Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле
Шрифт:
Так вот, Левин выяснил, что нуклеиновую кислоту можно разделить на более мелкие молекулы, называемые нуклеотидами[106]. Каждый нуклеотид состоит из трех частей: азотистого основания, остатка сахара и фосфата. Стало быть, нуклеиновая кислота представляет собой соединенные в цепочку нуклеотиды.
Более того: оказалось, что нуклеиновых кислот на самом деле две – они отличаются друг от дружки тем, какой именно сахар в них присутствует. Выходило, что “нуклеиновая кислота” Мишера – это смесь из двух компонентов, а не одно вещество. В одной из двух нуклеиновых кислот присутствует сахар рибоза, поэтому Левин назвал ее рибонуклеиновой (РНК). Другая же содержит дезоксирибозу, которая очень похожа на рибозу, но все-таки имеет некоторые отличия – это уже дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).
Второе различие ДНК и РНК касается состава нуклеотидов. Обе молекулы содержат аденин, цитозин
К несчастью, одно из предположений Левина было неверным. Установив, что четыре основания ДНК всегда присутствуют в равных количествах, он сделал из этого вывод, что такая простая молекула с повторяющейся однообразной структурой никак не может служить носителем генетической информации.
Первый шаг на пути к пониманию того, что гены находятся именно в ДНК, сделал британский микробиолог Фредерик Гриффит – причем сделал его благодаря чистой случайности. В 1920-х годах он исследовал бактерию под названием Streptococcus pneumoniae, которая вызывала смертельную вторичную инфекцию у заболевших гриппом (так называемой испанкой) в эпидемию 1918 года. Гриффит заметил, что этот микроб имеет две формы: способный вызывать инфекцию штамм с гладкой поверхностью и безвредный штамм с шероховатой поверхностью. Когда ученый убил гладкие бактерии, они, как и следовало ожидать, оказались лишенными способности к инфекции. Однако когда он смешал мертвые гладкие бактерии с живыми шероховатыми, вторые приобрели способность вызывать смертельную инфекцию и передавать это свойство своим потомкам. Переносящее в этом случае свойство заразности начало (сейчас мы назвали бы его “ген”) перешло от погибшей гладкой бактерии к живой шероховатой. Но Гриффит, проявив чрезмерную осторожность, опубликовал в 1928 году этот свой выдающийся результат в одном малоизвестном журнале[107].
К счастью, нашелся человек, который подхватил эту идею и дал ей новую жизнь. Им стал Освальд Эвери из Рокфеллерского университета в Нью-Йорке. Невысокий очкарик, Эвери страдал от гипертиреоза, из-за чего глаза у него были выпучены – пока в 1934 году ему не удалили щитовидную железу. В 1930-х и 1940-х годах команда Эвери повторила эксперимент Гриффита и смогла идентифицировать то самое начало. Ученые скрупулезно разрушали или удаляли все “подозреваемые” вещества – но остающиеся компоненты смеси по-прежнему передавали смертоносное свойство бактериям. Все изменилось только при добавлении разрушающих ДНК ферментов. Стало быть, именно она хранит в себе гены. “Кто бы мог подумать?” – напишет Эвери в письме своему брату. В 1944 году ученые опубликовали соответствующую статью[108]. Однако, невзирая на все старания Эвери, эти результаты не получили всеобщего признания – его эксперименты сочли выполненными недостаточно тщательно.
Принято считать, что конец этим спорам положил эксперимент, проведенный Альфредом Херши и Мартой Чейз из Института Карнеги в Вашингтоне. Они исследовали просто устроенные вирусы, состоящие только из ДНК и белков[109]. Этим вирусам[110] для размножения необходимо сначала заразить бактерию. Херши и Чейз выяснили, что большая часть ДНК вируса проникает в бактерию, в то время как почти все белки остаются снаружи. Это подтверждало решающую роль в инфекции именно ДНК. Хотя эксперимент был менее убедителен, чем тот, что проделал Эвери (поскольку Херши и Чейз не слишком хорошо удалили примеси), для многих именно он стал решающим аргументом. Их статья вышла в сентябре 1952 года и положила начало увлекательной гонке, главным призом в которой были структура ДНК и механизмы ее работы.
Первым на старт вышел Морис Уилкинс, физик, отметившийся в Манхэттенском проекте и с отвращением оставивший эту область науки после уничтожения Хиросимы и Нагасаки. В книге “Величайшая тайна жизни” (Life Greatest Secret) Мэтью Кобб описывает его как “тихого и скрытного человека со странной привычкой отворачиваться от своего собеседника при разговоре” и даже “со склонностью к суицидальным мыслям”[111]. Уилкинс провел вторую половину 1940-х, изучая ДНК в Королевском колледже Лондона. Для выяснения структуры этой молекулы Уилкинс использовал метод рентгеновской кристаллографии. Он предполагает воздействие рентгеновским излучением на образец ДНК, из-за чего лучи отклоняются в разных направлениях. Получаемая в результате картина рассеяния позволяет судить о форме молекулы, однако интерпретировать ее чертовски сложно.
В 1950 году Джон Рендалл (начальник Уилкинса) нанял нового кристаллографа, Розалинд Франклин. Рендалл сразу внес путаницу, сообщив Франклин
в письме, что ей якобы предстоит самой заниматься всеми исследованиями, связанными с ДНК. В результате вернувшийся из отпуска Уилкинс очень расстроился при виде Франклин, которая усердно изучала его любимый объект. Это недоразумение легко было исправить, но, к сожалению, никто из действующих лиц не блистал навыками работы в команде. Если Уилкинс был тихим и спокойным, то Франклин отличалась напористостью и даже резкостью.Ко всему прочему Франклин пришлось столкнуться с проявлениями сексизма. Есть разные мнения о том, насколько велика была эта проблема. Подруга Франклин Анна Сейр, написавшая ее биографию, сообщает, что женщин-ученых редко нанимали на работу и что им приходилось обедать в отдельной от мужчин комнате[112]. Однако эти подробности вызывают сомнения. Другие полагали тот отдел, где трудилась Франклин, более лояльным к женщинам в сравнении с остальной частью Королевского колледжа Лондона[113]. И все же проблемы явно были: женщины не могли наравне с мужчинами пить послеобеденный кофе в комнате для курения, а стало быть, и участвовать в самых важных обсуждениях[114].
Третьим в этой не слишком благополучной команде стал Джеймс Уотсон, защитивший свою диссертацию в 22 года. Исследования ДНК привлекали Уотсона с тех пор, как он узнал об эксперименте Херши и Чейз и услышал доклад Уилкинса, в ходе которого тот показал рентгеновские снимки кристаллов ДНК. В итоге Уотсон оказался в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, где он делил кабинет с Фрэнсисом Криком, очередным бывшим-физиком-ныне-биологом. Крику было за тридцать, однако диссертацию он еще не защитил. Его предыдущий проект был прерван войной, а конкретнее – бомбой, пробившей потолок лаборатории и уничтожившей все оборудование[115]. Уотсон и Крик, можно сказать, нашли друг друга. Оба были настроены решительно и планировали узнать структуру ДНК первыми, причем желательно без проведения каких-либо экспериментов.
Итак, все участники вышли на старт и гонка началась.
21 ноября 1951 года Франклин получила несколько новых снимков ДНК, из которых следовала спиральная форма молекулы, а также то, что ДНК может иметь несколько цепочек, направленных в противоположные стороны. Уотсон присутствовал на докладе Франклин, но ничего не записывал и вместо этого, по его собственному признанию, разглядывал саму докладчицу. В результате он смог пересказать доклад Крику лишь в очень сокращенном варианте, что и привело к печальному итогу: предложенная этим дуэтом первая модель ДНК оказалась совершенно неправильной. Это были три цепочки из сахаров и фосфатов, переплетенные между собой и образующие спираль, из которой наружу, словно шипы, торчали азотистые основания. Авторы данной модели попали в очень неловкое положение, когда пригласили Франклин и Уилкинса и показали им свое детище. Франклин с ходу объяснила, почему такая модель не может соответствовать данным рентгеноструктурного анализа.
Весь 1952 год работа почти не двигалась с места. Франклин продолжала делать все новые рентгеновские снимки, но в итоге вынуждена была признать, что в одном Уотсон и Крик таки правы: ДНК – это действительно нечто спиральной формы с неизвестным количеством цепочек. Что касается самих Крика и Уотсона, то они большую часть 1952-го занимались другими делами и вернулись к работе только в январе 1953 года, когда узнали, что одна американская исследовательская группа заявила, будто разгадала структуру ДНК. Впрочем, дуэт вздохнул с облегчением, услышав, что предложенная американцами модель оказалась ошибочной.
Итак, Уотсон приезжает в Королевский колледж. В очередной раз поссорившись с Франклин, заходит в кабинет к Уилкинсу. А тот демонстрирует ему последний снимок Франклин, особенно отчетливо показывающий спиральную форму ДНК. И тут мы добираемся до самого противоречивого момента во всей истории. Вероятно, Уилкинсу все же не стоило давать это изображение Уотсону. По крайней мере – не спросив для начала разрешения у Франклин. Тем более что потом Крик еще и увидел отчет с подробно описанными результатами Франклин за 1951 год. Все это в совокупности убедило его в том, что ДНК и вправду состоит из двух цепей, направленных в противоположные стороны. Ну, а в феврале Уотсон выяснил, как связаны в этой спирали четыре азотистых основания: аденин спаривается только с тимином, а цитозин – исключительно с гуанином. Это оказалось чрезвычайно важно, поскольку объясняло способность ДНК копировать себя, одновременно сохраняя последовательность в неизменном виде. Теперь дуэту Уотсона и Крика предстояло создать на основании этого интуитивного понимания строгую модель. И тут они обошли как давно буксующего Уилкинса, так и находящуюся у самого финиша Франклин, работа которой имела настолько важное значение.