ДВЕ НИЧЬИ СТЭНЛИ МИЛЛЕРА

Каким образом четыре миллиарда лет назад зародилась на Земле жизнь? Что за вещества соединились в живую клетку? В 1922 г. Александр Опарин, будущий академик, выдвинул теорию бульона. В первичном бульоне, то есть в не остывшем еще океане, в бескислородной среде, под воздействием бесконечных гроз-катализаторов из простых соединений образуются сложные. Например, нуклеиновые кислоты. В лабораторных моделях бульона, через который пропускались электрические искры, кое-что действительно соединялось. В начале 50-х идеей бульона заразился Стэнли Миллер, биохимик из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Он разрабатывает ее полвека и считается в Америке ее патриархом.

Жизнь патриарха не безмятежна. Ему приходится обороняться от приверженцев новых теорий и с грустью взирать, как тают ряды сторонников. Ощутимый удар по теории бульона нанес недавно немецкий химик Гюнтер Вектерцхойзер.

Опарин и Миллер исходили из того, что химические предшественники жизни слились воедино в среде, имеющей три измерения. Но вещества, которые свободно движутся в воде или в воздухе, не остаются надолго вместе, говорит Вектерцхойзер. На поверхности - другое дело. Первые реакции должны были произойти на поверхности, имеющей два измерения. А третье измерение завоевали уже организмы.

Поверхность, где сформировались предшественники жизни, должна была омываться водой и нести положительный заряд, иначе вещества жизни, заряженные чаще всего отрицательно, на ней не соберутся. Вещество же самой поверхности - это скорее всего сульфид металла, соль сероводородной кислоты. Одни считают, писал Вектерцхойзер в прошлом году в журнале «Science», что все началось с клеточных мембран, другие - что с нуклеиновых кислот. Нет, жизнь началась с обмена веществ, с повторяющегося цикла химических перемен. Этот цикл «изобрел» и клеточную мембрану, и нуклеиновые кислоты. Участвовали же в обмене веществ атомы углерода. В каждом цикле они соединялись по два (это называется циклом фиксации углерода). Побочным продуктом обмена оказались аминокислоты - строительные блоки будущих белков. Тотчас они стали собственными катализаторами - ускорителями тех химических перемен, которые направляли их собственный синтез. Нуклеиновые кислоты тоже появились как побочные продукты и тоже обнаружили способность к самокатализу. Позже они взвалили на себя ответственность за воспроизведение всей системы. Вся эта химическая динамика привела к тому, что некоторым взаимосвязанным веществам удалось укрыться в мембране и ускользнуть из плена двух измерений в сферу трех. Тогда-то и родилась первая клетка.

Теория Вектерцхойзера получила экспериментальную поддержку в самом важном ее звене - в цикле фиксации углерода. Бактерии, эти древнейшие существа, до сих пор сохраняют редкую способность, родившуюся вместе с ними, - синтезировать уксусную кислоту, в своей активной форме охотно вступающую в реакции. А в основе этой кислоты как раз и лежат два атома углерода, соединенные в ее молекуле.

Но может ли где-нибудь сегодня идти такой синтез? Да, может - в горячих серных газах, вырывающихся на большой глубине из подводных вулканов. Там при температуре сотни градусов благополучно обитают бактерии, питающиеся серой, и там же изобилие сульфидов металла. Подводные вулканы - вот где родилась жизнь! Океан, конечно, но не тот. Не бульон, а сверхкипяток. Ученый раздобыл вулканические газы и стал их помешивать в присутствии сульфидов. Синтез уксусной кислоты не заставил себя ждать. А она - самый вероятный кандидат на метаболизм, породивший жизнь, так как в отличие от пассивных веществ, на которые ссылается теория бульона, активна и не нуждается в ферментах.

Надо ли говорить, что идеи Вектерцхойзера пришлись не по душе Стэнли Миллеру, который не замедлил выступить с их критикой.

Миллер говорит: «Что-то не видно аминокислот в схеме господина Вектерцхойзера. А без них все это абстракция». Будут аминокислоты, решает Вектерцхойзер. Вместе с Клавдией Хубер, химиком из Мюнхенского технического университета, он воспроизводит в лаборатории смесь вулканических газов, добавляет в нее руды железа и никеля в качестве катализаторов и моделирует всю обстановку четырехмиллиардолетней давности. Он вводит в эту обстановку аминокислоты, и те собираются в пептиды - короткие звенья белковых молекул, почти белки (опыт подробно описан в выпуске «Science» от 31 июля прошлого года). Но аминокислоты-то были введены извне! Они как бы сформировались в космосе и прилетели на Землю с метеоритами или кометами, признают экспериментаторы. Теперь ученые готовятся к опыту, который должен показать, что аминокислоты могут рождаться и в вулканах. Тогда здание новой теории будет завершено.

Профессор Миллер снова обрушивается на Вектерцхойзера с критикой. Кипящая вода не годится для существования аминокислот и формирования ДНК, доказывает он. Возможно, дипломатично соглашается Вектерцхойзер, но вначале все молекулы участвовали в процессах воспроизведения, аминокислоты лишь потом взяли на себя эту обязанность. В вулканических газах нет окиси углерода, а вы придаете ей большое значение, торжествует Миллер. Вектерцхойзер ошибку признает. Итоги дискуссии подводит Карл Везе, биохимик из Иллинойсского университета: «Упущения теории вулканического происхождения жизни вполне сопоставимы с упущениями теории бульона. Объявляю ничью».

Не успел он это сказать, как у «больонщиков» появился новый противник. Группа астрономов из Австралии, Англии, Франции и Японии, работавших в австралийской обсерватории на горе Сидинг Спринг, изучала туманность М-42 в созвездии Ориона.

В своей статье, помещенной в том же июльском выпуске «Science», астрономы рассказывают, что им удалось зафиксировать инфракрасное излучение, идущее от туманности, но излучение не простое, а закручивающееся по дороге в левую сторону, или, точнее, закручивающее поляризованный свет.

Ровно 150 лет назад, в 1848 г., Луи Пастер открыл так называемую хиральность (от греческого слова cheir - рука), что означает буквально «рукость» (по-английски hand-edness). Он заметил, что молекулы соединений углерода существуют в двух формах, относящихся друг к другу, как левая и правая рука, как пара перчаток или как наше отражение к нам. Одна закручивала свет налево, другая - направо. Позже ученые заметили, что блоки жизни - аминокислоты и сахара - тоже хиральны. В обычной смеси аминокислот, получаемой в лаборатории, левые и правые молекулы находятся приблизительно в равной пропорции. Но живые организмы строятся только из левоориентированных кислот и только правоориентированных сахаров. Почему? До сих пор это оставалось загадкой.

Ясно было одно: животные и растения не могут строиться из смесей левых и правых блоков - все пептиды и белки, все рибозы и деоксирибозы должны быть строго ориентированны. Перчатку с левой руки, вопреки известной стихотворной строчке, надеть на правую не удается.

Главное - аминокислоты. Откуда в жизни левостороннее предпочтение? Зародилось оно на Земле или вне ее? Волею случая или по какой-то причине?

В лабораторных экспериментах было установлено, что ультрафиолетовое излучение разрушает аминокислоты. Причем в зависимости от того, в какую сторону оно закручивается, разрушаются либо левые кислоты, либо правые. Если ультрафиолет разрушает преимущественно правые, то левые остаются в избытке. А если это происходит в космосе, то левые рано или поздно попадут на Землю и положат начало жизни. Попасть они могут, как уже говорилось, с метеоритами или астероидами.

Недавно Джон Кронин и Сандра Пизарелло, исследователи из университета Аризоны, нашли в аризонских метеоритах не только левоориентированные аминокислоты, которые приписывают бактериям, но и аминокислоты, в живых организмах не имеющиеся. Кто их занес туда? Только из космоса они и могли явиться.

Стэнли Миллер отвергает и эти предположения. У него в бульоне аминокислоты имели вполне земное происхождение. Направление спирали ультрафиолета влево или вправо, говорит он, будет зависеть от того, где располагаются пылинки по отношению к звезде. Если, допустим, на севере, то поляризация пойдет влево, если на юге - вправо. И все это не имеет никакого значения. Бейли и его сотрудники продолжают стоять на своем.

Пока объявляется еще одна ничья.

«НРС»