Нанонауки. Невидимая революция

МЕТЕОРИТ — КРАЕУГОЛЬНЫЙ КАМЕНЬ, ВАЛЯВШИЙСЯ В ЛУЖЕ

До 1996 года были известны только такие бактерии, величина которых намного превышала теоретический предел. Ничто ничему не противоречило, все шло как надо. Все шло как надо и в жизни некоего геолога из университета Миссисипи: его звали Роберт Фоук, и он, работая в 1990 году, близ горячих ключей в окрестностях Витербо, недалеко от Рима, наткнулся на какие-то непонятные объекты. Они представляли собой совсем крошечные (25-500 нм) кружки и овалы, выстраивавшиеся в цепочки или группировавшиеся как попало. Геолог понял, что это не минералы, и окрестил непонятные следы «наннобактериями» — с двумя «н», потому что в начале XX века эту приставку писали с двумя «н», и так до сих пор делают биологи и палеонтологи ( см. Приложение II). Тогда на Роберта Фоука просто не обратили внимания: какой-то геолог — да что он может понимать в биологии? Кто же не знает, что такой крошечной жизни нет и не может быть! Подумаешь — открытие… Этот Роберт Фоук, если он и в самом деле что-то углядел, так то наверняка остатки заурядных бактерий. Ну, может быть, какие-то конкреции, вкрапления минералов, а что они такие чудные… Ну так они всякими бывают.

Но Роберт Фоук упорно стоял на своем. Он был тверд как сталь. В 1992 году Фоук устроил конференцию в Американском обществе геологии. На этот раз кое-кто к нему прислушался. В зале сидел Крис Романек, геохимик, работавший в НАСА, и он что-то быстро записывал вслед за докладчиком. Похоже, рассказ геолога заворожил геохимика, и тот, решив лично заняться изучением диковинных следов непонятных организмов, захотел проверить на наличие таковых имеющиеся у него образцы породы. Он переговорил с Дэвидом Маккеем, тоже работавшим в НАСА, но в Хьюстоне, в Космическом центре Джонсона, и, вооружившись электронным микроскопом высокого разрешения, — внимание! — обнаружил структуры такие же или очень похожие на то, о чем рассказывал Роберт Фоук!

Весть об этом открытии наделала в мире много шуму — очень уж необычными казались исследованные образцы, точнее, их происхождение. Они были отобраны с метеорита, прилетевшего с Марса. Само падение этого метеорита, окрещенного аббревиатурой ALH84001(открыт в 1984 году, в Антарктиде, у горного хребта Аллан-Хиллз), прошло незамеченным, как, впрочем, и его обнаружение. Но, когда двенадцать лет спустя Дэвид Маккей и Крис Романек нашли в нем структуры, «похожие размерами и формой» на наннобактерии, обнаруженные Робертом Фоуком, незамедлительно вспыхнули жаркие споры. Мало того, что как будто бы подтверждалось существование наннобактерий (уже дело громадной важности), но, более того, эти организмы, похоже, попали на Землю с Марса: выходило, что на Марсе есть — или была — жизнь!

Весь мир затаил дыхание. Нашествие зелененьких человечков? Как сказать.

Внеземные существа оказались крошечными бактериями, куда меньшими, чем все то, что под силу нашему воображению. Правда, кое-кто орал во все горло: «Ну да, открытие! Как же это открыватели умудрились подгадать со своим открытием к голосованию в конгрессе?» Законодатели тогда как раз решали, какую долю бюджета стоит потратить на корабли, отправлявшиеся к Марсу. И пошло-поехало: да в самом ли деле эти продолговатые бороздки оставила после себя некая жизнь? Да и с Марса ли камушки-то? Мало ли чего сыщется в той Антарктиде.

Во Франции между тем нашлись исследователи, вознамерившиеся приглядеться поближе к метеориту, который упал в 1936 году в пустыню в Тунисе, близ Татавина; затем его доставили в Национальный музей естественной истории в Париже, куда в 1990-х попали и другие обломки этого же и иных пришельцев из космоса. Татавинский метеорит уж точно был не с Марса, однако его химический состав оказался почти таким же, как у ALH84001.И тут ученых ожидал сюрприз: в осколках метеорита нашлись продолговатые палочки длиной в несколько десятков нанометров, но — второй сюрприз — они были не на том кусочке метеорита, который был подобран через несколько часов после его падения. Получалось, что «наннобактерии» завелись на тех фрагментах метеорита, которые лежали в пустыне и после 1936 года, а на обломке, который почти сразу же попал в музей и хранился там в герметичном контейнере, охраняющем неземной камень от земных загрязнений, их не было! Стало быть, происхождение «наннобактерий» — вполне земное, да и то, что увидали на ALH84001,тоже, скорее всего, возникло на Земле, и, значит, вряд ли тут наследила внеземная жизнь.

И все же остается одно возражение: продолговатые следы на метеоритах как-то несовместимы с жизнью и жизнедеятельностью — какими мы их сегодня знаем. Чуть позже похожие формы размерами от 50 до 500 нм нашли в Австралии, когда обследовали образцы, извлеченные со дна морского, где они лежали на трехкилометровой глубине. Геолог Филиппа Юинз, стоявшая у истоков этого открытия, окрестила их «нанобами» («нано» — биологические организмы; «бы» — от «микробы», биологические микроорганизмы). Занявшись их изучением, она сумела показать, что нанобы состоят из углерода, кислорода и азота, а эти химические элементы неотделимы от жизни. Более того, Юинс доказала, что нанобы самопроизвольно развиваются как культура при комнатной температуре. И еще у них есть мембраны и к тому же они… позитивно прореагировали в трех тестах на присутствие ДНК. «Если нанобы — не биологические организмы, то трудно предложить вместо них что-то другое, что бы не противоречило нашим результатам», — сделала заключение Филиппа Юинз. Больше она ничего не сообщила мировому научному сообществу — что весьма странно, поскольку открытие ее действительно очень важно.

НАНОПРИШЕЛЬЦЫ? ДА ОНИ ВЕЗДЕСУЩИ!

Работающий в Университете Куопио, в Финляндии, микробиолог Олави Каяндер в своей работе часто сталкивался с необходимостью готовить всякие бульоны из клеточных культур. Однажды вся его стряпня пошла насмарку: клетки погибли. Чтобы понять, что произошло, ученый проанализировал сыворотку плода теленка, которая была добавлена в культуру в качестве питательной среды. Загрязнений в сыворотке он не нашел, зато обнаружил какие-то неведомые организмы, размер которых был не меньше 50 и не больше 200 нм. Микробиолог решил, что это — наннобактерии, которые, как оказалось, встречались не только в геологических породах, но и присутствовали в живых организмах. Но маловеры не унимались и твердо стояли на своем. Мол, образцы еще раньше, до попадания в бульон, были заражены другими бактериями из-за изъянов в органическом материале или просто потому, что уже кишели самыми заурядными бактериями. А что такие маленькие, так это — стресс. Человек, если его напугать, съеживается, вот и эти тоже ужались и сократились.

Карим Бензерара из Института минералогии и физики плотных сред ( CNRS) решил покончить с этими дрязгами, разгадав тайну наннобактерий. Присоединившись к команде исследователей Татавинского метеорита, Бензерара начал изучать его обломки с помощью самых совершенных приборов — мощного просвечивающего электронного микроскопа и синхротрона (ускорителя элементарных частиц). И выяснил, что каждая палочка, обнаруженная в Татавинском метеорите, на самом деле всего лишь кристалл кальцита (известкового шпата). И уж конечно не живой микроорганизм! Значит, есть чисто минеральный процесс, приводящий к образованию именно таких форм. И этот процесс даже удалось воспроизвести в лаборатории. Так что, похоже, нанесен роковой удар по наннобактериям геологического происхождения (то есть тем, что были найдены в метеоритах, скалах и в осадочных породах морского дна).

Затем Карим Бензерара решил применить свои приемы к «наннобактериям человеческого происхождения», которые нашли в сосудистых тканях. Изучение образцов на синхротроне выявило наличие таких нагромождений атомов углерода, которые свойственны белкам, но в данном случае они оказались сопряженными с нанокристаллами фосфата кальция. Следует ли считать эти данные доказательством некой новой формы жизни, обнаруживающейся в сосудистых тканях через углеродистые конкреции? В самом деле, белки ведь могли попасть в эти конкреции и случайно. В своих исследованиях Карим Бензерара держится гипотезы, согласно которой «наннобактерии человеческого происхождения» тоже могут иметь чисто кристаллическое происхождение. Подразумевается, что эти «организмы» способны возникать из образования ядер и роста кристаллов фосфата кальция — а эти процессы управляются белками. Так что Карим Бензерара уверен: несмотря на то что механизм синтеза «человеческих наннобактерий» пока что не очень понятен и неизвестна даже его природа, которая может быть как неорганической, так и органической, однако ничего похожего на жизнь тут нет и быть не может.

Но, если бы, наоборот, удалось показать, что эти минерало-органические объекты — последствие жизнедеятельности живых существ, случилась бы настоящая революция. Тогда на новые — в смысле пока неизвестные — бактерии можно было бы свалить вину за недуги, которые (пока) неведомо откуда берутся: артериосклероз, камни в почках, псаммомы — опухоли, часто встречающиеся при раке яичников, и т. д. Кроме того, те же бактерии могут быть причастны к образованию костей, зубов, зубной эмали и зубного камня. В общем и целом они могут быть связаны с механизмами отложения и осаждения минералов — веществ, органическими не считающимися. Более того, если эти «наннобактерии» и в самом деле существуют, то они представляют собой новую, неведомую прежде форму жизни, во многом непохожую на те живые существа, которые нам известны сегодня. Вполне возможно, что это уцелевшие архаические бактерии или протобактерии — то есть примерно такие же организмы, с которых начиналась жизнь на нашей планете. Словом, нечто вроде «недостающего звена», этакого связующего промежутка между молекулами и теми живыми бактериями, которые нам известны сегодня.

НЕДОСТАЮЩЕЕ ЗВЕНО

Согласно наиболее вероятной гипотезе, жизнь появилась в процессе перехода от вещества косного, инертного к веществу живому. Якобы молекулы становились все сложнее и сложнее и организационно — все совершеннее. Напрашивается вопрос: после чего — после какого уровня сложности и организации — начинается жизнь? Этот вопрос терзает ученых еще с античных времен. В V веке до н. э. греческие философы считали все вещества живыми. Лукреций думал, что жизнь возникает из смеси частиц, «зерен» души с «зернами» телесными. В XVIII веке молекулы считались живыми существами — только самыми маленькими из всех существующих. Бюффон (1707–1788) назвал первые обнаруженные после изобретения микроскопа живые клетки «органическими молекулами». А чего ради считать их живыми? Но вдруг это не так? Сплошной туман — ничего не ясно. Когда в 1827 году ботаник Роберт Броун наблюдал под микроскопом непрерывное и беспорядочное движение зернышек пыльцы на поверхности воды (знаменитое броуновское движение), он решил, что ему посчастливилось открыть те «первобытные молекулы», которые отвечают за жизнь.