Фрэнсис Крик - Что за безумное стремленье! [litres]

Структура ДНК указывала на то, что последовательность оснований в ДНК кодирует аминокислотную последовательность соответствующего белка. В докладе я назвал эту идею «гипотезой последовательности». Перечитывая текст, я вижу теперь, что выражался не слишком точно. У меня сказано: «…она предполагает, что специфичность отрезка нуклеиновой кислоты выражается единственно в последовательности оснований и что эта последовательность является (простым) кодом аминокислотной последовательности данного белка». Можно понять так, что все последовательности нуклеиновых кислот обязаны кодировать белки, чего я безусловно не имел в виду – мне стоило написать, что ген кодирует аминокислотную последовательность белка исключительно через последовательность оснований. Эта оговорка допускает возможность, что некоторые фрагменты последовательности оснований могут нести другие функции, например, механизмов контроля (определять, должен ли данный ген работать и в каком темпе), или производить РНК для каких-то иных целей, не связанных с кодированием. Однако, похоже, никто не заметил моей обмолвки, так что особого вреда от нее не было.

Другая теоретическая идея, выдвинутая мной, была немного иного характера. Я предположил, что, «как только информация передалась белку, она уже не может вылезти обратно », пояснив, что «под информацией здесь подразумевается точное положение последовательности, будь то последовательность оснований нуклеиновой кислоты или аминокислотных остатков белка» (см. приложение А).

Я назвал эту идею «центральной догмой» – видимо, по двум причинам. Во-первых, очевидное слово «гипотеза» уже было задействовано («гипотеза последовательностей»), а во-вторых, я хотел подчеркнуть, что это новое допущение более решающее и сильное. Я отметил, что спекулятивный характер той и другой подчеркивают их названия.

Как оказалось, от использования слова «догма» было, что называется, визгу много, шерсти мало. Много лет спустя Жак Моно указал мне, что я, вероятно, неверно понимаю значение слова «догма», означающего «верование, в котором нельзя сомневаться». На самом деле у меня были об этом смутные представления, но, полагая, что все религиозные верования лишены серьезных обоснований, я использовал слово так, как сам представлял себе его смысл, а не так, как большинство людей во всем остальном мире, – я просто подразумевал под ним фундаментальную гипотезу, которая, как бы правдоподобно ни выглядела, недостаточно подкрепляется прямыми опытными данными.

В чем польза подобных общих идей? Очевидно, что они умозрительны и потому могут оказаться неверными. И все же они помогают выработке более положительных и конкретных гипотез. Если они удачно сформулированы, они могут действовать как проводники в дремучем лесу теорий. Без проводника любая теория кажется возможной. С проводником – многие гипотезы отпадают, и становится понятнее, на каких стоит сосредоточиться. Если при таком подходе исследователь все же заплутал в лесу, он испробует новую догму – возможно, она подойдет лучше. К счастью, в молекулярной биологии первая же оказалась верной. По моему мнению, это одна из самых полезных ролей, которую теоретик способен сыграть в биологии. В подавляющем большинстве случаев для теоретика практически невозможно получить правильное решение комплекса биологических проблем единственно путем размышлений. Механизмы, которыми занимается биология, возникли путем естественного отбора, и потому в них слишком много запутанного и случайного. Лучшее, на что может надеяться теоретик, – указать экспериментатору верное направление, и нередко лучший способ сделать это – обозначить, какие пути могут быть тупиковыми. Если надежды самостоятельно додуматься до верной теории невелики, в таком случае полезнее поразмыслить, какой класс теорий может быть ошибочен , применив общие соображения обо всем, что известно о природе системы.

Оглядываясь назад, я вижу, что моя работа «О синтезе белка» представляет собой смесь удачных и неудачных идей, озарений и чуши. Озарения, подтвердившиеся впоследствии, основываются преимущественно на общих соображениях, высказанных с учетом более или менее давно установленных данных. Неверные идеи проистекают в основном из более свежих результатов экспериментов, которые в большинстве случаев оказались потом либо неполными, либо неверно истолкованными, а то и полностью ошибочными.

Уже тогда в мои рассуждения вкралась ошибочная идея. Видно, что я представлял себе РНК в цитоплазме – в «микросомных частицах», как их тогда называли, потому что слово «рибосомы» еще не вошло в общее употребление, – как «трафарет», то есть думал, что у нее довольно жесткая структура, наподобие двойной спирали ДНК, хотя, вероятно, одноцепочечная. Лишь позже я осознал, что эта идея задает слишком узкие рамки и что «лента», возможно, ближе к истине. Подобно тому как телеграфная лента не имеет жесткой структуры (разве что в то мгновение, когда находится в аппарате), РНК – я понял это впоследствии, – не обязана быть жесткой, она может быть гибкой, за исключением того сегмента, который кодирует очередную по счету аминокислоту. Другое следствие, вытекавшее из этой идеи, состояло в том, что наращиваемая белковая цепочка была не обязана оставаться на «трафарете», но могла уже начинать сворачиваться по ходу синтеза – что предполагали и раньше.

На тот момент в моих рассуждениях была еще одна, более серьезная ошибка. Не стану расписывать подробностей (они изложены в самой статье), но по сути причиной моих ошибок было то, что я спутал сам механизм синтеза белков и совершенно отдельные механизмы, которые им управляют. А произошло это, если в двух словах, потому что, по данным некоторых экспериментов, для синтеза РНК требовался свободный лейцин (аминокислота), что привело к выводу о возможных общих промежуточных продуктах при синтезе как белков, так и РНК, из которых при необходимости можно получить и то и другое. На самом деле свободный лейцин нужен для регуляторного механизма, чтобы продолжать синтез РНК, вероятно, потому что в условиях голодания клетки, когда свободного лейцина нет, производить новые РНК не нужно. Думаю, легко впасть в ошибку подобного рода – смешение явлений, связанных с природой самого механизма, и явлений, связанных с его регуляцией, – когда пытаешься разобраться в сложной биологической системе.

К этой общей категории стоит отнести еще одну ошибку – когда вспомогательный процесс, возникший в ходе эволюции как корректировка основного процесса, принимают за сам основной процесс и потому делают ложные выводы об основном. Другой вариант – когда о существовании вспомогательного процесса не догадываются и потому заключают, что основной процесс неосуществим. Возьмем, например, частотность ошибок в репликации ДНК. Нетрудно вычислить, что, если у организма миллион кодирующих пар оснований, то частотность ошибок на каждом этапе репликации не должна превышать одну на миллион. (Точную формулу элегантно вывел Манфред Эйген.) Человеческая ДНК состоит примерно из 3 млрд пар оснований (в гаплоидном наборе), и, хотя ныне известно, что лишь небольшая доля из них должна воспроизводиться точно, частотность ошибок не может превышать (по самой грубой оценке) одной на сто миллионов, иначе организм в ходе эволюции будет торпедирован собственными мутациями. Однако существует естественная частотность ошибок репликации [вследствие таутомерической природы оснований], которую затруднительно снизить более чем до 1: 10 000. В таком случае ДНК, безусловно, не может хранить наследственную информацию, ведь ее репликация породит слишком много ошибок.