Страница 16 из 34
Я прихватил рукопись и поспешил в Лондон, чтобы сообщить Уилкинсу и Франклин, что мы по-прежнему в игре. Франклин была уверена, что ДНК никакая не спираль, и не захотела даже читать статью и забивать себе голову идеями Полинга, несмотря на то что я изложил ей весомые аргументы Крика в пользу спиральности ДНК. А вот Уилкинс живо заинтересовался новостями, которые я привез; теперь он был как никогда уверен в том, что ДНК именно спираль. В качестве подтверждения он показал мне фотоснимок, сделанный более полугода назад аспирантом Франклин по имени Раймонд Гослинг, который облучал рентгеном так называемую В-форму ДНК. Франклин просто отложила в сторону этот снимок, который впоследствии стал известен под названием «Фото 51», и предпочла вплотную исследовать A-форму, которая, на ее взгляд, могла дать больше полезной информации. B-форма в рентгеновских лучах имела отчетливую крестовидную форму. Поскольку Крик и другие исследователи уже определили, что такой рисунок будет давать именно спиралевидная структура, это стало весомым доказательством в пользу того, что ДНК просто обязана быть спиралью! На самом деле, несмотря на сомнения Франклин, никакого сюрприза здесь не крылось. По законам геометрии спираль представлялась наиболее логичным вариантом укладки длинной нити из повторяющихся элементов, таких как нуклеотиды ДНК. Однако мы все еще не знали, как выглядит эта спираль и сколько в ней цепочек.
Настало время вернуться к сборке спиралевидных молекул ДНК. Полинг рано или поздно все равно бы убедился, что ошибся с формой молекулы. Я убеждал Уилкинса не терять времени. Однако он хотел дождаться, пока Франклин вернется из отъезда. Той весной у нее была плановая командировка в другую лабораторию. Она решила продолжать работу там, поскольку в Кингс-Колледже она чувствовала себя некомфортно. Перед отъездом она получила распоряжение приостановить исследования ДНК и уже успела передать Уилкинсу многие из своих дифракционных снимков.
Снимки A- и B-форм ДНК, сделанные в рентгеновском диапазоне соответственно Уилкинсом (слева) и Франклин (справа). Различия в молекулярной структуре обусловлены разным содержанием воды в первой и во второй формах молекулы ДНК
Когда я вернулся в Кембридж и сообщил сенсационные новости о B-форме ДНК, Брэгг уже не видел никаких причин запрещать нам с Криком исследовать эту молекулу. Поэтому мы вернулись к сборке моделей и поиску того, как могут складываться в спираль базовые компоненты ДНК – остов молекулы и четыре разных основания: аденин, тимин, гуанин и цитозин. Я заказал в кавендишской мастерской набор оловянных моделей этих оснований, но мастера не успели изготовить их достаточно быстро; пришлось довольствоваться грубыми вырезками из плотного картона.
К тому моменту я осознал, что результаты измерения плотности ДНК свидетельствуют в пользу двух, а не трех цепочек. Поэтому решил рассмотреть правдоподобные варианты двойных спиралей. Мне как биологу было логичнее представить, что генетическая молекула должна состоять из двух, а не из трех частей. В конце концов, число хромосом (как и клеток) при делении удваивается, а не утраивается.
Я знал об ошибочности нашей предыдущей модели, где остов располагался внутри, а основания торчали от него в стороны. Данные от химиков из Ноттингемского университета, которые я так долго игнорировал, показывали, что основания должны быть сцеплены водородными связями. Они могли складываться на основе таких связей в стройную структуру, соответствующую данным рентгеновской дифракции, лишь если бы находились в центре молекулы. Однако как в таком случае они могли быть парными? На протяжении двух недель я находился в тупике из-за ошибки в учебнике по химии. К счастью, 27 февраля в Кавендишскую лабораторию заехал Джерри Донохью, химик-теоретик из Калифорнийского технологического института. Он и указал мне на ошибку в учебнике. Так что я поменял положения атомов водорода на картонных моделях молекул.
Химический остов ДНК
На следующее утро, 28 февраля, все ключевые компоненты модели ДНК наконец встали на свои места. Две цепочки удерживались вместе благодаря крепким водородным связям между парами оснований аденин – тимин и гуанин – цитозин. Подтвердились выводы, которые сделал Крик еще год назад на основании результатов исследований Чаргаффа. Аденин действительно связывается с тимином, а гуанин – с цитозином, но не плоскими гранями, как булочки в молекулярном «сэндвиче». Прибыл Крик, все это быстро осмыслил и одобрил мою схему парных оснований. Он сразу понял, что в таком случае возникает двойная спираль, нити которой идут в противоположных направлениях.
Это был знаковый момент. Мы чувствовали, что это оно, то самое открытие. Нечто столь простое и красивое должно было оказаться верным. Нас особенно потрясло, как основания из двух цепочек дополняют друг друга. Если знать последовательность, то есть порядок оснований, в одной цепи, то сразу открывается и последовательность оснований в другой цепи. Сразу становилось ясно, что именно эта структура обеспечивает такую точность при репликации хромосом перед делением клеток. Молекула «расстегивается» на две самостоятельные спирали. Каждая одиночная спираль служит своеобразным шаблоном для сборки второй спирали, из одной двойной спирали получаются две.
В книге «Что такое жизнь?» Шрёдингер предположил, что язык, на котором написана жизнь, может напоминать азбуку Морзе, состоящую из точек и тире. Он был почти прав. Код ДНК состоит из линейных последовательностей А, Т, Г и Ц. Точно так же, как при копировании книжной страницы вручную может возникнуть странная опечатка, так и при копировании всех этих А, Т, Г и Ц по всей длине хромосомы изредка вкрадываются ошибки. Это и есть мутации, о которых генетики рассуждали уже почти полвека. Заменим «о» на «ы» – и «дом» превратится в «дым». Заменим «Т» на «Ц» – и основание АТГ в ДНК превратится в АЦГ.
Двойная спираль была логична как с химической, так и с биологической точки зрения. Теперь можно было забыть о шрёдингеровской гипотезе по поводу иных законов физики, которые могли бы понадобиться, чтобы понять, как копируется наследственный генетический код. Гены укладывались в обычную химию. Позднее в тот же день мы обедали в пабе «Игл», буквально примыкающем к Кавендишской лаборатории, и Крик, у которого рот не закрывался, все-таки не удержался и объявил во всеуслышание, что мы открыли «тайну жизни». Меня эта мысль волновала не меньше, но я бы предпочел подождать, пока мы сделаем красивую трехмерную модель и сможем с нею покрасоваться.
Наше озарение, благодаря которому все сложилось: пары оснований комплементарны
Основания и остов на месте: получается двойная спираль. А. Схематичное изображение пар оснований, связывающих нити двойной спирали. B. Масштабная пространственная модель, демонстрирующая атомный состав молекулы
Одним из первых, кто услышал о нашей модели, был Майкл, сын Френсиса Уотсона. Майклу тогда было двенадцать, и он учился в школе-пансионе. Френсис написал Майклу семистраничное письмо о «важнейшем открытии», приложив к нему весьма качественный набросок двойной спирали. Он описал структуру ДНК как «длинную цепочку, из которой торчат пластинки», и предложил Майклу взглянуть на эту модель, когда тот в следующий раз приедет домой. Подписал весточку «сильно-сильно люблю тебя. Папа». (Майкл поступил достойно: он много лет хранил это письмо, а в 2013 году продал с аукциона за рекордную сумму 5,3 миллиона долларов, и половину этой суммы Майкл пожертвовал Институту Солка, где Френсис, скончавшийся в 2004 году, спокойно провел последние годы.)