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

В какой-то степени отношение исследователей к гипотезе РНК определяется тем, о какой именно ее версии мы говорим. “Жесткая” версия (Мир РНК в понимании Гилберта) гласит, что первые живые организмы состояли исключительно из РНК без каких-либо белков и прочих сортов макромолекул. Это представляется очень сомнительным. Пока никому не удалось показать, что целый метаболизм может держаться исключительно на рибозимах. А вот “мягкая” формулировка для многих оказалась приемлемой. Согласно этому сценарию РНК, хотя и стала первым генетическим материалом, предшествуя ДНК, тем не менее не взяла на себя абсолютно всю работу, уподобляясь какому-нибудь нелепому сверхчеловеку из книги Айн Рэнд^[301]. Другие макромолекулы, включая белки, также участвовали в зарождении жизни, играя при этом важную роль.

И все же даже эта новая редакция Мира РНК вызывает вопросы. В частности, если РНК действительно свободно плавали в первичном бульоне, непонятно, что удерживало их вместе и не давало “разбежаться” в разные стороны. То же касается и монтмориллонита: хороший ливень наверняка смыл бы с него РНК. Все это заставило некоторых ученых счесть идею Мира РНК неудачной… если только в начале истории жизни не нашлось чего-то, что могло удерживать все нужные биологические молекулы вместе.

Глава 9 Пузырьки

Пока мы рассмотрели только две альтернативы опаринской гипотезе первичного бульона: концепцию “вначале были белки” Фокса и Мир РНК. И та, и другая имеют сильные стороны, и все же обе далеки от совершенства.

Третья научная школа считала, что жизнь началась с некоего контейнера, компартмента, – чего-то, что могло удерживать все имевшиеся компоненты живого внутри себя. Эту модель можно обозначить как “вначале был компартмент”. Обычно она подразумевает некую примитивную форму внешних покровов или мембран, которые содержат в себе все компоненты современной клетки. Такие объекты обычно называют “протоклетки”, но этот термин может создать ложное впечатление о наличии у них всех необходимых и функционирующих частей. На деле тут имеется в виду нечто вроде пузыря либо капли. И если такие пузыри могут удержать внутри себя другие необходимые вещества и тем самым сохранить целостность живой системы, то они вполне сгодятся на эту роль.

Другое огромное преимущество протоклеток – их способность эволюционировать за счет естественного отбора, поскольку они обладают индивидуальностью и вступают в конкуренцию друг с другом. А вот в беспорядочной смеси РНК, белков и т. д. в первичном бульоне никаких отдельных организмов быть не может. Хотя отдельные молекулы “умеют” соревноваться за ресурсы, это совсем не обязательно означает их постепенное усложнение.

Гипотеза “вначале был компартмент” имеет довольно запутанную историю. В какой-то степени она отражает развитие науки о внешней части клетки. И хотя именно этот компонент клетки был открыт первым (как раз его смог различить Роберт Гук, когда рассматривал пробку под микроскопом), устройство внешней части клетки стало понятно лишь в 1970-е годы^[302].

Первое затруднение здесь в том, что покровы разных клеток сильно отличаются друг от друга. Растительные клетки (вроде тех, что разглядел Гук) имеют так называемую клеточную стенку – толстую и прочную, хорошо различимую даже под слабым микроскопом. Но это скорее исключение, возникшее в ходе эволюции довольно поздно. Большинство же клеток ограничено лишь тонкими и очень пластичными внешними покровами – это так называемая плазматическая мембрана, или просто мембрана. Различить ее под микроскопом оказалось настолько трудно, что значительную часть XIX века ученые провели в спорах о том, нужны ли вообще для поддержания целостности клеток мембраны и существуют ли они в принципе. Эти споры стихли лишь в начале XX века, когда стало известно, что именно мембраны не позволяют некоторым веществам проникать в клетки или покидать их. Не то чтобы мембрана оказалась какой-то непреодолимой преградой, но все же она была препятствием посерьезнее, чем просто клеточное “желе”.

Далее возник вопрос о составе и структуре мембран. Первым к этому вопросу обратился британский биолог Чарльз Эрнест Овертон. После длительных экспериментов он в самом конце XIX века сделал верный вывод о том, что мембрана состоит из липидов. Это очень обширная группа химических соединений, которая пестрит названиями из лексикона домохозяйки: среди них мы, к примеру, встретим жиры, масла и холестерин^[303]. Общим для всех липидов является наличие длинных цепочек атомов углерода. Нередко они имеют форму головастика, “голова” которого представляет собой какую-то сложную молекулу, а “хвост” – прикрепленную к этой “голове” углеродную цепочку.

Липиды связывают с водой непростые отношения любви-ненависти. Большинство из нас слышало о том, что масло не смешивается с водой. Это легко проверить, добавив несколько капель растительного масла в емкость с водой: масло либо образует тонкую пленку на поверхности, либо соберется с округлые капли в водной толще.