Решающую роль в возникновении жизни на Земле сыграло своеобразное свойство молекул полинуклеотидов - рибонуклеиновой кислоты (РНК): комплементарное матричное копирование самих себя в процессе соединения из простых нуклеотидов, что было описано выше. Закодированная в последовательности нуклеотидов информация способна передаваться таким образом из поколения в поколение и служить основой для размножения полимерных биологических молекул.

Системы с различными наборами последовательностей конкурировали за запасы предшественников, необходимых им для построения копий (аналогично тому, как сейчас конкурируют организмы за пищевые ресурсы). Успех зависел от точности и скорости копирования, а также от стабильности копий.

Но скорость этого размножения резко ускоряется при наличии ферментов, т.е. молекул-катализаторов. На первой стадии эволюции такими катализаторами могли служить сами молекулы РНК, так как являлись матрицей для копирования, а кроме того, определенные типы этих же молекул или их сочетаний способствовали ускорению реакции

48

самокопирования. Такие самокопирующиеся системы молекул положили начало эволюционному процессу на Земле. Но возможности использовать РНК для катализа самих себя были очень ограничены и если бы они осуществлялись все время, то эволюции не было бы или она растянулась бы на сотни миллиардов лет.

Однако оказалось, что более эффективными катализаторами являются полимерные молекулы аминокислот - белки. В процессе самокопирования РНК направляла первичный синтез белков, которые обладают идеальными свойствами для ферментативного катализа, так как состоят из аминокислот с химически разнообразными боковыми цепочками и способны принимать разные пространственные формы, насыщенные реакционноспособными участками. Даже белки со случайными последовательностями аминокислот имели каталитические свойства и могли облегчить самокопирование РНК, а если еще последние сами создавали вокруг себя белковые ферменты, то ускорение самокопирования имело взрывной характер. Это можно видеть на примере жизненного цикла некоторых современных вирусов бактерий. Эти вирусы, проникнув в бактерию, направляют синтез белков, избирательно катализирующих их собственное самокопирование, так что в короткое время оккупируют всю клетку. Таким образом, как только эволюция нуклеиновых кислот продвинулась до кодирования ферментов, обеспечивающих их собственное воспроизведение, распространение самокопирующей системы резко ускорилось.

Одним из решающих событий, приведших к формированию первой клетки, было формирование внешней плазматической мембраны. В самом деле, белки, синтезируемые под контролем определенного вида РНК, не могли бы облегчить репродукцию именно этих молекул РНК, если бы не удерживались поблизости от них. Более того, до тех пор пока белки свободно диффундировали в популяции самокопирующихся молекул РНК, они в равной мере способствовали размножению любого из конкурирующих видов РНК. Если бы возникла РНК, производящая улучшенный тип фермента, новый фермент не был бы способен избирательно обеспечить выживание именно этой измененной РНК. Отбор молекул РНК по качеству кодируемых ими белков не мог начаться раньше, чем появился некий замкнутый объем - компартмент, окруженный мембраной и заключивший в себя белки, произведенные молекулой РНК. Таким образом, эти белки становятся доступными только для РНК, порождающей их.