19. Възникването на живота
През 1953 г. Стенли Милър, студент последна година в Чикагския университет, взел две колби — едната съдържала малко вода, за да представлява праисторическия океан, другата била със смес от метан, амоняк и сероводород, представляващи ранната атмосфера на Земята — свързал ги с гумени тръбички и предизвикал в тях електрични искри, които да заместят светкавиците. След няколко дни водата в колбите станала зелена и жълта, превърнала се в един жизнен бульон от аминокиселини, мастни киселини, захари и други органични съединения. „Ако Господ не го е направил по този начин“ — отбелязал зарадвано научният ръководител на Милър, нобеловият лауреат Харолд Юри, — „пропуснал е нещо хубаво.“
Съобщенията в пресата по това време звучали, като че ли всичко, което сега било нужно, е някой да поразклати добре колбите и животът ще изпълзи навън. Както времето показа, не е чак толкова просто. Въпреки половин век по-нататъшни изследвания днес не сме стигнали по-близо до синтезирането на живот в сравнение с 1953 г. и очакванията ни, че можем, са още по-далечни. Учените сега са почти сигурни, че на ранната атмосфера въобще не е бил даден тласък на развитие както при газовия бульон на Милър и Юри, а по-скоро това е била една много по-малко реактивна смес от азот и въглероден диоксид. Повторението на експеримента на Милър с тези по-предизвикателни резултати засега е произвело само една доста примитивна киселина. Във всеки случай, създаването на аминокиселини не е истинският проблем. Проблемът са протеините (белтъчните вещества).
Протеините са това, което се получава, когато се наредят една до друга аминокиселини, а ние се нуждаем от много такива. Никой всъщност не знае, но може да има цял милион различни видове протеини в човешкото тяло и всеки един от тях е едно малко чудо. Според всички закони на вероятността, протеините не би трябвало да съществуват. За да се образува протеин, трябва да се съберат аминокиселини (които съм длъжен според дълга традиция тук да назова „градивните тухлички на живота“) в определен ред, по същия начин, по който се събират буквите в определен ред, за да се напише дума. Проблемът е, че думите в азбуката на аминокиселините често са изключително дълги. За да се напише колаген, името на често срещан протеин, трябва да се подредят седем букви в правилна последователност. Но да се направи колаген, трябва да се подредят 1055 аминокиселини в точно определена последователност. Но — и тук е очевидният и съществен проблем — ние не го правим. Сам се прави, спонтанно, без определена цел, и ето тук се появява малката вероятност.
Шансовете молекула с последователност от 1055 части като колагена да се подреди спонтанно, са, честно казано, нулеви. Просто няма да се случи. За да разберем колко малко вероятно е съществуването й, трябва си представим стандартна игрална машина в Лас Вегас, но изключително уголемена — до около трийсет метра, за да бъдем точни, да съдържа 1055 въртящи се колела вместо обичайните три или четири, и със двайсет символа на всяко колело (един за всяка обикновена аминокиселина).35 Колко време трябва да дърпаме ръчката, преди всичките 1055 символа да се появят в правилния ред? Фактически до безкрайност. Дори ако намалим броя на въртящите се колела на двеста, което всъщност е по-типично число аминокиселини за един протеин, шансът всичките двеста да се появят в определената последователност е 1 на 10 на степен 260(т.е. 1, следвано от 260 нули). Това, само по себе си, е по-голямо число от всичките атоми във вселената.
С една дума, протеините са сложни неща. Хемоглобинът е дълъг само 146 аминокиселини, джудже според стандартите на протеините, и въпреки това дори и той предлага 10 190 възможни комбинации от аминокиселини, ето защо разгадаването му отнело на Макс Перуц от Кеймбриджския университет двайсет и три години — повече или по-малко цяла професионална кариера. При случайните събития, за да се получи дори един — единствен протеин, би било зашеметяваща невероятност — като вихрушка, въртяща се в двора с вехтории, която да остави след себе си напълно сглобен реактивен самолет, според колоритното сравнение на астронома Фред Хойл.
Все пак говорим за около няколко стотици хиляди вида протеини, навярно всеки един от тях уникален, и всеки, доколкото знаем, жизненоважен, за да ви поддържа живи и здрави. И оттам се почва. Протеинът, за да бъде ползотворен не само че трябва да подрежда аминокиселините в правилна последователност, но трябва да участва във вид химично оригами и да се свие в много специфична форма. Дори и да е придобил тази структурна заплетеност, протеинът не ни е от полза, ако не може да се възпроизведе, а протеините не могат. За това е нужно ДНК. ДНК-то е факир по деленето — може да направи свое копие за секунди — но фактически не може да направи нищо друго. Така, че имаме парадоксална ситуация. Протеините не могат да съществуват без ДНК, а ДНК няма цел без протеините. Да предполагаме ли, че са възникнали едновременно с цел да се подкрепят взаимно? Ако е така: ура.
35
Всъщност има двайсет и две познати аминокиселини, съществуващи в естествен вид на Земята, и навярно предстои да бъдат открити още, но само двайсет от тях са достатъчни, за да бъдем образувани ние хората, както и повечето други живи същества. Двайсет и втората, наречена пирролизин, е била открита през 2002 г. от изследователи в Държавния университет на Охайо и се намира само в един — единствен т.нар. азойски тип (основна форма на живот, която ще дискутираме малко по-нататък в нашия разказ), наречен Methanosarcina barkeri.