# Ник Лейн: «Метаболизм возник раньше генов»

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=svlXbmO1qcs
Канал: Talks at Google
Опубликовано: 06.10.2023

---

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
[[JUMP:01:49]]

Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот) в академической среде часто считается одной из самых скучных тем биохимии, которую студенты заучивают лишь для сдачи экзаменов [02:03]. 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 [03:01].

В классическом понимании цикл Кребса работает на извлечение энергии:

*   Он расщепляет такие молекулы, как глюкоза [03:29].
*   В процессе выделяются углекислый газ (который мы выдыхаем) и водород.
*   Водород «сжигается» с помощью кислорода, обеспечивая нас энергией для жизни [03:43].

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» [03:58]. Ник Лейн полагает, что именно этот процесс происходил в гидротермальных источниках 4 миллиарда лет назад, став отправной точкой для возникновения первых клеток [04:12].

## 🔄 Метаболизм против информации: что было раньше?
[[JUMP:05:09]]

С момента открытия структуры ДНК в 1950-х годах в биологии доминирует информационный подход: считается, что если расшифровать геном, мы поймём о жизни всё [05:22]. 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 [05:47].
*   Метаболизм (химические реакции в клетке), по мнению учёного, возник спонтанно и предшествовал появлению генов [06:50].
*   Сама структура и возможности генетической информации были сформированы первичным метаболизмом [07:03].

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 [07:18].

## ☢️ Радиоизотопы и «глубокое время»
[[JUMP:08:36]]

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 [09:02]. 

История открытия изотопов полна драматизма:

*   Первым был выделен углерод-11 с периодом полураспада всего 20 минут [09:43].
*   Учёным приходилось проводить эксперименты в бешеном темпе, имея лишь двухчасовое окно, пока изотоп не исчез полностью [09:56].
*   Позже эти исследования легли в основу ядерной энергетики и создания атомной бомбы [10:08].

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 [12:04]. Трудность калибровки этих событий заключается в отсутствии ископаемых останков древнее 2 миллиардов лет, что вынуждает учёных полагаться на «молекулярные часы» и лабораторные эксперименты [12:17].

## 💥 Кембрийский взрыв и «переключение передач»
[[JUMP: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) [15:28]. С повышением уровня кислорода в атмосфере цикл «развернулся» и стал работать в прямом направлении, сжигая водород для получения колоссального количества энергии [15:55]. Это «переключение передач» позволило организмам стать активными хищниками, способными быстро передвигаться и охотиться [16:20].

## ♋ «Тёмная сторона» и метаболическое происхождение рака
[[JUMP:16:45]]

Цитируя Франсуа Жакоба, Ник Лейн напоминает: «Мечта каждой клетки — стать двумя клетками» [16:58]. 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:

1.  **Эффект Варбурга:** В 1920-х годах Отто Варбург обнаружил, что раковые клетки перестают нормально «дышать» и переходят на упрощённый тип метаболизма [18:32].
2.  **Перепрошивка цикла Кребса:** Около 2007–2008 годов учёные нашли мутации в ферментах цикла Кребса, которые провоцируют рак [18:01].
3.  **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) [19:14].

Такая перестройка метаболизма неизбежно меняет активность генов, включая одни и выключая другие, что создаёт порочный круг болезни [19:40].

## ⏳ Старение как поломка «потокового конденсатора»
[[JUMP:20:32]]

Старение является главным фактором риска для большинства болезней: после 50 лет риск развития рака удваивается каждые 10 лет [21:25]. Ник Лейн предлагает рассматривать старение через призму повреждения митохондрий (энергетических станций клетки).

Механизм старения по Лейну:

*   Постепенное повреждение процесса дыхания замедляет цикл Кребса [22:06].
*   Из-за невозможности эффективно «сжигать» водород из пищи, метаболические пути «забиваются» и начинают работать в обратном направлении [22:34].
*   Это приводит к изменению генной активности, росту воспалительных процессов (инфламмэйдж) и набору веса [23:45].

Учёный отмечает, что хотя мы все стареем примерно с одинаковой скоростью, индивидуальные заболевания зависят от того, где именно произошёл «сбой» в этой сложной системе [27:27].

## 🧠 Сознание, анестезия и будущее науки
[[JUMP: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 [36:28]. 

Оказалось, что ксенон напрямую вмешивается в процесс клеточного дыхания [36:41]. 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 [37:49].

В финале встречи Ник Лейн поделился планами на будущее:

*   Его лаборатория в UCL продолжает изучать происхождение жизни [39:14].
*   Следующая книга будет посвящена тому, как из простой пребиотической химии возникли гены и первые молекулярные машины [40:12].
*   Учёный призывает рассматривать биохимию не как набор фактов, а как единую красивую систему, общую для всех живых существ — от смертоносных бактерий до человека [33:00].