Текст книги "Дикие гены"

Но перейдем к деталям. Из 64 кодонов 61 используется для кодирования аминокислот. Для одних кислот требуется до шести кодонов, для других хватает и одного. Если для кодирования одной аминокислоты нужно несколько кодовых слов, такой код называют вырожденным (звучит не очень-то приятно). Остальные три кодона не используются в производстве аминокислот, а служат так называемыми стоп-кодонами, которые сигнализируют: «На этом синтез белка заканчивается. Пожалуйста, больше не добавляйте новые аминокислоты». О начале сборки белка сигнализирует кодон, который одновременно отвечает за синтез аминокислоты метионина.

Итак, теперь мы знаем, как выглядит план синтеза белков, с чего он начинается, как кодируются аминокислоты и чем все заканчивается.

Это уже неплохо, но одной только инструкции недостаточно. Представьте себе следующую ситуацию: у вас есть план сооружения западни для тигра. В ней написано: «Вырой яму, прикрой ее тонкими ветками и положи аппетитную приманку». Вы берете лопату и принимаетесь за работу. Через несколько часов, когда вы стоите перед готовой западней, утирая пот и грязь со лба, к вам вдруг на всех парах несется мать вашего лучшего друга и кричит: «Ну где тебя носит? Свадебная церемония уже начинается. И зачем ты поставил торт посреди дороги-и-и

и

и

и

и?!»

Вы поняли, в чем проблема? План прекрасно сработал (о чем свидетельствует гневный голос, доносящийся из ямы), но время и место были выбраны неправильно. То же самое и с генами. Здесь тоже чрезвычайно важно, в каких клетках и с какой интенсивностью они начнут работать. Каким образом происходит регулирование генных функций, было показано в 60-е годы с помощью так называемого лактозного оперона.

Если предложить бактериям (в данном случае кишечным бактериям Escherichia coli – любимцам молекулярных биологов) питательный раствор с виноградным сахаром (глюкозой) и молочным сахаром (лактозой), то сначала перерабатывается весь виноградный сахар, поскольку он питательнее и легче усваивается. Только после этого бактерии принимаются за молочный сахар.

На генном уровне это выглядит следующим образом: лактозный оперон содержит план по синтезу белка, который отвечает за усвоение бактериями молочного сахара. Контроль за запуском этого плана и его интенсивностью осуществляется так называемым промотором – участком ДНК, который находится в непосредственной близости от места сборки белков. Он берет на себя функции центра управления. Если в клетке нет молочного сахара, центр управления заблокирован. За это отвечает лактозный репрессор – белок, который присоединяется к ДНК и мешает считывать инструкции. Это можно сравнить с ситуацией, когда вы в какой-то день решили ответить на все послания по электронной почте, но, как назло, постоянно звонит телефон и мешает вам. На одно-два письма вы еще как-то сможете ответить, но об эффективной работе можно забыть.

То же самое происходит и с лактозным опероном. Несмотря на помехи репрессора, он все же производит небольшое количество белков, но до тех пор, пока имеется виноградный сахар, эти белки не активизируются. И только когда вся глюкоза заканчивается, в клетку начинает поступать молочный сахар. Там он присоединяется к репрессору, который после этого отделяется от ДНК. Теперь лактозный оперон активизируется и начинает полным ходом производить белки до тех пор, пока не закончится весь молочный сахар. Затем репрессор вновь присоединяется к промотору и отключает его.

Если процесс переработки молочного сахара показался вам слишком скучным, у нас есть еще один пример генного регулирования. Это ген под названием Супермен, играющий важную роль в развитии мужских половых признаков цветка Arabidopsis thaliana (еще одного любимого объекта для биологических экспериментов). Небиологи пренебрежительно называют его сорняком. Активность Супермена сдерживается белком, за кодирование которого отвечает ген Криптонит. Кстати, существует и ген, обладающий очень большим сходством с Суперменом, но не столь сильный. Его название – Кларк Кент[1]1
  Супермен и Кларк Кент – персонажи популярной серии комиксов; Криптонит – вымышленное вещество из этих же комиксов. – Прим. перев.


[Закрыть].

Вырисовывается такая картина: фрагмент ДНК производит короткую РНК (матричную, или мРНК), которая, в свою очередь, кодирует синтез белка. А белок отвечает за какой-то признак (возможно, малосущественный). Все очень точно и целенаправленно… Но жизнь совсем не так проста. Наша биология отличается креативностью и изобретательностью. Если что-то вообще способно функционировать, то оно обязательно будет воплощено в жизнь. Может ли существовать функция, которая возлагается не на белок, а непосредственно на РНК? А почему бы и нет? А что, если слегка видоизменить мРНК, чтобы она производила другой вариант белка? Так тому и быть! И перечень подобных возможностей можно продолжать до бесконечности.

Но как же звучит официальное определение понятия «ген»? Если вам сразу не приходит на ум идеальная формулировка, не огорчайтесь. Это не так просто. Ведь стоит только кому-то решить, что найдено хорошее определение, как какой-то живой организм тут же демонстрирует исключение из правил. В 2006 году 25 ученых собрались на два дня, чтобы отыскать современное определение. У них получилось следующее: «Ген представляет собой локализованный участок генетического материала, который соответствует единице наследственности, связанной с регулирующими, транскрибирующими и/ или другими функциональными последовательностями».

Звучит не слишком складно, но это наверняка еще не последнее определение. Нам же пока достаточно знать, что ген – это единица наследственной информации, необходимая для выполнения какой-то определенной функции. Но не теряйте бдительности. Кто знает, что еще может придумать природа, чтобы опровергнуть этот постулат…

Можно с уверенностью утверждать, что ДНК является носителем информации, а белки – оперативными единицами, на которых строится вся жизнь на нашей планете. Поддержку им оказывает РНК – своего рода мальчик на побегушках, выполняющий все посреднические функции между ДНК и белком, а также способный хранить информацию и самостоятельно выступать в роли фермента.

Но откуда, собственно, берутся РНК, ДНК и белки? Как они складываются в великую картину жизни?

Глава 2
Кометы, РНК и кухня жизни

В этой главе перед нами встанет вопрос, что было в начале: курица, яйцо или нечто совершенно другое? Кроме того, речь пойдет о лотерейных выигрышах и о том, не забыли ли инопланетяне свой мусор на нашей планете.

Да забери же у меня вещи в конце концов, – тетя Хедвиг небрежно сует мне свой тяжеленный чемодан, промокшее пальто с цветочным узором и шляпку из тех, что можно увидеть только в романтических английских фильмах. Затем она проходит в комнату и осматривает ее оценивающим взглядом.

– Та-а-ак, чем бы это нам сегодня заняться?

Все присутствующие знают, что это чисто риторический вопрос. Некоторое время спустя мы все вместе сидим на диване, и Хедвиг раскрывает старый фотоальбом. Сухо шелестят страницы. Я украдкой бросаю взгляд на часы, а затем на два альбома, которые еще лежат в чемодане. Это затянется надолго. Я оцениваю привезенные Хедвиг кексы. На вид они похожи на те, что были в прошлом году. В тот раз я не нашел в них ничего особенного и по вкусу они напоминали пыль прошедших десятилетий. Я думаю о том, как при первой же удобной возможности сплавить их в мусорку. Интересно, не нанесут ли они ущерб окружающей среде?

– Не стесняйся, угощайся, – говорит Хедвиг, перехватив мой взгляд.

Все взоры обращаются ко мне. Мои руки моментально становятся потными. Черт возьми! Я беру кекс и отправляю его в рот. Надо бы соврать и сказать, что очень вкусно, но изо рта доносится только что-то похожее на сдавленный кашель. Это действительно прошлогодние кексы…

– А вот, взгляни: это ты совсем маленький без штанов… А тут тебя воспитательница держит под мышкой, потому что ты надул на ковер.

Я слушаю, не в силах произнести ни слова, так как пытаюсь собрать во рту достаточное количество слюны, чтобы как-то проглотить кекс. Когда мне это в конце концов удается и я вновь могу ворочать языком, Хедвиг, углубившись в историю черно-белой эры., уже рассказывает всякие неприятные истории о людях, к степени родства которых приходится добавлять приставки пра– и прапра-.

Время идет, и к тому моменту, когда солнце садится за горизонт, я уже испытываю благодарность за то, что в каменном веке не было фотографии, иначе мы сидели бы до бесконечности и слушали бы что-то вроде «А это Горрк и его тетя Уругу. Однажды ночью он ни с того ни с сего с криком выбежал из своей пещеры и его тут же сцапал саблезубый тигр…».

Оглядываясь на прошлое, мы неизбежно задумываемся о происхождении жизни (а значит, и о происхождении генов, в том числе самого первого из них). Если подходить с научной точки зрения, можно попытаться провести мысленный эксперимент: «Предположим, я брошу в бочку лопату угольного порошка, добавлю туда флакон нашатырного спирта, залью горячей водой и сдобрю какими-нибудь экзотическими солями. Насколько велика вероятность того, что в бочке что-то забурлит и из нее вылезет мокрый Томас Андерс?»

Разумеется, вероятность этого очень невелика, потому что человек – очень высокоорганизованное существо, которое вряд ли само по себе возникнет из смеси компонентов. (Если бы было иначе, мы на каждом шагу выигрывали бы в лотерее по 500 евро. Что же касается «настоящего» Томаса Андерса, то лучше исходить из того, что он появился на свет более традиционным путем.) Скачок в степени сложности настолько велик, что его можно сравнить с прыжком с земли на крышу небоскреба. Если отбросить в сторону волшебство, то здесь поможет только лестница. Вот в лестнице-то все и дело! Если разложить грандиозный скачок на мелкие шаги, то он оказывается посильным.

Если говорить о химическом составе, то в человеке нет ничего особенно сложного. В основном он состоит из водорода и кислорода, большая часть которых находится в форме воды, а также углерода и азота. Сюда можно добавить еще немного кальция, хлора, фосфора, калия, серы, натрия и магния.

Давайте продолжим размышления. Оторвемся от прекрасного вида, который открывается с небоскреба эволюции, и пойдем вниз по лестнице. Каждая ступенька возвращает нас на предыдущий этап развития. Мы становимся ниже ростом (и обрастаем шерстью…). У нас появляется насущная потребность влезть на дерево. Но парой этажей ниже это желание проходит. Мы ползком возвращаемся к полосе прибоя безымянного моря. В какой-то момент в толще океана пропадает свет и мы оказываемся в полной темноте. Мы достигли той точки, когда еще не было глаз. Это подходящий момент, чтобы сделать небольшую передышку и задуматься о глазах.

Появление глаз долгое время оставалось загадкой. Для подъема на новую ступень эволюции требуется случайное изменение, которое приносит пользу и может быть унаследовано. На первый взгляд трудно представить себе, как это может привести к возникновению глаза. С одной стороны, этот орган настолько сложен, что вряд ли мог сформироваться сразу. А с другой стороны, если сначала появился какой-то «полуфабрикат» глаза, то в чем могло заключаться его эволюционное преимущество? Над этой проблемой ломал голову еще британский естествоиспытатель Чарлз Дарвин, а критики теории эволюции долгое время использовали ее в качестве своего любимого аргумента.

Сегодня мы лучше разбираемся в ситуации и имеем представление о том, какими могли быть ступени развития. В качестве первого этапа на поверхности тела какого-то организма, видимо, появились отдельные клетки, способные воспринимать свет. С их помощью можно было отличить свет от темноты (нечто подобное и сегодня встречается у морских

звезд). Казалось бы, мелочь, но в мире, где все остальные живые организмы абсолютно слепы, такое «ясновидение» дает огромное преимущество. Если на вас вдруг падает тень проплывающего хищника, вы можете попробовать сбежать или спрятаться прежде, чем он до вас доберется.

На следующем этапе клетки, воспринимающие свет, начинают собираться на коже группами. Возникают плоские глаза, которые можно встретить, например, у медуз. Такими глазами можно очень и очень приблизительно оценить, где находится источник света или угрожающая тень. Если же плоский глаз оказывается не совсем плоским, а размещается в углублении кожи, наступает очередной этап. Теперь в зависимости от угла, под которым падает свет, не все светочувствительные клетки будут освещаться равномерно, и это позволит еще лучше определять направление.

Следующим шагом было маленькое изменение, имевшее колоссальные последствия. Углубление стало глубже, а отверстие на коже – меньше. Это впервые дало возможность получения пусть и не четкого, но все же изображения окружающей обстановки (тот же принцип используется в камере-обскуре). Подобные глаза без хрусталика сегодня можно встретить только у наутилуса – древнего родственника каракатиц. Правда, эта конструкция не лишена некоторых проблем: чем меньше отверстие, тем четче картинка, но при этом на светочувствительные клетки попадает меньше света и изображение становится темнее. Чтобы этого избежать, глазу требуется линза, которая фокусирует свет и делает изображение еще более четким. Предполагается, что она развилась из прозрачной пленки, защищавшей глаз от грязи.

Долгое время было неясно, развивались ли самые разнообразные типы глаз – от фасеточных у мух до громадного глаза гигантского кальмара диаметром 27 см – совершенно независимо друг от друга или у них был какой-то общий предшественник. Однако тот факт, что развитие глаз у разных видов живых организмов управляется очень схожими группами генов, позволяет говорить об общности происхождения.

Итак, мы преодолеваем последние ступени, спускаемся на нижний этаж (уже без глаз) в виде мифического самого первого одноклеточного организма и останавливаемся перед дверью, ведущей наружу. Она является разделительной чертой между живой и мертвой материей (так сказать, между жизнью и смертью). Там, за дверью, те же химические элементы, из которых построено все на свете. Но скачок между этими элементами и одноклеточным организмом поистине колоссален. Существуют ли какие-то промежуточные ступени?

Над вопросом возникновения жизни ломал голову еще Чарлз Дарвин. Первого февраля 1871 года он так описывал ход своих мыслей одному из друзей: в самом начале на пока еще мертвой Земле появился «небольшой теплый пруд», в котором простые химические соединения под действием света, тепла, электричества и других факторов соединились, образовав первую жизненную форму. Однако уже вскоре он отказался от этой идеи и написал, что все это чушь и что на данном этапе развития науки не имеет смысла всерьез размышлять об истоках жизни.

Даже почти сто лет спустя, когда наши познания в биологии существенно углубились, этот момент по-прежнему оставался загадкой. Что было ступенью, непосредственно предшествовавшей жизни? Она еще не могла быть столь сложной, как собственно жизнь, строящаяся на ДНК, РНК и белках, но все же должна была обладать способностью к размножению и развитию. Базовое построение клетки представляет собой настоящий гордиев узел. Для размножения ДНК клетке требуются РНК и белки. Чтобы производить белки, нужны ДНК и РНК. А РНК создается при считывании информации с ДНК с помощью белковых механизмов. И все это находится в неразрывной связи. Ни одно из звеньев не может быть опущено. Где же искать начало этого круговорота?

Решающим шагом к развязыванию узла стало исследование группы коротких молекул транспортных РНК, или тРНК. Эти молекулы играют крайне важную роль в синтезе белков. Они располагают нужными аминокислотами и могут распознавать кодоны мРНК. Это делает их центральными промежуточными элементами между генетическим кодом и белком. Такая их способность объясняется специфической структурой. Они состоят из одной нити, которая складывается таким образом, что отдельные участки РНК соединяются сами с собой, образуя короткие двойные нити. Благодаря этому осуществляется фиксация тРНК в сложной трехмерной форме с удвоением некоторых участков. Поэтому молекулы тРНК выглядят совершенно не так, как монотонная правильная двойная спираль ДНК. Фрэнсис Крик, считающийся открывателем двойной спирали, придал этой структуре огромное значение: «Молекула тРНК выглядит так, словно природа пытается возложить на нее задачи, присущие белкам!» Таким образом, тРНК стала доказательством того, что РНК не довольствуется ролью чистого передатчика информации. Благодаря перекрещиванию нити она, подобно белку, образует особые структуры и берет на себя активные функции.

Эти наблюдения стали источником вдохновения для трех ученых. В 1967–1968 годах они независимо друг от друга высказали идею, позволяющую разрешить проблему. Это были Фрэнсис Крик, американец Карл Вёзе (с ним мы подробнее познакомимся в 4-й главе) и англичанин Лесли Илизер Орджел. Орджел, являвшийся, между прочим, одним из участников «Клуба галстуков РНК», был ученым до мозга костей. Любовь к химии проявилась у него еще в подростковом возрасте, когда Лесли увлеченно изготавливал взрывчатку и применял ее на практике… Поэтому, если малолетняя шпана пытается взорвать ваш гараж, подумайте о том, что вы, возможно, имеете дело с научной элитой завтрашнего дня!

Исходя из свойств тРНК, все трое предположили, что в прошлом мог существовать такой механизм синтеза белков, при котором не требовалось брать за основу уже существующий белок. Для образца использовалась мРНК, в качестве передатчика кода выступала тРНК, а машина РНК производила белок. У сегодняшних живых организмов (это было известно уже в то время) такой машиной является рибосома – большой белковый комплекс, содержащий встроенные нити РНК, так называемые рибосомные РНК, или рРНК. Может, это реликт прежних времен?

Но раз уж ученые зашли в своих предположениях так далеко, то эту идею можно довести до логического конца: если для производства первых белков требовалась только РНК, следовательно, РНК появилась раньше белка. А поскольку РНК может одновременно выступать в роли носителя информации и активной синтезирующей структуры, то она древнее ДНК. Короче говоря, был сделан вывод о том, что в неразрывной на первый взгляд троице первой появилась РНК!

Идея была очень привлекательной, но недостаточно обоснованной. В конце концов, она строилась лишь на предположении, что РНК в состоянии выполнять функцию энзима. К сожалению, все известные на тот момент энзимы были белками. И даже если сам мистер Крик считал, что молекула тРНК выглядит как молекула белка, это еще не могло считаться доказательством. Нобелевская премия за двойную спираль была тут слабым аргументом.

Все последующие годы ситуация оставалась в подвешенном состоянии, но в 80-е годы случилось нечто невероятное: удалось обнаружить молекулы РНК, которые действительно работали как энзимы. Во-первых, был открыт комплекс из РНК и белка РНКаза Р, в котором главную работу выполняла как раз РНК, а не белковая часть. Во-вторых, было сделано наблюдение, что молекулы рРНК, встроенные в рибосомы одноклеточных организмов, могут сами разделять себя на части и затем вновь соединяться (позднее ученые узнали, что то же самое может происходить и с различными молекулами тРНК и мРНК). Такие РНК-энзимы получили короткое и прагматичное наименование рибозимов.

В канун нового тысячелетия добавился еще один решающий аргумент: было установлено, что сердцевина рибосомы (та самая структура, в которой аминокислоты фактически превращаются в белки) состоит только из РНК. Все эти открытия настолько уверенно подкрепили шаткую доселе идею, что она стала господствующей (если не единственной) из всех, что описывали время до зарождения жизни, и получила звучное название «гипотезы мира РНК».

Необходимо еще раз подчеркнуть: речь идет о гипотезе, и, если даже в ее пользу говорит сегодня очень многое, полной уверенности до сих пор нет. Кроме того, существуют весьма разнообразные мнения относительно того, как в реальности мог выглядеть мир РНК. Вы хотите в него заглянуть? Хорошо. Тогда мы откроем входную дверь и выйдем наружу, в мир РНК.

Чтобы гипотеза мира РНК была обоснованной, в прошлом должна была существовать РНК, способная к размножению. Лучшим доказательством было бы обнаружение древнего экземпляра такой РНК. На сегодняшний день мы им не располагаем, но ученые уже с 1980-х годов пытались создать такую РНК в процессе искусственной эволюции в пробирке. В 2013 году им это удалось. Был получен рибозим, состоящий из 202 фрагментов и способный синтезировать РНК из 206 фрагментов. Не все последовательности РНК удалось соблюсти, и полученный рибозим не мог самостоятельно размножаться, но это открытие весьма ощутимо подкрепило гипотезу мира РНК. Продолжаются поиски варианта, который действительно сможет воспроизводить сам себя.

От нашего времени этот мир отделяет примерно 3,8 миллиарда лет. Землю бомбардирует поток метеоритов. Вулканы бурлят и выплевывают в ядовитую атмосферу дым и лаву. Под плотными облаками древние моря обрушивают волны на обрывистые прибрежные скалы. Где-то в этих водах плавают крошечные круглые и нитевидные структуры, состоящие из тонкой мембраны, образованной жирными кислотами, и коротких молекул РНК, обладающих необычной способностью – работать как рибозимы и размножаться, копируя нити РНК.

Протоклетки добывали строительные материалы из окружающей среды через мембрану. Возможно, среди них были такие, которые размножались успешнее других. В результате их популяция была более многочисленной, и это стало началом эволюции. Но до совершенства было еще очень далеко. Процесс размножения шел так себе. Какое-то продолжение рода обеспечивалось, но не более того. Разумеется, РНК осуществляли химические реакции, но их перечень был весьма ограничен. Поэтому в какой-то момент на первый план вышли белки, ведь 20 аминокислот – это более разнообразный строительный материал и с их помощью можно эффективно решать большее количество задач, чем с РНК.

Необходимо ясно представлять себе, что генетический код, о котором так много говорят, появился, скорее всего, спустя миллионы лет после возникновения генетической информации. РНК способна хранить два различных вида информации. Во-первых, это генетический код для синтеза белков, а во-вторых, прямая информация о последовательностях собственной структуры, благодаря которым она приобретает трехмерную форму и производит рибозимы.

Если говорить о продолжительности хранения наследственной информации, то РНК не была идеальным решением, поскольку она очень уязвима и подвержена спонтанному распаду. Решением этой проблемы стала ДНК. Ее важнейшим отличием от РНК было наличие в составе несколько иного сахара, который не столь охотно вступает в химические реакции и делает молекулу ДНК более стабильной. О том, что ДНК возникла в ходе развития РНК, говорит и то обстоятельство, что ее компоненты создаются на основе сахаров, образованных из прекурсоров РНК.

На самом деле в гипотезе мира РНК остается нерешенным один из главных вопросов: какие условия должны были сложиться, чтобы первые молекулы РНК достаточно долго сохраняли стабильность и имели возможность размножаться? Как они вообще появились? Здесь идеи становятся весьма расплывчатыми. Однако мы уже знаем, что случайные последовательности РНК могут спонтанно образовываться из собственных строительных материалов в ходе двух (в значительной мере искусственных) сценариев. Во-первых, это может происходить на поверхности глинистого минерала монтмориллонита (названного в честь французского округа Монморийона, где в 1847 году он был обнаружен и описан), а во-вторых, в замерзающей воде.

Правда, некоторые ученые (в том числе и один из основателей мира РНК Лесли Орджел) сомневаются в том, что нестабильная и обладающая довольно сложным химическим составом РНК действительно была самым первым носителем информации. Возможно, до нее существовала другая, более простая и стабильная молекула, исчезнувшая к настоящему времени, на смену которой впоследствии пришла РНК. Такая молекула могла стать первопроходцем, а РНК заняла ее место лишь после того, как в ходе эволюции сложились условия для ее возникновения, а также для более быстрого и эффективного размножения. Но независимо от того, была ли РНК первой или у нее были химические предшественники, функция самого первого гена (если понимать под ним содержательную единицу информации в молекуле-носителе) была чисто эгоистической – размножать самого себя!

Но здесь вопросы о происхождении жизни не заканчиваются, потому что даже короткий фрагмент РНК (или чего-то похожего) представляет собой весьма сложную структуру.

Чтобы она появилась, нужны подходящие строительные материалы. Кроме того, мембраны в мире РНК состояли из жирных кислот, которые тоже должны были откуда-то взяться. Сегодня жирные кислоты, аминокислоты и компоненты РНК и ДНК производятся сложными клеточными механизмами, но как это происходило до возникновения жизни? Ответ на данный вопрос представляет собой последнюю ступеньку крыльца, по которому мы спускаемся на улицу. Давайте сделаем этот шаг.

История поистине захватывающая. У ее истоков стояли русский биохимик Александр Иванович Опарин и английский биолог Джон Холдейн. В 1920-е годы оба предполагали, что на ранних стадиях развития Земли атмосфера состояла из очень агрессивных газов: метана, аммиака и водорода. Под воздействием ударов молний и ультрафиолетового излучения из них получались многочисленные органические вещества, которые накапливались в древних океанах и реагировали друг с другом, образовывая горячий «суп» сложных химических веществ, из которых в конце концов возникли первые живые организмы (Холдейну, кстати, принадлежит аппетитный термин «первичный бульон»).

Подобно бульону, гипотеза Опарина-Холдейна некоторое время варилась сама по себе, пока на сцену не вышел никому прежде не известный молодой ученый по имени Стэнли Миллер. Вообще-то называть его ученым в то время было рановато. Его время пришло немного позже. Стэнли родился в 1930 году в Калифорнии. У него с ранних лет проявилась склонность к естественным наукам. Одноклассники считали его гением химии. Окончив в 1931 году университет в Беркли, он перевелся в Чикагский университет для работы над докторской диссертацией. На одном из семинаров лауреат Нобелевской премии Гарольд Юри выступил с докладом, в котором изложил свои взгляды на возникновение жизни. Он рассказал о первичном бульоне и химических реакциях, происходивших на ранних стадиях существования Земли, а также объяснил, почему атмосфера в то время состояла главным образом из водорода, аммиака и метана. Кроме того, Юри упомянул о том, что до сих пор почти не проводились эксперименты, воссоздающие указанные условия для изучения возможности возникновения жизни. Миллера захватила данная тема, но к тому времени он уже начал работать под руководством физика Эдварда Теллера над докторской диссертацией о возникновении атомных ядер в звездах. Правда, вскоре эта работа была признана бесперспективной.

В сентябре 1952 года Миллер прервал работу над диссертацией и связался с Юри. Он выказал желание «доварить» первичный бульон и провести эксперимент по производству органических веществ из описанной в докладе смеси газов в условиях отсутствия жизни. Юри счел эту идею неудачной и посоветовал Миллеру подыскать себе другую тему с большими шансами на успех. Он даже предложил альтернативный проект, но Миллер проявил упрямство и демонстративно надел на себя поварской фартук. Юри пришлось сдаться.

В конце концов Миллеру удалось воссоздать условия ранней фазы развития Земли. В систему из стеклянных трубок подавались метан, водород и аммиак. Под ними в большой колбе бурлила вода, символизировавшая первичный океан. Водяной пар и газы проходили сквозь камеру, через которую пропускался электрический разряд (молния в миниатюре). После этого пар охлаждался, образуя конденсат, стекавший обратно в «океан». Сначала эксперимент проводился в течение двух дней, потом его продлили на целую неделю. Вода в установке постепенно становилась все более мутной и приобретала необычный цвет. Когда Миллер прервал эксперимент и исследовал полученную жидкость, в ней обнаружились аминокислоты – основные элементы белков. Сенсация! До этого никто не мог продемонстрировать ничего подобного.

Юри был впечатлен. Он посоветовал Миллеру опубликовать результаты эксперимента в солидном американском научном журнале Science и сам связался с издателем. Миллер подготовил рукопись, которая заняла менее двух страниц, но стала настоящей бомбой! Он хотел указать Юри в качестве соавтора, но тот отказался (что было уже не совсем обычно), объяснив это тем, что тогда его, лауреата Нобелевской премии, неизбежно сочтут главной движущей силой проекта и Миллер лишится заслуженного признания. Вот так Миллер несколько неожиданно для себя оказался единственным автором. Опубликование работы затянулось. Эксперты, которым Science выслал рукопись для проверки, сочли, что изложенные данные слишком хороши, чтобы быть правдой. На протяжении нескольких недель ничего не происходило. В конце концов обеспокоенный Юри написал в журнал письмо с жалобой. Вновь никакой реакции. Тогда у Юри лопнуло терпение и он направил второе письмо с требованием вернуть рукопись, чтобы ее можно было предложить другому журналу! Вскоре после этого издатель сообщил Миллеру (не Юри), что в ближайшее время рукопись будет опубликована. Это произошло 15 мая 1953 года. Тот год был вообще отмечен большими событиями. Менее чем через месяц после опубликования статьи Миллера появилась работа Уотсона и Крика о разгадке тайны структуры ДНК. Кроме того, прошла коронация королевы Елизаветы II, впервые был покорен Эверест, а в Касселе открыта первая в Германии пешеходная зона.

Как и ожидалось, отношение к открытию Миллера было противоречивым. В частности, ему задавали вопрос, откуда он знает, что на Земле действительно существовали условия, которые он создал в своей колбе. Поначалу Миллер не знал, что сказать, но ему на помощь пришел Юри, дав не слишком научный, но остроумный ответ: «Если Бог не создал таких условий, то он упустил отличную возможность!»

Сегодня мы немного больше знаем об условиях, царивших на Земле почти четыре миллиарда лет назад. Предполагается, что они были не совсем такими, как их представляли себе Юри и Миллер. Однако, даже если состав газовой смеси немного отличался от использованного в их эксперименте, в ходе многих повторных опытов ученые добивались схожих результатов, используя самое разное соотношение газов – при условии, что в них содержатся азот, водород и углерод. Сегодня мы исходим из того, что сложные органические соединения могли возникнуть во многих местах океана (например, вблизи гидротермальных источников) и в атмосфере. Однако существует еще один источник основных компонентов жизни, и он громко заявил о себе в 1969 году.