Джейкоб Броновски - Восхождение человечества

Какова архитектура? То есть какова структура оснований ДНК, которая дает ей способность нести разнообразную генетическую информацию? Здание не груда камней, а молекула ДНК не нагромождение оснований. Она представляет собой длинную, но довольно ригидную цепочку — что-то типа органического кристалла — и имеет винтовую (спиралевидную) форму. Может ли ДНК содержать две, три или четыре спирали? Мнения ученых разделились: одни утверждали, что ДНК состоит из двух цепочек, другие настаивали на трех. В конце 1952 года великий гений структурной химии Лайнус Полинг, работавший в Калифорнии, предложил модель ДНК, состоящую из трех спиралей. Сахара и фосфаты образуют несущую конструкцию, а основания торчат во всех направлениях. Статья Полинга попала в Кембридж в феврале 1953 года. Крику и Уотсону сразу стало очевидно, что в ней что-то не так.

Возможно, Джим Уотсон хотел упростить модель или сыграла роль его несговорчивость, но он решил, что спиралей должно быть две. После визита в Лондон:

Я вернулся в колледж, перелез через задние ворота и решил построить модель ДНК с двумя цепочками. Фрэнсису пришлось согласиться. Конечно, он был физик, но знал, что значимые биологические объекты обычно существуют парами .

Причем они создавали структуру, которая имела бы внешний остов: нечто вроде винтовой лестницы, которую сахара и фосфаты удерживают как перила. Они много экспериментировали, чтобы понять, как основания образуют ступеньки в этой модели. И затем, после одной особенно грубой ошибки, все вдруг стало очевидным:

…я поднял глаза, увидел, что это не Фрэнсис, и снова начал раскладывать основания так и эдак. И вдруг я заметил, что пара аденин — тимин, соединенная двумя водородными связями, имеет точно такую же форму, как и пара гуанин — цитозин, тоже соединенная по меньшей мере двумя водородными связями . [13] Уотсон Дж. Двойная спираль. М.: Мир, 1969.

Конечно: на каждой ступени лестницы должны быть малое основание и большое основание, но не любое большое основание. Тимин должен идти в паре с аденином, а если у вас цитозин, то он дополняется гуанином. Основания соединяются в пары и определяют друг друга.

Итак, модель молекулы ДНК — это винтовая лестница. Закручивающаяся вправо спираль, в которой каждая ступень одинакового размера, расположена на одинаковом расстоянии от следующей и повернута относительно другой на 36°. И если цитозин на одном конце ступеньки, то на другом обязательно будет гуанин, и также обстоят дела с другой парой. Это означает, что каждая половина спирали несет полную информацию, так что в некотором смысле вторая является излишней.

Давайте построим молекулу на компьютере. Схематично это пары основ, пунктирные линии между концами — это водородные связи, удерживающие два основания вместе. Начнем с самой первой ступени, которую поместим в левом нижнем углу экрана, и будем постепенно, ступенька за ступенькой, выстраивать молекулу ДНК.

Вторая пара может быть того же вида, что и первая, а может быть противоположного рода и смотреть в ту или другую сторону. Ставим ее над первой парой и поворачиваем на 36°. Ко второй паре добавляем третью, к ней — четвертую и так двигаемся далее.

Эти ступени — код, который диктует клетке, шаг за шагом, как строить жизненно важные белки. Ген формируется у нас на глазах: перила из сахаров и фосфатов прочно, с каждой стороны держат винтовую лестницу. Спиральная молекула ДНК — это ген, ген в действии, а ступеньки — это его шаги.

Над подобным описанием молекулы ДНК Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик работали восемнадцать месяцев. Когда работа была завершена, 2 апреля 1953 года они отправили в редакцию журнала Nature статью. По оценкам Жака Люсьена Моно, Института Пастера в Париже и Института Солка в Калифорнии, статья Уотсона и Крика содержит:

фундаментальный биологический инвариант молекулы ДНК. С момента открытия Менделем гена как носителя наследственных признаков и выполненного сначала Эйвери, затем Херши описания его химической идентификации, установленная Уотсоном и Криком структурная основа клетки ДНК, без всякого сомнения, является наиболее важным открытием, когда-либо сделанным человечеством в области биологии. К таким открытиям, конечно, необходимо добавить теорию естественного отбора, которая убедительно была доказана только в результате более поздних открытий .

Модель ДНК легко поддается процессу репликации, который еще более важен для жизни, чем половое размножение. При делении клетки две спирали расходятся. К каждому основанию пристраивается другое комплементарное (дополняющее его) основание. В двойной спирали есть избыточность, и она важна: каждая половина несет всю информацию, или инструкцию, когда клетка делится. Магическое число «два» в ДНК становится средством, с помощью которого клетка в момент деления передает свою идентичность.

При этом спираль ДНК не окаменелость, не памятник, она — живая ячейка, сохраняющая и передающая потомкам пошаговую инструкцию о том, как следует жить. Иначе говоря, жизнь идет по расписанию, а ступени ДНК шифруют последовательность событий. Клетка считывает ступени одну за другой, последовательность из трех ступеней — это сигнал для клетки к созданию еще одной аминокислоты. Формируемые по порядку аминокислоты составляют в клетке белок — главный строительный материал жизни.

Каждая клетка организма способна воссоздать весь организм. Исключение составляют сперматозоиды и яйцеклетки из-за их неполноты: они несут только половину от общего числа генов. Когда сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, гены сходятся парами, как и предсказывал Мендель. Такая яйцеклетка становится полноценной и является моделью для любой другой клетки организма, так как каждая клетка образуется путем деления оплодотворенной яйцеклетки. Как появившийся из яйца цыпленок, любое животное всю жизнь несет в себе наследство оплодотворенной яйцеклетки.

По мере развития эмбриона клетки обретают специализацию. Закладываются клетки нервной системы вдоль примитивной пластинки. Скопления клеток по обеим сторонам формируют остов. Образуются разные клетки: нервные, мышечные, соединительная ткань (связки и сухожилия), кровь, кровеносные сосуды. Специализация клеток закономерна, потому что продиктована инструкциями ДНК. Согласно этой информации каждая конкретная клетка будет производить белки, необходимые для функционирования этой и никакой другой клетки. Это ДНК в действии.

Ребенок индивидуален с момента своего рождения. Гены, полученные им от обоих родителей, делают его уникальным. Ребенок наследует дары от обоих родителей, и по счастливой случайности эти дары соединились в новый и оригинальный организм. Но ребенок не раб наследования: то, каким образом раскроются его врожденные качества, зависит от него самого.