Если записать рецепт белка на листке и отдать его в типографию, опечатка в одной букве может испортить весь тираж. Клетка сталкивается с той же проблемой, когда копирует свою ДНК — длинную инструкцию из четырёх химических «букв». Но типография не просто перепечатывает текст: каждая буква в новой цепи собирается из отдельных деталей, плавающих вокруг, и на каждую тратится энергия.
Авторы работы подошли к этому процессу как к передаче сообщения по шумному каналу. Они подсчитали, сколько информации теряется при копировании, и увидели неожиданную вещь. Даже если ошибок очень мало — скажем, одна на тысячу букв — потеря информации оказывается в разы больше, чем можно было бы подумать. Всё из-за того, что связь между числом ошибок и потерянной информацией не прямая: первые же сбои резко обрубают точность, как трещина, пересекающая тонкую нить.
Почему же природа не выбрала самый дешёвый путь? Потому что дешевизна обернулась бы катастрофой: при малых затратах энергии на сборку буквы начинали бы склеиваться сами собой, без команды. Четырёхбуквенный код ДНК оказался золотой серединой — не самым экономным, но зато надёжно защищённым от случайной самосборки. Клетка словно платит двойную цену за то, чтобы инструкция не превратилась в кашу из букв.
Такой взгляд на копирование ДНК даёт новый инструмент для оценки любых механизмов исправления ошибок — будь то в живой клетке или в синтетических полимерах будущего. А пока можно сказать, что жизнь переплачивает за точность, и это та переплата, которая стоит каждого затраченного кванта энергии.
Если бы ДНК копировалась с оптимальной по энергии эффективностью, каждая клетка экономила бы около трети энергии на этом процессе — но при этом мутации происходили бы лавинообразно, и организм не выжил бы.
В романе «Парк юрского периода» динозавров воскрешали, заполняя пробелы в ДНК лягушачьими генами — и дорого платили за ошибки копирования, которые в реальности природа старательно предотвращает.