Как начиналась жизнь 19

Алексей Торгашев

Новость не совсем свежая: четыре миллиарда лет назад на планете Земля появилась жизнь. Она эволюционировала до тех пор, пока естественный отбор не привел к появлению ученых-биохимиков. Эти высокоорганизованные существа стали решать вопрос, каким именно способом из мертвой материи появилось живая

Фото: Алексей Майшев для "РР"

Комната. Как множество других в старых институтах - длинная и узкая. Налево от входа - отгороженный простенком угол с хорошей вытяжкой. Здесь постукивает помпой установка: стек­лянные и пластиковые трубки, металлические баллоны, железные штативы, переходники, вентили. Стеклянный цилиндр, внутрь которого методично бьет электрический разряд, является главной деталью этого хозяйства. В памяти почему-то всплывает слово "реторта", хотя реторта - всего лишь колба с изогнутой горловиной, удобная штука, широко использовавшаяся для перегонки еще алхимиками...

- Все это из помойки сделано, - кивает на установку один из двоих сильно немолодых мужчин.

- Вот, - кивает второй раз, указывая на стеллажик в углу, на котором разложены гаечные ключи и, по всей видимости, то, что можно назвать исходным материалом: те же железки и трубки, только в разобранном виде. Затем оборачивается ко второму мужчине и флегматично бросает: - Азот утек весь.

- Ну вы даете! - живо отвечает второй. - Раз так, подай воздух, коррес­пондентам посмотреть нужно.

В систему подается воздух, и установка опять начинает постукивать помпой и стрелять разрядом в реакционной колонке - мы имеем честь наблюдать эксперимент по зарождению жизни на лабораторном столе, один из серии экспериментов, идущих уже два года в московском Институте геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского (ГЕОХИ).

Первого из двух немолодых людей, следящих за установкой, зовут Валентином Стрижовым. Именно он, ведущий инженер института, разработал и построил агрегат, и сделал это хорошо, хотя и "из того, что было": установка исправно производит сложные органические молекулы из "простой химии" - метана и азота. Тот, кто порадел о наших интересах, - Виктор Лупатов, старший научный сотрудник и глава экспериментальной группы. А идеологом всех исследований является директор института Эрик Галимов, один из координаторов программы РАН "Проб­лема возникновения и эволюции биосферы".

Дизайнер против грязного белья

Проблема зарождения жизни формулируется очень просто: как из мертвой материи появляются живые организмы? Сначала эту задачу решали умо­зрительно. Аристотель, например, считал, что есть некое "активное начало" всего живого, позволяющее мухам зарождаться в гниющем мясе. Затем пошли варварские эксперименты: в Средние века всерьез "зарождали" мышей из грязного белья, где в роли активного начала выступал человеческий пот (настолько силен был авторитет Аристотеля). И только изящные опыты Луи Пастера в XIX веке показали, что спонтанно ничего зародиться не может, даже бактерии. Собственно, это был тупик - непонятным оставалось, каким образом появилась на свет самая первая живая клетка, если не привлекать и сейчас популярную в некоторых кругах, но малопродуктивную гипотезу существования "создателя".

Из тупика науку вывел биохимик Александр Опарин, опубликовавший первую работу по этой теме еще в 1924 году. Гипотеза Опарина сводилась к следующему. Организмы, даже простейшие, появились на Земле не сразу, у них были еще более простые предшественники - небольшие группы сложных органических молекул. Эти молекулы синтезировались на древней Земле из простых веществ - углекислого газа, воды, метана и так далее, затем они объединялись и в водоемах образовывали "коацерватные капли", про которые мы все помним из школьного учебника биологии. Начинался естественный отбор, который в результате и привел к образованию полноценных одноклеточных организмов, и из них уже возникли многоклеточные. Вопрос "почему же жизнь не зарождается в наши дни?" снимался предположением, что теперь любая примитивная органика будет немедленно съедена вездесущими бактериями.

Гипотеза Опарина задала программу экспериментов на годы вперед, но все главное сделал Стэнли Миллер, который в 1953 году пропускал мощные электрические разряды через смесь газов, моделирующих первичную атмосферу. Миллеру и его последователям удалось получить аминокислоты - элементы белков - и даже короткие белковые цепочки, а также нуклеотиды, то есть участки наследственного материала ДНК. С тех пор прошло полвека, золотые полвека молекулярной биологии: были открыты структура ДНК, генетический код, механизмы синтеза белка в клетке, фотосинтеза сахаров за счет энергии солнечного света, найдены энергетические молекулы, в первую очередь АТФ, этот своеобразный клеточный "бензин"...

Трудно представить, чтобы вся эта внутриклеточная начинка собралась в одном месте случайно. Посчитали вероятность "поэтапной сборки" - получалось, что требуется больше времени, чем продолжительность жизни Вселенной, и при этом вся Вселенная должна быть битком набита органикой. Помнится, в начале девяностых академик Александр Спирин говорил в задумчивости студентам биофака МГУ: "Естественный отбор - это, конечно, правильно, но вот рибосома (главный молекулярный агрегат синтеза белка. - "РР") настолько сложна, что я не понимаю, как она могла эволюционировать. Если она, конечно, не возникла сразу, по готовому плану". Впрочем, сейчас академик - главный сторонник гипотезы под названием "мир РНК".

По этой гипотезе первыми молекулами, научившимися размножаться, были цепочки РНК, в современных клетках они задействованы в аппарате белкового синтеза. Некоторые из них действительно могут производить собственные копии, некоторые могут катализировать синтез белков. Так что можно представить и "мир РНК", и его эволюцию - допустим, отбор самых стабильных молекул или молекул, копирующих себя точнее. Какие-то молекулы РНК случайно оказались способными кодировать короткие белки, а затем среди этих белков оказались "нужные" для размножения и синтеза самих себя. Но даже интуитивно понятно, что вероятность таких событий чрезвычайно низка. В экспериментах, во всяком случае, ничего подобного не происходит.

Машина создания

- Наблюдения Дарвина не годятся для объяснения того, как же произошла жизнь, - говорит академик РАН Эрик Галимов. - Естественный отбор на молекулярном уровне должен выглядеть следующим образом: выживают более

быстрые или, например, более устойчивые молекулы. Но это обычная термодинамика. А обычная термодинамика ведет к максимуму энтропии, к разупорядочению! Как биологи выходят из положения? Они за отправную точку берут случайное событие: каким-то образом появились первые сложные молекулы, а затем уже начали эволюционировать. Меня же интересовал как раз этот момент - как произошло первичное упорядочение.

Keywords: