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

Израильский ученый Дорон Ланцет считал, что эта проблема вполне решаема. Большую часть своей карьеры Ланцет посвятил генетике и исследованию обоняния, но со временем заинтересовался и возникновением жизни. Начиная с 2001 года, он отстаивал концепцию, обозначенную им как Мир Липидов[336]. Подобно Гилберту, который полагал, что РНК способна самостоятельно выполнять все функции живого, Ланцет считал, что на это же способны липиды. Ланцет развивал данную идею вместе с несколькими другими коллегами, включая Димера. Суть ее в том, что липидные везикулы “умеют” передавать своим потомкам некую информацию – даже не имея при этом привычных носителей наследственности вроде ДНК. Иными словами, состоящие исключительно из смеси липидов везикулы могут вступить в конкуренцию друг с другом и начать примитивную эволюцию. Благодаря чему это возможно? Во-первых, известно большое число различных липидов и есть химические основания считать, что многие из них присутствовали и на юной Земле. Это означает, что, в отличие от современных клеточных мембран, первые везикулы не состояли из липидов исключительно одного типа – речь шла скорее о смеси. Подобные везикулы, полученные в лаборатории, зачастую прекрасно работают. Согласно этому сценарию, исходные везикулы вряд ли имели постоянный липидный состав.
Во-вторых, везикулы могут иметь каталитические свойства, то есть ускорять химические процессы. Иногда это становится возможным просто потому, что реагирующие вещества одновременно оказываются внутри одной везикулы, которая сближает их и повышает вероятность химического взаимодействия. Подобно тому, как каталитические молекулы РНК назвали рибозимами, Ланцет обозначил свои каталитические везикулы как “липозимы”.
В итоге Ланцет создал целый сценарий возникновения жизни на основе исключительно липидов. Согласно ему, любые везикулы, которые были способны катализировать образование собственных липидов, становились более распространенными. По мере приобретения ими новых каталитических возможностей эти мицеллы приобретали и более сложный липидный состав. В конце концов они научились катализировать и образование других биологических молекул – например, белков. Именно тогда такие состоящие исключительно из липидов протоклетки, начав больше походить на современные клетки, стали вести себя соответствующим образом.
Команда Ланцета разработала математическую модель этих гипотетических сообществ липидов. Данные показывают, что подобные везикулы действительно могли эволюционировать и постепенно усложняться. Однако пока модель не получила экспериментального подтверждения. По словам Ланцета, этому препятствуют “непреодолимые трудности”, связанные со сложностью химической основы этих процессов[337]. Такая сложность, безусловно, наличествует, но отсутствие даже пробных экспериментов все-таки делает эту модель довольно сомнительной.
Очевидно, что Мир Липидов оказался в своеобразном тупике. Подобно протеиноидным микросферам Фокса и “радикальной” версии Мира РНК, он попытался заставить биологические молекулы одного типа взвалить на себя сразу все функции. Чтобы подобная модель сработала, такие молекулы должны быть способны выполнять множество функций, для которых они, как правило, не предназначены. И потому сейчас для большинства исследователей зарождения жизни попытки создать живое на основе молекул всего одного типа – это нечто устаревшее и нереалистичное. Однако Мир Липидов остается важной концепцией – хотя бы благодаря тому, что она ярко иллюстрирует пределы возможностей отдельных биологических молекул. Другими словами, эта гипотеза скорее всего ошибочна – но разве ошибки не помогают нам найти новые и лучшие решения?
Посвященные липидам и протоклеткам работы Димера и Луизи оказались чрезвычайно важны. Они показали, что сложную структуру клетки не так уж трудно воссоздать при помощи набора самых простых соединений, и это свидетельствует о том, что свою роль в зарождении жизни липидные протоклетки наверняка сыграли.
Ну а теперь нам следует обратиться к четвертой и последней из конкурирующих теорий, которая возникла в конце XX века. Она изначально полнилась энергией – причем в буквальном смысле слова, и ее приверженцы намеревались призвать всех остальных исследователей этой области знаний пересмотреть самые основы своих о ней представлений.
   
Глава 10
 
Потребность в энергии
 
История жизни Леонарда Троланда настолько экстраординарна, что его сравнительно малая известность не может не удивлять. После окончания Гарварда в 1912 году и Массачусетского технологического института в 1915-м он занялся исследованиями одновременно и в области психологии, и в области фундаментальной физики. Эти казалось бы разрозненные интересы связывало главное увлечение всей жизни Троланда – свет. Он стремился понять и то, как устроено наше зрительное восприятие, и саму физическую природу света. Возможно, именно он впервые использовал термин “фотон” для обозначения самой маленькой частицы света в 1915 году, то есть за одиннадцать лет до того, как этот термин был предложен “официально”[338].
Спустя год Троланд одним из первых провел научное исследование феномена телепатии, после чего сделал вывод о ее невозможности, – и это утверждение до сих пор остается в силе. В 1920 году умудрившийся как-то выкроить на это время Троланд стал главным инженером корпорации Technicolor Motion Picture[339] в Калифорнии. В отчете о его работе сказано, что он “не только развил и улучшил имеющуюся технологию цветной фотографии, но также изобрел и усовершенствовал новую версию, по сути создав ее в современном виде”[340].
Однако эта неутомимость сказалась на его здоровье: Троланд страдал от нервного расстройства, сопровождавшегося приступами головокружения и обмороками[341]. 27 мая 1932 года он вместе со своим другом отправился в поход на гору Вилсон в Калифорнии. На вершине он позировал для фотографии, но когда его друг взглянул в объектив, Троланда в кадре не оказалось. Он сорвался с большой высоты и погиб. Ему было всего 43 года.
Об интеллектуальной продуктивности Троланда свидетельствует и то, что свои представления о возникновении жизни он опубликовал в 1914 году, еще до защиты диссертации по психологии[342]. По-видимому, он первым из ученых предложил сценарий зарождения жизни, в центре которого оказался метаболизм, а именно – способность живого получать энергию из окружающей среды и использовать ее для поддержания своей жизнедеятельности. Идея о первичности метаболизма является четвертой и последней из наиболее важных соперничающих гипотез. Известно несколько ее вариантов, и мы займемся ими в этой и следующей главах.
Троланд считал, что основополагающим свойством живого является его способность поддерживать себя в сравнительно стабильном состоянии. “Регуляция кажется самым поразительным из активных свойств живых существ”, – пишет он. По мнению Троланда, эта проблема имеет ключевое значение и ее должна решать любая теория зарождения жизни. Каким образом первые живые существа поддерживали свою стабильность? Ответом на этот вопрос служило, по мысли ученого, то обстоятельство, что одни химические реакции в живом возможны, а другие должны быть предотвращены. Из этого следует особое значение ферментов для формирования первых жизненных форм.
Троланд допускал, что на ранней Земле в океане мог самопроизвольно образоваться первый фермент. Рядом с ним оказались соединения, которые медленно реагировали друг с другом, образуя “маслянистую жидкость” – другими словами, липиды. В случае если фермент мог ускорять эту реакцию, имел место следующий сценарий: “Частица фермента оказывается помещенной внутрь этой образующейся в ходе реакции маслянистой субстанции”. В результате получается “маленькая масляная капля” с ферментом в центре, которую Троланд и считал “первой и самой простой живой субстанцией”.
Далее Троланд описывает, как фермент в маслянистой капле мог превратиться в более сложно организованные живые клетки. Он полагал, что первые ферменты в конечном счете создали новые – отличающиеся от них и способные ускорять другие химические реакции. Это могло способствовать или, наоборот, препятствовать выживанию такой капли. В результате выживали только те, что имели внутри себя нужные ферменты; происходила своего рода простая эволюция, в ходе которой эти “клетки” становились “все более и более сложными”.