Шоу Сноба на Youtube Шоу Сноба на Youtube Шоу Сноба на Youtube Шоу Сноба на Youtube
Шоу Сноба на Youtube Шоу Сноба на Youtube
Все новости
Редакционный материал

Молекула, которая умеет размножаться

Биохимики разузнали еще кое-что интересное о происхождении жизни
19 июня 2018 14:11
Иллюстрация: DeAgostini/Getty Images

Как на нашей планете появилась жизнь — не просто загадка, а загадка совершенно особого сорта. К некоторым проблемам науки люди привыкли относиться легкомысленно: мол, ученые еще немного поработают и выведут правильную формулу, надо только подождать. С жизнью не так: эта тайна прямо-таки подталкивает многих к тому, чтобы допустить вторжение в природу сверхъестественных сил. Таких тайн, собственно, всего три, и замечательный астроном и популяризатор Иосиф Шкловский в свое время исхитрился втиснуть их все в название своей книги «Вселенная, жизнь, разум». Люди гуманитарного склада любят рассуждать о том, что в библейском рассказе о сотворении мира именно в этих трех местах был употреблен особый глагол, — будто бы с намеком, что уж тут-то вы ни за что не сможете опошлить непознаваемую тайну творения своими жалкими попытками свести сложное к простому, а мистику — к науке.

Тем не менее, ученые очень въедливо работают по этим трем направлениям, и сегодняшняя наша история касается второго из них — происхождения жизни. Один из важных элементов тайны — возникновение молекул, способных самовоспроизводиться. В 1953 году Уотсон и Крик нашли одну такую молекулу — ДНК. В первоначальной эйфории многим, включая авторов открытия, показалось, что дело в шляпе и тайна жизни раскрыта. Но затем к красивой идее добавились некоторые детали, которые все испортили. Оказалось, что ДНК не может самовоспроизводиться (то есть реплицироваться) без помощи белков. Но этим белкам неоткуда взяться, если они не закодированы ДНК. А чтобы ДНК могла кодировать хоть что-то осмысленное, она должна подвергнуться естественному отбору, что абсолютно невозможно, если она не умеет реплицироваться. Этот тупик тогда тоже многим показался безвыходным.

Но совсем скоро выход был найден — он получил название «мир РНК». Оказалось, что очень многие важнейшие биологические процессы, например, синтез белков или регуляция активности генов — осуществляются молекулами, о которых когда-то думали, что это просто технический посредник между геном и белком. Тут же выяснилось, что РНК порой способна катализировать химические реакции, о которых тогда думали, что без белков-ферментов они невозможны. Наконец, РНК может служить матрицей для производства той самой волшебной ДНК, на которой основано самовоспроизведение большинства современных организмов. Окинув взглядом все эти факты, в 1968 году Карл Вёзе предложил свою идею: а что если РНК и была той самой молекулой, которая первой научилась сама себя реплицировать и тем самым вступила на эскалатор естественного отбора, вознесший ее ко всем последующим этажам небоскреба жизни?

Увы, невозможно поставить опыт и понять, как там все складывалось, когда зарождалась жизнь. Она, похоже, возникла всего один раз, и повторить этот фокус никому пока не удалось. Поэтому «мир РНК» так навсегда и останется гипотезой. Однако уже сейчас у этой гипотезы нет практически никаких разумных альтернатив. А потому те противоречия, которыми она страдает, не дают покоя очень многим биологам.

Вот одно из противоречий. Чтобы РНК стала способна катализировать химические реакции — например, воспроизводить саму себя — ее цепочка нуклеотидов должна свернуться в сложную трехмерную структуру. Такие структуры, называемые «рибозимами», были получены биохимиками еще в 1980-х, а в 1989 году Томас Чек и Сидни Олтмен получили за это нобелевскую премию. К 2010 году удалось получить рибозим, способный реплицировать цепочку РНК из 95 звеньев-нуклеотидов. Этого в принципе было бы вполне достаточно для примитивной самоподдерживающейся цепной реакции, если бы не одно обстоятельство: такие рибозимы могли копировать только линейную цепочку РНК. Но при этом сами они непременно должны быть свернуты в трехмерную фигуру. Таким образом, реплицировать себя самого или своих собратьев рибозим никак не сможет. Этот парадокс и взялись разрешить Филипп Холлигер из Кембриджа и его коллеги.

Джеймс Уотсон и Френсис Крик представляют модель ДНК Фото: Researchgate

Кембриджские биохимики пошли необычным путем. Они не стали копировать то, что происходит в современных клетках, а уж тем более гадать, какие условия могли быть на древней Земле, когда на ней зародилась жизнь. Этот путь уже многих завел в тупик. В свое время академик Опарин бил молниями по смеси метана с аммиаком, которая якобы похожа на древнюю атмосферу, и даже получил органические молекулы. Да вот беда: потом оказалось, что ни метана, ни аммиака в первобытной атмосфере планеты практически не было. Гадать о том, что там было на самом деле, не стоит по двум причинам: во-первых, палеогеохимики еще могут устроить какую-нибудь революцию в своей дисциплине. А во-вторых, раз уж жизнь возникла всего один раз, она вообще не обязана была делать это в типичных условиях. Она могла воспользоваться каким-нибудь редким стечением обстоятельств, какое нам сейчас сложно вообразить. Будем рассуждать по-другому: а какие обстоятельства нам вообще могли бы пригодиться, чтобы получить ту самую цепную реакцию из РНК, которая воспроизводит сама себя? Выбираем любые, ни в чем себе не отказываем.

Вот что выбрала команда Филиппа Холлигера: все должно происходить в ледяной каше при температуре минус семь градусов по Цельсию. Именно в таких условиях в тонких пленках раствора между кристалликами льда все складывается наилучшим образом для репликации РНК. Но главное условие в том, чтобы в среде присутствовали не только отдельные звенья-нуклеотиды, но и готовые кусочки из нескольких звеньев. Такие кусочки вполне могли образоваться в условиях известной древней геохимии, да и температура чуть ниже нуля не слишком экзотична.

И вот все получилось: исследователям удалось получить рибозим, который умеет распутывать подобные себе молекулы, реплицирует их, а затем позволяет им свернуться обратно в требуемую структуру.

Доктор Холлигер подчеркивает, что он не пошел на поводу у современной живой природы и не стал имитировать процессы, которые происходят в клетках. А за это получил совершенно неожиданный бонус. Выяснилось, что его рибозим может собирать собственные копии из кусочков разной длины. Однако самая лучшая точность получается, если взять за основу кусочки в три нуклеотида длиной.

Именно три нуклеотида — длина «слова» в современном словаре жизни, то есть размер кодона, в котором зашифрована одна аминокислота белковой цепочки. На клеточной белковой фабрике — рибосоме — матричная РНК движется по сборочному конвейеру как раз такими шагами, по три нуклеотида за раз. Рибозим Холлигера и его коллег шагает ровно так же широко, не быстрее и не медленнее. Кембриджские биохимики ничего такого не заказывали; это получилось само. И, конечно, это может быть совпадением — одним из тех, которые уже не раз заводили биологов в лабиринт ложных рассуждений. Ну а может быть и так, что исследователи набрели на что-то очень важное в истории происхождения жизни на планете. Как раз такие совпадения и породили когда-то надежду, что вся эта история рано или поздно будет распутана.

Прошу занести в протокол: мы тут совершенно не собирались портить настроение тем, кому нравится думать, что без сверхъестественного вмешательства жизнь на Земле возникнуть не могла. Но если уж вы ищете в природе свидетельства присутствия высшего разума, лучше сосредоточиться на разумности, гармонии и красоте этого мира. Искать следы высших сил в проявлениях человеческого невежества — например, в том, что до сих пор не удалось понять, как именно возникла жизнь — как-то оскорбительно для этих самых высших сил. Если уж им вздумается намекнуть о своем присутствии в мире, они наверняка найдут лучший способ, чем просто тыкать нас носом в наше незнание. Тем более теперь, когда это незнание медленно, но неуклонно отступает на всех фронтах. Высшие силы совсем не рады невежеству: это мистическое откровение, видимо, и составляет главный импульс развития науки.

Эта заметка была опубликована в еженедельнике «Окна», литературном приложении к израильской газете «Вести». 

Поддержать лого сноб
3 комментария
Сергей Кондрашов
Она могла воспользоваться каким-нибудь редким стечением обстоятельств, какое нам сейчас сложно вообразить.

Ха-ха-ха......Вот это научный подход XXI века.....вот это я понимаю.....

Алексей Алексенко
Сергей Кондрашовэто очень научный и правильный подход, Сергей. Если вы хотите раскрыть тайну происхождения молотка, у вас есть три пути: 1) беспомощно развести руками и сказать, что молоток создан Богом; 2) оглядеться вокруг себя, собрать то, что есть, перемешать, облучить ультрафиолетом и пропустить разряд тока. Если молоток не получился, попробовать еще раз по-другому; 3) самому сделать молоток, разложив его производство на элементарные операции. Только третий путь продвинет вас в направлении разгадки тайны: молоток сделал такой же мужик, как вы! И это будет верный вывод, даже если вы прежде на своем жизненном пути никогда не встречали мужиков, делающих молотки.
Владимир Чупин
Самозарождение мышей в кувшине с грязным бельём и зерном...

Не, мне как химику крайне не нравится идея самопроизвольного возникновения молекулы длиной 50... нет, не атомов даже, а нуклеотидов! Это жуткий по сложности монстр. И весьма неустойчивый к солнечному облучению, нагреванию и вообще большинству стихийных факторов. Не, если я вижу молоток, я лучше сделаю вывод, что его сделал таинственный «мужик», чем буду догматически твердить, что он мог самозародиться при ударе молнии в песок на морском берегу...

Зарегистрироваться или Войти, чтобы оставить комментарий
Читайте также
Алексей Алексенко
Нейрофизиологи нашли в голове некоторые мысли и научились их читать
Алексей Алексенко
Ученые нашли способ увидеть своими глазами, как из физики возникает химия, а из химии — эволюция
Алексей Алексенко
Генетики научились корректировать мутации в генах с такой точностью, что скоро генная терапия перестанет быть пугалом для невежд