Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле - Маршалл Майкл

Принято считать, что конец этим спорам положил эксперимент, проведенный Альфредом Херши и Мартой Чейз из Института Карнеги в Вашингтоне. Они исследовали просто устроенные вирусы, состоящие только из ДНК и белков[109]. Этим вирусам[110] для размножения необходимо сначала заразить бактерию. Херши и Чейз выяснили, что большая часть ДНК вируса проникает в бактерию, в то время как почти все белки остаются снаружи. Это подтверждало решающую роль в инфекции именно ДНК. Хотя эксперимент был менее убедителен, чем тот, что проделал Эвери (поскольку Херши и Чейз не слишком хорошо удалили примеси), для многих именно он стал решающим аргументом. Их статья вышла в сентябре 1952 года и положила начало увлекательной гонке, главным призом в которой были структура ДНК и механизмы ее работы.

Первым на старт вышел Морис Уилкинс, физик, отметившийся в Манхэттенском проекте и с отвращением оставивший эту область науки после уничтожения Хиросимы и Нагасаки. В книге “Величайшая тайна жизни” (Life Greatest Secret) Мэтью Кобб описывает его как “тихого и скрытного человека со странной привычкой отворачиваться от своего собеседника при разговоре” и даже “со склонностью к суицидальным мыслям”[111]. Уилкинс провел вторую половину 1940-х, изучая ДНК в Королевском колледже Лондона. Для выяснения структуры этой молекулы Уилкинс использовал метод рентгеновской кристаллографии. Он предполагает воздействие рентгеновским излучением на образец ДНК, из-за чего лучи отклоняются в разных направлениях. Получаемая в результате картина рассеяния позволяет судить о форме молекулы, однако интерпретировать ее чертовски сложно.

В 1950 году Джон Рендалл (начальник Уилкинса) нанял нового кристаллографа, Розалинд Франклин. Рендалл сразу внес путаницу, сообщив Франклин в письме, что ей якобы предстоит самой заниматься всеми исследованиями, связанными с ДНК. В результате вернувшийся из отпуска Уилкинс очень расстроился при виде Франклин, которая усердно изучала его любимый объект. Это недоразумение легко было исправить, но, к сожалению, никто из действующих лиц не блистал навыками работы в команде. Если Уилкинс был тихим и спокойным, то Франклин отличалась напористостью и даже резкостью.

Ко всему прочему Франклин пришлось столкнуться с проявлениями сексизма. Есть разные мнения о том, насколько велика была эта проблема. Подруга Франклин Анна Сейр, написавшая ее биографию, сообщает, что женщин-ученых редко нанимали на работу и что им приходилось обедать в отдельной от мужчин комнате[112]. Однако эти подробности вызывают сомнения. Другие полагали тот отдел, где трудилась Франклин, более лояльным к женщинам в сравнении с остальной частью Королевского колледжа Лондона[113]. И все же проблемы явно были: женщины не могли наравне с мужчинами пить послеобеденный кофе в комнате для курения, а стало быть, и участвовать в самых важных обсуждениях[114].

Третьим в этой не слишком благополучной команде стал Джеймс Уотсон, защитивший свою диссертацию в 22 года. Исследования ДНК привлекали Уотсона с тех пор, как он узнал об эксперименте Херши и Чейз и услышал доклад Уилкинса, в ходе которого тот показал рентгеновские снимки кристаллов ДНК. В итоге Уотсон оказался в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, где он делил кабинет с Фрэнсисом Криком, очередным бывшим-физиком-ныне-биологом. Крику было за тридцать, однако диссертацию он еще не защитил. Его предыдущий проект был прерван войной, а конкретнее – бомбой, пробившей потолок лаборатории и уничтожившей все оборудование[115]. Уотсон и Крик, можно сказать, нашли друг друга. Оба были настроены решительно и планировали узнать структуру ДНК первыми, причем желательно без проведения каких-либо экспериментов.

Итак, все участники вышли на старт и гонка началась.

21 ноября 1951 года Франклин получила несколько новых снимков ДНК, из которых следовала спиральная форма молекулы, а также то, что ДНК может иметь несколько цепочек, направленных в противоположные стороны. Уотсон присутствовал на докладе Франклин, но ничего не записывал и вместо этого, по его собственному признанию, разглядывал саму докладчицу. В результате он смог пересказать доклад Крику лишь в очень сокращенном варианте, что и привело к печальному итогу: предложенная этим дуэтом первая модель ДНК оказалась совершенно неправильной. Это были три цепочки из сахаров и фосфатов, переплетенные между собой и образующие спираль, из которой наружу, словно шипы, торчали азотистые основания. Авторы данной модели попали в очень неловкое положение, когда пригласили Франклин и Уилкинса и показали им свое детище. Франклин с ходу объяснила, почему такая модель не может соответствовать данным рентгеноструктурного анализа.

Весь 1952 год работа почти не двигалась с места. Франклин продолжала делать все новые рентгеновские снимки, но в итоге вынуждена была признать, что в одном Уотсон и Крик таки правы: ДНК – это действительно нечто спиральной формы с неизвестным количеством цепочек. Что касается самих Крика и Уотсона, то они большую часть 1952-го занимались другими делами и вернулись к работе только в январе 1953 года, когда узнали, что одна американская исследовательская группа заявила, будто разгадала структуру ДНК. Впрочем, дуэт вздохнул с облегчением, услышав, что предложенная американцами модель оказалась ошибочной.

Итак, Уотсон приезжает в Королевский колледж. В очередной раз поссорившись с Франклин, заходит в кабинет к Уилкинсу. А тот демонстрирует ему последний снимок Франклин, особенно отчетливо показывающий спиральную форму ДНК. И тут мы добираемся до самого противоречивого момента во всей истории. Вероятно, Уилкинсу все же не стоило давать это изображение Уотсону. По крайней мере – не спросив для начала разрешения у Франклин. Тем более что потом Крик еще и увидел отчет с подробно описанными результатами Франклин за 1951 год. Все это в совокупности убедило его в том, что ДНК и вправду состоит из двух цепей, направленных в противоположные стороны. Ну, а в феврале Уотсон выяснил, как связаны в этой спирали четыре азотистых основания: аденин спаривается только с тимином, а цитозин – исключительно с гуанином. Это оказалось чрезвычайно важно, поскольку объясняло способность ДНК копировать себя, одновременно сохраняя последовательность в неизменном виде. Теперь дуэту Уотсона и Крика предстояло создать на основании этого интуитивного понимания строгую модель. И тут они обошли как давно буксующего Уилкинса, так и находящуюся у самого финиша Франклин, работа которой имела настолько важное значение.

Разгаданная наконец структура ДНК поражает своей простотой. Она содержит две цепочки, закрученные друг относительно друга, словно волокна в канате или две винтовые лестницы, ведущие в противоположные стороны. Каждая такая цепочка состоит из чередующихся остатков сахара и фосфатов. Цепочки удерживают вместе связи между основаниями в паре: аденином и тимином либо цитозином и гуанином. Наглядным будет и сравнение с пожарной лестницей, в которой пары оснований служат перекладинами. Вот только такая пожарная лестница еще и закручена вокруг своей оси так, что стала спиралью.

Свою статью Уотсон и Крик заканчивают дерзким и подзадоривающим заявлением: “Мы не можем не отметить, что принятое нами за основу утверждение о специфичном образовании пар оснований напрямую указывает на возможный механизм копирования генетической информации”. Мысль, которая пришла им на ум и которую они не дали себе труда сформулировать, – это мысль о том, что ДНК способна разделяться на две отдельные цепочки. Далее каждая из них может захватывать проплывающие мимо нуклеотиды. Вновь образующиеся цепочки всегда будут иметь правильную последовательность из соответствующих друг другу пар нуклеотидов – иначе они просто не смогли бы встроиться в нее.

Описание структуры ДНК Уотсоном и Криком было опубликовано в апрельском номере журнала Nature[116]. Эта короткая заметка сопровождалась статьями Уилкинса и Франклин, которые описывали результаты рентгеновской кристаллографии[117]. Каким бы сложным и в чем-то даже сомнительным ни выглядел рабочий процесс выяснения структуры ДНК, итогом его стало одно из самых выдающихся научных открытий в истории. Ученые “сорвали маску” с молекулы, находящейся в основе всей наследственности. Сделанное открытие пролило свет на то, как именно живые организмы передают признаки своим потомкам. Теперь всякая гипотеза о возникновении жизни должна была объяснять и возникновение ДНК.