Живое и неживое. В поисках определения жизни - читать онлайн книгу. Автор: Карл Циммер cтр.№ 63

Совместно ученые провели серию важных исследований липидов. Они сконструировали шприц, позволявший получать много липосом ^[321] одинакового размера. Подобные инновации позже превратят липосомы в инструмент медицины. Фармацевты станут помещать в них свои препараты, чтобы доставлять те внутрь клетки. Когда началась пандемия COVID-19, производители вакцин отправили ослабленные дефектные вирусные гены в липосомы, чтобы затем они могли попасть в наши клетки.

В один прекрасный день 1975 г. Бэнгхем с Димером ехали на машине в Лондон. Когда они остановились пообедать в придорожном кафе, Димер упомянул, что слышал, будто у Бэнгхема есть какая-то теория зарождения жизни. Ему было любопытно узнать какая.

В ответ тот сказал, что жизнь началась с липосом.

_______

Для Холдейна и его последователей главный признак жизни – наличие генов. Для последователей Опарина главный вопрос о происхождении жизни – как появился метаболизм. Но для возникновения жизни были необходимы также границы, и работа с липидами привела Бэнгхема к предположению, как именно могли образоваться первые примитивные клетки. Если на древней Земле имелись липиды, они должны были самопроизвольно собираться в липосомы – готовые контейнеры для молекул жизни. Чтобы произвести прообразы ДНК, РНК и белков, планете понадобилось бы гораздо больше времени. Крупный недостаток идеи Бэнгхема заключался в том, что неизвестно было, существовали ли липиды до появления жизни. И даже если существовали, неизвестно, обладали ли эти первозданные молекулы липидов нужными свойствами, чтобы образовать полые оболочки для будущей жизни.

Бэнгхем и Димер поговорили об этих фундаментальных вопросах, доели сэндвичи и поехали дальше в Лондон. «Я подумал: вернусь в Дейвис – надо будет узнать, какие из липидов умеют собираться в липосомы», – рассказывал мне потом Димер.

Один из аспирантов Димера, Уилл Харгривс ^[322], вызвался испытать ряд разных липидов. Он двигался от длинных молекул к коротким. Большинство липидных молекул в живых клетках содержат 12–18 атомов углерода, но Харгривс обнаружил, что даже десятиуглеродные липиды способны давать стабильные липосомы.

Когда в 1980 г. Харгривс защитился, Димер все еще не знал, могли ли в действительности на древней Земле синтезироваться короткие липидные цепочки. Вскоре он познакомился с сотрудником NASA Шервудом Чаном, который помог ему разобраться в этом. Чан был обладателем необычного камешка размером около 2 см и охотно поделился его кусочком с Димером.

Этот камешек когда-то входил в состав астероида, образовавшегося при рождении Солнечной системы 4,57 млрд лет назад. С ним столкнулся другой астероид и отколол от первого кусочек породы, который блуждал по Солнечной системе до 1969 г., пока не оказался по соседству с нашей планетой. Гравитационное поле Земли жадно затянуло метеорит, и однажды поутру жители австралийского города Мерчисона увидели, как по небу летят огненные шары, за которыми стелется дым. Затем последовал громовой удар. Рассредоточившись по окрестностям, местные жители нашли в полях сотни черных камней.

Некоторые из них попали в руки специалистов NASA, обнаруживших, что в действительности находки можно назвать скоплениями минеральных зерен. Еще более удивительным оказалось содержимое некоторых из этих зерен – там нашлись аминокислоты, а также множество других органических соединений. Мерчисонский метеорит ^[323] продемонстрировал, что для возникновения ингредиентов жизни не требовалось уповать на химические процессы, свойственные нашей родной планете. Многие из ее кирпичиков образовались в космосе и затем упали на Землю ^[324].

Чан передал Димеру крохотный образец Мерчисонского метеорита. В Дейвисе тот обработал его хлороформом и другими реактивами, чтобы извлечь липиды, которые могли там содержаться. Затем он налил получившийся раствор на предметное стекло и оставил испаряться. Пошел затхлый запах, внушивший Димеру надежду, что там кое-что обнаружилось.

Как только хлороформ улетучился, Димер смочил стекло водой и посмотрел на него в микроскоп. Он увидел движение, организацию. Вода проникла в сухой экстракт, который разбух и превратился в шарики. Димер получил липосомы! ^[325] Он расчехлил камеру и принялся неистово фотографировать их. Этот момент стоило увековечить – ведь такое случается раз в 4,5 млрд лет.

Результаты опыта указывали на то, что липиды, выпадавшие из космоса, могли самопроизвольно образовывать стабильные липосомы. Но сами по себе липосомы всего лишь пустые оболочки. Димер и его студенты принялись экспериментировать, смешивая их с органическим молекулами, чтобы узнать, можно ли наполнить эти оболочки предшественниками жизни. Если они высушивали липосомы с ДНК, а затем возвращали их в водную среду, те восстанавливались так, что ДНК оказывалась внутри.

Эти эксперименты привели Димера к мысли о протоклетке, содержащей фермент, способный синтезировать молекулы РНК. Однако чтобы построить РНК, нужно откуда-то взять основания. Если на древней Земле образовывались и основания, протоклетка могла вбирать их в себя. Но это решение порождало новую проблему. Наши клетки поглощают вещества из окружающей среды с помощью специальных каналов (канальных белков), кодируемых генами. Древние протоклетки должны были владеть намного более простым способом захвата оснований. Возможно, молекула, проплывая мимо протоклетки, прилипала к ее мембране, а затем медленно затягивалась внутрь.

Димер и его коллеги решили смоделировать древнюю мембрану и посмотреть, как она будет работать. Они изготовили липидные слои, на которых разместили белки. А затем добавили различные соединения, чтобы проверить, смогут ли белки провести их с одной стороны липидного слоя на другую.

В 1989 г. Димер сделал перерыв в своей работе и отправился в отпуск в Орегон. Во время долгой поездки вдоль реки Маккензи он продолжал размышлять о протоклетках и о том, как они могли поглощать молекулы. Мысли Димера блуждали, пока в воображении не нарисовались потоки оснований, вливающиеся в протоклетки по прообразам каналов. Но как их затянуть внутрь? А скажем, с помощью электрического поля. Димер представил себе, как основание медленно протягивается по каналу, не пропуская следующие за ним более мелкие заряженные частицы, словно это неспешно ползущий грузовик, за которым выстроилась очередь легковушек. Исследователь понял, что такая пробка моментально замедлит электрический ток в канале. Он задумался: что получится, если измерять силу тока в канале по мере продвижения основания?

«Мы полагали, что, возможно, увидим небольшой пик», – вспоминал он потом.