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

Причина этого явления связана с распределением электронов в их молекулах. По длинной цепочке углеродов электроны распределены равномерно, поэтому у нее нет отдельных частей с сильным электрическим зарядом. Однако в случае молекулы воды мы наблюдаем гораздо более сложную картину. Электроны стремятся собраться возле кислорода, который из-за этого приобретает отрицательный заряд, в то время как на водородах накапливается положительный. Химики называют воду полярной молекулой, а углеродные цепочки липидов относят к неполярным. Оказавшись рядом, молекулы двух разных типов отталкивают друг друга. Неполярная цепочка липидов предпочитает общество других неполярных молекул, в то время как полярная молекула воды стремится двигаться к себе подобным. Молекулы, которые “не любят” воду, называют гидрофобными. Те, которые охотно смешиваются с ней, известны как гидрофильные.

Именно на основании этого Овертон предположил, что клеточные мембраны состоят из липидов. При смешивании с водой они самопроизвольно образуют нечто вроде пузырьков, так что это хороший материал для округлого заграждения на границе клетки.

Но тут есть и одна особенность. Овертон полагал (опять-таки верно), что клеточные мембраны состоят из липидов особого типа, так называемых фосфолипидов. Головка этих молекул являет собой фосфатную группу (ту же самую, что есть у ДНК, РНК, а также у АТФ). Фосфат представляет собой заряженную группу атомов, так что у фосфолипидов есть и полярная головка, и неполярные хвосты. Из этого следует, что головки гидрофильны и предпочитают находиться в воде, а вот их хвосты гидрофобны и избегают ее. Если поместить фосфолипиды в воду, они тотчас образуют аккуратные сферы. Их молекулы выстраиваются таким образом, что “любящие воду” головки торчат наружу, тогда как “ненавидящие воду” хвосты “безопасности ради” прячутся от нее внутри. Нет сомнений, что перед нами идеальная молекула для построения клеточной мембраны.

В 1925 году следующий важный шаг сделали двое голландских ученых. Эверт Гортер был педиатром и занимался проблемой детской смертности, но также вместе со своим коллегой Франсуа Гренделем проводил исследования в области биохимии. Гортер и Грендель выделили из клеток все имевшиеся в них фосфолипиды и распределили их единым слоем толщиной в одну молекулу. Занимаемая всеми фосфолипидами клетки площадь оказалась вдвое больше площади поверхности самой клетки, из чего ученые сделали вывод о том, что мембрана – это “сэндвич” из двух слоев фосфолипидов^[304]. Их суждение оказалось верным и вскоре получило всеобщее признание^[305].

Итак, к третьему десятилетию XX века уже стало известно, что мембраны образованы двойным слоем фосфолипидов. Однако возникло очередное затруднение: в них также обнаружили белки. Это навело британских биологов Джеймса Даниелли и Хью Дэвсона на мысль о том, что фосфолипидный бислой покрыт слоями белков. Эта их идея господствовала на протяжении более чем тридцати лет^[306] – до тех пор, пока в 1972 году за проблему не взялись два американских исследователя, Сеймур Сингер и Гарт Николсон. Они предположили, что белки не размазаны по поверхности фосфолипидного сэндвича, подобно маслу, а скорее погружены в фосфолипиды – как шоколадная крошка в печенье^[307]. Некоторые белки пронизывают мембрану насквозь и высовывают наружу только свои концы. Они выполняют работу каналов или насосов, которые перекачивают различные вещества с одной стороны мембраны на другую.

Модель клеточной мембраны как двойного слоя фосфолипидов, из которого местами торчат пронизывающие ее белки, остается общепринятой вот уже более сорока лет. Лишь после ее создания стало возможным сформулировать обоснованную гипотезу образования самой первой клеточной мембраны.

Разумеется, ученые и прежде не сидели сложа руки. Из главы 2 мы помним Опарина, который считал первыми подобиями клеток коацерваты, лишенные клеточной мембраны. Но тут сразу возникало два вопроса: достаточно ли устойчивы такие коацерваты для того, чтобы стать первой формой жизни, и каким образом их позже сменили клетки с настоящими мембранами? Затем Фокс создал гипотезу протеиноидных микросфер и посчитал предшественниками клеток именно их. Но опять-таки непонятно, каким образом на смену этим микросферам пришли фосфолипиды.

Одна из самых экзотических попыток создания мягких внешних покровов клеток связана с именем индийского исследователя Кришны Бахадура из Аллахабадского университета^[308]. Нередко его соавтором бывала супруга, С. Ранганаяки, имя которой история не сохранила. В 1954-м (спустя год после знаменитого эксперимента Миллера) Бахадур описал альтернативный способ получения аминокислот из более простых соединений^[309]. Благодаря этому ученого пригласили на московскую конференцию 1957 года, в которой, впрочем, он участвовать не смог.