Жизнь на грани. Ваша первая книга о квантовой биологии

Идеи создания синтетических форм жизни по принципу «снизу вверх» возникли еще в начале XX века, когда французский биолог Стефан Ледюк написал: «Подобно тому как синтетическая химия начиналась с искусственного создания простейших органических продуктов, синтетическая биология должна поначалу довольствоваться созданием форм, напоминающих низшие организмы»[191]. В главе 9 мы говорили о том, что даже современные «низшие организмы» — это сложнейшим образом организованные бактерии, состоящие из нескольких тысяч частей, которые невозможно синтезировать даже за очень длительный промежуток времени в рамках какого бы то ни было научного подхода. Жизнь, несомненно, начиналась с более простой формы, чем бактерия. Как мы уже говорили в этой главе, современные представления о нашем древнейшем предке связаны с молекулами самореплицирующейся ферментативной РНК (рибозимами) или белка, скопившимися в некоем пузырьке и таким образом сформировавшими простейшую клеточную структуру — протоклетку, способную к самовоспроизведению. Природа первых протоклеток, если они на самом деле существовали, остается полнейшей загадкой. Многие ученые полагают, что первые формы жизни сохранились в микроскопических порах древнейших пород (например, в горах Исуа, о которых мы говорили в главе 9), заполненных простыми биохимическими соединениями, способными поддерживать жизнь. Другие считают, что протоклетки представляли собой пузырьки или капельки биохимических соединений, связанных чем-то наподобие мембраны, плавающей в «первичном бульоне».

Большинство сторонников принципа «снизу вверх» черпают вдохновение из различных теорий происхождения жизни и пытаются создать живые протоклетки, способные выживать в искусственно созданном в лаборатории первичном океане. Возможно, простейший вариант такой протоклетки — пузырек или капелька масла в воде или, наоборот, воды в масле. Получить такую протоклетку несложно: вы и сами миллион раз ставили этот эксперимент, например заправляя салат маслом. Известно, что вода и масло не вступают в реакции, поэтому быстро отделяются друг от друга. Однако, если вы добавите к ним вещество, молекулы которого займут место между молекулами воды и масла (этим веществом — сурфактантом — может послужить, например, горчица), и хорошенько перемешаете все три компонента, у вас получится густая, однородная заправка для салата. На самом деле полученная смесь только на вид густая и однородная: в ее структуре сохраняются триллионы отдельных стабильных капелек масла.

Мартин Ханцик, профессор Университета Южной Дании, получил удивительно правдоподобные протоклетки из капель масла в воде, которые он стабилизировал при помощи синтетического компонента моющих средств. Его протоклетки имеют очень простую структуру и состоят в основном только из пяти соединений. Если соблюдать правильные пропорции, эти соединения самоорганизуются в маслянистые капельки. Химия таких капелек очень проста: подобные протоклетки приходят в движение благодаря конвекции (передаче тепла) и подобным химическим силам, благодаря которым масляные капельки объединяются в более крупные пузырьки. Они также характеризуются способностью к простейшей форме роста и самовоспроизведения. Протоклетки способны поглощать «сырье» из окружающей среды и распадаться на две части[192].

Сравнение протоклеток Ханцика с живыми клетками как бы вывернуто наизнанку: протоклетки характеризуются маслянистой внутренней средой, а окружает их водная среда. Большинство исследователей все же склоняются к созданию протоклеток с внутренней водной средой. Это позволит заполнить протоклетки готовыми биомолекулами, растворимыми в воде. Так, в ходе эксперимента, проведенного в 2005 году, генетик Джек Шостак заполнил протоклетки рибозимами РНК[193]. Как вы помните (из главы 9), рибозимы — это молекулы РНК, кодирующие генетическую информацию, как и ДНК, и обладающие ферментативной активностью. Команда ученых продемонстрировала, что заполненным рибозимами протоклеткам свойственна простейшая форма наследственности: они, как и протоклетки Ханцика, в конце концов распадаются на две протоклетки. В 2014 году группа исследователей под руководством Себастиана Лекоммандо (Университет Неймегена имени святого Радбода, Нидерланды) создала еще один вид протоклетки, многочисленные ячейки которой были заполнены ферментами, способными, как и живые клетки, поддерживать простейший метаболизм, передающийся от одной ячейки к другой[194].