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

Чрезвычайная уверенность в себе Фокса иногда шла во вред окружающим. Когда в 1960 году Шварц приступил к работе над своей диссертацией, Фокс предложил ему очень амбициозную тему. Окрыленный успехом с протеиноидами, Фокс решил, что можно попытаться получить тем же самым способом нуклеиновые кислоты, – скажем, ДНК. То есть попробовать попросту нагревать смесь нуклеотидов. Целых три года Шварц занимался в подвальном помещении лаборатории производством “черных грязей”. Теперь он называет это “полным безумием”. Фокс оказался никудышным научным руководителем. Будь он повнимательнее, Шварц не потратил бы столько времени на бесперспективный проект.

После смерти Фокса в 1998 году гипотеза “вначале был белок” потеряла своего самого харизматического защитника, который, впрочем, к тому времени утратил значительную часть своего авторитета. По словам Шварца, после смерти Фокс “оказался в некотором забвении”. И если опыту Миллера – Юри до сих пор едва ли не поклоняются, то о Фоксе и его работах почти забыли.

Впрочем, мысль о первичности белков, которую так активно развивал Фокс, никогда полностью не оставалась в тени. Роберт Шапиро приводит убедительные аргументы в ее пользу в своей книге “Зарождения”, разгромив предварительно практически все остальные гипотезы[243]. Другим ее сторонником оказался физик Фримен Дайсон, имевший неисчислимые заслуги перед наукой, но известный главным образом благодаря сфере Дайсона – гипотетической рукотворной сфере, выстроенной вокруг некоей звезды ради полного использования ее энергии. Дайсон считал, что “первые живые существа представляли собой клетки с основанным на ферментах-белках метаболическим аппаратом, но без генетического аппарата”[244].

В 1996 году эта гипотеза неожиданно обрела некоторое подтверждение: исследовательская группа М. Реза Гадири впервые получила белок, способный к репликации, то есть умеющий себя копировать[245]. Он имел размер всего 32 аминокислоты и мог соединить воедино два белка поменьше (длиной 15 и 17 аминокислотных остатков), каждый из которых соответствовал части самого этого исходного белка. Полученная новая копия белка, в свою очередь, тоже могла копировать саму себя.

Как мы убедились в главе 6, ученые вроде Стюарта Кауфмана считали основополагающим свойством живого именно способность создавать собственные копии. Описание такой способности у белков стало для биохимии настоящим прорывом. Однако конкретно этот эксперимент выглядит несколько искусственным. Использованный белок мог создавать собственные копии только при наличии двух своих готовых частей, так что возникал вопрос, откуда эти готовые части берутся. Тем не менее данное исследование доказало принципиальную возможность саморепликации белков – способности, которая обычно связана с нуклеиновыми кислотами.

Год спустя та же группа ученых продвинулась еще дальше. Ей удалось создать простой гиперцикл (совокупность способных к самокопированию молекул), который мог воспроизводить себя как единое целое[246]. Это напоминает автокатализ, о котором писал Манфред Эйген. Исследователи сначала получили второй самореплицирующийся белок, способный собрать себя из тех же двух фрагментов первого белка и одного нового. Когда все три компонента гиперцикла оказались вместе, оба белка, к всеобщему удивлению, начали катализировать образование друг друга, а заодно создавать собственные копии.

Тоже вдохновившись примером Фокса, группа Стефана Шиллера из Фрайбургского университета Альберта Людвига в Германии впервые описала особый очень простой белок[247] длиной всего пять аминокислот. Этот белок был способен слипаться с образованием полых сфер, которые напоминали живые клетки[248]. Их протоклетки выдерживали нагрев до 100 °C и могли содержать внутри себя крупные молекулы, в том числе ферменты и рибосомы. С точки зрения химии эти частицы отличаются от микросфер Фокса, в которых аминокислоты были просто слеплены случайным образом. Однако свойства тех и других были чрезвычайно похожи.

Нет сомнений, что мысль о начале всего живого с белковых молекул продолжает развиваться. Однако ее популярность пошла на убыль после смерти такого настойчивого и красноречивого сторонника, как Сидни Фокс. Впрочем, даже в 1980-е годы, когда Фокс еще продолжал блистать, его любимая гипотеза уже теряла обороты. Пришло время новой воодушевляющей идеи, которой предстояло смести на своем пути все прочие.

Глава 8

Рассвет репликаторов

В 1986 году бывший-физик-ныне-биолог по имени Уолтер Гилберт опубликовал статью в ведущем научном журнале Nature[249]. Эта статья не содержала новых идей, экспериментов или уравнений, но зато вводила некое понятие, вобравшее в себя множество остававшихся прежде невысказанными идей, которые ученые вынашивали без малого тридцать лет. Оно объединило их в общую, весьма образную гипотезу зарождения жизни. Именно в этой статье впервые упоминается “Мир РНК”. Этот самый мир был (и остается!) одной из общепринятых гипотез возникновения жизни. Вероятно, это единственная из всех рассмотренных нами гипотез, которая остается актуальной на сегодняшний день. Она – в отличие от опаринской гипотезы или даже предположений Фокса – смогла учесть современные знания о сложности клетки.

Мир РНК призван разрешить одну из главных проблем, связанных с возникновением жизни. В любом живом организме ДНК необходима для синтеза РНК, а та, в свою очередь, для создания белков. В результате мы имеем парадокс типа “курица или яйцо”: что именно из всего этого появилось первым? Гилберт считал ответом РНК – потому что эта молекула является “мастером на все руки” и способна брать на себя работу как ДНК, так и белков. РНК может и кодировать белки (подобно ДНК), и увеличивать скорость химических реакций (подобно белкам-ферментам).

Согласно Гилберту, эволюция началась с молекул РНК, способных “самопроизвольно собрать самих себя из супа с нуклеотидами”. Такие РНК должны были научиться “катализировать широкий круг различных реакций”. Позднее они приобрели способность синтезировать простые белки, сменившие РНК в качестве более эффективных катализаторов. Наконец, с появлением ДНК гены перешли в ее ведение. Гилберт считал, что именно тогда РНК “приобрела современную роль посредника, переставшего быть центром событий”. Однако любой интересующийся может отыскать намеки на прежний Мир РНК в современной биохимии.

Гилберт был не первым, кто предположил первичность РНК. Советский генетик Андрей Белозерский (бывший студент Опарина) высказывал подобные соображения еще в 1950-х и посвятил этому доклад на московской конференции 1957 года[250]. Карл Саган также упоминал идеи в русле “вначале была РНК” в 1963 году на конференции в Уэйкулле[251]. Однако тогда эта гипотеза не получила поддержки и постепенно отступила на задний план. Но идеи Гилберта вдохнули в нее новую жизнь и сделали центром всеобщего внимания[252].

Концепция Мира РНК по сути является разновидностью более общей гипотезы “вначале были гены” или “вначале были нуклеиновые кислоты”, которую мы рассмотрели в главе 6. За два десятилетия до статьи Гилберта трое ученых первыми предположили, что именно нуклеиновые кислоты стали первыми компонентами жизни. Двое из них нам знакомы: это Карл Вёзе, построивший родословную живого, и Фрэнсис Крик, соавтор модели двойной спирали ДНК. Третьим в этой компании оказался английский химик Лесли Орджел[253].

Орджел родился в Лондоне в 1927 году и, будучи всего двадцати пяти лет от роду, стал членом Королевского научного общества. Чрезвычайно самоуверенный и резкий, он с трудом выносил людей глупее себя. Позже Орджел сделался страстным коллекционером традиционных персидских подседельных сумок[254]. Его именем даже назвали пару эволюционных постулатов – так называемые “правила Орджела”. Второе из этих правил, получившее более широкую известность, гласит: “эволюция умнее тебя”. Оно стало важным аргументом против креационизма: хотя некоторые люди действительно не могут понять, как именно эволюция создала нечто замысловатое вроде глаза, это вовсе не может служить доказательством того, что она тут ни при чем. Просто у кого-то существуют проблемы с воображением[255].