Нанонауки. Невидимая революция - Жоаким Кристиан

Карим Бензерара из Института минералогии и физики плотных сред (CNRS) решил покончить с этими дрязгами, разгадав тайну наннобактерий. Присоединившись к команде исследователей Татавинского метеорита, Бензерара начал изучать его обломки с помощью самых совершенных приборов — мощного просвечивающего электронного микроскопа и синхротрона (ускорителя элементарных частиц). И выяснил, что каждая палочка, обнаруженная в Татавинском метеорите, на самом деле всего лишь кристалл кальцита (известкового шпата). И уж конечно не живой микроорганизм! Значит, есть чисто минеральный процесс, приводящий к образованию именно таких форм. И этот процесс даже удалось воспроизвести в лаборатории. Так что, похоже, нанесен роковой удар по наннобактериям геологического происхождения (то есть тем, что были найдены в метеоритах, скалах и в осадочных породах морского дна).

Затем Карим Бензерара решил применить свои приемы к «наннобактериям человеческого происхождения», которые нашли в сосудистых тканях. Изучение образцов на синхротроне выявило наличие таких нагромождений атомов углерода, которые свойственны белкам, но в данном случае они оказались сопряженными с нанокристаллами фосфата кальция. Следует ли считать эти данные доказательством некой новой формы жизни, обнаруживающейся в сосудистых тканях через углеродистые конкреции? В самом деле, белки ведь могли попасть в эти конкреции и случайно. В своих исследованиях Карим Бензерара держится гипотезы, согласно которой «наннобактерии человеческого происхождения» тоже могут иметь чисто кристаллическое происхождение. Подразумевается, что эти «организмы» способны возникать из образования ядер и роста кристаллов фосфата кальция — а эти процессы управляются белками. Так что Карим Бензерара уверен: несмотря на то что механизм синтеза «человеческих наннобактерий» пока что не очень понятен и неизвестна даже его природа, которая может быть как неорганической, так и органической, однако ничего похожего на жизнь тут нет и быть не может.

Но, если бы, наоборот, удалось показать, что эти минерало-органические объекты — последствие жизнедеятельности живых существ, случилась бы настоящая революция. Тогда на новые — в смысле пока неизвестные — бактерии можно было бы свалить вину за недуги, которые (пока) неведомо откуда берутся: артериосклероз, камни в почках, псаммомы — опухоли, часто встречающиеся при раке яичников, и т. д. Кроме того, те же бактерии могут быть причастны к образованию костей, зубов, зубной эмали и зубного камня. В общем и целом они могут быть связаны с механизмами отложения и осаждения минералов — веществ, органическими не считающимися. Более того, если эти «наннобактерии» и в самом деле существуют, то они представляют собой новую, неведомую прежде форму жизни, во многом непохожую на те живые существа, которые нам известны сегодня. Вполне возможно, что это уцелевшие архаические бактерии или протобактерии — то есть примерно такие же организмы, с которых начиналась жизнь на нашей планете. Словом, нечто вроде «недостающего звена», этакого связующего промежутка между молекулами и теми живыми бактериями, которые нам известны сегодня.

НЕДОСТАЮЩЕЕ ЗВЕНО

Согласно наиболее вероятной гипотезе, жизнь появилась в процессе перехода от вещества косного, инертного к веществу живому. Якобы молекулы становились все сложнее и сложнее и организационно — все совершеннее. Напрашивается вопрос: после чего — после какого уровня сложности и организации — начинается жизнь? Этот вопрос терзает ученых еще с античных времен. В V веке до н. э. греческие философы считали все вещества живыми. Лукреций думал, что жизнь возникает из смеси частиц, «зерен» души с «зернами» телесными. В XVIII веке молекулы считались живыми существами — только самыми маленькими из всех существующих. Бюффон (1707–1788) назвал первые обнаруженные после изобретения микроскопа живые клетки «органическими молекулами». А чего ради считать их живыми? Но вдруг это не так? Сплошной туман — ничего не ясно. Когда в 1827 году ботаник Роберт Броун наблюдал под микроскопом непрерывное и беспорядочное движение зернышек пыльцы на поверхности воды (знаменитое броуновское движение), он решил, что ему посчастливилось открыть те «первобытные молекулы», которые отвечают за жизнь.

Жизнь, похоже, казалась тогда не менее таинственной, чем теперь, когда непонятностей ничуть не меньше. «Есть такое дерево, <…> часто наблюдаемое в Шотландии. С этого дерева опадают листья: падая в воду, листья превращаются в рыб, те же, что упали на землю, становятся птицами»[18], читаем мы в трактате по ботанике, написанном в XVII веке. Эта теория самопроизвольного зарождения жизни бытовала в самых разнообразных вариантах и дожила до Пастера, который в 1858–1874 годах успел досыта наслушаться всякого разного от злобных приверженцев «разумных классических воззрений». Пастер сумел положить конец всем спорам, когда на конференции в Сорбонне убедительно показал, что так называемое самозарождение жизни на самом деле возникает из-за заражения микробами и в конечном счете из-за некачественной — или никакой — стерилизации.

Но и это выступление Пастера не покончило с витализмом — так называют веру в некую особенную силу, которая то ли порождает жизнь, то ли порождается жизнью, причем главная особенность этой силы в том, что она непохожа на силы, действующие в физических и химических явлениях. Первый ощутимый удар по витализму датируется 1828 годом, когда в лаборатории было синтезировано вещество, как нельзя более тесно связанное с жизнью: немецкий химик Фридрих Вёлер получил мочевину, используя только классические методы физики и химии и не испытывая нужды ни в какой «жизненной силе». По мере того как химические реакции, идущие внутри клетки, становились все более понятными, ученые постепенно убеждались в том, что в живой и неживой природе правят одни и те же законы. «Жизнь есть продукт организации молекул» — к такому выводу пришел французский биолог Франсуа Жакоб, удостоенный в 1965 году Нобелевской премии. После Пастера все уяснили, что живое происходит из живого, а после Дарвина — что одни виды произошли от других видов. Так что все мы — люди, овощи, улитки — происходим от какой-то первобытной протобактерии… а то и, если, конечно, что-то этакое существует или когда-то существовало, от наннобактерии! Важно, что сия мысль все-таки сумела пробить себе дорогу, а именно: возникновение жизни есть результат некой химической эволюции. Сумеем ли мы воспроизвести нечто подобное в лаборатории? Одно несомненно: ученые не смогут оставить в покое тайну жизни, которая будоражит человечество уже многие века.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФАБРИКА ЖИЗНИ

XX век был веком «поделок» из атомов и всяческих манипуляций с ними. Век XXI обещает стать столетием «поделок» из живого и махинаций с жизнью. Сегодня так называемая «синтетическая» биология, едва научившись по-младенчески лепетать, замахивается на воспроизводство жизни — на творение живого в лаборатории. И ученые, работающие над этим, своих намерений не скрывают. Но что такое жизнь? Определение очень даже пригодится: когда придет день и в какой-то лаборатории в пробирке что-то этакое зашевелится, придется проверять соответствие нового творения ученых некой четкой дефиниции. Но определения — материя деликатная. Большинство знающих людей сходятся на такой дефиниции: жизнь есть способность организованных структур к самовоспроизведению.

Словосочетание «синтетическая биология» появилось в 1912 году на обложке научного сочинения, автором которого был французский врач Стефан Ледюк. Он интересовался проявлениями жизни и задумал воспроизвести их в своей лаборатории. Воспользовавшись солями металлов в растворах на основе углеродных, фосфорных или кремниевых соединений натрия, медик умудрился вырастить великолепные структуры, похожие на водоросли, колышущиеся на морской волне, — и его создания казались живыми.

Прошли годы, и этот термин вновь появился — он воскрес в 1978 году под пером автора редакционной статьи в журнале Gene («Ген»), провозглашавшего пришествие «эры биологии синтеза, когда биологи не станут довольствоваться описанием существующих генов, но постараются построить новые»[19].