Рассказ предка. Паломничество к истокам жизни - Ричард Докинз

Кстати, тезис о том, что кислород образуют зеленые растения и водоросли, – чрезмерное упрощение. Да, растения выделяют кислород. Но после смерти растения химические реакции, сопровождающие его разложение и эквивалентные сгоранию его углеродсодержащих структур, приводят к поглощению кислорода, равного по объему всему кислороду, синтезированному этим растением за всю жизнь. Общее количество кислорода в атмосфере осталось бы таким же, если бы не одна деталь: не все погибшие растения разлагаются. Некоторые откладываются в виде угля (или его аналогов), выходя из круговорота. Если бы люди сожгли все ископаемое топливо, большая часть атмосферного кислорода заменилась бы углекислым газом, и атмосфера вернулась бы в исходное состояние. Конечно, в ближайшем будущем это вряд ли произойдет. Однако не стоит забывать, что единственная причина, благодаря которой мы располагаем кислородом, – то, что большая часть углерода захоронена под землей. Сжигая его, мы действуем на свой страх и риск.

Атомы кислорода всегда присутствовали в атмосфере – но в древности не в свободной форме, а в составе, например, углекислого газа и воды. Сейчас углерод в основном входит в состав живых организмов или – в гораздо большем объеме – горных пород, например мела, известняка и угля, которые представляют собой остатки некогда живых существ. В “Кентербери” эти атомы углерода в основном находились в атмосфере в составе соединений, например углекислого газа и метана. Азот, основной компонент нынешней атмосферы, в восстановительной атмосфере вместе с водородом входил в состав аммиака.

Опарин и Холдейн поняли, что восстановительная атмосфера была благоприятной для спонтанного синтеза простых органических соединений. Холдейн писал:

Это написано в 1929 году, более чем за двадцать лет до известного эксперимента Стэнли Миллера и Гарольда Юри (который, как можно подумать со слов Холдейна, был своего рода повторением эксперимента Бэйли). Однако Эдвард Ч. С. Бэйли не изучал происхождение жизни. Его интересовал фотосинтез, а целью был поставлен синтез сахара с помощью ультрафиолетовых лучей, направленных на воду с растворенным углекислым газом, в присутствии катализатора – железа или никеля. Именно Холдейн, а не Бэйли, предвидел нечто подобное эксперименту Миллера – Юри и приписал его Бэйли.

Вот что сделал Миллер под руководством Юри. Он взял две колбы, поставил одну над другой и соединил двумя трубками. В нижней находилась нагретая вода, имитирующая первобытный океан. Верхняя представляла собой модель первобытной атмосферы (метан, аммиак, водяной пар и водород). Через одну трубку пар поднимался от “океана” в “атмосферу”. Вторая трубка шла из “атмосферы” в “океан”. По пути она проходила через искровую камеру (“молнии”) и камеру охлаждения, где пар конденсировался, образуя “дождь”, который пополнял “океан”.

Всего неделю спустя океан приобрел желто-коричневый цвет. Как и предсказывал Холдейн, раствор превратился в “бульон” из органических соединений, среди которых было не менее семи аминокислот – главных структурных элементов белков. Три из семи аминокислот (глицин, аспарагиновая кислота и аланин) входили в список из двадцати аминокислот, присутствующих у живых существ. Позднейшие подобные эксперименты, в которых углекислый или угарный газ заменялись метаном, показали сходные результаты. Таким образом, мы можем с уверенностью сказать, что биологически важные небольшие молекулы, включая аминокислоты, сахара и, что особенно важно, структурные элементы ДНК и РНК, могут спонтанно образовываться в лабораторных моделях первобытной Земли Опарина – Холдейна.

До Опарина и Холдейна ученые, размышлявшие о происхождении жизни, предполагали, что первыми организмами были растения – возможно, зеленые бактерии. Ведь люди привыкли думать, что жизнь зависит от фотосинтеза (синтеза органических соединений за счет энергии солнечного света, который сопровождается выделением кислорода). Опарин и Холдейн, выдвинувшие идею восстановительной атмосферы, предположили, что растения появились позднее. Древняя жизнь возникла в море уже существовавших органических соединений. То был питательный бульон, и у жизни не было потребности в фотосинтезе – по крайней мере, пока бульон не кончился.

Для Опарина важнейшим рубежом было возникновение первой клетки. Разумеется, у клеток, как и у организмов, есть важное свойство: они возникают не спонтанно, а лишь от других клеток. Вполне простительно отождествлять возникновение жизни с возникновением первой “клетки” (метаболизатора), а не первого “гена” (репликатора), как это делаю я. Позднее подобный взгляд приобрел физик-теоретик Фримен Дайсон. Большинство современных ученых, в том числе Лесли Оргел из Калифорнии, Манфред Эйген и его коллеги из Германии, Грэм Кернс-Смит из Шотландии (правда, они скорее диссиденты, но это не значит, что их следует сбрасывать со счетов), отдают предпочтение саморепликации – и в хронологическом смысле, и в смысле первостепенности. По-моему, это справедливо.

Какой была бы наследственность, если бы не существовало клеток? Если мы считаем, что для наследственности обязательно нужна ДНК, то этот вопрос сродни задаче о курице и яйце. Ведь ДНК не реплицируется без многочисленных вспомогательных молекул, в том числе белков, а те могут синтезироваться лишь на основе закодированной в ДНК информации. Но тот факт, что ДНК – это основная известная нам самореплицирующаяся молекула, не означает, что в природе не существовало подобных молекул. Кернс-Смит убедительно показал, что первые репликаторы были неорганическими минеральными кристаллами. ДНК вышла на сцену позднее и получила главную роль уже после того, как эволюция жизни сделала возможным генетический захват. Я не буду здесь приводить доводы Кернс-Смита (я отчасти сделал это в книге “Слепой часовщик”). Но есть и более веская причина. Из всего, что я читал, Кернс-Смит лучше всего доказывает первичность репликации и наличие у ДНК некоего предшественника. Об этом предшественнике мы не знаем почти ничего, за исключением того, что он обладал истинной наследственностью. Было бы нехорошо, если бы эти неопровержимые доводы Кернс-Смита стали связаны в сознании людей с куда более спорными и спекулятивными доводами в пользу минеральных кристаллов в качестве предшественников ДНК.

Я ничего не имею против теории минеральных кристаллов, но хочу подчеркнуть первичность репликации и высокую вероятность того, что ДНК переняла свои функции у некоего предшественника. Самый эффективный способ пояснить мою позицию – сразу перейти к другой теории, о том, каким мог быть этот предшественник. РНК безусловно лучше ДНК подходит на роль первого репликатора, и именно ее предлагают на эту роль многие теоретики “мира РНК”. Прежде чем перейти к теории “мира РНК”, поговорим о ферментах. Если репликатор играет главную роль в шоу под названием жизнь, то фермент – это скорее основной партнер, чем актер второго плана.