Живое и неживое. В поисках определения жизни - Карл Циммер

«Я застрял в своем ящике, – признался Димер. – Не могу представить себе, чтобы эти функции выполняло что-то, кроме нуклеиновых кислот и белков. Вы меня спрашиваете, как я себе все это мыслю. Я люблю проводить эксперименты. Люблю наблюдать, как что-то происходит. Я просто думаю: "Что бы сделать еще не особо затейливое?"».

Когда мы приехали в Санта-Круз, я увидел, что со времени моей прошлой поездки следы землетрясения изгладились. Но открылись другие раны, которые будет труднее залечить. Обеспеченные компьютерщики, которым стало не по карману жить в Кремниевой долине, ринулись в горы, предлагая миллион долларов за малогабаритное бунгало. Возле городской автобусной остановки лениво слонялась босоногая женщина, жестами выпрашивая у прохожих сигареты.

Димер не повез меня в рощу секвой, где когда-то находилась его университетская лаборатория. Вместо этого мы направились к похожему на склад зданию на окраине города у железнодорожных путей. Год назад исследователь основал компанию в бизнес-инкубаторе Startup Sandbox. Там предоставляли помещения для стартапов в области разработки костных трансплантатов, тестов на раковые заболевания и систем автоматического ухода за растениями. Димер был втрое старше большинства разработчиков.

Мы устроились в его офисе на втором этаже. Там было неуютно, как бывает в комнате, куда только что переехали. На стене в рамке висел снимок падающей звезды. На полке одиноко стоял фантастический роман Станислава Лема. Из-под стола Димер вытащил свой искусственный пруд, чтобы показать мне его в действии.

«Не бог весть что, – сказал он, – но второго такого в мире нет».

Мне тоже было что показать Димеру. Я открыл у себя на смартфоне фотографию, которую мне недавно прислал знакомый биолог. На ней был металлический брусок размером с губную гармошку с восемью отверстиями. Рядом стояла открытая коробка с надписью: "MinION".

«Привезли новую игрушку, – было написано в посте. – Секвенатор за $1000. Дешевле твоего айфона! Не знаю, радоваться или за голову хвататься».

Я прокрутил ленту до следующего сообщения, которое этот знакомый прислал мне еще через несколько недель. Он хотел узнать, какие микроорганизмы заселяют произведения живописи, поэтому взял чешуйку краски со старинной картины, выделил из нее генетический материал и поместил каплю насыщенного ДНК раствора в свой секвенатор MinION. И прислал мне видеозапись: подсоединенный к ноутбуку прибор считывает последовательности ДНК. За пять часов MinION прочел 42 млн пар оснований.

«Та-дам! – писал мне друг. – Даже не верится, что еще при моей жизни это устареет».

«Ну надо же!» – выдохнул Димер в тихом восхищении. Я не удивился, что видео его обрадовало. Машинка, которой пользовался мой знакомый биолог, вела свою родословную от видения, представшего глазам Дэвида 30 лет назад.

В 2007 компания Oxford Nanopore Technologies приобрела патент на идею секвенатора ДНК, разработанного Димером и его коллегами. В последующие годы Дэвид и другие ученые нашли способы усовершенствовать конструкцию. У других бактерий обнаружились более подходящие канальные белки. В Oxford Nanopore придумали, как разместить множество таких каналов на одной мембране, чтобы можно было секвенировать много копий ДНК одновременно. А еще их затаскали по судам. Технология становилась все более многообещающей, и другие занимавшиеся секвенированием ДНК компании стали оспаривать патенты.

«Нас заваливают исками», – сказал мне Димер.

Свой первый секвенатор компания Oxford Nanopore выпустила в продажу в 2015 г. На тот момент по сравнению с другими технологиями он был компактным, простым и дешевым. Ученые стали использовать этот прибор для прочтения тех ДНК, которые без него так и осталась бы непрочитанными. Во время вспышки лихорадки Эбола в Западной Африке в 2015 г.^[342] исследователям понадобились лишь сутки, чтобы прочесть гены вирусов, выделенных у пациентов. В лесах Уганды специалисты по дикой фауне быстро определяли новые виды насекомых^[343]. В 2016 г. NASA отправило MinION на МКС, где астронавтка Кэтлин Рубинс провела первое секвенирование ДНК в космосе. Дэвид Димер надеялся, что когда-нибудь нанопоровый секвенатор сумеет обнаружить гены на другой планете.

_______

Идеи Димера воплощались в жизнь иным образом: для изучения мира РНК более молодые ученые конструировали усовершенствованные протоклетки. Биолог Кейт Адамала^[344] разработала собственный рецепт липидных пузырьков, в которые она отправляла молекулы РНК. Она создала пузырьки-протоклетки, способные расти и делиться надвое. Она изготовила и такие, которые испускали вспышку света, почуяв определенные вещества. И даже те, что умели общаться между собой. Правда, ни одна из протоклеток не умела делать все это одновременно. Каждую такую клетку Адамала наделила отдельным видом РНК. Но все вместе ее творения проливали свет на то, какой могла быть жизнь до появления известной нам жизни – если, конечно, мы согласимся называть живым то, у чего нет ДНК.

У себя в лаборатории Димер совместно со студентами продолжал изучать возможные этапы сборки свободных молекул липидов и нуклеиновых кислот в первобытные протоклетки. В 2008 г. было установлено, что, проходя через циклы намоканий и высыханий, липосомы способны синтезировать цепочки РНК до ста оснований длиной. Но скептики отметили, что эти молекулы намного короче любой РНК вирусного генома. Оставалось непонятным, как столь краткие генетические инструкции могли положить начало истории живого. Поэтому Димер и его коллеги попытались изготовить более длинные.

Незадолго до моего приезда они для изучения своих творений стали использовать новый прибор – атомно-силовой микроскоп, который постукивает по молекулам миниатюрным металлическим пальчиком, сканируя каждый их атом. Дэвид показал мне один из сканов. Это была биохимическая картина в духе Джексона Поллока: пространство, заполненное шнурами, клубками и петлями.

«Мы полагаем, что это самые длинные цепочки РНК, которые только удавалось создавать искусственно, – сказал Димер. – Если кто-то собирается получить рибозим, пусть примет во внимание, что он должен быть достаточно длинным, чтобы сворачиваться. В данном отношении у нас тут уже есть подходящие».

Эти клубки предоставили Дэвиду дополнительное подтверждение^[345] его теории происхождения жизни. После того как Земля сформировалась, из океана поднялись вулканы и их склоны стал поливать дождь. Водоемы заполнялись, из гейзеров и бурлящих горячих источников били нагретые подземные воды. С неба падали астероиды, метеориты и частицы пыли, привнося сюда триллионы тонн органических соединений. Вулканы тоже действовали как химические реакторы, поставляя собственные соединения из недр планеты. Попадая в водоемы, липиды иногда собирались в пузырьки, заключая внутрь различные соединения, и затем образовывали вместе с ними высыхающий осадок. В их жидких кристаллах росли молекулы РНК, и, когда вода возвращалась, сухие слои обращались в триллионы липосом, несущих новые молекулы.