Спонтанная эволюция: Позитивное будущее и как туда добраться

Потребовалась почти сотня лет упорных исследований, чтобы найти подтверждение предположений Дарвина в отношении наследственности. Первый прорыв в этом направлении совершил немецкий цитолог Вальтер Флеминг, обнаруживший в 1882 году материальные частицы наследственности. Флеминг исследовал микроскопическую структуру живых тканей и первым описал митоз — процесс деления клетки. В своих трудах он подчеркивал репродуктивную роль нитеподобных включений внутри ядра клетки. Шесть лет спустя, в 1888 году, немецкий анатом Генрих Валдайер предложил называть эти включения, несущие в себе наследственную информацию, хромосомами.

В самом начале XX века американский генетик и эмбриолог Томас Хант Морган впервые описал редкое событие под названием «генетическая мутация»: он обнаружил в культуре красноглазых мушек дрозофил белоглазую особь, способную производить такое же белоглазое потомство. На основании наблюдения за этими и другими мутировавшими фруктовыми мушками Морган пришел к выводу, что генетические факторы, определяющие наследственные черты, расположены вдоль хромосом в строгом линейном порядке.

Дальнейший химический анализ продемонстрировал, что хромосомы состоят из протеинов и дезоксирибону-клеиновой кислоты (ДНК). Однако вопрос о том, таится ли генетический ключ в протеинах или в ДНК, оставался открытым до 1944 года, когда исследователи Института Рокфеллера Освальд Эйвери, Колин Мак-Леод и Маклин Мак-Карти опытным путем определили, что наследственные черты закодированы именно в молекуле ДНК.

Их эксперимент был одновременно прост и элегантен. Ученые извлекли хромосомы из бактерий вида № 1 и отделили ДНК от протеина. Затем они добавили отдельно хромосомный протеин или отдельно ДНК в культуры бактерий вида № 2. В результате оказалось, что при добавлении ДНК вида № 1 вид № 2 приобретает некоторые характерные черты вида № 1. А добавление хромосомного протеина от вида № 1 никак не повлияло на черты вида № 2. Итак, в ходе исследования было впервые доказано, что именно в ДНК закодированы наследственные черты, но ученые ни на йоту не приблизились к пониманию того, каким образом действует ДНК.

Любопытно, что первенство в деле раскрытия величайшего из микроскопических секретов жизни принадлежало не биологам. В механику ДНК первыми проникли истинные механики науки — физики. В своей вышедшей в 1944 году книге «Что есть жизнь?» лауреат Нобелевской премии по физике Эрвин Шрёдингер выдвинул предположение, что генетическая информация может быть закодирована в конфигурации молекулярных связей внутри молекул. Шрёдингер дал сугубо теоретические, но хорошо обоснованные рекомендации по поводу того, на что именно следует обращать внимание биологам в ходе поисков носителей наследственной информации. Вдохновленные идеей Шрёдингера, молекулярные биологи Джеймс Д. Уотсон и Фрэнсис Крик начали совместную работу, приведшую к одному из важнейших открытий в истории биологии.

Генетический детерминизм: несокрушимая догма

В 1953 году Уотсон и Крик изменили направление человеческой истории, опубликовав в престижнейшем британском научном журнале Nature статью под названием

«Молекулярная структура нуклеиновой кислоты». При помощи метода рентгеновской кристаллографии они обнаружили, что молекула ДНК представляет собой длинную линейную молекулярную нить, состоящую из четырех разновидностей молекулярных «кирпичиков» под названием нуклеотидные основания: аденин, тимин, гуанин и цитозин (сокращенно их обозначают буквами А, Т, G и С). Кроме того, ученые обнаружили, что пары нитей ДНК соединяются в двойные спирали. Но самое главное их открытие состояло в следующем: последовательность нуклеотидных оснований А, Т, G и С вдоль молекулы ДНК являет собой код, используемый для синтезирования протеинов тела.

Таким образом, ген — это отрезок ДНК-кода, состоящий из последовательности нуклеотидных оснований, необходимых для создания конкретного протеина. Молекулы протеина представляют собой материальные «кирпичики» клетки и в этом качестве ответственны за физические и поведенческие черты организма.

Исходя из природы кодировочного механизма ДНК Фрэнсис Крик вывел концепцию, которая носит название центральная догма молекулярной биологии. Эта центральная догма описывает движение информации в биологических системах. ATGC-последовательности в ДНК представляют собой массивы информации (оформленной в виде генов), в которых закодирована структура протеинов. Клетка делает что-то вроде ксерокопии гена в виде нуклеиновой кислоты другого типа — рибонуклеиновой кислоты (РНК).

РНК-копия представляет собой молекулу, которая физически задействована в превращении ДНК-кода в молекулу протеина. Таким образом, информация из ДНК транскрибируется в молекулу РНК, затем информация из РНК трансформируется в молекулы протеина. Центральная догма Фрэнсиса Крика описывает движение информации в большинстве биологических систем как унифицированный процесс: от ДНК к РНК, а затем к протеину.