“Ти в мене і торік пророкувала гарне поліття…”

Марко Вовчок

Частина 1

Торік на картоплю було поліття. У мого сусіда Гапона мішки на городі стояли наче мерці в білому на могилках - один біля одного і бульба в них була з голову собаки. Цього року він ще не копав. Каже - знаю що паршива... і таке всюди по селу без винятку. Більше того - у всій Україні! Про це красномовно свідчать ціни з київських базарів. І це все попри те, що дощі йшли регулярно наче на замовлення. А що агронаука? Вслід за людьми каже - картопля відпочиває…

Не про щось інше - про це думалось, коли удвох із олігархом копали чи, вірніше, шукали картоплю на моєму городі. Погодьтесь, були б усі олігархи такими як Паша, Україна не знала б горя…

• Даю голову на відсіч - це Еволюція!

• Та невже!? - скептично посміхнувся Паша.

• Ти що не петраєш - це її відбір (добір)! Тільки не природний відбір Дарвіна, як всі його сприймають, а створений нею еволюційний!

• Тобто, коли неврожай на яблука і груші - то це теж Еволюція?!

• Очевидно. Скажу більше - я відбір бачу навіть в тому, що вони починають плодоносити не зразу, а на 3-4 рік. У фісташки репродуктивна функція прокидається на 10 рік, у людей статева зрілість наступає в 13-14 років. В ідеалі мета добору через затягування в часі настання фертильності - це дати можливість менш життєздатному засохнути або вмерти ще до того, як воно почне передавати генетичну інформацію в часі через реплікацію-репродукцію. Цей відбір, як і багато інших, створила Еволюція.

• А неурожай картоплі цього року - це теж її відбір?

• Стопудово! Неурожай в холодне і засушливе літо - це парафія природного відбору Дарвіна, а неурожай в тепле дощове літо, як зараз - це еволюційний відбір. Understand?

• Ти хочеш сказати, що крім природного відбору Дарвіна існують відбори, про які він не знав?

• Легше перечислити те що він знав….

Інформація. Наприклад, йому добре було відомо, як люди здійснюють відбір культурних видів рослин і домашніх тварин. Саме це не пройшло повз його увагу, коли на кораблі “Бігл” приплив до Галапагоських островах, бо попав Дарвін, як зараз ясно, прямо на унікальний полігон Еволюції. Саме там йому прийшла в голову думка, що в дикій природі теж відбувається природний відбір (natural selection) . Для того щоб його обгрунтувати, Дарвін уводить поняття штучного відбору (artifical selection). Так він називає практику одомашнення тварин і рослин людиною. Більше того, розділяє її на неусвідомлений штучний відбір, який існував до публікації “Происхождение видов”, і усвідомлений - після неї.

• А ми оце копаєм усвідомлено?

• Ні! Про тебе й мови нема, бо ти картоплю саджати не будеш - з”їсте за зиму, ще й не вистачить. Стосовно мене - я кожен раз на посадку відбираю саму велику картоплю, а отже роблю неусвідомлений штучний відбір, так як це було до Дарвіна. Тоді люди на насіння залишали все що найкраще, найсмачніше або найбільше.

• Володя Максимюк теж несвідомий в цій справі?

• Ні! Він же доктор математичних наук! Єдиний, з тих кого я знаю, штучний відбір робить усвідомлено і має високий врожай бульб. Теж відбирає на насіння найбільшу картоплю, але з самих високих кущів. Все просто - чим більш високе стебло, тим більше вічок на картоплині, яку воно живить, а отже, більше картоплин буде в кубасі наступного року.

• А у Гапона який відбір?

Такий як у всіх у селі - суб”єктивний, як каже Гриць. Тобто на насіннє залишають середню за розмірами бульбу. По суті популяцію картоплі віддають в руки природного відбору Дарвіна і еволюційного відбору. Для цих відборів розмір бульб не має такого значення, як для людей. Це відбори дикої природи. Ось чому картопля у людей вироджується, стає за розмірами меншою і корисні ознаки - розмір, колір, смакові якості розчиняються в старому генотипі.

• Якщо тобі вірити, то неурожай за гарних погодних умов, який наступає зразу після поліття - це еволюційний відбір?

• Так! Це один із багатьох, створений Еволюцією. Якщо ти не проти, назвемо його “відбір через поліття”.

• А Дарвін не образиться? Я “Происхождение видов” не читав, але у мене таке враження, що там такого нема - все природний відбір і крапка.

• Ні! - там ще є статевий відбір. Це коли самці під час парування б”ються за самку чи за гарем. Ну а поза цим, куди не кинься, у нього всюди всеохоплючий природний відбір, бо таке він дав йому визначення. Слідкуй за пальцями Дарвіна -

Сохранение благоприятных индивидуальных различий и вариаций и уничтожение вредных я назвал Естественным отбором, или выживанием наиболее приспособленного. Ч. Дарвін. “Происхождение видов”.

• За все хорошее против всего плохого?

• Так! Не знаю як кому, але у мене це визначення створює враження що Відбір один і проводить його природа. Як ти думаєш, що Дарвін мав на увазі під Природою?

• Навколишній світ, клімат.

• Тобто неорганічний світ. От бачиш, так само колись думав і я, аж поки не заліз з головою в Еволюцію, бо дуже кортіло взнати як виникло Життя. Можеш посміхатись, але для себе я це з”ясував. Тепер можна сміло помирати.

• Так поділись перед смертю..

• Чим? Еволюцією генетичного коду? Домовились, розкажу якщо гарно попросиш.

• ОК!

• Давай краще про Дарвіна, бо ти я бачу занудьгував. Якби він сказав, що природній Відбір це Селекціонер, який не бачить далі свого носа, а тому вимушений керуватися принципом Ферма, і в арсеналі якого є багато способів відбору (фільтрації) генетичного матеріалу, то ми не були в такій жопі як зараз.

• Це ти загнув. Не міг він знати принцип Ферма і про генетику теж.

• Згоден. Але він же розгледів статевий відбір створений Еволюцією?! Міг би цей факт узагальнити. Розчленити природний Відбір на компоненти і систематизувати їх за походженням на групи. Наприклад, до однієї віднести відбори, які виникли під дією впливів неорганічного світу, до другої - з боку живої природи, а до третьої - ті, що створила Еволюція.

• Очевидно, відбори неорганічного світу передували усьому.

• Паша, ще трохи і ти далі почнеш розказувати за мене. Просто в тебе на це не вистачило часу - ти ж олігарх! Згоджуйся, другим був материнський реліктовий відбір з боку неорганічного світу, на якому із своєї люлі “виїхало” Життя. На мою думку, своєю появою він завдячує поступовому і неперервному погіршенню роботи планетарного ампліфікатора, в бульйоні якого мільйони років йшла полімеразна ланцюгова реакція (ПЦР) і де “варилось” Життя...

• Стоп! Ти уже мені колись за пивом хотів провтикати про машину-реактор планетарного масштабу... це і є висмоктаний тобою з пальця планетарний ампліфікатор?

• Та ні, не з пальця - з Вікіпедії. Просто одного ранку, коли прокинувся, подумав - не може бути щоб до сих пір технологія виникнення Життя не застосовувалась десь втемну в біохімії. Взяв прогуглив ключові слова - затравка, РНК, збільшення. Коли другим рядком (за світом РНК) вискочила полімеразно-ланцюгова реакція я ледь зі стула не упав! Не віриш - прогугли...

Являється прототипом того ампліфікатора на якому зараз робиться аналіз ДНК. Мабуть це була велетенська машина, яка опоясувала земну кулю. ЇЇ робочою зоною являлась екваторіальна область праокеану, нагрівальними елементами - вулкани і гейзери на його дні, електронікою, яка давала команду на нагрів - частота обертання Місяця навколо Землі, силовим елементом, що відкривав жерла з кип”ятком - гравітація Місяця під час поземного польоту по орбіті на межі Роша. Тобто принцип дії був такий же як і в лабораторного приладу - періодична та швидка зміна температури (охолоджування та нагрівання) розчину з нуклеотидами, амінокислотами і багатьма іншими реагентами як поступали з недр ще теплої Землі.

Полімеразно-ланцюгова реакція (ПЦР або PCR ) - спосіб значного збільшення (ампліфікації) малих концентрацій бажаних фрагментів РНК (ДНК) в біологічному матеріалі (затравці).

Важко навіть уявити, що міг “нашльопати” цей реактор протягом мільйонів років роботи поки там йшла ПЦР. Очевидно серед копій різних структур РНК, якими він насичував дистилят праокеану, могли бути й такі, які несли на собі інформацію - кільцеві матричні мРНК, або прогеноти Життя. Очевидним є одне - шансів у зародження Життя в інкубаторних умовах планетарного ампліфікатора було набагато більше чим просто неба в колбі Опаріна.

• А який тоді відбір був першим, якщо заявлений тобою реліктовий відбір був другим?

• Почну здалеку, а ти скажеш. Це сумний відбір. Рано чи пізно але неминуче під його ніж попадає кожна клітина чи організм. І нікого він не оминає і не омине - ні тебе, ні мене.

• Це ти про смерть?

• Так, про відбір через елімінацію старих носіїв генотипу

• А може я ще молодий... душею?

• Паша, ми постаріли як тільки виконали свою репродуктивну функцію, тобто народили дітей. А хто не народжував - той старий з моменту набуття фертильності...

За правом першої ночі назвемо його урациловим відбором. Він виник одночасно з зародженням Життя в планетарному ампліфікаторі. Його дія грунтувалась на хімічній нестабільності однієї з чотирьох букв генетичного коду, а саме - цитозинового нуклеотида (С). Справа в тому, що цитозин недовго зберігає свою ідентичність. Втрата аміногрупи NH2 + Н2O (дезамінування) перетворювала його на іншу букву генетичного коду - урацил (U), що з часом призводило до втрати “вчорашньої” інформації, бо з чотирьох дві букви-нуклеотиди ставали однаковими. А смерть передусім це втрата інформації. Якщо розглядати Життя як хімічний Сигнал, що поширюється в часі через реплікацію-репродукцію, то завдяки цій обставині в майбутнє весь час передавалась сама свіжа інформація. Стійкість передачі Сигналу забезпечувалась мутаційним різноманіттям - другого просто не було. Ось чому Паша ми теж маємо померти - інформація на ДНК в наших яйцях нікому не цікава і тому нас не люблять молоді дівчата...

• У тебе є докази на користь гіпотези про планетарний ампліфікатор?

• Якщо колись наземний проліт Місяця на межі Роша над робочою зоною планетарного ампліфікатора піднімав хвилю багатометрової висоти і викликав реплікацію РНК, то в наш час фази Місяця “повня” і “молодика”, з настанням яких на берег з океану накочується максимальна припливна хвиля в десятки метрів, ініціюють перебіг репродуктивних циклів у рослин і тварин. Навіть овуляція жіночої яйцеклітини називається “місячні”. Хіба це не доказ на користь гіпотези виникнення Життя через планетарний ампліфікатор??

• Який відбір хронологічно наступний?

• Геологічний відбір, оснований на катаклізмах неорганічного світу, породжених неправильною геологічною еволюцією планети (скоро буде Парадокс Еверндена). Він діє коли виникає градієнт глобального впливу з боку неорганічного світу, тобто дискретно. В минулому періодично спустошував біоту, влаштовуючи масові вимирання популяцій і видів в основному зі старим генотипом. Наприклад, в пермське вимирання, яке трапилось 252 мільйонів років тому, загинуло 90% біоти як в морі так і на суші.

• А як відрізнити старий генотип від нового?

• Я не найду відмінності, але Еволюція розрізняє. Інакше навіщо був створений інститут домінантних і рецесивних генів!? За ідеєю новим слід вважати старий генотип, в якому були проведені еволюційні зміни. Еволюція знає що зміни відбулися, тільки не розрізняє з яким знаком (+), нейтральні чи (-). Щоб визначитися, вона мусить новий генотип підставити під систему відборів всередині популяції. Для цього потрібно щоб гени з змінами проявились в фенотипі. Ось чому вони мають стати домінантними…

Про все це ми поговоримо після обіду, який нам готує НКН (див. ПОЛІТТЯ ч. 2).

Ти ще маєш терпіння слухати далі?

• Давай бухти про космические корабли которые бороздят, а я полежу в шезлонгу - спасибі твоєму зятю що купив і мух гоняй.

• Перенесення генів в планетарному ампліфікаторі здійснювалось горизонтально-вертикальним способом в прямому сенсі цього слова. Більш за все горизонтальне перенесення генів відбувалось екваторіальними течіями і протитечіями, породженими швидким осьовим обертанням Землі (вони і зараз існують), вертикальне - перемішуванням по всій глибині гравітацією Місяця. Однакова просторова D-ізомерія всіх амінокислот свідчить про цілісність робочої області ампліфікатора аж до його затухання.

Мене гризуть непевні сумніви, але виникнення ДНК, а потім і клітини не є продукт роботи планетарного ампліфікатора. Більш за все вони виникли для обслуговування горизонтально-вертикальної стратегії перенесення генів по всій робочій області ампліфікатора. Можливо навіть заради цього виник третій домен мікроорганізмів - ядерні еубактерії, вершиною еволюції яких стала людина.

• Ми живем зараз у світі ДНК. В чому різниця між ним і світом РНК?

• Із-за хімічної нестабільності цитозина (буква С) інформація на структурах РНК втрачалась. Нагадаю при дезамінування цитозин втрачав аміногрупу NH2 і перетворювався на урацил (U), тобто ставав точно такою буквою U, якою з самого початку писались гентичні тексти. Із чотирьох букв генетичного алфавіта дві ставали однаковими. Певний час це був великий позитив для РНК-еволюції, бо вся стара інформація стиралася, а в часі передавалась тільки нова. З затуханням роботи планетарного ампліфікатора неминуче почали виникати розриви в робочій області планетарного ампліфікатора. Із-за нестабільності цитозина (С) там могла пропадати інформація, що перешкоджало горизонтальному перенесенню генів. Можливо саме тоді у частини РНК буква U була замінена на іншу букву-нуклеотид Т (тимін). Після такої заміни дезамінування цитозину уже не приводило до катастрофічної втрати інформації, бо урацил U, в який він перетворювався, уже не був буквою-нуклеотидом. Репараційні програми легко його знаходили і відновлювали (амінували) в букву цитозін С. Можливо саме в такий спосіб виникла перша ДНК.

Ця історія мала продовження. Весь цей час і по сьогоднішний день Місяць через механізм припливної хвилі сповільнює осьове обертання Землі, а сам віддаляється, зменшуючи частоту обертання навколо Землі. Мова йде про перерозподіл моменту обертання системи Земля-Місяць. Тоді це автоматично зменшувало частоту реплікації РНК-структур в планетарному ампліфікаторі. Коли період обертання Місяця зрівнявся з періодом стабільності букви С світ РНК відійшов в минуле. Його місце безболісно зайняв світ ДНК, бо агенти стратегії горизонтального перенесення генів кільцеві ДНК уже давно були в ходу.

• Коротше, Скліфосовський!

• Потерпи, ми ще не докопали картоплю, а уже відкрили п”ять відборів, про які Дарвін ні сном ні духом…Як ти думаєш, який наступний?

• Ну звісно - адаптивний відбір....

• Конгеніально, як було сказано Остапом Бендер. Хочу лише уточнити - адаптивний відбір до природно-кліматичної ніші, яку займає популяція.

• Давай про це після обіду, а зараз в двух словах про еволюцію генетичного коду - ти обіцяв.

• Зразу кажу - буде нудно.

1. На першому етапі еволюції генетичного коду інформація, як і мало бути, записувалась двоїчним кодом. Двома знаками або буквами слугували комплементарні між собою нуклеотиди А (аденін) і U (урацил). Транспортна т-РНК мала вигляд шпильки для волосся і складалась з 8 нуклеотидів. Менше не могло бути, бо тоді ланцюжок т-РНК не склався б сам на себе в шпильку. В кодоні примітивної матричної мРНК, антикодоні т-РНК і на його акцепторному стеблю стояв один знак чи буква (один нуклеотид), тому можливих комбінацій було дві A,U, а отже синтез самого примітивного білка з первісної матричної м-РНК вівся всього двома амінокислотами.

АUАUUАUAUАUААUAU

ланцюжок первісної матричної м-РНК

Доказом того, що еволюція генетичного коду стартувала з двоїчного коду, являється поділ аминоацил-тРНК-синтетаз на два класи. Нагадаю, що функцією транспортних т-РНК являється доставляння амінокислот до кільцевої матричної мРНК для синтезу їх в білки напряму. Рибосом тоді ще не існувало. Перед транспортуванням амінокислота має прикріпитись до акцепторного стебля (кінця) т-РНК шпильки. За розпізнавання (аміноацилювання) до якої саме відповідає конкретна аминоацил-тРНК-синтетаза.

2. На другому етапі еволюції генетичного коду після першого подвоєння транспортна т-РНК мала налічувати 16 нуклеотидів. Кодування могло вестись трьома знаками у вигляді пар урацилового UU , аденінового АА, нуклеотидів та їх комбінації АU по одному знаку в кодоні, антикодоні і на акцепторному стеблі. Роль букви виконував знак з двох нуклеотидів. Це дозволило синтезувати білок трьома амінокислотами, бо стільки всього було комбінацій для кодування.

...AUААUUАUAAАUAAUU AUUU UU...

фрагмент кільцевого ланцюжка матричної м-РНК

Поділ кожного класу аминоацил-тРНК-синтетаз за структурною схожістю на 3 підкласи (a, b, c) може слугувати доказом того, що синтез білка трьома амінокислотами на другому етапі еволюції генетичного коду дійсно мав місце.

3. На третьому етапі еволюції генетичного коду після другого подвоєння транспортна т-РНК могла налічувати 32 нуклеотиди. Кодування могло вестись трьома знаками-буквами у вигляді пар урацилового UU, аденінового АА, нуклеотидів та їх комбінації АU по двум знакам-буквам (чотири нуклеотиди) в кодоні, антикодоні і акцепторному стеблі т-РНК.

...АUААUUАUAAUUAAАU AUUU UUAU...

фрагмент кільцевого ланцюжка матричної м-РНК

Із комбінаторики три в квадраті дають 9 можливих комбінацій. Комбінації, виділені однаковим кольором, відрізняються тільки напрямком, тобто повторюються -

AAAA, AAAU, AAUU, AUAA, AUAU, AUUU, UUUU, UUAA, UUAU

Синтез білка при такому розкладі міг вестись шістьома амінокислотами. Одна з комбінацій, що повторювались, могла бути використана в якості стоп-кодона для позначення початку відліку в матричній м-РНК (старт), дві інші могли слугувати стоп-кодонами для закінчення трансляції білка. Транспортна т-РНК мала вигляд одноногого чоловічка з головою-антикодоном, руками взятими в боки щоб при трансляції на м-РНК прилипати до сусідніх т-РНК і акцепторним стеблем у вигляді ноги.

Запис інформації на кільцевій мРНК такими довгими кодонами ніс ризики її повної втрати в разі зміщення по кільцевому ланцюжку мРНК всього на один нуклеотид. Виникла потреба в розділових знаках. Ними стала пара комплементарних нуклеотидів С (цитозин) і G (гуанін). Заведені в текст через урацил (U). При амінуванні, тобто додаванням аміногрупи NH2, урацил перетворюється на цитозин.

...ААААСUUUUСAAUUGAUAAGAUAUCUUUU...

фрагмент матричної м-РНК з розділовими знаками C-G

4. На четвертому етапі еволюції генетичного коду, після чергового подвоєння т-РНК її довжина стала складати 64 нуклеотиди. Знаки у вигляді пар нуклеотидів розпались на окремі букви-нуклеотиди А і U. Кодування стало вестися двома буквами-нуклеотидами А і U по чотири букви в кодоні, антикодоні чи акцепторному стеблю. Розділові знаки-нуклеотиди цитозин С і гуанін G залишились на своїх місцях.

...ААААСUUUUСAAUUGAUAAGUAAUCUUUU...

фрагмент матричної м-РНК

Із комбінаторики - два в четвертій степені дає 16 комбінацій. Чотири комбінації були з повторами. Один повтор залишився для фіксації початку відліку на кільцевій м-РНК, три інших стали стоп-кодонами, які викликають завершення синтезу молекули білка. Синтез білків міг вестись 12 амінокислотами (16-4=12). Перевіряєм за Вікіпедією -

“Стартовым кодоном у эукариотических организмов является триплет AUG в мРНК, кодирующий метионин, с которого начинается образование полипептидной цепи в процессе трансляции”.

“...три оставшихся кодона (UGA, UAG и UAA) сигнализируют об остановке трансляции полипептидной цепи и называются стоп-кодонами”.

Подальша еволюція в напрямку тупого розширення кодона до 5-ти букв могла вирішити проблему з кодуванням 20 амінокислот (2 в 5 степені дає 32 комбінації), але на заваді стала кривизна антикодонової петлі транспортної т-РНК - букви з краю не читались.

5. На п”ятому етапі еволюції генетичного коду після чергового подвоєння довжина нуклеотидного ланцюжка т-РНК мала складати 128 нуклеотидів. До букв-нуклеотидів А і U додалися додаткові дві букви C і G, які до цього слугували розділовими знаками між кодонами матричної м-РНК.

...ААААСUUUUСAAUUGAUAAGUAAUCUUUUA...

мРНК при кодуванні амінокислот триплетами в чотири букви-нуклеотиди

Кодування стало вестися чотирма буквами по три в кодоні (триплети) без розділових знаків. В цьому випадку виникає 64 комбінації (чотири в третій степені), а треба 20 кодонів, бо Еволюцією було використано всього 20 амінокислот + 1 стартова для початку трансляції білка (метионін).

Генетичний код став вироджениим - одна і та ж амінокислота могла кодуватися декількома різними кодонами.

На акцепторному кінці (див. 3 - Конец) четвертий нуклеотид A було виведено із кодування - він став однаковим для всіх амінокислот. На антикодону (антикодоновый триплет) четвертий нуклеотид U теж став однаковим і в такий спосіб виведений із кодування. Транспортна т-РНК була зменшена за довжиною (від 73 до 93 нуклеотидів) і компактно складена. Трансляція білка перейшла на рибосому.

https://www.youtube.com/watch?v=WkI_Vbwn14g&feature=youtu.be

• Давай поїмо, бо я більше не можу!

• ОК!

• Ти так кожен день смачно їси?

• Ні, коли гості.

Автор: Гладкий Іван Сердюк Павло дав згоду на публікацію.

igladim@gmail.com

093-389-4447