Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле
Шрифт:
Ответ в какой-то степени был очевиден. Метаболические циклы производят электроны, а те начинают прыгать между различными встроенными в мембраны белками. По мере передвижения электрона от одного белка к другому он теряет часть своей энергии – именно она используется для синтеза АТФ. Все это немного напоминает футбольный мяч, который скачет вниз по лестнице, на каждой ступени теряя часть своей энергии. Астробиолог Чарльз Кокелл назвал этот процесс транспорта электронов основополагающим для живого, потому что электроны являются самой доступной частью атома – ведь они образуют его внешнюю оболочку[394].
Вопрос заключался в том, как именно электроны физически используются для синтеза АТФ. Решение Митчелла, над которым он проработал несколько лет и наконец опубликовал в 1961 году, многим его коллегам
Эта названная Митчеллом “хемиосмотической” гипотеза была детищем гениального озарения. И все же из-за своей излишней сложности она кажется причудливой. Словно бы кто-то построил электростанцию (движение электронов), но затем почему-то стал использовать полученное электричество для перекачивания воды выше по склону (градиент протонов), а потом позволил ей течь вниз, при этом вращая турбину (создающий АТФ фермент). Почему бы просто не использовать энергию, создаваемую самой электростанцией? Неспроста Митчелл и Мойл несколько следующих лет проводили дополнительные эксперименты, одновременно отбиваясь от критики своих коллег (те отказывались верить в такое мудреное объяснение)[396]. Ситуация еще более ухудшилась в 1962 году, когда Митчелл слег с язвой желудка. Он отказался от операции, в ходе которой хирург должен был удалить 80 % его желудка, и тогда ему настоятельно порекомендовали уйти в отставку и заняться своим здоровьем.
Большинство из нас в этой ситуации сдались бы, но Митчелл был находчив и к тому же богат. Годом ранее он приобрел загородный дом – небольшой коттедж на въезде в имение под названием Глинн Хаус, которое располагалось в Корнуолле на юго-западе Англии. (Он выбрал это место потому, что оно находится очень далеко от Эдинбурга – климат которого Митчелл возненавидел, – но при этом все же в пределах Великобритании.) И вот теперь он выкупил все имение целиком за сумму, немного превышающую 2800 фунтов стерлингов, – сейчас это около 60 000 в той же валюте.
В наши дни Глинн Хаус является объектом культурного наследия, но в те времена дом был полностью заражен грибком. Митчелл, понимая, что “с таким может связаться только полный безумец”, недвижимость все же купил. Он потратил целое лето на то, чтобы привести свою новую собственность в порядок, и даже натягивал над домом полиэтиленовую пленку, чтобы уберечь его от дождя и “спасти отличное старое здание от разрушения”.
Когда же язвенная болезнь Митчелла обострилась, он и Хелен поселились в этом коттедже. Уволившийся из университета ученый решил реставрировать Глинн Хаус и обустроить в нем частное научное учреждение. (Тем более что он издавна недолюбливал официальную науку.) Мойл поддержала инициативу коллеги, и несколько следующих лет они занимались ремонтом, потратив на него 70 000 фунтов стерлингов личных средств Митчелла (сейчас это полтора миллиона). Митчелл еще и купил восемь коров джерсейской породы, обитавших в том же имении и дважды в сутки нуждающихся в ручном доении. Когда здание приобрело форму корабля, Митчелл обустроил в нем небольшое научное учреждение под названием “Глинн Ресерч Лтд.” (Glynn Research Ltd), вновь потратив на это собственные деньги. После этого он, Мойл и еще несколько их коллег продолжили исследования протонных градиентов.
К 1978 году споры наконец стихли: Митчелл оказался прав и получил заслуженную Нобелевскую премию по химии[397]. Мойл награды не досталось, и спустя несколько лет она вышла на пенсию. Митчелл явно сожалел о том, что все так сложилось, и пытался добиться для коллеги общественного признания, называя Мойл “лучшим из известных мне биохимиков, чьи навыки экспериментатора и умозаключения безукоризненны”.
Он также хлопотал о том, чтобы Мойл дали почетное научное звание, – это хотя бы в какой-то мере компенсировало отказ Кембриджа присвоить ей соответствующую степень. Но все его усилия оказались тщетными.Как бы там ни было, в итоге Митчелл и Мойл установили, что протонные градиенты имеют исключительное значение для всего живого, поскольку питают энергией процесс образования АТФ. И это объясняет энтузиазм Майка Рассела по поводу идеи о щелочных гидротермальных источниках, в которых протонный градиент формируется самопроизвольно: он мог стать источником энергии для первых живых существ и для химических циклов вроде тех, которые предложил Вэхтерсхойзер. Машинерия для перекачивания протонов через мембрану очень сложна и, по всей видимости, возникла позже[398]. Но в те горячие источники протоны в каком-то смысле были “закачаны заранее”, так что первым клеткам нужно было только использовать готовую энергию протонного градиента. Это объясняет и используемый жизнью запутанный механизм: он был построен “вокруг” имевшегося градиента, к которому добавлялись остальные компоненты.
Рассел и его коллеги излагали свои результаты в период между 1989 и 1993 годами[399]. В отличие от эпохального исследования Миллера, проведенного за сорок лет до того, статьи Рассела публиковались в скромных журналах и прошли мимо внимания журналистов, хотя, возможно, они были не менее существенны. Рассел взял на вооружение несколько на первый взгляд несвязанных идей (метаболические циклы и сульфиды железа Вэхтерсхойзера, гидротермальные источники, протонные градиенты Митчелла) и объединил их в одну замысловатую, но убедительную картину.
Насколько она соответствует действительности? На протяжении 1990-х годов Рассел неутомимо продвигал свои идеи, но все же несколько вопросов ответа тогда так и не получили[400]. Первый вопрос прост: существуют ли на самом деле щелочные гидротермальные источники? А если существуют, то возможно ли использование их протонного градиента для получения органических веществ (вроде аминокислот) без ферментов? И может ли это привести к образованию простых клеток?
В декабре 2000 года был получен ответ на первый вопрос. Ученые на борту научно-исследовательского судна “Атлантис” изучали массив Атлантис. Так называют купол диаметром около 15 километров и высотой примерно 4 километра, расположенный на дне Атлантического океана. Он находится близ Северо-Атлантического хребта, который вытянулся с севера на юг посередине Атлантического океана и является границей неспешно расходящихся тектонических плит. Исследователи опустили в тамошнюю холодную воду камеры и наблюдали происходящее на экране. Неожиданно на нем появились “странного вида белоснежные отложения и небольшие пики, которые вскоре исчезли из поля зрения”[401].
Команда под руководством океанографа Деборы Келли использовала подводный аппарат “Элвин” (упоминавшийся уже в этой главе) и увидела “целый лес потрясающе выглядящих высоких белых трубок”, высота которых достигала 60 метров[402]. Их вид напомнил присутствующим греческие и римские колонны, а поскольку и исследуемый ими массив, и корабль носили название “Атлантис” (то есть “Атлантида”), это странное место нарекли “Затерянным городом”. Удачнейшее название! Каменные шпили пугающе неподвижны и выглядят обесцвеченными. Подводный лес кажется жутким, словно бы населенным призраками. Некоторые из трубок напоминают термитники, хотя особой активности живого тут не наблюдается. В Затерянном городе обильно представлены микроорганизмы, но вот крупных организмов команде Келли удалось обнаружить не то чтобы много – это “пара крабов, морские ежи и предостаточное количество губок и кораллов”.
Затерянный город являет собой поле гидротермальных источников. Температура бьющей из белых трубок воды, по сравнению с “черными курильщиками” Тихого океана, невелика: 40–90 °C. Эти воды также отличает щелочная реакция, их показатель кислотности (или pH) составляет около 10. Вся эта система существует благодаря серпентинизации – взаимодействиям между горной породой и водой в толще дна[403]. Рассел предполагал существование таких источников за десять лет до их открытия и оказался прав. Ключевой момент его теории был верен.