Тимо Зибер - Дикие гены

Но здесь вопросы о происхождении жизни не заканчиваются, потому что даже короткий фрагмент РНК (или чего-то похожего) представляет собой весьма сложную структуру.

Чтобы она появилась, нужны подходящие строительные материалы. Кроме того, мембраны в мире РНК состояли из жирных кислот, которые тоже должны были откуда-то взяться. Сегодня жирные кислоты, аминокислоты и компоненты РНК и ДНК производятся сложными клеточными механизмами, но как это происходило до возникновения жизни? Ответ на данный вопрос представляет собой последнюю ступеньку крыльца, по которому мы спускаемся на улицу. Давайте сделаем этот шаг.

История поистине захватывающая. У ее истоков стояли русский биохимик Александр Иванович Опарин и английский биолог Джон Холдейн. В 1920-е годы оба предполагали, что на ранних стадиях развития Земли атмосфера состояла из очень агрессивных газов: метана, аммиака и водорода. Под воздействием ударов молний и ультрафиолетового излучения из них получались многочисленные органические вещества, которые накапливались в древних океанах и реагировали друг с другом, образовывая горячий «суп» сложных химических веществ, из которых в конце концов возникли первые живые организмы (Холдейну, кстати, принадлежит аппетитный термин «первичный бульон»).

Подобно бульону, гипотеза Опарина-Холдейна некоторое время варилась сама по себе, пока на сцену не вышел никому прежде не известный молодой ученый по имени Стэнли Миллер. Вообще-то называть его ученым в то время было рановато. Его время пришло немного позже. Стэнли родился в 1930 году в Калифорнии. У него с ранних лет проявилась склонность к естественным наукам. Одноклассники считали его гением химии. Окончив в 1931 году университет в Беркли, он перевелся в Чикагский университет для работы над докторской диссертацией. На одном из семинаров лауреат Нобелевской премии Гарольд Юри выступил с докладом, в котором изложил свои взгляды на возникновение жизни. Он рассказал о первичном бульоне и химических реакциях, происходивших на ранних стадиях существования Земли, а также объяснил, почему атмосфера в то время состояла главным образом из водорода, аммиака и метана. Кроме того, Юри упомянул о том, что до сих пор почти не проводились эксперименты, воссоздающие указанные условия для изучения возможности возникновения жизни. Миллера захватила данная тема, но к тому времени он уже начал работать под руководством физика Эдварда Теллера над докторской диссертацией о возникновении атомных ядер в звездах. Правда, вскоре эта работа была признана бесперспективной.

В сентябре 1952 года Миллер прервал работу над диссертацией и связался с Юри. Он выказал желание «доварить» первичный бульон и провести эксперимент по производству органических веществ из описанной в докладе смеси газов в условиях отсутствия жизни. Юри счел эту идею неудачной и посоветовал Миллеру подыскать себе другую тему с большими шансами на успех. Он даже предложил альтернативный проект, но Миллер проявил упрямство и демонстративно надел на себя поварской фартук. Юри пришлось сдаться.

В конце концов Миллеру удалось воссоздать условия ранней фазы развития Земли. В систему из стеклянных трубок подавались метан, водород и аммиак. Под ними в большой колбе бурлила вода, символизировавшая первичный океан. Водяной пар и газы проходили сквозь камеру, через которую пропускался электрический разряд (молния в миниатюре). После этого пар охлаждался, образуя конденсат, стекавший обратно в «океан». Сначала эксперимент проводился в течение двух дней, потом его продлили на целую неделю. Вода в установке постепенно становилась все более мутной и приобретала необычный цвет. Когда Миллер прервал эксперимент и исследовал полученную жидкость, в ней обнаружились аминокислоты – основные элементы белков. Сенсация! До этого никто не мог продемонстрировать ничего подобного.

Юри был впечатлен. Он посоветовал Миллеру опубликовать результаты эксперимента в солидном американском научном журнале Science и сам связался с издателем. Миллер подготовил рукопись, которая заняла менее двух страниц, но стала настоящей бомбой! Он хотел указать Юри в качестве соавтора, но тот отказался (что было уже не совсем обычно), объяснив это тем, что тогда его, лауреата Нобелевской премии, неизбежно сочтут главной движущей силой проекта и Миллер лишится заслуженного признания. Вот так Миллер несколько неожиданно для себя оказался единственным автором. Опубликование работы затянулось. Эксперты, которым Science выслал рукопись для проверки, сочли, что изложенные данные слишком хороши, чтобы быть правдой. На протяжении нескольких недель ничего не происходило. В конце концов обеспокоенный Юри написал в журнал письмо с жалобой. Вновь никакой реакции. Тогда у Юри лопнуло терпение и он направил второе письмо с требованием вернуть рукопись, чтобы ее можно было предложить другому журналу! Вскоре после этого издатель сообщил Миллеру (не Юри), что в ближайшее время рукопись будет опубликована. Это произошло 15 мая 1953 года. Тот год был вообще отмечен большими событиями. Менее чем через месяц после опубликования статьи Миллера появилась работа Уотсона и Крика о разгадке тайны структуры ДНК. Кроме того, прошла коронация королевы Елизаветы II, впервые был покорен Эверест, а в Касселе открыта первая в Германии пешеходная зона.

Как и ожидалось, отношение к открытию Миллера было противоречивым. В частности, ему задавали вопрос, откуда он знает, что на Земле действительно существовали условия, которые он создал в своей колбе. Поначалу Миллер не знал, что сказать, но ему на помощь пришел Юри, дав не слишком научный, но остроумный ответ: «Если Бог не создал таких условий, то он упустил отличную возможность!»

Сегодня мы немного больше знаем об условиях, царивших на Земле почти четыре миллиарда лет назад. Предполагается, что они были не совсем такими, как их представляли себе Юри и Миллер. Однако, даже если состав газовой смеси немного отличался от использованного в их эксперименте, в ходе многих повторных опытов ученые добивались схожих результатов, используя самое разное соотношение газов – при условии, что в них содержатся азот, водород и углерод. Сегодня мы исходим из того, что сложные органические соединения могли возникнуть во многих местах океана (например, вблизи гидротермальных источников) и в атмосфере. Однако существует еще один источник основных компонентов жизни, и он громко заявил о себе в 1969 году.

Эдвард Теллер, «отец водородной бомбы» и, кстати, тоже член «Клуба галстуков РНК», на протяжении многих лет являлся ведущим специалистом американской атомной программы, внесшим решающий вклад в создание атомной и водородной бомбы. Впоследствии он прославился главным образом своей увлеченностью проектами, необходимость и возможность реализации которых были весьма сомнительными. В частности, Теллер выступал за использование ядерного оружия в мирных целях (да, вы не ослышались), например для строительства громадной глубоководной гавани на Аляске за счет целенаправленного подрыва нескольких водородных бомб. Этот проект действительно долгое время обсуждался, но в конце концов был отклонен по причине нерентабельности (гавань была бы покрыта льдом на протяжении девяти месяцев в году) и негативного влияния на здоровье.