Алгоритмическая загадка молекулярной эволюции
После того, как ученые научились читать генетические тексты наследственной информации, записанные в молекулах ДНК и РНК, выяснилось одно странное обстоятельство. Вопреки ожиданиям, основанным на классической дарвиновской теории эволюции, генетические тексты выглядели вовсе не случайными последовательностями "букв", а, напротив, оказалось, что в них присутствует строгая упорядоченность. К всеобщему удивлению выяснилось, что на самом низком и фундаментальном уровне организации живой материи наследственный код насыщен многочисленными повторяющимися фрагментами и палиндромами. Напомним, что палиндромом называется фраза или слово, которое одинаково читается с обеих сторон. Например, фраза "А роза упала на лапу Азора" без учета пробелов между словами будет читаться одинаково в обоих направлениях.
Упорядоченность генетических текстов трудно объяснить на основе классической дарвиновской теории эволюции. Краеугольным камнем дарвинизма является постулат о том, что естественный отбор векторизует случайную мутационную изменчивость. То есть изначальным сырьем для природной селекции выступают "опечатки", время от времени самопроизвольно появляющиеся в наследственных кодах. Но тогда и сами коды должны выглядеть именно как результат многочисленных случайных опечаток. В этом случае последовательность букв в генетических текстах должна быть сравнима с той, которую оставила бы на экране маленькая собачка, потоптавшись по клавиатуре компьютера. Но на самом деле твердо экспериментально установлено, что это не так. Следовательно, в природе действует некий иной механизм формирования и эволюционной трансформации наследственного кода. Иной, но какой же?
Сторонники теории номогенеза, разработанной академиком Л. С. Бергом в начале двадцатого века, склонны интерпретировать феномен упорядоченности генетических текстов как доказательство существования некой номогенетической закономерности, управляющей биологической эволюцией извне. Правда, природа самой этой закономерности так и остается загадкой.
Известно, что тексты наследственной информации передаются от родителей к потомкам путем копирования. Русский ученый-генетик Тимофеев-Ресовский, тот самый, о котором Даниил Гранин написал биографическую повесть "Зубр", называл этот процесс конвариантной матричной редубликацией. Может быть, разгадка как раз и кроется в механике этой конвариантной редубликации. Что если предположить, что наследственные тексты кодируют, в том числе и возможность своего собственного изменения. То есть тексты наследственной информации и являются носителями той закономерности, которая проявляется в их итоговой упорядоченности.
Для того, чтобы в общих чертах представить себе, как это может происходить, рассмотрим следующую алгоритмическую модель. В начале сгенерируем случайную последовательность какой-то произвольной длины n, состоящую из нерегулярно чередующихся четырех знаков (обозначим их - 1,2,3,4). Например, 1214434. В конце последовательности запишем ноль как признак завершения кода. Затем разместим эту последовательность на клеточном поле по следующим правилам (см. рисунок а).
Первый символ запишем в некоторую, заранее заданную клетку. Затем, в зависимости от того, какой именно символ вписан в текущую клетку, следующий элемент последовательности будем заносить в одну из четырех ячеек, соседних с данной. Если в текущую клетку вписана единица, следующий символ разместим в правой соседней клетке; если в текущую клетку вписана двойка, следующий символ разместим в соседней верхней клетке; если в клетку вписана тройка, то следующий символ разместим в соседней левой клетке; и, наконец, если в текущую клетку вписана четверка, то следующий символ впишем в соседнюю нижнюю клетку. Точно так же поступим со следующим символом, и будем продолжать этот процесс, пока не дойдем до нуля (признака окончания последовательности) или не наткнемся на конец поля. Если в процессе записи очередная клетка окажется уже занята, то будем писать наверх, "забивая" предыдущий знак.
Информационные макромолекулы РНК и ДНК, как и любые другие полимерные молекулы, в реальных физических условиях имеют определенную пространственную форму, которая во многом определяется порядком следования мономеров в первичной информационной цепочке. Описанный выше алгоритм записи одномерной последовательности знаков на клеточное поле будем считать некой очень общей аллегорией процесса образования пространственной структуры информационной полимерной молекулы.
Немного больше о технологиях >>>
Новый подход к методам химической очистки призабойной зоны ствола скважины при заканчивании открытым стволом
В скважинах, где традиционные методы их
заканчивания непригодны по геолого-техническим и экономическим соображениям, в
последние годы все больше используются современные системы заканчивания скважин
открытым стволом. Проведенный авторами анализ применимости таких систем имеет
н ...
Электрические цепи с нелинейными преобразователями и оперативная коррекция режима энергосистемы
Рассматриваются электрические цепи с нелинейными преобразователями.
Показывается, что в такимх цепях достигается оптимум некоторой выпуклой функции
токов электрической цепи. Далее рассматривается задача оперативной коррекции
режима энергосистемы и формулируется критерий качества ...
