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

Тем временем Миллер тоже продолжал свои исследования. К 1980-м он стал очень авторитетен и весьма охотно брался оценивать (особенно критиковать) любые предложенные ему новые идеи. Однако его карьера оборвалась в 1999 году, когда серия инсультов лишила его способности говорить. В итоге Миллер оказался в доме престарелых. Здесь его часто навещал Джеффри Бада, который в 1965–1968 годах написал под руководством Миллера диссертацию и позднее стал его сотрудником. Врач пытался заново научить Миллера выводить отдельные буквы, и пациент очень огорчался своим неудачам. Тогда Бада предложил Миллеру изобразить структуру метана, и последний, к изумлению присутствующих, уверенно и правильно написал “CH4”. Во всяком случае, часть его обширных знаний после инсульта уцелела.

И хотя карьера Миллера подошла к концу, его эксперименты в скором времени внезапно получили новую жизнь. В 2007 году надо было освободить его прежнюю лабораторию, а Миллер хранил там многие образцы, включая и полученные им в ходе первых опытов. Ученый тогда уже стал глубоким инвалидом, потерявшим способность говорить и понимать обращенную к нему речь. Но однажды, незадолго до смерти, Миллера навестил Бада и показал ему одну из маленьких коробочек. В этот момент Миллер широко раскрыл глаза, словно что-то вспомнив.

Бада и его сотрудники провели повторный анализ с применением современных методик и установили, что Миллер на самом деле синтезировал больше различных аминокислот, чем предполагали, хотя и в совсем маленьких количествах. В одном из своих экспериментов, желая воспроизвести условия извержения вулкана в очень влажной среде, он немного изменил установку: одна из стеклянных трубок была тоньше, из-за чего через электрические разряды приходило больше пара^[97]. Такая модификация эксперимента позволила получить 22 разные аминокислоты, включая те, что не встречаются в современных белках^[98]. Исходно предполагалось, что извержения вулканов выполняли на древней Земле роль химических заводов, производящих органические молекулы.

Еще любопытнее то, что в 1958 году Миллер пробовал использовать цианамид. Это белая пудра, похожая на муку, которую определенно не стоит совать в рот. Цианамид – очередная простая молекула, состоящая всего из пяти атомов: углерода, двух азотов и двух водородов. Тем не менее такое неприметное химическое вещество, вероятно, позволило Миллеру получить важные биологические молекулы – белки. Дело в том, что цианамид вызывает дегидратацию, то есть отнимает воду у других химических веществ. К реакциям дегидратации относится и синтез нуклеиновых кислот, в частности ДНК или белков из аминокислот. Когда команда Бада исследовала образцы с цианамидом, она обнаружила добрую дюжину аминокислот, причем некоторые из них к тому же оказались соединены попарно^[99].

Никто не знал, почему Миллер не опубликовал эти результаты, – ведь эта его идея оказалась пророческой. В целом потоке статей 1977 года Оро продемонстрировал, что именно цианамид позволяет синтезировать множество органических молекул, в том числе простые белки^[100]. Позднее (в главе 14) мы увидим, что цианамид имеет куда большее значение, чем Миллер мог себе вообразить.

Хотя финал этой истории и радует, однако в первое десятилетие после основополагающего эксперимента Миллера все это, по-видимому, не было так уж важно. Шла своего рода “борьба за химию”, хорошей иллюстрацией чему служит тот скептицизм, с которым встретили синтез АТФ Поннамперумой и Саганом. Тогда же возникли споры и о природе атмосферы юной Земли, и о том, можно ли всерьез относиться к поэтапному синтезу в пребиотических условиях.

Однако куда важнее оказались события 1950-х и 1960-х. Открытие структуры ДНК стало огромным прорывом в понимании того, как работают живые клетки. Выяснилось, что жизнь неизмеримо сложнее, чем Опарин, Холдейн и Миллер могли себе представить в 1953 году, и что получение некоторых аминокислот и других органических компонентов первичного бульона вовсе не равно объяснению зарождения жизни. То есть тогда был сделан лишь первый шаг на пути, который оказался неожиданно долгим.

Часть II Странные сущности

Живые организмы – это странные сущности, что в той или иной мере наверняка осознавали люди разных эпох.

Жакоб Моно,

“Случай и необходимость”[101]

Глава 4 Революция ДНК

Если мы хотим разобраться с тем, как возникла жизнь, нам прежде всего следует понять, как она устроена. В начале XX века биологи, скорее всего, такими знаниями еще не обладали. Когда в 1920-е годы Опарин впервые вообразил капли желе в древнем океане, научные представления о внутренней жизни клетки были очень ограниченными. В те времена еще можно было рисовать себе клетку бактерии в виде мешочка, наполненного ферментами и другими веществами и устроенного не слишком сложно, хотя и занятого кипучей деятельностью. Однако эпохальные открытия следующих десятилетий показали, что работой клетки управляет чрезвычайно тонкая и сложная регуляция. Особенно важным стало открытие структуры и механизмов работы ДНК. Биохимики узнавали о ведущей роли ДНК в устройстве молекулярной машинерии всякой живой клетки чем дальше, тем больше, однако же понять, как вся эта конструкция возникла исходно, оказалось отнюдь не просто.

Сейчас ДНК очень популярна. При упоминании этих трех букв на ум приходит целый сонм образов и ассоциаций: изящная структура самой молекулы, вопросы наследственности и родительства, генетические заболевания, мутации, вызванные радиацией, но, возможно, также и “дизайнерские дети”, и пугающие истории вроде “Не отпускай меня” и “Гаттака”. Иными словами, представления о генах, которые состоят из ДНК, вошли в нашу речь и культуру.

Для большинства биологов огромная роль ДНК стала полной неожиданностью, поскольку всю первую половину XX века они считали эту молекулу чем-то второстепенным. ДНК казалась слишком простой для того, чтобы служить хранилищем генетической информации. Именно поэтому многие ученые связывали гены с молекулами посложнее – с белками^[102].

Первым вещество, которое сейчас назвали бы ДНК, начал изучать швейцарский биолог Фридрих Мишер, который в 1868 году работал в Тюбингенском университете (сейчас это земля Баден-Вюртемберг ФРГ, а тогда Тюбинген входил в Королевство Вюртемберг)^[103]. Пытаясь идентифицировать химические вещества из белых кровяных телец, полученных из гноя с хирургических повязок, Мишер обнаружил нечто неожиданное: неизвестный субстрат молочно-белого цвета, напоминающий комки шерсти. Исходно он находился в ядре клетки (лат. nucleus) – в ее округлой и более темной части. Мишер назвал это белое вещество “нуклеином” и в 1871 году опубликовал результаты своих исследований^[104].

Мишер изучал нуклеин в общей сложности четверть века. Он выяснил, что это соединение содержит углерод, азот, кислород и фосфор. А еще нуклеин проявлял свойства кислоты и потому со временем был переименован в “нуклеиновую кислоту”. Оказалось, что этой кислоты особенно много в головках сперматозоидов, что не могло не навести на мысль о наследственности. Но Мишеру и его коллегам даже в голову не пришло, что передачу генетических признаков способно осуществлять всего одно соединение. Опять-таки – ДНК казалась им слишком просто устроенной. Читать рассуждения Мишера, зная развязку всей этой истории, очень досадно, ведь он был так близок к разгадке.

Немецкий биохимик Альбрехт Коссель, вдохновившись работами Мишера, посвятил значительную часть своей карьеры разделению нуклеиновой кислоты на компоненты. За период с 1885 по 1901 год он сам и его студенты выяснили, что ДНК образована из пяти разных веществ меньшего размера. Сейчас мы называем их “нуклеотиды”: аденин, цитозин, гуанин, тимин и урацил^[105].

Но, пожалуй, самый большой вклад в изучение нуклеиновой кислоты внес (заодно “подстегнув” пренебрежительное отношение к ней ученых) биохимик Фебус Левин. Он родился на территории современной Литвы, однако в начале 1890-х его семья, спасаясь от еврейских погромов, была вынуждена переехать в США. Этот худощавый невысокий человек, имевший привычку носить чрезвычайно потрепанную шляпу, владел дюжиной языков, играл на скрипке и, несмотря на довольно слабое здоровье, работал как проклятый.