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

Получив долгожданную возможность изучать пребиотическую химию, Оро в 1960 году совершил нечто удивительное[84]. Он получил аденин, один из ключевых компонентов ДНК[85]. Внезапно выяснилось, что на юной Земле мог существовать еще один класс биологических молекул. Оро использовал цианистый водород[86], молекула которого состоит из трех атомов: по одному атому водорода, углерода и азота. Он смешал это вещество с гидрохлоридом аммония и получил цианид аммония, который затем нагревал до 90 °C в течение 24 часов. Далее Оро удалил примесь черной смолы и смешал оставшееся с соляной кислотой – той самой кислотой, что содержится в желудке. В итоге образовалось небольшое количество аденина. Следует отметить, что установка Оро сильно отличалась от той, которая служила Миллеру моделью моря и атмосферы. Работа на установке Оро проходила в несколько этапов, и для нее требовались более изощренные реагенты.
Два из использованных Оро веществ (формальдегид и цианистый водород) позднее будут использованы в сотнях других подобных синтезов[87]. Оба соединения связаны со смертью: формальдегид веками применялся для бальзамирования трупов, а синильную кислоту в виде Циклона Б использовали нацисты для умерщвления людей в промышленных масштабах. Удивительно, что именно они сыграли решающую роль в поиске ответа на вопрос о зарождении жизни.
В конце 1960-х годов Оро заинтересовался другими планетами и начал изучать органические соединения, обнаруженные в метеоритах. Он предположил, что необходимые для зарождения жизни вещества присутствовали в породах, из которых исходно состояла Земля[88]. После того как в Испании была восстановлена демократия, Оро вернулся в родную страну. Он умер от рака в 2004 году, появившись незадолго до смерти на испанском телевидении и в нескольких словах объяснив свое к ней спокойное отношение: “Мы всего лишь звездная пыль… Я счастлив вернуться обратно к звездам”[89].
Примерно в то же время, когда Оро публиковал свои первые результаты, в игру включился Сирил Поннамперума. Он, как и Оро, родился в 1923 году, только не в Испании, а в городе Галле на принадлежавшем Британии острове Цейлон (сейчас это Шри-Ланка)[90]. Став для начала бакалавром философии, молодой человек увлекся химией – в частности потому, что понадеялся на более стабильный заработок. После переезда в 1962 году в Соединенные Штаты Поннамперума занялся в Исследовательском центре NASA, Калифорния, экзобиологией (наукой о гипотетической внеземной жизни). Как и Оро, он добился известности благодаря синтезу ключевых биологических молекул, а позже углубился еще и в проблему освоения космоса[91].
Его главное достижение относится к 1963 году – тогда Поннамперума получил аденозинтрифосфат (АТФ)[92]. По своей химической структуре это вещество похоже на аденин, синтезированный Оро. Молекула АТФ содержит в себе аденин, который соединен с сахаром-рибозой, а к ней уже прикреплена цепочка из трех остатков фосфорной кислоты. АТФ был открыт в 1929 году, но его огромное биологическое значение стало понятно лишь ближе к 1940-м[93]. Эта молекула представляет собой химическую “батарейку”: получаемую из пищи энергию организм хранит в форме АТФ и использует по мере надобности.
Поннамперума был научным руководителем молодого ученого по имени Карл Саган, который позже прославился благодаря телесериалу “Космос”[94]. Но наш рассказ относится ко времени, когда Сагану не было еще и тридцати. Тогда он как раз разводился со своей первой женой, микробиологом Линн Маргулис. Причиной развода стало чрезмерное увлечение Сагана собственной карьерой, мешавшее ему воспитывать двоих детей. Из-за этой истории едва не пострадала карьера самой Маргулис[95], однако в итоге ей удалось войти в число виднейших биологов XX столетия[96].
Написав под руководством Юри бакалаврскую работу о возникновении жизни, Саган решил и дальше заниматься этой темой. Он предположил, что смесь аденина, сахаров и фосфатов могла образовать АТФ – если при этом не экономить на ультрафиолетовом излучении. Лаборантка Рут Маринер провела большую часть таких экспериментов и сумела получить некоторое количество АТФ. Это был большой успех, однако вскоре подоспела и критика: сомнения вызывало то, могла ли концентрация фосфатов быть настолько высокой на юной Земле.
 
Тем временем Миллер тоже продолжал свои исследования. К 1980-м он стал очень авторитетен и весьма охотно брался оценивать (особенно критиковать) любые предложенные ему новые идеи. Однако его карьера оборвалась в 1999 году, когда серия инсультов лишила его способности говорить. В итоге Миллер оказался в доме престарелых. Здесь его часто навещал Джеффри Бада, который в 1965–1968 годах написал под руководством Миллера диссертацию и позднее стал его сотрудником. Врач пытался заново научить Миллера выводить отдельные буквы, и пациент очень огорчался своим неудачам. Тогда Бада предложил Миллеру изобразить структуру метана, и последний, к изумлению присутствующих, уверенно и правильно написал “CH4”. Во всяком случае, часть его обширных знаний после инсульта уцелела.
И хотя карьера Миллера подошла к концу, его эксперименты в скором времени внезапно получили новую жизнь. В 2007 году надо было освободить его прежнюю лабораторию, а Миллер хранил там многие образцы, включая и полученные им в ходе первых опытов. Ученый тогда уже стал глубоким инвалидом, потерявшим способность говорить и понимать обращенную к нему речь. Но однажды, незадолго до смерти, Миллера навестил Бада и показал ему одну из маленьких коробочек. В этот момент Миллер широко раскрыл глаза, словно что-то вспомнив.
Бада и его сотрудники провели повторный анализ с применением современных методик и установили, что Миллер на самом деле синтезировал больше различных аминокислот, чем предполагали, хотя и в совсем маленьких количествах. В одном из своих экспериментов, желая воспроизвести условия извержения вулкана в очень влажной среде, он немного изменил установку: одна из стеклянных трубок была тоньше, из-за чего через электрические разряды приходило больше пара[97]. Такая модификация эксперимента позволила получить 22 разные аминокислоты, включая те, что не встречаются в современных белках[98]. Исходно предполагалось, что извержения вулканов выполняли на древней Земле роль химических заводов, производящих органические молекулы.
Еще любопытнее то, что в 1958 году Миллер пробовал использовать цианамид. Это белая пудра, похожая на муку, которую определенно не стоит совать в рот. Цианамид – очередная простая молекула, состоящая всего из пяти атомов: углерода, двух азотов и двух водородов. Тем не менее такое неприметное химическое вещество, вероятно, позволило Миллеру получить важные биологические молекулы – белки. Дело в том, что цианамид вызывает дегидратацию, то есть отнимает воду у других химических веществ. К реакциям дегидратации относится и синтез нуклеиновых кислот, в частности ДНК или белков из аминокислот. Когда команда Бада исследовала образцы с цианамидом, она обнаружила добрую дюжину аминокислот, причем некоторые из них к тому же оказались соединены попарно[99].
Никто не знал, почему Миллер не опубликовал эти результаты, – ведь эта его идея оказалась пророческой. В целом потоке статей 1977 года Оро продемонстрировал, что именно цианамид позволяет синтезировать множество органических молекул, в том числе простые белки[100]. Позднее (в главе 14) мы увидим, что цианамид имеет куда большее значение, чем Миллер мог себе вообразить.
Хотя финал этой истории и радует, однако в первое десятилетие после основополагающего эксперимента Миллера все это, по-видимому, не было так уж важно. Шла своего рода “борьба за химию”, хорошей иллюстрацией чему служит тот скептицизм, с которым встретили синтез АТФ Поннамперумой и Саганом. Тогда же возникли споры и о природе атмосферы юной Земли, и о том, можно ли всерьез относиться к поэтапному синтезу в пребиотических условиях.