Живое и неживое. В поисках определения жизни - Карл Циммер

На склонах вулканов Димер зачерпывал воду из дымящихся фумарол и изучал горячие источники, окруженные кольцами осадка, как слив в ванне, – это были результаты именно тех циклов намокания и высыхания, которые он надеялся отыскать в природе. Озерца содержали различные комбинации минералов, нагревались до разных температур и были несхожими во многих других отношениях. Для американского исследователя здесь было столько интересного, что он понял: ему придется вернуться. Как раз во вторую поездку, в 2004 г., он и привез свой порошок жизни^[336].

Тридцать лет Димер изучал происхождение жизни, следуя по стопам Стэнли Миллера – в стенах лаборатории. Он проводил эксперименты в стеклянных пробирках, контролируя чистоту ингредиентов и температуру. Этот контроль позволял ему определять достоверность полученных результатов. Но он также оставлял почву для размышлений, действуют ли процессы, смоделированные в лаборатории, в непредсказуемом мире, где организмам приходится выживать.

Как только Димер высыпал свой порошок в лужу на Мутновской сопке и появилась пена, он понял, что произошло нечто необычное. Пена состояла из липидов, собравшихся в мембраны. Но, чтобы точно установить, что именно он наблюдал, исследователю необходимо было вернуться в Санта-Круз. Вместе с коллегами он обнаружил, что большинство соединений из его порошка прилипали к частицам глинистой взвеси в воде. Но были и такие, которых захватывали липиды. Они не обратились моментально в пузырьки, как в лаборатории Димера. В воде с ними прореагировали железо и алюминий, превратив их в плавучие хлопья.

На Мутновской сопке ученому не удалось создать жизнь с нуля, но результат глубоко повлиял на его размышления. Все водоемы и источники на вулкане имели высокую температуру и сильную кислотность, но во многих отношениях они различались. В некоторых водоемах содержались частицы глины или других соединений алюминия, способные помешать развитию жизни. В других же, напротив, условия благоприятствовали ей. Димер приступил к изучению разнообразия гидротермальных источников в других частях света. Иногда он ездил туда сам, иногда организовывал полевые экспедиции для своих коллег и студентов. Они побывали в Йеллоустоне, на Гавайях, в Исландии. В Новую Зеландию^[337] коллега Димера Брюс Деймер взял с собой алюминиевый блок, заполненный пробирками. В каждой пробирке была высушенная пленка из РНК и других химических соединений. Деймер воткнул пробирки в осадок в источнике и периодически заливал в них термальную воду из него. В результате в этих пробирках удалось получить липосомы, содержавшие небольшие цепочки РНК.

Экспедиции были дорогими, трудными и довольно короткими. Чтобы продолжать исследования у себя дома в Санта-Крузе, Димер изготовил искусственный вулканический пруд. «Я имитирую то, что видел на Мутновской сопке», – объяснил он мне.

Ученый сконструировал прозрачный пластиковый ящик размером с чемодан. Он как следует заделал швы, чтобы можно было заполнить внутреннее пространство углекислым газом, создав атмосферу, подобную той, что существовала на Земле 4 млрд лет назад^[338]. Внутрь ящика Димер поместил металлический диск с отверстиями по окружности, куда можно было вставить 24 пробирки. Каждая пробирка воспроизводила один из камчатских водоемов – в ней была горячая закисленная вода с различными соединениями наподобие тех, которые обнаружились в источниках на Мутновской сопке. Исследователь изобрел собственный цикл высыхания и намокания. Диск медленно вращался, так что каждая пробирка дважды в сутки в течение получаса находилась под трубкой, из которой дул углекислый газ. Вода испарялась, оставляя кольца осадка химических соединений. Диск продолжал вращаться, и высушенная пробирка оказывалась под другой трубкой, из которой брызгала вода.

В эти пробирки Димер со своими коллегами поместил липиды и основания – строительные кирпичики ДНК и РНК. После того как сосудики в течение нескольких часов подверглись чередованию намокания и высыхания, в них обнаружились липосомы с захваченными основаниями внутри. А в части этих пузырьков оказалось нечто еще более примечательное: основания соединились. Некоторые из новых молекул достигали длины в сотни нуклеотидов. «Мы создали РНК-подобную молекулу»^[339], – сказал исследователь.

В наших собственных клетках основания образуют связи только посредством высокоспециализированных ферментов. Димер со своей командой обошел это требование, воспользовавшись необычными химическими условиями первобытного водоема. Высыхая, липосомы сливались и сплющивались в листы. Эти тонкие слои становились жидкими кристаллами, в которых основания уже не скакали в постоянном возбуждении. Они выстраивались упорядоченно^[340], и в таком виде у них было больше вероятности образовать связи. Когда в пробирки снова попадала вода, слои разбухали и от них отпочковывались пузырьки, унося с собой РНК-подобные молекулы. С каждым циклом намокания и высыхания молекулы удлинялись.

В РНК-мире Уолтера Гилберта первые живые создания нуждались в рибозимах для синтеза новых молекул РНК. Теперь опыты Димера подсказывали еще более радикальную возможность: не нужно было никаких рибозимов, потому что липиды справлялись с синтезом РНК самостоятельно. Это исследование говорило о том, что миру РНК мог предшествовать Липидный мир^[341].

_______

Второй раз я приехал к Дэвиду Димеру осенью 2019 г. Со времени моей первой поездки в Санта-Круз прошло более двух десятков лет. Я стал седовласым отцом семейства, а Димер только что отпраздновал 80-й день рождения. Я прилетел в Сан-Франциско по рабочим делам, и Дэвид настоял на том, чтобы вечерком встретиться со мной в отеле и на машине отправиться к нему в Санта-Круз. Было заметно, что у него отменное здоровье. Димер утверждал, что это заслуга биохимии. Эксперименты, которые он проводил в 1970-е гг., убедили его в пользе антиоксидантов, и он стал принимать пищевые добавки.

«И вот он я, по-прежнему бодрый», – заявил исследователь.

Однако Димер попросил меня не разговаривать с ним, пока он полностью сосредотачивается на том, чтобы безопасно вырулить из города на шоссе. Но как только мы доехали до сосновых рощ и прибрежных утесов, он расслабился. И замурлыкал свою «песню ДНК».

Я спросил у Дэвида, что по прошествии всех этих лет он думает о жизни. Тот признался в отсутствии у него удовлетворительного ответа на вопрос, что же это такое. «Мы получим его, когда синтезированные нами молекулярные системы обретут свойства живого», – сказал исследователь. Затем он перечислил скороговоркой ряд этих свойств. Я спросил: это действительно определение жизни или всего лишь описание известной нам жизни? Обязательно ли жизнь должна основываться на молекулярных цепочках типа ДНК и белков?