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

В противоположность Осборну, концепция Вэхтерсхойзера довольно убедительна. Он предполагает, что первичного бульона на деле никогда не было, или же он был, но содержащихся в нем питательных веществ недоставало для поддержания жизни голодного организма. Кроме того, гетеротрофам необходимо для начала разрушить питательные вещества и извлечь из них энергию (возможно, также запасти ее, скажем, в виде АТФ). Для этого требуется множество ферментов. Вэхтерсхойзер считает автотрофность более простым вариантом. Приводящие к выделению энергии химические процессы происходили постоянно, так что самым важным было отыскать энергию, которую можно использовать для построения молекул жизни.

Хотя Вэхтерсхойзер и уязвил очень многих, он не припоминает каких-то особо яростных и незаслуженных нападок. “Негативная реакция, разумеется, была, – говорит он. – В науку вмешивается посторонний, и не просто вмешивается, а приходит с идеей, которая производит переворот в этой области. Так что трудно их за это винить”.

Вэхтерсхойзеру помогло то, что он связал свои идеи с фактами из микробиологии. В 1990 году ученый сделал следующий шаг и обозначил связь между предложенными им метаболическими циклами и обратным циклом лимонной кислоты – тем самым метаболическим процессом, который, как мы помним, используют некоторые бактерии[364]. Это стало сильным аргументом в его пользу, хотя многие ученые по-прежнему были настроены крайне скептически.

В частности, Миллер, к тому времени вступивший в фазу “раскритикую всех, кто во мне сомневается”, сетовал, что “Вэхтерсхойзер не приводит свидетельств в пользу того, что описываемый им сценарий является вероятным или хотя бы принципиально возможным”[365]. Миллер называет выдвинутые идеи “изобретательными и оригинальными”, но в то же время “неоднозначными” и “в целом нереалистичными”. “Пора, – заключает он, – продемонстрировать нам хотя бы один-два из тех многочисленных дерзких химических синтезов, о которых говорит Вэхтерсхойзер”. Иными словами – докажи на деле или заткнись. Вэхтерсхойзеру требовались экспериментальные подтверждения.

Вэхтерсхойзер, прекрасно понимавший, что его идеи вызвали множество вопросов[366], не проводил никаких экспериментов уже много лет и потому нуждался в помощниках.

В начале 1990-х он стал работать вместе со Штеттером, которому уже удалось получить пирит из сероводорода. В целом это отвечало идеям Вэхтерсхойзера; правда, на одном из этапов вместо железа был использован сульфид железа[367]. Также Штеттер показал, что образование пирита может сопровождаться образованием органических молекул, в том числе аминокислот[368].

Начиная с середины 1990-х, Вэхтерсхойзер сотрудничал главным образом с Клаудией Губер из Технического университета Мюнхена. Хотя они и добились целого ряда впечатляющих экспериментальных результатов, им не удалось создать что-либо с поразительными свойствами живого.

Например, в своей первой статье Губер и Вэхтерсхойзер описывают превращение углекислоты в уксусную кислоту (ту, что содержится в уксусе) через промежуточную стадию тиоэфира[369]. В современных живых клетках образование многих жизненно важных соединений происходит путем образования тиоэфиров. “Тиоэфиры были чашей Грааля для биохимии”, – утверждает Вэхтерсхойзер. И в самом деле: клеточный биолог Кристиан де Дюв даже предложил отдельную гипотезу “Мира Тиоэфиров” для объяснения возникновения жизни[370]. Уксусная кислота тут очень важна.

Получение тиоэфиров и уксусной кислоты стало, вне всяких сомнений, большим достижением. Но для этого Губер и Вэхтерсхойзеру пришлось вмешаться в ход химических процессов и изменить их. Вместо приводящей к образованию пирита реакции они использовали смесь из сульфидов никеля и железа.

Через год им удалось соединить аминокислоты и тем самым синтезировать простые белки – опять-таки используя смесь сульфидов никеля и железа, а также угарного газа[371]. Позднее исследователи выяснили, что эта производящая белки реакция может происходить одновременно с другими реакциями – теми, что приводят к распаду белков обратно на аминокислоты. Получился простой метаболический цикл, без устали синтезирующий все новые мини-белки и снова их разрушающий. Энергию для него поставляет поток угарного газа[372].

Все это стало впечатляющей иллюстрацией возможной роли химии железа и серы при возникновении жизни. И все же вопросы еще оставались. В частности, не удавалось использовать железо-серную химию для обеспечения энергией стабильные автокаталитические наборы. Из этого следовало, что созданные Губер и Вэхтерсхойзером циклы реакции могут не иметь биологического значения. Это отличает их от полученных на основе нуклеиновых кислот или белков, ставших основой для автокаталитических наборов. Также сохранялся вопрос о том, как в таких условиях могло образоваться нечто вроде клетки.

И все же идеи Вэхтерсхойзера были, безусловно, гениальны и останутся таковыми, даже если окажутся совершенно неправильными. Подобно Кернс-Смиту, он заставил всех взглянуть на проблему зарождения жизни по-иному. Его основная гипотеза, состоявшая в том, что жизни был с самого начала необходим источник энергии, без сомнения, верна. Более того: хотя Вэхтерсхойзер, возможно, и ошибается, утверждая, что именно реакции с участием железа и серы служили источником энергии, он, тем не менее, вполне может быть прав насчет химической природы этого источника. Единственной очевидной альтернативой здесь является энергия света – способность использовать ее действительно возникла в ходе эволюции после гетеротрофного питания.

Но, пожалуй, самый большой комплимент Вэхтерсхойзеру – это тот факт, что менее чем через год у его теории появилась конкурентка. Новая теория также утверждает, что метаболизм возник первым, и подчеркивает необходимость в химической энергии для начала жизни – и потому эти две теории вроде бы легко спутать. Однако в действительности их отличает друг от друга множество деталей. История этой новой гипотезы берет начало в 1977 году, в Тихом океане, на глубине в сотни метров.

Глава 11

Рожденные в глубинах

8 февраля 1977 года научно-исследовательское судно “Кнорр” покинуло западную часть Панамского канала и взяло курс на Тихий океан, точнее – на Восточно-Тихоокеанское поднятие. Здесь находится хребет, расположенный на границе двух тектонических плит океанического дна. Научно-исследовательские экспедиции ранее уже описали потоки поднимающейся тут теплой воды. Кроме того, в этом месте на поверхности воды были замечены погибшие глубоководные рыбы[373]. Все это заставило ученых заподозрить присутствие здесь так называемых гидротермальных источников. Прежде таких источников еще никто никогда не видел: они представляют собой потоки горячей воды, нагретой вулканическими горными породами и магмой в толще дна и прорывающейся сквозь него в холодный океан.

На “Кнорре” находилась команда океанографов, в том числе Джон (“Джек”) Корлисс, Тьерд ван Андел и Роберт Баллард[374]. Они отправились на поиски гидротермальных источников, потому что верили в их существование. Никто из них не подозревал, что им предстоит произвести настоящую революцию в биологии – и тем самым вдохновить представителей группы “вначале был метаболизм” на создание новой гипотезы зарождения жизни.

Остановившись над Восточно-Тихоокеанским поднятием, ученые погрузили в воду устройство под названием ANGUS[375], напичканное камерами, фонарями и различными сенсорами. Соединенный с кораблем при помощи кабеля, ANGUS перемещался у дна на расстоянии 4,5 метра от него и каждые 10 секунд делал фотографии. Около полуночи он зарегистрировал резкий скачок температуры: аппарат попал в восходящие потоки теплой воды. Когда у ANGUS кончилась пленка, его вытащили на поверхность и на следующий день проявили все 70 000 снимков.

На большинстве их видны лишь голые скалы – кажущиеся бесконечными раздолья застывшей лавы, выброшенной из океанического дна. Но на тринадцати фото, которые были сделаны во время путешествия устройства по температурной аномалии, оказалось нечто совершенно иное. Там буйствовала жизнь! “Поток застывшей лавы окружали сотни белых моллюсков и коричневых ракушек, – напишет позже Баллард[376]. – Такого обилия живого в глубинах океана еще никто никогда не видел – оно появилось внезапно из-за облака мутно-синеватой воды и вскоре исчезло из поля зрения”. Это стало настоящим сюрпризом. В команде исследователей не было биологов: никто даже не подозревал, что они могут понадобиться.