Мартин Гарднер - Этот правый, левый мир

К свойству, называемому жизнью, все сказанное относится в полной мере.

Вспомните вирусы, эти самые маленькие из известных биологических объектов, которые обладают способностью «есть» (поглощать различные вещества из окружающей среды), расти и воспроизводить себе подобных. Они много меньше бактерий (бактерии даже заражаются вирусами, так же как люди бактериями). Они беспрепятственно проходят через самые тонкие фарфоровые фильтры. Миллионы их поместятся на кончике иглы. Вирусы невидимы в обычный микроскоп, поскольку размеры их меньше длины световой волны, но у биохимиков есть очень тонкие методы исследования строения вирусов при облучении их рентгеновскими лучами или бомбардировке элементарными частицами.

Можно, правда, сказать, что и кристалл «растет», но в весьма тривиальном смысле. Если поместить кристалл в раствор того же вещества, из которого состоит решетка кристалла, то это вещество начнет осаждаться на его поверхности; чем больше откладывается вещества, тем крупнее становится кристалл. Но вирусы, как и все живые существа, растут более удивительным образом. Извлекая из окружающей среды химические элементы, они синтезируют соединения, которых нельзя найти в ней, а затем создают из этих соединений сложные структуры — собственные копии. Способность вирусов заражать другие организмы и иногда убивать их связана именно с этим свойством. Вирусы населяют клетки зараженного организма и подчиняют себе их механизм, как бы снабжая его новыми рабочими чертежами. Они заставляют клетки изготовлять не то, что им положено, а то, что нужно самим вирусам для воспроизводства.

В своей способности размножаться (производить себе подобных) вирус ведет себя, как живое существо. Но, будучи удален из живой ткани, он кристаллизуется! Кристаллы, образованные вирусами, часто принимают форму правильных многогранников: тетраэдров, икосаэдров, додекаэдров, ромбододекаэдров и так далее. Кристаллы эти абсолютно инертны и не проявляют никаких признаков жизни. Они так же «мертвы», как кристаллы кварца. Но введите этот кристаллик в растение или животное того вида, который поражается этим вирусом, и он сразу начнет свою смертоносную деятельность.

Первый вирус, открытый человеком и один из наиболее хорошо изученных к настоящему времени, вызывает «мозаичную болезнь» у растений табака. Кристаллизуясь, он образует крошечные стерженьки, которые можно увидеть в электронный микроскоп. Недавно было обнаружено, что каждый такой стерженек имеет спиральную структуру, образованную примерно 2000 молекул белка, а каждая молекула белка состоит из 150 аминокислот. Белковые молекулы навиваются на полый сердечник, идущий с одного конца стерженька к другому. В белок (а не в сердечник, как думали раньше) «вделана» одна-единственная правая спираль молекулы особого углеродного соединения, называемого нуклеиновой кислотой.

Нуклеиновая кислота не является белком, но как и последний, она относится к разряду полимеров, то есть соединений, гигантские молекулы которых образованы меньшими молекулами, выстроенными в цепочку. Звенья этой цепочки, известные под названием нуклеотиды , состоят из атомов углерода, кислорода, азота, водорода и фосфора; но если белки складываются из двадцати аминокислот, то в состав нуклеиновой кислоты входят только четыре различных нуклеотида. Тысячи нуклеотидов могут соединяться подобно аминокислотам в белке, образуя почти бесконечное множество различных комбинаций — миллиарды молекул различных нуклеиновых кислот. Как и молекулы аминокислот, каждый нуклеотид асимметричен — все они «левые». Поэтому каркас молекулы нуклеиновой кислоты, как и каркас белковой молекулы, образует правую спираль.

Существуют два вида нуклеиновых кислот — ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота). Каждый вирус состоит из белковой оболочки, содержащей одну или несколько спиралей нуклеиновой кислоты. Вирус табачной мозаики содержит только одну спираль РНК. Некоторые вирусы состоят только из ДНК, некоторые — из ДНК и РНК. Нет сомнения, что зараженный вирусами организм убивает именно нуклеиновая кислота, а не белок. Когда вирус нападает на бактерию, его белковая оболочка прикрепляется к ней снаружи и остается там, а нуклеиновая спираль, как бур, проходит сквозь стенку внутрь клетки и начинает наводить новый порядок в механизме воспроизводства клетки. Вскоре клетка начинает изготовлять копии не себя самой, а захватчика-вируса. Сотни его дубликатов, укомплектованные и белковыми оболочками и спиралями нуклеиновых кислот, вырываются из пораженной клетки и нападают на ее соседок.

Как и белковые спирали, правые пружинки нуклеиновой кислоты часто свиваются в правые спирали большего размера. В 1962 году биохимики Йельского университета описали «трехступенчатую спираль» нуклеиновой кислоты — вирус бактериофага Т-2. (Бактериофаг — это вирус, поражающий только бактерии.) Головка его имеет форму бипирамидальной гексагональной призмы (рис. 40). К головке прикреплен белковый хвостик. Внутри головки заключена одна молекула ДНК, которая может просовываться и в хвостик. Эта молекула представляет собой «трехступенчатую» спираль. Первичная спираль — каркас молекулы ДНК. Он завивается вторично и наконец в третий раз превращается как бы в туго намотанную катушку ниток, которая плотно входит в призматическую головку вируса. Хвостиком вирус прикрепляется к клетке-кормилице и пробивает небольшую дырочку в ее мембране. Затем, вероятно, хвостик сжимается и один конец молекулы ДНК проникает в пробитую дырочку. Потом катушка в головке вируса начинает вращаться по часовой стрелке и вся молекула ДНК пробирается через отверстие, чтобы начать свое черное дело.

Нуклеиновая кислота встречается не только в вирусах: в виде ДНК она входит в состав каждой живой клетки от одноклеточных организмов вроде амебы до клеток человеческого тела. Сейчас имеются веские доводы в пользу того, что неуловимые гены — невидимые «частицы», несущие наследственную информацию в виде генетического кода, — вовсе и не являются какими-то самостоятельными элементами, как думали раньше. Это участки на двукратно закрученной спиральной молекуле ДНК. В каждой клетке человеческого тела помещаются 46 похожих на палочки образований, называемых хромосомами, каждая из которых содержит по крайней мере одну пару скрученных правых спиралей ДНК. Точный порядок, в котором четыре различных нуклеотида располагаются вдоль каждой спирали, и есть генетический код, который сообщает клетке, что ей делать. (Эти четыре основных кирпичика — аденин, тимин, гуанин и цитозин — обычно обозначают сокращенно первыми буквами А, Т, Г, Ц.) Каждая аминокислота соответствует трехбуквенной комбинации. Из четырех возможных букв можно составить 64 различные трехбуквенные комбинации — этого более чем достаточно для того, чтобы «описать» точный состав всех аминокислот и порядок, в котором они должны соединяться, образуя заданный белок. «Ген» — это просто часть сообщения, записанного на молекуле ДНК от одного ее конца до другого. Каким способом расставляются «знаки препинания» в этом сообщении, чтобы отметить место, где начинается и где кончается ген, — вопрос, который (в тот момент, когда пишутся эти строки) еще предстоит решить [33] В 1966 году стало известно, какие комбинации играют роль «точки», отделяющей «фразы» в кодированном послании, записанном на ДНК. — Прим. ред. .