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

Рассел и его коллеги излагали свои результаты в период между 1989 и 1993 годами[399]. В отличие от эпохального исследования Миллера, проведенного за сорок лет до того, статьи Рассела публиковались в скромных журналах и прошли мимо внимания журналистов, хотя, возможно, они были не менее существенны. Рассел взял на вооружение несколько на первый взгляд несвязанных идей (метаболические циклы и сульфиды железа Вэхтерсхойзера, гидротермальные источники, протонные градиенты Митчелла) и объединил их в одну замысловатую, но убедительную картину.

Насколько она соответствует действительности? На протяжении 1990-х годов Рассел неутомимо продвигал свои идеи, но все же несколько вопросов ответа тогда так и не получили[400]. Первый вопрос прост: существуют ли на самом деле щелочные гидротермальные источники? А если существуют, то возможно ли использование их протонного градиента для получения органических веществ (вроде аминокислот) без ферментов? И может ли это привести к образованию простых клеток?

В декабре 2000 года был получен ответ на первый вопрос. Ученые на борту научно-исследовательского судна “Атлантис” изучали массив Атлантис. Так называют купол диаметром около 15 километров и высотой примерно 4 километра, расположенный на дне Атлантического океана. Он находится близ Северо-Атлантического хребта, который вытянулся с севера на юг посередине Атлантического океана и является границей неспешно расходящихся тектонических плит. Исследователи опустили в тамошнюю холодную воду камеры и наблюдали происходящее на экране. Неожиданно на нем появились “странного вида белоснежные отложения и небольшие пики, которые вскоре исчезли из поля зрения”[401].

Команда под руководством океанографа Деборы Келли использовала подводный аппарат “Элвин” (упоминавшийся уже в этой главе) и увидела “целый лес потрясающе выглядящих высоких белых трубок”, высота которых достигала 60 метров[402]. Их вид напомнил присутствующим греческие и римские колонны, а поскольку и исследуемый ими массив, и корабль носили название “Атлантис” (то есть “Атлантида”), это странное место нарекли “Затерянным городом”. Удачнейшее название! Каменные шпили пугающе неподвижны и выглядят обесцвеченными. Подводный лес кажется жутким, словно бы населенным призраками. Некоторые из трубок напоминают термитники, хотя особой активности живого тут не наблюдается. В Затерянном городе обильно представлены микроорганизмы, но вот крупных организмов команде Келли удалось обнаружить не то чтобы много – это “пара крабов, морские ежи и предостаточное количество губок и кораллов”.

Затерянный город являет собой поле гидротермальных источников. Температура бьющей из белых трубок воды, по сравнению с “черными курильщиками” Тихого океана, невелика: 40–90 °C. Эти воды также отличает щелочная реакция, их показатель кислотности (или pH) составляет около 10. Вся эта система существует благодаря серпентинизации – взаимодействиям между горной породой и водой в толще дна[403]. Рассел предполагал существование таких источников за десять лет до их открытия и оказался прав. Ключевой момент его теории был верен.

Однако нельзя сказать, что Рассел не ошибся вообще ни в чем. Ученый представлял себе пузырьки и шпили из сульфида железа, однако башни Затерянного города имеют другой состав. Они по большей части образованы минералами-карбонатами, похожими на тот известняк, из которого сложены, например, Белые скалы Дувра, – это объясняет их светлую окраску. Впрочем, это не слишком меняет суть дела. Минералы подводных башен пористы: в них полно дырок, как у губки. Легко вообразить, как эти крошечные, наполненные водой полости в камне становятся приютом для первой жизни. Иными словами – становятся первыми небиологическими клетками. Эксперименты показали, что любые образовавшиеся здесь биологические молекулы собирались бы в концентрированные сгустки из-за постоянного потока жидкости[404].

Примерно в то же время, когда был открыт Затерянный город, Рассел нашел себе нового коллегу. Им стал задиристый и крайне талантливый микробиолог Билл Мартин. Родом из Мэриленда, он какое-то время работал там столяром, а затем перебрался в Германию и в 28 лет обзавелся дипломом о высшем образовании. За свою карьеру Мартин сгенерировал целую череду парадоксальных идей, касающихся ранней эволюции жизни, причем многие из них оказались на удивление удачными. Но его сотрудничество с Расселом продолжалось всего десять лет и закончилось потому, что оба ученых, будучи очень яркими личностями, разошлись во мнениях о химии. Рассел сравнивал себя и своего коллегу с Джоном Ленноном и Полом Маккартни, которые тоже в какой-то момент не смогли больше работать вместе. Но Рассел, тем не менее, ценил Мартина очень высоко. “Без него я не смог бы этого добиться”, – говорит он. Мартин оказался идеальным партнером благодаря своим знаниям в области микробиологии, в которой геолог Рассел разбирался не слишком хорошо.

По-видимому, самым значительным вкладом Мартина стало предположение о том, что метаболизм первых живых существ был основан на так называемом пути Вуда – Льюнгдаля[405]. Его используют многие современные бактерии и археи. Следуя по этому пути, углекислота и водород соединяются с более крупной молекулой – коферментом А. В результате образуется ацетилкофермент А и вода. Ацетилкофермент А то и дело мелькает в учебниках биохимии, поэтому его синтез открывает огромные возможности. Мартин считал, что именно этот метаболический путь (а не предложенный Вэхтерсхойзером обратный цикл лимонной кислоты) имеет большие шансы оказаться первичным. Ведь в нем нет ничего слишком сложного, такого, как циклы, да к тому же он может функционировать в нескольких разных режимах.

Гипотеза щелочных гидротермальных источников стала одним из самых активно цитируемых и авторитетных предположений о возникновении жизни. Именно ее биохимик и научный писатель Ник Лейн активно продвигает в своей книге “Жизненный вопрос” (The Vital Question)[406]. Ему даже удалось рассказать о ней в прайм-тайм на телевидении – в эфире программы Брайана Кокса “Силы природы”. Мартин, в свою очередь, любит хвалиться частым упоминанием их гипотезы в учебниках биохимии и клеточной биологии – поскольку она связана с метаболизмом бактерий и архей.

Проницательный читатель может ощутить приближение некоего “но”. Действительно, “но” тут уместно, причем довольно весомое. Пробегитесь глазами по тексту этой главы и посчитайте, сколько раз в ней встречается слово “эксперимент”. Вам хватит пальцев одной руки. После ранних экспериментов с мембранами и сульфидом железа работа Рассела носила, можно сказать, теоретический характер, да и позднее, сотрудничая с Мартином, он в основном проводил анализ уже имеющихся данных биохимии. Так что вся эта сложная конструкция держится на весьма скромной экспериментальной опоре.

Среди оставшихся без ответа вопросов первым значится тот, что касается возможности образования органических соединений в щелочных гидротермальных источниках и, далее, их возможности сохраняться там. Группа Ника Лейна попыталась решить эту проблему с помощью созданного ими “реактора зарождения жизни”, который воспроизводил в себе среду щелочных источников[407]. Он представляет собой стеклянный цилиндр диаметром десять сантиметров и десятисантиметровой же высоты, в который вставлены трубки для введения внутрь жидкостей. Наполнив этот реактор имитирующим первозданный океан кислым раствором и затем добавляя в него щелочную “гидротермальную воду”, ученые сумели получить полые трубки и сферы. В такой “настольной” версии гидротермального источника удалось преобразовать диоксид углерода в формальдегид. Формальдегид, в свою очередь, может быть использован для синтеза сахаров, в том числе рибозы и дезоксирибозы из РНК и ДНК соответственно. Впрочем, по правде говоря, последний этап стал возможен только после добавления в реакционную смесь концентрированного формальдегида. Небольшого количества этого соединения, образующегося в ходе самой реакции, было явно недостаточно. Этот старый трюк пребиотического химика делает условия опыта не слишком убедительными.