Тайна зарождения жизни на ЗемлеУправление клетками сердца с помощью лазера - Константин Агладзе - Наука в фокусе - 2016-04-22
22.04.2016
Тайна зарождения жизни на ЗемлеУправление клетками сердца с помощью лазера - Константин Агладзе - Наука в фокусе - 2016-04-22
Скачать
Н. Асадова
―
16 часов и 6 минут в Москве. У микрофона Наргиз Асадова и мой постоянный соведущий Егор Быковский, заведующий отделом науки журнала «Вокруг света». Привет, Егор.
Е. Быковский
―
Привет, Наргиз. Здравствуйте, дорогие друзья.
Н. Асадова
―
Здравствуйте, все. И сейчас мы представим вам первую нашу тему. Звучит она так: «Управление клетками сердца с помощью лазера». Но я бы даже её расширила и поговорила вообще о перспективах искусственных тканей. Егор, расскажи мне, почему мы решили про это поговорить.
Е. Быковский
―
Всё-таки речь идёт не о прямом управлении клетками сердца. Это ещё не клинические исследования. А речь о том, что несколько дней назад в журнале «Plos one» была опубликована интересная статья про то, что учёные из лаборатории биофизики возбудимых систем МФТИ выяснили, как можно контролировать поведение клеток сердечной мышцы (кардиомиоцитов) с помощью излучения лазера. И это исследование поможет лучше понять механизмы работы сердца. А в перспективе даст способы борьбы с аритмией. И ведущий автор этого исследования, Константин Агладзе, с которым мы как-то уже разговаривали в нашей передаче чуть больше года назад, и мы в этот раз мы решили пригласить его тоже в студию, правда, виртуально, по телефону.
Н. Асадова
―
Да. У нас по телефону Константин Агладзе, кандидат физико-математических наук, профессор МФТИ. Константин, здравствуйте. Вы нас слышите?
К. Агладзе
―
Здравствуйте. Очень хорошо слышу.
Е. Быковский
―
Я бы хотел для начала попросить вас сказать, что такое аритмия и чем она опасна, насколько часто она встречается и как с ней сейчас борются. То есть если вы занимаетесь этим вопросом, значит есть такая потребность.
К. Агладзе
―
Понятно. Что такое аритмия? По определению это значит ненормальный ритм сердца. Нормальный ритм сердца нам нужен для того, чтобы сердце сокращалось периодически и прокачивало кровь, обогащённую кислородом, и давало, соответственно, дышать нашим тканям. Если же сердце работает в неправильном ритме, то оно плохо прокачивает кровь. А если этот ритм полностью сбивается и дезорганизуется, то оно перестаёт прокачивать кровь, и если не принять срочных мер, то человек просто умирает.
Е. Быковский
―
Я как раз про это и спрашивал. Понятно, что если сердце перестало работать, то оно перестало доставлять кислород к тканям, им нечем питаться. А если просто какой-то другой ритм, то почему это всё-таки так опасно? Не очень понятно сходу.
К. Агладзе
―
Это проще было бы, конечно, чтобы что-то нарисовать ещё. Из того, чем мы занимаемся, особо опасной является тахиаритмия, то есть это когда ритм сердца сильно ускоряется. А ускоряется он не просто потому, что мозг подаёт сигнал, а потому что возникают паразитные источники возбуждения в сердце, которые подчиняют себе сердце, так называемые вращающиеся волны. Иногда их ещё называют спиральными волнами. Вот эти вращающиеся волны задают свой ритм, ненормальный для сердца. А из-за того, что сердце начинает немотивированно быстро работать, то, в общем, его работа разрушается. То есть клетки истощаются, и в результате происходит полная дезорганизация. То есть наиболее опасно – это именно тахиаритмия.
Н. Асадова
―
Нам тут сообщают, что каждая восьмая смерть в мире вызвана аритмией в острой фазе. То есть это действительно актуальная работа. И тут говорится о том, что вы и ваша лаборатория выяснили, как управлять клетками сердца с помощью лазера. Можете поподробнее рассказать?
К. Агладзе
―
Да, могу. Тут немножко упрощённо всё было подано. Ситуация здесь вот какая. Последнее время вообще есть большое желание у научного сообщества научиться управлять возбуждением сердечных клеток и нервных тоже, но это отдельная история, с помощью света. Дело в том, что пока то, что сейчас делается – это делается уже (и достаточно эффективно и долго) с помощью электродов. А свет интереснее по многим причинам, потому что у электродов есть определённая несовместимость с тканью. Они немножко её выжигают, они немножко её портят. Я имею в виду живую ткань, например, ткань сердца.Поэтому многие люди пытались делать такие… Есть очень интересные работы. Они ведутся в настоящее время, особенно за рубежом. Делают ткань сердца чувствительной к свету с помощью трансекции специальных белков, например, канального родопсина. Есть такое целое направление – оптогенетика. То есть можно внедрить в клетку белки, которые сделают её чувствительной к свету.
Е. Быковский
―
Секундочку, я вас прерву. А как свет доставить? Проводящие пути какие для него в данном случае?
К. Агладзе
―
Вот это дальше начинаются интересные вещи. А дальше, например, то, что я общался с кардиологами, с конкретными лечащими кардиологами, они говорят: а дальше мы поставим световоды. Мы поставим световоды вместо электродов, и будет всё хорошо. Кроме того, когда свет подаётся на сердце, понимаете, в чём дело, когда мы используем электрод, это всегда металлический электрод, не знаю, платиновый, у него ток всегда может расходиться. То есть особо точно можно провести, но всё равно это будет на определённую область ток с электрода идти. А свет можно реально сфокусировать на очень маленькую поверхность. Представьте себе, длина волны света. Вот точность, с которой вы можете дать стимулирующее воздействие.
Е. Быковский
―
Кроме того, световод не металлический, что тоже хорошо. Полимерный какой-то.
К. Агладзе
―
Естественно, да. Гораздо больше биосовместные вещи. Поэтому вот это техническая вещь. Теперь люди делают эту оптогенетику. Но, понимаете, доставить в сердце в определённые места вот эти плазмиды, провести трансекцию, чтобы там начали нарабатываться белки, чтобы всё это не вылетело, как известно молекулярным биологам, чтобы всё это постоянно стояло и работало. Я имею в виду эту молекулярную машину. Это достаточно сложно. А мы нашли способ дать химическое вещество, которое на самом деле работает. И оно блокирует или не блокирует возбуждение от сердечных клеток. А вот с помощью света мы его переводим либо в активную форму, которая блокирует, либо в пассивную форму, которая не делает ничего.
Н. Асадова
―
А что это за вещество?
К. Агладзе
―
Сейчас у нас есть два вещества. Одно из класса азобензены, это так называемый азотап. Химическую формулу можно посмотреть в нашей публикации. Кроме того, мы разрабатываем сейчас и другие вещества. Потому что азобензены довольно токсичные, в модельных экспериментах их легко применять. А вот до фармакологической промышленности они, конечно, не дойдут.
Н. Асадова
―
А второе вещество? Вы просто сказали, что два основных.
К. Агладзе
―
Это так называемый… Это вещество из семейства стильбенов. То есть оно похоже по своей структуре, но немножко другое.
Н. Асадова
―
Оно не такое токсичное?
К. Агладзе
―
Не такое токсичное. Оно гораздо менее токсично. Но про второе вещество я сейчас много говорить не буду, потому что эти вещи ещё не опубликованы.
Н. Асадова
―
Скажите, пожалуйста, как производятся эти эксперименты. Я так понимаю, что кардиоинженеры выращивают клетки мышечной ткани сердца на разных подложках, и на них производят эти эксперименты.
К. Агладзе
―
Совершенно верно. Это то, что мы делаем. Мы создаём небольшие лоскуты сердечной ткани.
Н. Асадова
―
А из чего? Как это происходит? Мне сам процесс интересен.
К. Агладзе
―
Как это происходит. Есть два разных варианта. Один вариант – это так называемая первичная культура, это когда мы берём новорожденных крысят и разбираем их сердца на клетки, а потом собираем в нужном нам состоянии. Разборка производится с помощью специальных ферментов. И есть протоколы.Второй вариант, который сейчас у нас гораздо более интересный – это перепрограммированные клетки. У нас есть очень хорошие партнёры в Новосибирске, которые сумели поставить на протокол дифференцировки так называемых индуцированных плюрипотентных клеток. Это аналог стволовых клеток. То есть берутся клетки кожи или крови и перепрограммируются в сердечные. После этого из них тоже можно сделать лоскуток ткани.
Е. Быковский
―
А это вообще универсальный механизм? То есть любые клетки можно таким способом перепрограммировать?
К. Агладзе
―
Вообще запретов нет. В 2012 году Шинъа Яманака получил нобелевскую премию за то, что можно терминально дифференцированные соматические клетки вернуть в состояние их детства.
Е. Быковский
―
Это очень интересно. Мы сейчас ещё к этому вернёмся минут через 5-10, а пока поговорим всё-таки про сердце. Простите. Я вас прервал. Вы говорили про то, что ваши коллеги прислали вам инструмент, для того чтобы не пересобирать, а перепрограммировать сердечные клетки.
К. Агладзе
―
Это не совсем инструмент. Это целый протокол. Это процедура, которая была ими опробована, и она у нас пошла здесь.
Н. Асадова
―
Я так понимаю, что вы уже научились выращивать так или иначе клетки мышечной ткани. И теперь вы пытаетесь управлять ею. И управляете с помощью этих двух веществ. И каковы успехи? Насколько вы можете эффективно контролировать эти ткани?
К. Агладзе
―
Смотрите, с азотапом, который более токсичен, но зато мы его лучшем знаем сейчас, мы, например, можем делать такие вещи… Мы можем просто с помощью проектора проецировать необходимую картинку на лоскуток сердечной ткани, а картинку эту генерирует компьютер. То есть мы можем компьютеру задать варианту картинок, картинка может зависеть от времени. И потом это всё проецируется на лоскуток ткани. И возбуждение распространяется по сердечной ткани соответственно этой картинке.
Н. Асадова
―
Ой. Непонятно, как вы выбираете картинки. И что это за картинки? Вы что, в голове рисуете цветочки?
К. Агладзе
―
Например, мы хотим изучить какую-то схему проводящих путей. Вот мы эту схему проводящих путей рисуем, и рисуем её светом на сердечной ткани.
Н. Асадова
―
А картинку проводящих путей вы как вычисляете? Не очень понятен механизм.
Е. Быковский
―
Они наоборот задают.
Н. Асадова
―
Задаёте. Вы же от чего-то отталкиваетесь, почему именно таким образом проводящие пути.
К. Агладзе
―
Отталкиваемся.
Н. Асадова
―
От чего?
К. Агладзе
―
Есть целая наука. Называется биофизика сердца. И там известны ситуации, при которых есть подозрения, что, например, определённой формы препятствия, через которые не распространяется волна возбуждения, могут эту волну возбуждения настолько испортить, что она закрутит вот эти самые вращающиеся спиральные волны, которые, как мы в самом начале говорили, очень опасны.И для того, чтобы проверить, так это или не так, мы должны создать, например, препятствия определённой формы, или, как говорят кардиологи, получить определённый проводящий путь. Вот это мы и делаем.
Е. Быковский
―
Ясно. Я бы хотел уточнить. Полностью ли вы себе представляете механизм возникновения аритмии? В этом исследовании, насколько я понимаю, вы пытаетесь гасить её последствия. Когда она уже возникла, нажали на кнопку и попытались остановить. А нельзя ли действовать с другой стороны, то есть выяснить, почему она точно возникает и воздействовать на первоисточник?
К. Агладзе
―
Именно этим мы и занимаемся. В наших модельных экспериментах эти вещества нам в первую очередь интересны именно потому, что мы можем по сути дела создавать некую структуру в нашей выращенной сердечной ткани и смотреть, приведёт ли такая структура проводящих путей приведёт к аритмии или нет. А потом, например, дать туда лекарство, какой-нибудь стандартный антиаритмик, и посмотреть, что произойдёт в этой ситуации – будет он мешать возникать аритмии или не будет, эффективно это лекарство или нет.
Е. Быковский
―
А следующий шаг, раз уж вы занимаетесь такого рода структур – видимо, построить искусственное сердце, в котором не может возникнуть аритмия?
К. Агладзе
―
Такие сердца сейчас уже строят. Они называются полимерные насосы. Вообще на самом деле я должен сказать, что мы когда-то разговаривали про выращивание искусственного сердца и так далее. А сейчас наука и технология не стоит на месте. И часто развивается с совершенно неожиданной стороны. Я недавно с большим воодушевлением прочитал о том, что было сделано в Соединённых Штатах в Техасе. Там в клинике пациенту, который ждал пересадки сердца, поставили просто полимерный насос вместо его сердца. Он просто не дождался своей очереди на пересадку. И несколько месяцев у него этот полимерный насос прекрасно качал кровь.
Е. Быковский
―
А потом таки пересадили сердце нормально?
К. Агладзе
―
Потом всё-таки пересадили. Но несколько месяцев – вы понимаете, что это уже очень много.
Е. Быковский
―
То есть несколько месяцев это без всяких последствий?
К. Агладзе
―
Да.
Н. Асадова
―
А почему тогда нельзя полностью отказаться от пересадки сердца от человека к человеку, а поставить полимерные насосы?
К. Агладзе
―
Я думаю, что в конце концов так и будет.
Н. Асадова
―
А что сейчас мешает? Почему полимер-насос не может постоянно…
К. Агладзе
―
Здесь ситуация вот какая. На самом деле всё достаточно сложно, потому что самая важная вещь, которая должна быть решена с этими полимерными насосами – они не должны травмировать… Это то, что тормозило развитие вообще системы «искусственное сердце-лёгкие», которую применяют при операциях на открытом сердце. Просто сейчас настолько шагнула вперёд наука новых материалов, что стало возможным делать компактные системы для прокачки крови. Как они себя поведут на длительных временах – пока непонятно. Медицина – всё-таки довольно консервативная вещь. Если пересадка сердца работает, то она и будет пока работать. Но я думаю, что в конце концов всё-таки эти маленькие насосы…
Н. Асадова
―
Есть ещё одно направление – это сердечные заплатки, то есть выращивание кусочков, ставить такие заплатки в сердце, там, где сердце барахлит. Как в этом направлении – наука продвинулась или нет?
Е. Быковский
―
Можно я немножко разовью тот же самый вопрос? Потому что я хотел спросить, какой способ лучше – всё-таки делать искусственные сердца или выращивать из имеющихся клеток, из образцов выращивать запчасти, или вообще сердце целиком? Что перспективней?
К. Агладзе
―
Вы меня спрашиваете, прямо как Вангу.
Е. Быковский
―
Что вам представляется перспективнее?
К. Агладзе
―
Мне сейчас больше всего нравится, что люди делают полимерные насосы. Что касательно выращивания заплаток, здесь ситуация вот какая. Построить целое сердце – оно очень сложное по своей структуре, четырёхкамерное, там очень развитая система волокон. Это всё достаточно сложно. У него очень сильно развитое сердечное русло. И так далее. Но есть приближение вот какое. Сделать толстую стенку сердца достаточно тяжело.
Е. Быковский
―
А сколько вы сейчас делаете слоёв?
К. Агладзе
―
Мы можем 3-4 слоя, дальше пока никому не удалось. Потому что там дальше одновременно нужно выращивать сосудистое русло. Но то, что можно сейчас сделать – это проводящую систему сердца восстанавливать с помощью таких маленьких заплаток. Например, сейчас наши партнёры в Новосибирске получили грант РНФ, которым поддержана работа именно по восстановлению синусного узла сердца, который является главным. Это работа, которую они ведут с нами. И здесь мы будем делать маленькие заплатки, восстанавливающий главный ритм сердца.
Е. Быковский
―
Понятно. На секунду всё-таки вернусь. Очень волнует тема выращивания сердца. Я понимаю, что до человеческого в этом смысле ещё очень далеко. Но, может быть, кто-то делал уже какие-нибудь примитивные прототипы вроде сердца насекомого какого-нибудь? Не четырёхкамерного, даже не двух.
К. Агладзе
―
У меня есть группа студентов, которые сейчас работают над перистальтической помпой на основе кардиомиоцитов, то есть сердечных клеток. В общем, пока чего-то такого… Вообще всё это смотрелось очень красиво и приятно изначально, когда на уровне идей. Но пока похвастаться тут нечем.
Н. Асадова
―
Это мы говорим о сердце. А вообще о производстве разных тканей… То есть мы видели, что, например, нос на подложке вырастили пациенту. Я так понимаю, что в эту сторону наука очень продвинулась за последние несколько лет буквально.
К. Агладзе
―
Да. Кости можно растить. Вообще вот этот 3D-printing, трёхмерная печать – это очень хорошо для костей, для связок, для хрящей. Но для сердца, например, это вряд ли будет работать.
Н. Асадова
―
Просто это более сложная ткань.
К. Агладзе
―
Да. Там технология печати должна быть настолько сложная. Там же не просто поместить определённую клетку в определённое место. Их ещё и сориентировать надо.
Е. Быковский
―
Внутри должны быть действующие сосуды.
К. Агладзе
―
И так далее, да.
Е. Быковский
―
Так что для сердца, печени и других сложных органов…
К. Агладзе
―
А печень попроще будет. В случае печени как раз всё нормально будет работать. Там можно лепестки практически нашивать на печень, и в принципе она будет восстанавливаться.
Н. Асадова
―
Я так понимаю, что печень – это вообще такой удивительный орган, который чуть ли не из одной четверти может восстановиться.
К. Агладзе
―
Совершенно верно. Поэтому если у человека, например, разрушена печень гепатитом или какими-нибудь интоксикациями, то, в общем, ему вполне реально подшивать заплатки, которые будут потом… Печень будет регенерировать.
Е. Быковский
―
Ещё один вопрос чуть в сторону. Я прочитал, что ваша работа началась в Киото, а закончилась в МФТИ. А в Японии она не продолжается. Или продолжается, но другими силами, и как-то…
К. Агладзе
―
Нет, не продолжается. Это во всём мире так. Поскольку это была моя лаборатория и моя группа, с моим уходом группа прекратила существование там, и создалась новая здесь.
Н. Асадова
―
Перебазировались.
Е. Быковский
―
Да. Я спрашиваю про это потому, что…
К. Агладзе
―
И все ноу-хау тоже переехали.
Е. Быковский
―
Понятно. Просто обычно перспективными исследованиями японцы очень интересуются и пытаются их как-то повторить. Почему они забросили это очень перспективное направление, особенно если мы вспомним о том, к какому количеству смертей приводит аритмия, почему они над этим не работают?
К. Агладзе
―
Они работают. И над аритмией они работают. Конечно, есть группы. У меня есть хорошие партнёры. В принципе в Киотском университете, где я работал, там сейчас такой группы нет.
Н. Асадова
―
Да. Хорошо, что у нас в МФТИ зато есть такая перспективная группа.
К. Агладзе
―
Она в моём лице переехала в Россию.
Н. Асадова
―
Скажите, пожалуйста, сейчас это ваше лабораторное исследование – как вы думаете, в какой перспективе это всё-таки можно будет испытывать уже на животных, потом на человеке…
Е. Быковский
―
Сколько лет займут все этапы клинических исследований?
К. Агладзе
―
На малотоксичных аналогах я думаю, что мы к экспериментам на животных подойдём года через 2. То есть это вполне видимое будущее.
Н. Асадова
―
А потом когда на человеке будет это испытано? Я понимаю, что в зависимости от того, как животные отреагировали.
К. Агладзе
―
Я не медик. Я биофизик. Это же дальше там разрешения надо получать всякие.
Е. Быковский
―
Кроме того, я вообще пока не очень себе представляю, как это работает. Понятно, что на ткань можно нанести, потом смыть. А в реальное сердце как ввести…
К. Агладзе
―
Я вам расскажу, какая может быть гипотетическая схема.
Н. Асадова
―
Только у нас одна минута.
К. Агладзе
―
С аритмиями часто борются так: вводят катетер и выжигают кусок ткани. Выжигают не с первого раза – с пятого, седьмого раза. То есть много повреждений. Представьте, ввести катетер, ввести вот это вещество и не выжигать ткань, а просто её временно выключить и посмотреть, снялась аритмия или нет. Если не снялась, идти в другое место.
Е. Быковский
―
Это более щадящий, конечно…
Н. Асадова
―
Спасибо вам большое. Спасибо вам за вашу работу и за то, что пояснили, как это всё было сделано. У нас в студии по телефону был Константин Агладзе, кандидат физико-математических наук, профессор МФТИ.
К. Агладзе
―
Константин Юрьевич, большое спасибо.
Н. Асадова
―
Прервёмся сейчас на краткие новости и рекламу. Затем вернёмся в эту студию. Никуда не уходите.НОВОСТИ
Н. Асадова
―
16 часов и 35 минут в Москве. У микрофона по-прежнему Наргиз Асадова и Егор Быковский. И мы продолжаем передачу «Наука в фокусе». И сейчас у нас будет новая тема, которая будоражит сознание не одного поколения человечества – как же зародилась жизнь на Земле? Об этом мы поговорим. И поводом для нашего разговора стала публикация «Proceedings of the natural academy of science». Учёные из Портлендского государственного университета сделали некое открытие. Какое это открытие, чуть позже скажу. А сейчас просто небольшой экскурс в историю вопроса. Понятно, что многие десятилетия, а, может быть, даже столетия биологи, химики, математики работают над проблемой зарождения жизни. И хотя уже существуют научно обоснованные подкреплённые гипотезы химической эволюции до появления первой клетки, работа в этом направлении продолжается. И, как мы понимаем, уже сейчас, вернее, уже даже 100 лет назад, в начале XX века учёные доказали, как из неорганической химии может получиться органическая, как получаются белки. Вы, наверное, все в учебниках биологии читали, что был некий насыщенный бульон достаточно горячий, и, пропуская через него электричество, учёные доказали, что неорганические вещества превращаются в органические.
Е. Быковский
―
Это ты опыты Миллера имеешь в виду 1950-х годов.
Н. Асадова
―
Да. Но вопрос оставался вот в чём. То есть если эти органические соединения самые успешные получились, то как они себя самовоспроизводят, то есть каким образом. Тем более, что в эту лужу, условно говоря, с этим насыщенным бульоном, допустим, попала молния, и они там образовались. А как они дальше стали развиваться? В общем, на этот вопрос ещё нет однозначного ответа. И вот…
Е. Быковский
―
Мы подошли к нему ближе.
Н. Асадова
―
Учёные из Портлендского государственного университета проводили эксперименты над рибозимами, я так понимаю, что это вариант РНК, и они выяснили, что способность этих молекул катализировать собственную сборку зависит от их взаимодействия с другими подобными молекулами. Эта работа стала ещё одним кирпичиком в подтверждении гипотезы РНК-мира, что те самые белковые соединения, которые впервые начали себя воспроизводить, именно были молекулами РНК. И это очень интересная работа. Мы её обсудили с Филиппом Хайтовичем, профессором Сколтеха. Он эволюционный биолог, профессор Шанхайского научно-исследовательского института вычислительной биологии и руководитель лаборатории в Сколтехе. Надо сразу сказать, что Филипп сейчас находится в Шанхае, и мы с ним говорили по телефону, поэтому связь может быть не самой лучшей, но давайте послушаем это интервью.Вопрос мой такой. В XXI веке большинство учёных стали склоняться к тому, что в основе модели зарождения мира лежит молекула РНК. И биологи из Портлендского государственного университета, я так понимаю, что просто в очередной раз это доказали, работая с рибозимами. Правильно ли я это понимаю?
Ф. Хайтович
―
В принципе правильно. Единственное, что идея РНК-мира не нова, она возникла ещё где-то, наверное, лет 50 назад. Она основана на наблюдении того, что большинство основополагающих биологических процессов катализируются РНК-ой.
Н. Асадова
―
Почему именно эта молекула, а не какая-то другая? То есть в принципе же в органической химии есть различные соединения. Почему именно пал выбор на РНК?
Ф. Хайтович
―
Почему была выбрана РНК, на самом деле непонятно. Видимо, условия зарождения жизни как-то способствовали возникновению РНК-полимеров. Но условия зарождения жизни на самом деле должны были быть достаточно специфическими. Мы не совсем понимаем, в какой системе зарождалась жизнь.
Н. Асадова
―
По поводу системы. Все говорят о том, что вода – это неотъемлемое условие для зарождения жизни. Но в принципе отдельные учёные говорят о том, что вода не способствует синтезу биополимеров, а наоборот происходит гидролиз, и тем не менее всё равно считается, что жизнь зародилась в океане, как нас в школе учили, например.
Ф. Хайтович
―
Конечно, когда мы думаем об океане, мы всегда думаем о таком океане, как мы сейчас живём. На самом деле, когда зарождалась жизнь, всё было по-другому. И не было, например, кислорода в атмосфере практически. А где зарождалась жизнь – это может быть совсем специфическое место, какой-нибудь горячий вулканический серный источник или что-нибудь в этом роде. Или какая-нибудь глубокая скважина на дне океана. Это совсем не обязательно, что просто где-то, как в кастрюле, плавали молекулы, и в результате скомбинировались в сложный биологический организм.
Н. Асадова
―
Тем не менее, история про вот этот первичный океан, этот бульон – это то, что до сих пор в учебниках у нас по биологии значится. И каким образом исследование вот этих первичных условий зарождения жизни ведётся сейчас, и что известно об этом самом первоначальном бульоне, океане, если, как ты говоришь, что это не так, как сейчас, это не просто солёная вода.
Ф. Хайтович
―
Естественно, условия зарождения непонятны. Очевидно, что это должна быть какая-то довольно сложная система, не просто с точки зрения органики или температурного режима, но и с точки зрения организации. То есть, скорее всего, это не просто была какая-то кастрюля с бульоном или источник с бульоном, а какие-то поверхности в источнике, может быть, специальные породы, на которых проходил поверхностный катализ, возникали локальные сообщества молекул, которые потом комбинировались под воздействием температуры и среды, более сложные системы.
Н. Асадова
―
А склоняются ли учёные к чему-то? Это всё-таки было зарождение в холодной воде, в горячей воде? Тоже разные я читала теории на этот счёт.
Ф. Хайтович
―
Теории есть разные. И, конечно, воссоздать процесс люди пытаются. И есть успехи в этом направлении. Но, естественно, воссоздать весь процесс эволюции биохимических путей очень сложно. Потому что в принципе это всё должно было произойти как-то достаточно быстро. Если мы говорим, что первые организмы появились на Земле уже 3.5 млрд лет назад, это значит, что в них уже наверняка были сформированы все основные биохимические процессы. А Земля ещё в то время была совсем молодой. И как это могло так быстро произойти, достаточно быстро с точки зрения геологических и биохимических процессов – не совсем понятно.
Н. Асадова
―
Нам классическая теория, которая на сегодняшний день главенствует, говорит о том, что было три этапа возникновения жизни. Сначала возникли органические вещества, потом возникли белки и потом уже белковые тела. Мне всегда было любопытно, ещё с детства, как произошло возникновение органической из неорганической. Есть ли какие-то новые объяснения?
Ф. Хайтович
―
Это как раз достаточно просто. То есть возникновение органических из неорганических было показано уже очень давно, например, мочевины или более сложных соединений. Это как раз несложно. А другое дело, что являлись ли первые формы жизни белковыми, или они были РНК-овые, или были ещё из каких-то других молекул, которые не дошли, не сохранились до нашего времени, на данный момент непонятно. Достаточно больше аргументов на самом деле, что первый живой мир был из РНК, чем из белков, на это указывает гораздо большее количество доказательств, чем, например, на белковый мир.
Н. Асадова
―
Ещё такой вопрос. Чем отличается нынешний эксперимент вот этих самых учёных из Портленда от эксперимента Миллера, который пропускал электрические разряды через первичный бульон? Это тоже то, что из учебников биологии нам известно.
Ф. Хайтович
―
Электрические разряды через первичный бульон – это как раз зарождение органических молекул. А что сделали портлендские учёные – это уже совсем другой уровень. Они показали, что сложные органические молекулы, цепочки РНК, могут сами себя воспроизводить. То есть самовоспроизводство – это основополагающая функция живых организмов.
Н. Асадова
―
Рибозимы – это что такое? Можно объяснить для людей, которые не очень глубоко знают биологию.
Ф. Хайтович
―
Рибозимы – это молекулы РНК, обычно достаточно короткие, обычно достаточно сложной вторичной структуры, скрученные в специальные структуры, которые могут катализировать биохимические реакции. Потому что мы обычно считаем, что белки являются ферментами и катализируют все процессы в нашем организме, но на самом деле самые древние и самые основополагающие процессы, как, например, синтез белка, модификация самих молекул РНК – они катализируются рибозимами, то есть самими РНК.
Н. Асадова
―
А почему они вдруг вступают в кооперацию, эти самые рибозимы, потому что это тоже отмечается в статье как одно из главных условий возникновения более сложных организмов.
Ф. Хайтович
―
Это общий вопрос – почему из более простых форм жизни возникают более сложные. С точки зрения эволюционной теории – потому что более сложные формы имеют преимущества. Они лучше выживают и лучше размножаются по сравнению с простыми. В определённых условиях, конечно.
Н. Асадова
―
А можно сказать, что благодаря этому последнему исследованию учёные действительно поставили точку в вопросе «Как возникла жизнь на Земле?».
Ф. Хайтович
―
Конечно, нет. То, что они показали – это является только экспериментом, который показывает, что часть этого гипотетического процесса возникновения жизни на основании РНК-структур в принципе возможна. Действительно ли оно так происходило или нет – мы не знаем. Более того, это только одно звено очень длинной цепи событий, которая должна была там произойти. То есть этот рибозим, который сам себя воспроизводит, должен был откуда-то возникнуть. То есть как-то он должен был собраться в этом бульоне или в горячих источниках, или ещё где-то. Как это происходило – на этот вопрос этот эксперимент не отвечает.
Н. Асадова
―
То есть какие следующие задачи ближайшее время учёные должны решить, чтобы ответить на этот вопрос, как возникла жизнь?
Ф. Хайтович
―
Продолжать экспериментировать.
Н. Асадова
―
В какую сторону они должны двигаться и двигаются сейчас?
Ф. Хайтович
―
Пытаться моделировать в искусственных системах различные условия, где могла зарождаться жизнь, анализировать свойства полученных молекул и смотреть, насколько это соответствует тем основным биохимическим процессам и молекулам, которые дошли с тех времён до наших дней, и в том числе в организме человека, в виде этих белков, рибозимов и других молекул, которые отвечают за самые основные биохимические процессы в нашем организме.