При наличии даже небольшого (по числу видов) количества биогенных химических элементов, а также условий для быстрого протекания различных химических реакций (в идеале - воды в жидкой фазе), в природе очень быстро создаются десятки и сотни тысяч самых различных химических соединений, разного состава и разной структуры. Подавляющее большинство из них так и остаются никем не востребованными растворами, осадками или мертвыми породами. Но некоторые из этих соединений, с виду - мало чем, в принципе, от других отличающиеся, впоследствии обнаруживают способность создавать удивительные комплексные соединения уже и между собой.

Одним из таких простейших соединений является фосфорный радикал следующего вида (Рис. 1.1): Радикал - не просто весомо звучащее слово. Это нечто, способное действовать чрезвычайно энергично.

В данном конкретном случае такая способность вызвана двумя свободными валентностями, по одной на двух атомах кислорода. При наличии в окружающей среде каких либо атомов, они быстро присоединяются к свободным отросткам радикала. Обычно это бывают атомы водорода (гидрогена), наиболее распространенного во Вселенной химического элемента. И вместе с этими атомами этот радикал обычно и изображают. (Хотя после этого он, по существу, перестает быть радикалом в полном смысле этого слова). Большинство исследователей относят этот радикал к одному из "первокирпичиков" жизни.

Невозможно спорить о важности этой структуры для возникновения и последующего развития жизни.

Но автор данного сайта, проанализировав все имеющиеся в его распоряжении данные, пришел к выводу, что первоначальный вид подобного фосфорного соединения (по сути дела - одного из вариантов фосфорной кислоты), когда до органического изобилия соединений было еще очень далеко, был иным, а именно - таким (Рис. 1.2):

Во-первых, в начале формирования звездно-планетных систем (в т.ч., Солнечной системы и планеты Земля) существовал не только "дефицит" благоприятных условий (о них тогда просто не могло быть и речи), но и дефицит требуемых материалов (атомов), которые в некотором ограниченном пространстве могли быть наперечет, буквально поштучно. Поэтому на таких ранних стадиях развития природы более вероятным было появление как раз более простых соединений.

Во-вторых, современными методами исследований показано и доказано, что во всех главных жизнеобразующих молекулах их фосфорная оконечность имеет три (а не четыре) атома кислорода.

Судя по всему, последовательность дальнейших химических процессов такова. Сначала одна любая из четырех (из числа двух двойных) связей в представленной мною формуле фосфорной кислоты разрывается. Ее рвет обилие "предложений" со всех сторон на уже относительно продвинутых и современных стадиях развития жизни, особенно, вблизи какой-нибудь сформировавшейся крупной органической молекулы. Один из концов образующегося таким разрывом радикала присоединяется к этой большой молекуле, а другой "прихватывает" (обычно - на время) какую угодно рядом расположенную "мелочь", как правило, Н или ОН. И "ждет" встречи с другим интересным объектом (так как вероятность одновременного появления двух больших органических молекул в маленькой зоне пребывания и возможного действия микроскопического фосфорного соединения чрезвычайно мала).

Как уже показано в предыдущей статье (что, впрочем, и без того достаточно очевидно), подобные соединения (или их фрагменты) легко образуются самостоятельно, без какого-либо внешнего вмешательства. Лишь бы были исходные материалы, в данном случае - атомы фосфора, кислорода и водорода и углерода.

Другой относительно простой совокупностью атомов, легко соединяющихся в молекулы, являются карбонатные или углеродные (С) радикалы. В ходе развития природы и формирования жизни они стали центральными (в т.ч., и чисто геометрически) звеньями любой биологической молекулы. Их таких существует всего два вида, да и то, едва различимых между собой (в правом блоке - на один атом кислорода меньше):

Рис. 2.1 Радикал С_r

Рис. 2.2 Радикал C_d

Эти радикалы содержат пятизвенные кольца, называемые пентозами. (Бледным оттенком показаны атомы Н, которые могут замещаться в химических реакциях, например, при соединении пентоз с рассмотренными ранее фосфатными радикалами).

Есть ли в этих структурах что-нибудь особо сложное, не поддающееся пониманию и силе воображения? Хотя бы в том смысле, что и эти химические соединения безо всяких затруднений могли образоваться самостоятельно? Конечно же, нет, представить такое никакой трудности не составляет. Подобные структурные самообразования при наличии исходных материалов в достаточном количестве и на близком расстоянии друг от друга не только возможны, но и просто неизбежны.

Как показано в предыдущей главе, нет ничего необычного и в самостоятельном образовании немного более сложных кольцевых структур, содержащих атомы азота. Главное, как всегда, - наличие достаточного количества "строительных" материалов. Которые, к тому же, в качестве первых шагов без каких-либо затруднений могут образовывать соединения типа СН4 и NН3.

Первый, самый простой (из тех, которые участвуют в формировании биологических молекул) тип азотистого (или по другому - нитратного) радикала, широко распространенный в природе, представляет собой такую двойную пару, (два его варианта, аналогично случаю с С_r и C_d):

Рис. 3.1 (Урацил, U)	Рис. 3.2 (Тимин, T )

Урацил и тимин настолько похожи друг на друга (как и их соединения), что даже в таблице генетического кода (см.конец данной темы) вместо последовательностей Т (как раз и описывающих гены) часто указывают соединения группы У (U), хотя они относятся уже не к самим генам, а только к их "отпечаткам" - транспортным РНК.

Существуют и другие природные азотистые радикалы. Например, такие (здесь выбраны только те их них, которые входят в формулы биологической химии, в состав живых клеток и их составляющих):

Рис.3.3 (Цитозин, C )	Рис. 3.4 (Аденин, A )	Рис. 3.5 (Гуанин, G )

Все пять азотистых радикалов являются основаниями будущих нуклеотидов. Что это такое, см. уже в следующем абзаце.

Все представленные выше радикалы, свободные или временно "подгруженные" одним-двумя простейшими атомами, вступают в реакции при всякой встрече с "подходящими", более весомыми соединениями (по типу реакций замещения), в том числе, и в реакции между собой, образуя в конечном итоге нуклеотиды.

Нуклеотиды - соединения фосфорного, углеродного и азотистого радикалов, являющиеся исходным материалом для РНК и ДНК

Согласно современным представлениям, в процессе возникновения жизни на Земле сначала соединялись между собой нитратные (азотистые) основания и карбонатные (углеродные) радикалы (пентозы), образуя т.н. нуклеозиды, а уже потом они соединялись с фосфорными радикалами (фосфатами) и образовывали нуклеотиды. Для нас в любом случае важен лишь итог этих реакций соединения - появление нуклеотидов.

Пришло время указать, что все радикалы (и их соединения), представленные на рисунках с голубым фоном (имеющие по дополнительному атому кислорода/оксигена у второго справа атома углерода/карбона в пятиугольниках/пентозах), вступают в реакции и образуют устойчивые связи только между собой и с универсальными основаниями, показанными на рисунках с белым фоном. И они сами, и образованные ими нуклеотдиды относятся к т.н. соединениям урацилового ряда - по названию самого первого (и самого относительно простого) азотистого основания этой группы - урацила (сокращенно У или U).

Аналогично, все радикалы и их соединения, представленные на этом сайте на рисунках с желтым (и белым) фоном, вступают в устойчивые постоянные связи только в пределах своей группы.

В их карбоновой сердцевине/пентазе отсутствует один "необязательный" атом кислорода, из-за чего сам этот радикал и все его последующие соединения в своих полных наименованиях и имеют начало "дезокси" ("обескисленные"). Из-за этой "мелочи" существенно меняется структура электронного облака в нижней части любого нуклеотида этого ряда, из-за чего становятся невозможными их прочные соединения с продуктами противоположного, урацилового ряда.

Чтобы лучше понимать, как идут дальнейшие процессы, не прибегая к слишком длинным записям, нуклеотиды условно обозначаются первыми буквами образовавших их оснований У(U), Ц(C), А(A), Г(G), Т(T), Ц(C), А(A), Г(G). При этом иногда их выделяют цветом или индексами r или d (чтобы отнести их к тому или иному ряду, особенно, когда названия совпадают).

Основополагающим нуклеотидом этого ряда является тимин (Т). По первой букве приставки "дезокси" все они (кроме самого тимина) и их карбонатный радикал обозначаются, в случае необходимости, индексом d

Просто для небольшой временной разрядки сообщим, что слово гуанин образовано от слова гуано, т.к. впервые он был обнаружен биологами в явной форме в... птичьем помете. Увы, это было именно так. Из песни слова не выкинешь.

Как же выглядят эти легендарные нуклеотиды? Опять ничего особенно сложного, этого всего лишь соединения рассмотренных нами ранее радикалов, по три всякий раз:

Рис. 4.1. Уридиловая кислота, УМФ, У (U)		Рис. 4.2. Тимидиловая кислота, ТМФ, Т (Т)

Замена правой части формулы на другие существующие в природе азотистые радикалы и подбор соответствующих С-радикалов (с дополнительным атомом кислорода возле условно 2-го атома углерода или без него) создают нуклеотиды следующих видов:

Рис. 6.1. Адениловая кислота, АМФ, А_р (A_r)	Рис. 6.2. Дезоксиадениловая кислота, дАМФ, A_д (А_d)

Схематически они могут изображаться, например, так:

Рис. 8.1. Цитидиловая кислота, ЦМФ, Ц_р (C_r)	Рис. 8.2. Дезоксицитидиловая кислота, дЦМФ, Ц_д (C_d)

Рис. 10.1. Гуаниловая кислота, ГМФ, Г_р (G_r)	Рис. 10.2. Дезоксигуаниловая кислота, дГМФ, Г_д (G_d)

В очередной раз вспомним, что этими условиями являются только наличие материалов (нескольких типов биогенных атомов) и среды, в которой они и их соединения могут взаимодействовать (в идеале - воды).

Чтобы получить более правильное представление о пространственном устройстве молекл нуклеотидов, а также для переключения внимания читателей из сферы умственной деятельности в область эстетического(!) восприятия учебного материала, ознакомимся с несколькими моментальными "снимками", сделанными в специализированных химических программах построения объемных (да еще и движущихся!) моделей молекулярных соединений.

В качестве примера выбран нуклеотид аденин А_r (А_р). Разные его модели выстроены по разным методикам и с учетом разных приоритетов. Ниже представлена лишь незначительная часть результатов при различных подходах к их построениям. Атомы водорода, размещенные вплотную к тяжелым ядрам, образующим скелеты молекул, на рисунках условно не показаны. Цвета остальных атомов в моделях, выстроенных в разных компьютерных программах, совпадают не всегда, но принципиально это ничего не меняет.

Вид скелета и связей:		Акцент на ядра атомов:
Размеры атомов (с электронами):		Вид электронных оболочек:
Квантовые орбитали электронов:		Воссозданный вид нуклеотида:

Движущаяся объемная модель позволяет рассмотреть молекулу аденина (А р) с разных сторон:

Итак, как показано выше, природа создала нуклеотиды. Что происходило с ними дальше? Точнее, происходило, происходит и будеть происходить впредь! (В чем мы и убедимся в следующей подтеме).

На следующем этапе самопроизвольных преобразований нуклеотиды урацилового ряда выстраиваются в цепочки так называемых РНК - рибонуклеиновых кислот. (Именно по первой букве этого слова в латинском начертании все радикалы и комплексы урацилового ряда и имеют индекс r . Кроме самоочевидного урацила.)

Часть слова "рибо" происходит не от рыбы, а от рибоза - моносахарид; в свою очередь, рибоза происходит от арабского робб - фруктовый сироп).

Нуклеотиды противоположного семейства ("обескисленных" радикалов и нейтральных универсальных азотистых оснований) могут выстраиваться (и постоянно успешно делают это) в продольные нити будущих ДНК - дезокси-рибонуклеиновых кислот. (Это длинное слово здесь написано через дефис только для удобства правильного его первого прочтения. По первой букве этих кислот все исходные радикалы этого ряда имеют индекс d . Кроме стоящего особняком тимина.)

На предыдущих схематических рисунках нуклеотидов бледным цветом были показаны атомы, в направлении которых каждый нуклеотид сильно поляризован, потому что с одной его стороны почти по одной прямой линии расположено сразу три атома кислорода, а с другой (после третьего атома углерода С 3' ) - только один.

Имеющийся у всех нуклеотидов уринового ряда еще один атом кислорода, возле атома С 2' карбоновой пентозы, как раз этим дополнительным атомом углерода и нейтрализован (как другая возможная точка поляризации). Более того, "лишний" атом кислорода только немного перераспределяет напряженность электрического поля у атома С 3' , делая все продольные соединения нуклеотидов этого ряда немного слабее.

Так или иначе, вертикальный (по рисункам) поляризованный участок любого нуклеотида (Н)-ОРОССС-(ОН), или, в другой форме записи ("радикальной"), -OPOCCCO- , является универсальным (и очень прочным!) продольным соединителем, действующим по принципу электростатического притяжения. К тому же, сблизившиеся за счет этого звенья укрепляют свое взаимодействие еще и за счет создания совместных (частично) электронных оболочек.

Такое взаимодействие неизбежно приводит к естественной (хотя и вполне спонтанной) полимеризации нуклеотидов - их соединению в длинные вертикальные нити. Наличие большого количества свободных (одиночных) нуклеотидов в органических растворах (в т.ч., и в так называемом первичном биологическом бульоне) способствует этому процессу, а их дефицит тормозит его, но принципиально абсолютно ничего в нем не меняет.

Нуклеотиды обоих семейств очень быстро выстаиваться в очень длинные цепи, причем, вначале (на стадии самообразования) - без какой-либо системы в этих цепях, например:

...УЦЦААУГГГЦЦУУАУГГГЦЦЦУАУАУАГГАЦЦАУУ...... и т.д.

В цепях "дезокси"-типа вместо урацила У в ряды встраивается тимин Т.

Длина такого рода цепей может достигать десятков или сотен тысяч нуклеотидов (у бактерий и простейших одноклеточных), а то и многих миллионов (или даже миллиардов - у высших биологических видов). Причиной высокой степени полимеризации (образования длинных нитей) является исключительно высокая прочность продольных соединителей.

При этом нуклеотиды урацилового ряда (обозначенные на предыдущих графических материалах оттенками синего цвета и индексом r), рано или поздно выстраиваются в нити (одиночные) рибо-нуклеиновой кислоты (РНК), а тиминового, то есть, "дезокси"-ряда нуклеотидов (обозначенных на всех предыдущих рисунках оттенками желтого и красного, а также индексом d), - в нити дезокси-рибо-нуклеиновой - ДНК. (Причем, во втором случае сразу происходит наращивание и второй, параллельной ее цепи, см. далее).

Графически универсальный продольный соединитель можно условно изобразить, например, в виде шарового замка-защелки (подобного тем, которые используются в детских пластмассовых конструкторах):

В условном графическом представлении, для наглядности, это показано в виде шаровых соединителей разного диаметра и цвета.

В последующих графических построениях продольные соединители не показываются для исключения чрезмерного загромождения рисунков, которое только мешало бы пониманию процессов. Но их наличие постоянно подразумевается по умолчанию.

Цепи ДНК гораздо длиннее, чем РНК. Дополнительный отросток ОН, имеющийся в РНК, несколько затрудняет процесс полимеризации (за счет некоторого размывания и смещения электронного облака, см. движущуюся объемную модель выше), и делает продольные связи РНК менее прочными.

Еще одной теоретически возможной причиной этого может быть простой дефицит хотя бы одного из компонентов этой группы, например, того же урацила. Более точных объяснений этого явления автор пока не установил и нигде не вычитал.

Со 100%-ной уверенностью ясна лишь причина ограниченности длины РНК для матричных РНК, копирующих информацию генов (см. ниже). Это строгая заданность структуры ее начала и конца копируемым ею геном.

Дальнейшее рассмотрение будем проводить, начиная с ДНК. Ее роль в образовании и поддержании жизни, особенно, на первом этапе, все-таки, намного важнее. А главное, - изначально она формируется из более простых (хоть и не намного) составляющих.

При очень длинных цепях, их подвижности и гибкости (из-за теплового фактора, наличия оболочки, то есть ограничителя длины прямолинейного расширения и др. причин), а также при постепенном снижении концентрации неохваченных указанным процессом нуклеотидов, цепи могут замыкаться в кольца, а иногда даже запутываться в узлы. Для этого только необходимо, чтобы конец цепи случайным образом достаточно приблизился к ее началу.

Случай случаем, но при таких длинных и произвольно ориентируемых на каждой стадии образования цепях это вполне может происходить. Ничего сверхестественного в этом, конечно, нет. Замыкание цепи ДНК в обычное кольцо, без узлов, - еще и очень выгодное для ДНК состояние, как самое прочное. Вместе с тем, это, все-таки, не строго обязательное условие образования ДНК.

Может показаться, что кольцевая структура ДНК делает невозможной ее самовоспроизведение. Однако, в ее длинной цепи (исходной или вновь образовавшейся) всегда найдется более слабый участок (например, из-за теплового воздействия окружающей среды), который способен временно разорвать кольцевой сцепление обеих ДНК (скорее всего - поочередно в каждой из нитей любой из двух ДНК, когда они на время расходятся) и выпустить их в дальнейшую самостоятельную жизнь. Хотя ничто не мешает обеим ДНК сосуществовать и в сцепленном виде.
Как оказалось позже, размножаться способны даже ДНК, завязанные в узлы.
Тема узловых ДНК слишком сложна и специальна, а для философского осмысления процесса самообразования жизни совершенно не обязательна, поэтому далее на данном сайте не рассматривается. Для самого общего представления можно только показать некоторые встречающиеся виды таких узлов (тривиальный рисунок позаимствован с сайта http://humbio.ru/humbio/dnastructure/00011d42.htm).

После замыкания в кольцо цепь приобретает особую прочность и устойчивость, так как в дальнейшем вся ее подвижность сводится к "утряске", то есть, занятию всеми ее фрагментами и отдельными атомами наиболее устойчивых в энергетическом смысле положений. При этом постепенно начинает формироваться и пространственная структура цепи.

В реальной ситуации одновременно (или чуть позже) с процессом наращивания длины цепи идет еще и ее утолщение в 2 раза за счет формирования параллельной цепи, соответствующей (но не равной!) первой. Причиной этого является наличие в каждом нуклеотиде азотистого радикала (см. представленные выше рисунки), стремящегося воссоединиться с другим, подходящим ему (или, как принято говорить, комплементарным, ему).

Что же это такое, комплементарность?

Не надо пугаться этого якобы сложного слова. Его надо воспринимать как комбинацию более простых, привычных и приятных слов комплект и комплимент, что соответствует (случайно или специально - автору не известно) и сути новообразованного слова:

Комплементарность - особый тип соединения компонентов (в т.ч., химической связи), взаимно подходящих и дополняющих друг друга

В чем заключается эта "подходящесть", станет ясно из следующего ее описания и поясняющих рисунков.

Как показано выше, два из нуклеотидов (Т и Ц) содержат по одному азотистом кольцу , а два (А и Г) - по два кольца.

Свободные нуклеотиды, оказывающиеся поблизости от одиночной (на первом этапе формирования) цепи ДНК, притягиваются к ней сначала дополнительными атомами азотистых колец таким образом, чтобы за их счет на исходных кольцах как бы образовывалось(лись) еще одно, а то и два новых, связывающих псевдо-кольца (см. рисунки 14.1 и 14.2, на которых они обозначены красным пунктиром). Псевдо, - потому что в "полноценное" (и окончательное) химическое соединение "чужие" азотистые кольца так и не вступают, а только притягиваются друг к другу по принципу комплементарности (см. выше). Такое сближение соответствует устойчивому состоянию образующейся при этом пространственной структуры их двух нуклеотидов.

Рис. 12.1

Рис. 12.2

Как видно из этих рисунков, из-за расположения и влияния "второстепенных", дополнительных атомов при "главных" кольцах, боковой захват возможен только между парами А - Т и Г - Ц (в РНК в первой паре вместо Т взаимодействует его аналог У). Это и есть иллюстрацией (и объяснением причины) комплементарности этих пар.

Одной из молекул в каждой паре для такого взаимодействия приходится развернуться (по отношению к изображенному в начальной части статьи рисунку), что усл. показано зеркальным отражением фрагментов Т и Ц.

Из этих же рисунков видно, что соединение А - Т (У - Т), через две линии взаимодействия (и одно дополнительно возникающее кольцо) значительно более слабое, чем соединение Г - Ц, через три линии взаимодействия (и через два дополнительных кольца).

Таким образом, допустимыми боковыми соединениями нуклеотидов (для их попарного существования - главными) возможны только следующие (Таблица комплементарности):

Очень важным является то, что к любому нуклеотиду семейства ДНК (на рис. 13 - красные) могут временно присоединяться не только "свои" комплементарные полу-пары, но и аналогичные нуклеотиды семейства РНК (У, А, Ц, Г), обозначенные на рис.13 справа, синим цветом. Те, которые отвечают принципу комплементарности. Например, к "красному" Т вполне может присоединиться "синий" А; их соединители взаимно подходят друг другу. Однако такие соединения бывают только временными (из-за относительно слабой боковой связи между ними, которая, в свою очередь, объясняется хоть и не очень значительным, но вполне конкретным отличием в строении "красных" и "синих" нуклеотидов). Но свою жизненно важную роль они еще сыграют (например, при копировании участков цепи ДНК).

После бокового присоединения любого нуклеотида к формируемой цепи он немедленно соединяется через свой универсальный продольный соединитель еще и со своим соседом, присоединившимся к цепи на мгновенье раньше, формируя таким образом еще одну продольную цепь (ветвь), параллельную первой:

...-Т-Ц-Ц-А-А-Т-Г-Г-Г-Ц-Ц-Т-Т-А-Г-А-А-Т-Г-Т-...

....| | | | | | | | | | | | | | | | | |

...-А-Г-Г-Т-Т-А-Ц-Ц-Ц-Г-Г-А-А-Т-Ц-Т-Т-А- и.т.д.

В пространстве этот процесс (его небольшая часть) может выглядеть примерно так:

По мере полного заполнения всех боковых "вакансий" образуется двойная цепь, туго закрученная в спираль, см. рисунок в самом начале темы. Это и есть молекула ДНК.

Еще одной особенностью ДНК является противоположное по поляризации (ориентации) направление ветвей (после завершения ее построения). Если одна из них как бы идет вправо (или в любом другом направлении), то другая - влево (или в любом другом направлении, противоположном первому).
Объяснить это можно, например, тем, что пентозно-фосфорные (карбонатно-фосфорные) "отростки" нуклеотидов, идущие от нитратных основ (азотистых колец), могут свободно вращаться относительно оси N - C (N - последний атом нитратного кольца, С - первый атом карбонатной пентозы). Вот они и занимают такое положение, при котором находящиеся на периферии нуклеотидов фосфатные окончания, имеющие одинаковый заряд, находятся на максимальном расстоянии друг о друга, за счет электростатического отталкивания. Оно совсем невелико, но для смещения ничтожных масс фрагментов молекул (вокруг указанной оси) вполне достаточное.
(Это авторская версия этого явления. Более точное объяснение автору не встречалось. Как и любое другое).

Автору пока не совсем ясно, почему практически не создают двойных цепей первичные, исходные, "природные" (не матричные) молекулы РНК (за исключением примитивных вирусов). С этим еще предстоит разбираться. (Возможно, из-за дефицита строительного материала. В частности, атомов кислорода.)

Зато первичные (не матричные) РНК имеют интересное свойство частично складываться в отростки ("шпильки" или петли), если на небольшом расстоянии цепи РНК попарно имеются отрезки, комплементарные друг другу, которые и соединяются между собой (синим цветом на рис. 14 показаны нуклеотиды, красным - образующаяся продольная нить):

Рис. 14. Типичная РНК (упрощенная модель)

Двойной характер цепи ДНК - следствие параллельно идущего продольного и бокового сцепления подключающихся к первичной цепи свободных нуклеотидов (которых в любом биологическом растворе всегда предостаточно).

Замкнутые в кольца ДНК способны закручиваться и в "сверхспирали", что позволяет им быть прочными и очень компактными. Иллюстрацией сверхспирали может служить многократно закрученная бельевая веревка или шнур пылесоса, которые способны создавать произвольные самозакручивающиеся петли где-то в их середине.

Из описанного выше процесса самообразования двойной спирали ДНК, состоящей из случайной последовательности нуклеотидов, вытекает предположение об огромной, чуть ли не бесконечной многовариантности таких первичных ДНК. А такого, мол, нет и не может быть. Не наблюдаем мы бесконечного количества видов ДНК (и образовавшихся на их основе биологических видов), даже при помощи самых современных методов.

На самом деле, практически наблюдаем. Несколько сот тысяч биологических видов на Земле, включая растительный мир, животных всех видов, птиц, насекомых, рыб, моллюсков, бактерий, микробов и вирусов - это очень большая многовариантность. А ведь это - только ничтожная часть из всей первичной многовариантности случайно образующихся ДНК из-за далеко не обязательной способности абсолютно всех их к формированию живых организмов. Или, тем более, способных бороться за выживание в бесконечно конкурентной среде. И, тем более, побеждающих в этой борьбе. Только последние и есть то, что мы видим сейчас вокруг себя.

Подавляющее же большинство первичных ДНК достаточно короткие и относительно примитивные, способные формировать только ничтожные комочки аминокислот - наипримитивнейшие белки (см. далее), которые пригодны только для того, чтобы пойти в пищу более сложным и совершенным.

Кстати, ничто не мешает формироваться таким первичным (не наследственным) ДНК и сейчас. Но они тоже в своем абсолютном большинстве просто поедаются всеми, даже простейшими из уже сформировавшихся на сегодня видами, владеющими биосферой Земли.

Но некоторые (единицы), все-таки, и формируются, и выживают. В форме простейших новых вирусов, агрессивных и вполне способных постоять за себя. Длина их ДНК составляет "всего" несколько тысяч нуклеотидов.

После описанного выше завершения формирования любой из первичных ДНК обе ее продольные цепи закручиваются и стягиваются настолько сильно и прочно, что это приводит к разрыву некоторого участка поперечных связей. (Это немного напоминает разрывы нитей полотенца при его чрезмерном выкручивании после стирки). Правда, многие считают причиной такого разрыва не чрезмерное закручивание, а как раз наоборот, раскручивание участка спирали (например, под действием тепла) и ослабевание поперечных связей (по той же или еще какой-нибудь причине). Так или иначе, на некотором участке ДНК (для незамкнутых в кольцо учебных моделей - с краю) возникает разрыв поперечных связей и ее нити (цепи) несколько расходятся.

Рис.15

В образовавшийся разрыв тут же устремляются многочисленные свободные нуклеотиды, в изобилии содержащиеся в окружающей среде (точнее, уже в клетке). Они комплементарно (по принципу "подходящести", см. выше) присоединяются к "раскрытым" звеньям в каждой нити, и тут же сращиваются через универсальный продольный карбонатный (т.н. "сахарный") соединитель и между собой, образуя две новые двойные нити, ничем не отличающиеся от первичных, "родительских". Постепенно проходя через всю длину ДНК, этот процесс, в конце-концов, приводит к образованию двух новых ДНК, ничем не отличающихся от исходной.

Описанный процесс удвоения ДНК называется репликацией

Большими черными стрелками на Рис.15 показано направление физического разделения ветвей, а не упоминавшееся ранее направление их поляризации, которое противоположно друг другу, см. ниже, Рис.16.

Кажущаяся бесконечной и монотонной двойная цепь, визуально не слишком значительно оличающихся друг от друга нуклеотидов (особенно, в наружном сахарно-фосфатном остове), удивительным образом несет на себе всю информацию об абсолютно любом признаке будущего (или уже существующего) организма, для которого данная ДНК предназначена.

Как же можно хотя бы представить себе такое? Да и возможно ли это вообще? Оказывается, да. Несмотря на кажущуюся бессмысленность во взаимном расположении нуклеотидов в каждой цепи, оно то, это расположение, и несет всю требуемую информацию.

Оказывается, что лишь последовательности нуклеотидов ТАЦ или ЦАЦ (это т.н. стартовые кодоны) могут являться началом формирования на них новых биологических молекул (позже увидим, что это РНК), являющихся и своеобразным сигналом начала "записи" информации об очередном признаке биологического вида - так называемого гена.

Ген - элементарная единица информации об устройстве любого биологического объекта, описывающая один его признак. Физически ген - обособленный ряд триад в общей последовательности нуклеотидов ДНК, начинающейся со стартовой и заканчивающейся финальной, терминирующей.

В длиннющих цепях ДНК такие сочетания неизбежно появляются просто по случайному принципу. Уже на стадии формирования будущих биологических видов.

В свою очередь, триады позволяют формировать аминокислоты, которые потом создают белки - составляющие живого органзма.

Стартовыми последовательностями могут быть только триады ТАЦ или ЦАЦ. Далее они могут входить и в состав центральной части любого гена, по ходу его формирования (как и наблюдения или записи исследователем), и там они, конечно, уже предстают в качестве обычных триад, а не стартовых.

Последовательность триад (то есть, ген) будет "осмысленно" продолжаться до тех пор, пока на пути просмотра (считывания) не возникнет (на этапах формирования жизни и эволюции - чисто случайно) одна из последовательностей: АТТ, АТЦ или АЦТ. Они являются сигналом на окончание "записи" данного гена (терминирующими). Потому что на них требуемые для жизни аминокислоты не образуются.

Существенным является то, что финишные последовательности должны входить именно в состав триад, разбитых от начала гена, а не быть элементами смежных триад. Поясняющий эту мысль пример (пробелы в записи - условные, для наглядности разбиения гена на триады):

...АГГЦАТАТАТАЦ ЦАТ ГГЦ ЦЦТ ... ТАГ ЦАГ АТА ... ГГГ АТЦГЦАЦЦГААЦ...,
а не
...АГГЦАТАТАТАЦ ЦАТ ГГЦ ЦЦТ ... ТАГ ЦАТ ТТА ... ГГГ АТЦГЦАЦЦГААЦ...

Выделенная красным цветом последовательность не является терминирующей, так как ее элементы входят в разные, хотя и смежные триады.

Причины "старта" и "финиша" гена определяются особенностями последующего формирования белков организма из аминокислот (с помошью копирующих и транспортных РНК), последовательность которых в полной мере определяется триадами гена. При бессистемных, "не подходящих" начальных последовательностях нуклеотидов в ДНК, химия процесса просто не начинается. Подобно строительству высотного дома без фундамента. Или открыванию замка без подходящего ключа. Или приготовлению горячей пищи без источника тепла.
Если последовательность, наконец, оказывается "правильной", совпадающей с той, на которой возможно формирование белков, эта последовательность и становится стартовой. Процесс запускается.

В дальнейшем он идет непрерывно, практически независимо от состава последующих триад (толпу, врывающуюся в только что открытый магазин, музей или концертный зал, остановить почти невозможно).

Обратная ситуация - в конце гена, при перемещении "считывающего устройства" (молекулы РНК) в зону одной из трех терминирующих триад. На основе их последовательностей сформировать никакой новый белок организму уже не удается (потому что в химии не все соединяется с чем попало). И их синтез прекращается.

Строительная аналогия: монтажникам высотки подняли элементы конструкции крыши дома. После них дальнейшее возведение стен уже невозможно. Кулинарная аналогия: приготовление блюда заканчивается с использованием последнего подходящего ингридиента. Если дальше кто-то предложит положить в суп кирпич, хозяйка с негодованием отметет такое предложение.

На следующем рисунке (см. ниже) приведена иллюстрация к понятию гена (и даже не одного), а также копирования с одного из них (с помощью РНК 1) "рецептов" (признаков) для начала строительства организма (Белок 1). Подробности - на стационарной версии сайта.

Рис. 16

В левой нижней части, на участке разделения цепей ДНК, условно выделенным зеленым цветом показано начало Гена 1 (триада ТАЦ, порядок рассмотрения - снизу вверх), желтым цветом - триады "тела" гена (их реальная длина - от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч триад), а темно-серым - триада АТЦ конца гена. Последующие нуклеотиды являются нейтральным промежутком, "пробелом" между генами, именуемым промотором. Она будет безынтересной для любого "снятия отпечатка", пока в цепи не попадется очередная "стартовая" группа, подходщая для создания белка другого типа.

В смежной ветви ДНК ориентация нуклеотидов противоположная (на рисунке - справа и сверху вниз). В ней могут оказаться абсолютно иные гены, независимые от генов первой рассмотренной ветви (показано начало гена 2). Но такие же важные для формируемого организма.

Как же из случайной последовательности нуклеотидов в ДНК получается что-то толковое?

Если случайно эта последовательность позволит (через РНК) свершиться всем полезным биохимическим процессам, и если необходимые для жизни белки (и органы из них!) будут сформированы, то создаваемый таким образом организм выживает и передает наследственную информацию своим будущим потомкам о правильности своей ДНК (и передает как раз через нее!)
Все остальные, сотни миллионов, миллиарды(!) неправильных, неподходящих или нерациональных последовательностей приводят к немедленной гибели организма, на самой первой стадии его формирования, при попытке создать хотя бы одну следующую живую клетку. Поэтому все неправильные сочетания природой автоматически отметаются. Это называется естественным отбором. Причем, происходящим еще задолго до стадии борьбы видов за выживание.

Из всех случайных последовательностей нуклеотидов, составляющих набор генов, закономерно, по наследству, сохраняются и передаются только уникально редко встречающиеся удачные. Это и есть первый шаг жизни.

Из всего, изложенного в данном разделе выше, вытекает совершенно очевидный вывод, что для самообразования жизни из неживых атомов нет никаких препятствий. При наличии достаточного количества материалов, этот процесс, вследствие действия законов физики и химии, просто неизбежен. И для этого не требуется никакого вмешательства извне

Каждый живой организм (и растения, и любые животные, в т.ч., человек) в ядре каждой своей клетки содержит, как минимум, одну ДНК. Строение ДНК достаточно подробно рассмотрено выше. В данной подтеме акцент будет сделан только на относительных количественных характеристиках ее составляющих.

Каждая ДНК состоит из нескольких десятков (или даже сотен) ТЫСЯЧ (а то и миллионов) участков, именуемых генами (см. выше).В свою очередь, каждый реальный ген обычно состоит из нескольких тысяч "элементарных" составляющих (нуклеотидов, см.выше). На каждых ТРЕХ последовательно идущих нуклеотидах каждого гена отпечатываются (практически - в буквальном смысле) аминокислоты, из которых в последовательности, заданной данным геном, формируются белки (а позже - и клетки) данного организма.То есть, любой ГЕН многократно, в десятки, сотни, а иногда и в ТЫСЯЧИ раз больше любой аминокислоты.

Условными математическими аналогиями для этих понятий могут быть такие количественные соотношения: ДНК - длинный железнодорожный состав, ген - вагон, аминокислота - пассажир в вагоне. Или многоэтажное здание - квартира - кирпич.

Для обеспечения функционирования каждого организма требуется питание - получение специфических строительных материалов, содержащихся, главным образом, в других организмах (или их фрагментах) - растениях или других животных.
Немногочисленные неорганические вещества, требуемые для питания, являются только счастливыми исключениями и вспомогательными материалами (например, соль и микроэлементы). Да и то, часть их таких неживых продуктов питания являются только продуктами жизнедеятельности живых (например, все сахара, уксус, спирт). Ну, и, конечно же, вода - универсальный (практически всегда - химически нейтральный) растворитель и переносчик.

Питание любого организма-потребителя (в т.ч., человека) сводится к расчленению организма, являющегося пищей, на его мельчайшие составляющие. Не только (и не столько) механическому, но и химическому его расщеплению ферментами желудочно-кишечного тракта до молекулярного уровня, а именно, до уровня молекул аминокислот и их осколков. (Которые, как указано выше, многократно меньше от любого гена).

В результате такой деструкции НЕ ОСТАЕТСЯ практически ничего существенного и от любых более крупных биологических фрагментов пищи: белков поедаемого организма и соответствующих им генов (как раз и "породивших" эти белки).
На микробиологическом уровне происходит просто таки глобальное разрушение всей поедаемой ДНК (каждой, по ее составляющим). От нее (как и от белков и генов) не остается ничего, кроме бульона из аминокислот и их осколков.

А вот они то (и только они) и являются строительным материалом для формирования СВОИХ (с точки зрения поедающего организма) клеток. (Этот процесс здесь для экономии места и времени повторно мы рассматривать уже не будем).

Никакой чужой ген (громадина, с точки зрения "кирпичей" жизни - аминокислот и их составляющих) никаким образом не может "встроиться" целым и невредимым в ДНК организма-потребителя, ни при каких условиях. Подобно тому, как вагон не может стать в очередь пассажиров в билетную кассу в здании вокзала. Тем более, вагон поезда, сошедшего с рельсов, и развалившийся на обломки. Это разнопонятийные и разногабаритные объекты.

Попутно можно отметить, что растения обычно скромно и "благородно" выжидают, пока дождевая вода принесет в их корневую систему соответствующие микробиологические "блюда" (точнее, продукты их распада до аминокислот) из окружающей среды - грунта. Совсем примитивные биологические объекты способны формировать свои ДНК прямо из свободных нуклеотидов окружающей среды (не такие уж они и примитивные, оказывается!). Но внутриклеточные процессы обмена все равно остаются однотипными для всего живого.

Непонимание микробиологического механизма обмена веществ подавляющим большинством диетологов и практикующих врачей-недоучек приводит к распространению в обществе необоснованных страхов перед продуктами, изготовленными из генно-модифицированных организмов (или с их использованием), и "сведений" об их опасности (а то и прямом вреде).

Ситуация усугубляется (а то и просто заказывается) лицами и организациями, поставляющими на рынок "чистые" продукты, "без ГМО".

На самом деле, практически никаких чистых продуктов давно не существует. За исключением разве что некоторых продуктов моря (не консервированных и не специально выращенных) и дикорастущих бананов.

Человечество уже тысячи лет занимается так называемой селекцией растений, выведением их новых сортов путем перекрестного опыления специально отбираемых исходных видов. Давно выращиваются и различные гибриды растений (яблоко-груши, персико-сливы и др.)

Все это - примеры генной модификации организмов. Только раньше люди делали это вслепую, не зная генетики и не понимая микробиологической сути процессов.

То же самое касается и всех пород домашних животных (коров, свиней, коз, лошадей, ослов, буйволов, верблюдов и других). Все они давным-давно генно-модифицированные. Есть даже примеры межвидового скрещивания животных (самый известный из них - мулы).

И никто из людей пока не умер от использования их мяса в пищу.

Если не знать сути (и не пытаться вникать в нее) внутриклеточного обмена веществ, то в той же мере, что и ГМО, человеку следовало бы опасаться и потребления любой говядины (вдруг рога вырастут, за счет коровьих генов), любой баранины (чтобы не обрасти шерстью), и даже любых злаков (чтобы вместо мозгов черепная коробка не заполнилась зерном; впрочем, похоже, что у некоторых последнее как раз таки и случилось). А "спасение" от опасности смешивания своих генов с чужими искать… в каннибализме(!) Ведь только в этом случае в организм человека не попадало бы никаких посторонних генов...

Разве это не логично? Странно, что такое не приходило в голову людям, опасающимся ГМО.

Аргументация сторонников настороженного подхода к использованию продуктов, использующих ГМО, обычно сводится к ссылкам на мнение консервативных (или просто малограмотных) ученых или, в лучшем случае, на результаты лабораторных исследований на подопытных животных. Однако ни одна из лабораторий, проводивших такие исследования, до сих пор не смогла предоставить убедительную сравнительную статистику результатов опытных и контрольных групп, в сочетании с достоверными данными о токсикологической чистоте кормов для каждой группы животных (исключающими случайное или намеренное затравливание продуктов питания, используемых в опытах). В итоге, у добросовестных экспериментаторов не получается никаких убедительных результатов, а у недобросовестных - те, которые они и хотели бы получить еще до начала исследований.

Анализ же микробиологической сущности обмена веществ места для сомнений в безвредности ГМО не оставляет. Если они, конечно, не затравлены (мышьяком, удобрениями или гербицидами) и не подверглись влиянию вредителей и болезней во время своего хранения.

В последние сто лет весь органический мир подвергся частичной, но ускоренной модификации за счет широкого применения различных удобрений и гербицидов на полях, которые способствовали выживанию сортов, подвергающихся естественным мутациям, болезням и уничтожению вредителями. Происходили (и происходят) также ускоренные мутации уже и под влиянием самим этих веществ, а также из-за радиации и химических выбросов в окружающую среду вследствие безответственной деятельности человека. В итоге, некоторые особо активные химические вещества по пищевым цепочкам попадают и в организм человека. Потенциально они могут вызывать (и иногда вызывают) мутации и у него.

Но в гораздо большей мере процесс химизации сельско-хозяйственного производства решает пищевую проблему всего человечества. А неудачные мутации, как бы цинично это не прозвучало, являются лишь иллюстрацией к действию общемирового закона естественного отбора. Своеобразной платой человечества за продвинутую медицину и фармакологию.

Но все это (изложенное в 2-х абзацах выше) уже не имеет никакого отношения к деятельности генетиков, целенаправленно разрабатывающих новые виды продуктов с ценными потребительскими свойствами и характеристиками, не представляющими никакой опасности в плане обмена веществ внутри организма человека (см. выше). Которые только и смогут, наконец, решить проблему питания человечества уже в недалеком будущем.

Так что никаких научно обоснованных опасений для использования ГМО в пищу нет. Переплачивать за т.н. "чистые" продукты совершенно не рационально.

Реальная опасность генной инженерии состоит совсем в другом - возможности случайного создания новых (возможно - чрезвычайно опасных для всего живого на Земле) организмов. Но это уже совсем другая тема.