Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле
Шрифт:
В следующее десятилетие Юри стал всемирно признанным экспертом по разделению изотопов. После начала Второй мировой войны он, как и многие другие ученые, был встревожен возможностью создания нацистами атомной бомбы. Тогда было решено приступить к исследованиям ядерного расщепления, что в итоге породило Манхэттенский проект (программу Соединенных Штатов по созданию атомной бомбы). Юри возглавил работы по выделению урана-235 (атома, который способен расщепляться) из смеси с другими изотопами. У проекта оказалась нелегкая судьба, однако же наконец, в августе 1945 года, США провели атомную бомбардировку японских городов Хиросима и Нагасаки.
После окончания войны Юри изменил свои приоритеты. Изотопов он уже перевидал достаточно, да и ужасы войны сделали свое дело (хотя ученый и был далеко от полей сражений). Юри участвовал в кампании за установление общественного контроля за использованием ядерной энергии, опасаясь того, что могут натворить с ее помощью
Позднее внимание Юри привлекла химия открытого космоса – научная отрасль, которую он, можно сказать, сам и создал. Вернувшись – в определенной мере – к своей первой биологической специальности, Юри задумался над тем, каким образом могла зародиться жизнь и какие именно химические соединения для этого требовались.
В конце 1951 года Юри, теперь уже в Чикагском университете, провел семинар, посвященный возникновению Солнечной системы и условиям, существовавшим на молодой Земле. Он знал, что звезды состоят главным образом из водорода и что более удаленные от Солнца планеты богаты метаном, молекула которого представляет собой тетраэдр из четырех атомов водорода с атомом углерода в центре. Юри предположил, что именно из этих газов и состояла первобытная атмосфера Земли. В настоящее время воздух на 78 % состоит из азота и на 21 % из кислорода, а оставшийся 1 % – это прочие газы, вроде аргона и углекислого газа[72]. Однако изначально воздух Земли был совсем другим. Кислород поступает в атмосферу только благодаря зеленым растениям и им подобным. Однако исходно растений на Земле не было и, следовательно, совсем не было и свободного кислорода. Также Юри предполагал, что и азота в атмосфере было меньше и что первая атмосфера состояла главным образом из метана и аммиака.
В такой атмосфере могли происходить только определенные химические процессы. Как известно, химические реакции всегда сводятся либо к переносу электронов от одного атома к другому, либо к их переходу в “совместное пользование”. Все перечисленные Юри соединения склонны отдавать электроны другим соединениям и не любят их принимать.
Химики называют такую смесь восстановительной атмосферой. Слово “восстановительная” может запутать, хотя его смысл очень прост. Когда что-то принимает электрон, это “что-то” оказывается “восстановленным”. Противоположный процесс, то есть потеря электрона, называется “окисление”. Выходит, восстановительная атмосфера состояла из газов, которые отдают электрон, “восстанавливая” при этом что-то еще. Эти сложные термины возникли задолго до того, как ученые узнали о существовании электронов. Исходно под окислением понимали те реакции, при которых кислород присоединялся к чему-то еще. В то же время “восстановление” обозначало противоположный процесс – то есть сопровождающийся удалением кислорода. Однако после того как химики описали электроны, эти понятия стали применять в более широком смысле. Возможно, стоило просто придумать новые названия, но этим никто не озадачился, и потому нам теперь приходится иметь дело с нелепыми и запутанными обозначениями, требующими толкования, которое может занять целый абзац вроде этого.
Однако вернемся к Юри, сказавшему на своем семинаре, что такая восстановительная атмосфера, пронизываемая молниями и потоком жесткого ультрафиолетового излучения (ведь отсутствие кислорода означает и отсутствие озонового слоя), могла служить идеальным химическим заводом по производству органических веществ. (Тут Юри, сам того не зная, во многом вторит Опарину и Холдейну, рассуждавшим о первичном бульоне.) За несколько месяцев до этого семинара исследователи из Калифорнийского университета в Беркли попытались получить органические вещества путем окисления смеси воды и углекислого газа. Однако даже при бомбардировке ионами гелия с высокой энергией результаты были самые скромные[73]. Юри отметил, что “вероятно, нам нужна новая идея” и что стоит попробовать синтезировать биологические молекулы в восстановительной атмосфере.
Выступление Юри внимательно слушал юный аспирант по имени Стэнли Миллер. Услышанное вскоре изменит его судьбу: можно без преувеличения сказать, что эта лекция стала самым главным событием в его жизни.
Миллер родился в Окленде, Калифорния, в 1930 году – за год до того, как Юри начал свои энергичные попытки получить тяжелый водород. Его отец был адвокатом, мать – бывшей школьной учительницей, а сам он стал неутомимым читателем и “химическим волшебником”. Миллер был застенчив и предпочитал одиночество; особенно ему нравились летние лагеря бойскаутов, где можно было проводить больше времени за чтением[74]. Через всю жизнь он пронес увлечение паровозами и однажды даже построил собственную
машину на паровом ходу.После окончания Калифорнийского университета в Беркли Миллер поступил в аспирантуру Чикагского университета – одного из немногих, где была предусмотрена оплачиваемая должность ассистента преподавателя (после смерти отца Миллер нуждался в деньгах). Здесь он услышал лекцию Юри и вскоре решил присоединиться к теоретическому проекту физика Эдварда Теллера, который ранее высказывался за создание более мощного ядерного оружия (водородной бомбы)[75]. Проект был посвящен исследованиям образования различных химических элементов в молодой Вселенной. Однако прошел год, успеха Миллер так и не добился, а Теллер между тем перебрался в Калифорнию. И тогда молодой ученый, решив изменить подход к проблеме, вспомнил о лекции Юри.
Миллер обратился к Юри в сентябре 1952 года с предложением попробовать синтезировать органические вещества из смеси газов с восстановительными свойствами[76]. Поначалу Юри отнесся к этой инициативе настороженно. Он считал, что Миллеру скорее стоит проводить эксперимент с высоким шансом на успех, чем действовать наудачу. Видимо, сомнения обуревали и самого Миллера, поскольку человеком он был довольно неуклюжим, не слишком годящимся в практики и экспериментаторы. Потому-то он сперва и попробовал себя в теоретической физике[77]. Однако юноша настоял на своем, и в какой-то момент Юри все же согласился дать ему шанс – при условии, что если спустя год не будет результатов, то проект придется свернуть.
Миллер сконструировал простой аппарат, который имитировал одновременно океан и атмосферу. Это были две колбы, соединенные двумя стеклянными трубками. В одной колбе находилась вода, которую можно было нагревать, – она изображала океан. Во второй были газообразные метан, аммиак и водород – это была “атмосфера”. В нее же поместили электрод, генерирующий электрические разряды. Стеклодув выполнил этот заказ всего за неделю.
Запустив аппарат, Миллер начал понемногу нагревать воду и пропускать через нее электрические разряды. Два дня спустя вода приобрела бледно-желтую окраску, а в колбе-“атмосфере” осел смолистый налет. Стало очевидно, что произошли какие-то химические реакции. Горя желанием узнать, что же произошло, Миллер остановил эксперимент и проанализировал пожелтевшую воду методом бумажной хроматографии. Ученый с радостью заметил одно фиолетовое пятно, означавшее, что ему удалось получить глицин, самую простую из аминокислот. Это стало головокружительным успехом, ведь аминокислоты – один из самых главных классов биологических молекул. Они служат строительными блоками, из которых образованы более крупные молекулы – белки. Нам не известны живые существа, способные обходиться без белков.
Юри в тот момент был в отъезде и потому узнал хорошие новости, только когда вернулся. Миллер повторил эксперимент, на этот раз длившийся неделю и сопровождавшийся кипением воды, что должно было еще сильнее стимулировать химические реакции. Вода приобрела желтую, а затем коричневую окраску, в то время как колба-“атмосфера” оказалась покрыта маслянистой пленкой. На сей раз бумажная хроматография показала присутствие не одной, а сразу нескольких аминокислот.
После этого Юри решил, что пора уже обнародовать результаты эксперимента. Воспользовавшись привилегией нобелевского лауреата, он позвонил лично Говарду Мейергофу, редактору Science – одного из самых престижных в научном мире журналов, и получил от него обещание, что статья выйдет не позднее чем через полтора месяца. Тогда Миллер написал черновую версию и показал ее Юри. Последний же благородно настоял на том, чтобы Миллер значился единственным автором статьи, то есть отдал своему ученику все лавры. Миллер и Юри отправили статью в редакцию в декабре 1952 года, но спустя полтора месяца она не вышла. Разгневанный Юри заставил Миллера отозвать статью, чтобы отправить ее в другой журнал, но тут позвонил расстроенный Мейергоф: оказывается, один из рецензентов статьи не поверил ее результатам и, вместо того чтобы отправить свои замечания в редакцию, просто отложил работу в сторону. Мейергоф быстро все исправил, и статья вышла в свет 15 мая 1953 года, то есть спустя всего восемь месяцев с того момента, когда Миллер предложил этот эксперимент[78].
Пока длилась история с публикацией, Миллер успел доложить о своих результатах на семинаре химического факультета родного университета. Обычно такие семинары проводят приглашенные профессора, а вовсе не двадцатитрехлетние студенты. Поднявшись на кафедру для доклада, он оказался перед множеством знаменитых ученых, которые после выступления забросали его вопросами. Но Миллер держался уверенно и смог убедить многих из тех, кто прежде был настроен скептически. В какой-то момент один из таких слушателей (видимо, ядерный физик Энрико Ферми) спросил, действительно ли подобные химические реакции могли происходить на юной Земле. Тут вмешался Юри: “Если Бог не проделал это именно так, то он многое упустил”.