Микрокосм. E. coli и новая наука о жизни

инопланетянина?

Однажды октябрьской ночью 1957 г. Джошуа Ледерберг тоже глядел на звезды. Он находился в Австралии в творческом отпуске. Ледербергу тогда было 32 года, но за его плечами оставалось уже больше десяти лет исследований, за которые в следующем году ему предстояло получить Нобелевскую премию. Объектом для большей части его исследований служила E. coli. Он открыл, что у бактерий бывает половое размножение, и воспользовался этим, чтобы составить первые генетические карты. Он подтвердил, что гены мутируют спонтанно, приблизив тем самым теорию Дарвина к современности. Вместе с женой он открыл вирусы, способные полностью слиться с хозяином, — E. coli. В значительной степени именно благодаря Ледербергу E. coli становилась стандартным инструментом для изучения молекулярной основы жизни; другие ученые тоже начинали использовать ее для расшифровки генетических кодов.

Но Ледербергу не было покоя. Он приехал в Австралию, в Университет Мельбурна, чтобы изучать иммунную систему. Известно, что белые кровяные тельца — лейкоциты — учатся распознавать бактерии и других паразитов, но не пользуются обычными генами для кодирования и хранения информации об этом. Никто тогда еще не знал, каким языком они пользуются. Немного позже Ледерберг вернулся в США с новой энергией и страстью, но страстью этой стали не лейкоциты, а космос.

Той весенней австралийской ночью Ледерберг поймал взглядом крохотную светящуюся точку Она двигалась. Это была не звезда и даже не метеорит, а металлический шар, заброшенный в космос человеком. Ледерберг был уверен, что запуск Советским Союзом искусственного спутника Земли изменит мир.

Ледерберг увидел в космических путешествиях новое поле деятельности для молекулярных биологов. В то время и он, и другие специалисты по молекулярной биологии только начинали понимать, насколько едина и единообразна жизнь на Земле. И E. coli, и слон одинаково кодируют свои гены при помощи ДНК, одинаково используют РНК для переноса этой информации к рибосомам, пользуются одним и тем же генетическим кодом для перевода ее в белки. Позже Ледерберг написал, что единообразие жизни стало поразительным открытием, «но ее владения ограничены тонкой оболочкой нашей планеты — тем, как одна — единственная искра жизни осветила одну — единственную пылинку космоса». Только попав в другие миры, ученые смогут выяснить, существует ли аналогичная нашей жизнь вне Земли.

Ледерберга очень беспокоило, что США и СССР в ходе яростной космической гонки могут погубить эту возможность. В своем безудержном стремлении установить флаг на Луне или Марсе они могут заразить иные миры земными микроорганизмами. Вернувшись в Соединенные Штаты, Ледерберг стал добиваться, чтобы только что созданное Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) относилось к космическим телам, как к чашке Петри, и тщательнейшим образом берегло их от заражения.

Он быстро организовал встречи, на которых ученые обсуждали потенциальные риски космических полетов. Все сошлись во мнении, что если не принять особых предосторожностей, то при любом посещении другой планеты человек оставит там земные бактерии. Любой астронавт неизбежно станет источником бактериального загрязнения, считал Ледерберг. Автоматические зонды тоже могут подхватить от своих создателей миллионы бактерий и перенести их в другие миры.

В 1959 г. собрание ученых попыталось представить, что произойдет, если одна — единственная E. coli попадет на планету, лишенную жизни, но богатую органическим углеродом. «Средняя бактерия Escherichia coli имеет массу 10 г. и минимальный интервал между циклами деления 30 мин, — писали они. — При такой скорости размножения одна бактерия за 66 часов может создать массу, равную массе Земли. Этот пример наглядно показывает, что вспышка размножения биологических объектов способна полностью уничтожить остатки добиологического синтеза».

Усилиями Ледерберга между США и СССР было заключено соглашение по стандартам стерилизации космических аппаратов. Но прославился Ледерберг не заботой о стерильности других планет, а тревогами по поводу обратного путешествия. Если жизнь в других мирах действительно существует, то космический аппарат при возвращении может случайно прихватить какие?то живые организмы на Землю. Чужие микроорганизмы могут устроить на нашей планете настоящий хаос — вызвать, к примеру, глобальную эпидемию или погубить посевы и спровоцировать голод.

«Ставкой в этом вопросе, может быть, является судьба человечества», — заявил Ледерберг, и вскоре уже репортеры описывали зловещие предостережения биолога и нобелевского лауреата громкими заголовками вроде: «Вторжение с Марса? Микробы!» Паническая версия Ледерберга нашла свое воплощение и в научной фантастике: к примеру, в фильме «Штамм Андромеда» (The Andromeda Strain), где бесстрашный биолог отчаянно пытается найти лекарство от инопланетного вируса[33].

Несмотря на все тревоги, Ледерберг не хотел и не предлагал навсегда закрыть для человека небо. По приглашению NASA он организовал в Стэнфордском университете лабораторию, где предполагалось начать разработку устройства, способного обнаружить на чужой планете признаки жизни. В некоторых отношениях эта работа, конечно, носила вполне земной характер. Вместе с коллегами Ледерберг возился с конвейерными лентами и масс- спектрометрами. Но одновременно перед учеными встал и глубокий — скорее даже не научный, а философский — вопрос: как найти жизнь, которую никогда прежде не видел? При поиске ответа на этот вопрос, решил Ледерберг, не обойтись без нового, совершенно самостоятельного раздела биологии. Он назвал его экзобиологией — биологией внеземной жизни.

Целью экзобиологии было понять, возникла ли жизнь еще где?нибудь во Вселенной, помимо Земли, и какую форму она приняла. Всякая ли жизнь обязана использовать ДНК? Должна ли жизнь строить клетки из белка? Обладают ли эти молекулы какими?то свойствами, которые делают их незаменимыми для жизни? Неужели никакая другая комбинация атомов не может выполнять ту же роль? «На эти вопросы можно ответить двояко, — писал Ледерберг. — Самонадеянный человек мог бы подражать примитивной жизни, имитируя Природу и подбирая заменители. Или он мог бы смиренно вопросить Природу об исходе ее собственных экспериментов с жизнью, поставленных, возможно, на других планетах Солнечной системы».

Поиск внеземных форм жизни по определению должен быть непрост, потому что ученые не в состоянии предсказать, что именно они могут обнаружить. Ледерберг считал, что начать можно с традиционных вещей. «Можно отложить наши тревоги по поводу экзотических биосистем до момента, когда будут получены результаты полноценных поисков более знакомых видов жизни», — писал он.

NASA не возражало. Агентство готово было поискать знакомые формы жизни, причем на Марсе. Марс в достаточной мере напоминал Землю, чтобы можно было надеяться обнаружить на нем жизнь. В 1965 г. американский космический зонд «Маринер-4» первым послал на Землю подробные изображения поверхности Марса. Земляне увидели скучный пейзаж, усеянный кратерами и полностью лишенный лесов и прочих признаков живого. Стало ясно: если на Марсе и есть жизнь, то, вероятно, она представлена только микроорганизмами. NASA воспользовалось фотографиями этой и последующих межпланетных станций при планировании новой экспедиции, предусматривавшей мягкую посадку аппарата на поверхность Марса. 4 июля 1976 г., через 18 лет после первого спутника, который в свое время наблюдал в Австралии Ледерберг, аппарат «Викинг-1» приземлился на поверхность этой планеты.

Как ни печально, из поисков жизни ничего не вышло. «Викинг-1» не обнаружил на поверхности признаков живых организмов, которые могли бы перерабатывать двуокись углерода (углекислый газ) в органический углерод. Некоторые разновидности земной жизни, такие как E. coli, напротив, поглощают органический углерод и выделяют углекислый газ в качестве отходов, но «Викинг» не обнаружил на планете признаков и такого метаболизма[34]. Оставался последний эксперимент. «Викинг» копнул грунт, нагрел его, чтобы высвободить летучие молекулы, и направил их в трубку для измерений. Этот прибор вообще не обнаружил в марсианском грунте органического углерода. Это был окончательный приговор, потому что на Земле жизнь накопила огромные запасы органического углерода — и не только в организмах живых существ, но и в отходах их жизнедеятельности.

«Конец игры, — сказал тогда Джеральд Соффен, научный руководитель проекта «Викинг». — На Марсе нет органики. На Марсе нет жизни».