Живое и неживое. В поисках определения жизни - Карл Циммер
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Как только хлороформ улетучился, Димер смочил стекло водой и посмотрел на него в микроскоп. Он увидел движение, организацию. Вода проникла в сухой экстракт, который разбух и превратился в шарики. Димер получил липосомы![325] Он расчехлил камеру и принялся неистово фотографировать их. Этот момент стоило увековечить – ведь такое случается раз в 4,5 млрд лет.
Результаты опыта указывали на то, что липиды, выпадавшие из космоса, могли самопроизвольно образовывать стабильные липосомы. Но сами по себе липосомы всего лишь пустые оболочки. Димер и его студенты принялись экспериментировать, смешивая их с органическим молекулами, чтобы узнать, можно ли наполнить эти оболочки предшественниками жизни. Если они высушивали липосомы с ДНК, а затем возвращали их в водную среду, те восстанавливались так, что ДНК оказывалась внутри.
Эти эксперименты привели Димера к мысли о протоклетке, содержащей фермент, способный синтезировать молекулы РНК. Однако чтобы построить РНК, нужно откуда-то взять основания. Если на древней Земле образовывались и основания, протоклетка могла вбирать их в себя. Но это решение порождало новую проблему. Наши клетки поглощают вещества из окружающей среды с помощью специальных каналов (канальных белков), кодируемых генами. Древние протоклетки должны были владеть намного более простым способом захвата оснований. Возможно, молекула, проплывая мимо протоклетки, прилипала к ее мембране, а затем медленно затягивалась внутрь.
Димер и его коллеги решили смоделировать древнюю мембрану и посмотреть, как она будет работать. Они изготовили липидные слои, на которых разместили белки. А затем добавили различные соединения, чтобы проверить, смогут ли белки провести их с одной стороны липидного слоя на другую.
В 1989 г. Димер сделал перерыв в своей работе и отправился в отпуск в Орегон. Во время долгой поездки вдоль реки Маккензи он продолжал размышлять о протоклетках и о том, как они могли поглощать молекулы. Мысли Димера блуждали, пока в воображении не нарисовались потоки оснований, вливающиеся в протоклетки по прообразам каналов. Но как их затянуть внутрь? А скажем, с помощью электрического поля. Димер представил себе, как основание медленно протягивается по каналу, не пропуская следующие за ним более мелкие заряженные частицы, словно это неспешно ползущий грузовик, за которым выстроилась очередь легковушек. Исследователь понял, что такая пробка моментально замедлит электрический ток в канале. Он задумался: что получится, если измерять силу тока в канале по мере продвижения основания?
«Мы полагали, что, возможно, увидим небольшой пик», – вспоминал он потом.
А что, если вместо одного основания попытаться протащить целый отрезок ДНК? Будет ли вместо одного пика наблюдаться ряд небольших? У каждого из четырех оснований ДНК свои размер и форма. Что, если пики будут отличаться? Что, если он сможет расшифровать последовательность отрезка ДНК, протянув ее сквозь канал?
Внезапно прямо посреди Каскадных гор Димер осознал, что размышления о происхождении жизни привели его к чему-то совсем неожиданному. Оказывается, он обдумывал метод прочтения ДНК.
Для 1989 г. идея быстрого чтения последовательностей ДНК представлялась чуть ли не волшебством. Стандартные методы того времени работали так медленно, что ученым удавалось прочесть лишь несколько сотен оснований в день. В таком темпе им потребовалось бы 100 000 лет на секвенирование генома одного-единственного человека. Некоторые ученые мечтали ускорить этот процесс, и теперь Димер стал одним из таких мечтателей. Ему виделось, как ДНК пробивается сквозь канал, распевая свою последовательность в виде электрической арии.
_______По окончании орегонской поездки 1989 г. Димер взял красную ручку и изобразил свое видение в блокноте. Он нарисовал ДНК, проскальзывающую по каналу. Набросал воображаемый график скачков напряжения, которые в его представлении вызывались каждым из оснований. «Канал должен быть в сечении соизмеримым с ДНК»[326], – написал исследователь.
Димер заручился поддержкой других ученых, чтобы те помогли ему с реализацией этой идеи. Для начала – с целью создания дорожной пробки из ДНК и других молекул-участниц – требовалось подобрать канал нужного размера и формы. В 1993 г. Дэвид узнал о канале, способном справиться с этой задачей, – это гемолизин, который вырабатывают бактерии. Он отправился в лабораторию специалиста по гемолизину Джона Касьяновича из Национального института стандартов и технологии в Мэриленде. С собой он вез нити РНК, чтобы вдеть их в молекулярную иголку.
Объединив усилия, Димер и Касьянович создали липидную мембрану, закрывающую круглое отверстие. В середину мембраны они внедрили гемолизиновый канал. Когда исследователи включили электрическое поле, им удалось по этому каналу протащить кусочки РНК. И они увидели ряд пиков. Их число совпало с числом оснований в этих кусочках.
Результатов успешного эксперимента хватило для статьи, и она была опубликована в 1996 г.[327] Но до прибора, читающего ДНК, было еще далеко. Еще предстояло определить, как различать между собой четыре основания. Димеру и Касьяновичу представлялось что-то вроде вымаранных предложений в отредактированном правительственном документе. Можно было сосчитать количество букв в них, но ученые понятия не имели, какие слова были записаны этими буквами.
Один из бывших студентов Димера, Марк Эйксон, вернулся в Калифорнию, чтобы возглавить посвященный этому проект. Его целью было научиться распознавать замаскированные буквы. Эйксон и его коллеги настроили свою электронику так, чтобы различать еще более тонкие колебания силы тока, одновременно понизив чувствительность приборов к окружающим шумам. Они воспользовались тем, что молекулы двух из четырех оснований ДНК – аденина и гуанина – намного крупнее, чем цитозин и тимин. Эйксон и его коллеги доказали, что большие основания дают значительные спады силы тока, а малые – менее значительные[328].
Димеру еще не удавалось различать язык генов отчетливо. Но теперь, по крайней мере, он мог отличить гласные от согласных.
_______С Дэвидом Димером я познакомился в 1995 г.[329] Я приехал в Санта-Круз, куда исследователь перебрался после того, как женился на Оулёв Эйнарсдоттир – она преподавала в местном отделении Калифорнийского университета, размещавшемся на северной окраине города. Димер променял сельские равнины Дейвиса на мрачные красоты побережья, где на пляжах возлежали морские слоны, а на них со склонов холмов взирали сосны и секвойи. В первый же вечер в Санта-Крузе я пошел гулять в центр города.
Там все еще были видны последствия землетрясения Лома-Приета, случившегося шестью годами ранее. Я проходил мимо безмолвных заброшенных зданий, по открытым ранам темных, запустелых улиц. Утром я отправился в лабораторию Димера.
«Хотите понюхать космос?» – спросил исследователь. И сунул мне под нос образец липидов Мерчисонского метеорита. Повеяло чердаком. «Хотите услышать инсулин?» – снова спросил он. Несколько лет назад Димер перевел генную последовательность в буквенную музыкальную нотацию: аденину соответствовала буква A, гуанину – G, цитозину – C, а тимин, за неимением буквы T в нотном ряду, стал E[330]. Ученый стал пропевать мне вполголоса последовательность букв в гене инсулина, отдаленно это напоминало песню.
Тогда Димеру
