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

Описанные в этой главе эксперименты уверенно приближают тот момент, когда создание нового организма “с нуля” станет реальностью. Идеи Ганти в сочетании с исключительно остроумными экспериментами Шостака обозначили путь к сотворению минимального способного к самосборке организма. Думаю, именно эти успехи нанесли самый сильный удар по более ранним концепциям (вроде Мира РНК), которые утверждают, что жизнь могла сформироваться только на основе своих уже существующих главных компонентов.

Тем не менее Шостак использовал в своих экспериментах готовые реагенты, в том числе липиды и нуклеотиды. Его критики вправе спросить: а откуда, собственно, они могли взяться? И тут наша история возвращается в исходную точку – к вопросу, на который в 1950-е годы пытался ответить Стэнли Миллер: как образовались химические вещества в основе жизни? Это станет предметом нашего обсуждения в последней главе. Нам предстоит убедиться, что ровно тот же принцип “все и сразу”, который помог ученым создать напоминающие живые протоклетки, облегчает и возникновение строительных блоков жизни.

Глава 14 Нужное количество беспорядка

Если первой формой жизни действительно были протоклетки наподобие хемотона, они должны были содержать в себе все необходимые химические соединения: нуклеиновые кислоты, липиды и, возможно, еще и белки. Так вот, самый большой вклад в наше понимание того, как мог возникнуть этот “коктейль жизни”, внес, пожалуй, химик Джон Сазерленд.

Интерес к живому пробудился в нем еще в детстве, в 1960-е. “Меня всегда интересовало, откуда мы взялись”, – говорит Сазерленд. Поскольку он не смог заниматься происхождением нашей Вселенной (для этого требовались выдающиеся математические способности), то решил посвятить себя химии и в 1980 году поступил на химический факультет Оксфорда.

Как и в случае Стэнли Миллера, судьбу Сазерленда изменила одна-единственная лекция. Ее прочитал в середине 1980-х химик Альберт Эшенмозер, тот самый, который позднее создал искусственную нуклеиновую кислоту (см. главу 8). Эшенмозер задался вопросом: почему некоторые биологические молекулы настолько трудно получить? Он пришел к выводу, что подобное препятствие не поддается простому измерению (типа подсчета числа атомов в молекуле). Действительно: ведь при наличии всех необходимых ингредиентов некоторые структуры образуются, а другие решительно отказываются это делать. “Какими замысловатыми ни казались бы нам соединения, если они способны к самосборке, то уровень их сложности всегда очень субъективен и определяется наблюдателем, – утверждает Сазерленд. – Это что-то вроде «пути в Дамаск». Очевидно, именно так вы и должны подходить к РНК”.

Хотя в те годы гипотеза Мира РНК набирала обороты, была с ней одна загвоздка. Получить нуклеотиды (строительные блоки РНК) оказалось очень непросто. Это наводило на мысль о невозможности их самопроизвольного образования на юной Земле и, как следствие, ставило под сомнение всю гипотезу Мира РНК.

Но Сазерленд полагал иначе. Он был убежден, что видимая сложность нуклеотидов в составе РНК – лишь иллюзия и что должен быть простой способ их получения. Однако ему потребовалось два десятка лет для того, чтобы этот самый способ найти. “Со временем нам удалось получить определенные денежные средства и выполнить с их помощью определенную работу: нам никогда не давали слишком много, но все же пусть Господь благословит научный совет, что-то он нам смог выделить”, – говорит Сазерленд.

Для решения этой задачи ученым потребовалось мыслить не по шаблону. Обычно биохимики рассматривали нуклеотид как единство трех частей: азотистого основания, сахара и фосфата. Такое разделение молекулы кажется естественным при взгляде на схематическое изображение ее структуры. Именно поэтому ученые решили, что для получения нуклеотида следует просто соединить эти три компонента воедино. Это одновременно заманчиво, логично – и совершенно не работает. Беда в том, что сахар и основания упорно не желали соединяться. Молекулы были не той формы и вели себя, как два не подходящих друг дружке кусочка пазла.

Тогда Мэтью Паунер, Беатрис Герланд и Сазерленд стали искать другой способ. Вместо использования трех реагентов (сахаров, оснований и фосфатов) они принялись экспериментировать с пятью. Одним из них был цианамид: то же самое родственное цианиду вещество, которое Хоан Оро использовал для синтеза биологических молекул (см. главу 3), а Дэвид Димер – для получения липидов (см. главу 9). Проведя с этими пятью реагентами определенные реакции, ученые смогли наконец получить нуклеотиды. Но ни на одной стадии их синтеза не возникали ни азотистые основания, ни сахара. Если привычный подход в этом случае можно сравнить со сборкой скелета из отдельных конечностей, грудной клетки и головы, то способ Сазерленда – это скорее создание фрагментов конечностей, затем грудной клетки и недостающих частей рук и ног, далее головы, и лишь затем – собирание всего этого воедино.