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

Если Орджел принимал какое-то решение, переубедить его было невозможно. К примеру, в 1973 году появилось “Международное общество исследователей возникновения жизни”. После смерти Опарина в 1980 году общество начало вручать своим выдающимся членам “Медаль Опарина”. В 1990-е этой награды решили удостоить и Орджела, но тот от предложенной чести отказался. Причиной стала личная неприязнь ученого к Опарину – и все из-за сотрудничества последнего с советской властью. Орджел изменил свое решение, лишь когда Общество начало вручать поочередно две награды, из которых только одна по-прежнему носила имя Опарина. В итоге в 1993 году ученый получил заслуженную медаль Юри^[256].

К вопросу о происхождении жизни Орджел обратился довольно рано. В 1953 году он был в числе пяти исследователей, приехавших из Оксфорда в Кембридж для проверки модели ДНК Уотсона и Крика перед ее публикацией. Позднее, когда Орджел перебрался в Америку, он занялся исследованиями зарождения жизни вплотную.

Орджел, Крик и Вёзе первыми, еще в 1960-е, предположили, что жизнь началась с нуклеиновых кислот. В декабре 1966 года эту гипотезу озвучил в своей лекции Крик. Затем Орджел поведал ему о собственных идеях, и в результате двое ученых решили опубликовать связанные по содержанию статьи – они вышли в 1968 году^[257]. Однако их обоих все же опередил Вёзе, книга которого под заглавием “Генетический код” (The Genetic Code) была напечатана еще в 1967-м^[258].

Большая часть статьи Орджела посвящена тому, что белки не могли стать первоосновой жизни, несмотря на все свидетельства Фокса. Его аргументация была проста: первые биологические молекулы должны были уметь копировать себя. Нуклеиновые кислоты – благодаря особому спариванию нуклеотидов в них (мы убедились в этом в главе 4) – подходили по данному параметру, в то время как про белки этого сказать нельзя. Следовательно, именно нуклеиновые кислоты должны были быть первыми.

Ничего более конкретного у Орджела мы не найдем. Вот его слова: “Я не чувствую какой-то необходимости решать, ДНК предшествовала РНК или наоборот”. Однако же он высказал предположение, оказавшееся исключительно важным для концепции Мира РНК Гилберта: нуклеиновые кислоты могут выполнять работу белков, если имеют нужную структуру.

Вёзе, не менее осторожный в своих высказываниях, сосредоточился на переносе информации от азотистых оснований ДНК к аминокислотам в белках, а также на развитии этого непростого процесса в ходе эволюции. На вопрос о первом хранилище генетического материала он отвечал так: “или РНК, или ДНК”.

И только Крик делал ставку исключительно на РНК. Отметив, что синтезирующие белки рибосомы состоят в том числе из РНК, он задался вопросом: “Возможно ли, что примитивные рибосомы состояли из РНК полностью?”. Далее он даже утверждает, что “не исключена возможность, что исходная живая машинерия обходилась вовсе без белков и была представлена только РНК”.

Следующие десятилетия Орджел посвятил в том числе обоснованию гипотезы о первичности нуклеиновых кислот. В 1973 году он попытался продемонстрировать, что те могли возникнуть самопроизвольно^[259]. В живых клетках есть особые ферменты – репликазы, которые нужны для соединения нуклеотидов в цепочки, то есть в нуклеиновые кислоты. Без них нуклеотиды просто болтались бы без толку. В качестве источника энергии в данном эксперименте Орджел использовал небольшие цепочки фосфатов, нужных для так называемой “активации” нуклеотидов и их последующего соединения. Ученый неспроста использовал именно фосфатные цепочки: они играли роль сильно упрощенного аналога аденозинтрифосфата (АТФ). Молекула АТФ имеет огромное значение для всего живого, поскольку необходима клетке для хранения энергии (см. главу 3).

Также Орджел пытался заставить нуклеиновые кислоты копировать себя, то есть заставить вторую цепочку нуклеиновой кислоты собраться на уже имеющейся и использовать ее как шаблон последовательности. Это оказалось не так уж просто. К 1967 году ему удалось добиться лишь ускорения синтеза коротких цепочек и фрагментов, и то в присутствии нужной матрицы^[260]. Это впечатляет, однако в эксперименте все же были использованы не исходные нуклеотиды, а их модифицированные версии^[261].

Итак, в этой области наметился некоторый застой. Все изменилось в ноябре 1982 года, когда одно неожиданное открытие сделало центром всеобщего внимания именно РНК.

Ключевой фигурой в этой истории стал Томас Чек, американский биохимик родом из Чехии^[262]. В детстве Чек обожал минералы и нередко заглядывал к профессорам местного университета с просьбой показать ему тот или иной кристалл. Однако, когда ему исполнилось двадцать, он переключился на нуклеиновые кислоты. В 1978 году Чек и его жена Кэрол были сотрудниками Колорадского университета в Боулдере.

Чек приступил к исследованиям генов одноклеточного организма Tetrahymena thermophila, инфузории, которая напоминает волосатый арахис микроскопических размеров^[263]. Команду Чека интересовал один конкретный ген – тот, что кодирует входящую в состав рибосом РНК. При копировании этого гена в форму матричной РНК одна его часть постоянно отваливалась. Казалось, нечто вновь и вновь отрезает ее словно ножницами, причем всегда в одном и том же месте. Чек решил, что виной тому ферменты, – только вот обнаружить их никак не удавалось. Даже после “многочисленных издевательств” с целью уничтожить всякий белок РНК по-прежнему оказывалась вырезанной^[264].

Разгадка оказалась одновременно простой и удивительной: кусок от себя отрезала сама РНК! Она умела изгибаться и, подобно ферменту, “перерезать” химические связи на другом конце собственной молекулы. Это была первая известная РНК, которая, как и ферменты, имела каталитическую активность^[265]. В ходе “относительно умеренных торжеств”, устроенных по этому поводу в лаборатории, Чек и его коллеги взялись обсуждать название для своего нового открытия и остановились на термине “рибозим” – аналог фермента (энзима), представляющий собой рибонуклеиновую кислоту (РНК).

Когда Крик и Орджел выдвинули предположение, что биологические катализаторы на основе РНК сыграли важную роль на заре жизни, никто и подумать не мог, что они по-прежнему существуют. Считалось, что со временем белки оставили их без работы. Открытие рибозимов стало мощным импульсом для развития концепции о первичности РНК.

Прошел год, и в 1983-м был обнаружен второй рибозим. Им стала рибонуклеаза P, способная “нарезать” РНК на небольшие кусочки. Она представляет собой цепочку РНК и белок, переплетенные так, что вся конструкция напоминает помятый гриб. Сидни Олтмену^[266] из Йельского университета удалось доказать, что данная РНК может и сама по себе выполнять химические реакции^[267]. В отличие от отрезающего от себя кусок рибозима Чека, эта молекула в ходе химической реакции оставалась неизменной, то есть была “истинным катализатором”.

Открытие рибозимов стало важным стимулом для публикации Уолтером Гилбертом статьи, анонсировавшей Мир РНК. Гилберт собрал вместе ряд отдаленно связанных предположений и фактов и свел их в единую теорию. После долгих лет прозябания в трясине проблема зарождения жизни воспряла и вернула себе привлекательность.

Стал более интенсивным и поиск способной к саморепликации РНК – важного участника гипотезы о Мире РНК. Подтолкнул ученых к этому все тот же Чек, команда которого в 1988 году показала, что рибозим тетрахимены способен присоединять нуклеотиды к молекуле-затравке и тем самым создавать фрагменты нуклеиновых кислот длиной в 10–11 нуклеотидов^[268]. Чек, некогда довольно настороженно относившийся к связи его работы с зарождением жизни, теперь вовсю втянулся в проблему и писал о том, что эти данные “подтверждают теории о саморепликации пребиотической РНК”.

Все это вдохновило ученого по имени Джек Шостак на поиск более совершенного рибозима. Группа ученых^[269] под его началом продемонстрировала, что рибозим способен соединять несколько коротких нуклеиновых кислот в одну большую – в том случае, если они расположены вдоль цепочки, служащей матрицей^[270].