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

Следующие эксперименты показали, что протоклетки также способны расти за счет поглощения липидов из окружающей среды. Этот процесс оказался довольно привередливым: он происходил только при медленном добавлении новых мицелл. И все-таки он был возможен, что и продемонстрировал в 1990-е годы Луизи.

Эта же исследовательская группа сумела заставить протоклетки создавать похожие на себя “дочерние” копии – в ходе процесса, напоминающего деление: крупные везикулы продавливали через очень мелкие отверстия в ткани, придавая им форму сосиски. Полученные “сосиски” оказались неустойчивыми и быстро распадались на множество мелких везикул, так что на обычное деление клетки (с образованием двух дочерних) это походило уже не слишком, но важнее здесь то, что везикулы в процессе растеряли не всю свою РНК. В последнем эксперименте из этой серии протоклетки подвергли повторяющимся циклам роста и деления – подобное проделывают с поддерживаемой в лаборатории культурой бактерий.

В протоклетках Шостака не было ни белков, ни ферментов, ни прочей обычной для клетки машинерии. И тем не менее их сходство с живым потрясает. “Данные эксперименты стали принципиальным доказательством того, что рост и деление везикул обусловлены простыми физико-химическими явлениями и не требуют участия какой-либо сложной биохимической машинерии”, – таков был вывод ученых. Вообще-то, они явно себя недооценили. Как мы убедились в главах 4 и 6, современные клетки имеют очень сложное устройство – в них работают сообща тысячи различных компонентов. А протоклетки Шостака – несмотря на то, что они состоят всего из нескольких соединений, – воспроизводят многие фундаментальные свойства живого. Как известно, Нильс Бор говорил, что тот, кого не испугала квантовая механика, совершенно ее не понял. То же можно сказать и об экспериментах Шостака: с учетом того, насколько просто устроены протоклетки Шостака, их сходство с настоящими поистине поражает.

Статья с этими результатами была опубликована в 2003 году, спустя полвека после проведения Миллером его эпохального эксперимента, который показал возможность самопроизвольного образования биологических молекул^[463]. Это были пять десятилетий застоя и вязких непродуктивных споров. Но теперь они подошли к концу и наука о зарождении жизни быстро продвигается вперед. Причем это касается как экспериментальных исследований, так и теории.

В течение десяти последующих лет ученые убедились, что их протоклетки еще более универсальны, чем казалось вначале^[464]. Всего через год они продемонстрировали, насколько слаженно могут работать РНК и его липидное пристанище. Ранее Шостак и Луизи предлагали связать их воедино за счет того, что рибозимы внутри создавали новые липиды для оболочки. Но теперь группа Шостака придумала кое-что более простое.

Когда в везикуле становится слишком много РНК, давление на мембрану возрастает и она растягивается, как полный продуктов полиэтиленовый пакет. Шостак и его сотрудники выяснили, что подобные “растянутые” протоклетки могут забирать липиды у соседних везикул, которые не содержат РНК. Такие протоклетки по сути конкурируют между собой за “строительный материал”, то есть за липиды. Победителем из этой борьбы выходит тот, в ком больше РНК. Законы физики мембран стимулируют и рост наполненных РНК везикул, и уменьшение пустых везикул. По мнению ученых, это простое соревнование “могло сыграть важную роль в запуске эволюции по Дарвину”^[465]. В частности, протоклетки, содержащие РНК со способностью быстрее копировать себя, и сами растут быстрее.

Вдобавок протоклетки оказались очень устойчивы. Они выдерживали и охлаждение до 0 °C, и нагрев до 100 °C^[466]. Из этого следует, что они могли бы существовать в гидротермальных источниках – как на суше, так и в океане. Мало того: нагревание открыло их новые возможности. В горячем виде они свободно пропускали внутрь небольшие молекулы вроде нуклеотидов – при нормальной температуре это невозможно. Получается, что в нагретом состоянии протоклетки могли “питаться”, вбирая в себя новый материал.

И все же была тут одна проблема. Как именно могло происходить деление протоклеток, то есть, по сути, их размножение?^[467] В исходном эксперименте протоклетки необходимо было продавливать через крошечные отверстия и тем самым изменять их форму, однако это выглядит искусственно и вряд ли действительно происходило миллиарды лет назад. К тому же при таком продавливании протоклетки теряли часть своих РНК. Требовалось придумать что-то другое, получше.