Под системой генетического кода понимается комплекс из трёх составляющих:
- Язык(помехоустойчивое кодирование аминокислот триплетами).
- Осмысленная информация о функциональных белках, закодированная в ДНК, или РНК клеток.
- Система интерпретации закодированной в ДНК и в РНК информации, то есть синтез белков по закодированным "чертежам".
Как сказал астробиолог Пол Дэвис (Paul Davies), в настоящее время директор Центра фундаментальных концепций в науке «За пределами» (Beyond: Center for Fundamental Concepts in Science) при Государственном университете Аризоны:
«Чтобы объяснить, как возникла жизнь, нам нужно понять, откуда взялась её уникальная система управления информацией... Способ, которым жизнь управляет информацией, подразумевает логические структуры, которые фундаментально отличаются от являющейся менее сложной химии. Поэтому химия сама по себе не может объяснить происхождение жизни, так же как изучение кремния, меди и пластика не объяснит, как компьютер может выполнять программу».
Любая попытка объяснить происхождение жизни без объяснения происхождения систем обработки информации и самой информации, записанной в ДНК живой клетки – это уход от проблемы. Достаточно посмотреть на простейшую возможную самостоятельно-живущую клетку, чтобы увидеть, что происхождение информации – неразрешимая задача для сценариев, которые полагаются только на физику и химию.
Сэр Карл Поппер (Karl Popper), один из самых выдающихся философов науки 20-го века, осознавал, что:
«То, что делает происхождение жизни и генетического кода тревожной загадкой, заключается в следующем:
генетический код не имеет никакой биологической функции, если он не переводится; то есть, если это не приводит к синтезу белков, структура которых заложена в коде.
Но … механизмы, с помощью которых клетка переводит код, состоят как минимум из пятидесяти макромолекулярных компонентов, которые сами по себе закодированы в ДНК [примечание: теперь мы знаем, что необходимо более 100 высокомолекулярных компонентов].
Поэтому, код не может быть прочитан, кроме как с помощью конкретных продуктов его перевода.
Это создает загадочный круг; действительно замкнутый круг, как видится, для любой попытки сформировать модель или теорию происхождения генетического кода. Таким образом, мы можем столкнуться с возможностью того, что происхождение жизни (подобно происхождению физики) станет непреодолимым барьером для науки, и перечеркнет все попытки свести биологию к химии и физике».
Система хранения кодированной информации ДНК, как описал Поппер, не может возникнуть из химических законов, но требует разумного источника. Когда мы думаем о других системах кодирования, таких как азбука Морзе или письменный алфавитный язык, в котором символы изобретены для того, чтобы представлять звуки речи, такие системы кодирования происходят только от разума. Это всего лишь договоренность, что буква «а» звучит как в слове «бал» в русском языке. Ничего в форме буквы «а» не говорит нам о том, как она должна произноситься. Точно так же, нет никакой мыслимой возможности объяснить систему кодирования ДНКзаконами физики и химии, поскольку нет химической или физической связи между кодом и тем, что закодировано.
Более того, если бы происхождение кода ДНК не было бы достаточно большой проблемой, то ДНК оказывается, среди миллионов возможных, «оптимальным или очень близким к глобальному оптимуму относительно минимизации ошибок – лучшим из всех возможных кодов».
Эта минимизация ошибок в коде возможна, поскольку потенциально есть 64 различных «кодона»24 для 20 аминокислот, так что практически каждая из аминокислот имеет более одного кодона, который её кодирует (несколько самых распространенных аминокислот, таких как лейцин, имеют шесть). Эти многочисленные кодоны иногда называют «избыточными», что часто понимают как «более, чем необходимыми» или «излишними». Тем не менее, дополнительные кодоны оптимизированы таким образом, что наиболее вероятные однобуквенные ошибки (мутации) в коде, скорее всего, не меняли аминокислоту, или по крайней мере изменяли её на химически подобную (таким образом, причиняя меньше вреда структуре производимого белка).
Дополнительные кодоны также участвуют в сложной системе контроля количества синтезируемого белка, т.н. «контроль уровня транслирования». Эта система работает у бактерий и у высших организмов.
Не существует способа, благодаря которому система кодирования могла бы развиться последовательными шагами, и через них оптимизироваться: если работоспособная система кодирования уже возникла, код не может стать другим, поскольку это потребует одновременного изменения в системе декодирования – потрясающе невероятное событие. Поэтому оптимизированный код не может быть объяснен иначе как очередная невероятная «счастливая случайность природы», произошедшая как раз при предполагаемом возникновении жизни.
Не просто система кодирования, но информация
Необходимо объяснить не только происхождение системы хранения закодированной информации, но также и происхождение самой информации, то есть спецификаций для производства белков и т.п., хранимой в ДНК. Возвратимся к простейшей клетке, полученной путем удаления генов жизнеспособного свободноживущего микроба, чтобы увидеть, какие из них были «жизненно важными». Эта минимальная клетка должна иметь более 400 белков и РНК компонент. Спецификации для их производства должны быть закодированы в ДНК, в противном случае эта гипотетическая клетка не может производить их или воспроизводить себя, создав еще одну клетку. Чтобы напечатать эту информацию, закодированную с помощью четырех «букв» ДНК, понадобилась бы большая книга.
Согласно аналогии Пола Дэвиса, эта проблема подобна компьютерной программе. Как мы можем объяснить существование программы? Существует, во-первых, язык программирования (Python, Fortran, C++, Basic, Java и т.д.), но также есть фактический набор инструкций, написанных на этом языке. Проблема ДНК также двойная; происхождение языка программирования и происхождение программы.