Аргумент: хто придумав генетичний код?
У науці широко використовується аргумент за аналогією, введений ще в XIX столітті англійським астрономом і фізиком Дж. Гершелем. Якщо ми бачимо які-небудь явища (наслідки) з безсумнівною схожістю, при цьому відомі причини одного з них, то можна з упевненістю стверджувати, що причини іншого явища (наслідків) аналогічні. На даний аргумент спираються сучасні астрономи, що працюють в програмах пошуку позаземних цивілізацій (Search for Extraterrestrial Intelligence).
Вони намагаються вловити з космосу радіосигнали, які б свідчили про позаземний розум. Надзвичайно парадоксально і, зауважимо, нерозумно те, що офіційна наука готова визнати розум, що стоїть за якимсь штучним сигналом з космосу, але вперто не помічає розум, що стоїть за інформаційною насиченістю живої клітини, тобто біологічною програмою, яка закладена в ДНК.
Отже, на підставі спостережень і досвіду аргумент за аналогією (а також здоровий глузд) дозволяє з упевненістю стверджувати: якщо для створення комп'ютерних програм необхідні розум і знання людини, то для створення незмірно більш складно організованої програми, записаної в ДНК, також потрібні розум і знання Того, Хто її створив.
Можна провести також порівняння, наприклад, з літературними творами, теж свого роду програмами, що мають, як і комп'ютерні, свою мову символів, ідею, зміст (сюжет). Ми бачимо подібні наслідки (програми), значить, і причини повинні мати ті ж властивості (розум і знання).
Перш ніж прийти до розуміння того, який геніальний і фантастично складний проект закладений в кодуванні і декодуванні біологічної інформації, з'ясуємо, що таке інформація взагалі, які її рівні, як вона передається і вимірюється, а також познайомимося з будовою ДНК, сутністю генетичного коду і його властивостями.
Визначень інформації багато. Найчастіше вони включають такі поняття як «знання» і «відомості» щодо чогось. Але що представляють собою знання і відомості? Як вони утворюються? Більш точне формулювання можна дати таким чином: інформація – це, по-перше, нематеріальна величина (немає маси і не є властивістю, частиною матерії); а по-друге, вона відображає реальність за допомогою будь-якої кодової системи. Причому реальність будь-яку – матеріальну і нематеріальну (будь-які предмети, явища, процеси, події, ідеї і т.д.).
Щоб передача інформації відбулася від відправника до одержувача, їм необхідно дотримуватися домовленості про код, тобто набір знаків (символів), якими вони будуть користуватися і які обом будуть зрозумілі. Коди різних мов (алфавіти) містять від 20 до 35 знаків (літер). Наприклад, в українській абетці є 33 літери, а китайська писемність містить більше 50 000 малюнків (слів). Двійковий код (два символи) в азбуці Морзе та комп'ютерній технології. Набір символів – це нижчий рівень інформації (статистичний). Зрозуміло, що символи може винайти розумна людина. Символи не можуть винайти самі себе. Навіть найрозумніші тварини не в змозі розробити якийсь код.
Другий, більш високий рівень інформації – синтаксичний. Звернемося до прикладу мовного коду. Наприклад, певні буквосполучення позначають загальноприйняті слова в словниковому запасі мови. Решта поєднання літер безглузді. Вибір осмислених слів – це результат розумної діяльності. Літери самі не можуть вишикуватися в слова і привнести в них зміст.
Достатньо уявити, скільки, наприклад, поєднань з п'яти літер можна скласти, використовуючи 33 літери абетки. Вийде близько 40 мільйонів варіантів. А в «Новому тлумачному словнику української мови» (вид. 2008, в 3-ьох тт.) «всього» 200 тисяч слів. Окрім того, самі по собі слова можуть бути безглузді, якщо не знати, про яку мову йдеться.
Наприклад, якесь слово в одній мові означає одне, в іншій – інше, а в третій його взагалі немає і т.д. У самих літер немає внутрішніх властивостей, які б давали нам значення слова. Таким чином, співвідношення певного набору літер з певним об'єктом (дією, явищем і т.д.) можливо тільки за участю розуму. І це роблять люди, використовуючи мовні конвенції (тобто угоди про те, яке визначення, поняття, зміст несе конкретне слово і з яким предметом, дією, явищем воно асоціюється). Але це ще не все. Другий рівень також передбачає, що відправнику і одержувачу інформації відомі граматичні правила побудови речень зі слів. Речення «Кішка полював мишка» синтаксично неправильне.
Третій рівень інформації – семантичний. Набір символів, який утворює слова і граматично правильні речення, ще недостатній для створення інформації. Речення «Зелена свобода переслідує думаючий будинок» граматично правильно, але текст безглуздий. Найважливішим є значення, зміст повідомлення, зрозумілий для відправника і одержувача інформації.
Перші два рівні – це як оболонка з літер і слів, в яку треба привнести зміст. Якщо немає змісту в повідомленні, немає й інформації. Статистика і синтаксис можуть змінюватися, наприклад, текст може бути на різних мовах, мелодію можна зіграти на різних музичних інструментах, але значення тексту і краса мелодії залишаться незмінними.
Ось ймовірність побудови речення. Нехай це буде біблійне «Та я знаю, що мій Викупитель живий» (Йов 19:25) з 22 літер. Ймовірність вгадування кожної літери випадковим вибором 33 літер української абетки становить 1/33, а випадковість появи всієї фрази складе 1/33 в 22-й степені. Така ймовірність надзвичайно мала. І це тільки в одному маленькому реченні. Ще раз переконуємося, що літери складаються в осмислені слова і речення не випадково, не хаотично, а в результаті розумної творчої діяльності людини.
Наступні два рівня, іноді об'єднуються в один, – це прагматика (означає реакцію, дію або ж бездіяльність з боку одержувача, тобто вказує на результат відправки інформації) і апобетика (передбачає мету, намір, задум відправника інформації). Будь-яка інформація передбачає існування мети, яку переслідує відправник. Інакше навіщо йому створювати і відправляти інформацію?
Інформація народжується саме від мети, вольовим рішенням відправника (підкреслимо ще раз: народжується з розумного джерела). Спочатку треба осмислити і зрозуміти, що хочеш створити, а потім переходити до планів, алгоритмів, програм і переводити їх в запис в кодовій системі (текст, ноти, формули, креслення і т.д.). Тобто йти від вищого рівня апобетики до нижчого рівня статистики. Будь-який виріб несе в собі план, програму, проект, які були втілені в цьому виробі його творцем. Сам метал не містить ніяких ідей, як зробити з нього двигун, як і будматеріали не мають в самих собі ніяких інструкцій, як побудувати будинок.
Науці не відомий жоден приклад самовільного виникнення інформації (в описаному вище сенсі) з матерії, це не показано ні в одній лабораторії світу. Не будучи частиною або властивістю матерії, інформація проте потребує матеріального носія, а точніше, в цьому має потребу її нижчий рівень – рівень символів. Один і той самий текст, наприклад, можна написати на папері, на піску, на дискеті, озвучити в людській мові, через електричну передачу і т.д. І в будь-який кодовій системі, наприклад, на різних мовах. Семантика (тобто зміст, значення) від цього не зміниться. Інформація (на рівні символів) при зберіганні, копіюванні і передачі може втрачатися, засмічуватися, псуватися, в кращому випадку – не змінюватися, але ніколи при цьому не виникне нова (на семантичному рівні) інформація.
І ще один момент треба мати на увазі. Інформація виглядає як неправильна, нерегулярна послідовність символів, що можна визначити як складність.
Прихильники гіпотези виникнення інформації в результаті дії природних причин вважають, що якщо процеси самоорганізації в природі призводять до впорядкованих структур (наприклад, утворення сніжинок або кристалів солі NaCl), то й інформація в кінцевому підсумку може з'явитися сама собою. Кристали – це повторювані регулярні структури, вони впорядковані, але не складні. Порядок і складність – поняття протилежні.
Текст, що складається з багаторазово повтореного слова або речення, не несе інформації, а тому він марний для одержувача. Він вимагає мінімальної кількості інструкцій (команд), наприклад написати ось таку літеру і повторити її на такій кількості сторінок. Для роману або поеми число команд незмірно зростає: кожній літері задається своє місце.
А тепер перейдемо до ДНК – осередку біологічної інформації. Коротенько розглянемо її будову. Молекула ДНК подвійна, складається з двох довгих ниток, закручених в спіраль на зразок гвинтових сходів, і являє собою полімер. Його ланками (мономерами) є нуклеотиди. Кожен нуклеотид складається із трьох компонентів: азотистих основ, цукрур дезоксирибози й фосфату (залишок фосфорної кислоти).
У ДНК є 4 види азотистих основ – аденін (позначається А), тимін (Т), гуанін (Г) і цитозин (Ц). В РНК (рибонуклеїнова кислота) замість цитозину присутня інша азотиста основа – урацил. Дві нитки ДНК утримуються разом завдяки водневим зв'язкам між нуклеотидами, причому аденін завжди розташовується навпроти тиміну, а гуанін йде в парі з цитозином (за так званим принципом комплементарності). Ці пари утворюють в молекулі ДНК як би сходинки гвинтових сходів.
Послідовність нуклеотидів вздовж нитки ДНК несе конкретну генетичну інформацію. Саме 4 види азотистих основ і є ті хімічні літери, які утворюють абетку генетичного коду. Це статистичний рівень біологічної інформації.
Синтаксис – це слова з хімічних літер, трійки (інакше кодони або триплети) певних нуклеотидів, які відповідають певним амінокислотам, структурним ланкам білкової молекули. У наявності принцип, повністю аналогічний принципу мовної конвенції, створення якого можливо тільки в результаті розумної діяльності. Наявність такого договору в живій природі в принципі виключає кодування амінокислот (тобто співвіднесення конкретної трійки нуклеотидів з конкретною амінокислотою) в безладних природних процесах і безумовно вказує на розумний задум.
У білках (протеїнах) живого організму зустрічаються тільки 20 видів амінокислот з-понад 300 відомих. Послідовності нуклеотидів по трійках складаються в речення, які називаються генами. Кожен ген кодує один або більше видів білка, причому білка повноцінного, активного, здатного виконати в клітині свою роль, чи то ферментативну, структурну, транспортну, захисну, регуляторну, чи яку іншу. Причому такий білок повинен бути правильно згорнутий в особливу тривимірну структуру (інакше він буде неактивним), що визначається правильною послідовністю амінокислот, а значить, і нуклеотидів в гені. Це рівень семантики.
В людському організмі налічується близько 50 000 різних видів білка, їх кодують ймовірно 30 000 генів, що становить приблизно 5% всієї нуклеотидної послідовності розташованої в 23 молекулах ДНК (23 хромосомах статевих клітин, що містять половинний набір хромосом, який називається геномом або гаплоїдний набором). У нестатевих (соматичних) клітинах – 23 пари хромосом, всього 46 хромосом.
Хромосоми являють собою потовщені структури у вигляді подвійних Х-подібних паличок, які утворюються тільки при діленні клітини; при цьому нитки ДНК подвоюються, згортаються і компактно упаковуються. В геномі – 3,2 млрд. пар азотистих основ (для порівняння: у бактерії кишкової палички понад 4 000 видів білка, 2 молекули ДНК і 4,5 млн. пар азотистих основ).
Тільки 1% нуклеотидної послідовності з 5% кодують білок, тобто сам ген містить некодуючі ділянки. Довгий час вважалося, що ділянки ДНК поза генами відносяться до «сміттєвої» (марної) її частини. Однак поступово стає зрозумілим, що «сміттєва» ДНК зовсім не є такою, а виконує регуляторну, захисну, каркасну функції і філігранним чином бере участь в управлінні роботою генів, вмикаючи або вимикаючи їх, послаблюючи або активуючи в потрібний момент і в потрібний час.
Кількість амінокислот (двадцять видів) в білках живого організму сильно варіюється – від декількох десятків до декількох тисяч. Їх теоретично можливі випадкові комбінації в одному білку дають астрономічне число, але тільки мізерно мала частина цих комбінацій – правильна, зі змістом, що дає активний білок. Та частина, що закодована в ДНК.
Щось схоже ми бачили на прикладі мовного коду: можна скласти незліченні буквосполучення з 33 літер алфавіту, але тільки деякі з них будуть дозволеними, загальноприйнятими в результаті творчої, розумової діяльності людей, в результаті їх домовленості. А зовсім не під впливом випадку. В еволюційному сценарії, згадаємо, випадок і природна стихія – рушійна сила висхідного розвитку.
Вищі рівні біологічної інформації відображають повноцінне функціонування самої клітини і всього організму. Безпосередній відправник інформації (її автор), як ми вже відзначали, – це завжди особистість, що володіє розумом і волею, яка прийняла рішення створити інформацію. Часто автор невідомий або невидимий. Ми не знаємо, хто зробив написи на клинописних табличках Шумерського царства або написав ієрогліфічний текст в єгипетських гробницях. Отримуючи всіляку інформацію з Інтернету, ми можемо не бачити і не знати її творця. Часто між безпосереднім відправником і отримувачем інформації є проміжні ланки, не обов'язково розумні, наприклад мережа телевізійного мовлення: телецентри, ретранслятори ТВ сигналу, технічні засоби передачі ТВ сигналу, телевізори.
Той самий принцип застосуємо і до генетичної інформації, яка зчитується з матеріального носія – ДНК, декодується і реалізується в синтезі білку. Молекула ДНК та інші елементи цього ланцюжка є проміжними ланками, висхідними до витоків біологічної інформації – її Творця. Розумна істота людина, зрозуміло, не могла закласти біологічну інформацію в ДНК живих істот і створити саму себе. Крім того, кодування інформації в ДНК і її реалізація незмірно перевершує всі сучасні технології.
Отже, висновок може бути тільки один: безпосередній Відправник генетичної інформації володіє необмеженим розумом і у Нього нескінченний об'єм знань.
Варто відзначити також ось що. Наявність генетичної програми та всіх необхідних компонентів ще не робить організм живим. У мертвого організму все для життя присутнє, але ніколи не повідомлялося, що в лабораторних умовах вченим вдалося запустити життя в мертвий організм або створити навіть найпростішу живу клітину з хімічних сполук.
ДНК кодує білкові молекули, але яким чином це пов'язано зі складними процесами в організмі, за якими програмами відбувається, наприклад, метаморфоза метелика (зміна таких несхожих стадій яйця, гусениці, лялечки, дорослої особини) або розвиток тих чи інших органів у ембріона людини; що направляє створення структур, що містять не тільки білки; або де і яким чином об'єднується фізичне і психічне в природі людини? Ми не знаємо. Де джерело цієї інформації? На яких вона матеріальних носіях, а може, вона поза ними?
Наведені вище цифри показують, який колосальний обсяг біологічної інформації (підкреслимо: з усіма її рівнями) зосереджений в живій клітині. Для прихильників еволюційної гіпотези існує непереборна проблема: як в первісному океані (так званому бульйоні) могли виникнути самі хімічні букви – нуклеотиди. Добре відомо, що самовільно азотисті основи, цукор і фосфат в нуклеотид не об'єднуються. Та й самому існуванню такого бульйону немає найменших доказів. Але навіть якщо уявити фантастичну ситуацію, що бульйон якимось дивом наповнився нуклеотидами, то це була б просто їх безглузда суміш.
Самі хімічні літери (нуклеотиди) не несуть ніякої інформації. Їх повинен скласти хтось зовні і скласти правильно.
Самі літери не знають, як їм правильно організуватися, в яку скластися послідовність, щоб закодувати правильний білок. Та й немає такої здатності у нуклеотидів – самовільно складатися в полінуклеотидний ланцюжок через фосфатний місток (як в ДНК). Роздуми прихильників еволюційної гіпотези про якийсь добіологічний (на молекулярному рівні) природний добір – не більше ніж філософські умовиводи і данина матеріалізму.
А тепер ми підходимо до дуже важливого моменту – чому генетичний код саме такий: з чотирьох букв (азотисті основи А, Т, Г, Ц) складаються слова довжиною в три букви. Чому цей код – оптимальний і був обраний його Творцем як найкращий для життя? Розглянемо варіанти. Припустимо, що код двійковий, тобто в абетці – всього дві літери, дві азотистих основи, припустимо, А і Т.
Які могли б складатися слова? Якщо по двійкам, то виходить всього 4 варіанти: АА, АТ, ТТ, ТА. Цих варіантів не вистачає, щоб закодувати 20 амінокислот. А якщо взяти по трійках? Тоді 8 варіантів: ААА, ТТТ, АТА, АТТ, ААТ, ТАА, ТТА, ТАТ. Теж не вистачає для 20 амінокислот. А якщо по 4 літери? Варіантів 16. Знову недостатньо. Слово з 5 літер при двох видах літер дає 32 варіанти.
Досить, щоб закодувати 20 амінокислот, але: генетичний код повинен бути економічним, оскільки накопичення інформації відбувається в надзвичайно малому об’ємі – ядрі клітини. Чим більше літер на кожну амінокислоту, тим більше витрат речовини і тим більший об’єм інформації. Інакше кажучи, 5 літер на кожне слово (амінокислоту) – це перевитрата речовини, а тим більше 6 літер, які дають 64 варіанти при двійковому коді.
Трійчастий та п'ятірковий коди (3 і 5 букв в алфавіті) виключаються в принципі. Кількість літер повинно бути обов'язково парна, так як в подвійній спіралі ДНК азотисті основи розташовуються попарно (згадаємо про сходи: А проти Т і Г проти Ц). При трійчастому коді (тільки три види азотистих основ в якості хімічних літер) не вийшла б подвійна спіраль, так як одна з азотистих основ не мала б пари, процес подвоєння ДНК (а в кінцевому рахунку і поділ клітин) був би неможливий. Перейдемо до варіанту четвертинного коду (4 хімічні літери).
Якби ці літери складалися по двійкам, вийшло б 16 варіантів. Бракує, щоб закодувати 20 амінокислот. Якщо по трійках – 64 варіанти. Вистачає з надлишком. По 4 літери в кожному слові дає 256 комбінацій (а по 5 літер – 1024 варіанти), що означає значну перевитрату речовини при кодуванні 20 амінокислот. І, нарешті, варіант шестіркового коду (6 хімічних літер). За двійками їх комбінації дають 36 варіантів, а по трійках – 216 варіантів. Тобто з надлишком вистачає для кодування 20 амінокислот.
Однак чому четвертинний код при трьохлітерних словах краще, хоча, на перший погляд, він вимагає більше матеріалу, ніж двійки шестіркового коду? Взагалі, код повинен бути дещо надмірним, оскільки при численних копіюваннях ДНК можуть виникати помилки, тобто вставлятися неправильні нуклеотиди, тому, щоб уникнути таких помилок, нуклеотиди повинні бути взаємозамінні. 64 поєднання для 20 амінокислот – оптимальний вибір.
І друга перевага четвертинного коду: при 6-літерній абетці декодуючий механізм (перенесення інформації через посередника і переклад мови нуклеотидів на мову амінокислот в місці синтезу білку) в значній мірі ускладнюється і вимагає більше матеріалу.
Генетичний код універсальний, єдиний для всіх живих організмів. Як літературні твори говорять про письменника, музичні – про композитора, а картини – про художника, так і в молекулах ДНК ми бачимо Автора, який створив багатющу різноманітність живих істот. Неможливо уявити, що чудові «Аппассионата» і «Місячна соната» створені випадковим вибором нот, а не тим, що якимсь незбагненним чином Бетховен спочатку почув мелодію всередині себе, а потім її записав.
У генетичному коді немає прогалин, тобто триплети слідують один за одним без усіляких «знаків пунктуації». Генетичний код не перекриває сам себе, тобто один і той самий нуклеотид входить тільки в один триплет і не може одночасно входити в інший триплет. Інформація з ДНК зчитується тільки в одному напрямку. І ще: кожен смисловий триплет кодує тільки одну амінокислоту. У наявності – розумний задум, чудовий інженерний проект.
Генетичний код – це дійсно справжній код для біологічної інформації з усіма властивими йому рівнями. Він схожий з мовним кодом. І як ми розуміємо, що будь-який літературний твір, наукова монографія, словник чи збірник інструкцій для технологічного процесу мають своїх авторів, що володіють розумом, досвідом і знаннями, так і книга інструкцій і креслень, записана в ДНК для розмаїття життєдіяльності живого організму, з необхідністю передбачає свого розумного Творця.
Ми зупинимося ще на двох моментах, які ілюструють, як геніально спроектовані генетичний код і його реалізація. Перше, на що звернемо увагу – це декодуючий механізм. ДНК тільки містить генетичну інформацію, але не використовується безпосередньо як матриця в синтезі білку. Генетичну інформацію треба витягти зі сховища. Для цього ділянка ДНК з потрібними інструкціями розкручується і служить шаблоном для ферментативного синтезу переносника інформації – матричної, або інформаційної РНК (м-РНК, або і-РНК).
Матрична РНК покидає ядро і прямує до місця синтезу білку – особливим клітинним органоїдам, які носять назву рибосоми. Для синтезу білку необхідні 20 амінокислот і їх перевізники – транспортні РНК (т-РНК).
Подивіться, як витончено спроектований цей процес. У кожної амінокислоти є своя транспортна РНК, на якій є місце для посадки амінокислоти (за допомогою свого ферменту) і ділянка, яка називається антикодон, комплементарна триплету даної амінокислоти. Амінокислота на т-РНК підвозиться до рибосоми. Сама амінокислота не здатна впізнати свій триплет на матричній РНК. Це роблять її транспортні РНК: саме антикодон пізнає кодон м-РНК і комплементарно зв'язується з ним.
При цьому амінокислота виявляється в активному центрі рибосоми, де і відбувається її ферментативне приєднання до раніше синтезованого білкового ланцюжка. Матрична РНК просувається в рибосомі на один триплет. В активний центр надходить нова амінокислота на своїй т-РНК, чий антикодон відповідає наступному кодону в матричній РНК і процес повторюється. Послідовність нуклеотидів переводиться в послідовність амінокислот.
Ми дали спрощену картину. Насправді все набагато складніше і вражаюче. Особливим чином відзначимо взаємозалежність всіх етапів декодуючого механізму: для синтезу і-РНК потрібна ДНК в якості матриці, потрібні також ферменти і енергія у формі АТФ (аденозинтрифосфат), утворення якого також проходить за допомогою ферментів. Самі ферменти закодовані в ДНК.
Для синтезу білку на матриці і-РНК також необхідно ферментативне забезпечення та енергія АТФ. У свою чергу копіювання ДНК йде за участю ферментів, закодованих в ДНК. Ми бачимо замкнутий цикл, який повинен бути з самого початку завершеним. Інакше кажучи, синтез білків не може проходити без програми, записаної в ДНК, і без енергії АТФ, а синтез нуклеїнових кислот і АТФ не може здійснюватися без білків-ферментів. Еволюційна поступовість тут аж ніяк неможлива. Фантастично складний декодуючий механізм не міг виникнути без розумного, всезнаючого і всемогутнього Творця.
І ще одне яскраве свідчення нескінченної мудрості Творця: чудо упакування ДНК в ядрі клітини і найвища щільність інформації в цій молекулі. Довжина всіх молекул ДНК людської клітини (46 хромосом) у витягнутому вигляді становить близько 2 метрів. Вражає, яким дивним чином ці молекули компактно упаковані в клітинному ядрі розміром в декілька мікрон.
Вся ДНК клітини включає приблизно 6х10⁹ пар нуклеотидів. На 1 нуклеотид доводиться 2 біти інформації (біт – найменша одиниця кількості інформації, двійковий символ, який приймає значення «0» або «1»; в бітах вимірюється кількість інформації на рівні символів без урахування семантики). Значить, вся інформація складе 12 х10⁹. Для порівняння: кількість інформації в Біблії становить 3,47х10⁷.
Відзначимо, що в ДНК реалізована найвища щільність інформації. Знаючи обсяг спіралі ДНК і кількість в ній нуклеотидів, можна вирахувати щільність інформації, яка становить приблизно тисяча двадцять один біт/см³, що на багато порядків вище, ніж в сучасних мікросхемах.
Цікавий підрахунок: якщо на ДНК розміром з кінчик голки записати книжкову інформацію, то це б відповідало 15 мільярдам примірників книг (різних), кожна по 160 сторінок. Або: якщо знання бібліотек світу (10¹⁸ біт) зберегти в молекулах ДНК, то 1% кінчику голки було б достатньо; ця ж інформація на мікросхемах потребувала б їх купи висотою, яка дорівнює відстані від Землі до Місяця.
Немає сумнівів в тому, Хто Автор цієї найвищої технології об'ємного зберігання інформації, яка нескінченно перевершує аналог, створений людиною.
-
Титова Е., (2020) Аргумент: кто придумал генетический код?, Сотворение, випуск №1, 2020 (скорочено)