Орджел, Лесли Илизер
Шаблон:Учёный Ле́сли Или́зер О́рджел (Шаблон:Lang-en; 12 января 1927 — 27 октября 2007) — британский Шаблон:Химик. Известен своими работами в области теоретической химии и исследованием проблемы возникновения жизни на Земле.
Биография
Лесли Орджел родился 12 января 1927 года в Лондоне. После окончания школы имени Леди Элис Оуэн (англ. Dame Alice Owen's School) поступил в Оксфордский университет, где серьёзно занялся изучением химии. В 1948 году с отличием окончил университет, получив степень бакалавра естественных наук (англ. Bachelor of Arts) в области химии. С 1951 по 1953 год работал научным сотрудником в Колледже Магдалины (англ. Magdalen College), где занимался научной работой на соискание степени магистра, результатом которой явилась его первая публикация, посвящённая полуэмпирическому расчету дипольного момента сопряжённых гетероциклических молекул. С 1954 по 1955 год проходил постдокторантуру в Калифорнийском технологическом институте под руководством Лайнуса Полинга. Работая там, он сблизился с Александром Ричем и Джеймсом Уотсоном, которые сильно повлияли на развитие его интересов и дальнейшую карьеру. Получив степень доктора наук, Орджел вернулся в Великобританию на должность ассистирующего директора на факультете теоретической химии в Кембриджском университете. Научные интересы учёного постепенно перемещались из области теоретической неорганической химии в область биохимии, и в 1964 году Орджел окончательно перебрался в США и занялся исследованием проблемы абиогенеза в Биологическом институте имени Джонаса Солка (англ. Salk Institute for Biological Studies). В этом институте он проработал до конца жизни. Умер 27 октября 2007 года от рака поджелудочной железы[1].
Лесли Орджел прожил 57 лет со своей женой Элис Орджел (Левинсон). В их семье родилось трое детей: Вивьен, Ричард и Роберт.
Орджел всю жизнь увлекался коллекционированием. Он собирал ковры, книги, декоративные вещи и французские вина.
Научные исследования
Первыми работам Лесли Орджела были исследования в области теоретической неорганической химии.
Его первая публикация[2](1951 год), посвящённая полуэмпирическому расчету дипольного момента сопряжённых гетероциклических молекул, ныне рассматривается лишь с точки зрения исторического интереса. Однако следующая работа[3], написанная в 1952 году в соавторстве с Джеком Дунитцем, в которой в терминах орбитального взаимодействия объясняется стабильность ферроцена, считается весьма примечательным достижением учёного. Орджел фактически предсказал существование дибензолхрома и бис(циклобутадиенил)никеля, будучи уверенным, что его рассмотрения могут быть применены к этим гипотетическим молекулам. Однако по настоянию соавтора эти соображения не были опубликованы. И только в 1956 году вышла статья[4] Орджела, посвящённая возможности существования стабильных циклобутадиенильных комплексов переходных металлов. В 1959 году бис(циклобутадиенил)никель с предсказанной структурой был получен.
В 1957 году в своей статье «Ion compression and the colour of ruby»[5] он объяснил, почему рубин красный. Нетривиальность задачи состояла в том, что рубин является корундом (), в котором часть ионов (менее 5%) замещена на ионы . При этом сам корунд бесцветен, оксид хрома , аналогичный по структуре, имеет зелёную окраску, характерную для иона в октаэдрическом окружении кислорода. Более того, сильно замещённый оксид алюминия (более 8% ) также имеет зелёный цвет. И, тем не менее, рубины красные. Орджел отметил, что при небольших степенях замещения, параметр кристаллической решётки корунда почти не меняется, следовательно, ионы (которые сами по себе имеют радиус больший, чем у ионов алюминия) «сдавлены» кристаллической решёткой, то есть расстояния между ионами хрома и кислорода уменьшены. И далее он рассчитал, что такое уменьшение расстояний должно сдвинуть полосу поглощения ионов хрома с Шаблон:Число (зелёный цвет) на Шаблон:Число (красный цвет), что и наблюдается в действительности. В этом же году были опубликованы работы Орджела, объяснившие образование нормальных и обратных шпинелей с позиций теории кристаллического поля и понижение симметрии некоторых шпинелей за счёт эффекта Яна-Теллера[6][7].
Графическое представление расщепления d- и f-орбиталей иона в кристаллическом поле лигандов называется «Шаблон:Нп4».
Интерес Орджела к биохимии начал формироваться в середине 1950-х годов, когда он проходил постдокторантуру в Калифорнийском технологическом институте. Там он познакомился с Джеймсом Уотсоном и Френсисом Криком, и стал одним из первых учёных, кому выпала возможность проверить на прочность двухцепочечную модель строения ДНК.
В 1964 году Орджел окончательно перебрался в США и сосредоточил все усилия на изучении проблемы возникновения жизни на Земле. Его внимание особенно привлекали рибонуклеиновые кислоты, поскольку к тому времени уже было известно, что они являются и носителями, и передатчиками генетической информации. Серьезным результатом его исследований в этой области стала статься 1968 года[8], в которой была высказана гипотеза, что жизнь на ранней Земле могла быть представлена исключительно рибонуклеиновыми кислотами, которые и хранили генетическую информацию, и были способны к самостоятельной (без участия белков) репликации. Эта гипотеза была серьёзно проработана Орджелом, окончательно сформулирована в работе Уолтера Гильберта и ныне носит название «гипотезы РНК-мира».
Проверка этой гипотезы определила направление дальнейшей научной деятельности Орджела. Он поставил перед собой задачи проверить возможность абиогенного синтеза нуклеотидов, возможность самопроизвольного их соединения в полинуклеотиды и способность полинуклеотидов без участия белков инициировать синтез комплементарных пар.
Во время получения постдокторантуры Орджел вступил в «RNA Tie Club»: полуформальную организацию, состоявшую из 24 видных учёных, целью которой было выяснить, каким образом ДНК связана с белками и как происходит передача наследственной информации. Каждый член клуба носил галстук с изображением двойной спирали ДНК. Двадцать членов клуба сопоставлялись протеиногенным аминокислотам, четыре почётных члена клуба символизировали нуклеотиды. Орджел был «треонином».
Развивая работу Джоан Оро 1961 года, в которой была показана возможность синтеза аденина из аммиака и синильной кислоты в пребиотических условиях, Орджел предложил механизм, объясняющий, каким образом указанные реагенты могли совместно концентрироваться на ранней Земле, обеспечивая образование аденина в больших количествах. Также он предложил несколько возможных схем синтеза других нуклеиновых оснований и продемонстрировал возможность их самопроизвольного соединения с рибозой и рибозилфосфатами.[9]
Затем Орджел показал, что предварительно синтезированная РНК способна по темплатному механизму синтезировать свою комплементарную пару, будучи помещённой в раствор активированных мононуклеотидов. При этом выход желаемого продукта оказывался невысоким, и образовывалось большое количество изомерных продуктов.
В то время рибозимы ещё не были известны, но Орджел считал, что если в ходе таких процессов произойдёт образование РНК, способной катализировать собственную репликацию, то её количество может стать доминирующим. Этот принцип (по сути, абиогенный аналог дарвиновского естественного отбора) является основополагающим в гипотезе РНК-мира.
В дальнейшей научной деятельности Орджела можно выделить два основных направления.
Первое было связано с поиском подтверждений универсальности естественного отбора и применимости этого принципа к химическим процессам. В этом направлении научная группа Орджела достигла определённых успехов. Группа проводила репликацию бактериофага Qβ в пробирке при помощи фермента Qβ-репликазы в присутствии бромистого этидия — соединения, подавляющего репликацию вируса за счёт нарушения структуры его РНК. В итоге через некоторое время «пробирочной эволюции» был получен штамм вируса, более устойчивый к бромистому этидию, чем исходный[10].
Второе направление состояло в решении задач, поставленных предыдущими открытиями Орджела. Основными из них стали объяснение энантиоселективности при абиогенезе и причин, по которым в ходе молекулярной эволюции были отброшены аналоги нуклеотидов, которые также могли образовываться на протопланете.[11] Исследования в данном направлении продолжаются в различных лабораториях по сей день.
Во время исследования возможных альтернатив классическим нуклеотидам (в эволюционном смысле) Орджел разработал и запатентовал методику синтеза арабинозилцитозина — соедниения, широко применяющегося для лечения лейкемии и лимфом. Доходы от патента Орджел тратил на организацию ежедневных чаепитий в своей лаборатории и на проведение праздничных мероприятий.
Основные труды
Лесли Орджел славился высокой научной продуктивностью. Уже к 35 годам на его счету было почти сто опубликованных работ различного рода, написанных им самим или в соавторстве. Наибольшую популярность ему принесли следующие монографии:
Почести и награды
Заслуги Орджела были высоко оценены научными сообществами по обе стороны Атлантического океана. В 1957 году он получил премию Гариссона за работы в области неорганической химии. В 1962 году он был избран членом Лондонского королевского общества по развитию знаний о природе.
В США Орджел был награждён стипендией Гуггенхайма в 1971 году, премией Эванса в 1975 году и Шаблон:Нп5 от Международного общества изучения происхождения жизни на Земле в 1993 году. В 1990 году Орджел был избран членом Национальной академии наук США.
Правила Орджела
По результатам своих исследований в области молекулярной эволюции Орджел сформулировал эволюционные правила. Первое гласит: «Если самопроизвольный процесс проходит слишком медленно или неэффективно, найдётся фермент, который эволюционирует так, чтобы ускорить этот процесс». Второе правило звучит как «Эволюция умнее, чем ты».