Мушки различаются укороченными крыльями (они могут быть и совсем маленькими, и загнутыми кверху и т. д.), цветом глаз (белые вместо нормальных — красных) и различными иными особенностями.
Исследуя под микроскопом ядра клеток дрозофилы, Морган и его ученики установили фундаментальные факты. Особые ядерные тельца — хромосомы (от греческого «chroma» — «краска» и «soma» — «тело», названы так вследствие способности хромосом сильно окрашиваться определенными красками, они делают хромосомы хорошо видимыми, что облегчает их изучение) меняли свою структуру, форму вместе с изменениями облика самой дрозофилы. Значит? Следовательно, сделал Морган вывод, гены должны локализоваться именно в хромосомах.
Не сразу, не вдруг пришел Морган к такому заключению. Хромосомная теория наследственности стала результатом огромной серии (благо плодовитость дрозофилы позволяла!) экспериментов.
Понятно, поначалу моргановские представления многим казались невероятными. Николай Иванович Вавилов, в 1921 году побывавший в США у Моргана, вспоминал позднее: «В этой лаборатории скептики выслушивались с особым вниманием. Исходя из сложности явлений наследственности и развития, мы полагали в то время, что строгое расположение генов в хромосомах в виде бус в линейном порядке мало вероятно. Такое представление казалось нам механистическим. Подобно другим, мы высказали наши сомнения Моргану. Он ответил нам, что он сам, как эмбриолог, вначале был большим скептиком, но колоссальное количество фактов наиболее просто объяснялось и объясняется линейным расположением генов. Он предложил нам посвятить несколько дней конкретному просмотру опытных материалов, на которых построена линейная гипотеза, добавив при этом, что охотно согласится с любой другой гипотезой, удовлетворительно объясняющей все наблюдаемые факты».
Состав хромосом, их строение необычайно сложны. Это смесь многих компонентов. Тут и открытые Мишером нуклеиновые кислоты. Их названия ДНК и РНК, это сокращения, которые, должно быть, из-за позднее осознанного почтения принято писать с большой буквы; полное же и труднопроизносимое их название — дезоксирибонуклеиновая и рибонуклеиновая кислоты. И различные белковой природы ферменты (а белки с давних пор считаются основным элементом жизни; здесь можно сослаться хотя бы на известную цитату из «Анти-Дюринга»: «Жизнь есть способ существования белковых тел»), и многие другие вещества. Так что же из них ведает наследственностью? Определяет ее? Служит ее материальным носителем?
Ответы на все эти вопросы, казалось бы, дали опыты Освальда Теодора Эвери (1877–1955), человека, как и Мишер, большой скромности и сдержанности. Ему было немало — 67 лет, когда он, сотрудник Рокфеллеровского института в Нью-Йорке, сделал важный вклад в учение о генах.
В 1944 году в статье Эвери и его сотрудников была раскрыта химическая природа вещества, ответственного за наследственные изменения.
Эвери экспериментировал с пневмококками, микронных размеров бактериями, вызывающими у людей воспаление легких. И показал, что наследственные черты могут передаваться от одной бактерии к другой через посредство очищенного препарата молекул ДНК.
Исследователи, вводя в культуру пневмококков ДНК, выделенные из микробов того же вида, но другой расы, вызвали у пневмококков появление нового признака, которым они прежде не обладали, но который наблюдался у бывших владельцев ДНК.
Чтобы еще больше уверить себя и мир в своей научной правоте, экспериментаторы провели и контрольный опыт: перед тем как вводить, разрушили ДНК. На этот раз эффект передачи нового признака не отмечался.
Важные наблюдения. До этого считалось общепринятым, что гены — это особый тип белковых молекул, но нуклеиновые кислоты вовсе не были белками!
Если учесть еще и тот факт, что присутствие ДНК было обнаружено в хромосомах всех клеток, опыты Эвери заставляли предположить, что все гены состоят не из белка, а из ДНК. А если это так, то в раскрытии секрета жизни вовсе не белки станут Розеттским камнем. (Эта базальтовая плита с идентичными надписями на древнеегипетском и древнегреческом языках помогла в 1822 году Жан Франсуа Шампольону начать расшифровку египетской иероглифической письменности.) Именно ДНК, казалось бы, должна дать ключ, который позволит узнать, каким образом гены определяют, в числе прочего, цвет наших волос и глаз, вероятно, и наш ум, а может быть, и нашу способность нравиться другим.
Тут историки науки вынуждены были вспомнить событие 75-летней давности — обнаружение Мишером нуклеиновых кислот. Осознать значимость этого открытия, воздать должное этому скромному подвижнику науки.
Впрочем, в 40-х годах мнение о связи генов с ДНК еще не было однозначным. Многие тогда считали бактерии (пневмококки!) совсем особой формой жизни, где все не так, как у человека или животных.
Были и другие сомнения. Прославленный генетик Г. Мёллер полагал, что ДНК — это просто вещество, способное вызывать изменения в генах (то есть производить мутации). А что-де сами-то гены все-таки имеют белковую природу…
Так что же все-таки собой представляют гены? Как устроены? Какова их молекулярная природа? Об этом в 30-е годы нашего века в Берлине велись горячие споры в группе интересующихся биологией физиков. Заводилой тут был немец Макс Дельбрюк, в 1937 году он эмигрировал в США. Он-то и пригласил русского биолога Николая Владимировича Тимофеева-Ресовского обучить физиков генетике.
Тимофеев-Ресовский (1900–1981) — один из создателей радиационной биологии, родился в Москве, в годы гражданской войны с оружием в руках в рядах Красной Армии защищал Советскую власть, окончил МГУ, был учеником известных русских генетиков Николая Константиновича Кольцова (1872–1940) и Сергея Сергеевича Четверикова (1880–1959), участник (1921–1925) известного тогда в научных кругах Москвы семинара, который в шутку называли «Дрозсоор», что означало «совместное орание дрозофилистов».
Кольцов на запрос наркома Николая Александровича Семашко послать кого-то из советских генетиков для организации генетической работы в Германии назвал Тимофеева-Ресовского. Так этот ученый оказался в Германии, где вынужден был оставаться до 1945 года. Широким кругам имя Тимофеева-Ресовского стало известно лишь после публикации повести писателя Даниила Гранина «Зубр», хотя этот ученый является автором многих капитальнейших исследований в генетике. Именно он вместе с немецкими физиками Куртом Циммерманом и Максом Дельбрюком сделали для биологии то, что когда-то Эрнест Резерфорд сделал для физики.
Резерфорд (1871–1937), обстреливая альфа-частицами металлические экраны из золотой фольги толщиной в несколько тысяч атомов, установил, что подавляющее большинство атомных снарядов пролетало сквозь преграду, как если бы она была прозрачной, лишь малая их часть, примерно одна альфа-частица из 8 тысяч отклонялась на значительные углы и даже поворачивала назад! Так у атома было обнаружено ядро, так была создана планетарная модель атома, с ядром — Солнцем и планетами — электронами.
Примерно к тому же результату пришел и Тимофеев-Ресовский. Он подвергал дрозофил действию строго определенных доз ионизирующего излучения и регистрировал число мутаций, наследственных изменений. В его опытах, как и у Резерфорда, лишь малая часть квантов излучения производила мутации. Так Тимофеевым-Ресовским и его немецкими коллегами было показано, что, подобно ядру в атоме, гены занимают в клетке лишь ее ничтожнейшую часть. Исследователи, рассматривая генетические структуры как «мишени», оценили объем одного гена — его размер составлял 3 тысячи атомов. Так были вычислены линейные размеры гена.
С этой-то работы практически и началась молекулярная генетика. Это и другие исследования Тимофеева-Ресовского свидетельствовали, что он умел в сложном увидеть его главные, наиболее существенные черты, мог так упростить ситуацию, чтобы при этом не выплеснуть с водой и ребенка. Ученый любил повторять:
— Нам деньги платят не за то, чтобы усложнять, а чтобы упрощать.
Бму принадлежит много шутливых афоризмов. Оценивая некоторых ученых, он обычно приговаривал:
— Этот звезды неба не портит (то есть звезд с неба не хватает. — Ю. Ч.).
«Что есть ген?» — наседали на Тимофеева-Ресовского, когда он оказался в Германии, въедливые немецкие физики. «Какова его структура? Каков смысл мутаций генов?..»
— А вот я вас, физики, спрошу, — отвечал находчивый в дебатах (его многочасовые — обычно он метался по аудитории из угла в угол, словно тигр в клетке, — лекции никого не оставляли равнодушными), любящий выступать перед любой аудиторией Николай Владимирович. Статьи же этот «трубадур генетики» писать не любил; если удавалось записать его выступление, то запись можно было сразу, лишь расставив знаки препинания, публиковать как научную работу — так точны и продуманны были все формулировки, так строга логика выражения.
— Я вас, физики, спрошу, а из чего состоит электрон? Вы смеетесь? Но так же смеются генетики, когда у них допытываются, из чего состоит ген.
Вопрос о том, что такое ген, выходит за рамки генетики и его бессмысленно адресовать генетикам, — продолжал Тимофеев-Ресовский. Вы, физики (ему надо было бы добавить: и химики. — Ю. Ч.), должны искать ответ на него.
Идеи Тимофеева-Ресовского и его немецких соратников о природе вещества наследственности вдохновили одного из создателей квантовой механики, лауреата Нобелевской премии австрийца Эрвина Шрёдингера (1887–1961) написать книгу «Что такое жизнь с точки зрения физики?». В ней в элегантной форме Шрёдингер высказал немало ценных соображений о генах.
Во-первых, он указал физикам, что перед ними стоит фундаментальная проблема, высочайшая цель, достойная их усилий. Во-вторых, он предположил, что особые «генные молекулы», видимо, представляют собой «апериодический кристалл» (генные бусинки Моргана?), состоящий из совокупности нескольких повторяющихся элементов, точная последовательность которых, подобно азбуке Морзе, и составляет