Ричард Докинз - Человек в космосе. Отодвигая границы неизвестного [сборник litres]

Именно этим мы сейчас и занимаемся в моей лаборатории. Другая возможность состоит в том, что первыми генетическими молекулами были ДНК, которые намного более стабильны, чем РНК. Их может быть труднее сделать и труднее скопировать, но если на этой стадии все получится, эффект будет длиться дольше, поэтому, возможно, мы начались с ДНК. Есть много других альтернатив – много молекул, которые в принципе могут работать как генетические полимеры, поэтому мы должны создать их, проверить их свойства и подумать о том, как они могли образоваться на ранней Земле.

Я уже упомянул о том, что распространенный глини-стый минерал монтмориллонит может помочь собирать РНК. Этот глинистый материал состоит как бы из множества тонких листов, сложенных стопкой, и потому у него очень большая площадь поверхности. Если в окружающей среде присутствуют правильные «кирпичики» (активированные нуклеотиды), они будут прилипать к поверхности этих тонких глиняных листов. Эти мономеры могут затем объединяться и превращаться в довольно длинные цепи РНК благодаря каталистическому эффекту глинистой поверхности. Возникает действительно большой, интересный и сложный вопрос: как скопировать эти цепи РНК?

Поиск подходящих химических процессов и условий для копирования РНК является сейчас основным нашим занятием. Мы хотели бы начать с цепей РНК и посмотреть, как активированные нуклеотиды находят себе «пару» и постепенно выстраивают вторую, дополнительную цепочку, создавая в итоге двойную спиральную структуру. На данном этапе мы уже можем копировать ограниченное количество РНК, но пока это получается недостаточно быстро и недостаточно точно. Это задачи на будущее. Я снова хотел бы обратить ваше внимание на то, что эти сложные молекулы нужны нам потому, что именно они отвечают за наследственность. РНК, которые выполняют функции, полезные для клетки, например, помогающие ей размножаться или выживать, должны передать эти «навыки» новым поколениям клеток. Вот почему понимание химии, ответственной за репликацию РНК, составляет такую большую часть ответа на вопрос о том, как появилась жизнь на молодой Земле.

Зная только то, что мы знаем сейчас о росте и делении везикул, а также о химической репликации РНК и подобных молекул, мы находимся в точке, когда мы можем начать делать некоторые выводы о типах сред, которые могли бы позволить примитивным клеткам размножиться. Хотя это немного умозрительно, очень интересно подумать о том, что химия говорит нам об окружающей среде. На следующем рисунке показана модель: теория о том, как мог бы выглядеть примитивный клеточный цикл. В его начале какая-то генетическая молекула, возможно, РНК, оказалась внутри мембранного пузырька.

Гипотетическая клетка, реагирующая на среду. Большая часть роста и копирования РНК происходит при низких температурах. Иногда клетку подхватывает поток горячей воды, выбрасываемой из геотермального источника; кратковременное воздействие высокой температуры позволяет разделиться нитям ДНК, а также обеспечивает приток питательных веществ. Источник: Джеймс Симондс.

Какое-то время спустя нуклеотидные «кирпичики» проникают внутрь мембраны и копируют цепочки РНК. Затем, чтобы продвинуться дальше, две цепи РНК должны быть разделены, и единственный разумный способ сделать это – нагревание. Похоже, нам нужна среда, которая была бы достаточно прохладной для работы химического копирования, но при этом нам нужна высокая температура, чтобы разделить цепочки. Среда, в которой такое возможно – мелкий пруд в очень холодном месте, возможно на большой высоте или в Арктике либо Антарктике. Также, подходит – и это самое вероятное с учетом состояния молодой Земли – вулканическая среда.

Геотермальное нагревание приводит к появлению струй горячей воды из источника, затем они смешиваются с холодной водой пруда. По мере того, как примитивные клетки увлекаются потоком и поднимаются сквозь него из источника, они нагреваются, позволяя цепям РНК разделиться. В тот же момент в клетку попадает большое количество питательных веществ. Как только клетки возвращаются в окружающую холодную воду, цикл копирования, роста и деления может начаться снова.

Размышления об условиях зарождения жизни неизбежно приводят ученых к новым вопросам. Правдоподобна ли эта модель с геофизической точки зрения? Этот вопрос заставляет меня, химика и биолога, говорить с геологами о том, где мы могли бы найти такую среду. Одна из интересных для нас локаций – антарктические озера, постоянно покрытые льдом. Озера остаются жидкими из-за тепла земной коры, и по крайней мере в одном случае на скалистой поверхности растут очень симпатичные строматолиты. Это не совсем то, что нам нужно, по-скольку здесь нет струй очень горячей воды, но, может быть, такие озера и были средой обитания бактерий на ранней Земле.

Более геотермально активная территория, такая как Йеллоустонский национальный парк, может быть даже более подходящей, так как там мы находим десятки горячих источников, изливающих потоки воды в холодные озера. Я верю, что в долгосрочной перспективе совместные усилия геологов, химиков и биологов приведут нас к все более и более детальному пониманию полного пути создания химических «кирпичиков» и объединения их в протоклетки. Мы узнаем, как растут такие простые клетки, как они делятся и эволюционируют. Мы даже сможем сделать некоторые выводы об окружающей среде, в которой все это могло бы произойти.

Я хочу закончить эту беседу кратким рассказом о теме, которую я затронул еще в самом ее начале.

Может ли существовать форма жизни, кардинально отличающаяся от того, что мы себе представляем? Нам известно, что в Солнечной системе есть места, где в изобилии присутствуют жидкости, например, на спутнике Сатурна Титане есть огромные озера жидкого метана и этана. В атмосфере этого спутника творится всякая интересная органическая химия, и для детального исследования этой среды планируется все больше межпланентных миссий. Один только взгляд на озера, состоящие не из воды, заставляет задуматься: а что же там происходит?

Может ли такая внеземная химия вести к появлению живых организмов? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно знать, возможно ли в растворе такого состава возникновение мембран. И тут мы узнаем, что покойный профессор Куниеда в Японии сумел создать пузырьки-мембраны в растворе декана, который по составу весьма похож на метан и этан (но с ним физически проще работать). Так что создание мембран вроде бы реально, но мы не знаем, насколько возможно провернуть это с теми молекулами, что доступны на Титане. Еще более сложный и захватывающий для химиков вопрос: возможно ли создание генетических молекул, способных выжить в столь специфиче-ской среде? В этой области исследования практически не проводились, но потенциал для интереснейших экспериментов огромен.