К ДНК приходит заслуженная слава

Итак, к началу 50-х годов стало ясно, что наследственная информация записана в виде последовательности нуклеотидов в ДНК, а уже в 1953 г. удалось выяснить, как же именно осуществляется передача наследственных признаков, каков физико-химический механизм этого процесса.

Нуклеиновые кислоты были открыты в 1868 г., но известность к ним пришла лишь 85 лет спустя. Зато какая слава! ДНК, вероятно, самое знаменитое вещество на свете. И справедливости ради нужно сказать, что слава эта вполне заслуженная. Наверное, действительно, ДНК - самое интересное, самое сложное и самое важное вещество из всех тех, что существуют в природе или были созданы человеком. Ведь длинная молекула ДНК - это та телеграфная лента, на которой особым языком, всего четырьмя буквами записано, каким быть зарождающемуся организму. И запись эта наиподробнейшая, здесь оговорено все - от цвета глаз до отдельных особенностей характера человека.

Что же произошло в 1953 г., через 85 лет после "рождения" ДНК?

...В 1951 г. 22-летний американский биолог Джеймс Уотсон присоединился к маленькой группе физиков и химиков Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, изучавшей пространственную структуру молекул белков. Возглавлял группу австрийский химик Макс Перутц, а руководителем Кавендишской лаборатории был лауреат Нобелевской премии, один из основателей рентгенографического метода в кристаллографии сэр Лоуренс Брэгг.

Впоследствии Уотсон в своей книге "Двойная спираль" вспоминал о начале работ по структуре ДНК следующим образом.

В группе выделялся 35-летний физик Фрэнсис Крик. И выделялся он, пожалуй, не столько способностями и умом (который, как показали дальнейшие события, его товарищи недооценивали), сколько феноменальной говорливостью. Такие способности были отнюдь не по душе спокойному, холодноватому Лоуренсу Брэггу, истинному англичанину. Но что делать - приходилось терпеть неугодного сотрудника, проводившего порой целые дни, а то и ночи, в громогласных рассуждениях обо всем на свете и в то же время в свои 35 лет не сделавшего еще ничего сколько-нибудь значительного в науке.

До появления Уотсона Крик не задумывался о роли ДНК в передаче наследственных признаков. Но он счел эту тему чрезвычайно интересной. Крик даже бросил физику и увлекся биологией после того, как в 1946 году прочитал книгу одного из основателей квантбвой механики Шредингера "Что такое жизнь с точки зрения физики?". В ней Шредингер поставил, среди прочих, один принципиальный вопрос: чем объясняется высокая устойчивость генов - молекул наследственного вещества, построенного из легких атомов С, Н, N, О, Р? Каким образом на протяжении огромного числа поколений сохраняются наследственные признаки? Каким образом они передаются? Есть ли специальное вещество наследственности, которое, переходя из клетки в клетку, руководит наследственной программой организма? Впрочем, убеждение, что такое вещество есть и что отдельные признаки организма определяются некоторыми неизменными "порциями" этого вещества, генами, утвердилось задолго до Уотсона и Крика.

Интересно, что открытие ДНК (1868 г.) по времени почти совпадает с первыми работами, положившими начало классической генетике.

В 1865 г. в трудах Брюннского общества естествоиспытателей была напечатана статья священника местного августинского монастыря Грегора Менделя. Она скромно называлась "Опыты с растительными гибридами". Журнал этот не пользовался известностью среди ученых и результаты Менделя в то время не вошли в научный обиход. Лишь 35 лет спустя одновременно и независимо трое других ученых провели опыты, по существу близкие опытам Менделя (о которых они ничего не знали) и пришли к тем же выводам. Выводы эти были исключительной важности. В чем их суть?

Скромный монах занимался скрещиванием разных сортов гороха. Он брал горох с белыми цветками и переносил пыльцу с его тычинок на рыльца растений с красными цветками. Растения дали семена, которые Мендель на следующий год высеял на своем небольшом участке.

Чего можно было ожидать? Новые растения-дети могли бы, например, иметь розовые лепестки (произошло смешение признаков: красный + белый = розовый), или у части растений цветки оказались бы красными, а у другой части - белыми. Произошло ни то, и ни другое - все растения были с красными цветками.

Мендель сделал вывод (первый закон Менделя): в растениях, получающихся при скрещивании двух ро-дителей. отличающихся по какому-либо признаку, не происходит никакого растворения, смешивания признаков, а наблюдается преобладание одного признака (сильного, доминантного) над другим (слабым, рецессивным).

Мендель скрестил между собой красноцветковых растений-детей, собрал полученные семена и на следующую весну посеял их. Когда растения зацвели, он увидел прелюбопытнейшую картину: три четверти растений были с красными цветками, а одна четверть - с белыми. Четверть "внуков" пошла в белоцветковую "бабушку", хотя все родители как две капли воды были вылитыми красноцветковыми "дедушками".

Мендель сделал второй вывод (второй закон Менделя): во втором поколении у внуков проявляются признаки, характерные для одного из дедов - признаки расщепляются.

Итак, признаки не исчезают бесследно, они наследуются в неизменном виде, переходят от родителей к детям, от детей к внукам. Мендель пришел к заключению, что наследственность управляется некими дискретными единицами. Он назвал их факторами, позже они получили другое название - гены. Так началась классическая генетика.

В 30-е годы прошлого века в биологии утвердилась клеточная теория: все живые организмы - животные, растительные, бактериальные - состоят из клеток. Новые клетки образуются только путем деления пред-шествующих клеток. Как это происходит?

Если рассматривать делящуюся клетку в микроскоп, то в ее ядре можно увидеть продолговатые тельца, хорошо окрашиваемые специальными красителями,- хромосомы (от "хрома"-"цвет" и "сома"-* "тело"). Во время деления хромосомы похожи на четки: на центральную нить нанизаны утолщенные тельца. Оказалось, что хромосомы существуют в виде отдельных, физиологически и структурно обособленных единиц и в промежутках между делениями, хотя у многих клеток они в это время не окрашиваются красителями и не видны в микроскоп.

Число хромосом в любой клетке организма данного вида строго постоянно. У человека их 46, у маленького рачка - 208, а у микроскопической радиолярии - целых 1600. На одной из стадий деления количество хромосом удваивается* так что? например, делящаяся клетка человека содержит некоторое время не 46, а 92 хромосомы. После этого ядро клетки делится пополам, и половина хромосом оказывается в одном, а половина в другом новообразованном ядре. Оказалось, что практически вся ДНК клетки находится в хромосомах. Более того, в хромосоме бактерий ничего, кроме ДНК, вообще не содержится. Таким образом, удвоение хромосом - это удвоение ДНК.