Микрокосм. E. coli и новая наука о жизни - Карл Циммер

Поиск внеземных форм жизни по определению должен быть непрост, потому что ученые не в состоянии предсказать, что именно они могут обнаружить. Ледерберг считал, что начать можно с традиционных вещей. «Можно отложить наши тревоги по поводу экзотических биосистем до момента, когда будут получены результаты полноценных поисков более знакомых видов жизни», — писал он.

NASA не возражало. Агентство готово было поискать знакомые формы жизни, причем на Марсе. Марс в достаточной мере напоминал Землю, чтобы можно было надеяться обнаружить на нем жизнь. В 1965 г. американский космический зонд «Маринер-4» первым послал на Землю подробные изображения поверхности Марса. Земляне увидели скучный пейзаж, усеянный кратерами и полностью лишенный лесов и прочих признаков живого. Стало ясно: если на Марсе и есть жизнь, то, вероятно, она представлена только микроорганизмами. NASA воспользовалось фотографиями этой и последующих межпланетных станций при планировании новой экспедиции, предусматривавшей мягкую посадку аппарата на поверхность Марса. 4 июля 1976 г., через 18 лет после первого спутника, который в свое время наблюдал в Австралии Ледерберг, аппарат «Викинг-1» приземлился на поверхность этой планеты.

Как ни печально, из поисков жизни ничего не вышло. «Викинг-1» не обнаружил на поверхности признаков живых организмов, которые могли бы перерабатывать двуокись углерода (углекислый газ) в органический углерод. Некоторые разновидности земной жизни, такие как E. coli, напротив, поглощают органический углерод и выделяют углекислый газ в качестве отходов, но «Викинг» не обнаружил на планете признаков и такого метаболизма[34]. Оставался последний эксперимент. «Викинг» копнул грунт, нагрел его, чтобы высвободить летучие молекулы, и направил их в трубку для измерений. Этот прибор вообще не обнаружил в марсианском грунте органического углерода. Это был окончательный приговор, потому что на Земле жизнь накопила огромные запасы органического углерода — и не только в организмах живых существ, но и в отходах их жизнедеятельности.

«Конец игры, — сказал тогда Джеральд Соффен, научный руководитель проекта «Викинг». — На Марсе нет органики. На Марсе нет жизни».

Условия на поверхности Марса оказались намного суровее, чем предполагали ученые. Ультрафиолетовое излучение и агрессивные химические вещества, такие как перекись водорода, быстро уничтожали любой органический углерод. Шансы на возникновение жизни в таких условиях казались очень низкими, если не нулевыми. Ледерберг был оптимистичнее коллег, но не намного. Возможно, что жизнь на Марсе существует лишь в нескольких оазисах, может быть, вокруг горячих источников в местах их выхода на поверхность планеты. Но если жизнь на Марсе все же есть, она, безусловно, куда скромнее буйной всепоглощающей земной жизни.

«Мы больше не можем быть уверены, что везде, куда ни посмотри, имеется жизнь», — сказал Ледерберг репортерам.

Ледерберг и его коллеги считали, что неудача «Викинга» — недостаточная причина для того, чтобы прекратить поиски жизни. Ученые призывали NASA к созданию «сына “Викинга”» — новой межпланетной станции, которая отвезла бы на Марс новый набор инструментов и приборов. Но NASA тогда больше интересовали астронавты[35] — резервуары с E. coli, по определению Ледерберга. Интерес к экзобиологии упал, и Ледерберг вновь вернулся к животрепещущим вопросам биологии, таким как появление новых болезней и угроза биологической войны. Его звездные дни в профессии подошли к концу.

Двадцать лет спустя у NASA вновь пробудился интерес к поискам внеземной жизни. Внутри метеорита, прилетевшего на Землю с Марса, обнаружились странные следы, которые, по предположению ученых, могли представлять собой окаменелости микроорганизмов. Тем временем межпланетная станция «Галилео» пролетела мимо Европы, спутника Юпитера, и прислала на Землю детальные фотографии ледяного панциря, покрывающего ее поверхность. Может быть, подо льдом скрывается жизнь? Наука, занимающаяся поисками внеземной жизни, которую теперь называют астробиологией, вновь получила поддержку NASA, основавшего в 1998 г. Институт астробиологии NASA.

Сегодня многие астробиологии занимаются поиском таких мест на Земле, где, несмотря на экстремальные условия, существует жизнь. E. coli — выносливое существо, но ученым удалось обнаружить немало других организмов, способных выжить в местах, где E. coli погибла бы очень быстро. Это и залитые кислотой шахтные стволы, и лишенные кислорода трясины, и глубины ледников, и перегретые воды гидротермальных источников, и полости соляных кристаллов. Планеты и луны с подобными условиями могли бы оказаться подходящим обиталищем для жизни.

Но какими бы странными ни были некоторые из обнаруженных видов, все они разделяют фундаментальные черты E. coli. Все они представляют собой мембраны, внутри которых собраны белки и ДНК. Для роста им необходимы источники углерода и энергии. И еще им необходима жидкая вода — среда, в которой могут протекать химические реакции. Если перенести некоторые из самых выносливых организмов Земли к какому‑нибудь подземному гидротермальному источнику на Марсе — или, к примеру, под ледяную корку спутника Сатурна Энцелада, — они, возможно, смогли бы там выжить, хотя и с трудом.

Тем не менее ученые остро чувствуют, что жизнь на Земле может и не быть образцом для всей жизни во Вселенной. Это стало особенно очевидно после наших собственных экспериментов с жизнью. Расширение генетического кода E. coli не убивает бактерию, и нет оснований считать, что жизнь на других планетах не могла бы использовать для строительства белков другие аминокислоты. Вся жизнь на Земле для кодирования генетической информации пользуется четырехбуквенным языком. Но ученым уже удалось модифицировать E. coli с использованием искусственных оснований — иными словами, удалось расширить алфавит жизни, добавив к нему новые буквы. Чем дальше, тем больше синтетическая биология сливается с астробиологией.

Можно допустить даже, что жизнь способна вообще обойтись без ДНК. Некоторые эксперименты позволяют предположить, что та же структура — прочная основа и последовательность соединений, несущих информацию, — может быть реализована на основе других молекул. Не исключено даже, что эти молекулы будут способны точно себя копировать. Некоторые ученые рассуждают даже о том, что жизнь в принципе может существовать без жидкой воды. Вместо нее соответствующую роль может выполнять другая жидкость, к примеру жидкий метан.