Живое и неживое. В поисках определения жизни - Карл Циммер
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Рибозимы продемонстрировали, что РНК способна выполнять две функции одновременно: хранить генетическую информацию, как ДНК, и осуществлять ферментные реакции, как белки. В 1986 г. гарвардский биохимик Уолтер Гилберт с учетом этого открытия усовершенствовал гипотезы Холдейна и других о происхождении жизни. Он назвал свою теорию «мир РНК»[331].
Гилберт предположил, что жизнь с самого начала использовала только РНК – задолго до того, как вообще появились ДНК и белки. Этой форме жизни был придан набор молекул РНК, каждая из которых выполняла худо-бедно определенную функцию. Одни могли хранить и передавать генетическую информацию, а другие – захватывать химические соединения для синтеза новых молекул РНК. Жизнь, основанная на РНК, была способна эволюционировать, так как в ходе копирования генов совершались и ошибки.
Впоследствии, предполагал Гилберт, у РНК-жизни сформировались белки и ДНК. Возможно, молекулы РНК приобрели способность соединять аминокислоты в совсем коротенькие белковые цепочки. Эти новые молекулы способствовали выживанию клеток, а когда белковые молекулы стали длиннее, то, вероятно, оказались эффективнее молекул РНК. Гены РНК, судя по всему, эволюционировали в двухцепочечную форму ДНК, которая оказалась более надежным способом кодирования наследственности.
Гилберт следовал геноцентрической традиции Холдейна. Он полностью сосредоточился на эволюции молекул РНК, не уделяя внимания их упаковке в клетке. С помощью своих липосом Димер попытался поднять новый вопрос – как раз об упаковке.
Он предположил, что протоклетки могли образоваться из липидов, занесенных метеоритами. Какие-то космические пришельцы наверняка падали на новорожденные вулканы, вздымавшиеся над уровнем моря. Принесенные ими липиды смывало в небольшие водоемы и горячие источники – вместе с целым набором других потенциальных кирпичиков белков и РНК. Периодически вода испарялась, а на ее месте оставалось нечто вроде первобытной высохшей ванночки. Затем сухой осадок в этой ванночке снова заливало дождем или наводнением.
Совместно с Аджоем Чакрабарти, молодым специалистом из его лаборатории, Димер воспроизвел для меня эти древние химические процессы[332]. Он открыл банку с липидами яичного желтка и добавил немножко в пробирку с водой. Ее содержимое помутнело, наполнившись микроскопическими пузырьками.
Затем Димер взял вторую пробирку и добавил в нее сухие белесые волоконца ДНК из молок лосося, словно повар, посыпающий блюдо шафраном. (ДНК молок лосося дешева, и ее легко приобрести у поставщиков биоматериалов; она вполне пригодна в качестве замены РНК.) Волокна ДНК стали клейкими. Димер подсыпал в раствор флуоресцентной краски для ДНК. Затем он смешал липиды и ДНК на нескольких предметных стеклах.
«А не подогреть ли нам это?» – спросил он Чакрабарти.
Тот включил нагреватель и поместил предметные стекла на его поверхность.
«Вот наша приливная лужица», – сказал Димер.
В древней луже могли плавать липосомы, собравшиеся из липидов. Под действием солнечных лучей вода из лужи испарялась, и липосомы подтягивались ближе друг к другу. Соприкасаясь, они сливались. При дальнейшем испарении из пузырьков образовывались слои, между которыми, словно в бутерброде, оказывались другие молекулы.
То же происходило и на предметном стекле. Через несколько минут Димер снял его с горячей поверхности. ДНК и липиды засохли тонкой пленкой. Затем исследователь снова заполнил свою миниатюрную приливную лужицу несколькими каплями воды. Смоченное стеклышко он поместил под флуоресцентный микроскоп, и Чакрабарти выключил свет.
В окуляр я увидел, как липиды струйками выстреливают из сухой пленки в окружающую воду. Поначалу они извивались, подобно змейкам, но постепенно сформировались в пузырьки. Одни были тусклыми, зато другие ярко светились флуоресцентной зеленой краской, сигнализируя, что заглотили ДНК.
И все же эти экзерсисы отнюдь не были доказательством, что жизнь зародилась именно так. Димер хотел всего лишь продемонстрировать один из этапов сценария, к которому склонялся он и его единомышленники. В то время они подвергались непрерывным нападкам скептиков, не веривших в РНК-мир. Пока еще никто не представлял себе, из каких простых кирпичиков могли образоваться первые молекулы РНК. А место, где могла зародиться жизнь, многие ученые искали не в вулканических водоемчиках, которым отдавал предпочтение Димер. Их взгляд обращался на дно океана.
В 1970-е гг. океанографы изучали срединно-океанические хребты – расположенные по всему океаническому дну образования вдоль швов между литосферными плитами, где из недр земли поднимается магма и наращивает морское дно. К своему удивлению, ученые обнаружили кое-где на этих хребтах гигантские черные трубы, изрыгающие темный дым. Оказалось, что трубы эти – глубоководные горячие источники. Морская вода попадает в разломы хребтов, где нагревается и вступает в реакции с окружающими минералами. Поднявшаяся обратно к поверхности дна, она уже насыщена подземными химическими соединениями. На выходе компоненты раствора мгновенно вступают в реакцию с холодной морской водой и выпадают в осадок в виде полых конусов и труб.
При более пристальном рассмотрении исследователи обнаружили, что эти трубы обитаемы[333] и их экосистемы не похожи ни на одну из известных на Земле. Микроорганизмы извлекали энергию из химических соединений, изрыгаемых источниками. Потом они становились кормом для более крупных организмов. По стенам труб ползали слепые креветки. Словно бамбуковые рощи, росли трубчатые черви. Более 4 млрд лет назад, когда расплавленный шар Земли остыл и обзавелся корой, в древнем океане таких источников должно было быть множество. Высокая температура и характерные для них необычные химические соединения могли благоприятствовать появлению генов, метаболизма и клеток[334].
Димер не растерялся и привел свои возражения. Пребиотическая манна небесная – выпадающие из космоса органические соединения – рассеялась бы на безбрежных просторах океана, не дойдя до горячих источников на дне. Образовавшиеся в океане липосомы лопнули бы от избытка солей.
Исследователю по-прежнему предстояло много работы. Если жизнь зародилась в поверхностных лужицах, ей бы потребовался какой-то способ получать энергию. Современные водоросли и бактерии в водоемах умеют усваивать солнечный свет, но для этого у них есть сложные комплексы белков. У протоклетки в распоряжении не было столь мудреной природной солнечной батареи. Тогда Димер задался вопросом: что, если вокруг нее уже плавали простые солнечные батареи? В Мерчисонском метеорите, помимо прочего, содержались молекулы полициклических ароматических углеводородов, сокращенно ПАУ. Когда на ПАУ попадает свет, он
