Билл Меслер – Краткая история сотворения мира. Великие ученые в поисках источника жизни на Земле (страница 38)
На лекции Миллера присутствовали известные участники Манхэттенского проекта, включая нескольких состоявшихся и нескольких будущих лауреатов Нобелевской премии. Самым знаменитым из всех был «отец атомной бомбы» Энрико Ферми. В 1942 г. Ферми построил первый в мире ядерный реактор как раз здесь, под трибунами старого университетского стадиона «Стагг Филд». Это было удивительно простое устройство, состоявшее из гранул прессованного оксида урана и уложенных поленницей графитовых блоков: из-за них реактор прозвали «чикагской поленницей-1».
Миллер работал над проблемой возникновения жизни, являвшейся частью его будущей диссертации. С осени 1952 г. в университете начали поговаривать, что ему удалось выполнить эксперимент, показавший, как на первозданной Земле могла возникнуть жизнь. С помощью стеклянного сосуда, катушки Теслы и набора простых газов он получил аминокислоты – основные структурные элементы белков. В ожидании прихода Миллера слушатели волновались. Некоторые обсуждали, какие ошибки он мог допустить. Кто-то предполагал, что в сосуде могли быть примеси или Миллер мог неверно интерпретировать результаты эксперимента. После доклада молодого ученого засыпали вопросами. На какие-то из них ответил руководитель Миллера, лауреат Нобелевской премии, химик Гарольд Клейтон Юри, еще один важный участник атомного проекта. Его участие придало эксперименту Миллера дополнительный вес.
Вопросы заканчивались, и недоверчивые поначалу слушатели стали понимать, что присутствуют при обсуждении эксперимента, имеющего историческое значение. Одним из последних задал вопрос Ферми, друг Юри со времен совместной работы над Манхэттенским проектом. Ферми спросил,
За два года до эксперимента, превратившего Стэнли Миллера в одного из самых знаменитых американских ученых, он был всего лишь студентом Калифорнийского университета в Беркли. Возможно, он никогда бы не уехал оттуда, если бы не нуждался в деньгах. Он вырос недалеко от этих мест, в Окленде, и его родители тоже были выпускниками Калифорнийского университета. Его отец был помощником прокурора округа и другом Эрла Уоррена, будущего губернатора Калифорнии и председателя Верховного суда. Уоррен жил неподалеку, и в детстве Миллер часто играл с его детьми. Однако отец Миллера умер в 1946 г., и путь в аспирантуру был бы закрыт, если бы Миллера не взяли на оплачиваемую работу в качестве помощника преподавателя. Такую возможность ему предложили только два учебных заведения, так он оказался в Университете Чикаго.
Здесь Миллера взял под покровительство физик Эдвард Теллер, еще один участник Манхэттенского проекта, для которого университет стал родным домом. В последующие годы под его руководством Миллер занялся изучением происхождения химических элементов и путей их образования внутри звезд. В 1952 г. Теллер уехал из Чикаго, чтобы возглавить проект по созданию водородной бомбы. После его отъезда Миллер остался без научного руководителя. Работа над диссертацией не продвигалась, и он решил сменить тему. Миллер вспомнил семинар о химическом составе планет, на котором профессор Юри рассказывал об элементном составе Земли в тот момент, когда на ней только начала зарождаться жизнь.
Юри был уже вполне сложившимся ученым, который выделялся даже на фоне звездных профессоров химического факультета. В 1934 г. он получил Нобелевскую премию по химии за работу по разделению изотопных смесей и выделению тяжелого изотопа водорода (дейтерия). Во время войны он руководил лабораторией сплавов в Колумбийском университете, а также работал над обогащением урана для первых атомных бомб в рамках Манхэттенского проекта.
Юри был химиком, но никогда не придавал большого значения специализации. Первую научную степень он получил по зоологии, а изначально вообще хотел стать психологом. Когда Юри работал в лаборатории знаменитого датского химика Нильса Бора, Бор считал его физиком. Прибыв в Чикаго, Юри все сильнее увлекся вопросами формирования Солнечной системы и происхождения планет.
На заинтересовавшей Миллера лекции Юри рассказывал о теории Александра Опарина и мимоходом заметил, что, как ни странно, никто не пытался проверить эту теорию опытным путем. Миллер запомнил это замечание и решил поговорить с Юри. Это было смелое решение, поскольку Миллер никогда особенно не интересовался экспериментальной работой. Ему нравилось работать с Теллером, поскольку оба были теоретиками. Однако сегодня Миллера вспоминают как автора одного из самых знаменитых научных экспериментов XX в.
Юри согласился руководить диссертационной работой Миллера, однако ему не нравилась идея молодого человека сделать темой диссертации эксперимент, который, по его мнению, имел мало шансов на успех. После противоречивых результатов экспериментов по спонтанному зарождению мало кто пытался подойти к решению проблемы происхождения жизни опытным путем. Большинство талантливых ученых по-прежнему считали вопрос о происхождении жизни не поддающимся экспериментальной проверке
Однако Юри оценил амбиции Миллера. Он часто повторял, что великие ученые были великими по той причине, что брались за важные научные проблемы. Ядерная реакция, как он любил говорить, не сложнее любой другой химической реакции, но только более важная. В конечном итоге они с Миллером пришли к компромиссу. Юри дал Миллеру год на получение результатов, а если их не будет, придется заняться более реалистичной темой – измерением содержания таллия.
Юри и Миллер начали обсуждать возможные подходы к решению задачи. За основу они взяли идеи Опарина о появлении первых живых организмов и приспосабливали их к теории Юри о состоянии первичной атмосферы Земли. Юри отводил ключевую роль водороду – самому распространенному элементу в Солнечной системе. В это же время решить проблему происхождения жизни с помощью эксперимента пытался еще один ученый – биохимик из Беркли Мелвин Кальвин, один из ведущих специалистов в таком сложнейшем вопросе, как фотосинтез. В 1961 г. Кальвин был удостоен Нобелевской премии за объяснение механизма фотосинтеза. Кальвин считал, что первичная атмосфера состояла из паров воды и диоксида углерода и снабжалась энергией солнечного излучения. Он имитировал эти условия в одном из первых ускорителей частиц, изобретенном физиком-ядерщиком из Беркли Эрнестом Орландо Лоуренсом. Однако результаты Кальвина были неубедительными. Он получил следовые количества органических соединений (муравьиной кислоты и формальдегида), но их было слишком мало, и трудно было представить, как из соединений этого типа могли возникнуть живые существа.
Юри смотрел на проблему иначе. Он разбирался в химическом составе звезд и планет и на основании своих теорий видел состав примитивной атмосферы Земли не таким, как Кальвин. Основное различие состояло в относительном содержании кислорода. Юри считал маловероятным наличие кислорода в первичной атмосфере, за исключением кислорода в облаках. Состав земной атмосферы изменился в результате уникального стечения обстоятельств, главным образом в результате появления живых существ, производивших кислород в качестве побочного продукта фотосинтеза. Юри предположил, что первозданная Земля имела восстановленную атмосферу, состоявшую из водорода, метана и аммиака[49]. Присутствие метана было очень важным фактором, поскольку в метане содержится углерод, необходимый для построения всех живых клеток. Гипотетический мир Юри тоже был неспокойным, с частыми грозовыми разрядами. Начиная с XVIII в., ученые получили множество важных результатов, подвергая смеси газов воздействию электрических разрядов, которые могли облегчить образование органических соединений.
Миллер занялся разработкой модели такой атмосферы. Работая в контакте с университетским стеклодувом, он начал воссоздавать примитивную атмосферу в аппарате из пирексного стекла. Система состояла из нескольких сосудов, соединенных между собой трубками. Один сосуд имитировал первичный океан и содержал воду, которую можно было нагревать для имитации испарения. Во втором сосуде были метан, аммиак и водород, которые, составлявшие, по мнению Юри, первичную атмосферу Земли. Катушка Теслы имитировала разряды молнии. Нажимая на кнопку, Миллер создавал бледную сине-фиолетовую электрическую дугу между двумя электродами. Сосуды соединялись между собой U-образной трубкой с конденсатором, который отправлял все образовавшиеся в сосуде с газами органические вещества в экспериментальный океан, имитируя дождь. Впоследствии Миллер сконструировал несколько моделей аппарата; один из них дополнительно имитировал вулканическую активность Земли. Однако именно первый, «классический», аппарат вошел в историю науки, которую стали называть пребиотической химией. Позднее журнал Scientific American опубликовал руководство по самостоятельному воспроизведению эксперимента Миллера, и этот опыт стал чем-то вроде теста для химиков-любителей[50].