Фрэнсис Крик - Что за безумное стремленье! [litres]

Некоторые моменты часто упускаются из виду. Потребовались храбрость (или наглость, в зависимости от того, как вы на это смотрите) и определенный уровень технической грамотности, чтобы решительно проигнорировать нелегкий вопрос о том, как двойная спираль разматывается, и отвергнуть модель с параллельным расположением нитей ДНК. Подобную модель предлагал космолог Георгий Гамов вскоре после публикации нашей статьи, а позже еще две группы исследователей. Забегая вперед, расскажу об этих двух моделях. В обеих парные цепочки ДНК были не перевиты, как в нашей, а лежали параллельно. Так, утверждали авторы, цепочкам легче разъединяться для репликации. Каждая цепочка извивалась, так что на первый взгляд предлагаемые конфигурации не сильно отличались от наших. Авторы утверждали, что новые модели согласуются с данными рентгенограмм не хуже, а то и лучше нашей.

Я не поверил ни единому слову. У меня вызвали немало сомнений заявления насчет рисунка дифракции, поскольку при такой модели ожидалось бы как минимум несколько лишних пятен в тех характерных пустых местах, которые дает истинная спираль. Кроме того, модели были некрасивы – их формы были притянуты авторами за уши и не имели явных структурных обоснований.

Однако такие аргументы не могут быть решающими, и их легко приписать обыкновенной предвзятости с моей стороны. Две группы новаторов довольно остро ощущали свое маргинальное положение в научном мире. Они опасались, что истеблишмент не станет их слушать. В реальности оказалось иначе: все, включая редакцию Nature , изо всех сил старались дать им честную возможность быть выслушанными.

Примерно в это же время на сцену вышел Билл Поул, чистый математик. Он указал – вполне справедливо – что при прочих равных условиях самым вероятным результатом репликации кольцевой ДНК будут два сцепленных дочерних кольца, а не два отдельных. Из этого он заключил, что цепочки ДНК не могут перевиваться, как предполагали мы, но должны лежать параллельно.

Какое-то время я вел с ним переписку и телефонные разговоры. Потом он нанес мне визит. Он был уже хорошо знаком с подробностями экспериментов и упорно настаивал на своей точке зрения. Я писал ему, что если природа случайно произведет два сцепленных кольца, то в ходе эволюции должен возникнуть механизм, который их расцепляет. Думаю, он счел это возмутительным образчиком логической ошибки, и его это вовсе не убедило. Впоследствии, несколько лет спустя, оказалось, что именно так и происходит в реальности. Ник Коццарелли [28] Коццарелли, Николас Роберт (1938–2006) – американский биохимик; в настоящее время существует премия его имени. и его коллеги продемонстрировали, что специальный фермент – топоизомераза II – способен разрезать обе нити участка ДНК, пропустить другой участок ДНК между концами и затем снова сшить разрезанные концы. Таким образом он может расцепить два сцепленных кольца ДНК и даже может, при достаточно высоких концентрациях ДНК, сцепить исходно раздельные кольца.

К счастью, блестящие исследования Уолтера Келлера и Джима Вонга по «коэффициенту зацеплений» ДНК доказали, что все параллельные модели неверны. Они продемонстрировали, что две цепочки кольцевой ДНК перевиты друг с другом примерно столько раз, сколько предсказывала наша модель. Я потратил столько времени на эту проблему, что в 1979 г. совместно с Джимом Вонгом и Биллом Бауэром написал обзорную статью «Действительно ли ДНК – двойная спираль?» ( Is DNA Really a Double Helix? ), где мы рассмотрели подробно все доводы.

Сомневаюсь, что даже это само по себе убедило бы закоренелого скептика, но как раз в это время Билл Поул выбросил белый флаг. К счастью, наука не стояла на месте. Выдвинуть решающие доводы на основании рентгенограмм прежде мешало отчасти то, что картинка не давала достаточно информации, как и то, что приходилось постулировать условную модель и затем сопоставлять ее со скудными данными.

К концу семидесятых химики открыли эффективный способ синтезировать достаточное количество коротких цепочек ДНК с любой нужной последовательностью оснований. При достаточном везении такую короткую цепочку можно было кристаллизовать. Затем ее структуру можно было определить с помощью рентгеновской дифракции, используя достоверные методы, такие как метод изоморфных замещений, который не нуждался в заранее заданных ожиданиях результата. Кроме того, пятна рентгеновской дифракции на таких кристаллах давали более высокое разрешение, чем старые рентгенограммы нитей, в том числе потому, что нити получали из ДНК с перемешанными последовательностями. Неудивительно, что нити давали менее четкий рисунок молекулы, поскольку рентгенограмма отражает усредненную структуру по всем молекулам.

Первые результаты (около 1980 г.), полученные на этих маленьких кусочках ДНК Алексом Ричем и его командой в Массачусетском технологическом институте, а также Диком Дикерсоном и его коллегами в Калтехе, преподнесли еще одну неожиданность. Рентгенограмма показала левозакрученную структуру, дотоле неизвестную. Она имела вид зигзага и получила название Z-ДНК. Рисунок ее рентгенограммы заметно отличался от классических рентгенограмм ДНК, так что это была явно новая форма ДНК. Обнаружилось, что Z-ДНК свободно формируется только при особой последовательности оснований (чередовании пуринов и пиримидинов). Для чего именно в природе нужна Z-ДНК, до сих пор ломают головы ученые; возможно, она используется в регулятивных последовательностях.

Для более типичных последовательностей ДНК вскоре были получены кристаллические формы. На этот раз получившиеся структуры оказались очень близкими к тем, которые предсказывали данные дифракции на нитях, хотя имелись некоторые отличия, а спираль несколько варьировала в зависимости от локальной последовательности оснований. Эта тема все еще продолжает активно изучаться.

Двуспиральная структура ДНК, таким образом, была окончательно доказана лишь в начале 1980-х гг. Прошло более четверти века, прежде чем наша модель ДНК из вероятной стала весьма вероятной (по итогам подробного изучения нитей ДНК), а затем – практически безусловно достоверной. И даже тогда она была верной лишь в общих чертах, но не в точных подробностях. Конечно, сам факт того, что последовательности оснований комплементарны (ключ к ее работе) и что две цепочки идут в противоположных направлениях, был твердо установлен чуть раньше – благодаря химическим и биохимическим исследованиям последовательностей ДНК.

Обнаружение двойной спирали может служить полезным наглядным примером того непростого пути, который проходят теории, прежде чем стать фактами. Подозреваю, что у многих в возрасте 20–25 лет возникает желание перевернуть устои. Каждому поколению нужна новая музыка. В случае с двойной спиралью безжалостные научные факты закрыли возможность строить новые модели. В ненаучных областях парировать вызов труднее, и новые идеи часто побеждают преимущественно в силу своей новизны. Свежесть – на первом месте. В обоих случаях новый подход стремится вобрать в себя какие-то элементы старых воззрений, потому что новаторство наиболее эффективно тогда, когда оно хотя бы частично опирается на уже существующую традицию.