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

К началу XXI века конкурирующие гипотезы зарождения жизни загнали друг друга в патовую ситуацию.

Приверженцы Мира РНК доказывали свою правоту экспериментами с саморепликацией РНК без участия ферментов, молекулами РНК с функциями катализатора и тем фактом, что именно РНК образует основу одного из самых важных компонентов клетки – рибосомы. Те, кто считал первичными протоклетки, указывали на легкость их формирования и некоторое их сходство с настоящими клетками. В то же время сторонники Майкла Рассела радовались открытию щелочных гидротермальных источников – ведь оно подтверждало ключевую догадку, лежащую в основе их гипотезы.

Была еще идея о белках в качестве первоосновы жизни, но, несмотря на то, что аминокислоты действительно являлись одним из главных участников экспериментов в области пребиотической химии, в конечном счете это предположение отошло на задний план.

Тем не менее все три гипотезы обладали серьезными недостатками. Приверженцы Мира РНК так и не сумели показать, что нуклеотиды (строительные блоки РНК) могли возникнуть на древней Земле сами по себе. Полученные Пьером Луиджи Луизи и Дэвидом Димером протоклетки имели очень ограниченные возможности. Рассел же не смог найти доказательства того, что жизнь была способна использовать естественный градиент протонов, возникающий в щелочных гидротермальных источниках.

И все же эти трудности не помешали ученым продвигать свои горячо любимые гипотезы: споры на конференциях обыкновенно шли на повышенных тонах. Дело в том, что люди особенно горячо отстаивают свою правоту именно тогда, когда в глубине души ощущают неуверенность. Сторонний наблюдатель тотчас бы заметил несовершенство всех трех лидирующих гипотез. Назрела потребность в новом подходе, суть которого не сводилась бы к тому, чтобы решить все при помощи какого-то одного “всемогущего” вещества. Ученым следовало смириться с царившим на Земле хаосом и заняться созданием чего-то динамичного и потому способного стать живым. В наши дни сторонники этого нового взгляда добились целого ряда потрясающих экспериментальных успехов.

Эта история началась в конце 1990-х, когда, несмотря на весь раздрай, двое представителей враждующих лагерей смогли найти точки соприкосновения. Примирение, легшее в основу этого маленького альянса, инициировал Пьер Луиджи Луизи, который изучал простые липидные везикулы (см. главу 9). Осознавая ограниченные возможности протоклеток, Луизи и его сотрудники в 1994 году решили создать что-то посложнее^[458]. Они собрали вместе РНК, фермент, необходимый для ее репликации, а также запас нуклеотидов и водворили все это внутрь везикулы.

Эти протоклетки нового типа, по заверениям их создателей, стали “ступенью на пути к созданию модели синтетической клетки”, то есть “такой, в которой репликации мембраны и находящейся внутри нее РНК происходят одновременно”. Иными словами, исследователи решили объединить гипотезу Мира РНК с основанной на везикулах гипотезой “вначале был компартмент” и от попыток заставить какую-то одну из ключевых систем живого взвалить на себя все функции перейти к попыткам добиться этого от работающих вместе двух ключевых систем живого.

Такие протоклетки скорее всего не имеют ничего общего с ситуацией на юной Земле. Копирующие РНК ферменты так же сложны, как и большинство этих молекул, и они не могли возникнуть в современном виде одним махом. Но, повторимся, все это служит лишь доказательством принципиальной возможности. Итак, две казавшиеся несовместимыми гипотезы оказались объединены, хотя и в довольно грубом виде.

Вскоре этой идеей загорелся Джек Шостак из Медицинской школы Гарварда. Внешне Шостак напоминает актера Чарльза Хоутри, но, к счастью, на этом их сходство заканчивается: если Хоутри был алкоголиком со скверным нравом, то Шостак – человек мягкий и пользующийся всеобщей симпатией. Он канадец, рожденный в Лондоне, а его любовь к науке уходит корнями в раннее детство^[459]. Отец помог ему обустроить химическую лабораторию в подвале их дома, а мать снабжала “особенно опасными реагентами”, которые заимствовала на работе. Как-то раз юный Шостак проводил эксперимент и выпустил слишком много водорода, что привело к “впечатляющему взрыву, вследствие которого стеклянная трубка вонзилась в деревяную рейку на потолке”.

Этот энтузиазм в 1968 году привел пятнадцатилетнего (!) Шостака в Университет Макгилла. Однако выбор научного направления давался ему с трудом, и определился он лишь в 1980 году, после знакомства с биологом Элизабет Блэкберн. Блэкберн первой обнаружила, что на концах длинных ДНК клеток имеются повторяющиеся участки. Эти защитные кончики сейчас называют теломеры – по-видимому, они играют важную роль в процессах старения. Шостак начал сотрудничать с Блэкберн, и со временем им удалось доказать, что теломеры защищают остальную часть ДНК от разрушения. Спустя три десятилетия Шостак, Блэкберн и их коллега Кэрол Грейдер удостоились общей Нобелевской премии.