Эксперимент Миллера-Юри : Происхождение жизни или хайп?
1952 год, Чикаго. Не складывались дела у аспиранта Стэнли Миллера в Чикагском университете. В школе его называли химическим гением. Профессора в Беркли поддержали талантливого студента, когда неожиданно скончался отец Стэнли, адвокат Натан Миллер, и семья осталась без средств для оплаты учебы. Он закончил университет, получил стипендию для обучения в аспирантуре в Чикаго и теперь не может подвести всех этих людей, которые ждут от него блестящей научной карьеры. Но ему уже 22 года, а он так ничего не открыл. Не может даже найти подходящей темы для диссертации.
Однажды Стэнли сидел на лекции профессора Гарольда Юри, Нобелевского лауреата по химии 1934 года за обнаружение дейтерия, тяжелого изотопа водорода. Седовласый профессор в галстуке-бабочке читал лекцию как заправский актер: размахивал руками, ходил взад-вперед перед доской, рисовал на ней непонятные знаки - даже самые далекие от науки студенты не клевали носом, а внимали рассказу о происхождении планет Солнечной системы.
- Рассмотрев образование Земли, мы не можем не коснуться важнейшего вопроса - происхождения на ней жизни, - профессор Юри сделал театральную паузу и окинул взглядом заинтригованную аудиторию. - В 1920-е годы русский ученый Александр Опарин и англичанин Джон Холдейн независимо предположили, что под действием ультрафиолетовых лучей, которые не поглощались в атмосфере из-за отсутствия у ранней Земли озонового слоя, органические соединения образовались из неорганических и собрались в, так называемый, «первичный бульон». Органические полимеры слиплись в коацерватные капли, внутри которых запустился метаболизм, и таким образом развились первые живые клетки. Помните, как в диснеевском мультфильме «Фантазия» под звуки «Весны священной» Стравинского в океане вначале возникают одноклеточные организмы, потом все более сложные животные, и, наконец, динозавры выходят из моря на сушу? К сожалению, эта гипотеза до сих пор остается, простите за каламбур, фантазией, так как никто не пробовал подтвердить ее экспериментально.
И сейчас Стэнли Миллер перебирал в уме эти слова профессора Юри. К ним примешивались совсем древние голоса его еврейских предков из Восточной Европы: средневековые легенды о том, как один пражский раввин оживил глиняного Голема, чтобы тот защитил от врагов его народ . Кажется, Стэнли нашел достойную тему для диссертации - получить живое из неживого. Он решительно направился к своему научному руководителю, физику венгерского происхождения Эдварду Теллеру.
После страданий в лаборатории в студенческие годы Стэнли считал экспериментальную работу грязной и трудоемкой, поэтому в Чикаго начал заниматься теоретическими расчетами. Но прогресса с ними не было, и пришло время внести в жизнь радикальные изменения.
- Как продвигается ваша работа над теорией синтеза элементов в звездах, Миллер? - недружелюбно встретил его профессор Теллер.
- Никак, - честно отвечал аспирант.
- Очень плохо, потому что я собираюсь переезжать в Ливермор для создания там новой лаборатории, и ученый совет университета сомневается, что я смогу эффективно руководить аспирантами на расстоянии. Слушайте, Миллер, я полагаю, что могу вам доверять. Не хотите ли вернуться в Калифорнию и присоединиться к нашей работе над водородной бомбой? Или вы предпочитаете отправиться рядовым в Корею? - зловеще подмигнул Теллер.
- Профессор, я не собираюсь возвращаться в Калифорнию. Я хочу поменять тему моей диссертации. Я хочу заняться проблемой происхождения жизни вместе с профессором Юри.
- А охотой на зеленых человечков вы заняться не хотите? - захохотал Теллер. - Пару лет назад во время ланча мы обсуждали летающие тарелки с Энрико Ферми, и он воскликнул: «Если Вселенная так велика и кишит жизнью, где же тогда все?». Парадокс. Желаю успехов, я давал вам шанс.
Стэнли нашел профессора Юри в лаборатории. Тот внимательно выслушал молодого аспиранта. Миллер рассказал ему о Беркли и об отце, о Теллере и о бомбе, о той достопамятной лекции и своем горячем желании экспериментально проверить теорию Опарина-Холдейна.
- Только двадцать лет прошло, как я открыл дейтерий, а они уже хотят сделать из него оружие, - покачал головой Юри.
- Мы чем-то схожи с вами, Стэнли, - продолжал профессор. - Беркли для меня не чужое место, я получил там PhD с Гильбертом Льюисом. Мой отец умер, когда мне было шесть лет. Он был священником в Церкви братства, одном из самых строгих протестантских течений. Но я давно потерял свою веру. Вся огромная Вселенная и все, что в ней, являются источником моего изумления, и мне не нужен бог, чтобы увеличить это чудо. Я потерял веру, но не моральные принципы. Я отказался сражаться в Первой мировой из-за своих убеждений. И если вам нужно будет освобождение от призыва, я напишу письмо, что такие способные молодые люди нам нужнее тут, в лаборатории, чем на полях сражений.
- Спасибо, профессор.
- Но кто из нас без греха. В Первую мировую я работал на химической фабрике над производством взрывчатки, а во Вторую - разработал метод разделения изотопов урана. Но я был против того, чтобы применять бомбу против японцев. Я надеюсь, что русские сами разрушат СССР изнутри, и тогда мы сможем избавиться от этой чертовой штуки, которую я помог создать. Ладно, хватит политики. Значит, вы хотите перейти в мою группу?
- Да, и я хотел заняться вопросом происхождения жизни.
- А вот это глупости. Это не тема для аспирантской диссертации. Вы не справитесь. Нужно выбрать что-нибудь серьезное и надежное, что точно даст результат. Вы и так уже потеряли год. Я предлагаю вам заняться концентрацией таллия в метеоритах, по какой-то причине она слишком расходится с его содержанием в земной коре.
- Спасибо, профессор, но я хочу заняться происхождением жизни. Дайте мне полгода, и если ничего не получится…
Гарольд Юри пристально посмотрел на стоявшего перед ним молодого человека. Гений или сумасшедший? Но разве он не обставил своего руководителя Льюиса в гонке за дейтерием. Наивная молодость мыслит не так, как осторожная старость.
- Хорошо, я дам вам год, - произнес Юри. - Но если за год не будет никаких успехов, вы займетесь таллием. Там на столе лежит копия прошлогодней статьи в Science. Мелвин Кальвин облучал смесь углекислого газа и воды ионами гелия на 60-дюймовом циклотроне, ожидая получить молекулы сахаров, но обнаружил только муравьиную кислоту и небольшое количество формальдегида. Если надо прибегать к таким средствам, чтобы получить простейшие органические вещества, то нужна другая идея. У Мелвина светлая голова, не удивлюсь, если в будущем он получит Нобеля, но он не учел одной важной вещи.
- Какой?
- По моим расчетам атмосфера ранней Земли была восстановительная. Земная кора содержит избыток дейтерия по сравнению с веществом метеоритов. Значит, первичная вода разложилась с выделением обедненного дейтерием водорода, который за миллиарды лет улетел в космос. Первыми газами были не нынешние азот и кислород, а водород, метан и аммиак. Вы так рветесь работать над этой темой: покажите-ка старику, что было дальше. Отныне это ваш проект, я попрошу ребят выделить вам угол в лаборатории.
Следующую неделю Стэнли провел за разработкой установки для синтеза. Было очевидно, что если просто смешать вышеперечисленные газы, то с ними ничего не случится и за год. Нужен был источник энергии. Ультрафиолетовая лампа лучше всего имитировала бы Солнце, но обыкновенное стекло поглощает ультрафиолет. И тут, как нельзя кстати, ему вспомнилось высказывание Дарвина о небольшом теплом прудике, где из аммонийных и фосфатных солей, света, тепла и электричества химически образовалось белковое вещество, готовое к дальнейшим более сложным превращениям. На ранней Земле должны были бить молнии. Решено: источником энергии в его опыте будет электричество - и Стэнли отправился разыскивать трансформатор Теслы на 60 000 вольт.
У стеклодува ушла неделя, чтобы сделать установку. Две колбы были соединены по кольцу стеклянными трубками. В сентябре 1952 года Стэнли Миллер приступил к экспериментам. Первым делом он простерилизовал установку, откачал из нее весь воздух и заполнил смесью водорода H2, метана CH4 и аммиака NH3. В нижнюю полулитровую колбу он поместил 200 мл воды H2O («океан»). Он будет нагревать ее на горелке Бунзена («подводный вулкан»), пары воды поднимутся в пятилитровую колбу, заполненную газами. Электрические разряды между вольфрамовыми электродами («молнии») вызовут каскад реакций. Образовавшиеся нелетучие вещества и пары воды сконденсируются в холодильнике («дождь») и, прежде чем вернуться в исходную колбу, соберутся в нижней U-образной трубке, из которой можно будет отбирать образцы и которая предотвратит циркуляцию паров в обратную сторону.
В колбе закипела вода.
- Да будет свет, - сказал Стэнли и включил рубильник. Установку озарили фиолетовые извилистые молнии, которые разрывали попавшиеся на их пути молекулы на атомы и радикалы. И увидел Миллер, что его установка работает хорошо. И был день первый эксперимента Миллера-Юри.
Оставалось только ждать. Стэнли сидел перед установкой и размышлял о том, что стоит кислороду попасть внутрь, как метан взорвется, и он взлетит на воздух со своим экспериментом. Где жизнь, там и смерть. Хармон и Джеральд, два других аспиранта Юри, посмеивались над установкой Миллера, потрескивающей искрами. Они прозвали ее «опытом доктора Франкенштейна» и, проходя мимо, восторженно кричали: «Оно живое! Оно живое!». Сами они занимались точным масс-спектрометрическим анализом геологических образцов, и принцип «Смешаем все в кучу, погреем и посмотрим, что получится» казался им недостойным лаборатории Нобелевского лауреата. И был день второй эксперимента Миллера-Юри.
Зашел в лабораторию и сам Гарольд Юри. Постоял, посмотрел на искры, на горелку, на скучающего Стэнли и только покачал головой. Что надеется получить этот упрямый аспирант? Неужели он насмотрелся мультиков и верит, что через месяц из установки вылезет тираннозавр? И был день третий эксперимента Миллера-Юри.
Наконец, цвет воды в нижней трубке стал бледно-розовым, а верхняя колба с электродами покрылось едва заметными черными точками. Подошедший Джеральд, прищурившись, посмотрел на стекло и сказал:
- Мне кажется, что это мушиный кал. Стэнли, ты должен был лучше чистить свою установку!
Джеральд затрясся от смеха, а Стэнли только и оставалось, что старательно записать все наблюдения в лабораторный журнал. И был день четвертый эксперимента Миллера-Юри.
Не буду утомлять читателей. Еще через несколько дней вода стала мутной, темно-красной, а колба, заполненная газом, полностью почернела.
На седьмой день Стэнли не отдыхал. Он решил, что пришло время для анализа, и он знал, что он будет искать. Он собрал темно-красную жидкость из установки и сразу добавил немного хлорида ртути(II) HgCl2, чтобы современные живые организмы, если они случайно попадут в колбу, не съели результаты эксперимента. После еще нескольких химических операций, Стэнли профильтровал полученную смесь и сконцентрировал под вакуумом.
Полученную желтую смолу он проанализировал недавно открытым методом двумерной бумажной хроматографии. Наступил час истины. Стэнли обработал бумагу раствором нингидрина - чувствительным реагентом на аминокислоты. К его радости на хроматограмме выступили синие пятна:
Сравнивая с факторами удержания известных веществ, он смог установить наличие глицина, α-аланина и аспарагиновой кислоты, входящих в состав белков, а также β-аланина и гамма-аминомасляной кислоты. Живые организмы не могли выжить в кипящей воде (экстремофилы, живущие до 120 ºС еще не были известны), значит, аминокислоты получились из метана, аммиака и воды через промежуточные формальдегид HCHO, циановодород HCN и кучу других молекул и радикалов. По оценке Миллера 10-15% углерода перешло в сложную органику, выход глицина составил 2%, а аланина - 1%.
2CH4 + NH3 + 2H2O = H2NCH2COOH (глицин) + 5H2.
- Это успех. Не жизнь, но «кирпичики жизни», - профессор Юри крепко пожал руку Стэнли. - Готовьте статью. Надо опубликовать результаты, как можно скорее и на как можно более широкую аудиторию. Уверен, что ваша работа будет интересна не только химикам, но и биологам, геологам, и даже астрономам. В Science можно ожидать публикации по полгода, но я дерну за нитки, которые доступны Нобелевским лауреатам.
Стэнли быстро набросал короткое описание опыта с крайне схематичным изображением установки и фотографией хроматограммы. В заголовке статьи он хотел максимально точно передать то, что ему удалось получить, поэтому скромно написал: «Получение аминокислот в условиях возможных на ранней Земле». Юри просмотрел черновик Миллера и сделал только одно исправление - вычеркнул свое имя из числа авторов.
- У меня уже есть Нобелевская премия, - с усмешкой сказал профессор. - Это ваш проект. Я не хочу, чтобы моя персона оттянула от вас заслуженные лавры. Мне хватит благодарности в сноске.
Статья была отправлена в журнал Science 10 февраля 1953 года. Наступило время очередного ожидания. Через три недели тишины профессор Юри не выдержал и написал главному редактору Говарду Мейерхоффу письмо с вопросом, почему манускрипт не рецензируется. (Они не знали, что один из назначенных рецензентов настолько не поверил в необычные результаты, что отложил манускрипт как глупую шутку и не сообщил об этом редактору).
Прошел месяц, решение все еще не принято. Гарольд Юри разместился в кресле перед камином и читал воскресный номер The New York Times от 8 марта. Он с удовлетворением увидел фото Сталина в гробу, но его настроению скоро предстояло испортиться.
Короткая заметка на 9-й странице под названием «Оглядываясь на два миллиарда лет назад» сообщала, что некий доктор МакНевин из Университета штата Огайо пропускал разряд в 100 000 вольт через смесь метана и паров воды и получил «смолистые вещества», которые оказались слишком сложны для анализа. В этот же момент принесли записку от Стэнли Миллера. Он прислал вырезку из «Таймз» со словами: «Я не представляю, что теперь делать, потому что в их работе по сути сделана моя диссертация. Я так и не получил ответа из Science, а в письме, посланном вам, Мейерхофф написал, что все еще ожидает ответа рецензентов».
Юри был взбешен. Их хотят обойти и самым подлым способом - в обход всех норм и традиций. Пусть он ошибся с отправкой манускрипта в Science, но ни один порядочный ученый не будет хвастаться в прессе до того, как его работа прошла рецензирование специалистов. Юри отправил гневную телеграмму Мейерхоффу, в которой потребовал отменить его подписку на Science, вернуть манускрипт и уведомлял, что отправит его в «Журнал Американского химического общества» (JACS).
На следующий день Стэнли был очень удивлен получить телеграмму от главного редактора Science. Мейерхофф писал: «Я уже надиктовывал письмо о принятии вашей статьи в печать, когда пришла возмутительная телеграмма от доктора Юри. Я буду рад отменить его подписку на наш журнал, но я не намерен выслушивать его приказы. Это ваша статья, а не его, и только вы можете решать, где она будет опубликована».
Конфликт удалось замять. Миллер отозвал манускрипт из JACS, сообщив, что «произошла ошибка». Прошло еще два месяца, и, наконец, 15 мая 1953 года в Science вышла эпохальная статья, процитированная с тех пор более 3600 раз, вписавшая имя Стэнли Миллера в историю науки, а эксперимент Миллера-Юри в школьные учебники по биологии:
К происхождению жизни был сделан первый экспериментальный шаг, но журналисты смотрели дальше ученых. Статья Миллера обсуждалась активнее, чем опубликованные за месяц до этого в Nature работы Уотсона-Крика-Уилкинса-Франклин по двойной спирали ДНК (воистину 1953-й был «годом чудес» для биологии). The New York Times вышел со заметкой «Жизнь и стеклянная Земля», под последней подразумевалась колба Миллера. А журнал Time опубликовал статью «Полу-Сотворение» (Semi-Creation), где первый самореплицирующийся белок назывался «Адамом среди молекул», и автор фантазировал, что если бы установка Миллера-Юри была размером с океан и работала миллион лет, в ней неминуемо возникли бы не только простые аминокислоты, но и эти самые «адамические молекулы».
Семинары в Кент-Холле Чикагского университета давали исключительно выдающиеся ученые, часто Нобелевские лауреаты, но весной 1953 года происходило неслыханное: с лекцией о возможном механизме происхождения жизни выступал 23-летний аспирант Миллер. Нервничающий перед докладом Стэнли слышал, как переговариваются два профессора в первых рядах: «Должно быть артефакт аналитического метода или случайное загрязнение». Публика не хотела верить и ожидала его провала.
За лекцией последовал шквал вопросов, но на любое ухищрение чикагских профессоров Стэнли находил блестящий ответ, подтвержденный экспериментальными данными. Все были впечатлены и не могли найти ошибок. Наконец, слово взял Энрико Ферми:
- Вы продемонстрировали один из путей, по которому могла возникнуть жизнь, но вы уверены, что на ранней Земле произошел именно такой процесс?
Не успел Стэнли открыть рот, как профессор Юри незамедлительно ответил за своего подопечного:
- Если бог так не поступил, он упустил хороший шанс.
Все рассмеялись и начали поздравлять Миллера. Семинар был закончен. Присутствовавший на нем 18-летний студент-физик Карл Саган так впечатлился, что записался на класс Юри и сочинил эссе о происхождении жизни. В будущем Саган станет известнейшим популяризатором науки и сторонником поисков внеземного разума. О семинаре Стэнли Миллера он будет вспоминать, как о «самом важном шаге, убедившим меня, что жизнь с большой вероятностью распространена в космосе».
Стэнли Миллер провел еще несколько опытов с разными газами, добавлял соединения серы, определил в смеси продуктов дополнительные аминокислоты, а также мочевину, гидроксикислоты и алифатические кислоты. В 1954 году Миллер защитил PhD диссертацию. Через несколько лет, когда он работал в Колумбийском университете, ему пришло приглашение от академика Опарина посетить в 1957 году международную конференцию в Москве, посвященную происхождению жизни.
Не будет ли такая поездка в разгар Холодной войны карьерным самоубийством? Стэнли решил снова обратился к своему бывшему руководителю за советом. Гарольда Юри, который осудил казнь супругов Розенберг, уже допрашивала комиссия по расследованию антиамериканской деятельности, подозревая в связях с коммунистическими организациями.
Юри прислал следующий ответ: «Опарин меня тоже приглашал, но после подавления Венгерской революции я вынужден отказаться. Не знаю, что тебе посоветовать. Я считаю, что каждый из нас должен думать своей головой. Некоторое время назад ученые-ядерщики ездили туда, и если им разрешают такие поездки без негативных последствий, то какие могут быть претензии к невинным людям вроде нас? Но никогда ведь не знаешь, что Маккарти сделает в будущем. Ситуация очень печальная». (Преследователь недостаточно патриотичных американцев Джозеф Маккарти умрет в 1957 году от алкоголизма в возрасте 48 лет, не досидев полтора года на посту сенатора от Висконсина).
Любитель путешествий Стэнли решил ехать. Перед отлетом в СССР к нему подошли офицеры ЦРУ, которые попросили сообщить им потом любую «интересную информацию», если он ее услышит или увидит, особенно о готовящемся запуске «спатника». Но Москва запомнилась Миллеру только тем, как он страдал жарким летом в советских зданиях без кондиционера.
Герой Социалистического Труда, лауреат пяти орденов Ленина академик Александр Опарин (1894-1980) благополучно пережил сталинские гонения на науку. Еще бы: Опарин поддерживал Трофима Лысенко и псевдонаучную теорию Ольги Лепешинской о новообразовании клеток. Кроме своей давней гипотезы о происхождении жизни, он больше не сделал в науке ничего существенного, зато с большим апломбом рассказывал, как американские (и советские, конечно же) ученые подтвердили материализм Энгельса: «Таким образом наука на основании несомненных фактов дала правильный ответ на вопрос о том, как возникла и развилась жизнь на Земле, и тем опровергла наивное, ложное представление религии о сотворении мира».
Генетик Тимофеев-Ресовский, который отсидел в сталинских лагерях, издевательски шутил: «Что я думаю о происхождении жизни? Я тогда был очень маленький и потому ничего не помню, спросите-ка лучше академика Опарина».
Занятно, что Джон Холдейн (1892-1964), который независимо от Опарина выдвинул гипотезу «первичного бульона», тоже был членом коммунистической партии, отказался от британского гражданства после Суэцкого кризиса 1956 года и до конца жизни считал Сталина великим человеком. Видать, в те времена, чтобы верить в физико-химическое происхождение жизни, надо было быть левых взглядов, как сейчас для веры в опасность глобального потепления и новый всемирный потоп.
Так неужели ученые, наконец, «отменили» бога? Креационисты не долго ждали, чтобы нанести ответный удар. В опыте Миллера-Юри отыскалось много серьезных дыр. Во-первых, по современным данным атмосфера ранней Земли была нейтральной: состояла из углекислого газа и азота, а не метана и аммиака. Попытки провести опыт Миллера-Юри с такой смесью газов производят нитриты, которые разрушают аминокислоты.
Во-вторых, Миллером были получены только простейшие аминокислоты, с не более чем тремя атомами углерода, в то время как в состав белков входят 20 аминокислот, некоторые из которых (например, триптофан) так никогда и не были получены в подобных экспериментах. Еще больше радовал креационистов тот факт, что у Миллера неизбежно получалась рацемическая смесь двух оптических изомеров, в то время как в состав белков входят исключительно L-аминокислоты. Преодолеть эту проблему с хиральностью казалось невозможным: для этого должно было быть какое-то хиральное (несимметричное относительно зеркального отображения) воздействие по ходу синтеза.
И, наконец, аминокислоты - это еще не жизнь. В условиях Миллера-Юри они не соединяются в пептидные цепочки, а до функциональных белков вообще далеко. Но даже если бы образовались белки, мы не знаем для них механизма саморепликации. В этом заключается центральная догма молекулярной биологии Фрэнсиса Крика. Поэтому вся сложная органика разрушится под действием ультрафиолета и гидролиза быстрее, чем образуется жизнь.
В 1956 году Конгресс и президент Эйзенхауэр в противовес советскому атеизму утверждают официальным девизом США кричалку «In God We Trust» («Мы верим в бога»). 1 ноября 1952 года, когда Миллер гонял свои игрушечные разряды в «стеклянной Земле», на атолле Эниветок в Тихом океане состоялось первое в мире успешное испытания термоядерного взрывного устройства «Иви Майк». Эдвард Теллер (1908-2003) заслужил презрение коллег за показания против Роберта Оппенгеймера, которого он считал коммунистом, зато получил любовь американского правительства и звание отца водородной бомбы.
И в современных российских учебниках биологии рядом с экспериментами Миллера-Юри пишут о божественном сотворении жизни с большой буквы:
В 1958 году Гарольда Юри пригласили перебраться из Чикаго в южную Калифорнию, чтобы создать новый кампус Калифорнийского университета в Сан-Диего. Он пригласил туда профессором своего бывшего аспиранта Стэнли Миллера. Сам Юри больше не занимался происхождением жизни, но он придумал, как использовать соотношение изотопов кислорода для изучения температуры на Земле за последние 100 млн лет и анализировал образцы лунного грунта, привезенные в 1969 году «Аполлоном-11». Юри заявлял участнику «Аполлона-17», геологу-астронавту Харрисону Шмитту, что сам готов лететь на Луну в один конец, и ему все равно, если он не вернется назад.
Гарольд Юри (1893-1981) был отцом не только космохимии: у него с женой Фридой (1898-1992) было четверо детей. Его внучка Энн Бэрэнджер работает в том самом Университете Беркли заместителем декана по вопросам разнообразия, справедливости и инклюзивности (и она жена моего руководителя на постдоке Джона Хартвига). По ссылке Энн рассказывает: «Дедушка считал, что все, включая женщин, должны получить PhD в науке. Его старшая дочь, моя мать Элизабет Юри Бэрэнджер, после получения PhD из Корнелла стала второй женщиной, нанятой физическим факультетом Университета Питтсбурга . Она занималась теорией оболочечного строения атомного ядра». (Тещу Хартвига я тоже встречал, когда он приглашал свою группу в гости к себе домой).
Исследования о происхождении жизни тоже не застыли в 1953 году. В Мурчисонском метеорите, упавшем в Австралии 28 сентября 1969 года, нашли аминокислоты внеземного происхождения с небольшим избытком оптического L-изомера.
Потом глицин был обнаружен в веществе комет, в частности на комете Чурюмова-Герасименко, а в этом году появилось сообщение о детекции глицина в атмосфере Венеры. Стало понятно, что «неживое» образование аминокислот, даже оптически активных, - не проблема, а распространенный процесс. Все равно, какая была атмосфера на ранней Земле, если их могли занести метеориты.
Ученые предположили, что древние белки могли образовываться только из шести простых аминокислот, и не нужно получать из неорганики все двадцать. Также было предложено несколько разумных механизмов для добиологического разделения веществ на оптические изомеры. С 1980-х годов внимание исследователей происхождения жизни окончательно сместилось от белков к нуклеиновым кислотам, в частности к РНК, которая может потенциально хранить информацию, катализировать реакции и самореплицироваться. Белки же могли образоваться намного позже. Сейчас наиболее популярны теории, что жизнь возникла на Земле в очень особенных геохимических условиях. Или возле горячих источников («белых курильщиков») на дне океана:
Или в «грязевых котлах» рядом с вулканами:
Но перекинуть мостик от образующихся естественным путем органических молекул к самоподдерживающимся системам, способным к дарвиновской эволюции, ученые все еще не могут. Эта пропасть оказалась намного шире, чем между неорганикой и аминокислотами.
А что же Стэнли Миллер? В Сан-Диего он все продолжал ставить опыты похожие на свой эксперимент в аспирантуре. Химический вундеркинд выдохся. Он много путешествовал, в качестве хобби строил со студентами паровоз, пытался брать уроки живописи у своего кузена, но тот, посмотрев на рисунки Стэнли, переубедил того вернуться к занятиям наукой.
В 1973 году Миллера избрали в Национальную академию наук, даже выдвигали на Нобелевскую премию (безуспешно). Стэнли был уверен, что в 20 веке люди найдут жизнь на Марсе или Венере. Он разработал для миссии «Викинг» прибор для анализа аминокислот на Марсе, но НАСА не выбрало прибор Миллера, и жизнь так пока не нашли.
Он так никогда не женился, и детей у него не было. В 1999 году Стэнли Миллер (1930-2007) перенес инсульт, после которого уже не мог работать, и через несколько лет скончался в доме престарелых в Сан-Диего.
Классический эксперимент Миллера-Юри продолжает обсуждаться во всех учебниках и книгах о происхождении жизни, но имеет ли он научное значение, кроме исторического? Органику из неорганики получали еще в 19 веке, начиная с синтеза мочевины Вёлером. А в 1850 году Штреккер синтезировал аминокислоту аланин из ацетальдегида, циановодорода и аммиака. Почему же Адольфа Штреккера не называют «отцом пребиотической химии»? Мы теперь знаем, что синтез Миллера-Юри тоже не соответствует реальным историческим условиям. Получается, что главное их достижение - это хайп? Громко заявить с Нобелевским авторитетом, что их работа имеет значение для происхождения жизни с последствиями не только для науки, но и для религии. Как недавно произошло с обнаружением фосфина на Венере, когда узкоспециальное спектроскопическое исследование раздули до новости «На Венере обнаружена жизнь» с миллионами просмотров.
О слабых местах эксперимента Миллера-Юри я уже писал. Делая из него научную икону, ученые и популяризаторы науки дают прекрасную грушу для битья креационистам. Я сторонник того, чтобы убрать его из школьных учебников или давать в разделе «исторические гипотезы» вместе с самозарождением мышей из грязного белья. Но ученые и учителя очень не хотят признавать, что так и не знают, как образовалась жизнь на Земле. Им кажется это эквивалентным признанию существования божественного творца.
Я так не считаю. В 19 веке люди не знали, почему Солнце светит. В 20 веке более-менее разобрались. Современная наука не знает, как жизнь появилась из неживой материи. Это нормально. Если хотите найти сверхъестественное объяснение, то нужен не бородач, который создал мир 7528 лет назад за одну неделю, а «бог пробелов», который появился на Земле 4 млрд лет назад, создал самореплицирующиеся олигонуклеотиды, и с тех пор в их эволюцию не вмешивался. Вряд ли креационисты согласятся на такого «бога пробелов», чье могущество будет только уменьшаться по ходу развития науки.
Скорее, я поверю в гипотезу панспермии, что жизнь была занесена на Землю из космоса: случайно или целенаправленно. И если так, то глупо пытаться воссоздать ее в условиях ранней Земли: может быть, жизнь действительно не могла в них возникнуть. Даже если наш мир - компьютерная симуляция высшего разума, нам нужно не слепо верить, а искать следы творца в виде багов и паттернов.
Ученые уверяют, что еще 20, 50, 100 лет, и «бог пробелов» будет побежден. В пробирке будет собрано живое из неживого таким путем, какой мог случиться сам по себе до появления разумного экспериментатора. Что ж, разрешение проблемы ожидает своего часа, когда смелый аспирант или аспирантка смешает нужные вещества, прогонит через них искру и получит простейшие организмы. Лишь бы не злые вирусы ;)
Однажды Стэнли сидел на лекции профессора Гарольда Юри, Нобелевского лауреата по химии 1934 года за обнаружение дейтерия, тяжелого изотопа водорода. Седовласый профессор в галстуке-бабочке читал лекцию как заправский актер: размахивал руками, ходил взад-вперед перед доской, рисовал на ней непонятные знаки - даже самые далекие от науки студенты не клевали носом, а внимали рассказу о происхождении планет Солнечной системы.
- Рассмотрев образование Земли, мы не можем не коснуться важнейшего вопроса - происхождения на ней жизни, - профессор Юри сделал театральную паузу и окинул взглядом заинтригованную аудиторию. - В 1920-е годы русский ученый Александр Опарин и англичанин Джон Холдейн независимо предположили, что под действием ультрафиолетовых лучей, которые не поглощались в атмосфере из-за отсутствия у ранней Земли озонового слоя, органические соединения образовались из неорганических и собрались в, так называемый, «первичный бульон». Органические полимеры слиплись в коацерватные капли, внутри которых запустился метаболизм, и таким образом развились первые живые клетки. Помните, как в диснеевском мультфильме «Фантазия» под звуки «Весны священной» Стравинского в океане вначале возникают одноклеточные организмы, потом все более сложные животные, и, наконец, динозавры выходят из моря на сушу? К сожалению, эта гипотеза до сих пор остается, простите за каламбур, фантазией, так как никто не пробовал подтвердить ее экспериментально.
И сейчас Стэнли Миллер перебирал в уме эти слова профессора Юри. К ним примешивались совсем древние голоса его еврейских предков из Восточной Европы: средневековые легенды о том, как один пражский раввин оживил глиняного Голема, чтобы тот защитил от врагов его народ . Кажется, Стэнли нашел достойную тему для диссертации - получить живое из неживого. Он решительно направился к своему научному руководителю, физику венгерского происхождения Эдварду Теллеру.
После страданий в лаборатории в студенческие годы Стэнли считал экспериментальную работу грязной и трудоемкой, поэтому в Чикаго начал заниматься теоретическими расчетами. Но прогресса с ними не было, и пришло время внести в жизнь радикальные изменения.
- Как продвигается ваша работа над теорией синтеза элементов в звездах, Миллер? - недружелюбно встретил его профессор Теллер.
- Никак, - честно отвечал аспирант.
- Очень плохо, потому что я собираюсь переезжать в Ливермор для создания там новой лаборатории, и ученый совет университета сомневается, что я смогу эффективно руководить аспирантами на расстоянии. Слушайте, Миллер, я полагаю, что могу вам доверять. Не хотите ли вернуться в Калифорнию и присоединиться к нашей работе над водородной бомбой? Или вы предпочитаете отправиться рядовым в Корею? - зловеще подмигнул Теллер.
- Профессор, я не собираюсь возвращаться в Калифорнию. Я хочу поменять тему моей диссертации. Я хочу заняться проблемой происхождения жизни вместе с профессором Юри.
- А охотой на зеленых человечков вы заняться не хотите? - захохотал Теллер. - Пару лет назад во время ланча мы обсуждали летающие тарелки с Энрико Ферми, и он воскликнул: «Если Вселенная так велика и кишит жизнью, где же тогда все?». Парадокс. Желаю успехов, я давал вам шанс.
Стэнли нашел профессора Юри в лаборатории. Тот внимательно выслушал молодого аспиранта. Миллер рассказал ему о Беркли и об отце, о Теллере и о бомбе, о той достопамятной лекции и своем горячем желании экспериментально проверить теорию Опарина-Холдейна.
- Только двадцать лет прошло, как я открыл дейтерий, а они уже хотят сделать из него оружие, - покачал головой Юри.
- Мы чем-то схожи с вами, Стэнли, - продолжал профессор. - Беркли для меня не чужое место, я получил там PhD с Гильбертом Льюисом. Мой отец умер, когда мне было шесть лет. Он был священником в Церкви братства, одном из самых строгих протестантских течений. Но я давно потерял свою веру. Вся огромная Вселенная и все, что в ней, являются источником моего изумления, и мне не нужен бог, чтобы увеличить это чудо. Я потерял веру, но не моральные принципы. Я отказался сражаться в Первой мировой из-за своих убеждений. И если вам нужно будет освобождение от призыва, я напишу письмо, что такие способные молодые люди нам нужнее тут, в лаборатории, чем на полях сражений.
- Спасибо, профессор.
- Но кто из нас без греха. В Первую мировую я работал на химической фабрике над производством взрывчатки, а во Вторую - разработал метод разделения изотопов урана. Но я был против того, чтобы применять бомбу против японцев. Я надеюсь, что русские сами разрушат СССР изнутри, и тогда мы сможем избавиться от этой чертовой штуки, которую я помог создать. Ладно, хватит политики. Значит, вы хотите перейти в мою группу?
- Да, и я хотел заняться вопросом происхождения жизни.
- А вот это глупости. Это не тема для аспирантской диссертации. Вы не справитесь. Нужно выбрать что-нибудь серьезное и надежное, что точно даст результат. Вы и так уже потеряли год. Я предлагаю вам заняться концентрацией таллия в метеоритах, по какой-то причине она слишком расходится с его содержанием в земной коре.
- Спасибо, профессор, но я хочу заняться происхождением жизни. Дайте мне полгода, и если ничего не получится…
Гарольд Юри пристально посмотрел на стоявшего перед ним молодого человека. Гений или сумасшедший? Но разве он не обставил своего руководителя Льюиса в гонке за дейтерием. Наивная молодость мыслит не так, как осторожная старость.
- Хорошо, я дам вам год, - произнес Юри. - Но если за год не будет никаких успехов, вы займетесь таллием. Там на столе лежит копия прошлогодней статьи в Science. Мелвин Кальвин облучал смесь углекислого газа и воды ионами гелия на 60-дюймовом циклотроне, ожидая получить молекулы сахаров, но обнаружил только муравьиную кислоту и небольшое количество формальдегида. Если надо прибегать к таким средствам, чтобы получить простейшие органические вещества, то нужна другая идея. У Мелвина светлая голова, не удивлюсь, если в будущем он получит Нобеля, но он не учел одной важной вещи.
- Какой?
- По моим расчетам атмосфера ранней Земли была восстановительная. Земная кора содержит избыток дейтерия по сравнению с веществом метеоритов. Значит, первичная вода разложилась с выделением обедненного дейтерием водорода, который за миллиарды лет улетел в космос. Первыми газами были не нынешние азот и кислород, а водород, метан и аммиак. Вы так рветесь работать над этой темой: покажите-ка старику, что было дальше. Отныне это ваш проект, я попрошу ребят выделить вам угол в лаборатории.
Следующую неделю Стэнли провел за разработкой установки для синтеза. Было очевидно, что если просто смешать вышеперечисленные газы, то с ними ничего не случится и за год. Нужен был источник энергии. Ультрафиолетовая лампа лучше всего имитировала бы Солнце, но обыкновенное стекло поглощает ультрафиолет. И тут, как нельзя кстати, ему вспомнилось высказывание Дарвина о небольшом теплом прудике, где из аммонийных и фосфатных солей, света, тепла и электричества химически образовалось белковое вещество, готовое к дальнейшим более сложным превращениям. На ранней Земле должны были бить молнии. Решено: источником энергии в его опыте будет электричество - и Стэнли отправился разыскивать трансформатор Теслы на 60 000 вольт.
У стеклодува ушла неделя, чтобы сделать установку. Две колбы были соединены по кольцу стеклянными трубками. В сентябре 1952 года Стэнли Миллер приступил к экспериментам. Первым делом он простерилизовал установку, откачал из нее весь воздух и заполнил смесью водорода H2, метана CH4 и аммиака NH3. В нижнюю полулитровую колбу он поместил 200 мл воды H2O («океан»). Он будет нагревать ее на горелке Бунзена («подводный вулкан»), пары воды поднимутся в пятилитровую колбу, заполненную газами. Электрические разряды между вольфрамовыми электродами («молнии») вызовут каскад реакций. Образовавшиеся нелетучие вещества и пары воды сконденсируются в холодильнике («дождь») и, прежде чем вернуться в исходную колбу, соберутся в нижней U-образной трубке, из которой можно будет отбирать образцы и которая предотвратит циркуляцию паров в обратную сторону.
В колбе закипела вода.
- Да будет свет, - сказал Стэнли и включил рубильник. Установку озарили фиолетовые извилистые молнии, которые разрывали попавшиеся на их пути молекулы на атомы и радикалы. И увидел Миллер, что его установка работает хорошо. И был день первый эксперимента Миллера-Юри.
Оставалось только ждать. Стэнли сидел перед установкой и размышлял о том, что стоит кислороду попасть внутрь, как метан взорвется, и он взлетит на воздух со своим экспериментом. Где жизнь, там и смерть. Хармон и Джеральд, два других аспиранта Юри, посмеивались над установкой Миллера, потрескивающей искрами. Они прозвали ее «опытом доктора Франкенштейна» и, проходя мимо, восторженно кричали: «Оно живое! Оно живое!». Сами они занимались точным масс-спектрометрическим анализом геологических образцов, и принцип «Смешаем все в кучу, погреем и посмотрим, что получится» казался им недостойным лаборатории Нобелевского лауреата. И был день второй эксперимента Миллера-Юри.
Зашел в лабораторию и сам Гарольд Юри. Постоял, посмотрел на искры, на горелку, на скучающего Стэнли и только покачал головой. Что надеется получить этот упрямый аспирант? Неужели он насмотрелся мультиков и верит, что через месяц из установки вылезет тираннозавр? И был день третий эксперимента Миллера-Юри.
Наконец, цвет воды в нижней трубке стал бледно-розовым, а верхняя колба с электродами покрылось едва заметными черными точками. Подошедший Джеральд, прищурившись, посмотрел на стекло и сказал:
- Мне кажется, что это мушиный кал. Стэнли, ты должен был лучше чистить свою установку!
Джеральд затрясся от смеха, а Стэнли только и оставалось, что старательно записать все наблюдения в лабораторный журнал. И был день четвертый эксперимента Миллера-Юри.
Не буду утомлять читателей. Еще через несколько дней вода стала мутной, темно-красной, а колба, заполненная газом, полностью почернела.
На седьмой день Стэнли не отдыхал. Он решил, что пришло время для анализа, и он знал, что он будет искать. Он собрал темно-красную жидкость из установки и сразу добавил немного хлорида ртути(II) HgCl2, чтобы современные живые организмы, если они случайно попадут в колбу, не съели результаты эксперимента. После еще нескольких химических операций, Стэнли профильтровал полученную смесь и сконцентрировал под вакуумом.
Полученную желтую смолу он проанализировал недавно открытым методом двумерной бумажной хроматографии. Наступил час истины. Стэнли обработал бумагу раствором нингидрина - чувствительным реагентом на аминокислоты. К его радости на хроматограмме выступили синие пятна:
Сравнивая с факторами удержания известных веществ, он смог установить наличие глицина, α-аланина и аспарагиновой кислоты, входящих в состав белков, а также β-аланина и гамма-аминомасляной кислоты. Живые организмы не могли выжить в кипящей воде (экстремофилы, живущие до 120 ºС еще не были известны), значит, аминокислоты получились из метана, аммиака и воды через промежуточные формальдегид HCHO, циановодород HCN и кучу других молекул и радикалов. По оценке Миллера 10-15% углерода перешло в сложную органику, выход глицина составил 2%, а аланина - 1%.
2CH4 + NH3 + 2H2O = H2NCH2COOH (глицин) + 5H2.
- Это успех. Не жизнь, но «кирпичики жизни», - профессор Юри крепко пожал руку Стэнли. - Готовьте статью. Надо опубликовать результаты, как можно скорее и на как можно более широкую аудиторию. Уверен, что ваша работа будет интересна не только химикам, но и биологам, геологам, и даже астрономам. В Science можно ожидать публикации по полгода, но я дерну за нитки, которые доступны Нобелевским лауреатам.
Стэнли быстро набросал короткое описание опыта с крайне схематичным изображением установки и фотографией хроматограммы. В заголовке статьи он хотел максимально точно передать то, что ему удалось получить, поэтому скромно написал: «Получение аминокислот в условиях возможных на ранней Земле». Юри просмотрел черновик Миллера и сделал только одно исправление - вычеркнул свое имя из числа авторов.
- У меня уже есть Нобелевская премия, - с усмешкой сказал профессор. - Это ваш проект. Я не хочу, чтобы моя персона оттянула от вас заслуженные лавры. Мне хватит благодарности в сноске.
Статья была отправлена в журнал Science 10 февраля 1953 года. Наступило время очередного ожидания. Через три недели тишины профессор Юри не выдержал и написал главному редактору Говарду Мейерхоффу письмо с вопросом, почему манускрипт не рецензируется. (Они не знали, что один из назначенных рецензентов настолько не поверил в необычные результаты, что отложил манускрипт как глупую шутку и не сообщил об этом редактору).
Прошел месяц, решение все еще не принято. Гарольд Юри разместился в кресле перед камином и читал воскресный номер The New York Times от 8 марта. Он с удовлетворением увидел фото Сталина в гробу, но его настроению скоро предстояло испортиться.
Короткая заметка на 9-й странице под названием «Оглядываясь на два миллиарда лет назад» сообщала, что некий доктор МакНевин из Университета штата Огайо пропускал разряд в 100 000 вольт через смесь метана и паров воды и получил «смолистые вещества», которые оказались слишком сложны для анализа. В этот же момент принесли записку от Стэнли Миллера. Он прислал вырезку из «Таймз» со словами: «Я не представляю, что теперь делать, потому что в их работе по сути сделана моя диссертация. Я так и не получил ответа из Science, а в письме, посланном вам, Мейерхофф написал, что все еще ожидает ответа рецензентов».
Юри был взбешен. Их хотят обойти и самым подлым способом - в обход всех норм и традиций. Пусть он ошибся с отправкой манускрипта в Science, но ни один порядочный ученый не будет хвастаться в прессе до того, как его работа прошла рецензирование специалистов. Юри отправил гневную телеграмму Мейерхоффу, в которой потребовал отменить его подписку на Science, вернуть манускрипт и уведомлял, что отправит его в «Журнал Американского химического общества» (JACS).
На следующий день Стэнли был очень удивлен получить телеграмму от главного редактора Science. Мейерхофф писал: «Я уже надиктовывал письмо о принятии вашей статьи в печать, когда пришла возмутительная телеграмма от доктора Юри. Я буду рад отменить его подписку на наш журнал, но я не намерен выслушивать его приказы. Это ваша статья, а не его, и только вы можете решать, где она будет опубликована».
Конфликт удалось замять. Миллер отозвал манускрипт из JACS, сообщив, что «произошла ошибка». Прошло еще два месяца, и, наконец, 15 мая 1953 года в Science вышла эпохальная статья, процитированная с тех пор более 3600 раз, вписавшая имя Стэнли Миллера в историю науки, а эксперимент Миллера-Юри в школьные учебники по биологии:
К происхождению жизни был сделан первый экспериментальный шаг, но журналисты смотрели дальше ученых. Статья Миллера обсуждалась активнее, чем опубликованные за месяц до этого в Nature работы Уотсона-Крика-Уилкинса-Франклин по двойной спирали ДНК (воистину 1953-й был «годом чудес» для биологии). The New York Times вышел со заметкой «Жизнь и стеклянная Земля», под последней подразумевалась колба Миллера. А журнал Time опубликовал статью «Полу-Сотворение» (Semi-Creation), где первый самореплицирующийся белок назывался «Адамом среди молекул», и автор фантазировал, что если бы установка Миллера-Юри была размером с океан и работала миллион лет, в ней неминуемо возникли бы не только простые аминокислоты, но и эти самые «адамические молекулы».
Семинары в Кент-Холле Чикагского университета давали исключительно выдающиеся ученые, часто Нобелевские лауреаты, но весной 1953 года происходило неслыханное: с лекцией о возможном механизме происхождения жизни выступал 23-летний аспирант Миллер. Нервничающий перед докладом Стэнли слышал, как переговариваются два профессора в первых рядах: «Должно быть артефакт аналитического метода или случайное загрязнение». Публика не хотела верить и ожидала его провала.
За лекцией последовал шквал вопросов, но на любое ухищрение чикагских профессоров Стэнли находил блестящий ответ, подтвержденный экспериментальными данными. Все были впечатлены и не могли найти ошибок. Наконец, слово взял Энрико Ферми:
- Вы продемонстрировали один из путей, по которому могла возникнуть жизнь, но вы уверены, что на ранней Земле произошел именно такой процесс?
Не успел Стэнли открыть рот, как профессор Юри незамедлительно ответил за своего подопечного:
- Если бог так не поступил, он упустил хороший шанс.
Все рассмеялись и начали поздравлять Миллера. Семинар был закончен. Присутствовавший на нем 18-летний студент-физик Карл Саган так впечатлился, что записался на класс Юри и сочинил эссе о происхождении жизни. В будущем Саган станет известнейшим популяризатором науки и сторонником поисков внеземного разума. О семинаре Стэнли Миллера он будет вспоминать, как о «самом важном шаге, убедившим меня, что жизнь с большой вероятностью распространена в космосе».
Стэнли Миллер провел еще несколько опытов с разными газами, добавлял соединения серы, определил в смеси продуктов дополнительные аминокислоты, а также мочевину, гидроксикислоты и алифатические кислоты. В 1954 году Миллер защитил PhD диссертацию. Через несколько лет, когда он работал в Колумбийском университете, ему пришло приглашение от академика Опарина посетить в 1957 году международную конференцию в Москве, посвященную происхождению жизни.
Не будет ли такая поездка в разгар Холодной войны карьерным самоубийством? Стэнли решил снова обратился к своему бывшему руководителю за советом. Гарольда Юри, который осудил казнь супругов Розенберг, уже допрашивала комиссия по расследованию антиамериканской деятельности, подозревая в связях с коммунистическими организациями.
Юри прислал следующий ответ: «Опарин меня тоже приглашал, но после подавления Венгерской революции я вынужден отказаться. Не знаю, что тебе посоветовать. Я считаю, что каждый из нас должен думать своей головой. Некоторое время назад ученые-ядерщики ездили туда, и если им разрешают такие поездки без негативных последствий, то какие могут быть претензии к невинным людям вроде нас? Но никогда ведь не знаешь, что Маккарти сделает в будущем. Ситуация очень печальная». (Преследователь недостаточно патриотичных американцев Джозеф Маккарти умрет в 1957 году от алкоголизма в возрасте 48 лет, не досидев полтора года на посту сенатора от Висконсина).
Любитель путешествий Стэнли решил ехать. Перед отлетом в СССР к нему подошли офицеры ЦРУ, которые попросили сообщить им потом любую «интересную информацию», если он ее услышит или увидит, особенно о готовящемся запуске «спатника». Но Москва запомнилась Миллеру только тем, как он страдал жарким летом в советских зданиях без кондиционера.
Герой Социалистического Труда, лауреат пяти орденов Ленина академик Александр Опарин (1894-1980) благополучно пережил сталинские гонения на науку. Еще бы: Опарин поддерживал Трофима Лысенко и псевдонаучную теорию Ольги Лепешинской о новообразовании клеток. Кроме своей давней гипотезы о происхождении жизни, он больше не сделал в науке ничего существенного, зато с большим апломбом рассказывал, как американские (и советские, конечно же) ученые подтвердили материализм Энгельса: «Таким образом наука на основании несомненных фактов дала правильный ответ на вопрос о том, как возникла и развилась жизнь на Земле, и тем опровергла наивное, ложное представление религии о сотворении мира».
Генетик Тимофеев-Ресовский, который отсидел в сталинских лагерях, издевательски шутил: «Что я думаю о происхождении жизни? Я тогда был очень маленький и потому ничего не помню, спросите-ка лучше академика Опарина».
Занятно, что Джон Холдейн (1892-1964), который независимо от Опарина выдвинул гипотезу «первичного бульона», тоже был членом коммунистической партии, отказался от британского гражданства после Суэцкого кризиса 1956 года и до конца жизни считал Сталина великим человеком. Видать, в те времена, чтобы верить в физико-химическое происхождение жизни, надо было быть левых взглядов, как сейчас для веры в опасность глобального потепления и новый всемирный потоп.
Так неужели ученые, наконец, «отменили» бога? Креационисты не долго ждали, чтобы нанести ответный удар. В опыте Миллера-Юри отыскалось много серьезных дыр. Во-первых, по современным данным атмосфера ранней Земли была нейтральной: состояла из углекислого газа и азота, а не метана и аммиака. Попытки провести опыт Миллера-Юри с такой смесью газов производят нитриты, которые разрушают аминокислоты.
Во-вторых, Миллером были получены только простейшие аминокислоты, с не более чем тремя атомами углерода, в то время как в состав белков входят 20 аминокислот, некоторые из которых (например, триптофан) так никогда и не были получены в подобных экспериментах. Еще больше радовал креационистов тот факт, что у Миллера неизбежно получалась рацемическая смесь двух оптических изомеров, в то время как в состав белков входят исключительно L-аминокислоты. Преодолеть эту проблему с хиральностью казалось невозможным: для этого должно было быть какое-то хиральное (несимметричное относительно зеркального отображения) воздействие по ходу синтеза.
И, наконец, аминокислоты - это еще не жизнь. В условиях Миллера-Юри они не соединяются в пептидные цепочки, а до функциональных белков вообще далеко. Но даже если бы образовались белки, мы не знаем для них механизма саморепликации. В этом заключается центральная догма молекулярной биологии Фрэнсиса Крика. Поэтому вся сложная органика разрушится под действием ультрафиолета и гидролиза быстрее, чем образуется жизнь.
В 1956 году Конгресс и президент Эйзенхауэр в противовес советскому атеизму утверждают официальным девизом США кричалку «In God We Trust» («Мы верим в бога»). 1 ноября 1952 года, когда Миллер гонял свои игрушечные разряды в «стеклянной Земле», на атолле Эниветок в Тихом океане состоялось первое в мире успешное испытания термоядерного взрывного устройства «Иви Майк». Эдвард Теллер (1908-2003) заслужил презрение коллег за показания против Роберта Оппенгеймера, которого он считал коммунистом, зато получил любовь американского правительства и звание отца водородной бомбы.
И в современных российских учебниках биологии рядом с экспериментами Миллера-Юри пишут о божественном сотворении жизни с большой буквы:
В 1958 году Гарольда Юри пригласили перебраться из Чикаго в южную Калифорнию, чтобы создать новый кампус Калифорнийского университета в Сан-Диего. Он пригласил туда профессором своего бывшего аспиранта Стэнли Миллера. Сам Юри больше не занимался происхождением жизни, но он придумал, как использовать соотношение изотопов кислорода для изучения температуры на Земле за последние 100 млн лет и анализировал образцы лунного грунта, привезенные в 1969 году «Аполлоном-11». Юри заявлял участнику «Аполлона-17», геологу-астронавту Харрисону Шмитту, что сам готов лететь на Луну в один конец, и ему все равно, если он не вернется назад.
Гарольд Юри (1893-1981) был отцом не только космохимии: у него с женой Фридой (1898-1992) было четверо детей. Его внучка Энн Бэрэнджер работает в том самом Университете Беркли заместителем декана по вопросам разнообразия, справедливости и инклюзивности (и она жена моего руководителя на постдоке Джона Хартвига). По ссылке Энн рассказывает: «Дедушка считал, что все, включая женщин, должны получить PhD в науке. Его старшая дочь, моя мать Элизабет Юри Бэрэнджер, после получения PhD из Корнелла стала второй женщиной, нанятой физическим факультетом Университета Питтсбурга . Она занималась теорией оболочечного строения атомного ядра». (Тещу Хартвига я тоже встречал, когда он приглашал свою группу в гости к себе домой).
Исследования о происхождении жизни тоже не застыли в 1953 году. В Мурчисонском метеорите, упавшем в Австралии 28 сентября 1969 года, нашли аминокислоты внеземного происхождения с небольшим избытком оптического L-изомера.
Потом глицин был обнаружен в веществе комет, в частности на комете Чурюмова-Герасименко, а в этом году появилось сообщение о детекции глицина в атмосфере Венеры. Стало понятно, что «неживое» образование аминокислот, даже оптически активных, - не проблема, а распространенный процесс. Все равно, какая была атмосфера на ранней Земле, если их могли занести метеориты.
Ученые предположили, что древние белки могли образовываться только из шести простых аминокислот, и не нужно получать из неорганики все двадцать. Также было предложено несколько разумных механизмов для добиологического разделения веществ на оптические изомеры. С 1980-х годов внимание исследователей происхождения жизни окончательно сместилось от белков к нуклеиновым кислотам, в частности к РНК, которая может потенциально хранить информацию, катализировать реакции и самореплицироваться. Белки же могли образоваться намного позже. Сейчас наиболее популярны теории, что жизнь возникла на Земле в очень особенных геохимических условиях. Или возле горячих источников («белых курильщиков») на дне океана:
Или в «грязевых котлах» рядом с вулканами:
Но перекинуть мостик от образующихся естественным путем органических молекул к самоподдерживающимся системам, способным к дарвиновской эволюции, ученые все еще не могут. Эта пропасть оказалась намного шире, чем между неорганикой и аминокислотами.
А что же Стэнли Миллер? В Сан-Диего он все продолжал ставить опыты похожие на свой эксперимент в аспирантуре. Химический вундеркинд выдохся. Он много путешествовал, в качестве хобби строил со студентами паровоз, пытался брать уроки живописи у своего кузена, но тот, посмотрев на рисунки Стэнли, переубедил того вернуться к занятиям наукой.
В 1973 году Миллера избрали в Национальную академию наук, даже выдвигали на Нобелевскую премию (безуспешно). Стэнли был уверен, что в 20 веке люди найдут жизнь на Марсе или Венере. Он разработал для миссии «Викинг» прибор для анализа аминокислот на Марсе, но НАСА не выбрало прибор Миллера, и жизнь так пока не нашли.
Он так никогда не женился, и детей у него не было. В 1999 году Стэнли Миллер (1930-2007) перенес инсульт, после которого уже не мог работать, и через несколько лет скончался в доме престарелых в Сан-Диего.
Классический эксперимент Миллера-Юри продолжает обсуждаться во всех учебниках и книгах о происхождении жизни, но имеет ли он научное значение, кроме исторического? Органику из неорганики получали еще в 19 веке, начиная с синтеза мочевины Вёлером. А в 1850 году Штреккер синтезировал аминокислоту аланин из ацетальдегида, циановодорода и аммиака. Почему же Адольфа Штреккера не называют «отцом пребиотической химии»? Мы теперь знаем, что синтез Миллера-Юри тоже не соответствует реальным историческим условиям. Получается, что главное их достижение - это хайп? Громко заявить с Нобелевским авторитетом, что их работа имеет значение для происхождения жизни с последствиями не только для науки, но и для религии. Как недавно произошло с обнаружением фосфина на Венере, когда узкоспециальное спектроскопическое исследование раздули до новости «На Венере обнаружена жизнь» с миллионами просмотров.
О слабых местах эксперимента Миллера-Юри я уже писал. Делая из него научную икону, ученые и популяризаторы науки дают прекрасную грушу для битья креационистам. Я сторонник того, чтобы убрать его из школьных учебников или давать в разделе «исторические гипотезы» вместе с самозарождением мышей из грязного белья. Но ученые и учителя очень не хотят признавать, что так и не знают, как образовалась жизнь на Земле. Им кажется это эквивалентным признанию существования божественного творца.
Я так не считаю. В 19 веке люди не знали, почему Солнце светит. В 20 веке более-менее разобрались. Современная наука не знает, как жизнь появилась из неживой материи. Это нормально. Если хотите найти сверхъестественное объяснение, то нужен не бородач, который создал мир 7528 лет назад за одну неделю, а «бог пробелов», который появился на Земле 4 млрд лет назад, создал самореплицирующиеся олигонуклеотиды, и с тех пор в их эволюцию не вмешивался. Вряд ли креационисты согласятся на такого «бога пробелов», чье могущество будет только уменьшаться по ходу развития науки.
Скорее, я поверю в гипотезу панспермии, что жизнь была занесена на Землю из космоса: случайно или целенаправленно. И если так, то глупо пытаться воссоздать ее в условиях ранней Земли: может быть, жизнь действительно не могла в них возникнуть. Даже если наш мир - компьютерная симуляция высшего разума, нам нужно не слепо верить, а искать следы творца в виде багов и паттернов.
Ученые уверяют, что еще 20, 50, 100 лет, и «бог пробелов» будет побежден. В пробирке будет собрано живое из неживого таким путем, какой мог случиться сам по себе до появления разумного экспериментатора. Что ж, разрешение проблемы ожидает своего часа, когда смелый аспирант или аспирантка смешает нужные вещества, прогонит через них искру и получит простейшие организмы. Лишь бы не злые вирусы ;)