Жизнь проста. Как бритва Оккама освободила науку и стала ключом к познанию тайн Вселенной - Джонджо МакФадден

(1846–1927), написавший отзыв в журнал Guide to the Literature of Botany, долго хранившийся на полках библиотеки Линнеевского общества, в котором когда-то была впервые представлена теория Дарвина. Похоже, что никто из других участников полемики не удосужился прочитать работу Менделя.

После смерти Сирила Наппа в 1867 году Мендель становится аббатом августинского монастыря в Брюнне. Он больше не занимается наукой и посвящает все свое время административной работе. Мендель умер 6 января 1884 года в возрасте 61 года, совершенно не подозревая, что пройдет немного времени, и его назовут отцом генетики. Оранжерея в монастырском саду, где он проводил свои опыты, была разобрана, а все его бумаги сожжены.

Эксперименты Менделя служили исчерпывающим ответом на критику Флеминга Дженкина, выдвинувшего аргумент о смешанном характере наследуемых признаков. Однако и они не отвечали на вопрос, поставленный Кэмпбеллом, об источнике естественной изменчивости. Тайна происхождения видов еще не была разгадана.

ПРИМУЛЫ И МУХИ

Хуго де Фриз (1848–1935) родился в Харлеме, Нидерланды. Он вырос в местности, отличающейся богатой растительностью, что, по всей видимости, вдохновило его в 1866 году поступить на факультет ботаники Лейденского университета. Будучи студентом, он прочитал книгу «Происхождение видов», однако в силу упомянутых выше причин теория Дарвина его не убедила. В 1886 году, спустя два года после смерти Менделя, де Фриз как-то прогуливался мимо незасеянного поля недалеко от города Хилверсюм и обратил внимание на обильное цветение энотеры, или примулы вечерней. Приглядевшись, он заметил некоторые новые разновидности цветов, которые не встречались ему раньше. Собрав семена, он отнес их в лабораторию и, проведя ряд экспериментов, пришел к выводу, что аномальные признаки были не только наследственными, но и проявлялись в потомстве как доминантные/рецессивные в соотношении целых чисел. Де Фриз назвал их мутациями и заявил, что именно они обеспечивают изменчивость, необходимую для появления новых видов. В поисках подтверждения своему открытию в литературе де Фриз случайно обнаружил работу Менделя – так она получила второе рождение. В 1901 году де Фриз представляет свою теорию, согласно которой мутации являются источником изменчивости, составляющей основу для появления новых видов.

Через несколько лет, в 1907 году, американский ученый Томас Хант Морган (1866–1945) провел масштабную серию экспериментов по искусственному скрещиванию обычной мушки-дрозофилы. Среди нескольких тысяч мушек с красными глазами было несколько особей, у которых глаза были белого цвета. Он обнаружил, что этот признак – мутация – наследуется в соотношении целых чисел. Таким образом, он заново открыл законы Менделя и продолжил работу, чтобы продемонстрировать, что мутации способствуют появлению новых особей, нарушающих существующие границы внутривидовой изменчивости. Последовавшее за этим слияние теории естественного отбора и генетических законов Менделя вошло в историю науки под названием современный эволюционный синтез или синтетическая теория эволюции, которая с тех пор является основой основ генетики и, по существу, биологии. По мнению Феодосия Добржанского, одного из создателей синтетической теории эволюции, «ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции»[395].

Несмотря на утвердившееся в первые десятилетия XX века представление о генах как об основных единицах наследственности и движущей силы эволюции, их строение и механизм работы были по-прежнему непонятны. Единственное, что оставалось, – это объяснять их с точки зрения витализма или даже Божественного провидения. Так, например, французский философ Анри Бергсон (1859–1941) в книге «Творческая эволюция» утверждал, что движущей силой наследственности и эволюции является «жизненный порыв» (фр. élan vital) или импульс жизни (англ. vital impetus), свойственный всему живому[396]. Лишь освободившись от влияния теологии, современная наука смогла разгадать загадку самой удивительной молекулы, в которой заключается тайна жизни.

ВЗЛОМЩИКИ КОДОВ

В ходе своего дальнейшего рассказа о революционных открытиях в науке мне придется пожертвовать некоторыми из них ради тех, которые действительно значимы для понимания роли простоты в биологии. Первый шаг на пути изгнания идей витализма из генов заключался в том, чтобы показать, что гены состоят из обычных химических элементов. Это открытие было сделано примерно в то же время, что и открытие Менделя, – в 1868 году швейцарским химиком Иоганном Фридрихом Мишером (1844–1895). Работая в университете Кеплера в Тюбингене, Мишер выделил из лейкоцитов химическое вещество, которое он назвал «нуклеиновой кислотой», и определил, что оно состоит из водорода, кислорода, азота и фосфора. Мишеру так и не удалось установить, какую функцию выполняет открытый им элемент, однако это сделал канадско-американский ученый Освальд Теодор Эйвери (1877–1955) в 1944 году, который доказал, что дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК, является носителем генетической информации.

Тем не менее, даже зная химический состав генов, ученые не понимали, каким образом вещество, состоящее из атомов углерода, кислорода, азота, водорода и фосфора, может управлять механизмом передачи таких наследственных признаков, как форма горошины, цвет глаз мушки-дрозофилы или цвет глаз человека. Более того, согласно законам Менделя, эти признаки должны передаваться через несколько поколений, образуя время от времени новые варианты – трудновыполнимая задача для напоминающих волокна бумаги молекул вещества, выделенного из живой клетки.

Рис. 31. Структура двойной спирали ДНК

Загадка была разгадана в 1953 году благодаря открытию ученых из Кембриджского университета Джеймса Уотсона (р. 1928) и Фрэнсиса Крика (1916–2004), сделанному ими на основании анализа рентгеноструктурных данных, которые они получили от своей коллеги из Королевского колледжа в Лондоне Розалинд Франклин (1920–1958). Открытая Уотсоном и Криком структура двойной спирали ДНК и способность ДНК шифровать биологическую информацию в виде генетического кода стала самым потрясающим достижением в истории науки. История этого открытия хорошо известна[397], поэтому я не буду повторяться, а лишь отмечу, что молекула ДНК, несмотря на необычайно простую структуру, позволила разгадать сложнейшую загадку наследственности.

Самой простой из характеристик ДНК является ее химическая структура (рис. 31). Она представляет собой цепочку, состоящую всего из четырех химических групп, азотистых оснований ДНК – A, T, G и C, которые нанизываются на винтовой каркас, как бусы на нитку. Каждая цепь попарно объединяется с другой цепью, являющейся ее зеркальным отражением, при этом согласно принципу комплементарности образуются следующие пары: А (аденин) соединяется с Т (тимин), а G (гуанин) с С (цитозин). Уотсон и Крик поняли, что в этих обозначенных латинскими буквами основаниях закодирована информация о синтезе белка. Принцип кодирования белков участками ДНК тоже прост. В трехбуквенных комбинациях (триплетах) зашифрована информация о 20 аминокислотах, из которых строится белок. Так, например, комбинация GGC служит кодом глицина, а ССА – глутамина. Из белков состоят ферменты – своего рода молекулярные фабрики, которые производят все биомолекулы внутри клеток любого живого организма, от человека и животного до растения и микроба. Таким образом, вся информация о биосфере зафиксирована с помощью четырехбуквенного кода, а это на 22 буквы меньше, чем потребовалось для написания этой книги[398]. Вряд ли можно найти более наглядный пример способности простых законов