Молекулярная масса, как основной параметр упорядочивания двух составляющих живой материи – белков и нуклеиновых кислот – играет, по-видимому, значительно большую и не слишком понятную роль в организации этих молекул, чем это принято считать. Мы уже описывали воображаемый олигопептидный фрагмент (МПП), состоящий из всех 61 кодируемых аминокислотных остатков. Равновесие масс его константного хребта и вариабельных боковых цепей трудно объяснить – проще принять за данность и свойство генетического кода. Выраженное числом нуклонов, такое равновесие впечатляет абсолютной точностью.
Симметрии полипептидных цепочек заставляют присмотреться и к цепочкам нуклеиновых кислот (полинуклеотидным). Мы уже отмечали равенство масс комплементарных пар GC и АТ, которое – к тому же – выражается все той же информационной символикой (в четверичной системе счисления, основание которой соответствует четверке оснований). Однако, в этом случае «хребет» полинуклеотида всегда тяжелее, чем его вариабельные части. Тем не менее, носители генетической информации также демонстрируют молекулярные симметрии – хотя и несколько другого характера. Одни из них гармонизированы с упомянутым равновесием комплементарных пар и называются первым правилом Чаргаффа (число G двойной спирали ДНК равно числу С этой спирали, а число А – соответственно – числу Т): G=C, A=T. Первое правило естественно вытекает из структуры этой замечательной молекулы (в свое время оно – как раз напротив – послужило основой для понимания структуры ДНК). Два других правила Чаргаффа – второе и третье – описывают соотношения пуринов и пиримидинов в составе ДНК (A+G=C+T или R=Y, как мы обозначаем здесь пурины и пиримидины) и вытекающее из первых двух равенство числа оснований, содержащих аминогруппы в положении 4 пиримидинового ядра и в положении 6 – пуринового (С и А), числу оснований, содержащих оксо-группу в тех же положениях (G и T): С+А=G+T. Соотношение (G+C): (A+T) называют коэффициентом специфичности, и ДНК каждого вида имеет собственный коэффициент, который колеблется от 0.3 до 2.8. Не очень давно была обнаружена еще одна закономерность, касающаяся нуклеотидного содержания ДНК.
Именно эту закономерность называют сейчас вторым правилом Чаргаффа65, поскольку перечисленные выше правила взаимозависимы (то есть составляют как бы одно) и поскольку его начальная формулировка была абсолютно тождественна первому правилу (G=C, A=T). Но относилась она только к одной цепочке ДНК! «С какой стати?» – отозвался известный ученый, когда впервые услышал об этом. Второе правило до сих пор остается загадкой и известно гораздо меньше первого. Справедливости ради следует сказать, что это правило хорошо соблюдается для разделенных поли-ДНК-цепей длиной 70—100 тысяч оснований (девиация – сотые доли процента), хуже – для длин 1—10 тысяч и практически не соблюдается для длин менее 100 нуклеотидов. Именно поэтому многие специалисты объявили это правило статистическим и тривиальным. В своих весьма любопытных и отлично написанных текстах в ЖЖ (http://galicarnax.livejournal.com/), названных «Подумаешь, геном Ньютона!», замечательный, но (до поры) неизвестный Автору автор, скрывающийся под ником Galicarnax, очень внятно показывает, почему второе правило вовсе нетривиально. «Если сгенерировать длинную случайную последовательность из четырех оснований, – пишет он, – то в ней в силу статистики… количества всех четырех нуклеотидов будут примерно равны. Но в реальных геномах это не так. Там обычно либо А, либо В:
Геномы с почти равным распределением оснований – как в случайной последовательности – крайне редки». И при этом второе правило совершенно не связано с относительным размером кодирующей части генома, поскольку «соблюдается и для ДНК человека, в которой кодирующие последовательности составляют менее 2%, и для ДНК бактерий, в которой они составляют 80—95%. Так что с белками это правило никак не связано»… Зато само по себе это правило оказалось частным случаем более общего закона, который заключается в том, что «в одной цепочке [природной] ДНК содержится примерно равное количество комплементарных олигонуклеотидов».
В лабораторной практике олигонуклеотидами называют 15—25-«членники»; на их идентичности у инфицированного, например, человека и инфицирующего его вируса основана диагностика вирусной инфекции методами полимеразной цепной реакции или молекулярной гибридизации. Другой случай: обнаруженное нами in silico66 (то есть, с применением специальных компьютерных программ геномного анализа) тождество серии коротких фрагментов (21—27 оснований) генома человека и некоторых вирусов, в том числе, герпесвирусов (Journal Theoretical Biology, 372 [2015], 12—21) дает возможность предположить причастность последних к нарушениям геномного баланса хозяина, не обязательно связанным с белковыми синтезами. В этих случаях речь идет о различных геномах и относится к совершенно другой феноменологии (к малым интерферирующим РНК, если точнее). Второе же правило описывает нуклеотидный состав единственной цепи ДНК, и размер олигонуклеотида, удовлетворяющий этому правилу, принципиально не может быть таким большим; он и вправду не превышает 9 оснований.
Второе правило Чаргаффа относится не только к ДНК-, но и к РНК-геномам также, включая однонитевые РНК– или ДНК-содержащие вирусы. Причины, его породившие, неизвестны. Наиболее распространенная гипотеза – геномные инверсии, первое, что приходит в голову. Она, тем не менее, сталкивается с трудностями, о которых мы говорить здесь не будем. Серия других описанных в этой книжке молекулярных балансов (симметрий) также с трудом поддается разумным объяснениям – разве что принимается как данность и даже как условие функционирования репродукционных механизмов живых систем. Но что озадачивает много, много, много более – это результаты оцифровки таких балансов в целочисленных параметрах, вызывающие аналогию с информационными сигнатурами – если, разумеется, относиться к ним серьезно.
Первая версия, которой Автор попытался объяснить такие числа, заключалась в том, что они не более, чем случайные совпадения, побочный продукт упомянутых симметрий. Трудно – если возможно вообще – рассчитать вероятность системных совпадений такого рода – особенно если принимать во внимание, что описанные здесь «информационные сигнатуры» относятся к искусственно вычлененным («вариабельным») частям молекул обоих компонентов генетического кода. Значительно проще отнести к совпадениям (Автор так и думает) отдельные «замечательные» числа – например, трехзначное совершенное число 496, которым, в частности, характеризуются равновесия боковых колонок матрицы кода. Конечно же, забавной случайностью является совпадение написания десятичного числа 3412, которым выражается равновесие общих нуклонных масс боковых цепей и константных блоков МПП (Глава Б), и порядка первых нуклеотидов этого пептида от его N– к его С-концу. Конечно же, очевидной случайностью является «числовое выражение равновесия» (но не само равновесие) комплементарных оснований в четверичной системе счисления: (G+C-3) = (A+T-2) = (11.111) 4. Случайностью кажется, на первый взгляд, и «пифагорово соотношение», которое в информационных символах демонстрирует Октет 1 каллиграмы кода. Вместе с тем, сопоставление этого соотношения с равновесием аналогичных компонентов каллиграммы в Октете 2 и межоктетное их соотношение («золотое сечение», выраженное в однозначных числах, то есть довольно приблизительное, 666:1110=3:5, 4-я итерация в ряду Фибоначчи: 1,1,2,3,5,8,13,21,…) вновь и вновь возвращает к мысли о неслучайности или не слишком высокой вероятности таких совпадений. Однако, убедиться в справедливости этой мысли весьма непросто, а обилие замечательных чисел при симметриях кода, известная (точнее, совершенно неизвестная) часть которых может быть чистой спекуляцией, заставляет относиться к ним с изрядной долей скепсиса. Этот скепсис определяется, в первую очередь, тем, что достаточно допустить самую мысль о реальности арифметической составляющей в структуре кода, о какой-то информационной символике в его составе, чтобы неизбежный вывод оглушил своим невероятным экстремизмом: код земной жизни является АРТЕФАКТОМ, то есть, творением разума. Такой вывод способен самым радикальным образом повлиять на мировоззрение Homo sapiens: людей, по большому счету, интересует не столько возникновение жизни вообще (интересует, конечно), сколько возникновение ее на нашей собственной планете. Если два эти события по своей природе существенно различны, то… в этом месте Автор пытается стряхнуть с себя наваждение и понять, не сможет ли помочь освободиться от подобной крамолы альтернативная «замороженной случайности» гипотеза «ключ-замок», верификацией которой занимается сейчас ряд экспериментаторов. Цель этой работы – выяснение молекулярных механизмов формирования генетического кода, отслеживая их in vitro («в пробирке»).