он работает. Есть и другие обнадеживающие идеи; в частности, возможна неферментативная репликация путем присоединения очень коротких комплементарных олигонуклеотидов с последующим заполнением просветов и спонтанным лигированием кусочков в единую комплементарную нить [17].

Препятствие 5. Проблема реактивации. Активированные нуклеотиды гидролизуются, что снижает эффективность НР, а существующие способы реактивации нуклеотидов портят реплицируемую матрицу. По-видимому, простейший способ справиться с этой проблемой — перейти от замкнутой системы к проточной. РНК-матрицы или мембранные пузырьки, их содержащие, нужно закрепить (например, на поверхности минералов) и поместить в проточную систему с постоянным притоком свежих активированных нуклеотидов (правдоподобный механизм абиогенного синтеза активированных пиримидиновых нуклеотидов С и U был найден недавно британскими химиками [18]).

Вторичная структура молекулы 23S-рРНК [20]. Голубыми линиями показаны А-минорные связи, желтыми кружками — «стопки» аденозинов, красными — двойные спирали, участвующие в А-минорных связях. Домены с первого по шестой обозначены римскими цифрами. 5′, 3′ — концы молекулы. Видно, что в домене V много красных кружков и почти нет желтых. Скорее всего, именно с этого фрагмента молекулы, катализирующего реакцию транспептидации (соединения аминокислот), началась эволюция 23S-рРНК

Препятствие 6. Двухвалентные ионы металлов, высокая концентрация которых необходима для НР, катализируют не только НР, но и деградацию одноцепочечных РНК. Кроме того, они разрушают мембраны протоклеток и повышают температуру плавления РНК-дуплексов.

Красивое решение этой проблемы было найдено Шостаком и его ученицей К. Адамалой в 2013 г. Они задумались о подборе хелатора, т. е. такой молекулы, которая, соединяясь с ионом магния, обхватывала бы его, как клешня, и лишала некоторых каталитических свойств, сохранив нужные. Адамала и Шостак испытали множество хелаторов и обнаружили, что некоторые из них (в том числе цитрат, изоцитрат, оксалат) защищают мембраны протоклеток от разрушения ионами магния. Но в большинстве случаев ионы магния при этом лишаются также и способности катализировать НР. Исключением оказался цитрат: в его присутствии репликация лишь немного замедлилась. Более того, цитрат полностью лишил ионы магния способности разрушать однонитевые молекулы РНК.

Установив эти факты, Адамала и Шостак экспериментально продемонстрировали возможность НР внутри протоклеток. Они изготовили мембранные пузырьки — протоклетки с молекулами РНК внутри. К каждой однонитевой матрице заранее прикреплялся праймер — фрагмент комплементарной последовательности, образующий с матрицей двойную спираль. При этом у матрицы оставался однонитевой хвостик, состоявший либо из нескольких нуклеотидов С (НР таких последовательностей идет быстрее всего), либо из чередующихся G и C. Затем в среду, где плавали протоклетки, добавили хлорид магния, цитрат и нуклеотиды, активированные имидазолом.

Опыт удался: через два-три дня большинство однонитевых участков оказались полностью реплицированы, т. е. молекулы стали целиком двуспиральными. В ходе работы подтвердилось предположение, что репликацию можно ускорить, если сделать систему проточной и своевременно удалять отходы (в том числе нуклеотиды, подвергшиеся незапланированному гидролизу). Еще один приятный сюрприз ждал исследователей, когда они проверили, не повлиял ли цитрат на температуру плавления двуспиральных РНК (которая, как говорилось, повышается в присутствии ионов магния). Оказалось, что температура плавления снизилась с 75 до 71°C.

Таким образом, простая мера — добавление хелатора — позволила преодолеть сразу несколько препятствий на пути к эффективной НР в протоклетках [13].

Присутствовал ли абиогенно синтезированный цитрат в древних водоемах, служивших колыбелью зарождающейся жизни? До недавнего времени правдоподобные способы абиогенного синтеза цитрата не были известны. Ситуация изменилась в 2013 г., когда группа американских ученых нашла реалистичный путь абиогенного синтеза щавелевоуксусной кислоты (оксалоацетата) [19]. От этого вещества до цитрата уже рукой подать.

Но Шостак и Адамала предлагают идею более интересную и глубокую, чем гипотеза о наличии абиогенного цитрата в «колыбели жизни». Роль хелатора, подавляющего негативные эффекты ионов Mg 2+ и помогающего им катализировать НР, могли взять на себя короткие пептиды, включающие несколько остатков аспарагиновой кислоты (об этой возможности упомянуто в начале статьи). Наличие абиогенных аминокислот и простейших пептидов в «колыбели жизни» считается высоковероятным. С появления простых рибозимов, катализирующих соединение аминокислот друг с другом, скорее всего, началась эволюция белкового синтеза [20]. Шостак и его коллеги в настоящее время пытаются найти простые пептиды, способные помочь магнию катализировать НР лучше, чем это делает цитрат. По-видимому, это очень перспективный путь. «Содружество» пептидов с РНК, скорее всего, зародилось задолго до появления матричного белкового синтеза (трансляции).

Препятствие 7. Проблема праймеров. В экспериментах по изучению НР используются матрицы с заранее приделанными праймерами — комплементарными олигонуклеотидами, которые в ходе НР удлиняются на 3′-конце. Но откуда брались праймеры в «колыбели жизни»? Особенно остро эта проблема стоит для протоклеток, потому что пузырек, окруженный липидной мембраной, не может всасывать готовые праймеры извне — олигонуклеотиды не проходят через мембраны.

По мнению Шостака, должен существовать способ беспраймерной НР: моно- или олигонуклеотиды комплементарно пристраиваются прямо посередине матрицы, потом к ним присоединяются другие, кусочки лигируются, просветы заполняются. Эти возможности пока мало изучены.

Проблема праймеров в «мире НР» (в преРНКмире) могла привести к тому, что селективное преимущество получали (т. е. быстрее размножались) те молекулы РНК, которым легче было найти себе праймер. Например, либо те, которые сами могли служить себе праймерами для самоудлинения («шпилька с хвостиком»), либо те, для которых в окружающей среде (протоклетке или минеральной микрополости) было много подходящих праймеров. Удобнейшим вариантом была бы способность молекулы РНК служить праймером для репликации собственных копий или реплик.

Молекула 23S-рРНК как трехмерная головоломка: схема сборки / разборки [20]. Можно удалить, не повреждая структуру остающихся частей, сначала синие блоки, затем красные, желтые, зеленые, розовые, сиреневые и, наконец, белые и серые. В итоге остается «неразобранным» центр транспептидации (PTC), состоящий из двух симметричных частей, показанных синими и красными линиями

Препятствие 8. Обратное слипание комплементарных цепочек. Этот процесс идет гораздо быстрее, чем НР, и сильно затрудняет ее: получается двухцепочечная РНК, которая не может реплицироваться путем НР, пока цепочки не разъединятся. Простейший путь решения проблемы — уменьшить концентрацию РНК (матриц) в системе, ведь скорость «обратного слипания» пропорциональна квадрату их концентрации. Фактически проблема сводится к ограничению концентрации размножаемых молекул: если концентрация превышена, НР тормозится.

Даже в ходе полимеразной цепной реакции, где все делают белковые ферменты (с колоссальной скоростью), проблема обратного слипания не позволяет достигать слишком высоких концентраций размножаемой последовательности. А НР идет страшно медленно (присоединение одного нуклеотида в час — это хорошая скорость для НР), поэтому допустимые концентрации должны быть крайне низкими.

Противостоять обратному склеиванию может быстрое присоединение к разделившимся цепочкам коротких комплементарных олигонуклеотидов. Заодно это будет стимулировать дальнейшую НР, ведь такие прилипшие тут и там олигонуклеотиды — это промежуточные стадии НР, которые могут нарастать на 3′-концах, лигироваться и т. д. Для этого надо, чтобы коротких комплементарных олигонуклеотидов было достаточно много.

Шостак представляет себе «колыбель жизни» как геотермальный район с многочисленными прудами и озерами, сообщающимися, проточными и стоячими; в водоемы периодически поступали горячие выбросы, но большую часть времени там было относительно прохладно. В таких системах абиогенно синтезируемая органика могла достигать высоких концентраций. Первыми функциональными рибозимами, по мнению Шостака, были те, которые служили для «обмена веществ»: катализаторы синтеза фосфолипидов (что способствовало росту и делению протоклеток); реактивирующие рибозимы; нуклеазы, которые обрезали перекрывающиеся концы у олигонуклеотидов (это ускоряло НР) и т. д. Репликация РНК сначала была неферментативной. В конце концов лигазы и полимеразы стали ускорять репликацию, но нет оснований полагать, что лигазная и полимеразная функции появились первыми.

Так или иначе, нам больше не нужно предполагать, что полимеры, случайно образовавшиеся в большом количестве на древней Земле, лишь по чистой случайности обладали свойством комплементарности, т. е. были потенциально способны направлять процесс самокопирования. Разумеется, комплементарность должна была работать с самого начала. И с самого начала работал естественный отбор.

Палиндромный мир

На мой взгляд, главный вывод из сказанного состоит в следующем. Допустим, что где-то на ранней Земле или другом теле ранней Солнечной системы некогда существовали благоприятные условия для спонтанной полимеризации олигонуклеотидов на минеральных матрицах и для неферментативной репликации РНК. Тогда в этом мире дарвиновский (или квазидарвиновский) эволюционный процесс мог начаться не только до появления эффективных рибозимов-полимераз, но и до появления каких бы то ни было рибозимов.

«Проблема праймеров» могла привести к естественному отбору последовательностей, которые служили праймерами для самих себя, для своих копий или комплементарных реплик. В таком случае селективное преимущество могли получить последовательности, состоящие из коротких палиндромов (палиндром — это последовательность, левая и правая части которой комплементарны друг другу; палиндромные участки РНК имеют обыкновение сворачиваться в «шпильки»). Например, последовательность 5′-GGACCU.AGGUCC-3′ — это короткий палиндром. Точка посередине нарисована для удобства восприятия: она делит последовательность на два взаимно комплементарных блока. Реплика этой последовательности выглядит так: 3′-CCUGGA.UCCAGG-5′ (это, конечно, тоже палиндром, более того, реплика в данном случае идентична матрице). Такие простейшие палиндромы еще не дают желаемого эффекта. Но если немного удлинить последовательность, чтобы она состояла не из двух блоков, а из трех (или хотя бы из двух с половиной), то сразу открываются интересные возможности. Рассмотрим последовательность 5′-GGACCU.AGGUCC.GGAC-3′. Две такие последовательности могут, в соответствии с принципом комплементарности, соединиться разными способами.

5′ GGACCU.AGGUCC.GGAC 3′
3′ CAGG.CCUGGA.UCCAGG 5′.

В этом случае НР не происходит, потому что у молекул нет «недостроенных» 3′-концов. Но исходные молекулы могут соединиться и по-другому:

5′ GGACCU.AGGUCC.GGAC→ 3′
3′ ←CAGG.CCUGGA.UCCAGG 5′.

Тогда обе молекулы могут послужить праймерами для НР. Их 3′-концы, присоединенные к матрицам (отмечены стрелками), будут достроены, и получим следующее:

5′ GGACCU.AGGUCC.GGACCU.AGGUCC 3′
3′ CCUGGA.UCCAGG.CCUGGA.UCCAGG 5′.

Затем эти две последовательности (они, между прочим, одинаковые: в мире палиндромных повторов матрица и реплика идентичны, когда число блоков четное) разъединятся в горячей фазе цикла, а потом смогут снова склеиться, опять-таки по-разному. Если по всей длине, то НР не пойдет и придется ждать следующей горячей фазы:

5′ GGACCU.AGGUCC.GGACCU.AGGUCC 3′
3′ CCUGGA.UCCAGG.CCUGGA.UCCAGG 5′.

Если внахлест со свободными 3′-концами, НР тоже не пойдет:

5′ GGACCU.AGGUCC.GGACCU.AGGUCC 3′
3′ CCUGGA.UCCAGG.CCUGGA.UCCAGG 5′.

Если внахлест со свободными 5′-концами, то обе молекулы смогут удлиниться:

5′ GGACCU.AGGUCC.GGACCU.AGGUCC→ 3′
3′ ←CCUGGA.UCCAGG.CCUGGA.UCCAGG 5′.

Таким образом, в определенных условиях палиндромные последовательности будут размножаться быстрее других из-за способности к взаимному праймингу. В результате получатся растущие цепи палиндромных повторов с тенденцией к бесконечному росту. Добавим к этому происходящие время от времени случайные разрывы растущих цепей, причем любой обрывок с легкостью найдет для себя комплементарный участок на другой молекуле РНК, где он сможет выступить в роли праймера и снова удлиниться. Добавим еще формирование пространственных (третичных) структур. Очень скоро растущие молекулы начнут сворачиваться в разнообразные структуры с многочисленными шпильками. При этом каждая длинная молекула, состоящая из палиндромных повторов, может сложиться не одним, а многими разными способами (в зависимости от того, какие из палиндромных блоков спарятся друг с другом). В формировании трехмерных структур могут участвовать несколько молекул вместе, так что разнообразие структур (с потенциальными функциями) по мере удлинения нитей будет стремительно расти.

Периодически будут возникать одноцепочечные 5′-кончики, которые станут служить матрицами для удлинения 3′-концов. Везде, где 3′-конец ляжет на матрицу, продолжающуюся после него, пойдет неферментативная репликация, т. е. молекулы удлинятся. В одних микрополостях (или мембранных пузырьках) могут размножиться одни палиндромные повторы, в других — другие. Из-за неточности неферментативной репликации будут возникать мутации, что вызовет локальное несовершенство палиндромов. Если оно окажется сильным, НР может замедлиться (отсеется отбором), если слабым, может сохраниться и распространиться за счет дрейфа. В таком случае отбор может поддержать компенсирующие мутации, восстанавливающие совершенство палиндрома, и разнообразие последовательностей будет расти. Наращивание цепочек может происходить постепенно: за один цикл «горячо — холодно» здесь могут пристроиться два нуклеотида, там — четыре, тут — один, а в следующем цикле рост продолжится. Во многом это снимает проблему «медленности» НР.

Наследуемость возникающих трехмерных структур поначалу будет невысокой, поскольку каждый «генотип» (последовательность нуклеотидов) может порождать много разных «фенотипов» (способов сворачивания). На первых порах это облегчит адаптивную эволюцию, ведь неудачные вариации не будут жестко наследоваться. А случайно возникшие удачные способы сворачивания в дальнейшем смогут стабилизироваться путем закрепления мутаций, повышающих вероятность именно такого сворачивания (это напоминает известный эволюционный механизм «генокопирования модификаций»).

Достоинства модели «палиндромного мира», по-видимому, следующие:

Наконец, в один прекрасный момент в какой-то микрополости или протоклетке появится такой палиндром-мутант, который будет хоть чуть-чуть ускорять (катализировать) НР. Может быть, этот палиндром-мутант сможет взаимодействовать с абиогенным пептидом, содержащим несколько остатков аспарагиновой кислоты, которые удерживают ион магния или цинка. Содружество РНК с пептидами могло зародиться очень рано. С этого момента — с появления, пусть в самом зачаточном виде, РНК-полимеразной функции — начинается переход от «мира НР» к настоящему миру РНК.

Таким образом, есть основания предполагать очень раннее появление репликаторов, а значит, и ранний старт дарвиновской эволюции. После этого прохождение всех последующих этапов пути к первой живой клетке принципиально упрощается. Скорее всего, в истории земной жизни никогда не было того сомнительного этапа, на котором из случайных последовательностей нуклеотидов должна была сама собой, как Афродита из морской пены, родиться полнофункциональная РНК-полимераза. Более правдоподобной выглядит гипотеза, согласно которой естественный отбор начал направлять добиологическую эволюцию задолго до появления первых эффективных рибозимов.

Чтобы обосновать эту гипотезу, необходимо доказать, что условия для эффективной НР, во-первых, возможны, во-вторых, действительно когда-то существовали. Сделать это нелегко, но динамика научных открытий, совершаемых в последние годы, дает основания для осторожного оптимизма.

Литература
1. Gulik P. van der, Massar S., Gilis D. et al. The first peptides: the evolutionary transition between prebiotic amino acids and early proteins // J. Theor. Biol. 2009. V. 261. P. 531–539.
2. Attwater J., Wochner A., Holliger P. In-ice evolution of RNA polymerase ribozyme activity // Nat. Chem. 2013. V. 5. P. 1011–1018. doi:10.1038/nchem.1781
3. Wochner A., Attwater J., Coulson A. et al. Ribozyme-Catalyzed Transcription of an Active Ribozyme // Science. 2011. V. 332. P. 209–212. doi:10.1126/science.1200752
4. Кунин Е. В. Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции. М., 2014.
5. Sczepanski J. T., Joyce G. F. A cross-chiral RNA polymerase ribozyme // Nature. 2014. V. 515. P. 440–442. doi:10.1038/nature13900
6. Briones C., Stich M., Manrubia S. C. The dawn of the RNA World: Toward functional complexity through ligation of random RNA oligomers // RNA. 2009. V. 15. P. 743–749. doi:10.1261/rna.1488609
7. Huang W., Ferris J. P. One-step, regioselective synthesis of up to 50-mers of RNA oligomers by montmorillonite catalysis // J. Am. Chem. Soc. 2006. V. 128. P. 8914–8919.
8. Paul N., Joyce G. F. A self-replicating ligase ribozyme // PNAS. 2002. V. 99. № 20. P. 12733–12740. doi:10.1073/pnas.202471099
9. Lincoln T. A., Joyce G. F. Self-sustained replication of an RNA enzyme // Science. 2009. V. 323. № 5918. P. 1229–1232. doi:10.1126/science.1167856
10. Vaidya N., Manapat M. L., Chen I. A. et al. Spontaneous network formation among cooperative RNA replicators // Nature. 2012. V. 491. P. 72–77. doi:10.1038/nature11549
11. Acevedo O. L., Orgel L. E. Non-enzymatic transcription of an oligodeoxynucleotide 14 residues long // J. Mol. Biol. 1987. V. 197. P. 187–193. doi:10.1016/0022-2836(87)90117-3
12. Orgel L. E. Prebiotic chemistry and the origin of the RNA world // Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 2004. V. 39. № 2. P. 99–123. doi:10.1080/10409230490460765
13. Adamala K., Szostak J. W. Nonenzymatic template-directed RNA synthesis inside model protocells // Science. 2013. V. 342. P. 1098–1100. doi:10.1126/science.1241888
14. Szostak J. W. The eightfold path to non-enzymatic RNA replication // J. Sys. Chem. 2012. V. 3. P. 2–15. doi:10.1186/1759-2208-3-2
15. Engelhart A. E., Powner M. W., Szostak J. W. Functional RNAs exhibit tolerance for non-heritable 2′—5′ versus 3′—5′ backbone heterogeneity // Nature Chemistry. 2013. V. 5. P. 390–394. doi:10.1038/nchem.1623
16. Ricardo A., Szostak J. W. Origin of life on Earth // Sci. Am. 2009. V. 301. P. 54–61.
17. James K. D., Ellington A. D. Surprising fidelity of template-directed chemical ligation of oligonucleotides // Chem. Biol. 1997. V. 4. № 8. P. 595–605.
18. Powner M. W., Gerland B., Sutherland J. D. Synthesis of activated pyrimidine ribonucleotides in prebiotically plausible conditions // Nature. 2009. V. 459. P. 239–242. doi:10.1038/nature08013
19. Butch C., Cope E. D., Pollet P. et al. Production of tartrates by cyanide-mediated dimerization of glyoxylate: a potential abiotic pathway to the citric acid cycle // J. Am. Chem. Soc. 2013. V. 135. P. 13440–13445. doi:10.1021/ja405103r
20. Bokov K., Steinberg S. V. A hierarchical model for evolution of 23S ribosomal RNA // Nature. 2009. V. 457. P. 977–980. doi:10.1038/nature07749

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда. Проект № 14-14-00330.

Источник