Рис. 5. Вторичная структура транспортной РНК,
переносящей аминокислоту валин.
Для наглядности на рис. 5 показана плоская схема, в реальности она имеет и третье измерение. Устойчивость таких систем имеет ту же природу, что и устойчивость кристаллов. В своей книге Э. Шредингер даже употребил для ДНК термин «апериодический кристалл».
Такая трансформация, не изменяющая агрегатного состояния вещества, но сопровождающаяся скачкообразным изменением энтропии, носит название фазового перехода второго рода. К этому типу фазовых переходов относятся явления намагничивания при комнатной температуре кусков железа в магнитном поле Земли и размагничивание их при нагревании выше точки Кюри. Суть этих явлений заключается в выстраивании магнитных моментов атомов железа в направлении силовых линий внешнего поля, так как это снижает потенциальную энергию в системе. Возникает порядок не только в виде регулярного расположения центров атомов, но и их внутренних состояний. Огромное число выстроенных в одном направлении атомов-магнитиков создают собственное макроскопическое магнитное поле. В результате это сохраняет пониженную энтропию в куске железа даже без внешнего поля. При нагревании выше точки Кюри энергии колебательных движений атомов достаточно для нарушения порядка их внутренних состояний и намагничивание исчезает.
В системе молекул РНК происходят похожие процессы. При определенных условиях (наличие в окружающей среде катализирующих веществ и достаточной концентрации нуклеотидов), вторичные структуры разрушаются и молекулы приобретают линейные формы. Свободные нуклеотиды присоединяются к комплементарным им нуклеотидам и возникает негативная копия молекулы. Копия затем способна отсоединиться от оригинала и создать новую, уже позитивную, копию. Происходит та самая репликация. В настоящее время такие процессы чаще всего связаны с размножением РНК-вирусов.
Алфавит нуклеотидов (А, У, Г, Ц) породил РНК-версию жизни. Его малая информационная емкость ограничивала ее разнообразие. В земных условиях сформировался более емкий алфавит аминокислот. Они также способны образовывать линейные полимеры и даже вторичные структуры, но не способны к репликации. И в этом месте случился еще один фазовый переход. Замена в четверке (А, У, Г, Ц) нуклетида У на близкий ему по строению нуклетид Т порождала гораздо более устойчивые и потому более длинные пары позитивной и негативной молекул. Эти молекулы ДНК были способны конкатенировать многие копии разных оригиналов РНК в один большой текст. При этом они сохранили способность к репликации. Часть таких оригиналов превратилась в транспортные РНК, часть – во вспомогательные инструменты поддержания сбора аминокислот в белки. Возник современный генетический код и ДНК версия жизни. Детали этого невероятно сложного процесса попытался описать немецкий «химический математик» М Эйген в книге [11]. Одним из важнейших факторов эволюции в этом процессе играли ошибки при передаче информации и естественный отбор.
В технократической среде ходит такой анекдот.
«Лаврентий Палыч3 инспектирует центр испытаний новой системы ПВО. Главный конструктор водит его по объекту, все объясняет. В конце подводит его к маленькому осциллографу и гордо говорит: «а вот здесь, Лаврентий Палыч, я могу видеть сигнал ошибки». Лаврентий Палыч посуровел и многозначительно произнес: «а нельзя ли впред обходиться бэз ошибок»».
