Издавна человечество решало вопрос возникновения жизни однозначно. Разве есть сомнения в том, что живое может появляться буквально из ничего? Разве мы не наблюдаем этот процесс ежедневно? Заметки о появлении живых существ из воды, пыли, грязи можно найти в древних индийских и китайских манускриптах, об этом рассказывают египетские иероглифы и клинописи древнего Вавилона. Убеждение в спонтанном зарождении живых существ из неживых материалов было принято философами Древней Греции и Рима как нечто безусловное.
Древнегреческий философ Фалес Милетский (конецVII - начало VI века до н.э.) считал жизнь свойством материи. Материальным первоначалом была вода, из которой естественным путем возник мир. А его соотечественник Демокрит (460 - 370 г.г. до н.э.) полагал, что материя построена из атомов - мельчайших, неделимых, вечных частиц, находящихся в движении. Жизнь же возникла в результате взаимодействия сил природы, особенно действия атомов огня на атомы влажной земли.
С позиций сегодняшнего дня многие теории выглядят достаточно экзотично. Посмотрим теорию древнегреческого философа- материалиста Эмпедокла (485-425 г.г. до н.э.). Первые организмы зародились в иле под влиянием внутреннего тепла Земли. Вслед за растениями появились... части животных: "...головы без шей, двигались руки без ног, очи блуждали без лбов". Правда, неожиданно? Уже неплохо, но дальше еще круче. Из соединения этих, так сказать, запчастей, появились первые животные организмы. "Влекомые силой Любви" части хаотично соединялись в целые организмы- монстры. Но " волею Вражды" они погибали, уступая место гармонично устроенным организмам. Каково? Голливуд тихо плачет от зависти в углу... Об этом же пишет древнеримский поэт Лукреций Кар (98 - 55 г.г. до н.э.) в своей поэме " О природе вещей".
Существовали целые справочники из чего что получается.
В тексте манускрипта "Codex Florentinus" содержится указание, что если пожевать базилик и положить его на освещенное место, появится из него змея. а Гай Плиний Секунд (22/24 - 79 г. н.э.), автор "Естественной истории", уточняет, что будучи положенным под камень, базилик превратится в скорпиона. Саламандры рождаются из воды. А разная грязь производит на свет различных животных: темная - устриц, красноватая - морских улиток, грязь из горных пород - голотурий и гусей(?!)...Как установлено опытным путем, брюхоногие зарождаются в деревянных загородках, опущенных в воду.
В эпоху Возрождения в научном мире активно распространяется заимствованная из иудаизма легенда о создании искусственным путем из неживой материи гомункулюса - человека. Известный врач и естествоиспытатель того времени Парацельс (1493 - 1541 г.г.) знает этот рецепт. Видимо, не знать его в ту эпоху человеку его положения было просто неприлично. Но к делу. Рецепт гласил: нужно взять "человеческую жидкость"(сперму) и заставить ее гнить в течение недели в тыкве. Затем - 40 недель в лошадином желудке, добавляя ежедневно человеческую кровь. В результате "произойдет настоящий живой ребенок, имеющий все члены, как дитя, родившееся от женщины, но только маленького роста". А Ян Батист Гельмонт,(1579 - 1645 г.г.),последователь Парацельса, известный своими опытами по питанию растений, предлагает рецепт получения мышей. Ну, если они вам нужны позарез, а готовых под рукой нет. Значит так. Берем кувшин и набиваем его (простите) грязным нижним бельем. Добавляем некоторое количество пшеницы. Оставляем открытым! Приблизительно через три недели вы будете счастливым обладателем крепкой, здоровой мыши.
Однако, экспериментальный подход к изучению явлений природы, свойственный эпохе Возрождения, приводит к сомнениям в истинности теории самозарождения. Одним из первых критиков теории становится итальянский врач Франческо Реди (1626 - 1697 г.г), биолог, лингвист и поэт, главный медик при Тосканском дворе, главный фармацевт герцогства. Он ставит опыт с тремя банками с мясом. Первую он оставляет открытой, вторую прикрывает марлей, а третью - пергаментом. Во всех банках мясо начало гнить, но "черви"(личинки) появились только в открытой банке. Опыт показал, что личинки возникли не из мяса, а там, где мухи могли откладывать на него яйца. Это впервые поколебало господствующую теорию самозарождения макроскопических организмов.
Возникает известный "принцип Реди" - живое только от живого.
Открытие мира микроорганизмов в XVII веке дало новый толчок спору о самозарождении. Казалось вполне вероятным, что разнообразные простейшие и бактерии - крошечные "анималькули" - самопроизвольно появляются в питательной среде. В экспериментах английского естествоиспытателя Джона Тербервилла Нидхэма (1713 - 1781 г.г.) микроорганизмы через некоторое время появлялись даже в плотно закрытой колбе с прокипяченным бульоном. Напротив, в опытах итальянского натуралиста и физика Ладзаро Спалланцани (1729 - 1799 г.г.) при длительном кипячении в запаянных сосудах зарождения не происходило. Критики обвинили ученого в том, что он просто не дал доступа "рождающей силе", используя герметическую изоляцию питательной среды. Спор продолжался и в следующем столетии.
В 1859 -1860 году Французская Академия назначила премию за экспериментальное разрешение вопроса о самозарождении жизни в наше время.
Эту премию получил в 1862 году французский биолог Луи Пастер (1822 - 1895 г.г). Пастер кипятил в колбе разные питательные смеси, колба не была запаяна, но соединялась с воздухом длинной изогнутой S- образной трубкой. Микроорганизмы и их споры оседали на стенках трубки, но не могли попасть в питательную среду. Несмотря на доступ воздуха, самозарождение не происходило. Ученому удалось доказать, что в тех случаях, когда исследователи считали самозарождение доказанным, имело место несовершенство методики. Или сосуды с питательной средой не были изолированы от микроорганизмов из воздуха, или не были достаточно обеззаражены.
Вместе с тем, Пастер не затрагивал вопроса происхождения жизни на Земле, могли ли живые организмы возникнуть из неживых в отдаленные геологические времена, в других условиях.
И о некоторых следствиях попыток разработки теории самозарождения жизни.
Идеалистического подхода к теории самозарождения придерживался греческий философ Платон (428 - 347 г.г. до н.э.). Он полагал, что материя становится живой, когда на нее сходит бессмертная душа - психея. Эта идея "живородящего духа" в средние века трансформируется в Творца и единый акт творения, давая начало креацианизму.
Горячим поклонником и последователем Пастера был английский физик, член Лондонского королевского общества Джон Тиндаль (1820 - 1893 г.г.). Он изобрел метод стерилизации растворов, содержащих споры термоустойчивых микроорганизмов. Этот метод до сих пор известен как "тиндализация". Метод заключается в кипячении в течение часа с последующим перерывом в 24 часа, с повторением процесса 3 - 5 раз.
Метод Тиндаля нашел практическое применение в работе его современника хирурга Джозефа Листера (1827 - 1912 г.г.). Он высказал мысль, что если бы операционное поле на теле больного удалось изолировать от попадающих из воздуха микроорганизмов, то это спасло бы жизнь многим оперированным больным. В то время в английских больницах при ампутациях смертность достигала 50%, в основном из- за заражения. В полевых условиях военного времени дело было еще хуже. Так в ходе франко- прусской войны из 13000 ампутаций, проведенных хирургами, 10000 имело смертельный исход. Пока сохранялась вера в самозарождение микробов, удалять их из раны не имело смысла. После открытия Пастера Листер понял, что инфекцию следует уничтожать прежде, чем она будет попадать на операционное поле. И врач применил карболовую кислоту в качестве антибактериального средства. Он стерилизовал инструмент, опрыскивал операционную, пропитывал одежду больного. Это позволило спасти множество жизней и привело к рождению антисептической хирургии.
Литература:
Гусев М.В., Минеева Л.А."Микробиология", гл.12 "Проблемы происхождения и эволюции жизни", 1992;
Тыщенко В.П."Введение в теорию эволюции", С-Петербургский университет, 1992;
Хорган Дж."В мире науки", 4, 1991;
При всем разнообразии ныне существующих на Земле форм жизни у них есть общее: главные молекулярные механизмы у современных организмов, как было неоднократно показано, одни и те же. Установление этой общности биохимической организации - одно из крупнейших открытий за последние сто лет. Нет никакого сомнения, что оно проливает свет и на историю эволюции. Но, как мне кажется, при рассмотрении самых первых этапов эволюции концепция единства биохимической организации не приносит большой пользы.
А. Дж. Кернс-Смит. Первые организмы
Удивительно, но среди биологов, биофизиков и биохимиков, не говоря уже об экологах и уфологах, до сих пор не существует общепринятого определения жизни! Одни ученые полагают, что жизнь - это особый химический процесс, связанный с извлечением энергии из окружающей среды. Другие настойчиво подчеркивают обязательную индивидуальность живых объектов и считают, что понятие «жизнь» неотделимо от понятия «организм», третьи, как правило непрофессиональные энтузиасты, наделяют живую материю всяческими мистическими свойствами, наподобие фантастического биополя. Эта странная субстанция, по словам уфологов-экстрасенсов, окружает все организмы, проявляясь как некая аура, хотя конечно же она не имеет ничего общего с физической реальностью.
Первым ученым, заявившим о происхождении живого исключительно из живого, был итальянский естествоиспытатель Франческо Реди, живший в эпоху Возрождения. Позже принцип Реди доказал великий физиолог Луи Пастер. В серии изящных опытов схитро изогнутыми колбами он показал, что «зарождение» микроорганизмов в стерильном бульоне происходит только в том случае, если их зародыши могут попасть в бульон из воздуха или иным путем. Если преградить путь «семенам жизни», даже оставив доступ воздуху, никакого самозарождения не произойдет. Так попутно был открыт метод пастеризации жидкостей и продуктов - нагрев до определенной температуры, убивающей микробы и бактерии.
И хотя с вульгарным витализмом было покончено, наука XIX века рассматривала только два варианта: либо жизнь существовала изначально, либо она сотворена высшим разумом. Первой точки зрения придерживался видный геохимик В. И. Вернадский. Его последователи вместе с водой выплеснули ребенка, посчитав, что все известные эксперименты полностью отрицают переход неорганического вещества в органику.
Доказав невозможность самозарождения, ученые должны были теперь долго и мучительно доказывать его возможность. Поначалу дело казалось безнадежным, и грань между живой и неживой материей - непреодолимой. Однако прошли десятилетия, и биохимики научились получать многие органические вещества из неорганических. Стало ясно, что между живой и неживой материей на химическом уровне граница довольно размыта. Следовательно, хотя прямое самозарождение живых существ невозможно, жизнь могла появиться постепенно, в результате очень долгой «молекулярной эволюции». С тех пор и до сегодняшних дней усилия ученых направлены на поиски доказательств и развитие этой гипотезы. Что же касается идеи Вернадского об изначальное™ жизни, то она сейчас практически не имеет сторонников, поскольку на первых этапах развития Вселенной синтез даже самых простых органических соединений был невозможен.
Дилетанты любят рассуждать о развитии Вселенной как о едином направленном процессе, в ходе которого самопроизвольно и неизбежно возникают все более сложные структуры. Возникло даже особое околонаучное направление - универсальная история. При таких взглядах на историю мироздания у неспециалистов часто возникает впечатление, что каждый новый шаг в эволюции Вселенной логически вытекает из предыдущего и, в свою очередь, предопределяет следующий. Возникновение жизни предстает уже не случайностью, а закономерным итогом развития. Вселенная словно была изначально спроектирована так, чтобы в ней появилась жизнь, и проект был чрезвычайно точен: малейшее изменение базовых физических констант сделало бы жизнь невозможной. Здесь мы опять сталкиваемся с идеалистическим «антропным принципом». Напомним, что его суть в том, что физические законы нашего мира специально так «сконструированы», чтобы было кому рассуждать о мудрости его устройства.
Когда-то наша Вселенная возникла в чудовищном катаклизме Большого взрыва из загадочного состояния бесконечно малой сингулярности. В первые мгновения в кипящем вареве полей и сил не было даже атомов и молекул. Позже появились элементарные частицы, из них образовались атомы водорода; скопления атомов превратились в звезды первого поколения. Так мрак «темных веков», как их называют астрономы, озарился вспышками первых звезд, в которых зажглись «искры» реакций ядерного синтеза, превращающего самое распространенное космическое топливо, водород, в гелий. Прошло еще несколько сотен миллионов лет, и самые крупные звезды после истощения запасов водорода взрывались. При этом давление и температура в недрах звезды достигали колоссальных величин. Это создавало необходимые условия для синтеза тяжелых элементов. Все элементы тяжелее гелия, в том числе необходимые для жизни углерод, кислород, азот, фосфор, сера и другие, могли образоваться только во время таких взрывов. Звезды первого поколения стали фабрикой по производству атомов, необходимых для будущей жизни.
В своей книге «Возникновение жизни» Дж. Б. С. Холдейн так описывает эти процессы:
Спустя несколько тысяч лет после своего образования Земля, вероятно, достаточно остыла, так что на ней образовалась довольно постоянная твердая кора. Однако в течение очень долгого времени температура этой коры была выше температуры кипения воды, и конденсация воды происходила весьма медленно. Примитивная атмосфера содержала, возможно, очень мало кислорода или не содержала его вовсе... Почти весь углерод органических веществ и большая часть углерода, содержащегося сейчас в меле, доломитах и известняках, присутствовала в примитивной атмосфере в виде двуокиси углерода. Вероятно, значительная часть того азота, который сейчас находится в воздухе, была связана с металлами, образуя нитриды земной коры, так что под действием воды происходило непрерывное образование аммиака. Солнце светило, может быть, несколько ярче, чем сейчас, и, поскольку атмосфера не содержала кислорода, ультрафиолетовые лучи не задерживались почти целиком слоем озона (аллотропная форма кислорода) в верхних слоях атмосферы и самим кислородом в более нижних ее слоях, как это происходит теперь. Они достигали поверхности суши и моря или, по крайней мере, облаков. <...>
Известно, что при действии ультрафиолетовых лучей на смесь воды, двуокиси углерода и аммиака возникает множество различных органических соединений, в том числе сахара, а также, по-видимому, некоторых соединений, из которых образуются белки... Однако до того, как появилась жизнь, они, вероятно, накапливались, так что первичный океан достиг постепенно консистенции горячего жидкого бульона...
Взрывы первых звезд создали тяжелые элементы и рассеяли их в космосе. Из новых скоплений атомов образовались звезды второго поколения, в том числе и наше Солнце. Облака рассеянных частиц, не вошедших в состав центральной звезды, вращались вокруг нее и постепенно разделялись на отдельные сгустки - будущие планеты. Именно на этом этапе и мог начаться синтез первых органических молекул. Таким образом, молодая Земля могла иметь в своем составе большое количество органики уже с самого начала своего существования.
Возможность органического синтеза в протопланетном облаке предполагалась давно, но подтверждена была лишь недавно. С помощью сложных расчетов и компьютерного моделирования ученые показали, что в газово-пылевых протопланетных облаках имеются необходимые условия для синтеза разнообразной органики из водорода, азота, угарного газа, цианистого водорода и других простых молекул, обычных в космосе. Непременным условием является присутствие твердых частиц-катализаторов, содержащих железо, никель и кремний.
Вместе с Землей возник и круговорот химических веществ в природе. Одни элементы поступали из сдавленных, разогревшихся недр Земли, формируя первичную атмосферу и океаны. Другие приходили из космоса в виде валящихся с неба остатков протопланетного облака, метеоритов и комет. В атмосфере, на поверхности суши и в водоемах все эти вещества смешивались, вступая друг с другом в химические реакции, и превращались в новые соединения, которые, в свою очередь, тоже вступали в реакции друг с другом.
Между химическими реакциями возникала своеобразная конкуренция - борьба за одни ите же вещества, «пищу» для дальнейшего развития. Втакой борьбе всегда побеждает та реакция, которая идет быстрее. Начинается удивительный «естественный отбор» среди химических процессов - медленные реакции постепенно затухают и прекращаются, вытесняемые более быстрыми.
Важнейшую роль в этом соревновании играли катализаторы - вещества, ускоряющие те или иные химические превращения. Огромное преимущество должны были получать реакции, катализируемые своими собственными продуктами. Следующий этап на долгой дороге от неживого к живому - это формирование самостоятельно обеспечивающихся химических циклов. В их развитии происходит не только синтез катализаторов, но и частичное возобновление расходуемых веществ. Отсюда уже недалеко и до настоящей жизни, ведь жизнь в основе своей - это самоподдерживающийся процесс.
Известно, что небесные тела могут обмениваться веществом: при столкновении планеты с крупным астероидом из ее поверхности выбиваются фрагменты породы, которые могут улететь в космос и попасть на другие планеты. К примеру, на поверхность Земли часто долетают метеориты с Марса. Благодаря такому «обмену» метеоритами возникшие в ходе химической эволюции на одной из планет вещества и катализаторы могут попасть на соседние тела и даже в другие звездные системы. Так за несколько сотен миллионов лет распространение кирпичиков жизни способно охватить всю нашу Галактику.
Подобным образом масштаб химической «кухни», готовящей молекулярные блюда для будущей жизни, может расшириться от планетарного до галактического.
Мы уже знаем, что возникновение жизни чаще всего связывают с молекулами РНК, служащими посредниками между ДНК и белками при считывании наследственной информации. При помощи РНК осуществляется синтез белков в соответствии с записанными в молекуле ДНК «инструкциями». Некоторые из «работ», выполняемых РНК, очень похожи на функции белков, другие напоминают свойства ДНК. И все это РНК делает не в одиночку, а при активном содействии со стороны белков. На первый взгляд РНК кажется «третьей лишней». Нетрудно представить себе организм, в котором РНК вовсе нет, а все ее функции поделили между собой ДНК и белки. Правда, таких организмов в природе не существует.
Согласно теории первичного РНК-мира первые живые организмы были РНК-молекулами без белков и ДНК. Прообразом РНК-организма могли стать самовоспроизводящиеся молекулы, синтезирующие собственные копии. В итоге РНК может выполнять сразу две главные жизненные задачи - хранение информации и активную работу. Конечно, ДНК лучше справляется с задачей хранения информации, а белки - с «работой», но изначальные РНК-организмы могли вполне обходиться и без них.
Все живые организмы дискретны в пространстве и имеют наружную оболочку. Трудно представить себе живое существо в виде туманного облачка или раствора. Однако поначалу жизнь существовала именно в виде растворов. Чтобы не раствориться в водах первичного океана, подобные «жидкие сущности» должны были оккупировать микроскопические щели и выемки в горных породах. К тому же некоторые минералы являются катализаторами для многих биохимических реакций. Кроме того, поверхность минералов могла служить своеобразной основой, к которой прикреплялись молекулы РНК. Упорядоченная структура кристаллов помогала упорядочить и структуру этих молекул, придать им нужную пространственную конфигурацию.
Но рано или поздно первичная жизнь должна была обзавестись собственными оболочками - перейти от «жидкого» состояния к организменному. Идеальным материалом для таких оболочек являются особые молекулы, способные образовывать на поверхности воды тончайшие пленки. Если взболтать такую воду, в ее толще возникнет множество мелких пузырьков - водяных капелек, покрытых оболочкой. Эти капельки проявляют интересные свойства, которые делают их похожими на живые клетки. Например, они способны осуществлять обмен веществ путем избирательной проницаемости: одни молекулы сквозь них проходят, другие нет. Благодаря этому одни вещества втягиваются в каплю, другие выводятся, третьи - накапливаются внутри. Правда, для того чтобы это происходило постоянно, мембран недостаточно. Нужно еще, чтобы внутри капли шли химические реакции, а для этого там должны находиться катализаторы - белки или РНК.
Первые «капельки жизни» - коацерваты - могли образоваться самопроизвольно из молекул липидов, возникших неорганическим путем. Впоследствии они могли вступить в симбиоз с «живыми растворами» - колониями самовоспроизводящихся молекул РНК. Подобное сообщество уже можно назвать организмом.
На начальном этапе зарождения жизни участие РНК в синтезе белков было случайным, и последовательности аминокислот из раза в раз воспроизводились не точно, а лишь приблизительно. Поскольку точность резко повышала стабильность такой живой системы, естественный отбор способствовал выработке все более «специализированных» катализаторов. Дело закончилось возникновением универсальной системы специального синтеза любого требуемого белка.
Для синтеза белков все живые организмы по сей день пользуются специальными молекулярными «машинками» - рибосомами, основу которых составляют молекулы РНК. Правда, белки тоже входят в состав рибосом. И белки непростые - маленькие, очень древние, крайне консервативные. Биологам удалось показать, что рибосомные РНК могут синтезировать белок и сами, без помощников - медленно, с трудом, но все-таки могут.
Еще одним усовершенствованием РНК-организмов было приобретение ДНК. Молекулы ДНК более устойчивы, чем РНК, и потому являются более надежными хранителями наследственной информации. Платой за стабильность стала неспособность молекул ДНК сворачиваться в клубки из спиралек и выполнять активные действия. Изначально ДНК, скорее всего, была чем-то вроде покоящейся фазы в жизненном цикле самовоспроизводящихся колоний РНК, и лишь много позднее она стала основным носителем наследственной информации.
Многие биологи считают, что все разнообразие жизни на нашей планете происходит от единственного исходного вида - «универсального предка». Другие ученые не согласны с этим. Они полагают, что устойчивое существование биосферы возможно только при условии относительной замкнутости биогеохимических циклов - в противном случае живые существа очень быстро израсходуют все ресурсы или отравятся продуктами собственной жизнедеятельности. Замкнутость циклов обеспечивается только сообществом из нескольких разных видов микроорганизмов, разделивших между собой биогеохимические функции.
Скорее всего, общим предком всего живого был не один вид, а некоторое сообщество множества простейших систем, в которых происходил активный обмен наследственным материалом. Разнообразие, симбиоз, разделение функций, информационный обмен - все это и есть изначальные свойства земной жизни.
Земля сформировалась около четырех с половиной миллиардов лет назад, но от первых нескольких сотен миллионов лет ее существования в земной коре практически не осталось никаких следов. Время появления жизни на Земле точно не известно. Ископаемые организмы встречаются в основном в осадочных породах, самые древние из известных каменных пород имеют возраст немного меньше четырех миллиардов лет. В них уже можно найти следы жизни, но не совсем понятно, какой - РНК-жизни или уже современной, ДНК-белковой. Эти следы - чисто химические, связанные с изотопным составом углерода, а в слоях более поздних, соответствующих трем с половиной миллиардам лет, уже начинают встречаться остатки целых живых организмов, бактерий. Таким образом, скорее всего, РНК-мир существовал где-то между 4,3 и 3,8 миллиарда лет назад, а первые белковые организмы с ДНК появилась на Земле не позже чем 3,8 миллиарда лет назад.
Смелые предположения и дерзкие гипотезы - профессор Роман Зубарев поражает своими научными открытиями. Талантливый ученый, обладатель нескольких наград, пионер использования ионно-электронных реакций в протеомике, профессор Каролинского университета (Швеция), выпускник МИФИ рассказывает о новых уникальных исследованиях, которые, мы уверены, в скором времени получат всемирное признание.
– Начнем с того, что я из провинции, из Краснодарского края, учился хорошо, был отличником и после окончания школы получил золотую медаль. Увлекался электроникой, в свободное время паял разные радиоустройства, поэтому хотел поступить в соответствующий вуз. При этом МИФИ в списке подходящих вузов стоял не первым.
Я окончил школу в 1980 году, это был год олимпиады. В МИФИ экзамены были раньше, чем в других московских вузах, и можно было, взяв набранные за вступительные экзамены баллы, поступить в другой вуз без экзаменов, баллы шли в зачет. Я подал документы на факультет автоматики и электроники, особо не надеясь и не рассчитывая на поступление. В итоге набрал 24 балла из 25 возможных при проходном балле 21,5.
Мне понравилась атмосфера вуза, понравились люди, поступающие вместе со мной, студенты, которые помогали готовиться к экзаменам. Поэтому я решил остаться в МИФИ.
В моей группе было две трети москвичей, большинство из них до этого ходили в математические школы, то есть у них уже была начальная подготовка и им было проще учиться на первом курсе. Мне было труднее, поэтому на вопрос мамы после первого семестра: – Как ты там? – я тогда ответил, что где-то в серединке плаваю.
Но прошел первый семестр, и я сдал экзамены на все «пятерки». Таких как я было девять человек из группы. Прошел второй семестр – я опять сдал на все «пятерки», и таких было пятеро. После третьего семестра отличников уже было трое, а потом остался только я один. На третьем курсе я получил стипендию имени М.Д. Миллионщикова, а на четвертом – Ленинскую стипендию.
– То есть уже со студенческих лет Вас отличало упорство и стремление к достижению цели?
– Нет, на самом деле я долгое время не знал, чего хочу. Помогало мне то, что я попал в конкурентную среду. Я поражался амбициозности москвичей и учился у них этому.
Уже позже, спустя много лет, когда пришло время поступать в университет моей дочери, и она не знала, куда поступать со своими отличными оценками, я дал ей совет: поступай в самый лучший университет, там ты встретишь людей, которые точно знают, что они там делают, и тебе расскажут. В МИФИ я встретил именно таких, очень заводных, целеустремленных людей. Не только среди своих друзей, но и преподавателей.
Но все равно после окончания МИФИ я не был точно уверен, что хочу пойти в науку. И так получилось, что я пошел на производство, стал работать в лаборатории масс-спектрометрии при заводе электронных микроскопов и масс-спектрометров в городе Сумы на Украине, тогда она входила в состав СССР.
Когда я пришел в 1986 году в составе лаборатории было всего семь человек, но к 1991 году увеличилось до восемнадцати. Большинство было выпускниками украинских вузов, в основном из Харькова. Все они были хорошими физиками, но у них не было московского драйва. Однако вместе со мной в лаборатории было пятеро выпускников МИФИ, включая нашего начальника Михаила Борисовича Лощинина. Вот у них был драйв. Один из них сейчас в США, другой – во Франции, работают в наукоемком производстве.
Мы работали над проектом по созданию плазменного десорбционного времяпролетного масс-спектрометра и прошли через все ступени создания коммерческого прибора: сбор литературного материала, проведение расчетов, создание прототипов, получение первых спектров, оптимизация параметров и, наконец, отгрузка и запуск первого прибора.
Помню один случай, который говорит о нашей увлеченности, научной смелости. Мы с моим другом Павлом Бондаренко, тоже выпускником МИФИ, пользуясь тем, что в то время началась перестройка, написали статью о своих исследованиях и послали ее в иностранный журнал, минуя литованные комиссии, которые могли либо задержать на годы, либо совсем запретить публикацию. Статья была принята, скандала не было, и мы послали раз за разом еще несколько статей.
1991 год – мне 27 лет, и я уже начальник лаборатории. На тот момент у меня было семь опубликованных научных статей, но не было ученой степени. Я стал учиться в заочной аспирантуре во Всероссийском научно-исследовательском институте радиационной техники (впоследствии технической физики и автоматизации), но не успел завершить обучение. Перестройка закончилась развалом Советского Союза.
Но, как в жизни часто бывает, проблема и ее решение возникают одновременно. И я даже не удивился, когда так и случилось.
3 октября я получил два звонка в один день. Первый звонок – в 10 утра из Москвы, в котором мне сообщили, что поскольку Украина становится независимым государством, Институт закрывает лабораторию и вместе с заводом отдает Украине.
Второй звонок – в 2 часа дня. Мне предложил поехать аспирантом в Швецию, в университет Упсалы, в группу профессора Бо Сундквиста, пионера в области биологической масс-спектрометрии, с которым я познакомился во ВНИИРТ во время его визита.
Кстати, за полгода до этого мне уже поступало предложение учиться в аспирантуре американского университета, но тогда в СССР все еще было хорошо, и передо мной открывались отличные перспективы, и я отказался.
Вот так я оказался в самом старом университете Швеции, который существует уже более 500 лет.
– За что Вы получили первую награду?
– Первую награду я получил за то, что участвовал в открытии диссоциации с электронным захватом. Это метод фрагментации молекул, в частности белков, в газовой фазе, который применяется в масс-спектрометрии для изучения больших молекул.
Мы его открыли, когда я был постдоком в Корнельском университете в США в 1997 году. Причем мне страшно повезло. Я даже больше горжусь тем, что мне повезло, чем тем, что именно я сделал. Вы знаете, такая русская ментальность – «Везунчик – это от Бога, а тяжелая работа – это каждый может».
До меня проект велся уже лет 10 и ничего не получалось. Но те, кто работал над ним, были химиками, а я взялся за работу как физик. При этом у меня сразу начались проблемы с руководителем лаборатории профессором Фредом МакЛафферти, у него оказался очень сильный характер. Он меня ломал и складывал заново. Продолжалось это четырнадцать месяцев, и каждый месяц был, как год. Но эти месяцы дали такой толчок моей научной карьере, что я потом летел, как ракета. Благодаря ему, Фреду. Когда я приехал в Корнельский университет, ему было 75 лет, сейчас 95, но он до сих пор выступает с научными докладами на международных конференциях.
Можно сказать, профессор МакЛафферти – мой герой. Это же совершенно другой подход к жизни, науке. Я многому у него научился, но потом, когда стал сам работать, то сказал себе – я никогда не буду делать так, как делал он. Однако прошло время, и я обратил внимание, что моя реакция, когда ко мне приходят студенты или постдоки, напоминает его реакцию. Оказывается, что эти отпечатки долгосрочны.
С тех пор я следую его постулатам: зрить в корень, отбрасывать частности и мелочи, концентрироваться на самом важном. Если есть три гипотезы, то надо выбрать одну и разрабатывать только ее, все остальное забыть. Работать только над главным, каждый день, каждый час, каждую минуту. Тяжело, но я стараюсь этим руководствоваться.
– Какими работами Вы гордитесь, считаете самыми важными?
– Есть две гипотезы, которыми я горжусь, но они пока не заслужили никаких наград. Одна из них – изотопный резонанс. Есть наблюдение, что соотношение изотопов (атомов разных весов) одного и того же элемента на различных планетах разное. На Марсе одно, на Венере – другое, на Земле – третье. Например, на Земле дейтерия 150 частей на миллион, на Марсе – 700. Случайны ли эти отношения или носят какой-то смысл?
Мы обнаружили, что на Земле, по крайней мере, соотношение изотопов разных элементов находится в определенных пропорциях друг к другу, причем таких, которые способствуют белковым реакциям жизни. Когда мы обнаружили эту закономерность, то были очень удивлены. Подумали даже, что это случайность, или закономерность не имеет никакого физического смысла.
Возникла дилемма, которая для ученого всегда очень мучительна. Выбор между пройти мимо и забыть, поскольку вероятность того, что за этим что-то стоит, очень мала, либо попытаться исследовать явление, но создать мнение у ученого мира, что я занимаюсь ненужными пустяками. Это на самом деле очень опасная ситуация, потому что дальше все твои гранты будут рассматриваться под этим углом и финансирование, скорее всего, будет урезано, даже если оно не относится к данной теме.
Однако пройти мимо означает что ты как ученый не использовал свой шанс. Поэтому, поколебавшись, я решил начать исследования. И они подтвердили нашу гипотезу. Сейчас можем утверждать, что жизнь на Земле возникла не случайно еще и потому, что у нас такие соотношения изотопов, которых нет на Марсе. Именно поэтому там нет жизни. У нас есть публикации на эту тему, но научный мир пока еще не воспринял полностью нашу идею.
– Вы сказали, что две гипотезы. Какая вторая?
– Вторая наша гипотеза — это то, что диамидация (потеря аммония из белков) приводит к старению и вызывает болезнь Альцгеймера. Белки, из которых на 60% состоит организм человека, являются не просто строительным материалом, но еще и катализатором реакций, которые восстанавливают равновесие, репарируют, если происходит какое-либо повреждение организма. Со временем белки теряют воду и аммоний. Воду можно легко вернуть организму, а аммонию неоткуда взяться. Оказалось, что потеря аммония разрушает структуру белка, он выходят из строя и больше не работает.
Наша гипотеза состоит в том, что если вернуть аммоний в белок, то он прослужит дольше и самое главное: тот механизм, который восстанавливает другие белки, тоже прослужит дольше. А значит, человек сможет прожить дольше.
– Вы уже можете предложить готовое решение как вернуть аммоний?
– Мы над этим работаем. Есть молекула, которая называется S-аденозил-метионин. Эта молекула продается в виде таблеток как пищевая добавка. Ни в каких продуктах питания ее нет. Эта молекула природная, производится нашей печенью, но сразу направляется на восстановление белков. С возрастом производство этой молекулы уменьшается, а потребность в ней возрастает. Но простым принятием содержащего S-аденозил-метионин препарата внутрь можно восполнить ее дефицит. Если каждый человек после 45 лет начнет ее принимать, то начало болезни Альцгеймера можно значительно отодвинуть. Болезнь Альцгеймера сильно связана с возрастом. Если сдвинуть ее начало на пять лет, то половина случаев исчезнет, а если на 10 лет, то - 90%.
– Вы сейчас работаете по этим двум направлениям или есть еще идеи?
– Есть еще одна тема, которая нас интересует – это смерть клетки, что происходит при этом и можно ли этот процесс повернуть вспять? Оказывается, можно. И мы его повернули.
Этот вопрос связан с происхождением жизни. Как началась жизнь на Земле? Есть теория, что были биологические молекулы, потом они каким-то образом сами собрались, и получилась первичная клетка. А как они собрались? Есть доказательства, что этот процесс возможен? Мы решили провести такой эксперимент – взять бактерию, разрушить ее, чтобы не осталось ни одной живой клетки, но ингредиенты, необходимые для жизни там бы остались, просто в перемешанном виде. А затем посмотреть самособерутся ли они.
Конечно, здесь нужны были особые условия. Во-первых, нужно было взять правильную бактерию, самую стойкую, которая мало подвержена радиации, высокой температуре и имеющую больший шанс выжить в эксперименте. Мы взяли дейнококкус, она занесена в книгу рекордов Гиннеса по стойкости. Как ее нашли? В 50-е годы в Америке пытались консервировать продукты радиацией, но выяснилось, что консервы все равно портятся, то есть там развиваются бактерии. Когда их попытались убить различными методами, то дейнококкус остался, как самый живучий.
Ученые долго изучали эту бактерию и пришли к выводу, что это белки. ДНК разрушена, а сохранившиеся белки ее сшивают – правильно, неправильно - неважно. А потом она начинает себя постепенно правильно восстанавливать.
Мы взяли большое количество этой бактерии, размололи, разделили отдельно на белки, липиды и нуклеиновые кислоты, то есть заведомо там жизни не могло быть, запаяли в стеклянные трубочки. Затем собрали в различных комбинациях – белки с липидами, белки и ДНК и так далее, и также запаяли в трубочки. Для контроля запаяли в трубочки и живые бактерии. Положили на месяц в холодильник, каждый день вынимали и трясли при комнатной температуре на протяжении часа.
Через месяц мы открыли запаянные трубочки и высадили их содержимое в чашки Петри. Живые бактерии дали обильные колонии – положительный контроль, а те, что были индивидуальными компонентами, не дали ничего – отрицательный контроль. Из тех образцов, где компоненты были смешаны, некоторые дали несколько колоний. Мы сделали протеомику и показали, что эти колонии – действительно дейнококус, но изломанный, отличающийся от изначального.
Мы провели эксперимент три раза. В первый раз сами себе не поверили. Во второй раз все задокументировали. В третий раз опять получили тот же поразительный результат. Из неживой материи мы создали живую клетку, тем самым показав, что жизнь может восстановиться из смерти.
– Для проведения таких смелых экспериментов и люди нужны особенные?
– Конечно, причем довольно безбашенные, я бы даже сказал сумасшедшие люди, crazy.
Кстати, в научном мире считают, что все русские ученые немного сумасшедшие. Как-то один иностранный профессор сказал мне, что он не встречал ни одного русского ученого, который не был бы crazy. И это так, это то, что нас отличает. Именно поэтому в научной Табели о рангах мы по субъективным показателям находимся вне категорий – в силу оригинальности мышления. И это все ценят.
Роман Александрович Зубарев – автор более 260 статей и 7 патентов; индекс Хирша – 56. В апреле 2006 г. в Венеции он удостоен награды по новым технологиям - RECOMB 2006. В этом же году ему присвоена медаль Курта Брюне Международного масс-спектрометрического общества за выдающиеся достижения в разработке масс-спектрометрического оборудования. В 2007 г. Американское масс-спектрометрическое общество присвоило ему медаль Клауса Бимана за достижения в масс-спектрометрии. В 2012 году – Золотая медаль от Всероссийского общества масс-спектрометрии.
краткое содержание других презентаций«Теории происхождения жизни на Земле» - Химическая гипотеза. Гипотеза креационизма. Опыт Луи Пастера. Гипотеза самозарождения. Опыт С.Фокса. Спаллацани. Определение жизни М.Волькенштейна. Гипотеза стационарного состояния. Живое возникает из неживого. Гипотеза панспермии. Подумайте. Основные свойства живых организмов. Образование коацерватов. Видеофрагмент. Гипотезы происхождения жизни. Определение жизни Ф.Энгельса. Плюрализм. Все живое из живого.
«Как возникла жизнь на Земле» - Теории происхождения жизни. Микроорганизмы. Атмосфера Земли. Л.Спалланцани. Ф.Реди. Возникновение жизни на Земле. Концепция биогенеза. Креационизм. Ван Гельмонт. Опыт С. Миллера. Витализм. Самопроизвольное зарождение жизни. Л.Пастер. Теория стационарного состояния. Панспермия. Естественное происхождение жизни. Теория А.И. Опарина. Жизнь на Земле. Изменение атмосферы Земли. Теория биохимической эволюции.
«Теории появления жизни» - Организмы отличаются от неживых. Биогенный способ. Теория биохимической эволюции Опарина. Креационизм. Гипотеза самопроизвольного зарождения жизни на Земле. Гипотеза панспермии. Французский микробиолог Луи Пастер. Происхождение жизни на Земле. Что такое жизнь. Теории происхождения жизни. Абиогенный способ. Органические соединения. Гипотеза стационарного состояния. Гипотеза биохимической эволюции. Свойства белка.
«Древнейшие организмы на Земле» - Формирование представлений об условиях зарождения жизни. Класс Двустворчатые Моллюски. Теории возникновения жизни. Кораллы. Представители класса двустворчатых моллюсков. В каком периоде мы с вами живем. Строение тела трилобитов. Рождение жизни. Теория эволюционная. Теория самозарождения. Космическая теория. Перечень временных подразделений. Черты сходства. Современные представители. Древнейшие организмы.
«История возникновения жизни на Земле» - Гипотезы самозарождения и станционарного состояния. Наука. Гипотеза самозарождения. Гипотеза стационарного состояния. Гипотеза креационизма. Гипотеза панспермии. Возникновение жизни. Ученые. Гипотеза биохимической эволюции. Возникновение жизни на Земле. Материалы.
«Проблема происхождения и сущности жизни» - Симпозиумы по проблеме происхождения жизни. Биополимеры. Критика идей спонтанного зарождения жизни. Вирусы. Синтез комплементарной цепи ДНК. Новая форма стабильности. Концепция биохимической эволюции. Сущность жизни и проблема происхождения жизни. Процесс воспроизводства. Справедливость теории биогенеза. Концепции происхождения жизни. Комплексы систем. Концепция самопроизвольного (спонтанного) зарождения жизни.
