Книга Воображаемая жизнь. Путешествие в поисках разумных инопланетян, ледяных существ и супергравитационных животных - Майкл Саммерс

хотя бы потому, что перевел эту проблему из области философии в сферу науки. В проведенных вслед за экспериментом Миллера – Юри сериях аналогичных опытов были последовательно получены практически все важные молекулы, присутствующие в живых системах, включая участки цепочек ДНК и сложные белки. Как ни удивительно, но то, что, по мнению современных ученых, в своем эксперименте Миллер и Юри исходили из неверных представлений о составе первичной земной атмосферы, не имеет значения. Опыты с различными составами атмосферы и источниками энергии давали в целом сходные результаты, хотя и отличающиеся количественно, в соответствии с выбранным количественным составом атмосферы. Более того, сложные органические молекулы (в том числе аминокислоты) были обнаружены в метеоритах, межзвездных пылевых облаках и даже в состоящих из обломков околозвездных дисках, в которых образуются экзопланеты. То есть оказалось, что против всех ожиданий основные молекулярные «строительные кирпичики» жизни – довольно рядовой элемент Вселенной; по сути, они встречаются повсюду.

Таким образом, проблема происхождения жизни свелась к вопросу, как именно эти «строительные кирпичики» собираются в нечто, что мы однозначно воспринимаем как жизнь. Уже разработано множество теорий того, как это происходит, но ни одна из них до сих пор не получила всеобщего одобрения. Во всяком случае, опираясь на пример Земли, мы уверенно можем заключить одно: как бы конкретно эта сборка неживого в живое ни происходила, она происходила очень быстро.

Первичный бульон

В теориях, которые стали появляться после эксперимента Миллера – Юри, утверждалось, что в результате смоделированных Миллером и Юри процессов в атмосфере первичной Земли должны были возникнуть дожди из органических молекул, превративших океаны планеты в густую органическую среду – ее стали называть первичным бульоном. Вычисления показали, что это должно было произойти за несколько сотен тысяч лет – по геологической шкале времени практически за мгновение ока. Затем, утверждали теоретики, случайные взаимодействия между органическими молекулами должны были рано или поздно породить химическую конструкцию, способную к поглощению вещества из окружающей среды и к самовоспроизводству, – того самого универсального общего предка. За достаточно долгое время, заключали теории, что‐то вроде этого просто не могло не произойти. Дошло доже до того, что Смитсоновский институт спродюсировал фильм, в котором популярная ведущая кулинарных телепрограмм Джулия Чайльд смешивала первичный бульон у себя на кухне.

Увидело свет сразу несколько вариантов сценария с первичным бульоном: все они рассматривали те или иные варианты появления универсального общего предка. Чарльз Дарвин, например, когда‐то предполагал, что жизнь могла зародиться в «маленьком теплом пруду». Развивая эту идею, некоторые ученые утверждали, что при каждом высоком приливе богатая органическими молекулами вода должна была переливаться в прибрежные лужи. Из них вода постепенно испарялась, оставляя на дне лужи слой органических молекул. Таким образом, именно постепенно растущая концентрация молекул в луже и должна была привести к образованию случайной комбинации молекул – первому живому существу.

Довольно быстро возникли и другие теории. Каждая из них пыталась описать некое условие, облегчающее переход от «строительных кирпичиков» к самовоспроизводящимся клеткам. Была, например, высказана идея, что роль катализатора, запустившего первые необходимые для жизни химические реакции, могли играть электрические заряды на поверхности глинистых отложений. Другие теоретики полагали, что каждый пузырек океанской пены (или, в другой версии, каждую капельку жира в первичном бульоне) можно представить себе как самостоятельный химический эксперимент – ведь каждая такая капелька содержала внутри себя некое уникальное сочетание молекул. Согласно еще одному сценарию, жизнь зародилась внутри полости в камне вблизи глубоководной океанской впадины. (Преимущество этой схемы в том, что в ней нет необходимости в наличии первого общего предка как обладателя клеточной мембраны или клеточной стенки и, таким образом, необходимости в клеточном устройстве живого организма – ведь функционал клеточной мембраны выполняло бы само расположение полости внутри камня.)

Все эти модели происхождения жизни можно классифицировать как варианты теории «замороженной случайности». Их основное содержание состоит в том, что произвольные сочетания молекул продолжали появляться до тех пор, пока одно из них совершенно случайно не оказалось способным к самовоспроизводству. Как только это случилось, колесо жизни завертелось и процесс естественного отбора начался. Первое сочетание молекул, с которого все это началось, оказалось «заморожено», а все возможные конкуренты и опоздавшие остались ни с чем.

Вы можете всю жизнь жить рядом с «замороженной случайностью», даже не догадываясь об этом. Взгляните на клавиатуру вашего компьютера. Видите сочетание букв QWERTY в верхнем ряду клавишей? Эти так называемые QWERTY-клавиатуры были введены в употребление в XIX веке, чтобы уменьшить зацепление рычагов пишущих машинок друг за друга. По сути, эта раскладка оказалась той самой «замороженной случайностью» – хотя клавишами уже давно управляет электроника, а не механические рычаги, мы сохраняем первоначальную раскладку: слишком хлопотно было бы ее менять. Точно так же, если верить этим теориям, первая успешно воспроизводящаяся клетка стала основой всей последующей жизни – не потому, что она была лучшим вариантом из возможных, а потому, что оказалась первой.

Можно было бы продолжать рассказывать о других теориях «замороженной случайности», но вы, наверно, уже уловили главную мысль. Опыт Миллера – Юри породил настоящую лавину идей и гипотез в области происхождения жизни. Но по мере того, как ученые все больше узнавали об основах химии жизни, в этой области стали доминировать два крупных теоретических подхода. Мы назовем их «Мир РНК» и «Сначала обмен веществ».

Мир РНК

Современные клетки функционируют достаточно своеобразно. Для того, чтобы в них могли идти химические реакции, поддерживающие в клетках жизнь, требуются особые молекулы, называемые ферментами или энзимами. В живых системах на Земле ферментами служат белки – это объясняет, почему публикация результатов опыта Миллера – Юри вызвала такой ажиотаж. В клетках информация, необходимая для сборки цепочек аминокислот, из которых состоят белки, закодирована в сложной молекуле, называемой ДНК; эта информация передается белкам еще одной системой сложных молекул – РНК. Но при этом первый шаг в процессе передачи данных представляет собой чтение кода ДНК, а для чтения кода опять‐таки требуются белки. Таким образом, перед нами классическая дилемма курицы и яйца. Чтобы декодировать ДНК, нам нужны белки, но мы не можем получить белки, пока не декодируем ДНК.

Возможный способ решения этой проблемы был обнаружен в начале 1980‐х, когда ученые открыли, что некоторые виды молекул РНК, помимо своей обычной роли в раскодировании ДНК, могут выступать также в роли ферментов (такие разновидности РНК называются рибозимы). Это открытие привело к еще одной версии теории «замороженной случайности»: предполагается, что случайным образом возникла некая версия прото-РНК, а затем эта прото-РНК стала функционировать в первых формах жизни одновременно и как фермент, и как шестеренка в цепочке производства белка. Эта гипотеза, названная