Все это далеко не так просто, и вот почему. У ядерных организмов и архебактерий структурные гены имеют сложное строение. Куски ДНК, кодирующие аминокислотные последовательности (экзоны), перемежаются последовательностями, не кодирующими ничего (интронами). При созревании информационной РНК интроны вырезаются специальными ферментами и отбрасываются, а экзоны сшиваются другим ферментом — лигазой в зрелую РНК, на которой может транслироваться белок. Интроны дружно объявили ненужными частями гена — ведь белка они не кодируют! Но этому мешает одно неприятное обстоятельство.
В УП часто встречаются точные копии структурных генов разных белков, но они не содержат интронов. Как они возникают, в общем, неясно. Скорее всего, это ДНК-копии информационных РНК, встроившиеся обратно в геном. Так делают ретро-вирусы, в том числе знаменитый СПИД. Но РНК ретровирусов содержит интроны и, включаясь в геном в виде ДНК, остается активной.
А безинтронные копии генов неактивны. На них не идет синтез РНК, белков они не вырабатывают. Потому их назвали лжегенами — псевдогенами. Что же, получается, что ген теряет активность, если из него вырезать ненужные части?
Но, может быть, в категорию «мусорной» и «мертвой» ДНК следует отнести псевдогены? Так, в общем, считает большинство теоретиков. Экспериментаторы не столь единодушны. Есть факты, которые никак не запихнуть в мешок модной гипотезы.
Возьмем хотя бы ген глобина «дельта». Этот ген активен у низших обезьян Нового Света (широконосых). У более высокоразвитых узконосых обезьян Старого Света, таких как мартышки, макаки, павианы, нет гемоглобина «дельта» — но ген, кодирующий эту форму белка, есть. Однако у него нет интронов, он неактивен и попадает в категорию псевдогенов. Казалось бы, ясно: ген «умер», попал в разряд «мусорных». Однако у человека он обретает интроны и вновь становится активным. Так что же такое псевдогены — свалка мусора или запас на будущее, так сказать «гены в творческом отпуске»?
Есть и более странные факты. Один и тот же ген в мозговой ткани активен и нарабатывает белок. А в почках он же представлен безинтронным псевдогеном.
Полагаю, что нужно воздержаться от преждевременных суждений и бранных эпитетов, пока мы не разберемся до конца в этой сложной ситуации. Думаю, что, пока выйдет в свет эта книга, многое уже будет ясно.
А пока посмотрим, не поможет ли нам, хотя бы в построении гипотез, аналогия с лингвистическими текстами.
Монморенси — последовательность уникальная. Еще 10 лет назад в статьях по структуре генома были модными графики, по которым можно было определить распределение нуклеотидных последовательностей по скорости отжига, реассоциации. На оси абсцисс (ось Х) у них обычно откладывалась не скорость реассоциации, а величина c0t — произведение начальной концентрации денатурированной ДНК на время отжига. А так как эта величина в одном геноме изменяется на пять порядков, давали ее логарифм.
Читается c0t как «це-ноль-тэ», но на лабораторном жаргоне говорили — «кот» («мы отожгли ДНК до ста котов»). Жаргонное словцо хорошо свидетельствует о популярности метода. В самом деле, при равных объемах геномов c0t связано с копийностью (числом повторов) прямой зависимостью.
На оси ординат (ось Y) откладывали процент данной фракции в геноме, только шкала была перевернута.
Эти так называемые кривые кинетики реассоциации сыграли свою роль, да и сейчас часто используются. Вспомнил я о них вот по какой причине. Любой человеческий язык несколько условно можно трактовать как состоящий из двух категорий слов (или частей слов). Первая категория состоит из слов, за которыми стоят какие-то объективные реалии. Это корни существительных, прилагательных и глаголов.
Вторая категория — флексии, предлоги, приставки, артикли, окончания — то, что придает смысл корням, но без них самих смысла не имеет. С другой стороны, один корень без соответствующих «добавок» становится невразумительным. Например, что значит английское слово strike? Не спешите с ответом. The strike — забастовка (существительное). A to strike — бастовать (глагол). Отдельно же взятый артикль ни о чем не говорит, как и частица to.
А если в генетических текстах структурные гены выполняют функцию корней слов первой категории (ведь за ними стоят реалии — аминокислотные тексты белков), а повторы и некодирующие белков УП играют роль слов второй категории? Тогда станет ясно, что они столь же необходимы в ДНК-тексте, как и структурные гены. Попробуйте в разговоре и письме обойтись одними корнями.
Эгоистичность повторов иногда доказывают таким доводом: у вида А такой повтор есть, а у вида Б нет. Значит, он не нужен.
Аналогичное рассуждение: в немецком языке есть артикли, характеризующие род существительного. Родственные артикли в английском превратились в детерминативы существительных (категория рода в английском языке отмирает). А в русском языке артиклей нет вообще, они не нужны. Значит ли это, что они не нужны и в немецком, английском и французском языках?
Вопрос мой явно риторический. Приведу пример из мемуаров французского подводника Ж. Уо. Погружаясь в батискафе с директором биостанции Вильфранш Трегубовым, русским по происхождению, Уо сокрушенно называет его блестящим собеседником, по непонятной причине опускавшим решительно все артикли. Сорок лет прожив во Франции, он так и не привык к ним — по той причине, что в русском языке их заменяют другие вспомогательные слова.
Такие соображения привели меня лет десять назад к идее одного эксперимента (если его можно так назвать). Я взял английский текст (первую главу из общеизвестной книги Д. К. Джерома «Трое в одной лодке…») и на досуге выписал из нее все слова, определив частоту их встречаемости. А затем построил график, аналогичный кривой кинетики реассоциации ДНК — только вместо c0t взял частоту встречаемости слов в тексте.
Получилась довольно наглядная кривая, которую коллеги принимали именно за этот образец. Четко выделились высокоповторяющиеся последовательности (the, a, an, to), средние повторы (in, on, into, — ing). И, наконец, уникальные. Туда же попал и Монморенси — ведь кличка знаменитого фокстерьера встречается в первой главе только один раз.
Почему я взял англоязычный текст? С ним легче работать, легче отстраниться. Сейчас я думаю, что русскоязычный дал бы еще более четкую картину — за счет флексий. Человек, владеющий персональным компьютером, был бы способен на анализ более протяженных и сложных текстов, и аналогия выступила бы еще нагляднее.
Повторяю, аналогия не доказательство, а лишь повод для выдвижения гипотезы (или спекуляции, если хотите). Структурный ген, кодирующий белок, — это только корень слова. Он обретает смысл лишь при взаимодействии с другими последовательностями, которые играют роль вспомогательных слов в языке. Вирусы и отчасти бактерии практически не имеют повторов в своих простых геномах. Их «язык» напоминает, если хотите, тот язык, на котором говорил Тарзан в некогда популярных фильмах. Но закодировать на нем достаточно большой объем информации о построении сложного фенотипа невозможно.
Опираясь на этот нехитрый эксперимент, я мог уже целеустремленно искать в литературе сведения о функциональной роли повторяющихся последовательностей и тех механизмах, которые обеспечивают помехоустойчивость генетических сообщений.
Но это уже другой вопрос, тема следующей главы. До сих пор мы говорили о статике, о структуре генетических сообщений. В следующей главе придется говорить и о динамике, об эволюции генетических текстов — начиная с момента происхождения жизни.
В заключение хочу оговориться. Я отнюдь не считаю все последовательности ДНК функционально значимыми. Подобно тому, как все организмы имеют так называемые рудиментарные органы, ныне бесполезные, но свидетельствующие об их истории, так и их геномы могут содержать реликтовые последовательности, гены-рудименты, не играющие сейчас никакой роли или очень мало значимые. Все дело в количественной оценке феномена. Не только 96%, но и 30% ДНК «мусорной» и «эгоистической» в процессе эволюции в геноме не удержится.
А сейчас перейдем к третьей главе. В начале ее нужно обсудить вопрос: нужен ли господь бог для синтеза первого гена или же, как сказал Лаплас Наполеону, можно обойтись без этой гипотезы?
Глава III.
Есть ли жизнь на Земле?
Оро:…Как сказал один шутник, по теории вероятностей мы все должны были быть мертвецами. Тем не менее, мы живы.
Чаргафф: Но мы все-таки умрем.
Мора: В том-то и беда.
Из дискуссии на Флоридской конференции по происхождению жизни
Там, где вечно дремлет тайна,
Есть нездешние поля.
Только гость я, гость случайный
На горах твоих, земля.
Сергей Есенин
В прошлой главе мы пришли к выводу, что так называемые структурные гены, кодирующие аминокислотные последовательности белков — это лишь, если угодно, корни слов, но не сами слова и тем более не осмысленные предложения. Тем самым вопрос о «лищней» ДНК в значительной мере снимается. Если же мы учтем, что в передаче информации по каналу с высоким уровнем шума код должен быть помехоустойчивым, становится ясной та непонятная щедрость природы, с которой она наделила ДНК наши клеточные ядра. Это не исключает возможности существования в геноме своего рода реликтовых последовательностей, не несущих в настоящее время определенной функции («гены на пенсии или в творческом отпуске»). Но доля их в геноме не может быть значительной, они не должны мешать генам активным, ибо довлеет дневи злоба его.
