29. Всё на месте, а жизни нет

Сок растёртых дрожжей, в котором не осталось ни одной живой клетки, умеет сбраживать сахар. В конце девятнадцатого века это увидел немецкий химик Эдуард Бухнер: он растёр дрожжи с песком, отжал жидкость, и она забродила, как живые дрожжи. С тех пор из клеток научились доставать почти любую их машину и запускать её в пробирке. Такой сок называют лизатом: в нём те же молекулы, что были в клетке, и многие продолжают трудиться.

В лизате кишечных палочек Генрих Маттеи прочёл первое слово генетического кода. Там работало всё, что нужно для перевода: рибосомы, ферменты, молекулы-переходники. Не хватало одного. Ни одна бактерия в той пробирке больше не родилась и не родится. Лизат похож на разобранную типографию, где станок печатает, если вставить лист, но новых станков в цехе не появляется никогда.

Клетка собрана из того, что уже встречалось ниже. Запись и её перевод дал генетический код. Оболочку дала самосборка: жироподобные молекулы в воде сами замыкаются в пузырёк, без чертежа и без затрат энергии, а протоклетка показала, что такой пузырёк может расти, делиться и не терять груз. У водоворотов и химических часов клетка взяла другое: форму, которая держится, только пока сквозь неё течёт энергия. Клетка первой соединила эти два двигателя, сборку, которая идёт сама, как вода под гору, и поток, который надо всё время подпитывать.

Появилось вот что: клетка тратит энергию, чтобы оставаться собой. Она качает заряженные частицы сквозь оболочку, чинит порванное, разбирает износившиеся белки и делает новые, а в конце концов строит свою копию. Свою оболочку, мембрану, бактерия всё время держит заряженной, как батарейку. Напряжение на ней в разы меньше, чем у пальчиковой батарейки, но мембрана так тонка, что поле внутри неё примерно в десять раз сильнее того, при котором в воздухе проскакивает молния. Сам по себе этот заряд не хранится: стоит клетке перестать работать, и заряженные частицы просачиваются обратно, как вода из дырявого ведра.

Лизат мёртв не потому, что из него ушла особая жизненная сила. Из него пропала расстановка: замкнутая оболочка, отсеки, перепады концентраций, то, где что лежит относительно чего. Это физическая разница, её можно измерить. Клетку можно поставить на паузу, и споры или замороженные бактерии оживают, если порядок внутри уцелел. Раздавленная клетка не оживает никогда, хотя состав у неё тот же.

Вещи попроще умеют собираться обратно. Пузырьки из жирных кислот после сушки складываются заново, как только их зальют водой, а меньшую из двух частей рибосомы собрали в пробирке из её РНК и отдельных белков. На клетке эта обратимость кончается.

Внутри клетки тесно. В кишечной палочке, точке, которую не видно глазом, около трёх миллионов белков, примерно столько же, сколько жителей в Мадриде, и толкаются они, как пассажиры в час пик. Сжать это хозяйство почти некуда, поэтому у клеток есть нижний предел размера: в клетку ещё мельче не поместятся геном и сотни рибосом. Самые маленькие морские бактерии почти упираются в этот предел, и они же едва ли не самые многочисленные клетки на планете. Сверху жёсткого предела нет: несколько лет назад описали бактерию длиной с ресницу, одну клетку, которую можно взять пинцетом.

Само слово появилось раньше, чем узнали, что внутри что-то живёт. Роберт Гук в 1665 году посмотрел в микроскоп на тонкий срез пробки, увидел ряды пустых ячеек и назвал их cells, кельями. Он видел стенки мёртвых клеток: имя досталось тому, что остаётся после жизни. Почти через двести лет Рудольф Вирхов сделал знаменитой формулу «всякая клетка от клетки». С тех пор никто не видел клетки, которая появилась бы иначе, чем от другой клетки.

Этого правила не обошли даже те, кто попробовал сделать клетку сам. В 2016 году команда Крейга Вентера проверила, сколько деталей нужно клетке. Гены бактерии-микоплазмы выбивали по одному и смотрели, выживет ли она, а потом химически синтезировали геном без лишнего. Лишним считалось всё, без чего бактерия ещё растёт в колбе на готовом питании. Осталось 473 гена. Про 149 из них, почти треть, авторы написали прямо: зачем они, неизвестно, и спустя десять лет работы многих лабораторий непонятным остаётся примерно каждый восьмой.

Ещё раньше, запуская первую клетку с синтетическим геномом, эта группа вписала в него водяные знаки, и среди них слова Фейнмана о том, что понимаешь только то, что можешь создать. Геном синтезировали, а понимания хватило на две трети. И ожил урезанный геном, как и тот первый, только внутри живой клетки другого вида, которая одолжила ему мембрану, рибосомы и первые белки. Вирхов остался прав. Собрать клетку из неживых деталей до сих пор не удалось никому.

Ближайшая ступень над клеткой лежит внутри неё самой. Гены в клетке не читаются все подряд, как книга от корки до корки: одни работают без передышки, другие молчат. И у двух клеток с одной и той же записью молчать могут разные гены.

Дальше ветви идут в три стороны. Первая — сообщества: клетки остаются каждая сама по себе, но селятся так тесно, что вместе умеют то, чего не умеет одиночка, и оставляют после себя даже камень.

Вторая ветвь начинается, когда одна клетка поселяется внутри другой. Чтобы понять, кто с кем соединился, сначала пришлось различить сами клетки без ядра. Карл Вёзе и Джордж Фокс сравнили у них молекулы рибосом и показали, что внешне похожие микробы принадлежат двум разным мирам, бактериям и археям, которые различаются глубже, чем гриб и человек. Сложная клетка с ядром, по нынешним данным, выросла из археи, в которой поселилась бактерия.

Третья ветвь живёт на самом устройстве клетки. Мастерская, которая исполняет вставленную в неё запись, не спрашивает, откуда запись взялась. В мире давно есть записи, которые рассчитывают только на это, и некоторые из них умеют ждать.