Концепции современного естествознания

Как возникают мутации? В наши дни почти каждый знает, что мутации могут быть вызваны радиацией. К нашему несчастью, мы из собственного опыта знаем о генетических последствиях ядерных взрывов. Среди встречающихся в природе мутаций многие обусловлены слабой радиацией. Действию такой слабой радиации — хотим мы того или нет — мы постоянно подвергаемся. Эта радиация совершенно не связана с испытаниями ядерного оружия. Правда, иногда она тоже обусловлена деятельностью человека. Речь идет, например, о различных рентгенологических обследованиях, радиоактивном излучении. Радиоактивны многие минералы, космические лучи, приходящие к нам из мирового пространства, тоже составляют один из видов радиации. Даже непосредственно в составе нашего тела небольшая доля атомов всегда радиоактивна (так, например, мы все содержим калий, а природный калий всегда слегка радиоактивен).

Мутации могут быть также вызваны химическими соединениями. В частности такое довольно простое соединение, как азотистая кислота, оказывает действие на некоторые основания, превращая, например, цитозин в урацил, что ведет к мутации, которую мы назвали замещением. Соединения другого класса — акридины — могут иногда приводить к появлению в последовательности дополнительного основания (вставки) или, наоборот, к выпадению основания — мутация, названному нами делецией.

Я упоминаю об этом потому, что среди великого множества экспериментов, стоящих за всеми упоминающимися в книге открытиями, изучение мутаций — естественных и искусственных — сыграло, пожалуй, главную роль. В частности мутации сыграли важную роль при изучении генетического кода, которым мы теперь и займемся.

Генетический код можно считать чем-то вроде азбуки Морзе. В азбуке Морзе имеются три символа — точка, тире и пустой промежуток (отделяющий соседние буквы). Код нуклеиновых кислот содержит четыре символа: А, Г, Ц и Т (или в РНК — А, Г, Ц, и У).

Трудность изучения кода состоит в том, что мы не умеем прямо определять последовательность оснований в нуклеиновых кислотах, как это удается сделать для последовательности аминокислот в белках[241]. Если бы мы умели определять последовательность оснований в нуклеиновых кислотах, то тогда можно было бы выделить информационную РНК, ведущую синтез определенного белка, установить последовательность оснований в этой РНК и последовательность аминокислот в белке, а затем выписать обе последовательности рядом, и весь код будет перед нами как на ладони. Но раз мы не можем сделать этого прямо, приходится идти кружным путем.

Прежде всего требуется выяснить «кодовое число», иными словами, узнать, сколько символов необходимо для кодирования одной аминокислоты. В азбуке Морзе кодовое число непостоянно, оно меняется от буквы к букве. Некоторые буквы обозначают одним символом, скажем, одна точка обозначает букву Е (кодовое число равно единице); буква М обозначается двумя символами — тире, тире (кодовое число два). Максимальное кодовое число у буквы Э: оно равно пяти (букву Э обозначают символами точка, точка, тире, точка, точка).

Что касается генетического кода, то здесь нам ясно, что кодовое число должно быть больше двух, так как в противном случае с помощью четырех символов мы могли бы составить только 4 × 4 = 16 возможных комбинаций. Следовательно, кодовое число должно быть равно по меньшей мере 3; тогда можно получить 4 × 4 × 4 = 64 комбинации, а этого более чем достаточно для обозначения 20 аминокислот. Правда, у нас получится 44 лишних комбинации; как быть с ними? Ну, во-первых, код может быть «вырожденым». На научном жаргоне это слово означает, что одной аминокислоте соответствует несколько различных комбинаций, точно так же, как одно и то же лекарство может идти в продажу под разными названиями. А может быть и так, что все лишние 44 комбинации являются «нонсенсами» и ничего не означают. Наконец, эти комбинации могут выполнять роль знаков препинания, обозначать начало или конец синтеза белка. Легко придумать и другие возможности. Все эти варианты следует иметь в виду при обсуждении любого кода. Нужно еще помнить, что один вариант не исключает другого: может существовать вырожденный код, содержащий к тому же несколько «нонсенсов».

Еще совсем недавно не было никаких экспериментальных данных, с помощью которых можно было бы проверить относящиеся к коду теории. Проблема кода представляла неплохую арену, на которой могли пробовать свои силы некоторые очень хорошие математики, ну и просто любители головоломок. Было предложено несколько решений, но если никто не мог поручиться, что хотя бы одно из них правильно, то в ошибочности некоторых из предложенных кодов сомнений не было.

Просто как пример остроумия предложенных ранее кодов приведу код Гамова — одно из первых всерьез предложенных решений. Этот код состоял из перекрывающихся триплетов и имел ту притягательную особенность, что, естественно, приводил к «магическому числу» 20 (аминокислот, как мы знаем, двадцать). Принцип этого кода иллюстрирует рисунок XV.