Небывалая жизнь в колбе намекает на инопланетян

Искусственный генетический код, созданный и испытанный в лаборатории, показывает, что жизнь может иметь куда большее число форм, чем мы могли бы предположить. ДНК, никогда не существовавшие в природе, помогают исследователям понять общие принципы живого. Тем самым приближается момент, когда будет ясно — что мы должны предпринять, чтобы распознать жизнь в других звёздных системах.

Стивен Беннер на Галапагосских островах рассматривает плавающую игуану, не встречающуюся больше нигде

Само определение жизни имеет варианты и не имеет однозначного толкования, с которым согласились бы все учёные. А раз так — как мы можем найти живую материю на других планетах, если в точности не знаем — что ищем? Пока получается, что мы ведём поиск самих себя. Не буквально людей, но существ (пусть всего лишь одноклеточных), чья биохимия основана на тех же принципах и тех же молекулах, которые мы знаем.

Чтобы преодолеть этот антропоцентризм, сперва хорошо бы разобраться с самой жизнью, с её глубинными основами. И если одни исследователи пытаются разобрать живое на составные части, другие идут с противоположного конца — они пытаются из отдельных молекул составить нечто, что можно было бы назвать живым. Таков в общих чертах подход синтетической биологии.

Стивен Беннер (Steven A. Benner) из американского Фонда прикладной молекулярной эволюции (Foundation for Applied Molecular Evolution — FfAME) — один из пионеров этой молодой науки. В начале 2009 года он выпустил книгу "Жизнь, Вселенная и научный метод" (Life, the Universe and the Scientific Method), в которой высказал свою точку зрения на то, как современные учёные пытаются понять происхождение жизни и тем самым представить на что могла бы быть похожа жизнь на других мирах. Кстати, иллюстрация под заголовком — из этой книги.

Если вы сразу видите перед собой шестиногих восьмиглазых летающих слонов с инфракрасным зрением и кожей, впитывающей солнечный свет, — поспешим вас разочаровать. Синтез химер, хотя и может иметь под собой научные основания (в виде объяснения морфологии чужеземных существ воздействием необычной среды), нисколько не приблизит нас к обнаружению такой жизни.

Куда продуктивнее попробовать найти в спектрах планет органические молекулы, свидетельствующие о её существовании. Скажем, хлорофилл. Удалось же его вычислить в пепельном свете Луны.

Вот только никто не гарантирует, что инопланетные растения используют именно это соединение для поимки живительного света. Потому спектральные характеристики чужих лесов могут быть самыми причудливыми (на этот счёт даже есть отдельное исследование).

Логично пойти ещё глубже и спросить себя: неужели живые существа у других звёзд будут полагаться в своей основе на те органические соединения, которые есть в нас самих? А что есть основа основ? Конечно же ДНК. Может она быть какой-то другой?

Азбука основного кода жизни (записанного в громадном биополимере, которым ДНК и является), какой мы её знаем, состоит из четырёх букв (азотистых оснований): аденина (A), гуанина (G), цитозина (C) и тимина (T). Ещё есть, правда, основание урацил (U), обычное для РНК, но в ДНК встречающееся только у некоторых вирусов. Ну и существуют ещё некоторые исключения. Но всё же можно упрощённо сказать, что всё разнообразие живого, которое мы наблюдаем, от бактерий до человека — это комбинации команд, образованных сочетанием всего четырёх буковок.

Понять, как этот код работает, можно не только анализом существующих живых существ на уровне отдельных генов, кодонов и так далее, но и синтезом кодов.

ДНК из искусственных компонентов учёные создают не впервые. Из ярких достижений можно вспомнить рукотворную ДНК, содержащую 582 970 пар "стандартных" оснований, но последовательно собранную в пробирке из простых химикалий, а ещё – невероятную ДНК, почти полностью состоящую из искусственных нуклеотидов, отличных от тех, что использует земная жизнь.

Правда, в последнем опыте учёные произвели модификации всё тех же четырёх исходных букв (A, G, C, T), потому генетический код, можно сказать, остался тем же. Ведь правила грамматики этого языка не пришлось менять, хотя химически азотистые основания (являющиеся частью нуклеотидов) были изменены.

А вот Беннер пошёл куда дальше. 20 лет он занимался поиском иных кирпичиков жизни, перемещаясь из университета в университет, но не меняя интересов. И вот теперь объявлен некий итог исканий: Стив и его коллеги синтезировали ещё восемь совершенно иных нуклеотидов, названных Z, P, V, J, Iso-C, Iso-G, X и K. Вместе с четырьмя традиционными они составили 12-буквенный алфавит, также способный записывать генетическую информацию.

Следующим шагом стало доказательство способности таких "инопланетных" ДНК к репликации. Увы, пока она не идёт полностью самостоятельно: Стивен использует полимеразную цепную реакцию (ПЦР), краткое описание которой можно найти в нашей новости.

Однако уже в таком виде 12-буквенные скрижали являются прорывом. Американские специалисты утверждают – впервые в пробирке у них шло то, что можно было назвать эволюцией по Дарвину на молекулярном уровне.

При копировании исходного генетического кода время от времени получались ошибки (вот вам и естественная изменчивость). Иногда они приводили к появлению ДНК, которые собирались быстрее и легче, чем первоначальные. Через некоторое время в растворе количество этих новых кодов росло, именно они начинали захватывать больше исходных соединений для своего воспроизводства. Вот и естественный отбор.

Стивен придерживается такого определения: "Жизнь — это самоподдерживающаяся химическая система, способная к эволюции по Дарвину". Но при этом оставляет за людьми право со временем скорректировать или вовсе заменить эту гипотезу, если найдётся более подходящая.

Итак, получается, что в пробирке учёного появилось нечто, предшествующее жизни, да ещё и чужой (не хватало только самоподдержания). Отчего бы чему-то подобному не произойти в естественных условиях, на других планетах, в межзвёздных облаках или в глубине ледяных комет?

Некоторые из искусственных 12-буквенных ДНК, синтезированных Беннером, насчитывают в длину 81 пару оснований. Это немного, если сравнивать с геномом человека (3 миллиарда пар). Так что тут вряд ли приходится говорить о возможности кодирования при помощи этих новых молекул какого-нибудь самого простенького организма. Но Беннер считает, что ещё пара лет – и его команде удастся добиться самовоспроизведения синтетических ДНК без ПЦР. "Это и будет искусственная жизнь", — резюмирует учёный.

Заметим, жизнь, биохимически отличная от известной нам. Чудище, созданное из белков, закодированных "нуклеотидами Беннера", позавтракав нами, пожалуй, моментально отравилось бы. И это хорошо, во всех смыслах.

А ведь большая часть экспериментаторов, хотя и создаёт причудливые живые системы, отталкивается от наследственных кодов уже живущих существ, комбинируя их составные части по-новому. Тут можно вспомнить сконструированную клетку, биологические часы и клетки с запрограммированной генетической памятью. Разве так инопланетян "разглядишь"?

Уже ясно, что жизнь может использовать не только другие нуклеотиды для записи наследственных кодов, но даже вовсе не ДНК. К примеру, в Лос-Аламосе давно работают над созданием жизни на основе ПНК, химически отличной молекулы, обладающей сходными с ДНК общими свойствами, то есть способной нести наследственную информацию.

А недавно биологи вообще впервые синтезировали искусственные РНК, способные к автономной саморепликации. Это прибавило весу гипотезе РНК-мира, предшествовавшему нынешней системе, в которой главным носителем наследственной информации является молекула ДНК.

Отсюда следует перекинуть мостик в космос. Различные кирпичики жизни находят в Галактике чуть ли не каждый год: от простого метана до очень сложных органических соединений (их неполный перечень со ссылками на наши новости можно найти тут).

Некоторые органические молекулы, обнаруженные астрономами в межзвёздной среде

Вне Земли исследователи находят не просто органику, способную составлять гипотетические тела внеземных существ, но даже молекулы, участвующие в хранении или передаче наследственной информации. Такие соединения дают о себе знать как в звёздной дали, так и у нашего порога — к примеру, в прошлом году в метеорите "Мёрчисон" нашли ксантин и урацил внеземного происхождения.

Беннер рассуждает, что где-нибудь на других планетах пребиотическая эволюция могла привести к появлению живых систем, существенно отличных от нас на молекулярном уровне и потому расходящихся с нами далеко не только формой тела или числом конечностей. А, допустим, к рождению существ, приспособленных к жизни в жидком метане (привет, Титан?) или атмосферах газовых гигантов, или очень кислой, или очень щелочной среде.

Нам необходимо внимательнее перебирать все возможные варианты. Ведь куда там космос — мы даже на Земле иногда способны пропустить что-то необычное, находящееся у нас буквально под носом. Вот пример: в банальном черве-нематоде пару лет назад был открыт новый тип РНК, имеющей в своём письме "букву", не используемую больше нигде.

Это расширяет наши представления о приспосабливаемости живой материи. Но при этом вне нашего поля зрения запросто могут оказаться системы, которые мы бы затруднились даже классифицировать.

Почему затруднились бы? Просто то, что нам кажется очевидным и единственно верным, зачастую является лишь продуктом нашего восприятия, нашей субъективной точки зрения. В контексте биологии киты куда ближе к летучим мышам, чем к рыбам. А летучие мыши "расположены" гораздо дальше от птиц, нежели от китов. И это лишь потому, что мы считаем способность "живой материи" вскармливать потомство молоком более важной чертой, чем умение жить в воде или летать.

Не загоняем ли мы себя в искусственные рамки, с которыми нам позже будет труднее разобраться с чем-то новым, находящимся вне Земли? Именно поэтому американский учёный предлагает добраться до самых простых основ. До комплекса молекул, уже способных на дарвиновскую эволюцию. Это и будет граница между живым и неживым. Причём граница, которую следует нащупать в эксперименте.

А потом можно спекулировать дальше, оставаясь в рамках науки, полагает Стивен. Что будет, если заменить углерод на кремний, а фосфор на мышьяк? А если в качестве универсального растворителя будет выступать не вода, а другая жидкость? А возможна ли газообразная жизнь, или жизнь в твёрдой среде? Наконец, можем ли мы обойтись вовсе без генетических систем или даже эволюции Дарвина?

Поскольку у нас нет под рукой настоящих внеземных форм жизни, мы должны создать их сами. Опыт — анализ — гипотеза и прогноз — снова проверка опытом. Синтетическая биология обладает как раз теми инструментами, которые нужны человеку, чтобы научно подойти к решению вопроса о внеземной жизни.

Во всяком случае, до первого прямого подтверждения её существования. В виде разумных сигналов, например.

О бесчисленности миров во Вселенной и многообразии жизни говорил великий Джордано Бруно. Сегодня философы всего мира отдают долг памяти его героической гибели на Площади цветов во Флоренции 17-го февраля 1600-го года.

Читайте на страницах нашего журнала "Земной шовинизм" и звездные миры Джордано Бруно