Живое и неживое. В поисках определения жизни - Карл Циммер
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Ученый открыл своим читателям глаза на важное обстоятельство: та Земля, на которой зарождалась жизнь, значительно отличалась от планеты, на которой мы живем сейчас.
Мы дышим воздухом, в котором 21 % кислорода. Его молекулы постоянно исчезают из атмосферы, так как легко реагируют с другими соединениями. Планетарный запас кислорода пополняют растения, водоросли и фотосинтезирующие бактерии. До появления жизни атмосфера, вероятно, была почти бескислородной. Александр Иванович понял, что в подобном мире химические реакции должны были протекать совсем иначе, нежели в наше время. И привел аргументы в пользу того, что некоторые из этих реакций дали начало первым кирпичикам жизни.
Опарин предполагал, что пар из вулканов мог реагировать с минералами, образуя углеводороды. Те могли, в свою очередь, проходить через новые реакции, с формированием более сложных соединений. Соединения начали слипаться в капли и захватывать молекулы из окружающей среды. Они производили подобные себе капли и постепенно превратились в известную нам клеточную жизнь.
У советского исследователя не было машины времени, чтобы побывать на юной Земле и проверить, правилен ли его сценарий. Ученым для проверки своих гипотез, их уточнения и переработки еще только предстояло проводить эксперименты и собирать данные о Земле и других планетах.
«Этот путь труден и длинен, – предостерегал Александр Иванович, – но зато он надежно ведет нас к познанию жизни»[312].
Опарин был не единственным в 1920-е гг. ученым, кто задумывался о детстве Земли. В 1929 г. упоминавшийся выше Дж. Холдейн[313] опубликовал собственную статью о происхождении жизни. Хотя советский и английский исследователи тогда не знали друг о друге, их мысли шли параллельными путями, обращаясь к тем временам, когда впервые возникли живые организмы. «Полагаю, мы имеем право строить предположения о происхождении жизни на этой планете»[314], – писал Холдейн.
Как и Опарин, он догадывался, что в этих предположениях основную роль должны играть различия между нынешней Землей и новорожденной. Ученый размышлял о воздействии ультрафиолета на воду, углекислый газ и аммиак, в результате которого появились сахара и аминокислоты, накапливавшиеся в океане, пока он не приобрел консистенцию, по выражению Холдейна, «горячего разбавленного бульона».
При всех сходствах рассуждений внимание Опарина и Холдейна было сосредоточено на разных аспектах жизни. Александр Иванович, по сути, рассматривал ее как химическую проблему. Загляните в указатель к «Возникновению жизни на Земле», и вы найдете там множество терминов из области метаболизма – вроде «гидролиза» или «окисления». Но там нет «гена», нет «наследственности».
Холдейн же был в первую очередь генетиком, и для него главный вопрос о происхождении жизни заключался в том, как она начала копировать наследственную информацию. Он считал, что гены возникли на самой заре жизни. Сейчас они окутаны многочисленными слоями белков и мембран внутри наших клеток. Но первые гены должны были представлять собой голые молекулы, строившие копии самих себя из Холдейнова «горячего разбавленного бульона».
Через пару десятков с лишним лет после того, как Холдейн и Опарин выдвинули свои идеи, о них впервые услышал старшекурсник Чикагского университета, представитель уже следующего поколения. Узнав об этих идеях на одном из кафедральных семинаров, Стэнли Миллер был заинтригован, но вместе с тем озадачен: почему никто до сих пор не подтвердил эти идеи экспериментально? Самому Миллеру было неинтересно заниматься опытами; он вообще считал эксперименты пустой тратой времени[315]. Он предпочитал высокую теоретическую науку и собирался провести годы аспирантуры, размышляя о том, как звезды синтезируют новые элементы.
Планы эти провалились, когда научный руководитель[316] Миллера уехал из Чикаго, приняв должность в Калифорнии. Отчаянно нуждаясь в исследовательском проекте, Стэнли вернулся мыслями к происхождению жизни. Чем больше молодой человек раздумывал о нем, тем менее безумным казался ему эксперимент по проверке идей Опарина. Миллер не собирался создавать радиобов, а тем более настоящую жизнь. Он собирался всего лишь проверить предположение, что химические процессы древней Земли давали начало органическим молекулам.
Семинар, на котором Миллер услышал об Опарине, проводил лауреат Нобелевской премии по химии Гарольд Юри. Миллер отловил нобелиата в его кабинете и предложил тому свой план. Юри ответил, что для аспиранта это неудачная идея, так как из нее, скорее всего, ничего не выйдет. Он пытался склонить Миллера к другим проектам, не столь амбициозным, но более надежным, например к описанию химического состава метеоритов. Но Миллер был непоколебим, и в конце концов Юри сдался. Он дал молодому человеку год на то, чтобы тот похимичил в его лаборатории. Если за год у Миллера ничего не получится, с ним придется попрощаться.
Для опыта Миллер и Юри взялись имитировать условия древней Земли на лабораторном столе. «Тогда мы сконструировали стеклянный аппарат, вмещавший модель океана, атмосферы и конденсатор дождя»[317], – вспоминал позже Стэнли.
В эту емкость Миллер добавил газы, которые, как считалось, были типичными для древней Земли: водяной пар, метан, аммиак и водород. Энергию для химических реакций в те далекие времена, по предположению Миллера, давали молнии, поэтому он вставил в аппарат электроды, чтобы вызывать искры. После нескольких предварительных проб и уточнений Миллер включил аппарат и оставил его работать всю ночь.
На следующий день раствор превратился в красноватую жижу. Опорожнив сосуд, Миллер обнаружил, что теперь в жиже были аминокислоты – строительные кирпичики белков – наряду со множеством других углеродсодержащих молекул.
Свои результаты Стэнли опубликовал в мае 1953 г., в нежном возрасте 23 лет. «Реакция на статью ошеломила меня», – вспоминал он впоследствии. Как некогда Джона Батлера Бёрка, Миллера осаждали толпы репортеров. Весть о его эксперименте стала настолько сенсационной, что Институт Гэллапа провел опрос с целью узнать, сколько людей верит в возможность создания жизни в пробирке. Утвердительный ответ дали лишь 9 %.
Одним-единственным экспериментом Миллер положил начало новой области науки, которой было дано название «пребиотическая химия». Ученые воспроизвели синтез аминокислот и даже получили некоторые из оснований, входящих в состав нынешних ДНК и РНК. Пожилой к тому времени Холдейн, в молодости ставший одним из основных сеятелей идей на этом поле, теперь наблюдал плоды в виде новых открытий. Он также вдохновлялся идеями исследований молекулярных биологов, к примеру Фрэнсиса Крика, стремившихся установить, как живое хранит информацию в генах и извлекает ее оттуда.
Даже в 1960-е гг. у Холдейна оставались свежие идеи для посева. Он пришел к выводу, что жизнь – «бесконечное воспроизводство крупных сложно устроенных молекул». Изначально их устройство должно было быть намного проще того, что имеется в наши дни. Тот факт, что
