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

Свидетельства в пользу того, что нуклеотиды, аминокислоты и липиды могли образоваться вместе и разом, копились уже не один десяток лет, но им не уделяли должного внимания. Об этом свидетельствовали, в частности, исследования упавших на Землю метеоритов, в том числе Мерчисонского метеорита, приземлившегося в Австралии в 1969 году. Этот метеорит относится к особому типу так называемых углистых хондритов. В них содержится много соединений углерода, включая и те, которые обычно обнаруживают в живых организмах. Еще в 1985 году Дэвид Димер выявил в Мерчисонском метеорите молекулы, близкие липидам, – возможно, они могли быть основой мембран и везикул^[503]. Также в этом метеорите присутствовали многие аминокислоты^[504], а астробиолог Зита Мартинс даже смогла идентифицировать в нем одно из азотистых оснований РНК^[505]. Биологических молекул в Мерчисонском метеорите немного, но сам факт их присутствия в пробах камня с внеземным происхождением говорит о том, что эти вещества вполне могут образоваться вместе, – если для этого есть подходящие условия.

Какого рода процесс мог создать все эти вещества одновременно? Значительную часть своей карьеры итальянский биохимик Эрнесто Ди Мауро посвятил именно этой проблеме. Начиная с 1990-х годов, он изучает соединение, называемое формамид^[506]. Это одно из нескольких напоминающих цианид веществ, которые чрезвычайно полезны для синтеза биологических молекул^[507]. Молекула формамида состоит всего из шести атомов: углерода, кислорода, азота и трех водородов. Он близок цианамиду, который использовал Сазерленд, а также формальдегиду – той самой молекуле из четырех атомов, которую применяли в своих экспериментах и Вэхтерсхойзер, и Оро.

Но самое главное – это то, что таких веществ во Вселенной немало. Астрономы обнаружили формамид, цианамид и формальдегид в космосе еще в 1970-е^[508]. Они возникли там в результате реакций между совсем простыми соединениями – вроде воды и циановодорода, которые есть во тьме межзвездного пространства.

Возможное участие формамида в зарождении жизни было известно с 1960-х^[509]. А в 2001 году группа Ди Мауро доказала возможность его превращения в компоненты РНК. Для этого чистый формамид нагревали до температуры 160 °C 48 часов подряд. Реакция происходила в присутствии распространенных минералов, в том числе известняка. В результате удалось получить аденин и цитозин, то есть два нуклеотида РНК и ДНК^[510]. Разумеется, было бы эффектнее получить сразу все нуклеотиды – и это и впрямь удалось Сазерленду спустя восемь лет^[511]. Но в то время полученный результат стал важным шагом вперед.

“С тех пор мы начали анализировать все реакции синтеза, происходящие с участием формамида, – говорит Ди Мауро. – Оказалось, что их множество”. Важно, что многие минералы могут ускорять реакции, в которых участвует формамид^[512]. Среди них оказался (пора уже перестать этому удивляться) и глинистый минерал монтмориллонит^[513]. Очевидно, формамид может работать независимо от каких-то конкретных мест или минералов.

Мало того: возможности этого вещества не ограничиваются участием в синтезе оснований нуклеиновых кислот. В 2011-м группа исследователей под руководством Ди Мауро подвергла действию формамида образцы Мерчисонского метеорита^[514]. На сей раз помимо азотистых оснований они получили еще и аминокислоты. Сазерленд, несомненно, избрал правильный путь. Строительные блоки и белков, и нуклеиновых кислот удалось получить с помощью одного и того же соединения. Спустя четыре года Ди Мауро и его сотрудники повторили эти эксперименты, подействовав на вещества пучком протонов с высокой энергией. Такая стимуляция позволила получить почти полноценные нуклеотиды – хотя в них не хватало фосфата, ученым удалось самое сложное: сахар и азотистое основание оказались соединены^[515]. Ди Мауро считает, что вся поверхность юной Земли представляла собой химическую фабрику, создавшую органические вещества^[516].

А как обстояли дела у Сазерленда? После статьи 2009 года он перебрался в Лабораторию молекулярной биологии Кембриджа, где сотрудников не принуждают с неимоверной скоростью выпускать все новые статьи и где, соответственно, они могут позволить себе рисковать и браться за длительные эксперименты. Воспользовавшись этой возможностью, Сазерленд продолжил свою “охоту” на “химию Златовласки”. В 2012 году он и его коллега Дуглас Ритсон получили два простых сахара (гликольальдегид и глицеральдегид), которые были необходимы для получения нуклеотидов РНК. Исследователи выяснили, что эти сахара образуются из циановодорода под воздействием ультрафиолетового излучения^[517], ^[518]. Это особенно радует, поскольку циановодород также способен превращаться в цианамид, который нужен для этой реакции.