Страница 59 из 65
Возможно, Джим Уотсон хотел упростить модель или сыграла роль его несговорчивость, но он решил, что спиралей должно быть две. После визита в Лондон:
Я вернулся в колледж, перелез через задние ворота и решил построить модель ДНК с двумя цепочками. Фрэнсису пришлось согласиться. Конечно, он был физик, но знал, что значимые биологические объекты обычно существуют парами.
Причем они создавали структуру, которая имела бы внешний остов: нечто вроде винтовой лестницы, которую сахара и фосфаты удерживают как перила. Они много экспериментировали, чтобы понять, как основания образуют ступеньки в этой модели. И затем, после одной особенно грубой ошибки, все вдруг стало очевидным:
…я поднял глаза, увидел, что это не Фрэнсис, и снова начал раскладывать основания так и эдак. И вдруг я заметил, что пара аденин — тимин, соединенная двумя водородными связями, имеет точно такую же форму, как и пара гуанин — цитозин, тоже соединенная по меньшей мере двумя водородными связями.[13]
Конечно: на каждой ступени лестницы должны быть малое основание и большое основание, но не любое большое основание. Тимин должен идти в паре с аденином, а если у вас цитозин, то он дополняется гуанином. Основания соединяются в пары и определяют друг друга.
Итак, модель молекулы ДНК — это винтовая лестница. Закручивающаяся вправо спираль, в которой каждая ступень одинакового размера, расположена на одинаковом расстоянии от следующей и повернута относительно другой на 36°. И если цитозин на одном конце ступеньки, то на другом обязательно будет гуанин, и также обстоят дела с другой парой. Это означает, что каждая половина спирали несет полную информацию, так что в некотором смысле вторая является излишней.
Давайте построим молекулу на компьютере. Схематично это пары основ, пунктирные линии между концами — это водородные связи, удерживающие два основания вместе. Начнем с самой первой ступени, которую поместим в левом нижнем углу экрана, и будем постепенно, ступенька за ступенькой, выстраивать молекулу ДНК.
Вторая пара может быть того же вида, что и первая, а может быть противоположного рода и смотреть в ту или другую сторону. Ставим ее над первой парой и поворачиваем на 36°. Ко второй паре добавляем третью, к ней — четвертую и так двигаемся далее.
Эти ступени — код, который диктует клетке, шаг за шагом, как строить жизненно важные белки. Ген формируется у нас на глазах: перила из сахаров и фосфатов прочно, с каждой стороны держат винтовую лестницу. Спиральная молекула ДНК — это ген, ген в действии, а ступеньки — это его шаги.
Над подобным описанием молекулы ДНК Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик работали восемнадцать месяцев. Когда работа была завершена, 2 апреля 1953 года они отправили в редакцию журнала Nature статью. По оценкам Жака Люсьена Моно, Института Пастера в Париже и Института Солка в Калифорнии, статья Уотсона и Крика содержит:
фундаментальный биологический инвариант молекулы ДНК. С момента открытия Менделем гена как носителя наследственных признаков и выполненного сначала Эйвери, затем Херши описания его химической идентификации, установленная Уотсоном и Криком структурная основа клетки ДНК, без всякого сомнения, является наиболее важным открытием, когда-либо сделанным человечеством в области биологии. К таким открытиям, конечно, необходимо добавить теорию естественного отбора, которая убедительно была доказана только в результате более поздних открытий.
Модель ДНК легко поддается процессу репликации, который еще более важен для жизни, чем половое размножение. При делении клетки две спирали расходятся. К каждому основанию пристраивается другое комплементарное (дополняющее его) основание. В двойной спирали есть избыточность, и она важна: каждая половина несет всю информацию, или инструкцию, когда клетка делится. Магическое число «два» в ДНК становится средством, с помощью которого клетка в момент деления передает свою идентичность.
При этом спираль ДНК не окаменелость, не памятник, она — живая ячейка, сохраняющая и передающая потомкам пошаговую инструкцию о том, как следует жить. Иначе говоря, жизнь идет по расписанию, а ступени ДНК шифруют последовательность событий. Клетка считывает ступени одну за другой, последовательность из трех ступеней — это сигнал для клетки к созданию еще одной аминокислоты. Формируемые по порядку аминокислоты составляют в клетке белок — главный строительный материал жизни.
Каждая клетка организма способна воссоздать весь организм. Исключение составляют сперматозоиды и яйцеклетки из-за их неполноты: они несут только половину от общего числа генов. Когда сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, гены сходятся парами, как и предсказывал Мендель. Такая яйцеклетка становится полноценной и является моделью для любой другой клетки организма, так как каждая клетка образуется путем деления оплодотворенной яйцеклетки. Как появившийся из яйца цыпленок, любое животное всю жизнь несет в себе наследство оплодотворенной яйцеклетки.
По мере развития эмбриона клетки обретают специализацию. Закладываются клетки нервной системы вдоль примитивной пластинки. Скопления клеток по обеим сторонам формируют остов. Образуются разные клетки: нервные, мышечные, соединительная ткань (связки и сухожилия), кровь, кровеносные сосуды. Специализация клеток закономерна, потому что продиктована инструкциями ДНК. Согласно этой информации каждая конкретная клетка будет производить белки, необходимые для функционирования этой и никакой другой клетки. Это ДНК в действии.
Ребенок индивидуален с момента своего рождения. Гены, полученные им от обоих родителей, делают его уникальным. Ребенок наследует дары от обоих родителей, и по счастливой случайности эти дары соединились в новый и оригинальный организм. Но ребенок не раб наследования: то, каким образом раскроются его врожденные качества, зависит от него самого.
Ребенок неповторим. Пчела — нет, так как трутень представляет собой один экземпляр из целой серии идентичных реплик. В любом улье матка — единственная размножающаяся самка. Она спаривается с трутнем на лету, забирая у него все сперматозоиды. После спаривания самец умирает. Если самка откладывает оплодотворенное яйцо, из него выходят рабочие пчелы, женские особи. Из неоплодотворенного яйца выходит трутень, самец. Своего рода непорочное зачатие. В улье царит тоталитарный рай, где жизнь идет по раз и навсегда установленному порядку. Пчелы не стремятся к разнообразию, которое управляет жизнью высших животных и человека и меняет их.
Мир, похожий на пчелиный, можно создать и среди высших животных, и даже среди людей. Это называется клонированием — колония идентичных существ выращивается из родительской клетки. Рассмотрим это на примере аксолотля — личинки, которая достигает половой зрелости на ранних стадиях развития. Выберем аксолотля с ярким окрасом. Теперь заберем у самки некоторое число яйцеклеток и вырастим эмбрион. Затем извлечем из эмбриона сколько-то клеток. Неважно, из какого места эмбриона мы их взяли, генетически они идентичны, и каждая клетка способна вырасти в полноценное животное.
Мы собираемся вырастить идентичных животных, одно животное из каждой клетки. Нам нужен носитель для этого — подойдет любая самка аксолотля, пусть она будет белая. Заберем у нее несколько неоплодотворенных яйцеклеток, разрушим в них ядра и заменим их фрагментами яйцеклеток выбранной нами пятнистой самки. Теперь посмотрим, как они будут развиваться внутри утробы суррогатной мамы.
Почти все детеныши аксолотля, полученные клонированием, появятся на свет в одно и то же время. Процесс их внутриутробного развития будет идти абсолютно одинаково: сначала внедренная в личинку яйцеклетка займется активным делением. На следующем этапе яйцо превратится в теннисный мяч и вывернется наизнанку. Каждая яйцеклетка развивается в животное, всегда пошагово: строгий мир, в котором объекты подчиняются каждой команде одинаково и в одинаковый момент, кроме одной яйцеклетки, оказавшейся нежизнеспособной. И вот мы получили клонов аксолотля, каждый из которых является точной копией родителя и результатом непорочного зачатия, как трутень.
13
Уотсон Дж. Двойная спираль. М.: Мир, 1969.