Любой биолог после открытий Дарвина и Менделя задумывался, как именно в живой природе передается наследственная информация. Спор о носителях наследственности стал главной проблемой биологии середины ХХ века. В модели наследственности как смешения свойств родителей у потомства должна была все время появляться смесь свойств родителей.
Основная роль в этих процессах принадлежит ДНК. Что такое ДНК? ДНК расшифровывается как дезоксирибонуклеиновая кислота. Простыми словами, ДНК – носитель генетической информации. В ее составе содержится все гены человека, которые и передают информацию по наследству, от родителей - к детям.
Как химическое вещество ДНК была выделена из ядер клеток еще в 1860-х годах, отсюда и название: «нуклеиновая» (лат. «nucleus» и значит «ядро»). Но до середины XX столетия никто и не предполагал, что она способна хранить и передавать информацию. Долгое время считали, что эти роль выполняют белки, уж очень они разнообразны по составу и свойствам, как и живые организмы.
Из чего она состоит? В принципе, ничего сложного в составе молекулы наследственности нет. Представьте себе поезд, в состав которого входят четыре типа вагонов: пассажирские, почтовые и проч. Можно вообразить себе сколь угодно длинный поезд, где вагоны можно переставлять как угодно, какие-то вагоны добавлять, другие убирать, переставлять. В ДНК вагоны – это нуклеотиды. Их всего 4 вида, они соединяются в длиннющие цепочки; они могут быть разной длины, а нуклеотиды могут соединяться в любых сочетаниях – вот вам и гигантское разнообразие. (Каждый из нуклеотидов – это соединение из трёх компонентов, но не буду усложнять свой рассказ).
Итак, первые доказательства того, что именно ДНК – наследственное вещество, появились аккурат в середине прошлого века, это тоже особая и очень интересная история. И вот сложился парадокс: химический состав ДНК известен, показано, что она определяет признаки организма, но совершенно непонятно, как она это делает. Другими словами, непонятна структура ДНК. Например, каким образом перед делением клетки кислоты становится в два раза больше, а после деления её становится поровну в каждой клетке?
И пошло соревнование, да ещё какое! Кто первый определит структуру ДНК, объяснит, почему и от чего происходят изменения в количестве ДНК – тот и победитель, тот и великий учёный! И какие имена включились в соревнование, какие учёные громады! А удача улыбнулась двум молодым ученым из Кембриджа (Англия), один из которых был биологом, другой физиком. Как истинные жители Британии, они любили попить пиво в пабе, пошутить, покривляться, а за кружкой пива обсудить ученые дела. Звали молодых гениев Френсис Крик (англичанин) и Джеймс Уотсон (американец). Сама по себе история их открытия стоит не одной, а пяти статей. Не удивляйтесь, сограждане, что так часто я делаю отсылки на какие-то события, но про них не рассказываю. История изучения ДНК – история богатейшая, интереснейшая и драматичная. Многие историки биологии считают, что в 20 веке, очень богатом на научные свершения и открытия, были три события главнейшие: полёт в космос, овладение ядерной энергией и расшифровка структуры ДНК. Так то.
Что же установили молодые ученые, ведь на момент выхода их статьи с изложением открытия в 1953 году Уотсону было 25 лет, а Крику – 37! Если кратко, то они придумали, что ДНК состоит из двух нитей (двух «поездов»), которые соединяются друг с другом слабенькими, но многочисленными химическими связями. Самое важное, что цепочки друг другу соответственны или, по науке, комплиментарны: если в одной цепочке нуклеотид А, то с ним соединяется нуклеотид Т другой цепочки; в одной цепи нуклеотид Ц, с ним соединяется Г. Такие вот «семейные пары» получаются: А-Т, Г-Ц. И сразу стало понятно, как идёт удвоение-разъединение молекул ДНК. Представьте: в вашем организме каждую секунду готовятся к делению и делятся около миллиарда клеток (!). Наши двойные цепи ДНК разъединяются и на каждой образуется новая цепочка по принципу А-Т и Г-Ц; получаются две совершенно новые и одинаковые молекулы ДНК. Каждая красиво закручивается в так называемую двойную спираль. Посмотрите на неё: она красива, она просто прекрасна даже на самых нелепых рисунках. Это – основа жизни любого организма на Земле, сограждане!
Как же удалось Уотсону и Крику обогнать всех в научной гонке? Конечно, они были талантливы, возможно, гениальны, эти молодые люди. Но нельзя не отметить одну важную, даже ключевую вещь: в своих рассуждениях исследователи широко использовали ренгеновские снимки, которые делала Розалинда Франклин из Университетского колледжа в Лондоне. Она была большим мастером своего дела, возможно, и гением генгенологии. Важнейшую роль в решении задачи о строении ДНК сыграла рентгеновская фотография 51, сделанная Р. Франклин. Эта фотография была получена с такой точностью, потому что Франклин, хорошо знавшая физическую химию, умело управляла изготовлением образцов, она же внесла усовершенствования в аппарат для съемки и настроила его. Теперь это фото переходит из учебника в учебник. Есть данные, что молодые учёные использовали снимки Франклин, даже не предупредив её об этом, что этически недопустимо.
В январе 1953 года Джеймс Уотсон посетил лабораторию, где работала Р. Ф. . Британцы спешили, ведь их конкуренты не дремали и были близки к правильному выводу о строении ДНК. Один из сотрудников и показал (без ведома Франклин) очень четкую фотографию 51, на которой явно были видны две спирали ДНК. Много лет не стихают споры, почему Уотсон и Крик получили доступ к результатам Розалинд Франклин и не спросили у неё разрешения перед публикацией. Вышло, конечно, некрасиво. В начале 1953 года обиженная и расстроенная до глубины души Франклин уволилась из лаборатории Университетского колледжа.
Итак, доступ Крика к результатам расчетов Франклин конца 1952 года, увиденная Уотсоном фотография 51 давали подтверждение догадкам, что ДНК — это двойная спираль. Но как устроена сама эта двойная спираль, из чего она состоит, как устроены цепи — это открыли Уотсон и Крик, надо отдать им должное.
Судьба Р. Ф. трагична: не получив положенного признания, она заболела раком (психологическое расстройство плюс облучение ренгеновскими лучами) и умерла в 1958 году. А за открытие структуры ДНК Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик совместно с Морисом Уилкинсом в 1962 году получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине – одну из самых известных среди десятков Нобелевских премий.
Что ж, в науке, как и с жизни: радость и печаль, счастье и разочарование идут рядом. Но, чтобы не заканчивать свой рассказ на такой грустной ноте, приведу некоторые любопытные данные о «молекуле жизни»:
*.Если бы вам пришлось ежедневно по 8 часов печатать по одному слову в секунду, вам бы потребовалось 50 лет, чтобы напечатать все нуклеотиды ДНК человека.
*. Осы бракониды вместо яда вводят своим жертвам вирус, который подавляет иммунную систему и позволяет паразитической личинке осы расти внутри жертвы.
*. У родных братьев и сестер 50 % общих генов, как и у родителей с детьми.
*. ДНК повреждается около миллиона раз за день в клетках нашего тела. Но у нашего организма существует сложная система ее восстановления. Если бы этого не было, это бы приводило к раку или гибели клеток.
*. Дождевые черви являются нашими ближними родственниками. У нас больше общего ДНК, чем с тараканами и даже осьминогами.
*. В некоторых семьях в Исландии обнаружена ДНК, встречающаяся только у коренных американцев. Полагают, что викинги привезли коренную американку в Европу около 1000 лет назад.
*. На международной космической станции есть жесткий диск, названный "диск бессмертия". Он содержит ДНК людей на случай всемирной катастрофы.
*. Около 8 процентов нашей ДНК состоит из древних вирусов, которые когда-то заразили людей.
*. Около 2 грамм ДНК могло бы вместить всю мировую информацию, хранимую в интернете.
*. ДНК людей на 99,9 процентов одинаковы.
*. ДНК всех наших клеток можно растянуть на 16 миллиардов километров, если ее раскрутить. Это примерно расстояние от Земли до Плутона и обратно.
*. Существуют сайты, предлагающие генетические тесты по слюне, подтверждающие ваше происхождение. Ученые предупреждают, что это - "генетическая астрология", ее не стоит воспринимать серьезно.
*. 50 процентов вашего ДНК сходно с ДНК банана.
*. У всех людей неафриканского происхождения есть следы ДНК неандертальцев.
Вот и всё, сограждане, о самом замечательном веществе - ДНК. Если вам понравилось - лайкните - и будет вам радость!