Естественный отбор матричных макромолекул

Из многих в принципе возможных систем матричного конвариантного воспроизведения, обладающих сходными физико-химическими свойствами, рано или поздно остается («побеждает») лишь одна с наибольшим эволюционным потенциалом. Таким образом, существенным этапом эволюции оказывается отбор эволюционирующей системы. Рассмотрим критерии выбора такой системы.
Эволюционный потенциал, естественно, сильно зависит от физико-химической природы матричных молекул.
Из простых соображений ясно, что Ii будет тем больше, чем больше удельная поверхность матричного вещества. Предельно большой поверхностью обладает одномерный кристалл — нить. Эволюционный потенциал зависит от разнообразия элементов матричной нити. Необходим набор элементов, обеспечивающий все возможные каталитические и матричные свойства.
Таким образом, максимально возможным эволюционным потенциалом будет обладать одномерная последовательность различных элементов кристаллической решетки — «букв, образующих строки». Следуя принятому нами при описании эволюционного процесса принципу предельного совершенства, мы можем отнести все сказанное о естественном отборе в полиморфной кристаллической системе к одномерному апериодическому кристаллу, т. е. к гетерополимерной макромолекулярной нити, состоящей из набора разных мономеров, порядок чередования которых в полимерной цепи может быть разным.
Необходимо лишь, чтобы такая нить обладала матричными свойствами, чтобы любое чередование мономеров в цепи было в принципе термодинамически равновероятным, но отличалось друг от друга по кинетическим свойствам. Этим общим условиям соответствуют нуклеиновые кислоты.
Однако прежде чем перейти к анализу возможных этапов эволюции в конкретных биохимических системах, рассмотрим условия, необходимые для начала биологической эволюции.
Условия неизбежности начала биологической эволюции. Эволюция становится неизбежной при выполнении основных условий: существования механизмов матричного, конвариантного воспроизведения и различия в скоростях воспроизведения разных форм полиморфных матриц.
Таким условиям удовлетворяет одномерная полимерная нить, для которой скорость матричного размножения, скорость синтеза матричных копий зависит от природы и последовательности мономеров.
При выполнении этих двух условий в ограниченном пространстве — ареале (третье условие) — при неравновесности самой системы или при наличии внешнего источника свободной энергии в среде, содержащей все необходимые компоненты для спонтанного возникновения линейных гетерополимеров (четвертая группа условий) начнется эволюционный процесс, и будет осуществляться естественный отбор по критерию наибольшей скорости образования полимера данного вида. Слово «вид» употреблено здесь вполне сознательно, хотя это еще совсем не такой же вид, как «ящерица прыткая» или «овес посевной».
Однако реализация эволюционного потенциала системы, удовлетворяющей только этим условиям, может оказаться очень затрудненной. Ареал может быть заполнен формой, полимеризующейся не с наибольшей скоростью. Затравка этой формы возникает случайно, в результате тепловых флуктуации, и вероятность того, что случайно возникшая затравка соответствует наиболее кинетически совершенной форме очень мала. Вместе с тем заполнившая ареал полимерная форма будет препятствовать образованию более совершенных форм — материала для их построения не останется, а тот, который уже использован для построения заполнивших ареал матриц, защищен кинетическими потенциальными барьерами от посягательств пусть и способных к более быстрому воспроизведению зародышей, но возникающих позже затравок новых матриц. Речь идет, следовательно, о том, что одна даже самая удачная мутантная форма способная обеспечить наибольшую скорость матричного воспроизведения «ничего не сможет сделать» с уже заполнившей ареал менее совершенной массой полимерных молекул.







Материалы

Яндекс.Метрика