Живое и неживое. В поисках определения жизни - Карл Циммер
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
В 1963 г. Холдейн отправился во Флориду, чтобы изложить свои соображения на конференции, где присутствовали Опарин и другие ведущие специалисты по проблеме происхождения жизни. Свой доклад исследователь озаглавил «Данные, необходимые для проекта первого организма» (Data Needed for a Blueprint of the First Organism)[318]. Он мысленно реконструировал эту давно канувшую в небытие форму жизни – своего рода версию батибиуса. Предполагалось, что это был свободноживущий микроорганизм, хранивший свою наследственную информацию в РНК, а не в ДНК. Он мог использовать свои РНК-гены как инструкцию по синтезу белков, которые затем могли производить новые копии его же генов. Сколько генов было достаточно для подобной основанной на РНК жизни, Холдейн сказать не мог. «Первоначальный организм, быть может, состоял всего лишь из одного так называемого гена РНК»[319], – предположил он.
Эта идея была убедительной[320] – более того, настолько убедительной, что независимо пришла также в голову Крику и другим ученым. Но Крик, Холдейн и все остальные сторонники гипотезы РНК-жизни могли обсуждать ее только в самых туманных выражениях. На современной Земле единственные основанные на РНК формы жизни – это вирусы, которые для размножения нуждаются в хозяине. РНК-жизнь на древней Земле должна была как-то справляться сама.
_______Путешествие Дэвида Димера в Россию на вулкан началось в 1975 г. – с беседы за сэндвичем с огурцом в придорожном английском кафе. Он перекусывал на пару с британским биофизиком Алеком Бэнгхемом, и разговор у них шел о мембранах.
Живому необходимы гены для наследственности и белки для метаболизма, но для выживания ему требуются еще и мембраны. Они представляют собой заслоны, удерживающие внутри химию живого и обеспечивающие ее работу. Жизнь, насколько известно, не способна существовать в виде ничем не отграниченного облака химических соединений. Но лишь в 1950-е гг. Бэнгхем и другие исследователи занялись анализом мембран и впервые установили, из чего они состоят.
Один из наиболее распространенных типов молекул в мембранах – цепочки атомов углерода, которые называются липидами. Одни липиды короткие, другие длинные; некоторые украшены иными элементами, например кислородом, отчего их химические свойства меняются. Но все липиды объединяет удивительная способность к самоорганизации. Один конец такой цепочки отталкивает молекулы воды. Другой притягивает. Если свободные липиды плавают в воде, они самопроизвольно собираются в двуслойную пленку. Гидрофобный (водоотталкивающий) конец обращается внутрь, гидрофильный (притягивающий воду) – наружу. В начале 1960-х гг., взбалтывая эти пленки, Бэнгхем обнаружил, что они распадаются, а затем перестраиваются в трехмерные конфигурации. Вначале они образовали змеевидные трубки. Затем те расщепились на полые шарики. Эти жировые шарики получили название «липосомы».
У Димера, который был восемью годами моложе Бэнгхема, липиды уже входили в программу обучения в аспирантуре Университета штата Огайо, где молодой исследователь извлекал их из яичных желтков, листьев шпината и крысиной печени. После защиты диссертации он переехал в Калифорнию и стал работать в отделении Калифорнийского университета в Беркли, где научился замораживать мембраны и затем раскалывать их для изучения внутренней структуры. Димер продолжил это направление исследований, получив должность в отделении того же университета в Дейвисе. В возрасте 36 лет он нашел возможность поработать год в Англии с Бэнгхемом.
Совместно ученые провели серию важных исследований липидов. Они сконструировали шприц, позволявший получать много липосом[321] одинакового размера. Подобные инновации позже превратят липосомы в инструмент медицины. Фармацевты станут помещать в них свои препараты, чтобы доставлять те внутрь клетки. Когда началась пандемия COVID-19, производители вакцин отправили ослабленные дефектные вирусные гены в липосомы, чтобы затем они могли попасть в наши клетки.
В один прекрасный день 1975 г. Бэнгхем с Димером ехали на машине в Лондон. Когда они остановились пообедать в придорожном кафе, Димер упомянул, что слышал, будто у Бэнгхема есть какая-то теория зарождения жизни. Ему было любопытно узнать какая.
В ответ тот сказал, что жизнь началась с липосом.
_______Для Холдейна и его последователей главный признак жизни – наличие генов. Для последователей Опарина главный вопрос о происхождении жизни – как появился метаболизм. Но для возникновения жизни были необходимы также границы, и работа с липидами привела Бэнгхема к предположению, как именно могли образоваться первые примитивные клетки. Если на древней Земле имелись липиды, они должны были самопроизвольно собираться в липосомы – готовые контейнеры для молекул жизни. Чтобы произвести прообразы ДНК, РНК и белков, планете понадобилось бы гораздо больше времени. Крупный недостаток идеи Бэнгхема заключался в том, что неизвестно было, существовали ли липиды до появления жизни. И даже если существовали, неизвестно, обладали ли эти первозданные молекулы липидов нужными свойствами, чтобы образовать полые оболочки для будущей жизни.
Бэнгхем и Димер поговорили об этих фундаментальных вопросах, доели сэндвичи и поехали дальше в Лондон. «Я подумал: вернусь в Дейвис – надо будет узнать, какие из липидов умеют собираться в липосомы», – рассказывал мне потом Димер.
Один из аспирантов Димера, Уилл Харгривс[322], вызвался испытать ряд разных липидов. Он двигался от длинных молекул к коротким. Большинство липидных молекул в живых клетках содержат 12–18 атомов углерода, но Харгривс обнаружил, что даже десятиуглеродные липиды способны давать стабильные липосомы.
Когда в 1980 г. Харгривс защитился, Димер все еще не знал, могли ли в действительности на древней Земле синтезироваться короткие липидные цепочки. Вскоре он познакомился с сотрудником NASA Шервудом Чаном, который помог ему разобраться в этом. Чан был обладателем необычного камешка размером около 2 см и охотно поделился его кусочком с Димером.
Этот камешек когда-то входил в состав астероида, образовавшегося при рождении Солнечной системы 4,57 млрд лет назад. С ним столкнулся другой астероид и отколол от первого кусочек породы, который блуждал по Солнечной системе до 1969 г., пока не оказался по соседству с нашей планетой. Гравитационное поле Земли жадно затянуло метеорит, и однажды поутру жители австралийского города Мерчисона увидели, как по небу летят огненные шары, за которыми стелется дым. Затем последовал громовой удар. Рассредоточившись по окрестностям, местные жители нашли в полях сотни черных камней.
Некоторые из них попали в руки специалистов NASA, обнаруживших, что в действительности находки можно назвать скоплениями минеральных зерен. Еще более удивительным оказалось содержимое некоторых из этих зерен – там нашлись аминокислоты, а также множество других органических соединений. Мерчисонский метеорит[323] продемонстрировал, что для возникновения ингредиентов жизни не требовалось уповать на химические процессы, свойственные нашей родной планете. Многие из ее кирпичиков образовались в космосе и затем упали на Землю[324].
Чан передал Димеру крохотный образец Мерчисонского метеорита. В Дейвисе тот обработал его хлороформом и другими реактивами, чтобы извлечь липиды, которые могли там содержаться. Затем он налил получившийся раствор на предметное
