Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле
Шрифт:
Такие молекулы позднее могли вступать друг с другом в химические реакции, образуя простой метаболический цикл, существующий за счет энергии образования пирита на поверхности (опять-таки!) пирита.
Предположение о зарождении подобной системы на поверхности пирита может показаться странным. Нельзя сказать, что Вэхтерсхойзер так уж упорно настаивал на этом конкретном минерале; суть здесь скорее в том, что железо – превосходный катализатор. Его часто используют ферменты: активный центр многих белков-катализаторов содержит отдельные атомы железа или похожих металлов. Без них фермент попросту не работает. Поэтому приличный кусок пирита
За счет захвата все новых молекул углекислоты и преобразования их во все новые органические вещества такие молекулы могли распространяться по поверхности минерала. По мере возникновения все новых типов молекул возникали и новые циклы реакций. Если новый цикл окажется лучше прежнего, он его заменяет. В итоге такая химическая эволюция могла создать молекулы, необходимые для образования внешних оболочек клетки, ДНК и т. д. И в итоге возникали первые простые клетки, которые покинули минерал.
Для любого, чьи познания органического мира ограничены тривиальными организмами вроде голубя или дерева, такие “предшественники живого” Вэхтерсхойзера покажутся дикостью. Скопление химических веществ, застрявшее на поверхности кристалла и существующее за счет химических реакций между железом и сероводородом? Кажется, эта конструкция не имеет с живым ничего общего. Но если узнать поподробнее детали жизнедеятельности одноклеточных организмов, то эти “существа” Вэхтерсхойзера уже не будут казаться такими странными.
Пятью годами ранее был впервые описан микроорганизм, получающий энергию за счет реакции между серой и водородом[361]. Это был Pyrodictium – архебактерия, обитающая в обжигающе горячих источниках на морском дне мелководья Сицилии, а конкретнее – возле острова Вулькано. Когда друг Вэхтерсхойзера Карл Штеттер и его коллеги выращивали Pyrodictium в своей лаборатории, они получали пирит. Поэтому Вэхтерсхойзер предположил, что некоторые микроорганизмы (в том числе Pyrodictium) сохранили “способность расти за счет энергии, выделяющейся при образовании пирита”. Другими словами, его идея все же соответствует образу жизни некоторых современных организмов.
На самом деле Вэхтерсхойзера особенно интересовал вопрос о том, почему жизнь предпочла именно определенные химические соединения. “Я не интересуюсь проблемой возникновения жизни, – несколько неожиданно поясняет он. – Возникновение жизни – это своего рода мистический отвлекающий маневр”.
Есть и вторая причина полагать, что идеи Вэхтерсхойзера радикальны. Он не только “вырвался за пределы” первичного бульона, опрокидывая на ходу всех встречных – от Опарина до Орджела, – но еще и высказывал спорные утверждения о первом метаболизме.
Хотя живые организмы могут иметь ошеломляющее количество разных путей получения энергии, все их можно свести к двум основным вариантам. Первый предполагает получение богатых энергией молекул и их разрушение для извлечения энергии. Именно этим мы заняты во время еды – это так называемая гетеротрофность. Второй вариант заключается в самостоятельном синтезе богатых энергией молекул, как это делают зеленые растения, которые синтезируют сахара при помощи солнечных лучей. Это уже автотрофность.
Почти все исследователи зарождения жизни считали, что первый организм
Почти не нашлось ученых, считавших первую жизнь автотрофной. Среди немногочисленных сторонников этих взглядов был Генри Фэрфилд Осборн, палеонтолог, знаменитый благодаря тому, что дал название тираннозавру рекс. (А еще он был ярым расистом, выделявшимся даже на фоне Америки начала XX века[362].) В 1916 году на страницах своей книги “Возникновение и эволюция жизни” (The Origin and Evolution of Life) Осборн предполагает, что первые живые существа использовали “тепловую энергию, полученную от земных недр, Солнца, а может, и от обоих сразу”[363]. Речь здесь действительно идет об автотрофном происхождении жизни, но подобная гипотеза сбивает с толку: существует множество вещей, которые можно нагревать без их превращения в первобытную жизнь.
В противоположность Осборну, концепция Вэхтерсхойзера довольно убедительна. Он предполагает, что первичного бульона на деле никогда не было, или же он был, но содержащихся в нем питательных веществ недоставало для поддержания жизни голодного организма. Кроме того, гетеротрофам необходимо для начала разрушить питательные вещества и извлечь из них энергию (возможно, также запасти ее, скажем, в виде АТФ). Для этого требуется множество ферментов. Вэхтерсхойзер считает автотрофность более простым вариантом. Приводящие к выделению энергии химические процессы происходили постоянно, так что самым важным было отыскать энергию, которую можно использовать для построения молекул жизни.
Хотя Вэхтерсхойзер и уязвил очень многих, он не припоминает каких-то особо яростных и незаслуженных нападок. “Негативная реакция, разумеется, была, – говорит он. – В науку вмешивается посторонний, и не просто вмешивается, а приходит с идеей, которая производит переворот в этой области. Так что трудно их за это винить”.
Вэхтерсхойзеру помогло то, что он связал свои идеи с фактами из микробиологии. В 1990 году ученый сделал следующий шаг и обозначил связь между предложенными им метаболическими циклами и обратным циклом лимонной кислоты – тем самым метаболическим процессом, который, как мы помним, используют некоторые бактерии[364]. Это стало сильным аргументом в его пользу, хотя многие ученые по-прежнему были настроены крайне скептически.
В частности, Миллер, к тому времени вступивший в фазу “раскритикую всех, кто во мне сомневается”, сетовал, что “Вэхтерсхойзер не приводит свидетельств в пользу того, что описываемый им сценарий является вероятным или хотя бы принципиально возможным”[365]. Миллер называет выдвинутые идеи “изобретательными и оригинальными”, но в то же время “неоднозначными” и “в целом нереалистичными”. “Пора, – заключает он, – продемонстрировать нам хотя бы один-два из тех многочисленных дерзких химических синтезов, о которых говорит Вэхтерсхойзер”. Иными словами – докажи на деле или заткнись. Вэхтерсхойзеру требовались экспериментальные подтверждения.