Миллиарды лет назад Земля выглядела совсем не так, как сейчас. Это было неспокойное место — с постоянными извержениями вулканов, неистовыми ливнями и сверкающими молниями. В ат­мосфере почти не содержалось кислоро­да, а озоновый слой, поглощающий жё­сткое излучение Солнца, отсутствовал совсем. Вот в таких условиях возникали простейшие органические молекулы. Процесс их возникновения можно вос­произвести в лабораторном эксперимен­те. Если через нагретую смесь воды и га­зов, например метана СН₄, углекислого газа СО₂, аммиака NН₃ и водорода Н₂, пропускать электрический разряд или ультрафиолетовое излучение, из них образуются небольшие, содержащие уг­лерод молекулы. Но наша планета обла­дала огромными преимуществами перед учёными: она была (как, впрочем, оста­ётся и по сей день) очень велика и рас­полагала сотнями миллионов лет.

Что тогда происходило, мы в точно­сти не знаем, и вряд ли когда-нибудь будем знать наверняка. Однако сущест­вует модель химической эволюции, ко­торая объясняет происхождение и раз­витие биомолекул.

Первые органические молекулы, об­разовавшиеся из Н₂О, СО₂ и NH₃, вступали в дальнейшие химические ре­акции и соединялись в длинные цепоч­ки — полимеры. Они состояли из рядов отдельных молекул, скреплённых хими­ческой связью. Среди этих полимеров попадались такие, в молекулах которых могли возникать нековалентные связи, формируя комплексы. Взаимодействие полимеров — раннее проявление изящ­ного и простого принципа комплементарности.

Для быстрого образования полиме­ров в реакцию должны «вмешаться» ка­тализаторы. В современной клетке эту функцию выполняют ферменты, которых не могло быть среди первых молекул. Сотни миллионов лет назад катализа­торами служили гораздо менее эффек­тивные минералы и ионы металлов. По­этому процесс синтеза и накопления полимеров шёл чрезвычайно медленно. Такие примитивные системы были пра­родителями современных согласован­ных систем биомолекул, способных са­ми себя регулировать.

Первыми биомолекулами стали мо­лекулы РНК. Дело в том, что их строе­ние позволяет им выполнять множество функций: они могут переносить генети­ческую информацию, как ДНК, и в то же

время, подобно ферментам, способны катализировать химические реакции. Секрет такой универсальности прост. Ра­ботать за ДНК молекула РНК может, по­скольку в её составе имеются основания, точно так же способные к образованию комплементарных пар, как и основания ДНК. А выступать в роли катализатора молекуле РНК позволяет гидроксильная группа углеводного фрагмента, ко­торая отсутствует у ДНК. Эта группа мо­жет взаимодействовать с субстратом и повышать его реакционную способность. РНК — мастерица на все руки и пер­вое время обходилась без помощников. Мир РНК — это мир самообслуживания. Но время шло, и появились биомолеку­лы, более приспособленные для выпол­нения какой-либо одной определённой функции. Хотя молекулы РНК могут хранить и передавать информацию, с ка­талитическими функциями они справля­ются не вполне удовлетворительно: эти молекулы слишком однообразны, чтобы эффективно взаимодействовать с боль­шим количеством разных субстратов. Здесь вне конкуренции молекула бел­ка — полимера, состоящего из различ­ных аминокислотных остатков. Большее разнообразие строительных блоков белка позволяет конструировать молеку­лы с нужной структурой и свойствами в почти неограниченном количестве. Где уж РНК угнаться за таким мощным ка­тализатором! Но кое в чём РНК тем не менее сохранила своё превосходство. Белки, конечно, демонстрируют блестя­щее мастерство в катализе, но именно РНК участвует в их синтезе.

Со временем функция хранения ин­формации перешла к другому полимеру. Появилась биомолекула, в точности по­хожая на РНК, но более устойчивая к гидролизу, —ДНК. Гидроксильная груп­па РНК, находящаяся у второго атома уг­лерода углеводного остатка, — её пре­имущество и одновременно недостаток. Эта группа позволяет РНК выполнять каталитические функции, но в то же вре­мя из-за неё молекула РНК очень неустойчива. Молекула ДНК лишена гидроксильной группы в этом положении и в результате гораздо более устойчива, а значит, более пригодна для хранения информации. Кроме того, ДНК сущест­вует в форме двойной спирали, что да­ёт ей возможность легко воспроизво­диться и ремонтировать повреждения.

В современном мире у РНК осталась единственная главная функция — уча­ствовать в синтезе белка. Одна часть молекул РНК (информационная или матричная РНК) диктует последова­тельность аминокислот в белке, другая

(рибосомная и транспортная РНК) — способствует соединению аминокислот в белковую цепь.

Остатки былого великолепия мож­но встретить и сейчас. Учёные обнару­жили вирусы, генетическая информа­ция которых записана в молекуле РНК.

А в 70-х гг. XX столетия из клеток выс­ших организмов был выделен очень странный «фермент». При тщательной проверке выяснилось, что «фермент» — вовсе не фермент, и даже не белок. На самом деле эта загадочная молекула представляет собой РНК!