Однако в начале 1980-х годов Том Чек и Сидни Олтман экспериментально показали, что эта молекула-посредник (РНК) может катализировать (то есть ускорять) химиче-ские реакции. Это дало ученым возможность взглянуть на зарождение жизни совершенно по-другому. Вместо сложной современной жизни мы можем представить себе более простую раннюю форму, где у клетки, по сути, всего два компонента: мембрана и внутри нее сколько-то молекул РНК. Мембрана может состоять из «мылоподобных» молекул, которые образуют границу, похожую на мыльную пленку, между внутренностями клетки и внешней средой. Такая клетка была бы способна расти и делиться, прямо как современные клетки, но гораздо более простым образом. Внутри такой примитивной клетки, как я уже сказал, могла бы находиться способная к репликации РНК, так что информация переходила бы к дочерним клеткам. Самое интересное, что эти молекулы РНК могли бы делать что-то – мы не знаем, что именно – полезное для выживания или репликации клетки.
На следующем рисунке (см. рисунок 21 на вклейке) видно, как могла бы выглядеть примитивная клетка (или протоклетка). Примитивная клеточная мембрана образует пузырь, о котором я расскажу более подробно, а внутри пузырька находится некий генетический материал. Этим генетическим материалом может быть РНК, но сейчас ведутся жаркие споры о том, был ли первый генетический материал на самом деле РНК или какой-то родственной ей молекулой, возможно, даже ДНК. Это могла быть и какая-то родственная нуклеиновая кислота с определенными химическими модификациями, которые облегчили ее возникновение или репликацию. Ученые в разных лабораториях по всему миру пытаются понять и воссоздать возможные химические пути, ведущие к появлению различных генетических материалов. Работа исследователей позволяет нам составить более точное представление о том, была ли РНК или другая кислота (или что-то еще) первым генетическим материалом.
Одна из задач, которыми занимаются в моей лаборатории, – это попытка создать структуры протоклеток и провести наблюдение за тем, как они растут и делятся. Для этого, конечно, нужно подумать о том, из каких молекул такая протоклетка будет состоять. Из чего будет сделана мембрана? Из чего будет сделан генетический материал? Давайте перенесемся назад и подумаем о том, когда и на каком этапе развития планеты произошло зарождение жизни, чтобы мы имели некоторое представление о доступных в ту эпоху биологических «кирпичиках».
Мы довольно точно знаем дату возникновения Земли – примерно 4,56 миллиарда лет назад. До сих пор ведется серьезная дискуссия о том, когда Земля достаточно остыла, чтобы на поверхности могла появиться жидкая вода, но некоторые свидетельства говорят о том, что это могло случиться гораздо раньше, чем отмечено на представленной шкале (4,2 млрд лет назад). Возможно, это произошло примерно в то же время – плюс-минус сто миллионов лет, – что и столкновение, приведшее к рождению Луны. Если заходить с другого конца шкалы, то первые неоспоримые доказательства бактериологической жизни на земле относятся к периоду не ранее 3,5 млрд лет назад. Так что у нас есть «окно» почти в миллиард лет (как минимум – в 800 миллионов) между жидкой водой на поверхности примитивной планеты и органической жизнью.
В этот промежуток должно было проходить множе-ство интересных процессов, приведших к синтезу все более сложных молекул, «кирпичиков», которые в конце концов собирались вместе и образовали первые клетки. В какой-то момент «мир без РНК» породил РНК – катализаторы, которые позволили начать дарвиновскую эволюцию. Наши непосредственный интерес и задача – заполнить эти туманные предположения описанием конкретных и реалистичных химических процессов. Отчасти трудность заключается в том, что мы так мало знаем об условиях на ранней Земле, поэтому наш прогресс во многом завязан на открытия ученых-планетологов, а также биохимиков и биологов.
На химическом уровне мы хотели бы понять, как самые простые «кирпичики», такие как вода, азот, аммиак, окись углерода, водород – те исходные материалы, про которые мы можем практически наверняка сказать, что они присутствовали на молодой Земле – начали реагировать друг с другом, формируя более сложные биологические структуры? Жирные кислоты («кирпичики» мембран), нуклеотиды («кирпичики» ДНК и РНК), аминокислоты («кирпичики» пептидов): как они были созданы и как они все собрались вместе, чтобы создать первые клетки?
