Крах теории первичного бульона и появление альтернативных теорий

Концептуальная несостоятельность опаринской «теории первич­ного бульона» стала основной темой дискуссии, развернувшейся на совещании Международного общества изучения возникновения жизни в Беркли, Калифорния, в 1986 году. Аудитория разделилась на два лагеря: тех, кто считал, что сначала появился белок и тех, кто считал, что сначала образовались молекулы РНК. Первые ут­верждали, что синтез РНК в добиологических условиях был прак­тически невозможен, с чем никто не стал спорить. Вторые, в свою очередь, заявили, что белки тоже не могли стать основой первых живых систем, потому что они не обладают достаточной универ­сальностью. Сторонники «первичности белка» не смогли опровер­гнуть это заявление; спор закончился, обе стороны потерпели по­ражение, и никаких альтернативных теорий предложено не было.

Критические работы, о которых мы уже говорили (подробнее см. Кейрнс-Смит (A. G. Cairns-Smith) (1982), Тэкстон, Брэдди и Олсен (1984), Шапиро (1986)), могут считаться роковыми для тео­рии первичного бульона. Но почему она умирала так медленно, и каковы были её альтернативы? Тот факт, что, несмотря на огром­ное количество спорных мест, теория первичного бульона ещё дол­го держалась на плаву, кое-что говорит нам о том, насколько были достойны доверия альтернативные гипотезы, выдвинутые в тече­ние последнего десятилетия.

Жизнь зародилась в глине. В работе «Генетический пере­ворот и минеральные истоки жизни» Э. Кейрнс-Смит, химик, сотрудник университета Глазго выдвинул предположение, что жизнь зародилась на твердых субстратах, возможно, на кристал­лических глинах, обладающих достаточно сложным строением, способностью к мутациям и развитию по типу живой материи. Он предположил, что у некоторых типов глин развилась способ­ность концентрировать или производить органические компонен­ты нуклеиновые кислоты или белки. Постепенно органические ве­щества развились до такой степени сложности, что смогли само­стоятельно воспроизводиться и эволюционировать.³⁹ Одна из ста­тей в "Scientific American "в 1991 году цитировала Кейрнс-Смита, жизнерадостно комментирующего недостатки своей гипоте­зы: «Никто еще не смог уговорить глину совершить в лаборатор­ных условиях нечто напоминающее эволюцию, и никто пока не обнаружил в природе ничего похожего на организм, имеющий в основе глину».⁶⁰

Гидротермальные источники на дне моря. В конце семиде­сятых ученые обнаружили около Галапагосских островов несколь­ко подводных гидротермальных источников. Вокруг каждого гей­зера, бьющего прямо из дна моря, сформировались богатые сооб­щества живых организмов, в том числе червей, моллюсков и бак­терий. Главный источник энергии для этих животных — не солнеч­ный свет, а содержащие серу вещества, выбрасываемые гейзера­ми. Таких подводных источников позже были найдены десятки. Джон Корлисс (John Corliss) из Центра космических полетов Годдарда (НАСА) предположил, что такие источники могли обеспе­чить достаточное количество энергии и питательных веществ для возникновения и развития жизни.⁶¹

Теория подводных источников не дала ни единой подсказки к решению информационной проблемы; ясно лишь, что богатая энер­гией среда могла способствовать синтезу органических полиме­ров, которые должны были сыграть важную роль в зарождении жизни. Таким образом, работа в 30 кал/г по соединению органи­ческих звеньев в полимеры может совершаться за счёт этой энер­гии, но, к сожалению, теория термальных источников не может ре­шить гораздо более важную проблему биологической информации.

Стэнли Миллер и Джеффри Бэйда (Jeffrey Bada) в университете штата Калифорния, Сан-Диего провели эксперименты, позволившие предположить, что перегретая вода, достигающая внутри источни­ка температуры 286 ^оС, скорее уничтожит сложные органические вещества, чем создаст их. Миллер полагает, что горячие источники препятствовали появлению жизни. Исходя из расчёта, что вся вода Мирового океана проходит через гидротермальные источники за десять миллионов лет,⁶² Миллер показал, что максимальная концен­трация аминокислот в морской воде не может превышать 3·10^-4 М.⁶³ В настоящее время Корлисс и другие исследователи сошлись во мнении, что современные обитатели горячих подводных источни­ков, скорее всего, переселились туда откуда-то из других мест. Та­ким образом, идея зарождения жизни в гидротермальных источни­ках на дне океана остаётся весьма туманной, не имея ни теорети­ческой базы, ни экспериментального подтверждения.

Гипотеза о первичности метаболизма. Относительно недав­но была выдвинута идея о том, что жизнь могла начаться как мета­болический процесс — циклическая реакция, управляемая неким ис­точником энергии, и происходящая на некоей твердой поверхности. Гюнтер Вахтершаузер (Gunter Wachterschauser) предполагает, что органические молекулы могли притягиваться к положительно заря­женной поверхности пирита (содержащего атомы железа и серы).

Постоянно формирующийся минерал мог быть тем самым источ­ником энергии, который заставил бы органические молекулы всту­пать в реакцию друг с другом, постепенно усложняясь. Заметьте, что эта теория совсем ничего не говорит о проблеме развития ин­формации в органических молекулах; рассматривается только воз­можность полимеризации. Вахтершаузер, к его чести, сам признает, что его теория, по большей части, — «чистой воды догадка».⁶⁴

Теория Кристиана де Дюва, описанная в книге «Проект клетки», вращается вокруг серосодержащих веществ, называемых тиоэфирами.⁶⁵ И снова мы встречаем тот же подход. Идет поиск источника энергии, способного ускорить синтез необходимых для жизни биополимеров. Однако и эха теория совершенно выпустила [3 виду вопрос об информации. Такой подход мог в лучшем случае несколько способствовать полимеризации составных звеньев молекулы, не способных соединиться иным образом, но он не имел бы никакого отношения к упорядочению молекул, которое и обусловливает биологические функции полимера.

Самоорганизация в природе. Лауреат Нобелевской премии И. Пригожин много писал о тенденциях к самоорганизации в природе, приводя в пример конвекционное движение нагретого воздуха и образование воронок, какие можно видеть при вытекании воды из ван-юй.⁶⁶ Пригожий разработал теорию, описывающую условия, при которых возникают такие явления. В частности, он показал, что они наблюдаются в неравновесных системах и происходят из-за нелинейного поведения таких систем.

Иногда приходится слышать, что Пригожий предложил возможное решение проблемы возникновения жизни, хотя сам Пригожий на этот счет не заблуждается, оценивая свою работу скромнее.⁶⁷ Сложность применения его теории в изучении возникновения жизни состоит в том, что проявления самоорганизации, типичные для неравновесных систем Пригожина, имеют мало сходства с информационно богатыми и непериодическими структурами полимеров. Слишком уж мало общего между упорядоченностью кристаллов, воронок: тому подобных структур и особой сложностью последовательности аминокислот в функциональном белке. Таким образом, трудно сказать, как с помощью этой теории можно пролить свет на загадку информации, — а ведь это и есть главная тайна происхождения жизни.

Эйген и его «гиперцикл». Особо сложную работу проделал М. Эйген, пытавшийся представить, как может развиваться простая «живая» система.⁶⁸ Порой его труды цитируют как ответ на вопрос появлении жизни на Земле. Однако сам Эйген признает, что его «простая» система на самом деле достаточно сложна и состоит из целого комплекса белковых молекул и РНК. Он считает, что его работа говорит скорее о том, как развивался примитивный живой организм, чем о том, как он появился. Следовательно, его теория не поможет нам понять, как появилась жизнь. Единственное, что важ­но нам в этой теории, — Эйген создал концепцию живой системы с минимальной сложностью, поддерживающей основные жизненные функции и обладающей некоторыми возможностями развития.