Часть научной постановки проблемы возникновения живого принадлежит Опарину. Он констатировал, что организмы подчиняются тем же физическим и химическим законам, что и неживые предметы. С другой стороны, он отметил, что даже одноклеточные устроены настолько сложно, что совершенно нелепо предположение о возможности их быстрого возникновения, из бесструктурных растворов соответствующих веществ. Отсюда он сделал вывод, что возникновение клетки представляет собой результат длительной и сложной физико-химической (предбиологической) эволюции. Согласно этой гипотезе, первым этапом предбиологической эволюции было образование простых органических соединений из неорганических, а затем — образование сложных полимерных органических молекул из простых.
В процессе реализации опаринской программы были получены доказательства того, что простейшие органические вещества могут возникать в ходе реакций между неорганическими веществами, имевшимися в достатке на юной Земле, при разнообразных воздействиях: разрядах молний, ультрафиолетовом излучении Солнца, распаде радиоактивных веществ в земной коре, высокой температуре раскаленной лавы и даже падении метеоритов. Экспериментально продемонстрировано, что существует довольно много путей и для полимеризации в естественных условиях возникших аминокислот с образованием простейших белковых молекул. Таким образом, вещества, составляющие химическую основу жизни, вплоть до белков, могли возникнуть без участия живых организмов и, следовательно, до них.
Самовоспроизводящиеся молекулы
Способность размножаться, скорее всего, потребовалась на достаточно раннем этапе химической добиологической эволюции. Способностью к самовоспроизводству обладают не только биологические, но также физические и химические системы.
Как только появляется способность к самовоспроизводству, практически сразу возникает естественный отбор. Количество «строительного материала» — мономеров — в окружающем растворе ничего, поэтому получают преимущество и размножаются в больших количествах те макромолекулы, которые эффективнее захватывают мономеры и быстрее строят из них свою новую копию. Естественным образом возникают и мутации.
В 1960-х гг. общую теорию химической эволюции как саморазвития каталитических систем предложил А. П. Руденко. Основной закон химической эволюции утверждает, что с наибольшей скоростью и вероятностью происходят те эволюционные изменения катализатора, которые приводят к максимальному увеличению его активности.
В 1970-х гг. нобелевский лауреат М. Эйген построил математическую теорию самоорганизации макромолекул. Он рассмотрел систему, в которой происходит полимеризация мономеров и обратные распад полимеров. Система открыта, т. е. в нее постоянно поступает свежий и выводится отработанный мономерный материал. Далее предполагается, что в системе происходит авторепликация полимеров. Наконец, авторепликация происходит со сбоями, т. е. кроме каждого «чистого» вида полимеров в системе возникают его разновидности — мутанты.
Общие выводы, вытекающие из проведенного Эйгеном математического анализа, таковы. По прошествии некоторого времени в системе вне зависимости от ее первоначального состава, остается лишь один из возможных видов полимеров, размножающийся быстрее всего, плюс его мутантные формы.
Предбиологическая эволюция на практике
Химическая эволюция макромолекул исследуется и экспериментально. Впервые она была реализована в конце 1960-х гг. при изучении вируса, заражающего Ушечную палочку.Вирус настолько прост, что вся генетическая информация заключена в четырех генах, записанных в молекуле РНК.
Новый толчок эксперименты по направленной молекулярной эволюции получили после открытия полимеразной цепной реакции позволяющей получать неограниченное количество точных копий молекулы ДНК. Интерес в данном случае подогревался не только научным любопытством, но и перспективами применения химической эволюции для выведения новых лекарств и биохимических реактив) вов, подобно селекции сельскохозяйственных животных и растений.
Не так давно начались попытки применить метод «генетического программирования» для решения сложных задач оптимизации и управления. По этому методу сначала создается популяция программ, способных принимать некоторые решения (например, с какого завода на какие склады везти продукцию). Затем в текст программ случайным образом вносятся «мутации». Полученные мутантные; программы тестируются, среди них отбираются лучшие, скрещиваются между собой, в них снова вносятся случайные изменения и т. д.
На состоявшейся летом 1996 г. первой конференции по генетическому программированию были продемонстрированы результаты эволюции программ, управляющих клеточными автоматами, которые, как утверждалось, по эффективности превосходят всё, что можно написать вручную. Пример клеточного автомата — игра в «крестики-нолики» — дело несерьезное. Однако уже к 1999 г. с помощью генетических алгоритмов реально осуществлялись: оптимизация профилей балок в строительстве, распределение инструментов в металлообрабатывающих цехах, обработка рентгеновских снимков в медицине, оптимизация работы нефтяных трубопроводов.
