Джонджо МакФадден - Жизнь на грани

К 1950 году Гарольд Юри был выдающимся, но весьма противоречивым ученым. Он был удостоен Нобелевской премии по химии в 1934 году за открытие дейтерия, изотопа водорода, который, как вы помните из главы 3, был использован для изучения кинетического изотопного эффекта в ферментах, продемонстрировав, что их деятельность связана с квантовым туннелированием. Опыт Юри в очистке изотопов привел его к назначению в 1941 году главой части Манхэттенского проекта по обогащению урана (Манхэттенский проект — проект по созданию атомной бомбы). Тем не менее Юри со временем разочаровался в целях Манхэттенского проекта и его секретности и попытался отговорить президента США Гарри Трумэна сбрасывать бомбу на Японию. После Хиросимы и Нагасаки Юри написал статью для популярного журнала Collier’s под названием «Я испуганный человек», где предупреждал об опасности, исходящей от атомного оружия. На своей должности в Университете Чикаго он также активно выступал против антикоммунистической «охоты на ведьм» Маккарти в 1950-е годы, писал письма президенту Трумэну в поддержку Юлиуса и Этель Розенберг, которые предстали перед судом за шпионаж и в конце концов были казнены за передачу атомных секретов в СССР.

Стэнли Миллер, другой американский химик, участвовавший в проверке гипотезы Опарина — Халдейна, поступил в Университет Чикаго в качестве аспиранта в 1951 году, где занимался в первую очередь проблемами нуклеосинтеза элементов внутри звезд под руководством ученого Эдварда Теллера, известного как «отец водородной бомбы». Жизнь Миллера изменилась, когда в октябре 1951 года он посетил лекцию Гарольда Юри о происхождении жизни, в которой Юри обсуждал возможность реализации сценария Опарина — Холдейна и предполагал, что кто-то должен провести эксперименты. Очарованный идеей, Миллер перевелся из лаборатории Теллера в лабораторию Юри и принялся убеждать того стать его научным руководителем и позволить ему проводить эксперименты. Юри изначально скептически относился к полным энтузиазма студенческим планам Миллера по проверке теории Опарина — Халдейна: он прикидывал, что неорганическим химическим реакциям понадобились миллионы лет для генерации достаточного количества органических молекул, в то время как у Миллера будет всего три года, чтобы защитить кандидатскую! Тем не менее Юри был готов дать ему место и ресурсы, необходимые тому, на полгода-год. Таким образом, если эксперименты не дадут результатов, у Миллера еще будет время, чтобы перейти к более безопасному научно-исследовательскому проекту.

В своей попытке повторить условия, в которых возникла жизнь на Земле, Миллер имитировал первичную атмосферу, просто заполнив бутылку водой для имитации океана, добавил газы, которые, по его мнению, присутствовали в атмосфере: метан, водород, аммиак и водяной пар. Затем он смоделировал молнию, прокаливая смесь, которая начинала искрить. К собственному удивлению и ко всеобщему удивлению научного мира, Миллер обнаружил, что после всего недели действия искусственных молний на воссозданную первичную атмосферу в бутылке уже содержалось значительное количество аминокислот, строительных блоков для белков. Статья с описанием этого эксперимента была опубликована в журнале Science в 1953 году [169] Miller S. L. A production of amino acids under possible primitive earth conditions // Science, 1953. — Vol. 117: 3046. — P. 528–529. — с Миллером в качестве единственного автора. Гарольд Юри занял очень необычную позицию, настаивая, чтобы честь открытия досталась целиком и полностью его аспиранту.

Эксперимент Миллера — Юри — как его обычно называют сегодня, несмотря на благородный жест Юри — был провозглашен первым шагом на пути создания жизни в лаборатории и остается очень важным событием в биологии. Несмотря на то что самовоспроизводящиеся молекулы не были получены в «первичном бульоне» Миллера, считалось, что аминокислоты полимеризовались бы с образованием пептидов и сложных белков и в конечном счете получились бы репликаторы Опарина — Холдейна, если бы было достаточно много времени и имелся достаточно большой объем.

С 1950-х годов десятки ученых повторяли эксперимент Миллера — Юри множеством способов с использованием различных смесей химических веществ, газов и разных источников энергии, чтобы получить не только аминокислоты, но и сахара и даже небольшие количества нуклеиновых кислот. И все же до сих пор (а прошло уже более полувека) ни одной лаборатории не удалось воссоздать «первичный бульон», который дал бы первичный репликатор Опарина — Халдейна. Чтобы понять почему, нам нужно более внимательно изучить эксперименты Миллера.

Первый момент — это сложность химической смеси, созданной Миллером. Большая часть полученного органического материала представляла собой сложные смолы наподобие тех, что хорошо знакомы химикам-органикам. Они часто видят такие вещества, когда их процедуры сложного химического синтеза нестрого контролируются и получаются побочные продукты. На самом деле легко приготовить аналогичную смолу на вашей собственной кухне, просто передержав ужин: та черновато-коричневая гадость, которую потом так трудно отмыть от дна кастрюли, довольно близка по составу к смоле Миллера. Проблема с такими химическими смесями в том, что они, как известно, не производят ничего больше, кроме такой же смолоподобной «гадости». С химической точки зрения их не назовешь «продуктивными» — они настолько сложны, что какие-то конкретные химические вещества, например аминокислоты, начинают взаимодействовать с таким количеством других различных соединений, что просто теряются в «лесу» непоследовательных химических реакций. Миллионы поваров, а также тысячи студентов-химиков производили подобные органические маслянистые смолы в течение многих столетий, однако результатом становилось лишь сложное мытье посуды.

Представьте себе, что, пытаясь приготовить первичный бульон, вы очищаете всю «гадость» со дна всех подгоревших кастрюль во всем мире, а затем растворяете все эти триллионы сложных органических молекул в океане. Теперь добавьте немного гренландских грязевых вулканов в качестве источника энергии и, возможно, искру молнии — и перемешайте. Как долго вы должны размешивать суп, прежде чем создадите жизнь? Миллион лет? Сто миллионов лет? Сто миллиардов лет?

Даже самая простая жизнь, такая как наша химическая «гадость», чрезвычайно сложна. В отличие от «гадости», однако, она также высоко-организованна. Проблема с использованием смол в качестве исходного материала для создания организованной жизни состоит в том, что случайные термодинамические силы, которые действовали на молодой Земле, — молекулярные движения, подобные движениям бильярдных шаров, о которых мы говорили в главе 2, — как правило, нарушают порядок, а не создают его. Вы бросаете курицу в кастрюлю с водой, нагреваете ее, перемешиваете, варите и получаете куриный бульон. Но вы не выливаете бульон из банки в кастрюлю в надежде получить курицу.