Разговоры с таксистами о жизни и устройстве Вселенной

Как именно образовались карбоновые кислоты, остается загадкой, но мы знаем, что Вселенная полна углеродной химии. Атомы углерода, образующиеся в результате реакций синтеза звезд, в том числе причудливых «углеродных звезд», которые периодически сотрясаются и выбрасывают оболочки газа, обладающие целым рогом изобилия углеродосодержащей материи, раскиданы по Вселенной. Окись углерода, одна из простейших молекул углерода, в изобилии встречается во всем межзвездном пространстве. В пустоте дрейфует целый зверинец из других, более сложных молекул – вплоть до удивительных «бакиболов» в форме футбольного мяча или, как они называются официально, фуллеренов, которые содержат шестьдесят или более атомов углерода.

То тут, то там во Вселенной этот углерод вступал в контакт с другими элементами в условиях, вызывающих химические реакции. Туманность, из которой возникли Земля и все объекты нашей Солнечной системы, была одним из таких мест встречи: химическая фабрика межпланетного масштаба с градиентами температуры и давления (и добавлением некоторого количества радиации для пущей убедительности), что привело к огромному количеству химических экспериментов. Ледяные зерна обеспечили поверхности, на которых углеродная химия могла бы увеличить разнообразие предлагаемых молекул, потенциально включая карбоновые кислоты, которые могут образовывать эти примитивные мембраны.

Все эти молекулярные хитрости могут казаться сложными, но на самом деле это не так. Это только так звучит. Создать первые ингредиенты для жизни было не так уж и сложно; химические соединения и источники энергии, которые вместе производят карбоновые кислоты, легко найти по всей Вселенной. Никому не нужно руководить этим процессом. При наличии соответствующей материи, энергии и достаточного количества времени может легко появиться мешок, подходящий для содержания молекул жизни.

Но жизнь – это больше, чем сумка. Чтобы получить реплицирующуюся клетку, нужно еще несколько вещей. Особенно полезны некоторые молекулы, которые могут управлять химическими реакциями, ускорять их и производить множество других молекул, которые редки или отсутствуют в естественной среде, но которые также имеют решающее значение для жизни. Эти катализирующие молекулы – ферменты. Они связывают различные виды молекул друг с другом и выбрасывают полученные продукты. Почти все ферменты в каждом живом существе, которое мы знаем, состоят из белков, которые сами по себе представляют собой не что иное, как длинные цепочки аминокислот, нанизанные вместе, как бусинки на нитке. Нить складывается, превращаясь в небольшую трехмерную молекулу – белок, – готовую выполнить ту или иную работу.

Аминокислоты – это простые молекулы с незатейливой структурой, состоящие из центрального атома углерода, к которому добавлена другая химическая группа (небольшой набор атомов). Этот молекулярный придаток бывает разной структуры, в зависимости от того, что к нему прикреплено. Разные химические группы действуют по-разному: кто-то любит воду, кто-то ее ненавидит; одни имеют положительный электрический заряд, другие – отрицательный; некоторые маленькие, другие громоздкие. Взаимодействие всех этих различных типов молекул приводит к тому, что длинная цепь аминокислот сворачивается определенным образом. Некоторые из них образуют опорную конструкцию, похожую на каркас, который может быть полезен для создания таких вещей, как ногти и волосы. Другие цепочки будут принимать участие в важнейших реакциях, которые выполняют клетки.

Примечательно, что все это можно сделать всего с двадцатью аминокислотами. Но поскольку белок может состоять из многих сотен аминокислот, то очевидно, что, если каждая позиция в этой цепи может содержать одну из двадцати различных аминокислот, общее число белковых комбинаций огромно, намного больше, чем количество различных видов молекул, нужных для образования клетки.

Давайте еще раз взглянем на Мурчисонский метеорит. Когда мы провели экстракцию, чтобы добраться до мембранных молекул, составляющих клеточный мешок, мы заметили еще кое-что удивительное: метеорит полон аминокислот. На самом деле их более семидесяти разных видов. Аминокислоты, строительные блоки белков, были синтезированы на «химических предприятиях» ранней Солнечной системы. В итоге они вошли в состав камней и другого материала, из которого были образованы планеты. А некоторые камни продолжали летать по космосу и прибыли на Землю, чтобы их более четырех миллиардов лет спустя собрали ученые, которые разглядели в них простейшие ингредиенты жизни – продукты межпланетной химии.