Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле
И однако точка в этом споре до сих пор не поставлена. Некоторые исследователи продолжают утверждать, что исходная атмосфера все же имела сильные восстановительные свойства[169], так как падение астероидов могло высвободить из земных недр большие объемы метана. Но убедить своих коллег в том, что это меняет дело, им не удается. Ключевой момент здесь (как отметил еще Бернал в 1940-е) заключается в нестабильности и разрушении газов с восстановительными свойствами на свету. Джеймс Кастинг выполнил расчеты и выяснил, что полное превращение метана ранней атмосферы в углекислоту могло произойти за тридцать миллионов лет[170]. В этом случае жизнь имела не так много времени на то, чтобы образоваться из восстановителей до того, как эти последние полностью разрушатся.
Данные о том, что первичная атмосфера имела слабые восстановительные свойства, лишили опыты Миллера (и им подобные) ценности – оказалось, что они просто не соответствуют древней атмосфере. Годы работы оказались потраченными исключительно ради удовлетворения любопытства химиков, без достижения всякого прогресса в науке о зарождении жизни. И все же эксперименты Миллера и сейчас остаются знаковыми, хотя они и не были технически верными. Его опыты имеют безусловное символическое значение: это эффектное доказательство того, что биологические молекулы действительно могут образовываться самопроизвольно. Получается, что Юри был неправ: природа в свое время не предпочла использованный Миллером синтез.
В слабовосстановительной атмосфере получить биологические молекулы оказалось куда сложнее. В 1970-е такие попытки предпринимал Миллер, когда проводил эксперименты в нейтральной атмосфере, в среде, которая не склонна ни отдавать, ни захватывать электроны. В результате аминокислот получалось очень мало или они не возникали вовсе. Спустя десятки лет бывший ученик Миллера Джеффри Бада попросил своего постдока[171] повторить этот эксперимент[172]. Исследователи выяснили, что в смеси образуется кислота, которая в дальнейшем мешает синтезу аминокислот. Когда для ее удаления добавили известняк, синтез наконец начался, хотя и произвел лишь очень небольшие количества аминокислот.
Но по-настоящему серьезный удар обрушился на гипотезу Опарина – Холдейна – Миллера в 1986-м. Космическая гонка завершилась убедительной победой США; СССР, безнадежно в ней отставший, доживал последние годы. Видимо, в новых реалиях американские ученые больше не испытывали необходимости претендовать на то, что им в деталях известно, как именно зародилась жизнь.
Роберт Шапиро надлежащим образом описал ситуацию, сложившуюся в то время в науке о происхождении жизни, в своей книге “Зарождения” (Origins)[173]. Шапиро тут логичен, конкретен и зол. Большая часть его книги построена следующим образом: автор берет различные предположения, которые ранее принимали как нечто само собой разумеющееся, – и с ходу доказывает их несостоятельность. К примеру, Шапиро разносит в пух и прах идею о том, что гипотезу первичного бульона можно спасти небольшими отделочными работами, и обосновывает необходимость ее полного пересмотра. Студенты прозвали Шапиро “Доктор No” – именно так односложно ученый отвечал на очередные выдвинутые гипотезы. Многие из этих проблем замечали и ранее, однако Шапиро впервые заговорил о них во всеуслышание.
Один из главных тезисов Шапиро, который повторяет и Кернс-Смит в своих “Семи подсказках…”, связан с тем, что ученые слишком полагаются на фактор случайности. Очень малая вероятность протекания химической реакции или какого-то другого процесса все равно рассматривается ими как допустимая: мол, Земля – планета большая и к тому же существующая миллиарды лет, а стало быть, даже у самых маловероятных событий было достаточно времени для того, чтобы все-таки произойти. Тем более если достаточно единственного такого события. Этот аргумент кажется очень привлекательным, но на самом деле вероятностность зачастую настолько мизерна, что не спасает даже имеющаяся в нашем распоряжении целая планета. Так что внимания все же заслуживают процессы, которые происходят с легкостью и повторяемостью.
С учетом всего вышеизложенного исследователи обратились к некоей новой идее. Она казалась настолько очевидной, что ее даже редко обсуждали. Суть же ее заключалась в том, что в современном виде живые клетки слишком сложны, чтобы возникнуть целиком и сразу. Скажем, для синтеза белка необходима РНК, которая должна быть “переписана” с ДНК, а для того, чтобы создать и поддерживать РНК и ДНК, клетке требуются еще и белки (см. главу 4).
Чтобы справиться с этим парадоксом “курицы и яйца”, пришлось, что вполне логично, выдвинуть предположение о возникновении одного из компонентов клетки раньше прочих. Другими словами, предположить, что какая-то часть клетки должна была сформироваться первой и некоторое время существовала сама по себе. А остальные компоненты, дескать, присоединились к ней позже.
Но тут возникли четыре вопроса, вокруг каждого из которых десятилетиями идут ожесточенные споры.
Первый из вопросов звучит так: какой именно компонент клетки стал первым? Ответ на него касается не только химических процессов – он затрагивает самую суть жизни, поскольку первым должен был возникнуть именно тот компонент, который эту самую суть и определяет. Эксперименты Миллера и его последователей здесь едва ли полезны. Они могли объяснить только возникновение наиболее важных биологических молекул, а не их самопроизвольное соединение в живые организмы. Но ведь секрет кроется именно в этом!
Возможны три основных предположения о первом компоненте живого. Самым популярным является, пожалуй, мнение о первичности отдельных генов. Речь о молекуле ДНК или о чем-то вроде нее, о чем-то, что способно хранить в себе большое количество информации и создавать свои копии. Именно умеющие меняться (а стало быть, и эволюционировать) гены в этом контексте оказываются сущностью жизни.
Но на это можно возразить, что жизнь должна была сперва научиться поддерживать свое существование, а следовательно, обеспечивать себя энергией. Живые существа выживают только благодаря химическим реакциям, то есть своему метаболизму. Эта мысль стала основой гипотезы, которую можно назвать “вначале был метаболизм”. Действительно, как может ген (целый комплекс молекул) существовать без механизмов, которые его создают? Для появления чего-то еще поначалу должны были возникнуть какие-то химические процессы, обеспечивающие первый живой организм необходимой ему энергией.
Наконец, третья группа ученых полагала, что жизнь началась со своего рода компартмента[174], внутри которого в итоге разместились все ее компоненты, включая гены и ферменты. Этот первый “контейнер” не обязательно имел тот же состав, что и современные клетки. Но функцию он выполнял ровно ту же – удерживал всю конструкцию вместе.
Нельзя сказать, что это “трехстороннее разногласие” было совершенно новым. Идеи Опарина и Холдейна в глазах современников словно бы слились воедино, но на деле они имеют отличия. Оба исследователя с самого начала поняли необходимость возникновения некоторого напоминающего клетку “контейнера”, однако если Опарин делал акцент на метаболизме, то Холдейн скорее обращал внимание на гены. Годами это различие казалось мелочью, с которой можно будет разобраться попозже. Но когда проблемы с опытом Миллера стали очевидны, это расхождение дало о себе знать и в конечном счете стало причиной настоящего раскола.
Стоит отметить, что все три идеи могут быть сведены к самовоспроизведению того или иного рода. Будь то ген, комплект белков для осуществления химических реакций или напоминающий клетку контейнер – первый предорганизм непременно должен был уметь себя копировать. Как иначе объяснить возникновение жизни, ее широкое распространение и огромную сложность? Возникшие разногласия касались природы самого первого “репликатора”, но мнение о центральном значении копирования для живого стало общим местом. Оно звучит в том числе и у Кернс-Смита с его глинистыми минералами, которые, как он полагал, тоже могут копировать себя.