Хранением наследственной информации в клетке занимается ДНК, а за активную работу в ней отвечают белки. Но, помимо этих двух классов биополимеров, существует еще и посредник — молекула РНК, которую, так уж вышло, принято считать своего рода мальчиком на побегушках (см. нуклеиновые кислоты). В клетке РНК выполняет множество функций, но лишь сравнительно недавно выяснилось, что, помимо хранения и переноса информации, она еще и способна катализировать реакции. Это решало вопрос о том, что же появилось раньше — ДНК или белки. Ни одна из этих молекул не способна воспроизводить информацию без другой, РНК же могла выполнять обе функции. Предположение о существовании рибозимов (каталитических РНК) было выдвинуто еще в 60-х годах, но лишь в конце 80-х его удалось доказать.
А в начале 60-х годов был проведен один из первых эволюционных экспериментов с молекулами, способными реплицироваться вне клетки. Молекулярный биолог Сол Шпигельман использовал РНК бактериофага Qß - вируса, поражающего клетки бактерий (конкретно этот — клетки кишечной палочки). Бактериофаги достаточно просто устроены и способны быстро реплицироваться, а их общая численность примерно равна общей численности бактерий —10^30.
Извлеченная РНК бактериофага вместе с РНК-репликазой была помещена в смесь свободных нуклеотидов (составных частей, кирпичиков РНК), где она могла безостановочно копипастить себя. Через некоторое время ее извлекали и помещали в новую смесь. Этот процесс повторялся до тех пор, пока после смены 74 поколений оригинальная РНК не уменьшилась с 4500 пар нуклеотидов до 218 (для сравнения — у кишечной палочки около 5 млн оснований, у человека — около 3 млрд).
Вирусный геном потерял более 80% своей длины и утратил способность к заражению бактерий. В искусственных условиях пробирки нужно было обскакать конкурентов по скорости репликации, а значит, сильнее сократить количество нуклеотидов.
Еще позже, в конце 90-х «монстра Шпигельмана» (так назвали эту необычную молекулу) удалось укоротить еще сильнее — до нескольких десятков нуклеотидов, необходимых только для распознавания фермента, начинающего репликацию.
При этом «монстр» снова может эволюционировать – при добавлении в пробирки бромистого этидия получались более длинные молекулы РНК, устойчивые к нему.
Эксперименты с эволюцией в пробирке продолжились. Оказалось, что если вообще убрать РНК и оставить только ее составные части и репликазу, то при определенных условиях может спонтанно возникать самореплицирующаяся РНК, очень похожая на монстра Шпигельмана. Выходит, даже такие сложные молекулы, как нуклеиновые кислоты, могут возникать без матрицы.
Данный эксперимент к тому же показал одну из проблем, для решения которой содружество биополимеров должно было собраться в клетку. Рано или поздно в результате мутации могла возникнуть эгоистичная молекула-паразит, не приносящая пользы и использующая общие ресурсы лишь для копирования самой себя. Спасти от этого может объединение содружеств биополимеров в изолированные ячейки, подобные клеткам.
