СМЕЛОСТЬ ДОКТОРА ВЕКТЕРЦХОЙЗЕРА,

или Новая теория происхождения жизни

В наши дни научные исследования настолько специализированы, а во всех областях науки, даже второстепенных, работает столько квалифицированного народу, что появление любителя-полудилетанта, который внес бы заметный вклад в науку, кажется чистой фантастикой. И тем не менее это случилось. Скромный юрист-патентовед из Мюнхена привлек внимание научного мира, выдвинув и опубликовав новую, вполне оригинальную теорию происхождения жизни.

Зовут смельчака Гюнтер Вектерцхойзер. И смельчак он не только потому, что любителям и новичкам давно уж полагается знать свой шесток, но еще и потому, что вопреки всем научным традициям начал не со сбора фактов, из которых потом выросла бы теория, а прямо с теории, отложив экспериментальную часть на потом. История, впрочем, знает еще одного патентоведа, который поступил точно так же. Вообще-то доктор Вектерцхойзер не совсем новичок в науке. В свое время он изучал органическую химию в Марбургском университете и даже защитил по ней докторскую. Но потом разочаровался и в органической химии, и в германской научной системе и стал юристом, снискав среди изобретателей некоторую известность.

Вот почему мы называем его не дилетантом, а полудилетантом. Но это, конечно, не меняет дела. Однажды между только что упомянутым нами патентоведом, которого звали Альберт Эйнштейн, и его коллегой Вернером Гейзенбергом произошел поучительный разговор. Гейзенберг сказал Эйнштейну, что ему хочется создать физическую теорию, которая целиком основывалась бы на наблюдаемых фактах и не содержала никаких домыслов. «Сумеете ли вы наблюдать какой-нибудь факт, зависит от того, какой теорией вы пользуетесь, - возразил Эйнштейн. - Теория определяет, что именно можно наблюдать».

На Вектерцхойзера этот диалог, воспроизведенный в мемуарах Гейзенберга, произвел сильное впечатление. Так же, как и знаменитый принцип опровержимости, выдвинутый английским философом Карлом Поппером. Истинная наука, говорил Поппер, развивается так: сначала она конструирует теорию и лишь затем доказывает ее научность, пытаясь опровергнуть ее опытом. Теория должна заключать в себе возможность ее опровержения.

Если верить словам Вектерцхойзера, вот все, что повлияло на его решение создать новую теорию - замечание Эйнштейна, принцип Поппера и предшествовавшие всему разочарования.

Но как исследовать происхождение жизни, если она зародилась два миллиарда лет назад, а может, и раньше? Что за вещества чудом соединились в живую клетку? Все, кто думал над этим, представляли себе еще не остывший океан, бескислородную атмосферу и в качестве катализатора неведомых реакций - бесконечные грозы. В озаряемом вспышками молний первичном бульоне что-то вызревало. Что же? Методом проб и ошибок авторы теории бульона (например, академик Опарин) создавали в своих лабораториях его модели и клали в бульон разные вещества, пропуская через них электрические искры - как бы молнии.

Случалось, вещества образовывали более сложные соединения. Но несли ли они в себе желанную разгадку? Вектерцхойзер и сам долго верил в теорию бульона, но, познакомившись с Карлом Везе, микробиологом из Иллинойского университета и поговорив с ним, понял, как он выразился недавно, что теория «не звучит». Он принялся за поиски новой теории, и постепенно кое-что стало складываться в логическую цепочку.

Вышло так, что он и Везе подружились с Поппером и однажды навестили его в Англии. За завтраком Вектерцхойзер познакомил хозяина со своей логической цепочкой, и Попперу она показалась убедительной. «Работайте над ней и дальше», - сказал он. Теория бульона предполагает, что химические предшественники жизни соединились в среде, имеющей три измерения. Однако вещества, которые движутся свободно в воздухе или в воде, не остаются надолго вместе. На поверхности - другое дело. Первые реакции должны были произойти на поверхности, имеющей не три, а два измерения, рассуждал Вектерцхойзер.

Третье измерение завоевывали уже организмы. Поверхность, где формировались предшественники жизни, должна была омываться водой. Многие сторонники теории бульона рисовали себе зарождение жизни в каком-нибудь пузырьке или в замкнутом пространстве. Нет, так реакция не пойдет. Кроме того, поверхность должна была нести положительный заряд, в противном случае вещества жизни, заряженные чаще всего отрицательно, на ней не соберутся. А так они будут двигаться по ней, смешиваться, соединяться в пары и свободно вступать в реакции. Вещество же самой поверхности, думал ученый, это скорее всего сульфид металла - соль сероводородной кислоты. Все гипотезы о происхождении жизни, пишет Вектерцхойзер в «Science», можно разделить на три класса в зависимости от того, какой элемент жизни у них решающий, с чего все началось. Одни считают, что с клеточных мембран. Но тогда им надо объяснить, как клеточная пища проходила сквозь мембрану.

Другие считают, что первыми образовались нуклеиновые кислоты. Однако молекулы даже самых простых нуклеиновых кислот - довольно сложные соединения. Вектерцхойзер держится третьей точки зрения: жизнь началась с метаболизма, с обмена веществ. Другими словами, с повторяющегося цикла химических перемен. Это метаболизм «изобрел» и клеточную мембрану, и нуклеиновые кислоты, и весь генетический аппарат. Участвовали же в обмене веществ атомы углерода. В каждом цикле они соединялись по два (научно это называется циклом фиксации углерода).Побочным, поначалу «бесполезным» продуктом этого метаболизма оказались аминокислоты - строительные блоки будущих белков. Тотчас же они стали собственными катализаторами - ускорителями тех химических перемен, которые по преимуществу направляли их собственный синтез. Нуклеиновые кислоты тоже появились как побочные продукты и тоже обнаружили способность к самокатализу. Позже, подобно пчелиной матке в улье, они взвалили на себя ответственность за воспроизведение всей системы. Рано или поздно все эти химические перемены привели к тому, что некоторым взаимосвязанным веществам удалось укрыться в мембране, которую они постепенно соорудили, и ускользнуть из плена двух измерений в сферу трех. Вот тогда-то и родилась первая клетка. Такова схема. Но всякая схема, всякая теория может рухнуть от соприкосновения с экспериментом. Теория же Вектерцхойзера не рухнула, а наоборот, получила экспериментальную поддержку, да еще в самом важном звене - цикле фиксаций углерода. Бактерии, эти древнейшие существа, до сих пор сохраняют редкую способность, родившуюся вместе с ними, - синтезировать уксусную кислоту, простое вещество, в своей активной форме охотно вступающее в химические реакции. В основе уксусной кислоты лежат как раз 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. Как известно, там при температуре в сотни градусов привольно обитают бактерии, питающиеся серой, и там же полным-полно сульфидов металла. Подводные вулканы - вот где родилась жизнь! Океан, конечно, но не тот. Не бульон, а сверхкипяток. Вектерцхойзер раздобыл вулканические газы и стал их помешивать в присутствии железных и никелевых сульфидов. Синтез уксусной кислоты не заставил себя ждать! А она - самый вероятный кандидат на метаболизм, породивший жизнь. Уксусная кислота активна - в этом все дело.

В теориях бульона действуют вещества пассивные, из которых, как считает Вектерцхойзер, без ферментов не получатся сложные вещества жизни. А уксусная кислота в своей активной форме не нуждается в ферментах. Рассуждения Вектерцхойзера не всем, конечно, по нраву. И прежде всего не по нраву они Стэнли Миллеру из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Миллер - патриарх теории бульона.

Еще в 1953 году он поставил свой знаменитый эксперимент, продемонстрировав, как из веществ, присутствовавших в гипотетической атмосфере и тогдашнем океане, могут рождаться аминокислоты. Что-то не видно аминокислот в схеме господина Вектерцхойзера, иронизирует Миллер. И почему он решил, что на поверхностях вещества стабильнее, чем в объемах?

Происхождение жизни в высокотемпературной среде - это просто чушь! Миллер не хочет даже знать о бактериях, живущих в подводном пекле. Но вообще-то его можно понять...

Ученые же, не имеющие отношения к теориям бульона, относятся к новой теории спокойно. Роберт де Дюв из Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке принимает ее с оговорками: кое-что неясно, но многие идеи интересны. Норман Рейс из Калифорнийского университета в Беркли считает, что Вектерцхойзер создал значительную альтернативу «бульонщикам». Его работа, говорит он, это смена парадигмы: поворот от химии растворов к химии поверхностей. Надеется ли он создать жизнь в одном из своих экспериментов? Такой вопрос Вектерцхойзеру задают нередко. «Все дело в определении, - отвечает он. - Что такое жизнь? Цикл метаболических реакций на поверхности не может умереть.

Но если то, что не может умереть, не жизнь, что тогда жизнь? Впрочем, дефиниции меня мало интересуют. Мой предмет - механизм, и только».