Живое и неживое. В поисках определения жизни - Карл Циммер

Возможно, размышлял исследователь, ПАУ из метеоритов встраивались в липосомы. При столкновении с фотонами ПАУ испускали электроны, которые можно было использовать. Они могли генерировать энергию, необходимую протоклеткам для осуществления химических процессов.

Никто не мог сказать, работает ли этот сценарий, ведь никто раньше не пробовал смешивать ПАУ с липосомами. И вот Димер со своими студентами попробовал.

«Хорошо бы заставить их связывать энергию в полезной форме, – сказал мне Димер. – Потому что пока мало кто впечатлен этой гипотезой».

Четыре года спустя, в 1999 г., на конференции по проблемам происхождения жизни Димер познакомился с российским вулканологом Владимиром Компаниченко. Услышав, что Дэвид одержим первобытными водоемами, Компаниченко пригласил его приехать на Камчатку. Для Димера это стало бы самым доступным аналогом путешествия во времени. Камчатка изобилует действующими вулканами[335], и условия в тех местах настолько суровы, что живое там редкость. Отправившись туда, Димер сможет исследовать озера в кратерах, горячие источники, лужи и всевозможные прочие водоемы. Вместо того чтобы воображать себе химические условия древней Земли, он сможет наблюдать их своими глазами.

Димер принял предложение Компаниченко. В 2001 г. он организовал научную экспедицию на Камчатку. Ее участники перелетали от вулкана к вулкану на военном вертолете, а внизу по тундре разбегались бурые медведи. Одно вулканическое озеро было бирюзового цвета, другое покрывала нефтяная пленка – не потому, что кто-то разлил там бензин, а из-за быстрого распада растительного материала, падавшего в воду. Обычно на то, чтобы растительные остатки превратились в нефть, уходят сотни миллионов лет. В этом странном месте хватало просто сотен.

На склонах вулканов Димер зачерпывал воду из дымящихся фумарол и изучал горячие источники, окруженные кольцами осадка, как слив в ванне, – это были результаты именно тех циклов намокания и высыхания, которые он надеялся отыскать в природе. Озерца содержали различные комбинации минералов, нагревались до разных температур и были несхожими во многих других отношениях. Для американского исследователя здесь было столько интересного, что он понял: ему придется вернуться. Как раз во вторую поездку, в 2004 г., он и привез свой порошок жизни[336].

Тридцать лет Димер изучал происхождение жизни, следуя по стопам Стэнли Миллера – в стенах лаборатории. Он проводил эксперименты в стеклянных пробирках, контролируя чистоту ингредиентов и температуру. Этот контроль позволял ему определять достоверность полученных результатов. Но он также оставлял почву для размышлений, действуют ли процессы, смоделированные в лаборатории, в непредсказуемом мире, где организмам приходится выживать.

Как только Димер высыпал свой порошок в лужу на Мутновской сопке и появилась пена, он понял, что произошло нечто необычное. Пена состояла из липидов, собравшихся в мембраны. Но, чтобы точно установить, что именно он наблюдал, исследователю необходимо было вернуться в Санта-Круз. Вместе с коллегами он обнаружил, что большинство соединений из его порошка прилипали к частицам глинистой взвеси в воде. Но были и такие, которых захватывали липиды. Они не обратились моментально в пузырьки, как в лаборатории Димера. В воде с ними прореагировали железо и алюминий, превратив их в плавучие хлопья.

На Мутновской сопке ученому не удалось создать жизнь с нуля, но результат глубоко повлиял на его размышления. Все водоемы и источники на вулкане имели высокую температуру и сильную кислотность, но во многих отношениях они различались. В некоторых водоемах содержались частицы глины или других соединений алюминия, способные помешать развитию жизни. В других же, напротив, условия благоприятствовали ей. Димер приступил к изучению разнообразия гидротермальных источников в других частях света. Иногда он ездил туда сам, иногда организовывал полевые экспедиции для своих коллег и студентов. Они побывали в Йеллоустоне, на Гавайях, в Исландии. В Новую Зеландию[337] коллега Димера Брюс Деймер взял с собой алюминиевый блок, заполненный пробирками. В каждой пробирке была высушенная пленка из РНК и других химических соединений. Деймер воткнул пробирки в осадок в источнике и периодически заливал в них термальную воду из него. В результате в этих пробирках удалось получить липосомы, содержавшие небольшие цепочки РНК.

Экспедиции были дорогими, трудными и довольно короткими. Чтобы продолжать исследования у себя дома в Санта-Крузе, Димер изготовил искусственный вулканический пруд. «Я имитирую то, что видел на Мутновской сопке», – объяснил он мне.

Ученый сконструировал прозрачный пластиковый ящик размером с чемодан. Он как следует заделал швы, чтобы можно было заполнить внутреннее пространство углекислым газом, создав атмосферу, подобную той, что существовала на Земле 4 млрд лет назад[338]. Внутрь ящика Димер поместил металлический диск с отверстиями по окружности, куда можно было вставить 24 пробирки. Каждая пробирка воспроизводила один из камчатских водоемов – в ней была горячая закисленная вода с различными соединениями наподобие тех, которые обнаружились в источниках на Мутновской сопке. Исследователь изобрел собственный цикл высыхания и намокания. Диск медленно вращался, так что каждая пробирка дважды в сутки в течение получаса находилась под трубкой, из которой дул углекислый газ. Вода испарялась, оставляя кольца осадка химических соединений. Диск продолжал вращаться, и высушенная пробирка оказывалась под другой трубкой, из которой брызгала вода.

В эти пробирки Димер со своими коллегами поместил липиды и основания – строительные кирпичики ДНК и РНК. После того как сосудики в течение нескольких часов подверглись чередованию намокания и высыхания, в них обнаружились липосомы с захваченными основаниями внутри. А в части этих пузырьков оказалось нечто еще более примечательное: основания соединились. Некоторые из новых молекул достигали длины в сотни нуклеотидов. «Мы создали РНК-подобную молекулу»[339], – сказал исследователь.

В наших собственных клетках основания образуют связи только посредством высокоспециализированных ферментов. Димер со своей командой обошел это требование, воспользовавшись необычными химическими условиями первобытного водоема. Высыхая, липосомы сливались и сплющивались в листы. Эти тонкие слои становились жидкими кристаллами, в которых основания уже не скакали в постоянном возбуждении. Они выстраивались упорядоченно[340], и в таком виде у них было больше вероятности образовать связи. Когда в пробирки снова попадала вода, слои разбухали и от них отпочковывались пузырьки, унося с собой РНК-подобные молекулы. С каждым циклом намокания и высыхания молекулы удлинялись.

В РНК-мире Уолтера Гилберта первые живые создания нуждались в рибозимах для синтеза новых молекул РНК. Теперь опыты Димера подсказывали еще более радикальную возможность: не нужно было никаких рибозимов, потому что липиды справлялись с синтезом РНК самостоятельно. Это исследование говорило о том, что миру РНК мог предшествовать Липидный мир[341].

Второй раз я приехал к Дэвиду Димеру осенью 2019 г. Со времени моей первой поездки в Санта-Круз прошло более двух десятков лет. Я стал седовласым отцом семейства, а Димер только что отпраздновал 80-й день рождения. Я прилетел в Сан-Франциско по рабочим делам, и Дэвид настоял на том, чтобы вечерком встретиться со