НЕВЕРОЯТНО - НЕ ФАКТ

ДВОЙНАЯ СПИРАЛЬ

Открытие химической природы генетического ма­териала было сделано учеными, изучавшими передачу наследственности у микроорганизмов. Этим веществом оказалась дезоксирибонуклеиновая кислота, которую, чтобы не ломать язык, называют ДНК (дээнка). ДНК содержится в хромосомах всех клеток.

Фундаментальным обстоятельством, добытым иссле­дователями, является то, что при делении клетки коли­чество ДНК удваивается, и притом совершенно точно. Каждое новое существо возникает благодаря слиянию так называемых гамет. Гаметы образуются из половых клеток. Половая клетка, как и всякая клетка, состоит из парного числа хромосом. При ее делении все пары расходятся и каждая гамета получает по одному пред­ставителю каждой хромосомной пары. При делении по­ловой клетки и образовании гамет наблюдается умень­шение количества ДНК вдвое.

Эти и некоторые другие сведения, полученные ря­дом выдающихся генетиков и бактериологов к сороко­вым годам, позволили достаточно уверенно ставить знак равенства между проблемой структуры гена и задачей определения структуры молекулы ДНК. Во вся­ком случае, такого мнения держался молодой амери­канский микробиолог Джим Уотсон, когда прибыл на стажировку в Европу в 1951 году.

Уотсон не сразу нашел то самое место, вероятно единственное, где были люди, которые могли ему по­мочь и принять участие в решении задачи, важность которой ему была очевидна. Этим местом оказалась лаборатория Брэгга, младшего из двух Брэггов, кото­рые 40 лет назад открыли метод рентгеноструктурного анализа, показав, что этот метод позволяет найти рас­положение атомов в таких «сложнейших» кристаллах, как поваренная соль. Кстати, лаборатория эта сохрани­ла за собой мировое первенство в области определения структур кристаллов с помощью рентгеновских лучей, и все другие английские лаборатории, занимающиеся теми же проблемами, отпочковались в свое время от ла­боратории Брэгга.

У Брэгга Джим Уотсон нашел коллегу — физика Фрэнсиса Крика, с которым и приступил к исследова­ниям. Двухлетняя совместная их работа привела к открытию структуры ДНК.

Ко времени начала дружбы Уотсона и Крика была обнародована работа Полинга по структуре белковой альфа-спирали. Именно это исследование и привело Уотсона и Крика к мысли, что атака на структуру ДНК должна быть сделана тем же методом. Они решили конструировать возможные модели ДНК и сравнить параметры полученных моделей с экспериментальными данными, полученными в другой лаборатории Морисом Уилкинсом и Розалиндой Франклин.

Работа была начата не на пустом месте. Самое главное, им был ясен сам принцип работы с моделями. Атомы надо было размещать так, чтобы они не налеза­ли друг на друга, чтобы вся большая молекула свора­чивалась на себя как можно компактнее. При' этом нельзя допускать искажения расстояний между хими­чески связанными атомами, не надо также портить и валентные углы.

Что же касается порядка, в котором соединены ато­мы в огромной линейной молекуле ДНК, то здесь прак­тически все нужные сведения уже были установлены химиками. Было известно, что ДНК — полимерная мо­лекула. Единицей строения ее является нуклеотид, который состоит из соединенных друг с другом фосфат­ной группы, сахарной группы и основания. Чередова­нием фосфатных и сахарных групп строится основная цепь этой полимерной молекулы. Основания являются привесками. Было известно, что эти привески бывают четырех сортов: аденин и гуанин — частицы побольше размером, и цитозин и тимин — частицы меньшего раз­мера.

Можно было предполагать, что сахарно-фосфатная часть цепи строго регулярна. Что же касается основа­ний, то они обязательно должны быть распределены вдоль цепи совершенно нерегулярным образом. Уотсон и Крик уже с самого начала предполагали, что именно в этом разнообразии возможных расположений осно­ваний вдоль цепи молекулы и кроется разнообразие генов.

Собрав модель кусочка молекулы, можно было убе­диться в том, что далеко не все конфигурации цепи возможны. Вдохновленные примером Полинга иссле­дователи ДНК поняли, что и эта молекула образует спираль. Но, конечно, это был не единственный довод. Еще в самом начале своей деятельности Уотсон полу­чил рентгенограмму ДНК, в которой Крику, великолеп­ному знатоку теории дифракции рентгеновских лучей, удалось увидеть признаки спирального образования.

Сопоставление с более обширными и тщательными опытными данными Уилкинса и Франклин показало, что одной спиралью не обойдешься. Диаметр спи­рали, который определялся по рентгенограммам, тре­бовал, чтобы в образовании структуры участвовало не­сколько спиралей. Существовали некоторые доводы, что таких спиралей должно быть три штуки. Следова­тельно, надо было скрутить три спиральные молекулы и припасовать их друг к другу так, чтобы удовлетворить требованиям насыщения всяческих сил, действующих между основаниями этих трех спиралей.

Теперь, когда разгадка известна, кажутся совершен­но непонятными попытки Крика и Уотсона найти ре­шение в трехспиральном варианте. А на это был потра­чен целый год. Лишь после многолетних проб Уотсону пришла в голову мысль: а может быть, спиралей не три, а две?

• Проба двойной спирали почти немедленно увенчалась успехом. Модель получилась изящной, естественной и включала в себя важные открытия других исследовате­лей, а именно данных Франклин о том, как расположе­ны фосфатные группы и замечания Доногю о том, какая связь между аденином и тимином является наиболее подходящей. Просто невозможно было допустить ошиб­ку: уж очень «хорошо» и притом единственным способом припасовывались друг к другу две тождественные це­почки, составляющие двойную спираль.

Таким образом двойную спираль можно разодрать на части, но если предоставить двум цепочкам соединиться вновь, то они повторят в точности первоначальное взаимное расположение. Именно это обстоятельство и является ключом к пониманию процесса деления клетки и передачи наследственности.

Достаточно представить себе, что в какой-то момент времени двойная спираль расщепляется на две совер­шенно тождественные цепи. Теперь каждая молекуляр­ная цепь начинает работать как матрица, которая соби­рает на себе из окружающего сырья (фосфатные груп­пы, сахарные группы, основания) точно такую же моле­кулу.

Так можно понять образование 'двух молекул из одной, а значит, и механизм деления клетки. Реплика­ция гена — так называют это явление.

В 1962 году Джемс Уотсон вместе с Фрэнсисом Кри­ком и Морисом Уилкинсом получили в полном согласии со своим уверенным ожиданием Нобелевскую премию в области медицины и физиологии за самое крупное открытие в области генетики, произошедшее со времен Менделя. Вскоре после этого Уотсон выпустил в свет книгу под названием «Двойная спираль», посвященную истории этого открытия, то есть событиям, разыграв­шимся в течение 1951 —1953 годов.

Эта книга, изданная в 1968 году (русский перевод в 1969 году), имела большой успех. Она несколько не­дель фигурировала в списках бестселлеров наравне с са­мыми увлекательными модными романами. Успех объяс­няется тем, что книгу могут читать и лица, не разбираю­щиеся в структурной химии. Они могут пропускать стра­нички, в которых ведется разговор о водородных связях

и взаимодействии ионов, и читать с полным вниманием ту основную часть, которая с редкой непосредственно­стью и откровенностью описывает взаимоотношения между людьми, участвовавшими в этом открытии.

Все участники пьесы (кроме одного) живы и здрав­ствуют и могли бы также рассказать, как это все полу­чилось. Однако вряд ли в ближайшее время кто-либо возьмется за перо для этой цели. Двойная спираль — геометрический образ молекулы ДНК — потеряла ли­тературную невинность, и трудно соревноваться с Уотсоном, который пишет живо, образно, занима­тельно.

Надо сказать, правда, что задача автора в изложе­нии предмета исследования сильно облеічается идейной простотой научной проблемы. Поиск структуры молеку­лы ДНК, как мы уже говорили, заключался в увлека­тельнейшей игре с атомными моделями — шариками на проволочках, проволочками, скрепленными пружинками, или кусочками деревянных шариков, соединенных штиф­тами. Надо было собрать такую модель молекулы, кото­рая объясняла бы имевшийся к тому времени довольно скудный эксперимент. Повесть о пробах и ошибках на этом пути умело чередуется с рассказом о различных путешествиях и встречах автора (как отчетливо видна из этой книги колоссальная катализирующая способ­ность встреч и бесед ученых разных стран, разных про­фессий и разных наклонностей в развитии науки; до чего узко и близоруко то начальство, которое считает, что сотрудник должен находиться у своего лабораторного стола, не «болтаться» по конференциям и коллоквиумам, создаваемым непрестанно во всех уголках мира).

Но, конечно, главная причина, которая помогла Уот­сону создать из описания научного поиска увлекательное литературное произведение, состоит в том, что вместе с автором в книге действуют несколько ярких персона­жей, сложные взаимоотношения между которыми имеют самую прямую связь с открытием структуры ДНК. Во - первых, далеко не просты отношения между Криком и Уотсоном, играющими «в шарики», и Морисом Уилкин­сом и Розалиндой Франклин — работниками другого научного учреждения, — которые являются обладателя­ми экспериментальных данных по ДНК. Опытные све­дения необходимы нашим главным действующим лицам, опыт и только опыт может направить идеи по правиль-

■М ному руслу и помочь выбрать из сотен схем одну пра­вильную. Но авторы эксперимента Морис и Рози сами хотят пожинать труды своих усилий. Не так-то интерес­но затратить годы труда, чтобы пара жонглеров атомами - шариками заслужила мировое признание.

И другая острая психологическая ситуация под стать авантюрному роману. На другом берегу океана знаме­нитый Лайнус Полинг также трудится над созданием модели гена. И, казалось бы, преимущество должно быть на его стороне, так как совсем недавно он пока­зал, что работой с атомными моделями можно суще­ственно продвинуться в понимании структуры белков. Англичане не хотят отдать пальму первенства амери­канцам. Итак, идет гонка за Нобелевской премией, ибо ясно, что успех в решении столь значительной задачи будет увенчан самым огромным лавровым венком.

И эти два конфликта не исчерпывают ситуацию. Не гладкими поначалу являются взаимоотношения Кри­ка с директором лаборатории сэром Лоуренсом Брэггом. Внедрение американского юноши в английский круг так­же требует некоторого приспосабливания.

Науку делают люди, и их склонности и темперамент, стремления и принципы, входят в игру наряду с ма­тематическими формулами и физическими прибо­рами. Вот это и удалось показать Уотсону в своей книге.