Текст книги "Расшифрованный код Ледового человека: От кого мы произошли, или Семь дочерей Евы"

Автор книги: Брайан Сайкс

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 20 страниц)

Наконец пришел отклик на объявление, и к нашей группе присоединилась Эрика Хагельберг. Мы, понятно, не рассчитывали на появление в команде специалиста по изучению ископаемых ДНК, прежде всего потому, что до нас этим просто никто не занимался. Однако Эрика имела ученую степень по биохимии и опыт исследовательской работы в области гомеопатии и истории медицины – такой послужной список свидетельствовал о солидной научной подготовке и разносторонних интересах, словом, мы сразу же поняли, что Эрика нам подходит, тем более что она была единственным кандидатом на вакантное место. Теперь нам не хватало только одного – образчиков древних костей.

В 1988 году нам стало известно о раскопках в Абингдоне, в нескольких милях к югу от Оксфорда. Там было начато строительство нового супермаркета, но бульдозеры, копавшие котлован под фундамент, неожиданно наткнулись на средневековое кладбище. Местным археологам дали срок два месяца для проведения раскопок, затем должно было возобновиться строительство. Когда мы с Эрикой прибыли на место, работа на участке кипела. День стоял солнечный и жаркий, по всему участку сновали десятки полуобнаженных участников археологической экспедиции. Одни скоблили землю лопатками; другие копошились в глубоких раскопах, тщательно осматривая каждый дюйм; третьи, увязая в грязи, преодолевали залитые водой траншеи. Из рыже-бурой земли виднелись наполовину откопанные скелеты, их крест-накрест пересекали маркировочные веревки, разделяющие участок раскопок на квадраты. Больших надежд увиденное не внушало. Я работал с ДНК много лет и привык относиться к ней с почтением. Я знал, что пробы ДНК следует хранить в замороженном виде при температуре минус 70 градусов Цельсия, а вынимая из морозильной камеры, немедленно помещать в контейнер со льдом. Если об этом забывали или лед таял, то пробы полагалось выкидывать, потому что было общеизвестно, что ДНК в таких условиях разрушается и разлагается. Никто и помыслить не мог о том, чтобы продержать пробу при комнатной температуре больше нескольких минут, а тут – материал, пролежавший в земле сотни, может быть, даже тысячи лет.

И все же попробовать стоило. Нам разрешили взять с собой три бедренные кости из раскопок. Мы вернулись в лабораторию. Теперь предстояло ответить на два вопроса: как извлечь из костей ДНК и какой фрагмент ДНК выбрать для реакции амплификации. Первое было нетрудно. Мы исходили из предположения, если ДНК сохранилась, то она связана с гидроапатитом, минеральным веществом, входящим в состав костей. Это содержащее кальций вещество применяют для абсорбирования ДНК в процессе очистки, поэтому нам казалось весьма логичным предположение, что гидроапатит может связывать и ДНК в древних костях. В этом случае необходимо было подумать о том, каким способом извлечь ДН К, отделить его от кальция.

Пилой-ножовкой мы вырезали маленькие кусочки кости, заморозили их в жидком азоте, измельчили в порошок, а порошок затем замочили в растворе химического вещества, которое медленно, в течение нескольких дней, вытягивало из него кальций. К нашей радости, когда весь кальций был извлечен, на дне пробирки еще оставалось кое-что – осадок выглядел, как невзрачная серая тина. Мы предполагали, что в осадке содержатся остатки коллагена и других белков, фрагменты клеток, возможно, жиры и (мы очень на это надеялись) хотя бы несколько молекул ДНК, которые предстояло выделить из этой смеси. От белков было решено избавиться с помощью ферментов. Ферменты – это биологические катализаторы, ускорители процессов, которые без них протекали бы во много крат медленнее. Мы остановили выбор на ферменте, разрушающем белок (таким же образом действуют ферменты, входящие в состав некоторых стиральных порошков, удаляя пятна, разрушая кровь и разные красящие вещества). От жира мы избавились с помощью хлороформа. То, что осталось, очистили фенолом, тошнотворной жидкостью, составляющей основу карболового мыла. Несмотря на то что фенол и хлороформ – это весьма агрессивные химикаты, мы знали, что на ДНК они вредного воздействия не окажут.

После всех обработок осталась чайная ложечка светло-коричневой жидкости, которая, по крайней мере, теоретически, должна была содержать ДНК, если она вообще изначально присутствовала в смеси. Но и при самом лучшем раскладе в чайной ложечке жидкости могло быть лишь несколько молекул ДНК, их-то мы и надеялись подвергнуть реакции амплификации, чтобы увеличить количество материала, прежде чем перейти к следующим этапам исследования.

В основе реакции амплификации лежит та самая система копирования ДНК, которая используется клеткой в естественных условиях. Прежде всего берут опять-таки фермент, на этот раз тот, который управляет копированием ДНК; от названия этого фермента, полимеразы,происходит научное название реакции – полимеразная цепная реакция,или сокращенно ПЦР. Затем добавляются один-два коротких фрагмента ДНК, чтобы направить фермент-полимеразу, минуя все прочее, прямо к тому сегменту исходной ДНК, который надо амплифицировать. Наконец в смесь добавляется строительный материал – азотистые основания – то сырье, из которого будут создаваться новые молекулы ДНК, и еще кое-какие добавки, необходимые для того, чтобы шла реакция, например, магний. Разумеется, не следует забывать собственно о веществе, которое предстоит амплифицировать (в нашем случае – экстракт костей из Абингдона, содержавший, как мы надеялись, несколько молекул древней ДНК).

Теперь предстояло выбрать, какой именно ген амплифицировать. Нам было известно, что если ДНК и имеется в экстракте, то ее очень мало. Мы решили, что шансов на успех будет больше, если выбрать так называемую митохондриальную ДНК, по той простой причине, что количество митохондриальной ДНК в клетке в сотни раз больше, чем любой другой. Впоследствии мы убедились в том, что митохондриальная ДНК к тому же еще и обладает рядом свойств, которые делают ее идеально подходящей для реконструкции прошлого. В первый раз мы остановили свой выбор на ней просто потому, что ее в клетке во много раз больше, чем ДНК любого другого типа, а значит, если в абингдонских костях вообще сохранилась ДНК, то охотиться следует именно на митохондриальную ДНК.

Итак, капли драгоценного костного экстракта были добавлены к ингредиентам, необходимым для проведения реакции амплификации митохондриальной ДНК. Теперь нужно было вскипятить жидкость в пробирке, охладить, затем подогревать несколько минут, а потом снова вскипятить, охладить, подогреть ... и повторить этот цикл еще по крайней мере раз двадцать. Современные генетические лаборатории богато оснащены самым разным хитрым оборудованием, позволяющим проделывать все эти операции автоматически. Но это сейчас. А тогда, в восьмидесятые годы XX века, только одной фирмой был разработан подобный аппарат, стоил он целое состояние, таких денег ни у кого из нас не было. Единственное, что нам оставалось,– это, вооружившись таймером и уставившись на три водяные бани (контейнеры, где поддерживается постоянная температура): кипящую, холодную и теплую, вручную перекладывать пробирку поочередно в первую баню, во вторую, в третью, снова в первую... и так каждые три минуты. Повтор. Еще повтор. И так в течение трех с половиной часов. Мне хватило одной попытки, чтобы прийти в бешенство, а реакция так и не пошла. Необходимо было искать какой-то выход. Может, испробовать электрический чайник? Следующие три недели я провел среди проводов, таймеров, реле, термостатов и длинных спиралей из медных трубок, клапанов от стиральной машины и принесенного из дому чайника. В конце концов я соорудил машинку, которая выполняла необходимые операции. Она кипятила и очень быстро охлаждала, когда клапан стиральной машины открывался, впуская холодную воду из-под крана в свернутую спиралью медную трубку. Потом машинка нагревала – все это действовало безотказно.

Мы нарекли машинку генной служанкой и удостоверились, что она прекрасно справляется с реакцией амплификации на контрольном материале, содержавшем молекулы современной ДНК, на котором мы отлаживали ее работу. Можно было смело доверить ей и экстракт абингдонских костей. Сравнив последовательность полученных молекул с данными, опубликованными в научных статьях, мы вскоре убедились, что ДНК, безусловно, принадлежит человеку. Мы добились своего. Вот здесь прямо перед нами была ДНК кого-то, кто умер сотни лет назад. Это была ДНК, в буквальном смысле поднятая из гроба.

Итак, отправной точкой нашей работы стало открытие ДНК в обломках костей из полуразрытых могил кладбища в Абингдоне, тех самых костей, которые не внушали никаких надежд на успех, когда я впервые увидел их наполовину скрытыми в мокрой земле. Сейчас мне с трудом верится, что спустя несколько лет мы пришли к таким глубоким выводам, касающимся истории и, я бы сказал, самой сути нашего биологического вида. По мере того как будет разворачиваться повествование, вы увидите, что, как и в большинстве случаев, наше научное исследование отнюдь не походило на уверенное продвижение вперед к хорошо известной цели по заранее спланированному маршруту. Куда больше оно напоминало цепочку беспорядочных бросков, причем такие факторы, как подвернувшийся случай, личные взаимоотношения, денежные затруднения, даже физические травмы, определяли направление каждого из этих бросков не в меньшей степени, чем любая продуманная стратегия. Проторенных путей, которые привели бы нас к открытию семи дочерей Евы, просто не существовало. Исследование продвигалось маленькими шажками, каждый из которых помогал решить следующую конкретную задачу, вел к достижению промежуточной цели, которая тусклым маячком брезжила перед нами, и мы шли вперед ощупью, зная, чего достигли, но не представляя, что ждет нас впереди.

Первый полученный нами результат был огромной удачей, настоящим триумфом, но, как ни странно, мы его так не восприняли. Я объясняю это тем, что мы с Эрикой и не могли в тот момент осмыслить значение полученного результата, так как были слишком погружены в проработку мелких деталей. Кроме того, далеко не все шло у нас тогда гладко. У нас с Эрикой почему-то никак не налаживались отношения, работать вместе было нелегко, взаимное непонимание и напряжение росло и накапливалось. Лишь много позже я пойму, насколько далеко могут зайти подобные нестыковки, к каким последствиям в науке привести, да и не только в науке. Но осознание пришло позже, а тогда нас больше заботило, как бы не опоздать. По «беспроволочному телеграфу» до меня дошли слухи, что другая исследовательская группа также ищет ДНК в древних костях. Это означало, что нужно было как можно скорее публиковать результаты нашей работы, в противном случае была реальная опасность, что нас обойдут. В науке не так важно, кто первым провел успешный эксперимент, важно, кто первым успел опубликовать результаты. Если чья-то публикация опередила бы нашу хоть на один день, именно они могли бы претендовать на награду. К счастью, нам удалось убедить редакцию научного журнала «Nature» поторопиться с публикацией нашей статьи, и она была напечатана в рекордные сроки, к Рождеству 1989 года.

Я оказался совершенно не подготовлен к тому, что последовало за выходом статьи. Прежде, когда я изучал наследственные заболевания костной ткани, местная пресса время от времени освещала мои исследования, а раза два об этом даже писали в центральных английских газетах, однако я бы не сказал, что был избалован популярностью. Так что, придя на работу на следующий день, я был вынужден без конца отвечать на телефонные звонки журналистов, желающих взять интервью,– ощущение было новым и острым. Несколькими годами раньше мне случилось проработать три месяца в Лондоне в качестве репортера телекомпании Ай-Ти-Эн, снабжающей большую часть британских телеканалов телевизионными новостями. Мое авантюрное начинание было частью проекта Королевского научного общества, цель которого – перекинуть мост через бездонную пропасть, лежащую между наукой и средствами массовой информации. Меня привлекли к той акции, посулив хорошее вознаграждение, с помощью которого я надеялся поправить свои финансовые дела. Но дело закончилось тем, что мои долги только выросли в значительной степени из-за того, что я провел бездну времени в барах и ресторанах с интервьюируемыми (как правило) людьми куда богаче меня самого. Однажды вечером, к примеру, я проявил крайнюю неопытность и незрелость, пригласив известного телевизионного ведущего выпить и опрометчиво заявив, что я угощаю. «Благодарю, юноша. Пожалуй, от бутылочки Боллингера не откажусь»,– был ответ великого человека. Это дорогое шампанское явно было мне не по карману, но в данной ситуации что же мне оставалось делать, кроме как вынуть кошелек? Хотя меня и постиг полный финансовый крах, зато я многому научился за эти несколько месяцев, в частности, тому, что, давая интервью журналистам, нужно стараться отвечать на их вопросы только простыми фразами.

За утро, рассказывая репортерам о нашей научной статье, я изрядно устал подыскивать слова, чтобы попроще и доходчивее объяснить, что такое ДНК и тому подобные вещи. К моменту, когда позвонил корреспондент из отдела науки газеты «Обсервер», я уже дошел до ручки. После нескольких рутинных вопросов он спросил, каких открытий мы ожидаем теперь, когда стало возможным извлекать ДНК из археологических останков. Я ответил, что теперь можно будет, например, точно выяснить, действительно ли вымерли неандертальцы. Это был совершенно разумный и серьезный ответ и даже, как выяснилось впоследствии, верный прогноз. Но вслед за тем меня понесло: «Конечно, мы теперь сможем ответить и на другие вопросы, над которыми столетиями ломали головы ученые: например, мужчиной или женщиной был фараон Рамзес». Насколько мне известно, вторая возможность никогда не приходила в голову ни одному ученому. Ни у кого не возникало ни малейших сомнений в принадлежности великого фараона к мужскому полу. И все же я не слишком удивился, прочитав в воскресной газете заголовок «Рамзес Второй – фараон или фараонша?».

Спустя много лет мне посчастливилось быть приглашенным на открытие новой Египетской галереи Британского музея в Лондоне. Ужин был дан в величественной галерее египетской скульптуры, и мое место оказалось как раз напротив громадной гранитной статуи Рамзеса. Фараон неотступно глядел на меня, не отводя осуждающего взора. Ясразу понял: ему все известно о дурацкой шутке, так что в загробной жизни у меня могут возникнуть серьезные проблемы.

Одной из самых больших трудностей, с которыми мы столкнулись, извлекая ДНК из древних костей, было то, что даже при соблюдении максимальной осторожности все же имелся большой риск амплифицировать современную ДНК, чаще всего свою собственную, вместо ископаемой. Древняя ДНК даже там, где она есть, представлена в чрезвычайно малых количествах. Химические процессы, происходящие главным образом под воздействием кислорода, постепенно изменяют структуру молекулы, так что она начинает дробиться на все более мелкие фрагменты. Если хоть самая крошечная частица современной ДНК попадет в пробирку и вступит в реакцию, то копирующий фермент-полимераза сконцентрирует усилия на чистеньком современном материале и с энтузиазмом наплодит миллионы копий. Ферменту ведь невдомек, что нам-то необходимо амплифицировать именно малопривлекательные истрепанные ошметки старой ДНК. В таком случае все будет выглядеть так, словно реакция прошла вполне успешно. Поместив каплю экстракта древних костей в пробирку, на выходе получим массу ДНК. И только много позже, анализируя материал, вдруг обнаружим, что полученные молекулы ДНК не имеют ни малейшего отношения к ископаемой.

Хотя мы и были уверены, что в случае с костями из Абингдона такого не произошло, однако решили провести еще один контрольный эксперимент, используя в нем ископаемые кости, но не человека, а животного. Это позволяло легко проверить, что мы амплифицируем ДНК животного – это было в данном случае нашей целью, или ДНК человека, что свидетельствовало бы о загрязнении пробы. Мы стали думать, где бы взять старые кости животных, и решили, что самое подходящее место – это останки потерпевшего крушение корабля «Мэри Роуз». Великолепный галеон затонул в 1545 году, отражая атаку французского флота в Портсмуте. Почти никому из команды не удалось спастись. Более четырех столетий обломки корабля пролежали на илистом дне на глубине четырнадцати метров, пока в 1982 году «Мэри Роуз» не была поднята и выставлена для всеобщего обозрения в музее Портсмутской гавани. Там она хранится и в наши дни, в смеси воды и антифриза, не дающей древесине коробиться. На поднятом корабле были найдены не только скелеты несчастных моряков, но и сотни костей рыб и других животных. Когда корабль затонул, его трюмы были полны съестных припасов, в том числе коровьих и свиных туш и соленой трески. Мы уговорили сотрудника музея выдать нам для анализа одно свиное ребро. Поскольку большую часть времени ребро провело без доступа кислорода на илистом дне залива, оно находилось в прекрасной сохранности, так что нам удалось выделить изрядное количество ДНК без особых хлопот. Мы провели анализ – никаких сомнений: полученная ДНК принадлежала свинье, а не человеку.

Я описываю все это не потому, что задался целью нудно, один за другим, перечислять каждый из наших экспериментов. Мне просто хотелось, чтобы вы могли вообразить себе, какова была реакция после публикации результатов этого контрольного исследования. Еще больше телефонных звонков, новые газетные заголовки – лично мне больше всех понравился вот этот, из «Индепендент он Санди»: «Посади свинью за стол – она и ребра на стол, для исследования ДНК». Похоже, нам предстояло сплошное веселье.

Глава II
ТАК ЧТО ЖЕ ТАКОЕ ДНК И ЧТО ОНА УМЕЕТ?

Всем нам прекрасно известно, так было испокон веков, дети часто бывают похожи на своих родителей, что ребенок рождается спустя девять месяцев после оплодотворения яйцеклетки. Механизм наследования оставался тайной до самого недавнего времени, во все времена люди пытались найти ему объяснение, выдвигая всевозможные теории. В греческой литературе можно найти множество упоминаний о фамильном сходстве, а рассуждать о его причинах было излюбленным занятием античных философов. Аристотель примерно в 335 году до нашей эры высказывал догадку, что облик и все свойства будущего ребенка определяет отец, в то время как роль матери сводится к вынашиванию дитяти в утробе и заботе о нем после рождения. Эта гипотеза прекрасно отвечала патриархальной направленности западной цивилизации той эпохи. Казалось совершенно естественным, что отец, обеспечивающий в семье достаток и положение, является и «автором» всех черт и свойств своих детей. Не отрицалось, однако, и то, что подобрать подходящую супругу важно, даже необходимо. В конце концов семена, брошенные в добрую почву, всегда прорастают лучше, чем в бедной и тощей земле. Была, впрочем, одна проблема – она долгое время заставляла безвинно страдать несчастных женщин.

Если дети рождаются по образу и подобию своих отцов, откуда же берутся дочери? Аристотель ломал над этим голову всю свою жизнь и пришел к логическому заключению, что младенцы повторяют отцов во всем, включая и половую принадлежность, за исключением тех случаев, когда развитию что-то мешает во время вынашивания в утробе. Эти «помехи» могут быть совсем ничтожными, приводя к незначительным изменениям (например, волосы у ребенка рыжие, а не черные, как у отца), а более основательные помехи приводят к заметным отклонениям, вплоть до того, что ребенок может родиться с дефектами или оказаться девочкой. Такой подход имел тяжелые последствия для многих женщин, которых наказывали или подвергали преследованию за то, что им не удавалось родить сына. Эта древняя теория развилась в представление о «гомункулусе», крошечном, но уже заранее полностью сформированном существе, попадающем в организм женщины в момент полового сношения, а потом ему остается только увеличиваться в размерах. Еще в начале восемнадцатого века пионер микроскопии Антони ван Левенгук был убежден, что с помощью хорошо отполированных луп можно разглядеть крохотного гомункулуса, свернувшегося в клубочек в головке сперматозоида.

Гиппократ, чье имя увековечено в названии клятвы врачей (в прошлом эту клятву в верности медицинскому долгу давали начинающие врачи, кое-где этот обычай сохранился и поныне), придерживался менее крайних взглядов, чем Аристотель, отводивший женщинам столь незаметную роль. Он полагал, что семенную жидкость производят не только мужчины, но и женщины, а черты младенца определяются тем, чьей жидкости из родителей в момент зачатия оказалось больше. В результате дитя может получить отцовские глаза или материнский нос; если же жидкость в момент зачатия присутствует в равных количествах, то и ребенок будет похож на обоих родителей, например, цвет его волос может оказаться средним между материнским и отцовским.

Теория Гиппократа более естественным образом объясняла то, с чем не раз встречался в жизни каждый человек. «Он весь в отца» или «У нее мамина улыбка» – подобные замечания ежедневно звучат миллионы раз по всему миру. К концу девятнадцатого века большинство ученых признавали, что свойства потомства тем или иным образом определяются родителями. И Дарвину было известно не больше, именно поэтому ему никак не удавалось найти механизм, объясняющий теорию естественного отбора: по этой логике получалось, если появляется что-то новое и благоприятное, оно не может удержаться, а неизбежно будет разбавляться и сводиться на нет из-за добавления все новых признаков в каждом последующем поколении. Современные генетики снисходительно посмеиваются над тем, как долго их предшественники были слепы, однако нельзя отрицать, что теория смешения была, даже сейчас она вполне правдоподобно описывает и объясняет наследственность.

В конечном итоге два практических достижения девятнадцатого столетия послужили ключом к пониманию того, как все происходит на самом деле: одним достижением явилось изобретение новых химических красителей для текстильной промышленности, а другим – совершенствование технологии шлифовки линз для микроскопов, которое позволило намного улучшить качество увеличения. Теперь под микроскопом можно было различить отдельные клетки, а с использованием новых красителей даже увидеть их внутреннюю структуру. Отныне появилась возможность наблюдать процесс оплодотворения, слияния крупной яйцеклетки и маленького целеустремленного сперматозоида. Можно было видеть, как в делящихся клетках формируются странные, похожие на ниточки структуры, как они собираются в центре, как затем равные их количества расходятся в две новые клетки. Эти необычные структуры – они хорошо и четко прокрашивались новыми красителями – получили название хромосомы,что на греческом языке означает буквально «окрашенные тельца». Понять роль хромосом удалось лишь спустя много лет.

В процессе оплодотворения один набор таинственных нитей как будто возникал из отцовского сперматозоида, а второй – из материнской яйцеклетки. Еще раньше это было предсказано человеком, известным всему миру как родоначальник генетики. Основы этой науки Грегор Мендель, монах из чешского города Брно, заложил на опытной грядке в монастырском огороде, где он выращивал горох в 1860-е годы. Он пришел к выводу, что наследственность (у любых видов) передается в равной мере от обоих родителей к потомству. К несчастью, Мендель умер, не увидев хромосом своими глазами, но предвидение его оказалось верным (за двумя важными исключениями – митохондриальная ДНК, о которой мы еще будем говорить в этой книге, и хромосомы, определяющие пол). Гены – специфические частицы генетического кода, находящиеся в хромосомах, наследуются в равных количествах от обоих родительских хромосомных наборов. К 1903 году определяющая роль хромосом в наследственности и тот факт, что в них должно содержаться какое-то вещество наследственности, были уже общепризнанными, но потребовалось еще полвека, чтобы узнать, из чего состоят хромосомы и как они действуют в качестве физических носителей наследственной информации. В 1953 году двое молодых ученых из Кембриджа – Джеймс Д. Уотсон и Фрэнсис Крик – расшифровали молекулярную структуру вещества, о котором давно уже знали, но считали его неинтересным и неважным. Словно для того, чтобы подчеркнуть его незаметность, веществу дали длинное название – дезоксирибонуклеиновая кислота,правда, позже появилась симпатичная аббревиатура – ДНК. Хотя было проведено несколько экспериментов по выяснению предполагаемой роли ДНК в механизме наследственности, на белки делались основные ставки, как на наиболее вероятные вещества, несущие наследственную информацию. Белки имеют сложное строение, состоят из двадцати различных компонентов (аминокислот), способны принимать миллионы различных форм. Разумеется, полагали исследователи, только таким, действительно сложным структурам под силу справиться со столь грандиозной задачей, как программирование, благодаря которому из оплодотворенной клетки вырастает и развивается полностью сформированный и функционирующий организм. Не представлялось возможным, чтобы ДНК, состоявшая всего из четырех компонентов, могла справиться с такой сложной задачей. Правда, ДНК находилась как раз в подходящем месте, в клеточном ядре, но ведь она могла заниматься там и какимнибудь простеньким делом, скажем, впитывать излишки воды, наподобие губки.

Несмотря на отсутствие интереса к этому веществу у ученых, современников Уотсона и Крика, им казалось, что именно в нем кроется ключ к разгадке химического механизма наследственности. Они решили попытаться расшифровать молекулярную структуру ДНК, применив метод, уже испытанный при изучении структуры белка. Этот метод заключался в получении длинных волокон очищенной ДНК и их обработке рентгеновскими лучами. Рентгеновские лучи проникали в ДНК, и большая их часть проходила насквозь и выходила с другой стороны. Но некоторое количество лучей сталкивалось с атомами, входящими в структуру молекулы. Лучи отражались от атомов и рикошетом возвращались к той же стороне, откуда направились. В этом месте их фиксировали с помощью фотопленки – точно такой же, какой до сих пор пользуются рентгенологи для снимков перелома костей. Отраженные рентгеновские лучи «рисовали» на пленке узор из множества точек, по которым затем можно было определить расположение атомов в молекуле ДНК.

Уотсон и Крик провели долгие недели за изготовлением различных моделей из штативов, картонных пластинок и металлических шариков, изображающих атомы. Наконец одна из моделей полностью совпала с узором рентгеновских лучей. Модель была простой, но в то же время невероятно изящной. Ее структура сразу же навела ученых на мысль о том, как может осуществляться ее генетическая функция. Молодые ученые с подкупающей уверенностью сообщали о сделанном открытии в статье, опубликованной в научном журнале «Nature»: «От нашего внимания не ускользнуло, что специфическое удвоение, которое мы постулируем, может служить копирующим механизмом генетического материала». Они оказались совершенно правы, и в 1962 году Уотсон и Крик были награждены Нобелевской премией по медицине и физиологии.

Требования, предъявляемые к генетическому материалу: возможность многократного и точного его воспроизведения, чтобы при делении клетка давала двум новым «дочерним» клеткам равные порции хромосом в ядрах. Если генетический материал в хромосомах не будет копироваться всякий раз при делении клетки, то он довольно скоро иссякнет. Копирование же должно быть очень точным, иначе вновь образованные клетки просто не будут жизнеспособными. Уотсон и Крик обнаружили, что каждая молекула ДНК состоит из двух длинных спиралей, напоминающих две переплетенные винтовые лестницы – эта структура получила название «двойная спираль». Когда подходит время копирования, две винтовые лестницы двойной спирали разъединяются. ДНК построена всего из четырех базовых компонентов, которые обычно обозначаются первыми буквами их химических названий: А – аденин, Ц – цитозин, Г – гуанин и Т – тимин. Их общее название – азотистые основания (в дальнейшем для простоты мы будем именовать их просто основаниями). Теперь забудьте про химические названия и запомните только четыре буквы А, Ц, Г и Т.

Прорыв в расшифровке структуры ДНК был сделан, когда Уотсон с Криком обнаружили: четыре кирпичика, из которых строится ДНК, могут соединяться не каждый с каждым, а только попарно: А в одной спирали подходит только к Т, находящемуся прямо напротив него в соседней спирали. Словно ключ к замку или один кусочек головоломки – паззла к другому, А идеально подходит к Т, но никогда к Г, Ц или другому А Точно так же Ц и Г на двух спиралях соединяются только друг с другом, но не с А и не с Т. Таким способом обенити сохраняют комплементарно (то есть дополнительно друг к другу) закодированную информацию о последовательности. Например, последовательности АТТЦАГ на одной нити может соответствовать только последовательность ТААГТЦ на соседней. Когда двойная спираль разъединяет нити, особые клеточные структуры достраивают напротив АТТГАЦ старой нити новую последовательность ТААГТЦ, и в то же время новое АТТГАЦ строится напротив ТААГТЦ второй старой нити. В результате появляются две новые двойные спирали, идентичные исходной. Последовательность четырех химических букв остается в неизменности на протяжении всего процесса дублирования. Что же означает эта последовательность? Это информация в чистом виде. Сама по себе ДНК не имеет никакой другой функции в организме. Она не помогает дышать или переваривать пищу. Она только дает организму указания, как ему это делать. В клетке имеются и «менеджеры среднего звена», вещества, которые получают инструкции и, руководствуясь ими, выполняют работу,– это белки. Вам может показаться, что все слишком усложнено. Что ж, это и впрямь очень сложно, но белки на самом деле действуют по указаниям, получаемым напрямую из штаба, то есть непосредственно от ДНК.

Действительно, от того, насколько сложны клетки, ткани и организм в целом, просто дух захватывает, но при этом способ, которым записаны инструкции исходной ДНК, на удивление прост. Как и в большинстве известных нам знаковых информационных систем, таких, как язык, числа или бинарный код компьютера, важно не количество различных знаков, или букв, а та последовательность, в которой они расположены. В анаграммах, например «машинка» и «манишка», содержатся одни и те же буквы, только порядок их расположения немного различается, а в результате перед нами совершенно разные слова. Подобным образом 476 021 и 104 762 – совсем разные числа, которые обозначены одними и теми же цифрами, стоящими по-разному. Еще один пример: 001 010 и 100 100 имеют весьма разные значения в бинарном коде. Точно так обстоит дело и с порядком, в котором располагаются в ДНК четыре химические буквы. АЦГГТА и ГАЦАГТ – анаграммы ДНК, которые имеют совершенно разный смысл для клетки, так же, как «машинка» и «манишка» имеют разный смысл для нас.