Белки и расчеты вероятности

Опыт Юри и Миллера имел целью продемонстрировать, каким образом в первичной атмосфере происходит образование аминокислот. Если даже этот опыт будет лишен всех тех проблем, о которых речь шла в предыдущем разделе, и если мы согласимся с достоверностью вывода, сделанного учеными, натуралистический подход все равно не сумеет избежать трудностей при объяснении природы белка, ДНК, РНК и прочих основных молекул живого организма. Сделав еще один шаг вперед и попытавшись объяснить процесс образования живых организмов из этих молекул, натурализм столкнется с еще более серьезными проблемами. Если мы рассмотрим эти молекулы, исходя из подхода, в центре которого будут вероятностные расчеты, то мы сможем точнее оценить, является ли образование этих молекул случайностью или нет. Наша основная цель в этом разделе заключается не в том, чтобы определить, верна ли теория эволюции; мы стремимся лишь показать, что невозможно объяснить образование этих молекул, оставаясь в рамках законов природы. Поскольку в наше время господствует точка зрения, что механизмов теории эволюции и прочих природных законов достаточно для того, чтобы объяснить происхождение всех видов (именно так считают сторонники случайного возникновения жизни), то среди большинства распространено мнение, что спор ведется между теорией разумного замысла и теорией эволюции. Однако поскольку может существовать немало людей, которые объединяют в своем сознании теорию эволюции и теизм, данная позиция является неправильной. Хотя стремление показать, что механизмы теории эволюции недостаточны для образования живых организмов и новых видов, может выглядеть как враждебный по отношению к данной теории подход, на самом деле под вопрос ставится нечто принципиально иное, а именно – материалистический, натуралистический и атеистический подход, утверждающий случайность происхождения жизни.

Для того чтобы мы могли лучше понять, что является более убедительным: идея замысла или случайности, можно воспользоваться объективными математическими данными, которые предоставляют нам расчеты вероятности. Структура белка позволяет нам применить к ней вероятностные расчеты. Каждая живая клетка образуется из белков. Белки – это важные соединения, которые могут быть энзимами, а могут при необходимости выполнять ряд других функций. Если мы уподобим клетку фабрике, то белок будет аналогом станка. Белки образуются путем выстраивания в определенном порядке аминокислот. Белок в клетке живого организма состоит из 20 аминокислот. Определенный порядок расположения аминокислот является обязательным условием для образования белка. Кроме белков, существуют еще и протеноиды, которые образуются в результате случайного соединения аминокислот. Между белками, выполняющими определенные задачи, и протеиноидами большая разница. Аминокислоты делятся на две группы: L-аминокислоты и D-аминокислоты[603]. Протеиноиды образуются в результате случайного соединения аминокислот обеих групп, а белки – только в результате соединения «левых» аминокислот. Но гораздо важнее то, что белки для выполнения определенных функций должны обладать соответвественным строением. Вероятность того, что аминокислоты под воздействием энергии определенной мощности превратятся в белок, так же ничтожна, как и вероятность того, что разлетевшиеся в результате взрыва динамита кирпичи, упав на землю, сложат дом[604].

Существуют «короткие» протеины, состоящие из небольшого количества аминокислот, например, ферродексин (можно обнаружить в клостридии Пастера), в составе которого насчитывается всего 55 аминокислот. Есть и «длинные» протеины, как, например, твитчин, в составе которого 6049 аминокислот (встречается в нематоде Caenorhabditis elegans)[605]. В качестве примера предлагаю рассмотреть белоксредней длины серум-альбумин (кровяной белок), состоящий из 584 аминокислот и присутствующий в организме человека. Вероятность того, что данный белоксостоит только из L-аминокислот, рассчитывается следующим образом:

Вероятность того, что одна из составляющих его аминокислот будет L-аминокислотой: ½

Вероятность того, что 2 аминокислоты являются «левыми»: ½ × ½

Вероятность того, что 3 аминокислоты являются «левыми»: ½ × ½ × ½

Вероятность того, что 584 аминокислоты являются «левыми»: (½)⁵⁸⁴.

Кроме того, все аминокислоты, входящие в белок, для объединения в белковую цепочку должны создать химическую связь между собой, которая называется пептидной связью. В живой природе существует очень много разновидностей связей, которые могут возникнуть между аминокислотами; грубо говоря, пептидные и иные связи образуются с равной вероятностью[606]. Для серум-альбумина, состоящего из 584 аминокислот, нужно 583 пептидные связи. Данную вероятность мы можем рассчитать следующим образом:

Вероятность возникновения пептидной связи между 2 аминокислотами: ½.

Вероятность возникновения пептидной связи между 3 аминокислотами: ½ × ½.

Вероятность возникновения пептидной связи между 4 аминокислотами: ½ × ½ × ½.

Вероятность возникновения пептидной связи между 584 аминокислотами: (½)⁵⁸³.

Итак, вероятность того, что все аминокислоты этого белка будут L-кислотами и образуют между собой пептидные связи, такова:

(½)⁵⁸⁴ × (½)⁵⁸³ = (½)¹¹⁶⁷ = (1/10)³⁵¹.

Невозможность данной вероятности с точки зрения математики мы можем осознать, размышляя следующим образом: если мы сложим все протоны и нейтроны во Вселенной (10⁸⁰) с фотонами и электронами, то мы получим число меньшее, чем 10⁹⁰. Возраст Вселенной равен 15 миллиардов лет × 365 дней × 24 часа × 60 минут × 60 секунд = 473.040.000.000.000.000 секунд. Это число мы можем округленно представить как 10¹⁸. Если мы помножим эти два числа, то получится: 10⁹⁰ × 10¹⁸ = 10¹⁰⁸. Такое число получится, если каждую секунду в течение всего периода существования Вселенной вступали бы в реакцию все электроны, протоны, нейтроны и фотоны во Вселенной[607]. Если мы возьмем максимально возможную скорость химической реакции – 10¹² (один квадриллион), тогда 10 ¹⁰⁸ × 10 ¹² = 10¹²⁰, между тем вероятность образования белка из «левых» аминокислот с пептидными связями равна 1/10³⁵¹. Таким образом, если бы все частицы во Вселенной превратились в одну из 20 аминокислот, из которых состоят протеины, и с самого начала Вселенной каждую секунду вступали бы в реакцию с упомянутой скоростью, они не смогли бы образовать одну-единственную молекулу белка, состоящую из 584 L-аминокислот, объединенных пептидными связями. Данный вывод, действительно, очень интересен. Хотя с эпохи революции Коперника Земля перестала быть центром Вселенной, тем не менее мы не можем объяснить, каким образом могла образоваться самая обыкновенная молекула белка, которых тысячи даже в самом крохотном организме, видимом лишь под микроскопом, даже если призовем на помощь все частицы во Вселенной.

Биолог Стивен Роуз рассмотрел еще более простой белокс точки зрения расположения в нем аминокислот и установил, что из аминокислот этого белка можно получить 10³⁰⁰ различных форм, и если бы все эти формы были реальны, то их общий вес составил бы 10²⁸⁰ грамм. В то же время вес всей материи во Вселенной составляет примерно 10⁵⁵ грамм[608]. Данное суждение еще раз показывает, насколько невероятно случайное возникновение даже одного конкретного вида белка.

Определенный порядок аминокислот в белке является жизненно важным. Вероятностный расчет для серум-альбумина выглядит примерно следующим образом:

Вероятность того, что 1 аминокислота будет находиться в нужном месте: 1/20.

Вероятность того, что 2 аминокислоты будут находиться в нужном месте: 1/20 × 1/20.

Вероятность того, что 3 аминокислоты будут находиться в нужном месте: 1/20 × 1/20 × 1/20.

Вероятность того, что 584 аминокислоты будут находиться в нужном месте: (1/20)⁵⁸⁴ ≈ (1/10)⁷⁵⁹

Можно сказать, что в порядке размещения аминокислот в белке активной является только одна определенная часть, ввиду этого изменения, происходящие за ее пределами, не следует считать важными. По этой причине рассчитанная нами вероятность может возрасти. Однако последние исследования белков показали, что некоторые изменения в неактивной части белка могут стать причиной для нарушений функций этого белка[609]. С другой стороны, если к этой вероятности прибавить такие жизненноважные особенности, как расположение этого белка в нужном месте внутри клетки, то она станет еще более низкой.

Если мы умножим вероятность правильного расположения аминокислот в белке на полученное нами ранее число 10³⁵¹, то мы получим вероятность одновременного осуществления 1) правильного расположения аминокислот; 2) нахождения одних лишь «левых» аминокислот в составе; 3) образования пептидных связей для отдельно взятого белка. Это число составляет приблизительно 1/(10³⁵¹ × 10⁷⁵⁹) = 1/10¹¹¹⁰. Вероятность, в данном случае, равна несуществующему числу, поскольку обычно в математике даже события, вероятность которых меньше 1/10⁵⁰, уже считаются невозможными.