Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле - Маршалл Майкл - Страница 52

Тем не менее, по крайней мере в ряде ситуаций (включая и имеющие отношение к жизни на Земле) хиральные молекулы действительно склонны существовать преимущественно в одной из своих форм. Но это еще не конец истории.

В настоящее время встала задача встроить наши новые представления о хиральности в тот раздел химии, который заведует созданием биологических молекул и началом жизни^[450]. Прежде обе эти области знаний существовали, можно сказать, отдельно друг от друга. “Те, кого интересует зарождение жизни, не вникают в хиральность, а занятые хиральностью, в свою очередь, не интересуются пребиотической химией”, – поясняет Блэкмонд.

В 2011 году возглавляемая ею группа решила вплотную заняться этим вопросом. В частности, Блэкмонд изучала происходящее при сближении двух разных биологических молекул. Если (к примеру) в одном веществе немного больше левовращающей формы в сравнении с правовращающей, может ли оно нарушить баланс форм в другом веществе? Ответ, по-видимому, положительный^[451]. Например, избыток одной хиральной формы сахаров может вызвать сильное смещение равновесия форм у аминокислот. В обратную сторону это тоже работает. Такая новость особенно вдохновляет, потому что сахара являются необходимым компонентом нуклеотидов. Значит, составляющие нуклеиновых кислот и белков могут помочь друг другу приобрести нужную хиральную форму.

Другие исследователи получили похожие впечатляющие результаты. Еще в 1997 году Пьер Луиджи Луизи и его группа установили, что образованные хиральными липидами везикулы более стабильны, если содержат молекулы только одной из хиральных форм^[452]. Четыре года спустя команда М. Реза Гадири показала, что самореплицирующийся белок может выбирать аминокислоты нужной ему хиральности. По-видимому, даже маленькие биологические молекулы могут привередничать, когда речь идет о разных формах^[453]. Подобным образом РНК избирательно присоединяет нуклеотиды с нужной хиральностью при росте на глинистом минерале монтмориллоните^[454], ^[455].

Но все же, несмотря на все эти бесспорные успехи, можно возразить, что никто и никогда не сумел получить аминокислоты и нуклеотиды определенной хиральности с чистотой 100 %. И услышать в ответ, что это не так уж и важно: первые формы жизни вполне могли обходиться без избирательности одной формы молекул.

В 2014 году Джонатан Щепаньски и Джеральд Джойс создали рибозим нового типа, названный ими “кроссхиральным”^[456]. У него была версия, образованная правовращающими нуклеотидами и при этом способная сшивать кусочки левовращающей РНК для создания новой, левовращающей версии этого рибозима… которая, в свою очередь, воссоздавала исходную правовращающую версию. То, что такое возможно, уже само по себе примечательно. Самая смелая интерпретация этого предполагает, что первая жизнь могла использовать правовращающую и левовращающую РНК в равной степени и что переход к стопроцентной избирательности произошел позднее. Впрочем, тут мы, пожалуй, заходим слишком уж далеко, поскольку для данного эксперимента необходимы тщательно разделенные формы молекул. И все-таки: раз уж природа так или иначе вела нуклеотиды к преобладанию правовращающей хиральной формы, не могла ли жизнь подхватить это стремление и постепенно “выяснить”, что использование исключительно правовращающих нуклеотидов выгоднее?

Сегодня, по прошествии более шестидесяти лет с тех пор, как Фредерик Франк назвал всю эту головоломку с хиральностью “тривиальной”, начинает казаться, что он был прав. Существует множество механизмов, позволяющих одну форму хиральной молекулы вытеснить другой, но дело не только в этом. Похоже, биологические молекулы способны довольствоваться смесью обеих форм. Как ни странно, такая неразборчивость могла быть сильнее в начале истории жизни, когда ее механизмы были простыми и грубыми. Как тонко подметил физик Пол Дэвис, хорошо отточенные устройства более привередливы, чем примитивные^[457]. Желающие убедиться в этом могут попробовать залить в бак древнего трактора дешевое дизельное топливо, а после проделать то же с современным болидом Формулы 1 и посмотреть, что заглохнет раньше. Сходным образом ранние формы жизни могли работать медленно и неточно, но та же неразборчивость к хиральности, может быть, и позволяла им справляться с какими-то “неправильными” молекулами.

Очевидно, о проблеме хиральности нам предстоит узнать еще немало нового, но теперь она уже не кажется нерешаемой. Однако критически важным является то, что решение этой проблемы сопряжено со складыванием пазла “Зарождение жизни”. Здесь можно выделить три ключевых момента. Во-первых, не существует одного-единственного процесса, позволяющего разобраться с проблемой хиральности: таких процессов должно быть несколько. Сходным образом, сложность живого свидетельствует о том, что для “запуска жизни” тоже требовалось множество различных процессов. Во-вторых, сомнительное решение лучше, чем никакое, и им можно довольствоваться до тех пор, пока не появится что-то получше. И если жизнь не обязательно изначально придерживалась стопроцентно правильной хиральности, то она, вероятно, могла справиться и с другими своими огрехами.

В-третьих – и это самое главное, – выполненные Блэкмонд исследования сахаров и аминокислот показали, что проблему хиральности проще решить, имея несколько типов биологических молекул. (Причина тут в их “взаимопомощи”.) И это позволяет нам предположить, что там, где Мир РНК рухнул бы, Мир РНК-и-белков смог бы выстоять.

Пришел черед более целостного подхода к проблеме зарождения жизни, и в последние два десятка лет именно он стал главенствующим.

К началу XXI века конкурирующие гипотезы зарождения жизни загнали друг друга в патовую ситуацию.

Приверженцы Мира РНК доказывали свою правоту экспериментами с саморепликацией РНК без участия ферментов, молекулами РНК с функциями катализатора и тем фактом, что именно РНК образует основу одного из самых важных компонентов клетки – рибосомы. Те, кто считал первичными протоклетки, указывали на легкость их формирования и некоторое их сходство с настоящими клетками. В то же время сторонники Майкла Рассела радовались открытию щелочных гидротермальных источников – ведь оно подтверждало ключевую догадку, лежащую в основе их гипотезы.

Была еще идея о белках в качестве первоосновы жизни, но, несмотря на то, что аминокислоты действительно являлись одним из главных участников экспериментов в области пребиотической химии, в конечном счете это предположение отошло на задний план.

Тем не менее все три гипотезы обладали серьезными недостатками. Приверженцы Мира РНК так и не сумели показать, что нуклеотиды (строительные блоки РНК) могли возникнуть на древней Земле сами по себе. Полученные Пьером Луиджи Луизи и Дэвидом Димером протоклетки имели очень ограниченные возможности. Рассел же не смог найти доказательства того, что жизнь была способна использовать естественный градиент протонов, возникающий в щелочных гидротермальных источниках.

И все же эти трудности не помешали ученым продвигать свои горячо любимые гипотезы: споры на конференциях обыкновенно шли на повышенных тонах. Дело в том, что люди особенно горячо отстаивают свою правоту именно тогда, когда в глубине души ощущают неуверенность. Сторонний наблюдатель тотчас бы заметил несовершенство всех трех лидирующих гипотез. Назрела потребность в новом подходе, суть которого не сводилась бы к тому, чтобы решить все при помощи какого-то одного “всемогущего” вещества. Ученым следовало смириться с царившим на Земле хаосом и заняться созданием чего-то динамичного и потому способного стать живым. В наши дни сторонники этого нового взгляда добились целого ряда потрясающих экспериментальных успехов.

Эта история началась в конце 1990-х, когда, несмотря на весь раздрай, двое представителей враждующих лагерей смогли найти точки соприкосновения. Примирение, легшее в основу этого маленького альянса, инициировал Пьер Луиджи Луизи, который изучал простые липидные везикулы (см. главу 9). Осознавая ограниченные возможности протоклеток, Луизи и его сотрудники в 1994 году решили создать что-то посложнее^[458]. Они собрали вместе РНК, фермент, необходимый для ее репликации, а также запас нуклеотидов и водворили все это внутрь везикулы.