Дикие гены

На самом деле в гипотезе мира РНК остается нерешенным один из главных вопросов: какие условия должны были сложиться, чтобы первые молекулы РНК достаточно долго сохраняли стабильность и имели возможность размножаться? Как они вообще появились? Здесь идеи становятся весьма расплывчатыми. Однако мы уже знаем, что случайные последовательности РНК могут спонтанно образовываться из собственных строительных материалов в ходе двух (в значительной мере искусственных) сценариев. Во-первых, это может происходить на поверхности глинистого минерала монтмориллонита (названного в честь французского округа Монморийона, где в 1847 году он был обнаружен и описан), а во-вторых, в замерзающей воде.

Правда, некоторые ученые (в том числе и один из основателей мира РНК Лесли Орджел) сомневаются в том, что нестабильная и обладающая довольно сложным химическим составом РНК действительно была самым первым носителем информации. Возможно, до нее существовала другая, более простая и стабильная молекула, исчезнувшая к настоящему времени, на смену которой впоследствии пришла РНК. Такая молекула могла стать первопроходцем, а РНК заняла ее место лишь после того, как в ходе эволюции сложились условия для ее возникновения, а также для более быстрого и эффективного размножения. Но независимо от того, была ли РНК первой или у нее были химические предшественники, функция самого первого гена (если понимать под ним содержательную единицу информации в молекуле-носителе) была чисто эгоистической – размножать самого себя!

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.