В рамках проекта Talks at Google британский биохимик и профессор Университетского колледжа Лондона (UCL) Ник Лейн представил свою книгу «Transformer». В беседе с модератором Эриком Смитом учёный объяснил, почему фундаментальные химические процессы, происходящие внутри наших клеток, являются ключом не только к пониманию происхождения жизни 4 миллиарда лет назад, но и к разгадке механизмов рака и старения.
🧬 Цикл Кребса: от «зубрёжки» к основам бытия 1:49
Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот) в академической среде часто считается одной из самых скучных тем биохимии, которую студенты заучивают лишь для сдачи экзаменов . Однако Ник Лейн утверждает, что этот процесс — не просто способ извлечения энергии, а настоящий «двигатель» всей биологии. По его словам, цикл Кребса объединяет две крайности: загадку зарождения жизни и проблемы современной медицины, такие как рак и старение .
В классическом понимании цикл Кребса работает на извлечение энергии:
- Он расщепляет такие молекулы, как глюкоза .
- В процессе выделяются углекислый газ (который мы выдыхаем) и водород.
- Водород «сжигается» с помощью кислорода, обеспечивая нас энергией для жизни .
Однако существует и так называемый «обратный цикл Кребса», открытый ещё в 1960-х годах. Вместо того чтобы разрушать молекулы для получения энергии, он делает обратное: забирает водород и углекислый газ для создания сложных органических молекул — «кирпичиков жизни» . Ник Лейн полагает, что именно этот процесс происходил в гидротермальных источниках 4 миллиарда лет назад, став отправной точкой для возникновения первых клеток .
🔄 Метаболизм против информации: что было раньше? 5:09
С момента открытия структуры ДНК в 1950-х годах в биологии доминирует информационный подход: считается, что если расшифровать геном, мы поймём о жизни всё . Ник Лейн оспаривает этот приоритет, предлагая вернуться к идеям «золотого века биохимии».
Основные тезисы Лейна по этому вопросу:
- Биологический мир — это прежде всего динамические системы и поток энергии .
- Метаболизм (химические реакции в клетке), по мнению учёного, возник спонтанно и предшествовал появлению генов .
- Сама структура и возможности генетической информации были сформированы первичным метаболизмом .
Хотя идея о первичности метаболизма остаётся спорной, Ник Лейн отмечает, что исследования последних 10 лет подтверждают: базовая химия жизни может протекать самопроизвольно в подходящих условиях .
☢️ Радиоизотопы и «глубокое время» 8:36
Изучение путей углерода в живых системах стало возможным благодаря развитию физики в 1930-х годах. Лейн упоминает работу Радиационной лаборатории в Беркли, где физики и химики (включая Эрнеста Лоуренса и Роберта Оппенгеймера) пытались изолировать изотопы углерода .
История открытия изотопов полна драматизма:
- Первым был выделен углерод-11 с периодом полураспада всего 20 минут .
- Учёным приходилось проводить эксперименты в бешеном темпе, имея лишь двухчасовое окно, пока изотоп не исчез полностью .
- Позже эти исследования легли в основу ядерной энергетики и создания атомной бомбы .
Понимание этих химических процессов помогает осознать масштабы «глубокого времени» (deep time). По оценке Ника Лейна, цикл Кребса существует не менее 3,5–4 миллиардов лет . Трудность калибровки этих событий заключается в отсутствии ископаемых останков древнее 2 миллиардов лет, что вынуждает учёных полагаться на «молекулярные часы» и лабораторные эксперименты .
💥 Кембрийский взрыв и «переключение передач» 13:24
Кембрийский взрыв (около 541 млн лет назад) ознаменовал внезапное появление множества сложных животных. Ник Лейн связывает этот биологический скачок с фундаментальным изменением в работе цикла Кребса.
До этого момента в течение 2–3 миллиардов лет жизнь существовала в бескислородной среде, где цикл Кребса работал преимущественно в обратном направлении (на синтез биомассы и рост) . С повышением уровня кислорода в атмосфере цикл «развернулся» и стал работать в прямом направлении, сжигая водород для получения колоссального количества энергии . Это «переключение передач» позволило организмам стать активными хищниками, способными быстро передвигаться и охотиться .
♋ «Тёмная сторона» и метаболическое происхождение рака 16:45
Цитируя Франсуа Жакоба, Ник Лейн напоминает: «Мечта каждой клетки — стать двумя клетками» . В многоклеточном организме этот процесс строго контролируется, но рак — это возврат клетки к её древней мечте о бесконечном росте.
Ключевые открытия в области онкологии, упомянутые Лейном:
- Эффект Варбурга: В 1920-х годах Отто Варбург обнаружил, что раковые клетки перестают нормально «дышать» и переходят на упрощённый тип метаболизма .
- Перепрошивка цикла Кребса: Около 2007–2008 годов учёные нашли мутации в ферментах цикла Кребса, которые провоцируют рак .
- Возврат к истокам: По мнению Лейна, раковые клетки «разворачивают» цикл Кребса в обратную сторону, используя его не для энергии, а для синтеза строительных блоков (как это делали древние бактерии) .
Такая перестройка метаболизма неизбежно меняет активность генов, включая одни и выключая другие, что создаёт порочный круг болезни .
⏳ Старение как поломка «потокового конденсатора» 20:32
Старение является главным фактором риска для большинства болезней: после 50 лет риск развития рака удваивается каждые 10 лет . Ник Лейн предлагает рассматривать старение через призму повреждения митохондрий (энергетических станций клетки).
Механизм старения по Лейну:
- Постепенное повреждение процесса дыхания замедляет цикл Кребса .
- Из-за невозможности эффективно «сжигать» водород из пищи, метаболические пути «забиваются» и начинают работать в обратном направлении .
- Это приводит к изменению генной активности, росту воспалительных процессов (инфламмэйдж) и набору веса .
Учёный отмечает, что хотя мы все стареем примерно с одинаковой скоростью, индивидуальные заболевания зависят от того, где именно произошёл «сбой» в этой сложной системе .
🧠 Сознание, анестезия и будущее науки 35:45
Одним из самых удивительных открытий в процессе написания книги Ник Лейн называет механизм действия ксенона. Ксенон — это инертный газ, который используется как общий анестетик, но до сих пор не было ясно, почему он работает .
Оказалось, что ксенон напрямую вмешивается в процесс клеточного дыхания . Это указывает на глубокую связь между энергетикой клетки и сознанием. Лейн ссылается на работы Майкла Левина (Mike Levin), который изучает «карты напряжений» (voltage maps) в развивающихся организмах. Электрический заряд и напряжение на мембранах клеток определяют, станет ли группа клеток головой, хвостом или раковой опухолью .
В финале встречи Ник Лейн поделился планами на будущее:
- Его лаборатория в UCL продолжает изучать происхождение жизни .
- Следующая книга будет посвящена тому, как из простой пребиотической химии возникли гены и первые молекулярные машины .
- Учёный призывает рассматривать биохимию не как набор фактов, а как единую красивую систему, общую для всех живых существ — от смертоносных бактерий до человека .
