Фрэнсис Крик - Что за безумное стремленье! [litres]

Открытие альфа-спирали стало важной вехой на тернистом пути молекулярной биологии, но оно не имело такого резонанса, как открытие двойной спирали ДНК. Поначалу мы надеялись, что, располагая базовыми сведениями об укладке альфа-спиралей и бета-складок, мы сможем расшифровать структуру белка путем прямого моделирования. К несчастью, большинство белков слишком сложны для этого. Коротко говоря, эти два структурных шаблона предупредили нас о том, чего можно ожидать от некоторых элементов строения белков, но они не раскрыли нам непосредственно секрета специфичности и каталитической активности конкретного белка. Напротив, структура ДНК сдалась сразу, откровенно подсказав, как именно реплицируются нуклеиновые кислоты. ДНК в конечном итоге намного более простая молекула, чем высокоспециализированный в ходе эволюции белок, и потому выдает свои секреты более охотно. Мы не знали этого наперед – нам просто повезло, что мы наткнулись на столь изящную структуру.

Полинг сыграл более важную роль в молекулярной биологии, чем порой принято думать. Он не только сделал ряд ключевых открытий (например, что серповидноклеточная анемия – заболевание на молекулярном уровне), но и проявлял верный теоретический подход к этим биологическим проблемам. Он был убежден, что многие необходимые нам объяснения можно получить, воспользовавшись общепризнанными идеями химии, в особенности химии макромолекул, и что знания о различных типах атомов, в первую очередь углерода, и о связях, их соединяющих [электростатические взаимодействия, ковалентные, водородные и ван-дер-ваальсовы связи], вполне достаточно, чтобы раскрыть тайны жизни.

Напротив, Макс Дельбрюк, начинавший как физик, надеялся, что биология поможет нам открыть новые законы физики. Дельбрюк, как и Полинг, работал в Калифорнийском технологическом институте. Он стал первопроходцем важных направлений в исследовании вирусов, называемых бактериофагами (или просто фагами), а также был одним из руководителей авторитетной группы по фагам, одним из младших участников которой был Джим Уотсон. Не думаю, что Дельбрюк особенно интересовался химией. Как большинство физиков, он считал химию довольно второстепенным прикладным применением квантовой механики. Он не мог вообразить, насколько необыкновенные структуры может создавать естественный отбор, – он не представлял себе даже, какое многообразие различных белков возможно в природе.

Время показало, что по крайней мере на текущий момент Полинг оказался прав, а Дельбрюк ошибался – что Дельбрюк и сам признал в своей книге «От духа к материи» ( Mind into Matter ). Все, что мы знаем о молекулярной биологии, по-видимому, находит объяснение в рамках стандартной химии. И теперь мы понимаем, что молекулярная биология – не второстепенная сторона биологических систем. Она – их сердцевина и основание. Практически все аспекты жизни заданы на молекулярном уровне, и без понимания природы молекул возможно лишь весьма отрывочное представление о жизни как таковой. Ни одна теория на высшем уровне не может считаться надежной, пока не подтвердится на молекулярном уровне.

Двойная спираль, безусловно, необычайная молекула. Современному человеку как виду, вероятно, около 50 тысяч лет [25] По современным данным, Homo sapiens существует не менее 100 тысяч лет. , цивилизация существует не более 10 тысяч лет, а государство США – лишь чуть больше 200; но ДНК и РНК существуют как минимум несколько миллиардов лет. Все это время двойная спираль жила и работала, однако мы первые живые существа на Земле, догадавшиеся о ее существовании.

О нашем открытии двойной спирали уже написано так много, что мне трудно добавить что-нибудь новое к уже сказанному. «Каждому школьнику известно», что ДНК – очень длинное химическое послание, записанное четырехбуквенным алфавитом. Остов каждой цепи практически однороден. Четыре «буквы» – основания – присоединены к нему на одинаковых расстояниях. В обычных условиях структура состоит из двух отдельных цепочек, закрученных между собой и образующих двойную спираль, но не в спирали состоит истинный секрет устройства молекулы. Секрет – в том, какие пары образуют основания друг с другом: аденин – с тимином, гуанин – с цитозином. Сокращенно это записывается как А = Т, Г ≡ Ц, где каждая черточка обозначает слабую химическую связь (водородную). Именно избирательная способность оснований на цепочках, расположенных напротив друг друга, образовывать пары, лежит в основе процесса репликации. Какая бы последовательность ни была записана на одной из цепочек, вторая цепочка должна содержать комплементарную ей последовательность, заданную правилами образования пар. Биохимия основана преимущественно на органических молекулах, тесно упакованных вместе. ДНК не исключение. (Несколько более подробное объяснение см. в приложении А.)

Термин «ДНК» не всегда был привычным, но даже тридцать лет назад о нем не то чтобы совсем не слышали. Физхимик Пол Доти как-то рассказывал мне, что в ту пору, когда в моду стали входить значки, он приехал в Нью-Йорк и, к своему удивлению, увидел значок с надписью «ДНК». Решив, что надпись, наверное, подразумевает не то, что он думал, он поинтересовался у продавца, что это значит. «Это гены, сечешь, чувак?» – ответил тот с сильным нью-йоркским выговором.

Теперь большинство людей знает, что такое ДНК, или по крайней мере знает, что это неприличное слово вроде «химии» и «синтетики». К счастью, те, кто помнит о существовании двух персонажей по имени Уотсон и Крик, чаще всего не уверены, кто из них кто. Не раз мне приходилось слышать от восторженных поклонников, как они восхищаются моей книгой – имелась в виду, разумеется, книга Джима. Теперь я уже и объяснять не пытаюсь – убедился, что лучше не надо. Еще чудесатее был случай, имевший место в 1955 г., когда Джим вернулся на работу в Кембридж. Однажды я шел в Кавендишскую лабораторию и догнал по пути Невилла Мотта, нового руководителя лаборатории (Брэгг тогда уже перешел в Королевский институт в Лондоне). Я сказал ему: «Мне бы хотелось познакомить вас с Уотсоном, он же в вашей лаборатории работает». Он взглянул на меня в изумлении. «Уотсон? – переспросил он. – Уотсон? Я думал, ваша фамилия Уотсон-Крик».

Некоторые все еще находят ДНК трудной для понимания. Помню певицу из ночного клуба в Гонолулу, которая рассказывала мне, как в школе кляла нас с Уотсоном, потому что из-за нас ей на уроках биологии приходилось учить всякие сложности про ДНК. В действительности понятия, необходимые для того, чтобы постичь ее структуру, при должной подаче просты до смешного – они не нарушают здравого смысла, в отличие от квантовой механики и теории относительности. Я убежден, что простота нуклеиновых кислот не случайна. Они, вероятно, ведут родословную от самого зарождения жизни или момента, близкого к нему. В то время механизмам следовало быть достаточно простыми, иначе бы жизнь не зародилась. Конечно, для объяснения самого существования молекул вещества нельзя обойтись без квантовой механики, но, к счастью, форма молекулы может быть достаточно легко представлена через механическую модель, и поэтому теорию несложно понять.