Николай Горькавый - Неоткрытые миры

— А откуда взялись аминокислоты на первобытной Земле? — поинтересовалась Галатея. — В космосе много воды и разных газов, но там редко найдешь сахар и прочую органику.

— Опарин и Холдейн выдвинули гипотезу, что аминокислоты возникли в атмосфере первичной Земли, в которой не было кислорода, зато были аммиак, водяной пар и углекислый газ. Гипотезу Опарина и Холдейна в 1953 году решили проверить американские химики Стэнли Миллер и Гарольд Юри. Они создали достаточно простую установку, в которой пары воды смешивались с атмосферой из метана, аммиака, водорода и монооксида углерода. Через эту смесь пропускались электрические разряды, чтобы промоделировать воздействие молний на первичную атмосферу Земли. Эксперимент увенчался полным успехом! Учёные нашли в колбах, где проводился опыт, многочисленные органические вещества: аминокислоты, сахара, липиды и 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 различных 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: двухспиральная ДНК могла разделяться в 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?