Тайна происхождения жизни

Тайна происхождения жизни

Если бы я был креационистом, то я бы прекратил нападки на теорию эволюции, которую так прекрасно подтверждают окаменелости, и вместо этого сфокусировался бы на происхождении жизни. Это самая слабая опора в шасси современной биологии. Происхождение жизни — мечта автора, пишущего о науке. Эта тема изобилует экзотическими учеными и экзотическими теориями, которые никогда полностью не отбрасываются и не принимаются, но просто становятся модными или выходят из моды.

Самым дотошным и уважаемым исследователем происхождения жизни является Стенли Миллер (Stanley Miller) [99]. Он был двадцатитрехлетним аспирантом, когда в 1953 году попытался воссоздать в лаборатории происхождение жизни. Он наполнил запаянный стеклянный аппарат несколькими литрами метана, аммиака, водорода (представляя атмосферу) и воды (океан). Приспособление, высекающее искру, било газы имитируемой молнией, в то время как спираль накаливания поддерживала пузырение воды. Через несколько дней вода и газы «родили» красноватые липкие пятна. Проанализировав это вещество, Миллер, к своей радости, обнаружил, что оно богато аминокислотами. Эти органические соединения являются строительным материалом протеинов — основы жизни.

Результаты Миллера, похоже, представили поразительные доказательства, что жизнь может возникнуть из того, что английский химик Дж. Б. С. Халдан (J. B. S. Haldane) назвал «первичным бульоном». Ученые мужи опасались того, что такие ученые, как доктор Франкенштейн Мэри Шелли, вскоре будут наколдовывать живые организмы в своих лабораториях и таким образом демонстрировать в деталях, как разворачивался генезис. Но так не получилось. Сорок лет спустя после своего эксперимента Миллер сказал мне, что решение загадки происхождения жизни оказалось более трудным, чем предполагал он сам и кто-либо другой. Он вспомнил предсказание, сделанное вскоре после его эксперимента, о том, что в ближайшие 25 лет ученые «точно» узнают, как началась жизнь.

— Ну вот, 25 лет прошли, — сухо заметил Миллер.

После эксперимента 1953 года Миллер посвятил себя поиску секрета жизни. Он завоевал репутацию одновременно скрупулезного экспериментатора и немного брюзги, сразу же начинающего критиковать то, что считает скверной работой. Когда я встретился с профессором биохимии Миллером в его кабинете в Калифорнийском университете в Сан-Диего, он жаловался, что его область все еще имеет репутацию пограничной дисциплины, не стоящей серьезного исследования.

На Миллера, казалось, никакого впечатления не произвели новые гипотезы, касающиеся происхождения жизни, он ссылался на них как на «чушь, существующую только на бумаге». Он так презрительно относился к некоторым гипотезам, что, когда я спросил его мнение о них, просто покачал головой, глубоко вздохнул и фыркнул — как от очередной глупости человечества. Теория автокатализа Стюарта Кауффмана попадала в эту категорию.

— Прогонять уравнения через компьютер — это не эксперимент, — фыркнул Миллер.

Миллер признавал, что ученые могут никогда точно не узнать, где и когда появилась жизнь.

— Мы пытаемся обсуждать историческое событие, очень сильно отличающееся от событий, которыми обычно занимается наука, так что критерии и методы должны быть другие, — заметил он.

Но когда я предположил, что слова Миллера о перспективах обнаружения тайны жизни звучат пессимистично, он ужаснулся. Пессимистично? Конечно нет! Он — оптимист!

Однажды, поклялся он, ученые обнаружат самокопирующуюся молекулу, которая повлекла за собой великую сагу эволюции. Как обнаружение микроволнового послесвечения Большого Взрыва узаконило космологию, точно так же и обнаружение первого генетического материала узаконит область Миллера.

— Она сорвется с места подобно ракете, — пробормотал Миллер сквозь стиснутые зубы. — Это будет то, что заставит вас говорить: «Боже, вот оно. Как можно было так долго этого не замечать?» И это убедит абсолютно всех.

Когда Миллер в 1953 году проводил свой эксперимент, имеющий такое значение, большинство ученых все еще разделяли веру Дарвина в то, что протеины — наиболее вероятные кандидаты на роль самовоспроизводящихся молекул, поскольку думали, что протеины способны воспроизводиться и самоорганизовываться. После обнаружения того, что ДНК является основой генетической передачи и синтеза протеинов, многие исследователи стали отдавать предпочтение нуклеиновым кислотам, а не протеинам как первичным молекулам. Но в этом сценарии было огромное «но». ДНК не может делать ни протеины, ни копии себя без помощи каталитических протеинов, называемых ферментами. Этот факт повернул происхождение жизни к классической проблеме: «Что было раньше — курица или яйцо?» Так что было раньше — протеины или ДНК?

В «Приходе золотого века» Гюнтер Стент, наделенный даром предвидения, предположил, что эта головоломка может быть решена, если исследователи найдут самокопирующуюся молекулу, которая сама себе может служить катализатором. В начале восьмидесятых годов исследователи идентифицировали как раз такую молекулу — рибонуклеиновую кислоту, или РНК. Это молекулы, состоящие из одной нити и служащие помощниками ДНК в производстве протеинов. Эксперименты показали, что определенные типы РНК могут выступать как свои собственные ферменты, «разрезая» себя на две части и снова воссоединяясь. Если РНК может действовать как фермент, то она может быть способной копировать себя без помощи протеинов. РНК может служить и как ген, и как катализатор — курица и яйцо.

Но так называемая РНК-гипотеза имеет несколько проблем. РНК и ее компоненты трудно синтезировать при самых лучших условиях, в лаборатории, не говоря уже о вероятных предбиологических условиях. После того как РНК синтезирована, она может делать новые копии себя только при усиленной химической помощи со стороны ученого. Происхождение жизни «должно протекать в очень простых условиях, а не сугубо специальных», сказал Миллер. Он уверен, что путь РНК проложила какая-то более простая и, возможно, достаточно несходная молекула.

Линн Маргулис, например, сомневается, дадут ли исследования происхождения жизни тот простой, самодостаточный ответ, о котором мечтает Миллер.

— Я думаю, что это может быть правдой относительно причины рака, но не происхождения жизни, — сказала Маргулис. Жизнь, отметила она, возникла в сложных условиях окружающей среды. — У нас есть день и ночь, зима и лето, изменения температуры, изменения влажности. Эти вещи — исторические накопления. Биохимические системы — это фактически исторические накопления. Так что я не думаю, что кто-нибудь найдет действительный рецепт жизни: добавь воды, перемешай и получишь жизнь. Это не процесс, состоящий из одного шага. Это процесс накопления, который включает массу изменений. Самая маленькая бактерия, — подчеркнула она, — гораздо более похожа на человека, чем смеси химикатов Стенли Миллера, потому что у нее уже есть свойства этой системы. Так что перейти от бактерии к человеку — это меньший шаг, чем перейти от смеси аминокислот к этой бактерии.

Фрэнсис Крик (Francis Crick) в своей книге «Сама жизнь» (Life Itself) написал, что «происхождение жизни кажется почти чудом, так много условий надо выполнить, чтобы она возникла». (Крик, следует отметить, — агностик, склоняющийся к атеизму.) Он предположил, что инопланетяне, посетившие Землю на космическом корабле миллиарды лет назад, могли преднамеренно наводнить ее микробами.

Возможно, надежда Стенли Миллера будет воплощена в жизнь: ученые найдут какой-то хитрый химикат или соединение химикатов, которое может воспроизводиться, мутировать и развертываться при подходящих предбиологических условиях. Открытие обязательно даст ход новой эре прикладной химии (большинство исследователей фокусируются на этой цели, а не на выяснении происхождения жизни). Но в случае отсутствия у нас знаний об условиях, при которых началась жизнь, любая теория происхождения жизни, основанная на таком открытии, будет поставлена под сомнение. Миллер верит, что биологи узнают ответ на загадку происхождения жизни, когда увидят его. Но эта вера держится на предпосылке, что ответ будет правдоподобным, пусть даже ретроспективно. Кто сказал, что происхождение жизни на Земле правдоподобно? Жизнь могла возникнуть из причудливого совмещения невероятных и даже невообразимых событий.

Более того, не похоже, что обнаружение соответствующих древних молекул, если это когда-нибудь и произойдет, скажет нам то, что мы на самом деле хотим знать: была жизнь на Земле неизбежной или это случайное событие? Произошло ли это в других местах или только именно в этом месте? Все эти вопросы можно решить только при условии, если мы обнаружим жизнь вне Земли. Общество, кажется, все менее настроено финансировать такие исследования. В 1993 году Конгресс закрыл программу НАС А (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства) под названием SETI (поиск внеземных цивилизаций), которая сканировала небеса в поисках радиосигналов, генерируемых другими цивилизациями. Мечта об управляемом полете на Марс, наиболее вероятном месте для внеземной жизни в Солнечной системе, была отложена на неопределенное время.

Но даже и после этого ученые завтра могут найти доказательства жизни вне Земли. Такое открытие трансформирует всю науку, философию, всю человеческую мысль. Стивен Джей Гоулд и Ричард Докинс смогут разрешить свой спор о том, является ли естественный отбор космическим или просто земным явлением (хотя каждый, несомненно, найдет достаточное количество доказательств, чтобы поддержать свою точку зрения). Стюарт Кауффман сможет определить, превалируют ли в реальном мире те законы, которые он обнаруживает в своем компьютерном моделировании. Если внеземные жители достаточно разумны, чтобы развить свою собственную науку, то Эдвард Виттен сможет узнать, является ли теория суперструн на самом деле неизбежной кульминацией любого поиска фундаментальных законов, управляющих реальностью. Научная фантастика станет фактом. «Нью-Йорк Таймс» будет напоминать «Уикли Уорлд Ньюс», один из развешиваемых в супермаркетах плакатов с «фотографиями» президентов, ведущих приятельские беседы с инопланетянами. Надежда умирает последней.