Многовековой теме волшебной  сложности и необъяснимости жизни посвящены глубочайшие сочинения великих мыслителей, тем не менее до сих пор никто не может с уверенностью сказать, что же это такое, жизнь, дать определение.  Автору посчастливилось выработать настолько возмутительно простое определение (1), что на него немедленно обрушилась лавина критики (2,3)  («Юпитер, ты сердишься, значит, ты не прав»), которой в таком объёме, наверно, не подвергалось ни одно из более 200 накопленных за многие годы определений.. Судите (и оспаривайте) сами: 

Жизнь это самовоспроизведение с вариациями.

Два независимых пути анализа и рассуждений приводят к такому определению. В основе первого из них лежит следующее наблюдение. Существует класс молекулярных заболеваний, когда простые повторы в ДНК, такие как ГААГААГААГААГАА… (и так раз 30), спонтанно удлиняются, иногда повторяясь до нескольких тысяч раз. И с этими удлинениями связан целый ряд болезней.

 В нашей работе с Томасом Беттекеном (4) мы, перехватив дыхание от собственной смелости, предположили, что если когда-то на заре жизни происходило соревнование за выживание между молекулами с разными последовательностями нуклеотидных букв, то такие агрессивно повторяющиеся последовательности должны были победить. С этой отправной точки начала развиваться Теория Ранней Молекулярной Эволюции (5). И согласно этой теории самыми первыми генами были наиболее агрессивные  сегодня  (и, вероятно, в очень далёком прошлом) простые повторы ГЦЦГЦЦГЦЦГЦЦГЦЦ… и комплементарные им ГГЦГГЦГГЦГГЦГГЦ…, вместе образующие двойные спирали. Но только, чтобы удовлетворять вышеприведенному определению жизни, эти двойные спирали должны были воспроизводиться с ошибками, так что получались, например, пары ГЦЦГАЦГЦЦГЦЦГЦЦ и ГГЦГГЦГГЦГТСГГЦ. По теории, это и был самый первый, очень примитивный живой организм, простой повтор – преон, как мы его теперь называем. 

Самым первым живым организмом был преон  (ГЦЦ)_n *(ГГЦ)_n. 

Поскольку точная репликация это еще не жизнь, настоящее начало жизни связано с появлением ошибок репликации, то-есть, с появлением возможности естественного отбора, эволюции. Таким образом, перефразируя известный афоризм («Вначале было слово»):

 Вначале была… ошибка. 

Интересно, что ошибки репликации уже выходят за пределы химических законов. Возникает целое новое пространство возможностей – комбинаторное пространство последовательностей. Появление ошибок знаменует переход от неживого к живому, что делает наше краткое определение жизни тем более естественным. 

Второй путь, приведший к такому же определению жизни – лингвистический (1).  Из большого количества опубликованных определений был составлен словарь использованных слов. Слова были объединены в 9 доминирующих смысловых групп: Система, Материя, Химия, Сложность, Воспроизведение, Изменения, Среда, Энергия и Способность. Ни одна группа по отдельности  не может рассматриваться как необходимое и достаточное определение жизни. Парные комбинации тоже не проходят. За единственным исключением: Воспроизведение + Изменения. Но это как раз то, что предлагает Теория Ранней Молекулярной Эволюции. Эта работа, с подсчетом слов, вызвала особенно оживлённую реакцию, по большей части отрицательную (2,3), с редкими приятными исключениями (6). 

Когда в 2001 году был опубликован первый вариант полной последовательности нуклеотидов человеческого генома (всех хромосом) (7), он содержал сенсацию: оказалось, что значительно больше половины генома занято различными повторяющимися последовательностями, включая простые повторы (преоны), такие как  (А)_n , (Т)_n , (АТ)_n , (ТГ)_n , (АЦ)_n , (ААТ)_n ,… (ЦЦТТ)_n , и многие другие, в том числе и агрессивные триплетные повторы. Те жалкие 3 процента последовательностей генома, которые  отвечают за гены, тоже несут в себе простые повторы. Более того, среди повторов внутри генов доминируют всё те же агрессивные триплетные повторы и их мутировавшие, подпорченные формы  (8). 

ЖИЗНЬ ПРЕОНА (АГ)_n

 На схеме показаны стадии развития преона (АГ)_n, с постепенными изменениями в его последовательности. В колонке справа приведён нуклеотидный состав в чётных и нечётных позициях последовательности  преона, на различных его стадиях. Если на стадии одомашнивания ещё угадывается исходная структура АГАГАГАГ…, то в окончательном виде память об этой структуре уже утрачена. 

После вышеизложенного напрашивается вывод: 

Современные геномы построены из идеальных и измененных преонов. 

Дарвин писал в 1871 году:  «…мы могли бы представить себе, что в каком-нибудь небольшом теплом пруду со всевозможными аммониевыми и фосфорными солями, – при наличии света, тепла, электричества и всего такого, образовалось бы химическим путем белковое вещество, готовое пройти через еще большие изменения. Сегодня такая субстанция была бы немедленно съедена или проглочена, что не произошло бы до образования живых существ» (9). Но ведь преоны в сегодняшних геномах, в сущности, ничем не отличаются от первоначальных преонов, с которых, предположительно, начиналась жизнь. Те же простые повторы. Они реплицируются и вместе с геномом, и отдельно путем удлинения, и тоже накапливают изменения. То-есть, 

Жизнь никогда не прекращала возникать внутри геномов, в виде преонов.

 При этом геномы предоставляют и среду для возникновения новой жизни, и защиту. И новая жизнь, в виде преонов, никем не пожирается в уютном гомеостазе клеточного ядра, хотя и приходится ей несладко (см. ниже). Таким образом, вырисовывается совершенно новая картина рождения и эволюции живого мира: 

ЖИЗНЬ НАЧАЛАСЬ С ПРОСТЫХ МУТИРУЮЩИХ ПОВТОРОВ, ПРЕОНОВ.

ПОЯВИЛИСЬ ПЕРВЫЕ ПРИМИТИВНЫЕ ГЕНОМЫ.

ПОВТОРЫ ПРОДОЛЖАЛИ ВОЗНИКАТЬ, УЖЕ ВНУТРИ ГЕНОМОВ,

НАКАПЛИВАЛИСЬ МУТАЦИИ, ПОСТЕПЕННО ИЗМЕНЯЯ ИСХОДНЫЕ ПРЕОНЫ ДО НЕУЗНАВАЕМОСТИ.

НО ТЕМ ВРЕМЕНЕМ ПОЯВЛЯЛИСЬ НОВЫЕ ПРОСТЫЕ ПОВТОРЫ… 

Бесконтрольное размножение и удлинение преонов внутри генома, казалось бы,  ни к чему хорошему привести не может. Если преон возникает в каком-то важном участке генома, то это гибельно для клетки и даже для всего организма – например, как в случае с болезнями от агрессивных триплетных повторов. А это значит, что живые организмы должны иметь системы защиты от непрошеных гостей, и устранять преоны в момент их появления, или вообще предотвращать их появление. Поскольку вышеописанная картина и терминология («преоны»)  нигде ранее не публиковались, эти механизмы гипотетичны, и их еще предстоит открыть. С другой стороны, если преон возникает в нейтральном участке генома, последующие мутации в нуклеотидной последовательности преона могут привести к полезной для клетки новой функциональности. Таким образом преон становится  участником полезного эволюционного процесса. 

Преоны и геном состоят в болезненном симбиозе, одновременно нанося вред, и помогая друг другу. 

Преоны могут рассматриваться как отдельный биологический таксон, 

предназначенный природой играть важнейшую порождающую и эволюционную роль, начиная с самого момента зарождения жизни.

Литература: 

(1) Trifonov, E. N. Vocabulary of definitions of life suggests a definition, J Biomolec Str Dyn 29, 259-266 (2011)

(2) 19 статей в том же номере  J Biomolec Str Dyn 

(3) комментарии в интернете к Trifonov E. N. What is life. The Scientist. Feb. 16, 2012.   http://the-scientist.com/2012/02/16/opinion-what-is-life/ 

(4) Trifonov, E. N., Bettecken, T., Sequence fossils, triplet expansion, and reconstruction of earliest codons. Gene 205, 1-6 (1997)

(5) Trifonov, E. N., Tracing Life back to elements, Physics of Life Reviews 5, 121-132 (2008)

(6) http://www.txchnologist.com/2012/can-a-scientist-define-life-by-carl-zimmer 

(7) Lander E. S. et al. Initial sequencing and analysis of the human genome, Nature 409, 860-921, 2001

(8) Frenkel Z. M., Trifonov E. N.  Origin and evolution of genes and genomes. Crucial role of triplet expansions. J Biomol Str Dyn 30, 201-210 (2012)

 (9) Darwin, C. (1888). Letter to Joseph Hooker. In “The life and letters of Charles Darwin”, Vol 3, John Murray, London, p.18.