Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной - Калеб Шарф

Наш организм пытается встроить арсенат в разные жизненно важные места – от молекул, передающих энергию^[191], вплоть до самой своей основы – ДНК, где значение фосфатов в нормальной ситуации очень велико. И хотя наша биохимия обманывается и путает арсенат с фосфатом, функционирует мышьяк совсем иначе, и в конце концов чужеродные молекулы нарушают работу клетки и убивают хозяина. То, почему мышьяк так похож на фосфор с химической точки зрения, до сих пор отчасти загадка – и это наводит некоторых ученых на мысль, что некоторые организмы от мышьяка не умирают, а эволюционируют так, чтобы работать не на фосфоре, а на мышьяке. Жизнь на основе мышьяка могла бы развиться в особых экосистемах – в частности, в вязком иле на дне озера Моно. Представляется, что это вполне разумная гипотеза теневой жизни, по крайней мере, на бумаге.

Однако в ее фундаментальных предпосылках есть серьезные противоречия. Необычайно тонкие механизмы органической химии, обеспечивающие «нормальную» жизнь на Земле, основаны на вполне конкретной физике вполне определенных атомов и молекул. Если заменить один атом другим, другого размера и массы, это приведет к радикальному изменению энергии связей между атомами и молекулами и энергетики химических реакций в целом. Из соображений одной лишь физики представляется невероятным, чтобы мышьяк мог заменить фосфор и при этом не пришлось бы существенно переписывать биомолекулярный код жизни.

Однако лучше один раз увидеть, чем сто раз теоретизировать, поэтому в конце 2010 года группа исследователей, получивших грант НАСА, опубликовала результаты подробного изучения микроорганизмов, обитающих в насыщенных мышьяком илистых осадках на дне озера Моно. Ученые придумали эксперимент, позволяющий выманить на поверхность любые организмы, которые сопротивлялись токсическому воздействию мышьяка или даже встраивали его в свою биохимию. Для этого нужно было выращивать культуры бактерий и архей в растворах, содержащих все меньше и меньше фосфора и все больше и больше мышьяка. И вот что интересно: один вид бактерий^[192], входящий в семейство под названием Halomonadaceae – состоящее из больших любителей соли – судя по всему, прекрасно себя чувствовал даже там, где фосфора почти не оставалось. Ученые задались вопросом, не устроен ли этот микроб принципиально иначе, нет ли у него «теневой стороны». Вдруг это и есть жизнь на основе мышьяка?

Дальнейшие события были ярчайшим примером неоправданной научной дерзости – СМИ заявили, будто это открытие переворачивает представления о жизни на Земле и других планетах, поползли слухи и досужие домыслы. Мне очень повезло: я успел прочитать пресс-релиз НАСА еще до того, как новость получила широкую огласку. На первый взгляд это было просто поразительно. Ученые утверждали, что получили надежные доказательства, что этот вид бактерий мало того что невосприимчив к воздействию ядовитого мышьяка, но и инкорпорирует его в свою ДНК, что не мешает ей нормально функционировать! «Как будто мы с вами превратились в нормально функционирующих киборгов, посидев в комнате, где было полным-полно микросхем и никакой еды», – сказал я тогда^[193].

Однако едва научный отчет увидел свет, как микробиологи стали находить в анализе ошибки. К тому же некоторые заявления в СМИ не подтверждались данными отчета. Правда, повторить и исследовать результаты было далеко не просто – этот вид бактерий ранее не был известен, а для воспроизведения результатов требовалось существенное количество анализов и экспериментов. Это был не самый приятный момент в истории науки. На пути прогресса встали личные амбиции, а журналисты, попытавшись представить все определенно и недвусмысленно, лишь подлили масла в огонь массовой истерии и споров.

Затем страсти улеглись, и ученые из других лабораторий смогли независимо изучить данные эксперимента. Пожалуй, справедливо будет сказать, что на сегодня подавляющее большинство ученых полагают, что эти бактерии на удивление устойчивы к мышьяку, однако назвать это жизнью на основе мышьяка нельзя. Просто бактерии научились находить отличные стратегии выживания даже при полном погружении в ядовитую среду. Да, они даже сумели инкорпорировать мышьяк в несколько процессов, где он функционально заменяет фосфор, однако в результате эти процессы идут гораздо хуже, чем обычные, на основе фосфора. А доказательств, что мышьяк действует точно так же, как фосфор, в самой ДНК бактерий, и вовсе не нашлось. Более того, если убрать весь фосфор до последней крошки, эти бактерии погибнут, как и все остальные известные нам живые существа.

Вот и исследование, проведенное в 2012 году, показало, что белки у этих бактерий, отвечающие за извлечение фосфоросодержащих молекул из окружающей среды, предпочитают эти молекулы в 4000 раз сильнее^[194], чем такие же молекулы, в которых вместо фосфора содержится мышьяк. Иначе говоря – и в этом есть некоторый парадокс – все дело в том, что этот организм мастерски умеет находить фосфор, даже когда его окружает целый океан мышьяка. Подобная разборчивость позволяет бактерии выживать даже там, где другие падут под натиском яда.

Очень жаль. Как было бы чудесно, если бы нам удалось найти образчик теневой жизни! Однако, похоже, не удалось. И пусть эта история послужит предостережением, ярким примером того, какие опасности ждут каждого, кто будет искать теневую жизнь, затаившуюся у нас прямо под носом, жизнь, которая совсем иначе устроена и происходит от независимого источника. Однако можно сделать важные выводы даже из того, насколько это трудно. Почему теневую жизнь так сложно разглядеть и почему так легко обмануться?