Драконоборцы. 100 научных сказок - Николай Николаевич Горькавый

предшественники нуклеиновых кислот. Миллер и Юри нашли в образовавшейся смеси пять аминокислот, но когда оставшиеся от опыта образцы были проанализированы в 2008 году более точными методами, то было найдено двадцать две различные аминокислоты. Так было доказано, что аминокислоты, составляющие белок и нуклеиновые кислоты, можно получить из простых химических веществ при подводе дополнительной энергии. Эксперимент Миллера-Юри стал классическим и впоследствии неоднократно повторялся в разных вариантах, потому что вопрос о составе атмосферы первобытной Земли вызывает много споров.

В тайне зарождения жизни есть один особенно загадочный момент – каким образом генетическая информация передаётся от одного поколения организмов к следующему поколению? Во времена Опарина и Холдейна многие учёные полагали, что именно белки переносят генетическую информацию, хотя как они это делают, никто не знал. Но эти представления оказались ошибочными.

1953 год вошёл в историю биологии не только из-за эксперимента Миллера-Юри, но благодаря одному молодому американскому вундеркинду, который с детства увлекался птицами и уже в пятнадцать лет поступил в Чикагский университет для изучения орнитологии. Звали молодого гения Джеймс Уотсон. Кроме птиц, он увлекался чтением книг и, став студентом, прочёл небольшую книгу знаменитого физика Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь с точки зрения физики?» Эта книга резко изменила профессиональные интересы Уотсона – с птиц он переключился на генетику.

– Что, вообще говоря, не означает уход от птиц, потому что они тоже подчиняются генетике, – отметил педантичный Андрей.

– Правильно. В девятнадцать лет Уотсон получил степень бакалавра, а в 1951 году он в возрасте двадцати трёх лет прибыл в знаменитую Кавендишскую лабораторию Кембриджского университета и стал работать вместе с Фрэнсисом Криком. Используя прекрасные рентгенограммы Розалинды Франклин и Мориса Уилкинса, Крик и Уотсон предложили двухспиральную модель ДНК как базисный элемент генетики. Статья об этом вышла 30 мая 1953 года в журнале Nature, стала вехой в генетике и принесла её авторам Нобелевскую премию. Идея Уотсона и Крика была простой и красивой: двух-спиральная ДНК могла разделяться на две отдельные спирали, которые потом присоединяли к себе недостающие элементы и снова превращались в полноценные двухспиральные ДНК. Этот процесс был ключевым в биологическом размножении и передаче генетической информации новому поколению клеток. Таким образом, передатчиками генетической информации оказались не белки, а нуклеиновые кислоты.

После открытия Уотсона-Крика перед биологами возникла суперзадача: расшифровка ДНК человека и других живых существ. Эта задача распадается на два уровня. Сначала нужно расшифровать последовательность расположения остатков нуклеотидов в ДНК. Эта последовательность значительно различается у организмов разного вида, но даже внутри популяции одного вида, например человека, она слегка различается.

– Именно поэтому у нас глаза и волосы разных цветов! – сказала торжествующе Галатея, и её яркие глаза вспыхнули.

– Да. Второй уровень понимания структуры ДНК означает знание того, за что отвечает в организме тот или иной участок ДНК или ген. Мы только приступили к расшифровке ДНК, и нас там ждёт масса удивительных открытий.

Но вернёмся к проблеме происхождения жизни. К XXI веку биологи пришли к выводу, что создание белков сразу из аминокислот нереально. Была предложена гипотеза РНК-мира, в котором сначала возникли РНК – молекулы рибонуклеиновой кислоты, которые по структурным свойствам располагаются между белками и ДНК, но могут выполнять их функции. С одной стороны, РНК имеют такие же, как у ДНК, двухспиральные участки и могут передавать генетическую информацию, с другой – они, подобно белкам, могут сворачиваться в сложные пространственные структуры и катализировать биохимические реакции. Но РНК тоже достаточно сложная молекула. Может ли она возникнуть из смеси более простых органических молекул?

– Самозародиться! – подсказала Галатея.

– Верно. На этот вопрос ещё не получено убедительного и однозначного ответа, хотя первые опыты дали обнадёживающие результаты. Нужно учитывать, что в биологических средах существуют многочисленные механизмы самоорганизации, которые исследовал Илья Пригожин с сотрудниками. Алан Тьюринг, талантливейший математик, доказал, что в биохимических системах существует неустойчивость Тьюринга, которая приводит к возникновению различных структур и пятен.

– Как на шкурах животных? – спросила Галатея.

– Да. Эти механизмы самоорганизации играют важную роль в самозарождении жизни. Ряд исследователей полагает, что сначала возник естественный отбор в мире циклических химических реакций, что привело к ускорению биохимических процессов и возникновению РНК. Ещё совершенно не изучено, как из отдельных, пусть и сложных, молекул создать клетку, отгороженную от среды мембраной и способной к делению, то есть к размножению.

– Ты хочешь сказать, что учёные до сих пор не смогли синтезировать из неорганических молекул хотя бы одну живую клетку? – в восторге воскликнула Галатея. – Да это же отличная задачка – стать богом и создать новую жизнь из воды и глины!

– И получить за это Нобелевскую премию! – поддакнул Андрей.

– Да, загадка происхождения жизни далека от своего полного решения. Пока сделаны только первые шаги на этом пути – и там исследователей ждут невероятные открытия, удручающие разочарования и непрерывное удивление. Как сказал Холдейн: «Я подозреваю, что Вселенная не только страннее, чем мы себе представляем, но и страннее, чем мы можем представить».

– Решено! – Галатея ударила по столу крепким кулачком. – Становимся богами… то есть биологами – и создаём новую жизнь! Непременно сделаю себе ласковую говорящую кошку!

Примечания для любопытных

Аристотель (384–322 гг. до н. э.) – знаменитый древнегреческий философ, выдвинувший теорию самозарождения жизни. Ученик Платона, воспитатель Александра Македонского.

Франческо Реди (1626–1697) – итальянский врач и натуралист, который опроверг мнение Аристотеля о самозарождении жизни в гнилом мясе.

Александр Иванович Опарин (1894–1980) – советский биолог и биохимик, создавший теорию происхождения жизни из неорганических компонентов. Академик АН СССР.

Джон Холдейн (1892–1964) – английский биолог и философ, внёсший важный вклад в теорию происхождения жизни. Член Лондонского королевского общества (1932).

Стэнли Миллер (1930–2007) – американский химик, осуществивший в 1953 году, будучи студентом, знаменитый опыт Миллера-Юри по образованию аминокислот из неорганических веществ.

Гарольд Юри (1893–1981) – американский физик и химик. Лауреат Нобелевской премии по химии (1934) за открытие дейтерия – тяжёлого изотопа водорода.

Аминокислоты – органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы. Все они – кристаллические вещества, многие из них имеют сладкий вкус.

Белки – макромолекулы, состоящие из аминокислот и играющие ключевую роль в строении и функционировании живых организмов. Часто имеют чрезвычайно сложную пространственную структуру. За расшифровку аминокислотной последовательности белка инсулина Фредерик Сенгер получил Нобелевскую премию в 1958 году.

Нуклеиновые кислоты – высокомолекулярные органические соединения; биополимеры, образованные остатками нуклеотидов. Примеры нуклеиновых кислот – ДНК и РНК.

РНК – рибонуклеиновая кислота. Макромолекула, играющая