Эти безлистные растения населяли Землю 420 миллионов лет назад
• В середине уходящего десятилетия немецкий биохимик Кристоф Бибрихер у себя в лаборатории, в Институте биофизической химии в Геттингене, поставил знаменательный опыт, чтобы выяснить, что происходит с молекулами РНК, вмороженными в лед. Он насытил глыбу морского льда цепочками РНК и свободными нуклеотидами и принялся ждать.
Прошел почти год. Все это время Бибрихер и его коллеги, Тринкс и Вольфганг Шрёдер (в 2003 году ими втроем была издана книга «Лед и происхождение жизни»), регулярно меняли температуру льда, имитируя естественные капризы погоды и заставляя его то оттаивать, то снова смерзаться. Как оказалось, это лишь способствовало слиянию отдельных «кирпичиков» биомолекул в единое целое.
Терпение экспериментаторов было вознаграждено. В толще льда обнаружилось поразительно много новых РНК. Образовалась даже цепочка, насчитывавшая свыше четырех сотен нуклеотидов, а этого достаточно для того, чтобы РНК выполняла свои функции (пространственная структура различных рибонуклеиновых кислот содержит от 75 до 10 тысяч нуклеотидов. — Прим. ред.). «Это гораздо больше, чем показали все предшествующие опыты, — отмечает Бибрихер. — Ранее лучшим результатом была цепочка из семнадцати нуклеотидов». При этом все протекало даже быстрее, чем он надеялся. «Мы ждали целый год, поскольку думали, что холод замедляет все реакции. Теперь же знаем, что уже через месяц нуклеотиды начинают сцепляться друг с другом. По-видимому, какие-то поверхностные эффекты ускоряли все, что происходило в толще льда».
Разумеется, от появления первых саморазмножающихся РНК до первоклетки «дистанция очень велика, но все-таки теперь мы определенно представляем себе, в каком направлении должны двигаться» (К. Бибрихер), чтобы понять, как зародилась жизнь на нашей планете.
Сами экспериментаторы, кстати, не верят, что весь процесс превращения неорганического материала в живой организм протекал исключительно в толще льда. Допустимы различные вариации этого сценария. Например, при извержении подводных вулканов в полярных областях лед таял, и биомолекулы, зародившиеся здесь, оказывались в воде. Прежде чем снова вмерзнуть в лед, они реагировали между собой. После нескольких подобных циклов продукты их реакции могли, например, попасть в другую среду — в ту же воду или на дно моря — и уже здесь продолжить свою эволюцию.
Итоги еще одного знаменательного опыта были подведены в первые дни этого года. В лабораторных условиях — в Институте Скриппса (США) — удалось создать искусственную рибонуклеиновую кислоту, которая копировала саму себя с помощью подобных себе молекул. С ее появлением отпадает извечная дилемма: «Что было раньше?..» Эта РНК — сама себе и «курица», и «яйцо».
Как сообщалось в электронной версии журнала Science, Трейси Линкольн и Джеральд Джойс, сотворившие эту биомолекулу, сумели в ходе эксперимента буквально-таки «запустить механизм эволюции». Ведь случайные мутации улучшали или ухудшали способность данной молекулы к размножению. Довольно быстро в популяции РНК возобладали именно те ее разновидности, что размножались особенно быстро.
Конечно, эта РНК из пробирки ничуть не напоминает живое существо. Но она обладает его характерными свойствами, то бишь содержит некую биологическую информацию и размножается. «Эта молекула состоит из шестидесяти компонентов. Мы предоставляем их сами себе, и молекулы РНК собирают из них единое целое — свои копии. За пять часов каждая молекула изготавливала примерно сто своих копий. И каждая из них, в свою очередь, производит за пять часов 100 копий и так далее и так далее, — отмечает Джойс. — Возможно, нечто подобное произошло в природе около четырех миллиардов лет назад. Разумеется, сейчас в природе нет молекул РНК, которые размножаются сами собой».
Попутно исследователи убедились, что одной-единственной формы РНК недостаточно, чтобы она могла себя копировать. Понадобилось еще две молекулы, которые служили ферментами. «У нас имеются два различных фермента РНК: плюс-РНК и минус-РНК. Первая производит вторую, и наоборот. Минус делает плюс, плюс делает минус и так далее. В естественных условиях ведь происходит то же самое, ничего другого. У наследственной молекулы ДНК, двойной спирали, есть две цепи, так сказать, «плюс» и «минус». Информация неизменно передается от одной цепи к другой».