Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле

Ключевым элементом гипотезы Моровица являются представления о везикулах как исходной основе жизни, сделавшей возможным формирование остальных ее компонентов. Нельзя сказать, что тут-то и наступал момент “а затем возникли белки”. Речь скорее о том, что везикулы могли вобрать из окружающей среды какие-то новые молекулы, которые были чувствительны к свету, и встроить их в свою мембрану. Позднее такие молекулы под воздействием солнечных лучей могли переходить в возбужденное состояние и создавать определенное распределение электрического заряда, что запускало новые химические реакции. Предполагается, что именно это положило начало метаболизму, поскольку сделало возможным превращение углекислоты в более сложные соединения, что позволяло в итоге синтезировать нечто наподобие аминокислот.

В наши дни мысль Моровица о том, что первые формы жизни использовали энергию солнечного света, кажется несколько сомнительной. Дело в том, что благодаря молекулярной генетике и реконструкциям родословной последнего универсального общего предка LUCA мы теперь лучше понимаем, что из себя могли представлять первые микроорганизмы. Самые древние из них питались за счет химических реакций, а способность использовать солнечный свет развилась позже в ходе эволюции. Моровиц не мог знать этого в те годы, когда создавал свои труды.

В 1980-е концепцию протоклеток развивал также Пьер Луиджи Луизи – итальянский биохимик, работавший главным образом в Швейцарии. Луизи был своего рода энциклопедистом, писавшим и о философии науки, и о том, можно ли говорить о каком-либо предназначении природы^[325]. Он стал соавтором книги о природе реальности, где представлены воззрения и Далай-ламы, и актера Ричарда Гира^[326].

В начале 1980-х годов группа Луизи исследовала мицеллы. Это сферические пузырьки из липидов, которые на первый взгляд напоминают везикулы. Однако мицеллы имеют не два, а всего один слой липидов. В 1989 году Луизи и его коллектив предположили, что мицеллы могут поддерживать свою целостность в том случае, если внутри них происходит синтез новых липидов^[327]. Такой процесс может даже позволить везикулам создавать собственные копии, то есть “размножаться”.

В начале 1990-х годов группа Луизи продемонстрировала, как именно это может происходить. В первой версии опыта использовались мицеллы из жирной кислоты с восемью атомами углерода (октановая кислота), а также из очень похожего на нее октанола. Внутри самих мицелл находилось соединение посложнее – октилоктаноат. При взаимодействии с водой оно распадалось с образованием тех самых октановой кислоты и октанола. А при попадании наружу эти вещества спонтанно собирались в новую мицеллу. В результате из одной мицеллы получались две^[328]. Это была упрощенная форма размножения. Данная модель является довольно искусственной, поскольку в ее состав входят вещества, отсутствующие в настоящих клеточных мембранах, так что о прямой аналогии с клеточным делением речи не идет, но все равно это впечатляет^[329].

Те же ученые вскоре выяснили, что многие липиды способны образовывать мицеллы и реплицироваться, подобно этим “нелипидным” мицеллам. Но более важно то, что эти опыты удалось повторить без использования готовых мицелл. Вместо них использовался щелочной раствор этилоктаноата, который и образует мицеллы. Первые мицеллы молниеносно соединяются с остающимися в растворе молекулами этилоктаноата, ускоряют их распад и тем самым порождают новые мицеллы^[330]. Этот метод позволяет создавать популяцию мицелл “с нуля”^[331].

Во второй половине 1990-х годов Луизи сфокусировал свое внимание на процессах, которые могут протекать внутри мицелл и везикул. Способны ли эти примитивные подобия клеток содержать в себе нормально работающий фермент или же стать местом, где идет копирование нуклеиновой кислоты (скажем, РНК)? Если способны, то это будет свидетельствовать о том, что именно они были предшественниками клеток.

Как выяснилось, внутри таких протоклеток происходит множество биологических процессов. Например, в везикулах возможен синтез ферментами тех самых липидов, из которых они состоят^[332]. Аналогично команда Димера показала возможность синтеза РНК внутри везикул – при наличии в них нуклеотидов и необходимого фермента^[333]. Но самым поразительным оказалась способность везикул вмещать в себя рибосомы, несмотря на их гигантский по меркам молекул размер^[334]. Более того: эти рибосомы способны синтезировать белки – если им предоставить запас аминокислот.