Концепции современного естествознания

И снова, как и раньше, естественным образом возникает вопрос: каково же взаимное пространственное расположение атомов в молекуле ДНК? Здесь опять-таки приходится обращаться за помощью к рентгеновской кристаллографии. В волокнах очищенной ДНК длинные молекулы ориентированы, как стебельки в пучке соломы. Примерно так же упакованы длинные тонкие молекулы кератина волос. Значит, если волокно ДНК поместить на пути пучка рентгеновских лучей, то должна получиться рентгенограмма, сходная по характеру с рентгенограммой волоса. Первая рентгенограмма ДНК была получена Астбюри в середине тридцатых годов [ХХ в.]. Снимок получился сильно размытым. Конечно, определить по такому снимку структуру ДНК — задача совершенно безнадежная. Тем не менее, и сам Астбюри, и другие исследователи пытались это сделать. И хотя некоторые из них (особенно Астбюри), как потом выяснилось, находились на верном пути, сделанные ими выводы были неубедительны, и проблема долгие годы оставалась нерешенной.

Так продолжалось до начала пятидесятых годов. Примерно к этому времени относятся два очень важных экспериментальных достижения, заставивших совсем по-иному смотреть на структуру и роль ДНК.

Первое из них связано с именем Э. Чаргаффа. Вы помните, что тогда почти ничего не знали о количественном соотношении между основаниями, входящими в состав ДНК; считалось даже, что они представлены в равном количестве. Заслуга Чаргаффа состоит в том, что он первый получил по-настоящему чистые образцы ДНК и сделал очень аккуратный анализ относительного числа оснований в каждом образце. Он обнаружил, что процентное содержание четырех оснований — А, Г, Ц и Т — от вида к виду довольно сильно меняется, так что, вообще говоря, содержание в ДНК разных оснований далеко не одинаково. Кроме того, были открыты две весьма замечательные закономерности, которые вместе составляют так называемые правила спаривания оснований (правила Чаргаффа): из какого бы организма ни была выделена ДНК и как бы сильно процентный состав оснований ни отличался от предполагавшегося ранее отношения 1:1:1:1:1, количество А всегда равно количеству Т, а количество Г — количеству Ц. Вы, должно быть, помните, что А и Г — это пурины, содержащие два кольца атомов, а Ц и Т — пиримидины, содержащие по одному кольцу. Следовательно, равными оказываются количества «больших» и «малых» оснований: число А («большие» основания) равно числу Т («малые» основания); число Г («большие») равно числу Ц («малые»). В то время открытые закономерности были необъяснимы, но в конечном счете именно они послужили ключом к разгадке структуры ДНК.

Вторым не менее важным достижением мы обязаны М. Уилкинсу и Р. Франклин совместно с их сотрудниками. Им удалось сильно повысить качество рентгенограмм, получаемых от волокон ДНК. В этом вы сами можете легко убедиться. Сходство двух рентгенограмм не вызывает сомнений, но на новом снимке на месте размытых пятен имеется много четких рефлексов. С таким снимком кристаллографы вполне согласятся работать.

Таковы были эти новые экспериментальные факты. Ими блестяще воспользовались Дж. Уотсон и Ф. Крик. Уотсон, которому в ту пору (1953 г.) было только 24 года, приехал из Америки в Кембридж, в нашу лабораторию, и должен был вместе со мной заниматься изучением структуры белка. Но белком он так почти и не занимался. Как он сам первый признал, это была для него чересчур тяжелая работа. Я, конечно, на этом потерял, но зато много выиграла биология в целом. Крик приехал в нашу лабораторию чуть раньше, и они с Уотсоном подолгу беседовали о том, как важно было бы расшифровать структуру ДНК. Они разглядывали последние рентгенограммы ДНК, обсуждали возможный смысл открытых Чаргаффом правил спаривания оснований, перепробовали чуть ли не все возможные виды моделей. В результате по прошествии всего нескольких недель после одной-двух неудачных попыток разгадка по существу была уже готова! Я даже затрудняюсь объяснить, как они ее нашли, — по-моему, и сами они едва ли смогли бы объяснить. Это было одно из тех прозрений, которые время от времени случаются в науке. Вы можете называть это гениальностью, вдохновеньем, как хотите. Одно можно сказать: до 1953 года такое прозрение было бы невозможно, поскольку оно целиком зависело от открытия правил спаривания оснований, а также от информации, содержащейся в улучшенных рентгенограммах. Но, как только все эти сведения были добыты, ответ удалось найти в поразительно короткий срок.

Модель структуры ДНК, построенная Уостсоном и Криком, — это двойная спираль; как показано на модели, молекулы ДНК состоят из двух цепей, идущих в противоположных направлениях и закрученных одна вокруг другой наподобие электрических проводов. В результате получается структура, немного напоминающая винтовую лестницу (рис. IX).