Краткая история сотворения мира. Великие ученые в поисках источника жизни на Земле

В 1975 г. два исследователя из лаборатории химика Манфреда Эйгена выполнили удивительный эксперимент, отталкиваясь от результатов Шпигельмана. В этот раз исследователи просто смешивали простые молекулы предшественников и копирующий белок, не добавляя матрицу РНК. Удивительно, но через какое-то время они обнаружили молекулы, очень похожие на минимальные молекулы РНК, полученные Шпигельманом. Это позволило заключить, что при оптимальных условиях информационная молекула типа молекулы РНК может возникать самопроизвольно. Результаты Шпигельмана и его коллег стали основой для дальнейших исследований происхождения жизни. Проблема заключалась только в том, что молекулы, на самом деле, не могут реплицироваться самопроизвольно: они копируют себя только в присутствии копирующего белка, который сам является сложным продуктом биологической инструкции. Таким образом, концепция самореплицирующейся РНК стала чашей Грааля для тех, кто верил в гипотезу «мир РНК»[65].

В то время как несколько исследовательских групп пытались найти такую самореплицирующуюся молекулу РНК, Шостак решил начать со следующего этапа и сразу синтезировать целый организм на основе РНК. В сотрудничестве с биохимиком Пьером Луиджи Луизи в 2003 г. Шостак начал работать над созданием настоящей клетки на основе РНК, состоящей из РНК и липидной мембраны.

Шостак считал, что первые формы жизни могли представлять собой просто изолированные молекулы РНК. Однако первым клеткам (FLO) для дальнейшей эволюции была необходима мембрана. По мнению Шостака, мембрана была необходима по двум основным причинам. Во-первых, связанные между собой молекулы вместе эволюционируют. Казалось маловероятным, что одна нить РНК может выполнять всефункции, необходимые для размножения клетки. Скорее, требовалось небольшое семейство молекул, удерживаемых вместе в замкнутом пространстве, где они могли функционировать сообща. Такие молекулы могли копировать друг друга и способствовать эволюции друг друга.

Во-вторых, существует родственная проблема, заключающаяся в необходимости избавляться от иждивенцев. Молекула РНК, способная воспроизводить другие молекулы РНК, стала бы привлекать множество паразитических молекул, не участвующих в «общем деле». Заключение копирующей рибосомы вместе с ее помощниками в замкнутое пространство (и исключение, таким образом, всех иждивенцев типа РНК-вирусов) значительно повысило бы эффективность работы ансамбля.

Мембраны всех современных клеток состоят из так называемых амфифильных молекул, основной которых являются жиры, такие как сало или кокосовое масло, входящее в состав почти любого мыла или шампуня. В воде в соответствующих условиях эти вещества самопроизвольно образуют капельки разного размера, аналогичные простым клеточным мембранам. Вполне резонно предположить, что таких липидных капелек было множество на первозданной Земле – еще до того, как жизнь научилась их создавать. Подобные молекулы были обнаружены в метеоритах, например в Мерчисонском метеорите, а из органического «клея», часто содержащегося в таких метеоритах, образуются похожие капли. В мелких земных водоемах этот «клей» вполне мог самопроизвольно образовывать структуры, напоминающие клетки.

В нескольких кварталах от реки Чарльз в Бостоне, на седьмом этаже исследовательского корпуса Медицинского факультета Гарварда, в маленькой комнатке размером с чулан стоит микроскоп. На двери – старая фотография Махатмы Ганди. Одетый в традиционную одежду индийский святой и вождь борьбы за независимость глядит сверху вниз в маленький микроскоп. Из мебели в комнате только стул и небольшой стол, на котором и установлен микроскоп. На стене приклеена вырезка из газеты. Это изображение протоклетки в том виде, в каком ее представляет себе Шостак: ярко окрашенная и простая, лишенная всех привычных клеточных структур, за исключением одной нити РНК. Рядом надпись «Рождение клетки».

Если Шостаку и его коллегам повезет в создании живой модели FLO, люди впервые увидят клетку на основе самореплицирующейся РНК именно здесь, в этой комнате. Это будет самое примитивное существо из всех живущих сейчас на Земле. И это будет фундаментальное открытие, которое, несомненно, взволнует журналистов. Многие считают, что такой эксперимент в значительной степени позволит найти разгадку происхождения жизни.

Однако история показывает, что загадка так и останется загадкой. Вопрос будет стоять так же, как когда-то его поставил Энрико Ферми, обращаясь к своему другу Гарольду Юри: первые клетки могли образоваться таким образом или они действительно именно так и образовались?

Карл Саган любил рассказывать историю об одной общественной дискуссии, в которой он принимал участие в 1960 г. Один из присутствующих спросил, когда ученые отгадают загадку происхождения жизни, воспроизведя этот процесс в пробирке. Первый из отвечавших сказал, что это произойдет через 1000 лет, второй – что это случится через 300 лет. Так постепенно сроки все сокращались и сокращались, пока один ученый не ответил, что это уже было сделано.