На самом базовом уровне клетка состоит всего из нескольких основных элементов. Однако эти элементы соединены между собой невероятно сложным образом и формируют динамичный функциональный аппарат, состоящий главным образом из белков. Известно несколько десятков тысяч типов белков, и каждый из них играет специфическую роль в функционировании клетки. Практически все функции живой клетки (дыхание, питание, рост, размножение) осуществляются белками или при участии белков.
В каком-то смысле ученые считали цитоплазму (вязкий раствор белков и нуклеиновых кислот, окруженный клеточной мембраной) современным аналогом протоплазмы – загадочной сущности живого организма, наделяющей его всеми специфическими свойствами. Наиболее важной частью цитоплазмы считались белки. В первой половине XX в. многие исследователи склонялись к мысли, что белки являются также и носителями генетической информации. Ключевая роль белков в метаболизме клеток была очевидна, но постепенно некоторые ученые начали сомневаться относительно их роли в передаче наследственной информации.
Как и многие другие ученые, занимавшиеся вопросами происхождения жизни, Сидней Фокс полагал, что ведущую роль во всех клеточных процессах играют белки. Основатель современной генетики Морган из Калтеха частенько говорил ему: «Фокс, все жизненные процессы связаны с белками». Фокс еще больше утвердился в этой мысли, когда оказался в лаборатории одного из ведущих специалистов по белкам, химика Макса Бергманна, немецкого еврея, бежавшего из нацистской Германии и организовавшего лабораторию в Университете Рокфеллера в Нью-Йорке.
Вторая мировая война почти не коснулась Фокса. Он вернулся в Калифорнию, где устроился на работу в частную лабораторию, занимавшуюся разработкой методов выделения витамина A из печени акул. Витамин A назначали военным пилотам для улучшения ночного зрения. В 1953 г. эксперимент Миллера – Юри встряхнул научный мир, и Фокс вернулся к «большому вопросу», волновавшему его со времен работы в Калтехе, – вопросу о происхождении жизни.
Вслед за Миллером и Юри другие ученые тоже стали проводить подобные опыты, пытаясь воспроизвести образование аминокислот. Одни предлагали модели на основании иного состава первичной атмосферы Земли, другие – иного состава газовой смеси. Молнию Миллера заменили другими источниками энергии. Однако Фокс не хотел идти тем же путем, которым уже прошли Миллер и Юри. Вопрос о появлении первых аминокислот еще не был полностью разрешен, но до разгадки было недалеко. Происхождение органических молекул уже не казалось великой тайной и таким непреодолимым препятствием, каким было раньше. Фокс обратился к изучению следующего этапа развития живых организмов. Он хотел понять, как аминокислоты могли образовать первые прототипы живых клеток на той стадии эволюции, которую Холдейн называл «полужизнью». Фокс считал, что следующим шагом эволюции было образование белков или их аналогов из аминокислот.
Это была более сложная проблема, чем та, которой занимались Миллер и Юри. Даже самый маленький белок представляет собой длинную последовательность (полимер) аминокислот, организованных в строго определенном порядке, поэтому слово «секвенирование» в применении к белкам означает определение точного порядка расположения аминокислотных остатков в молекуле белка. Позднее это слово чаще стали использовать для анализа последовательности генов на хромосомах и отдельных нуклеотидов внутри генов.
Получить полноценный белок из простых аминокислот, образовавшихся в эксперименте Миллера и Юри, было невероятно сложно. Однако Фокс достаточно быстро нашел один ответ. В то время как научный мир, разбуженный экспериментом Миллера и Юри, вновь обратился к изучению происхождения жизни, Фокс задумался над тем, как из простых аминокислот могут складываться более сложные структуры. И вот однажды, во время чтения лекции, его осенило: что произойдет, если упаривать раствор аминокислот в некоей среде, напоминающей «маленький теплый пруд» Дарвина?
Фокс и его коллеги обнаружили, что при нагревании раствора очищенных аминокислот до температуры 175°C происходит самопроизвольное образование неслучайных полимеров, в какой-то степени напоминающих белки. Эти аминокислотные последовательности короче настоящих белков, но могут проявлять каталитическую активность, похожую на активность белков. Убежденный в том, что установил следующий шаг на пути превращения неживой материи в живой организм, Фокс назвал эти короткие последовательности аминокислот протеиноидами. В 1959 г. он обнаружил, что, если высушенные протеиноиды поместить в горячую воду, они самопроизвольно образуют мельчайшие сферы, которые ведут себя «как живые». В мае 1959 г. Фокс опубликовал эти результаты в журнале Science, где утверждал, что его открытие заложило основы «комплексной теории спонтанного зарождения жизни при умеренно повышенной температуре».
По мере дальнейшего изучения микросфер протеиноидов Фокс все больше и больше убеждался в том, что они были предшественниками современных клеток. Они имели внешнюю оболочку, похожую на клеточную мембрану, избирательно проницаемую для некоторых биологических молекул, и могли выступать в роли катализаторов, ускоряя химические реакции, как это делают белки. Более того, микросферы поглощали другие микросферы, что позволяло им увеличиваться в размере и отпочковывать новые микросферы. Позже Фокс описывал поведение микросфер таким образом, как будто в каком-то простейшем смысле это были живые существа.
Многие ученые восприняли результаты Фокса весьма скептически. Одним из его самых серьезных критиков был Миллер. В письме, опубликованном в Science после выхода статьи Фокса, Миллер и Юри обсуждали вероятность геологических условий, необходимых для реализации подобного сценария. Даже в лабораторных условиях для получения протеиноидов требовалось точное соблюдение специфических стадий нагревания и охлаждения, высушивания и растворения. Фокс считал, что протеиноиды могли образоваться в приливном водоеме вблизи вулкана. Миллер и Юри сомневались, что это было возможно на первозданной Земле и что жизнь возникла вблизи вулканов. Они утверждали, что Фокс открыл удивительный химический феномен, который, однако, не имел отношения к происхождению жизни. Очевидно, что протеиноиды Фокса не были живыми и не могли эволюционировать и превращаться во что-то другое.
Именно это замечание, а также дальнейшие успехи молекулярной биологии подрывали значимость работы Фокса в глазах большинства ученых. После эксперимента Миллера и Юри ученые стали лучше понимать роль сложных биологических молекул, содержащихся в клетке. Многие сомневались в том, что белки играют ведущую роль абсолютно во всех клеточных процессах. В поисках прототипов современных клеток ученые медленно, но верно переводили взгляд с белков на другие клеточные компоненты. Наконец все внимание ученых сконцентрировалось на нуклеиновых кислотах, которые долгое время никого не интересовали.
Однажды весной 1953 г. в кембриджский бар «Орел» вошел, слегка прихрамывая, высокий рыжеволосый молодой человек и во всеуслышание заявил, что они с другом только что раскрыли тайну жизни. Это было сильное заявление, учитывая, что молодой человек еще не защитил диссертацию. Однако Френсис Крик никогда не скрывал высокого мнения о собственных способностях. Джеймс Уотсон, распивавший с Криком пиво и разделивший с ним Нобелевскую премию, впоследствии написал книгу «Двойная спираль» об открытии структуры ДНК. Книга начиналась словами: «Я никогда не видел, чтобы Френсис Крик держался скромно».
