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

Второй обходной путь – предположение, что исходным генетическим материалом была не РНК, а какое-то ее самокопирующееся видоизменение. Орджел занимался этой темой еще в 1970-е. В 1985 году он и Шварц получили цепочки модифицированных нуклеотидов, в которых фосфаты были удалены и замещены похожими группами^[281]. Эти измененные нуклеотиды могли соединяться, если сначала выстраивались в правильном порядке на какой-то напоминающей РНК матрице^[282]. Спустя два года Орджел призвал своих коллег начать активный поиск альтернативных нуклеиновых кислот. Вместе со Шварцем, Джеральдом Джойсом и Миллером он утверждал, что “есть основания сомневаться в том, что непосредственно сама РНК служила исходным генетическим материалом”^[283]. Это была развернутая форма высказывания “все это так, однако…”, адресованного приобретающему популярность Миру РНК.

Следующим биохимиком-приверженцем Мира РНК стал Гюнтер фон Кедровски, который в 1980-е был учеником Орджела. Ему удалось создать потрясающие самокопирующиеся системы. Например, в 1993 году команда под руководством фон Кедровски разработала систему на основе трех модифицированных нуклеиновых кислот, которые условно обозначили A, B и C. Они были способны объединяться, образуя AB, AC, BC, BB и ABC^[284]. Добавив к ним короткие фрагменты нуклеиновых кислот, исследователи увидели поразительное разнообразие химических реакций – тот самый автокаталитический набор, о котором говорил Кауфман. В нем было множество нуклеиновых кислот, каждая из которых производила какую-нибудь другую, словно в медленном танце, поставленном хореографом Басби Беркли.

Многие из использованных Орджелом и фон Кедровски молекул были похожи на соответствующие компоненты РНК и ДНК^[285]. И все-таки другие ученые отважились пойти еще дальше.

В 1991 году Петер Нильсен из Университета Копенгагена создал совершенно новую, не обнаруженную в природе нуклеиновую кислоту^[286]. В ней также были использованы основания (“буквы” A, T, C и G), однако образующие остов ДНК сахара и фосфаты Нильсен выбросил, заменив их амидами, напоминающими по структуре аминокислоты. Изначально Нильсен назвал свое детище “полиамидная нуклеиновая кислота”, однако позднее это соединение стало известно как “пептидо-нуклеиновая кислота”. Так или иначе, обычно используют аббревиатуру ПНК.

Невзирая на совершенно другую структуру, ПНК ведет себя довольно предсказуемо. Она тоже может образовывать двойную спираль^[287]. А еще ученые смогли получить молекулы-гибриды, у которых одна цепочка представляет собой ПНК, а другая ДНК. Мало того: амиды в цепи ПНК имеют более простую структуру, чем нуклеотиды, что может означать и большую вероятность их самопроизвольного образования.

Стэнли Миллер был в восторге. В 1997 году он писал, что открытие ПНК оказалось “настоящей неожиданностью” и что эта молекула “выглядит многообещающе” на фоне “вызывающей сомнения” в качестве первичной биомолекулы РНК^[288]. Спустя три года в одной из последних своих статей он описал результаты новой версии своего старого эксперимента. Ему удалось получить те самые амиды, которые служат остовом ПНК. Он полагал, что ПНК могла образоваться на юной Земле сама по себе. Однако его эксперимент был проведен в условиях восстановительной, богатой метаном атмосфере. Как мы видели в главе 6, видимо, у Земли такой атмосферы никогда не было^[289].

ПНК – не единственная искусственно созданная в качестве альтернативы РНК нуклеиновая кислота. Другой примечательный пример – треозонуклеиновая кислота (ТНК), которая впервые была получена в лаборатории швейцарского биохимика Альберта Эшенмозера в 2000 году^[290]. По сравнению с ПНК, ТНК – случай не настолько радикальный. Вместо того чтобы выкинуть и сахар рибозу, и фосфат (как в случае ТНК), ученые ограничились заменой рибозы на другой сахар – треозу. Подобно ПНК, ТНК тоже способна образовывать двойную спираль. Способна она и связываться с РНК. Еще более удивительно то, что ТНК может образовывать сложные трехмерные структуры^[291]. Есть вероятность, что среди них есть и имеющие каталитические функции, как и в случае РНК^[292].

Благодаря этим открытиям на рубеже тысячелетий стала набирать обороты теория, что РНК предшествовал какой-то другой полимер. Однако против этого и было, и есть множество возражений. Первый аргумент очень прост: ни одна из этих альтернативных молекул так и не была обнаружена в живых организмах. Хотя это и может означать, что на ранних этапах развития жизни они были полностью вытеснены РНК и ДНК, все же не исключено, что “альтернативные молекулы” никогда не принимали участия в процессе. Вдобавок хотя такие нуклеиновые кислоты и кажутся устроенными проще, это не обязательно означает, что они образуются с большей вероятностью.

Короче говоря, несмотря на разнообразные сложности, многие исследователи продолжали придерживаться концепции Мира РНК. Ну, а в 2000 году она была одарена одним из самых значимых доказательств за всю свою историю.