Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле

Но в конце концов Рассел занялся-таки академическими исследованиями. К началу 1980-х годов он уже трудился в Университете Стратклайда[384] и регулярно наведывался на месторождение вблизи Сильвермайнс (“Серебряные Прииски”) в Ирландии. Название этой деревни связано с расположенными неподалеку рудными залежами; есть там и беловатый минерал барит. Здесь Рассел и отыскал первую подсказку, натолкнувшую его на главную мысль будущей гипотезы.
Рассел давно подозревал, что подобные месторождения являются следами древних гидротермальных источников. Увидев фотографии “черных курильщиков”, он заинтересовался: а могут ли подобные структуры сохраняться в барите? Рассел принялся искать их и сумел найти трубки пирита диаметром около одного сантиметра[385]. Он счел это доказательством того, что барит и другие содержащие металлы минералы в окрестностях Сильвермайнс когда-то извергались из гидротермальных источников.
Но эти древние источники отличались от необычайно горячих “черных курильщиков”, нагретых до 400 °C. Рассел был уверен, что местные источники едва ли имели температуру выше 150 °C, и потому они казались ему более комфортными для биологических молекул. Такие гидротермы в изобилии содержали реакционноспособные соединения, но среда в них не была настолько экстремальной, чтобы уничтожать продукты химических реакций с их участием – вроде аминокислот. Мало того: подобные трубочки из пирита могли служить своеобразными “камерами для культивирования”, безопасными уголками, в которых биологические молекулы имели возможность накапливаться и взаимодействовать между собой.
Начиная с 1983 года, Рассел и его коллега Аллан Холл разрабатывали эти идеи, однако же никаких статей не публиковали. Тем более что Рассел (безуспешно) тратил тогда немало времени на спасение факультета прикладной геологии своего университета. В те годы у власти в Великобритании находилась Маргарет Тэтчер и урезать расходы было в моде – под сурдинку пошли под нож и университетские факультеты.
Рассел сказал свое веское слово как раз тогда, когда Миллер и Бада раскритиковали гипотезу гидротермальных источников Корлисса. “Я не мог поверить, что это был тот самый Миллер”, – утверждает Рассел. Он и Холл при содействии еще двух коллег, включая Грэма Кернс-Смита, нанесли ответный удар, заявив, что стоит обратить внимание на другие гидротермальные источники с более мягкими условиями[386].
Дело происходило в 1988 году, том самом, когда Вэхтерсхойзер впервые предложил свою гипотезу основанного на химии пирита Железо-серного Мира. Рассел тоже постоянно размышлял о пирите и на первых порах посчитал идеи Вэхтерсхойзера и свои собственные тесно связанными[387]. Он предложил Вэхтерсхойзеру сотрудничество, однако из этого ничего не вышло, и в итоге двое исследователей даже начали недолюбливать друг друга.
Вскоре Рассел добился нового прорыва.
Можно сказать, что в какой-то степени вдохновил его на этом этапе французский врач Стефан Ледук, который работал в конце XIX и начале XX века. Ледук пытался доказать, что простые живые существа могут сформироваться в результате чисто физических процессов. Смешивая определенные реагенты в стеклянных сосудах, Ледук получал очень красивые, напоминающие нечто живое структуры – некоторые из них даже обладали сходством со скоплениями клеток. Для Рассела же было важно то, что французский исследователь стал пионером концепции “вначале был метаболизм” и что он утверждал, будто “самое существенное явление для живого – это его питание”[388]. Однако на родине труды Ледука печатать не хотели, поскольку французская Академия наук считала, что он защищает опровергнутое к тому времени спонтанное зарождение (см. главу 1). Сейчас его эксперименты представляются скорее любопытной диковинкой, поскольку сходство структур Ледука с живыми организмами было исключительно внешним. Но вдохновлять он тем не менее мог.
Первым делом Рассел воссоздал пиритовые трубочки в лаборатории[389]. Растворив дисульфид натрия в воде, он пропускал раствор через небольшое отверстие, за которым находилась насыщенная дихлоридом железа соленая вода. При смешивании этих двух растворов образуется желеобразная прослойка. Появляются и разрушаются пузырьки и капли, образуя тонкие вертикальные трубки диаметром несколько миллиметров и высотой несколько сантиметров. Рассел сделал вывод, что такие трубки формируются и у рассматриваемых им “альтернативных” гидротермальных источников. Они не твердые, как камень, а скорее представляют собой подвижное желе, богатое сульфидами и железом, – желе, в котором могут накапливаться и другие соединения.
 
В 1989 году Рассел сделал следующий и очень важный шаг. Он выяснил, что его гидротермальные источники не только менее горячие, чем “черные курильщики”, но и отличаются от них своим химическим составом. Вода в его источниках является щелочной, в то время как в случае “черных курильщиков” она кислая. Большинство считает кислоты разъедающими жидкостями, способными растворять металл, – наподобие кислотной крови существ из “Чужого”[390]. Но на самом деле щелочь может быть не менее едкой. С точки зрения химии, кислоты – это просто молекулы, которые при растворении в воде отдают протон, то есть ядро атома водорода. Щелочи же – это противоположность кислот: они протон принимают. Соединения, которые не склонны делать ни то, ни другое, называют нейтральными.
По мнению Рассела, такое различие в составе воды объясняется географическим положением этих источников. Если “черные курильщики” существуют за счет нагревания воды расплавленной магмой, то его источники образовались благодаря химической реакции между горными породами и водой. Такой процесс называется серпентинизацией, потому что приводит к образованию красивого минерала зеленого цвета – серпентина. Внешне он напоминает чешую змеи. При серпентинизации выделяется тепло, поэтому Рассел предположил, что этот процесс – если он будет происходить под дном океана – может образовывать теплые щелочные воды. В таком случае ее потоки должны подниматься сквозь слои породы и попадать в морскую воду.
Может возникнуть вопрос: чем щелочная вода гидротермальных источников лучше кислотной, если и та, и другая очень едкие? Дело в том, что океаны на молодой Земле могли исходно быть кислыми из-за растворения в них углекислого газа атмосферы, приводящего к образованию угольной кислоты[391]. И если сульфидные пузырьки Рассела действительно когда-то могли возникнуть у щелочных гидротермальных источников, то внутри них оказывался бы водяной раствор со щелочной реакцией. В то же время вода вокруг них должна была быть кислой. Следовательно, снаружи таких капель находилось больше протонов, чем внутри, – это называется протонный градиент. Из-за него внешние протоны стремились попасть внутрь, что было для них довольно трудно.
Это может показаться чем-то не относящимся к делу, однако в действительности протонные градиенты имеют решающее значение для всего метаболизма, а может, и жизни в целом. Чтобы понять причину этого, нам следует переместиться назад во времени на несколько десятков лет и познакомиться с одним из самых интригующих персонажей в истории науки XX века.
Питер Митчелл родился в состоятельной семье на юго-востоке Англии[392]. Его отец был государственным служащим, кавалером Ордена Британской Империи, а дядя возглавлял строительную фирму “Джордж Уимпи” (ныне “Тэйлор Уимпи”). В 1939 году Митчелл поступил в Кембридж, где его считали “светлой головой”, несмотря на довольно средние оценки. В 1951 году он худо-бедно защитил диссертацию по биохимии. Некоторые называли Митчелла “особо одаренным и изобретательным”, хотя и “не способным донести свои мысли до других”[393].
Работая над диссертацией, Митчелл начал сотрудничать с биохимиком Дженнифер Мойл, на три последующих десятилетия ставшей его ближайшей коллегой. Мойл также поступила в Кембридж в 1939 году – в то время, когда университет еще не присуждал женщинам ученых степеней, а заменял их “аналогичным степени званием”. В годы Второй мировой войны она служила в военной разведке и лишь позднее вновь занялась биохимией. Двое ученых идеально подходили друг другу: Митчелл стал генератором идей, а Мойл взяла на себя роль старательного экспериментатора и конфидента.