Двойная спираль. Забытые герои сражения за ДНК - Гарет Уильямс

в основе жизни, здоровья и восстановления организмов. Ткани и органы растут и расширяются, потому что клетки, из которых они состоят, размножаются путем деления надвое. Некоторые типы клеток, такие как определенные нервные клетки (нейроны) мозга, живут свои долгие жизни, не зная переживаний деления, но у большинства клеток более честолюбивые замыслы. Клетки кожи и внутренней оболочки кишечника[44] подвергаются сильному износу, поэтому им приходится чаще регенерировать самих себя, чтобы сохранять эти поверхности в целости. Даже для этих интенсивно обновляющихся тканей деление клетки – редкое событие; например, оно занимает лишь последний час из трехдневного периода жизни клетки эпителия толстой кишки. Клетки делятся более часто в эмбрионе и при восстановлении тканей после повреждения – ярким примером может служить новая лапка, которая вырастает у личинки тритона после неудачной встречи с биологом-экспериментатором.

Благодаря своей благоприятствующей анатомии некоторые виды чрезвычайно поспособствовали изучению деления клетки. Если посмотреть невооруженным глазом, лошадиная острица выглядит как 5-дюймовая невероятно подвижная макаронина; под микроскопом это ответ на мольбу биолога – гермафродит с просвечивающими гонадами, где на одном образце можно проследить развитие икры и спермы. Личинки амфибий, таких как тритоны и саламандры, наделены большими удобными для микроскопистов клетками кожи, жабр и мочевого пузыря. А слюнные железы мух содержат необыкновенно большие хромосомы с таким изысканным рисунком, что мутации можно буквально увидеть.

Первые попытки объяснить деление клетки делались на живых клетках (точнее, на медленно умирающих), без использования гистологических красителей. К середине 1870-х годов различные исследователи сообщили о том, что короткие стержнеобразные структуры – которые Эдуард ван Бенеден назвал bâtonnets[45], или «маленькие палочки», – появлялись в потревоженной цитоплазме на месте, где последний раз видели ядро. Но загадки, из чего состояли «маленькие палочки», откуда они появились и что они делали, оставались неразгаданными до тех пор, пока один человек не сел за микроскоп и не посвятил 40 лет тому, чтобы разобраться, что происходило на самом деле.

Держаться за нити

Вальтер Флемминг был одним из немногих по-настоящему симпатичных людей в истории изучения ДНК. Он был любим своими студентами[46] за «сердечность и благожелательность», а бедняками города, ставшего ему родным, за то, что отдавал им четверть зарплаты и учил их детей бесплатно.

Когда 33-летний Флемминг занял пост профессора анатомии в Кильском университете в феврале 1876 года, он возвращался к своим корням в северной Германии. После счастливого детства, проведенного в Заксенберге, изучение медицины заставило его вести кочевой образ жизни, переезжая из Геттингена в Росток через Тюбинген (он на пару лет разминулся там с Фридрихом Мишером) и Берлин. Получив докторскую степень в 1868 году, он работал в Праге, где бескомпромиссные националистически настроенные чешские студенты превратили его жизнь в настоящий ад – так что он удалился в захудалый университет имени Кристиана Альбрехта в Киле[47], один из самых маленьких в Германии.

Благодаря большому торговому флоту Киль был процветающим городом, но в нем было немало признаков обеднения. Когда Флемминг приехал, Анатомический институт ютился в некогда величественном, но пришедшем в упадок особняке рядом с центром города. Флеммингу приходилось бороться с хронической нехваткой денег, помещений и трупов для вскрытия – не говоря уже о борьбе с администрацией университета, которая пыталась украсть его заработок. Но он совершил великие дела с таким малообещающим материалом и превратил свой институт в один из ведущих мировых центров по изучению жизненных процессов.

Флемминг посвятил оставшуюся часть своей карьеры тщательному анализу мелких деталей деления клетки. Ему способствовали хорошие микроскопы, терпение, достойное святого, способность поймать момент и «превосходные» клетки огненной саламандры. Эта нарядная черно-желтая амфибия, похожая на тритона, примечательна тем, что она ядовита[48] и что у нее большие прозрачные клетки, обрамляющие жабры и мочевой пузырь, в которых ее хромосомы (их всего шесть, а потому их легко отследить) видны в самом выгодном свете. Флемминг начал наблюдать за процессом в неокрашенных тканях и увидел «нити», которые появляются в том месте, где было ядро, когда его очертания растворились. Это соответствовало «маленьким палочкам», о которых уже сообщалось другими исследователями, но последующие детали было трудно различить.

Его огромный скачок вперед заключался в том, что он окрашивал разделяющиеся клетки разными гистологическими красителями. Он первым зафиксировал образцы смертоносным коктейлем из солей металлов и уксусной кислоты («раствор Флемминга», до сих пор используемый сегодня), который позволял надежно заблокировать клеточный механизм. Благодаря красителям предметное стекло микроскопа дало принципиально новый уровень понимания. Застывшие в момент смерти клетки и окрашенные в красный цвет сафранином или в темно-синий гематоксилином, нити теперь выступали поразительно четко. Затем Флемминг реконструировал весь процесс по «моментальным снимкам» нитей, сделанным на разных этапах процесса деления клетки. Чтобы убедиться, что результаты его наблюдений не являются уникальными для саламандр, он также проследил за делением клеток ирисов и морских ежей.

Свои первые несколько лет исследований он описал в трех больших статьях и монументальной книге[49] (1882 год), все они были прекрасно проиллюстрированы его собственными рисунками тщательно отрепетированного танца нитей. Сначала они выглядели как спутанный клубок на месте, где раньше было ядро, затем перестроились в лучистую звезду, которая затем превратилась в плоскую пластину в середине веретенообразной структуры, сформировавшейся от края до края клетки. В этот момент каждая нить продольно разорвалась посередине. Затем разделенные полунити разбились на две группы, которые отправились к противоположным концам веретена; каждая группа собралась в новый моток, вокруг которого сформировалось новое дочернее ядро.

Флемминг ошибочно полагал, что нити образуют единую цепочку, которая разделяется на отдельные куски для деления клетки, но практически все остальное он понял правильно. Он назвал интенсивно окрашивающийся материал нитей хроматином, от греческого «цвет». Этот термин был подхвачен в 1888 году Вильгельмом Вальдейером, который переименовал нити Флемминга в «хромосомы» («окрашенные тельца»)[50]. Полунити, которые порождают хромосомы дочерних клеток, впоследствии назвали хроматидами. Представление Флемминга о нитях сохранилось до сегодняшнего дня. Он назвал процесс митозом (от греческого «нить»), который стал современным термином. Его почти поэтические наименования «клубок» и «звезда» были заменены более прозаическими терминами, но сам процесс митоза в целом соответствует описанному им (Рис. 3.3).

Острый глаз Флемминга подметил и другие важные детали. Он описал «центриоль»[51], такую маленькую, что она может показаться просто игрой света. Центриоль обычно тихо сидит рядом с ядром. Потом, когда ядро начинает таять, она становится поразительно активным маленьким тельцем. Центриоль