Евгений Романцев - Закономерные чудеса

Молекула ДНК передает от родителей к детям, от поколения к поколению всю наследственную информацию. Пожалуй, это самое удивительное свойство уникальной молекулы.

Над разгадкой этого явления работали многие выдающиеся исследователи в разных странах. Некоторые вплотную приблизились к решению "загадки № 1", но удача сопутствовала только единицам.

Случайно это или закономерно? Как мы увидим в дальнейшем, "случай помогает только подготовленному уму".

Фотография самого близкого вашего товарища, если использовать научную терминологию, содержит ограниченную информацию об этом человеке. Вы знаете это очень хорошо, так как он ваш большой и старый друг.

Откровенно говоря, формула нуклеиновой кислоты, даже сведения о нуклеотидном составе ДНК не содержат достаточной информации, на основании которой модаю было бы судить, каким способом происходит самовоспроизведение молекулы ДНК. И вот теперь со всей остротой встает вопрос, как расположены в пространстве атомы в молекуле ДНК?

Совершенно очевидно, что молекула ДНК не может быть плоской, как лист бумаги. Как и всякая другая молекула, она должна иметь пространственную структуру, объемность. Когда говорят о первичной структуре, подразумевают последовательность, в которой соединены простейшие составные части молекулы. Например, первичная структура белка — это последовательность' аминокислотных остатков. Когда говорят о вторичной структуре ДНК, имеют в виду расположение ее полинуклеотидных цепей. Если бы речь шла о вторичной структуре белка, подразумевалось бы расположение, или, другими словами, укладка полипептидных цепей.

Но молекулы органических веществ — могут принимать и более сложные формы. Говоря о третичной структуре, имеют в виду форму, которую принимают полинуклеотидные цепи ДНК, или, например, способ укладки полипептидных цепей белка.

Итак, перед учеными со всей остротой встал вопрос: какова пространственная конфигурация молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты? Ответ на него был подготовлен независимо друг от друга учеными разных специальностей в разных странах. Но только трем из них удалось разгадать строение удивительной молекулы.

Два важных события уже совершились к этому моменту в научном мире. Во-первых, исследователи знали, что о взаимном расположении атомов в молекуле можно судить с помощью методов рентгеновского структурного анализа. А во-вторых, к этому времени уже были известны правила сочетания между собой азотистых оснований в молекуле ДНК, или, как их называют биохимики, правила Э. Чаргаффа. Конечно, деление на "во-первых" и "во-вторых" чисто условное. Оба эти события спокойно можно поменять местами или одновременно поставить на первое место.

Новый метод исследования для ученого — это все равно что новый шаг к вершине недоступной горы. И с каждым шагом вперед открываются новые бескрайние дали.

В самом упрощенном виде рентгеновский структурный анализ можно представить так. Если на пути пучка рентгеновских лучей поместить какое-то вещество, на рентгеновской пленке обнаружится серия упорядочение расположенных пятен. Они образовались за счет того, что рентгеновские лучи отразились от рядов упорядочение расположенных молекул. Если у вас в руках такая рентгенограмма, остается только понять, что символизируют эти пятна.

А теперь пора рассказать и о второй предпосылке, о правилах Э. Чаргаффа. Он первый получил образцы ДНК очень высокой степени чистоты и провел тщательный анализ относительного числа азотистых оснований в каждом образце. Талантливый ученый обнаружил: из какого бы живого организма ни выделяли основания, количество А всегда равнялось Т, а количество Г равнялось Ц. Так была установлена комплементарность оснований, которые и составили сущность правил Э. Чаргаффа.

Итак, научная почва, на которой должно вырасти открытие структуры ДНК, была подготовлена. Логично предположить, что это событие произойдет в одной из лабораторий, которые работали именно в этом направлении.

Так оно и случилось.

Двое из первооткрывателей пространственной организации ДНК работали в Англии, в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, которую возглавлял сэр Л. Брегг. Третий — в Кингзколледже Лондонского университета.

Если бы зимой 1953 года кому-нибудь удалось заглянуть в скромную комнату, в которой работали Д. Уотсон и Ф. Крик, он бы увидел примерно следующую картину. Старый шкаф и два лабораторных стола были плотно набиты книгами и негативами рентгенограмм. Стояли чем-то похожие на фантастические творения художника-абстракциониста сделанные из металлических пластинок и вращающихся сочленений модели молекул. Около стены возвышалась очень странная на вид металлическая конструкция. При более внимательном рассмотрении можно было обнаружить, что она сделана из нескольких обыкновенных в химической лаборатории штативов Бунзена, на которых в разных положениях закреплены металлические пластинки разной формы. Каждая символизировала одну из шести составных частей нуклеиновой кислоты: четыре — разные азотистые основания, одна — сахар, другая — остаток фосфорной кислоты.

Со стороны могло показаться, что два молодых ученых — Д. Уотсон и Ф. Крик — играют в какую-то непонятную детскую игру, периодически перемещая металлические пластинки или вращая их в металлических сочленениях. При этом каждый поворот пластинки или перемещение их вдоль оси штатива вызывали, как правило, оживленную дискуссию. А дело заключалось в следующем. Необходимо было так расположить составные части металлической конструкции, чтобы дифракция рентгеновских лучей, рассчитанная теоретическим путем, полностью совпадала с рентгенограммами, полученными с образцов реально существующей ДНК.

Мы бы погрешили против исторической правды, если бы представили развитие событий только в спокойных академических тонах: тихая комната, мирная дискуссия двух ученых, размеренный образ жизни. Работа над расшифровкой структуры ДНК была напряженной, азартной, а мотивы чисто человеческих поступков действующих лиц иногда не лишены недостатков...

Послушаем, что по этому поводу говорит один из авторов открытия, Д. Уотсон, имевший среди друзей прозвище "Честный Джим". "Действующих лиц, собственно говоря, было пятеро — Морис Уилкинс, Розалинд Фрэнклин, Лейнус Полинг, Фрэнсис Крик и я". Попробуем охарактеризовать действующих лиц, воспользовавшись для этих целей высказываниями самого "Честного Джима".

Итак, М. Уилкинс.

"В то время работа над молекулярным строением ДНК в Англии практически была вотчиной Мориса Уилкинса, работающего в Кингзколледже. Как и Фрэнсис (Крик), Морис был физиком и также пользовался в своих исследованиях рентгенографическими методами. Было бы не слишком красиво, если бы Фрэнсис вдруг занялся проблемой, над которой Морис работал уже несколько лет. Дело осложнялось еще и тем, что оба они, почти ровесники, были хорошо знакомы и до второй женитьбы Фрэнсиса часто обедали и ужинали вместе, чтобы поговорить о науке".