Происхождение эволюции. Идея естественного отбора до и после Дарвина - Джон Гриббин

на дно, а оболочки старых фагов остались плавать в растворе. Затем осадок и раствор были проанализированы. Радиоактивные изотопы фосфора, указывающие на присутствие ДНК, были обнаружены внутри клеток (в новом поколении вирусов), а радиоактивные изотопы серы, указывающие на присутствие белка, — в пустых оболочках. Результаты эксперимента были опубликованы в 1952 г. и не оставили места для сомнений: генетическая информация содержится именно в ДНК, а белки являются строительным материалом для живых организмов.

Этот на первый взгляд простой эксперимент был в значительной мере обязан своим успехом навыкам Марты Чейз, хотя официально она была «всего лишь» помощницей Альфреда Херши. Вацлав Шибальски, другой биолог из лаборатории Колд-Спринг-Харбор, позже вспоминал:

Ее вклад в экспериментальную часть был очень велик. Лаборатория Херши была совершенно необычной. В то время они работали только вдвоем: когда вы входили в лабораторию, там царила абсолютная тишина, а Альфред руководил экспериментами, просто указывая Марте пальцем, и почти ничего не говоря. Она идеально подходила для работы с Херши{39}.

С этого момента стало ясно, что белки были строительным материалом бактериофагов, а ДНК — носителем генетической информации. Теперь едва ли хоть один биолог считал, что генетический материал является чем-то иным, кроме ДНК, и все было готово для установления строения самой молекулы ДНК.

Несмотря на то что Херши и Чейз проводили свои эксперименты в США, к открытию структуры ДНК вплотную подошли английские ученые. Впервые основы ее строения стали яснее благодаря экспериментам группы ученых из лаборатории биофизики лондонского Королевского колледжа, хотя в то время по странной прихоти судьбы их заслуги не были признаны. Руководитель этого подразделения Джон Рэндалл (1905–1984) стал одним из первых, кто признал ДНК носителем генетической информации; он был физиком, который в начале карьеры занимался рентгеновской дифракцией под руководством Лоуренса Брэгга, и потому собрал нетипичную для той эпохи группу ученых, в которой вместе с физиками трудились биологи, биохимики и представители других дисциплин.

В 1950 г. уроженец Новой Зеландии Морис Уилкинс (1916–2004) изучал в лаборатории Рэндалла различные виды биологических молекул, включая ДНК, белки и витамин B12. В мае того же года в Лондон прибыл швейцарский биохимик Рудольф Зигнер (1903–1990), чтобы выступить на собрании Фарадеевского общества с докладом об успешных экспериментах по выделению нуклеиновых кислот из вилочковой железы (тимуса) телят, которые он провел совместно со своим учеником Гансом Швандером. Зигнер передал Уилкинсу образец выделенной им крайне чистой ДНК. На самом деле это не было неожиданностью, так как Зигнер работал с ДНК уже много лет и еще в 1938 г. сообщал в статье в журнале Nature, что то, что он тогда назвал тимонуклеиновой кислотой, должно представлять собой длинную нитевидную молекулу массой от 500 000 до 1 000 000 атомных единиц. Но, как и в случае со многими другими «фундаментальными» исследованиями, их развитие и распространение информации о них задержала Вторая мировая война. Образцы ДНК, с которым начал работать Уилкинс, по консистенции представляли собой гель, и, когда он готовил их для анализа в ультрафиолетовом свете, он заметил кое-то любопытное. Вот как он рассказывал об этом в своей нобелевской лекции:

Каждый раз, когда я касался геля стеклянной палочкой и затем отводил палочку, вслед за ней вытягивалось тонкое, почти невидимое волокно ДНК, похожее на нить паутины. Совершенство и однородность этих волокон указывали на то, что молекулы в них расположены упорядоченным образом. Я сразу подумал, что эти волокна могут быть отличным материалом для рентгеноструктурного анализа. Я отнес их Рэймонду Гослингу, у которого был наш единственный рентгеновский аппарат (собранный из списанных военными компонентов оборудования) и который использовал его для получения дифракционных снимков головок бараньих сперматозоидов.

Гослинг (1926–2015) в то время был аспирантом и работал под руководством Рэндалла. Он хранил нити ДНК во влажном состоянии (помня о работе Бернала с белками) и запечатывал их в капиллярные трубки, заполненные водородом, чтобы атомы углерода и азота из окружающего воздуха не влияли на картину рентгеновской дифракции. Хотя в 1950 г. Гослинг сумел получить дифракционные изображения ДНК, он был ограничен возможностями своего самодельного оборудования[53]. Но в 1951 г. ситуация кардинально изменилась. Рэндалл не только получил новое оборудование, но и нанял еще одного сотрудника, Розалинд Франклин (1920–1958), чтобы решить проблему строения ДНК.

Франклин была экспертом в области рентгеновской кристаллографии и до этого работала в Париже, занимаясь исследованием структуры угля и получаемых из него соединений, однако никогда раньше не изучала биологические молекулы. Ее наняли на три года работать с белками и липидами, но, когда она пришла в Королевский колледж в январе 1951 г., Рэндалл уже решил предложить ей заняться анализом образцов ДНК Зигнера, причем Гослинг должен был стать ее ассистентом. Естественно, что Уилкинс был недоволен таким решением, и в ответ на его возражения Рэндалл разрешил ему заняться собственными исследованиями образцов ДНК, предоставленных Чаргаффом. В мае 1951 г. Уилкинс представил несколько снимков, сделанных совместно с Гослингом, на научной конференции в Неаполе, где они заинтересовали одного из молодых участников — американского биолога Джеймса Уотсона (род. 1928), который недавно защитил диссертацию и в тот год работал в Копенгагене, но вскоре должен был перебраться в Кембридж.

Франклин и Гослинг были слаженной командой. Гослинг умел получать кристаллическую ДНК — он был первым, кому это удалось, — а Франклин знала, как настроить новое оборудование, чтобы выжать из него максимум возможного. Они сделали первые снимки рентгеновской дифракции на кристаллах ДНК и обнаружили, что молекула существует в двух формах. При высокой влажности она выглядит как длинное тонкое волокно, но при высушивании она укорачивается и утолщается. Эти формы они назвали соответственно «B-форма» и «A-форма». Из-за наличия жидкости внутри клеток предполагалось, что В-форма больше походит на ДНК живых организмов.

Из-за соперничества между учеными Королевского колледжа Франклин по указанию Рэндалла занялась А-формой, а Уилкинс — B-формой. Дальнейший анализ показал, что обе формы, вероятно, имеют спиральную структуру, и в ноябре 1951 г. Франклин выступила в Королевском колледже с лекцией. В конспекте ее лекции содержалось следующее утверждение:

Результаты позволяют предположить спиральную структуру (которая должна быть очень плотно упакована), содержащую 2, 3 или 4 закрученных вокруг одной оси цепи нуклеиновых кислот на каждом витке спирали…{40}