Нанонауки. Невидимая революция - Кристиан Жоаким

Предполагается, что могут быть открыты бактерии еще меньшие, чем все известные малютки: они должны быть не длиннее 100 нм, а то и 20 нм! Если эти крошечные «нанобактерии» и в самом деле будут обнаружены, то они окажутся куда меньше всего того, что мы привыкли называть жизнью. В самом деле, они настолько малы, что их, кажется, и быть не может. Ведь для того, чтобы питаться и размножаться, то есть, иначе говоря, быть живым и, следовательно, жить, организм заведомо должен содержать в себе всё, что необходимо для выживания: непременно ДНК, рибосомы — чтобы вырабатывать белки, митохондрии, ну и цитоплазму — кисель, где все это плавает, упакованное в плазматическую мембрану, которую защищает жесткая стенка (без нее, правда, как-то обходится микоплазма — мельчайший из известных живых организмов). Теоретики подсчитали, что живой организм никак не может быть меньше 180 нм.

А вот новые бактерии должны быть еще меньше. Они состоят, согласно общепринятым воззрениям, или из самых маленьких сборщиков макромолекул, еще способных жить (это нисходящий подход, то есть миниатюризация), или из одной монументальной макромолекулярной машины — машины естественной, то есть созданной самой природой, но научившейся жить (тут: восходящий подход, монументализация). Само существование таких организмов оспаривается. Люк Монтанье, открывший вирус СПИДа, окрестил их аббревиатурой НБО — «неопознанные бактериальные объекты». Следы этих пока неопознанных бактериальных объектов обнаружены во многих и разных местах планеты: на скалах и в осадочных породах морского дна, а также в организмах млекопитающих (коров и людей).

До 1996 года были известны только такие бактерии, величина которых намного превышала теоретический предел. Ничто ничему не противоречило, все шло как надо. Все шло как надо и в жизни некоего геолога из университета Миссисипи: его звали Роберт Фоук, и он, работая в 1990 году, близ горячих ключей в окрестностях Витербо, недалеко от Рима, наткнулся на какие-то непонятные объекты. Они представляли собой совсем крошечные (25-500 нм) кружки и овалы, выстраивавшиеся в цепочки или группировавшиеся как попало. Геолог понял, что это не минералы, и окрестил непонятные следы «наннобактериями» — с двумя «н», потому что в начале XX века эту приставку писали с двумя «н», и так до сих пор делают биологи и палеонтологи (см. Приложение II). Тогда на Роберта Фоука просто не обратили внимания: какой-то геолог — да что он может понимать в биологии? Кто же не знает, что такой крошечной жизни нет и не может быть! Подумаешь — открытие… Этот Роберт Фоук, если он и в самом деле что-то углядел, так то наверняка остатки заурядных бактерий. Ну, может быть, какие-то конкреции, вкрапления минералов, а что они такие чудные… Ну так они всякими бывают.

Но Роберт Фоук упорно стоял на своем. Он был тверд как сталь. В 1992 году Фоук устроил конференцию в Американском обществе геологии. На этот раз кое-кто к нему прислушался. В зале сидел Крис Романек, геохимик, работавший в НАСА, и он что-то быстро записывал вслед за докладчиком. Похоже, рассказ геолога заворожил геохимика, и тот, решив лично заняться изучением диковинных следов непонятных организмов, захотел проверить на наличие таковых имеющиеся у него образцы породы. Он переговорил с Дэвидом Маккеем, тоже работавшим в НАСА, но в Хьюстоне, в Космическом центре Джонсона, и, вооружившись электронным микроскопом высокого разрешения, — внимание! — обнаружил структуры такие же или очень похожие на то, о чем рассказывал Роберт Фоук!

Весть об этом открытии наделала в мире много шуму — очень уж необычными казались исследованные образцы, точнее, их происхождение. Они были отобраны с метеорита, прилетевшего с Марса. Само падение этого метеорита, окрещенного аббревиатурой ALH84001 (открыт в 1984 году, в Антарктиде, у горного хребта Аллан-Хиллз), прошло незамеченным, как, впрочем, и его обнаружение. Но, когда двенадцать лет спустя Дэвид Маккей и Крис Романек нашли в нем структуры, «похожие размерами и формой» на наннобактерии, обнаруженные Робертом Фоуком, незамедлительно вспыхнули жаркие споры. Мало того, что как будто бы подтверждалось существование наннобактерий (уже дело громадной важности), но, более того, эти организмы, похоже, попали на Землю с Марса: выходило, что на Марсе есть — или была — жизнь!

Весь мир затаил дыхание. Нашествие зелененьких человечков? Как сказать.

Внеземные существа оказались крошечными бактериями, куда меньшими, чем все то, что под силу нашему воображению. Правда, кое-кто орал во все горло: «Ну да, открытие! Как же это открыватели умудрились подгадать со своим открытием к голосованию в конгрессе?» Законодатели тогда как раз решали, какую долю бюджета стоит потратить на корабли, отправлявшиеся к Марсу. И пошло-поехало: да в самом ли деле эти продолговатые бороздки оставила после себя некая жизнь? Да и с Марса ли камушки-то? Мало ли чего сыщется в той Антарктиде.

Во Франции между тем нашлись исследователи, вознамерившиеся приглядеться поближе к метеориту, который упал в 1936 году в пустыню в Тунисе, близ Татавина; затем его доставили в Национальный музей естественной истории в Париже, куда в 1990-х попали и другие обломки этого же и иных пришельцев из космоса. Татавинский метеорит уж точно был не с Марса, однако его химический состав оказался почти таким же, как у ALH84001. И тут ученых ожидал сюрприз: в осколках метеорита нашлись продолговатые палочки длиной в несколько десятков нанометров, но — второй сюрприз — они были не на том кусочке метеорита, который был подобран через несколько часов после его падения. Получалось, что «наннобактерии» завелись на тех фрагментах метеорита, которые лежали в пустыне и после 1936 года, а на обломке, который почти сразу же попал в музей и хранился там в герметичном контейнере, охраняющем неземной камень от земных загрязнений, их не было! Стало быть, происхождение «наннобактерий» — вполне земное, да и то, что увидали на ALH84001, тоже, скорее всего, возникло на Земле, и, значит, вряд ли тут наследила внеземная жизнь.

И все же остается одно возражение: продолговатые следы на метеоритах как-то несовместимы с жизнью и жизнедеятельностью — какими мы их сегодня знаем. Чуть позже похожие формы размерами от 50 до 500 нм нашли в Австралии, когда обследовали образцы, извлеченные со дна морского, где они лежали на трехкилометровой глубине. Геолог Филиппа Юинз, стоявшая у истоков этого открытия, окрестила их «нанобами» («нано» — биологические организмы; «бы» — от «микробы», биологические микроорганизмы). Занявшись их изучением, она сумела показать, что нанобы состоят из углерода, кислорода и азота, а эти химические элементы неотделимы от жизни. Более того, Юинс доказала, что нанобы самопроизвольно развиваются как культура при комнатной температуре. И еще у них есть мембраны и к тому же они… позитивно прореагировали в трех тестах на присутствие ДНК. «Если нанобы — не биологические организмы, то трудно предложить вместо них что-то другое, что бы не противоречило нашим результатам», — сделала заключение Филиппа Юинз. Больше она ничего не сообщила мировому научному сообществу — что весьма странно, поскольку открытие ее действительно очень важно.

Работающий в Университете Куопио, в Финляндии, микробиолог Олави Каяндер в своей работе часто сталкивался с необходимостью готовить всякие бульоны из клеточных культур. Однажды вся его стряпня пошла насмарку: клетки погибли. Чтобы понять, что произошло, ученый проанализировал сыворотку плода теленка, которая была добавлена в культуру в качестве питательной среды. Загрязнений в сыворотке он не нашел, зато обнаружил какие-то неведомые организмы, размер которых был не меньше 50 и не больше 200 нм. Микробиолог решил, что это — наннобактерии, которые, как оказалось, встречались не только в геологических породах, но и присутствовали в живых организмах. Но маловеры не унимались и твердо стояли на своем. Мол, образцы еще раньше, до попадания в бульон, были заражены другими бактериями из-за изъянов в органическом материале или просто потому, что уже кишели самыми заурядными бактериями. А что такие маленькие, так это — стресс. Человек, если его напугать, съеживается, вот и эти тоже ужались и сократились.

Карим Бензерара из Института минералогии и физики плотных сред (CNRS) решил покончить с этими дрязгами, разгадав тайну наннобактерий. Присоединившись к команде исследователей Татавинского метеорита, Бензерара начал изучать его обломки с помощью самых совершенных приборов — мощного просвечивающего электронного микроскопа и синхротрона (ускорителя элементарных частиц). И выяснил, что каждая палочка, обнаруженная в Татавинском метеорите, на самом деле всего лишь кристалл кальцита (известкового шпата). И уж конечно не живой микроорганизм! Значит, есть чисто минеральный процесс, приводящий к образованию именно таких форм. И этот процесс даже удалось воспроизвести в лаборатории. Так что, похоже, нанесен роковой удар по наннобактериям геологического происхождения (то есть тем, что были найдены в метеоритах, скалах и в осадочных породах морского дна).