Что за безумное стремленье! - Фрэнсис Крик

Оглядываясь назад, я вижу, что моя работа «О синтезе белка» представляет собой смесь удачных и неудачных идей, озарений и чуши. Озарения, подтвердившиеся впоследствии, основываются преимущественно на общих соображениях, высказанных с учетом более или менее давно установленных данных. Неверные идеи проистекают в основном из более свежих результатов экспериментов, которые в большинстве случаев оказались потом либо неполными, либо неверно истолкованными, а то и полностью ошибочными.

Уже тогда в мои рассуждения вкралась ошибочная идея. Видно, что я представлял себе РНК в цитоплазме – в «микросомных частицах», как их тогда называли, потому что слово «рибосомы» еще не вошло в общее употребление, – как «трафарет», то есть думал, что у нее довольно жесткая структура, наподобие двойной спирали ДНК, хотя, вероятно, одноцепочечная. Лишь позже я осознал, что эта идея задает слишком узкие рамки и что «лента», возможно, ближе к истине. Подобно тому как телеграфная лента не имеет жесткой структуры (разве что в то мгновение, когда находится в аппарате), РНК – я понял это впоследствии, – не обязана быть жесткой, она может быть гибкой, за исключением того сегмента, который кодирует очередную по счету аминокислоту. Другое следствие, вытекавшее из этой идеи, состояло в том, что наращиваемая белковая цепочка была не обязана оставаться на «трафарете», но могла уже начинать сворачиваться по ходу синтеза – что предполагали и раньше.

На тот момент в моих рассуждениях была еще одна, более серьезная ошибка. Не стану расписывать подробностей (они изложены в самой статье), но по сути причиной моих ошибок было то, что я спутал сам механизм синтеза белков и совершенно отдельные механизмы, которые им управляют. А произошло это, если в двух словах, потому что, по данным некоторых экспериментов, для синтеза РНК требовался свободный лейцин (аминокислота), что привело к выводу о возможных общих промежуточных продуктах при синтезе как белков, так и РНК, из которых при необходимости можно получить и то и другое. На самом деле свободный лейцин нужен для регуляторного механизма, чтобы продолжать синтез РНК, вероятно, потому что в условиях голодания клетки, когда свободного лейцина нет, производить новые РНК не нужно. Думаю, легко впасть в ошибку подобного рода – смешение явлений, связанных с природой самого механизма, и явлений, связанных с его регуляцией, – когда пытаешься разобраться в сложной биологической системе.

К этой общей категории стоит отнести еще одну ошибку – когда вспомогательный процесс, возникший в ходе эволюции как корректировка основного процесса, принимают за сам основной процесс и потому делают ложные выводы об основном. Другой вариант – когда о существовании вспомогательного процесса не догадываются и потому заключают, что основной процесс неосуществим. Возьмем, например, частотность ошибок в репликации ДНК. Нетрудно вычислить, что, если у организма миллион кодирующих пар оснований, то частотность ошибок на каждом этапе репликации не должна превышать одну на миллион. (Точную формулу элегантно вывел Манфред Эйген.) Человеческая ДНК состоит примерно из 3 млрд пар оснований (в гаплоидном наборе), и, хотя ныне известно, что лишь небольшая доля из них должна воспроизводиться точно, частотность ошибок не может превышать (по самой грубой оценке) одной на сто миллионов, иначе организм в ходе эволюции будет торпедирован собственными мутациями. Однако существует естественная частотность ошибок репликации [вследствие таутомерической природы оснований], которую затруднительно снизить более чем до 1: 10 000. В таком случае ДНК, безусловно, не может хранить наследственную информацию, ведь ее репликация породит слишком много ошибок.

К счастью, мы никогда не воспринимали этот довод всерьез. Очевидный выход – предположение, что у клетки в ходе эволюции выработались механизмы исправления ошибок. Поскольку двойная спираль несет две (комплементарные) копии кодирующих последовательностей, несложно представить себе, как это может осуществляться. Наблюдаемый уровень частоты ошибок (мутаций) будет отражать ошибки в механизме исправления ошибок, и, следовательно, его значение заметно сократится. Мы с Лесли Орджелом, собственно, отправили Артуру Корнбергу частное письмо, в котором отмечали это и предсказывали, что изучаемый им фермент, который осуществлял репликацию ДНК в пробирке (так называемый фермент Корнберга), должен содержать механизм исправления ошибок. Так и оказалось. ДНК в действительности настолько драгоценная и хрупкая молекула, что, как теперь известно, клетка выработала целый арсенал механизмов починки, чтобы защищать свою ДНК от повреждений – радиационных, химических и прочих. Это именно то, что ожидается от эволюции путем естественного отбора.

Возможно, стоит упомянуть еще один тип ошибок: не надо умничать. Точнее говоря, важно не быть слишком уверенным в собственной аргументации. Это особенно касается отрицательных доводов – что какой-либо подход не стоит и пробовать, потому что он заведомо обречен на провал.

Рассмотрим следующий пример. Насколько мне известно, этот довод никогда не высказывался, но он запросто мог быть высказан в каком-нибудь 1950 г. Розалинда Франклин продемонстрировала, что нити ДНК, в особенности когда они тщательно вытянуты и кристаллизованы при условиях контролируемой влажности, могут давать на рентгенограмме рисунок так называемой А-формы, со множеством отчетливых точек. Если применить теорию преобразований Фурье, то очевидно, что эти точки говорят о регулярно повторяющейся структуре. Но если ДНК – наследственный материал, то она не может иметь регулярные повторы в своей структуре, потому что тогда она не сможет нести информацию. Стало быть, ДНК не может быть носителем наследственности.

Однако на это есть возражение. Пятнышки не появляются на самых малых интервалах. Почему они угасают по такой схеме? Причин может быть две: либо структура обладает высокой регулярностью, но в нити она подвержена случайным искажениям, либо структура частично регулярна, а частично нет. Если так, то почему бы нерегулярному компоненту не быть носителем наследственной информации? Но в таком случае расшифровка регулярных компонентов рентгенограммы, изучение наличествующих пятен не даст нам искомых сведений – о природе наследственной информации, – так зачем тратить на это время?

Теперь, когда ответ известен, понятно, в чем ошибка этого отрицательного довода. Разумеется, рентгенограммы нитей ДНК и вправду ничего не расскажут о сокровенных подробностях последовательности оснований. Зато эти данные подвели нас к модели двойной спирали с парными основаниями (нуклеотидами), и парность оказалась ключевой характеристикой. На низком разрешении, которое дает такая рентгенограмма, любую пару оснований невозможно отличить от любой из трех других, но модель впервые продемонстрировала нам сам факт существования нуклеотидных пар, и этот факт сыграл решающую роль – последовал прорыв в решении проблемы.

Какой же корректный довод следовало применить? Безусловно, следовало сказать, что химическое строение генов – предмет первостепенной важности. Было известно, что гены присутствуют в хромосомах и что там же находится и ДНК. Следовательно, все, что имело отношение к ДНК, необходимо было изучить как можно тщательнее, ведь заранее нельзя наверняка знать, что может обнаружиться. Хотя обдумывать перспективность или бесперспективность тех или иных направлений исследования, безусловно, нужно, разумно не слишком доверяться собственным рассуждениям, иначе вы можете упустить полезный подход, и цена упущения окажется слишком высока.