Текст книги "Карлики рождают гигантов"
Автор книги: Владимир Крупин
сообщить о нарушении
Текущая страница: 11 (всего у книги 13 страниц)
Яды. Опять это слово. Но почему именно они мутагены? Ничего в этом удивительного нет. Яд, как мы видели, бывает и лекарством и стимулятором. Для большинства организмов мутаген – яд. Все же примерно пятая часть изменений, которые химический мутаген вызывает у растений и микроорганизмов, полезна.
Попадая в ДНК, мутаген поражает информационный центр, мешает ему отдавать распоряжения. Иногда он вносит хаос в построение новой жизни в клетке. А иногда неожиданно попадает в ее ритм, ускоряя ее и перестраивая, но не нанося смертельного удара.
Доктору биологических наук И. Раппопорту посчастливилось открыть несколько химических мутагенов – диэтилсульфат, этиленамин, нитрозоалкилмочевину и диазоцетилбутан.
Любопытно, что активные группы последних веществ входят и в состав природных ядов – митомицина, стрептозотоцина и азасерина.
Мутагены Раппопорта позволили осуществить поразительный эксперимент. На лабораторном столе в Институте химической физики была «прокручена» эволюция нескольких видов растений. Воздействуя на пшеницу сорта «украинка», ученые получили из нее сразу два новых подвида. Один из них по всем признакам походил на подвид «компактум». Другой ничем не отличался от индийской пшеницы. В третьем случае была получена химера. Химерный мутант сочетал в себе признаки сразу двух различных видов: лист и соломина короткие, как у «тритикум сферококкум», а колос как у иранских мягких пшениц.
Природе на это требовались тысячелетия. Химики воспроизвели процесс эволюции за год.
Химические мутагены оказались гораздо эффективнее такого физического метода воздействия, как радиация. Они меньше разрушают обрабатываемый материал, меньше поражают структуру хромосом. Последняя особенность способствовала развитию экспериментальной полиплоидии на новой основе.
Самый яркий пример – история с сахарной свеклой. Селекционеры Европы давно бьются над тем, чтобы «выжать» из этого корнеплода побольше сладкого сока. Оригинаторы долго не могли вырваться из заколдованного круга. Они старались вывести свеклу с крупными корнями. Когда это удавалось, выяснялось, что процент сахара в ней становится меньше. Общий выход конечной продукции не рос, а иногда даже падал. Выводили сорт с повышенной сахаристостью, но он обладал низкой урожайностью.
Полиплоидия вывела оригинаторов из тупика.
Самые серьезные достижения в этой области достигнуты венгерскими учеными. Благодаря химическому мутагенезу здесь получены высокопродуктивные полиплоиды сахарной свеклы. Они отличаются и высокой урожайностью, и сахаристость их на 5–10 процентов выше обычной. Общая стоимость ежегодной прибавки сахара за счет полиплоидии оценивается в ВНР в полмиллиарда форинтов. Это в два раза больше всех ассигнований на науку в республике. Семена венгерских полиплоидных сортов вывозятся в 11 стран. Почти весь сахар в ГДР, Польше, Чехословакии добывается именно из них.
Для наших условий эти сорта, к сожалению, не пригодны. Как и многие полиплоиды, они позднее поспевают.
Первый триплоидный гибрид сахарной свеклы создан в Советском Союзе в 1960 году А. Н. Лутковым, В. А. Паниным и В. П. Зосимовичем. У гибрида повышено содержание сахара в корнях на 15 процентов. Это будущее всей сахарной свеклы в нашей стране. Районированный на Кубани полигибрид-9 дает дополнительно 100 000 центнеров сахара.
На полиплоидный уровень будет со временем переведена и пшеница. Неплохо зарекомендовали себя в суровых условиях Сибири ржано-пшеничные амфидиплоиды лауреата Государственной премии В. Писарева. Огромную коллекцию полиплоидов пшеницы создал академик Академии наук БССР А. Р. Жебрак. Он вывел больше полиплоидов пшеницы, чем все исследователи планеты. Его сорт «тритикум советикум» – пшеница советская – проходит сейчас испытания.
Химический мутагенез, полиплоидия, радиационная селекция – это новые инструменты искусственного отбора. Они позволяют человеку активно вторгаться в жизнь природы, создавать новые виды животных, растений, микроорганизмов высокой продуктивности. Невиданные формы цветов, деревьев, кустарников, мхов, водорослей, птиц, рыб, зверей будут созданы нашими руками в ближайшем будущем.
Отступление седьмое. О генах, обскурантизме и монополиях в науке.
Доблестный Джон Тальбот – основатель британской аристократической династии Шрюбери – погиб на поле брани пять веков назад. Он оставил своим потомкам в наследство Шрюберийский собор и симфалангию – уродство руки. Это обнаружилось не столь давно при реставрации собора, когда был вскрыт склеп родоначальника династии. Потомок герцога в четырнадцатом поколении присутствовал при вскрытии. К великому удивлению собравшихся, он тоже страдал симфалангией. У него, как и у его далекого предка, были сращены первая и вторая костные фаланги на пальцах рук.
Загадка наследственности волнует человека, наверное, с того дня, когда он впервые – в глазах ли матери, или в зеркальной глади – увидел рядом себя и своего ребенка. Загадка эта казалась непостижимой едва ли не до нынешнего дня.
Каким образом из одной-единственной микроскопически малой клетки возникает огромный и сложнейший организм – миллиарды клеток, разумно и целесообразно соединенных в одно целое? Каким образом это целое наследует мельчайшие признаки – цвет глаз у человека или форму листа у клевера – своего родителя, своих праотцев? Где заложен механизм, который с такой точностью, тонкостью и последовательностью передает эти признаки из поколения в поколение?
Передаточная ступень поколений – половая клетка. Точнее, две – отцовская и материнская. Именно в ней, в клетке, заложено будущее и одного организма и сотен последующих поколений. Клетка – основа жизни. В ней сосредоточены важнейшие проявления жизни – синтез белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов и других веществ. Основа клетки – ядро. Оно направляет синтез белков. В нем и содержатся те молекулярные структуры, в которых записана наследственная информация – гены.
Современные поколения исследователей уже со школьной скамьи пользуются такими понятиями, как клеточное ядро, цитоплазма, ДНК, хромосомы. Методы электронной микроскопии и меченых атомов представляются им простыми и очевидными. Применение их в практике лабораторных работ само собой разумеется. Но с каким трудом вырабатывались эти методы предшественниками нынешних пионеров науки! Как нелегко входили в научный обиход понятия, без которых сегодня немыслим ни один институтский и даже школьный учебник естествознания!
Сегодня вряд ли найдется биолог, который всерьез возьмется опровергать хромосомную теорию наследственности без опасений быть осмеянным. Вряд ли найдется человек со средним образованием, который не знает, что живая клетка состоит из ядра и цитоплазмы, который не слышал о ДНК, о хромосомах и о генах. А ведь каких-нибудь пятнадцать лет назад…
Впрочем, начнем лучше «от печки».
Пути познания сложны и тернисты. Физик П. Л. Капица как-то заметил, что хотя научная истина – в конце концов торжествует, но ее победа зависит от людей, которые, нередко противятся торжеству этой истины. История науки полна борьбы и трагедий. Борьбы материализма с идеализмом, борьбы передовых мыслителей с обскурантами. Мы знаем о кострах инквизиции и Джордано Бруно. Нам известны примеры преследований за научные убеждения и в нашем веке.
Обскуранты всех времен и народов пользовались слабостями естествознания. Они паразитировали на «белых пятнах» науки, на еще не доказанных гипотезах, на теориях, еще не подтвержденных практикой. Агностицизм – отрицание познания – был их главным аргументом. Их излюбленным лозунгом было выражение Дюбуа – Реймона: «Ignoramus et ignrabimus!» – «Не знаем и не узнаем!»
Они ухитрялись использовать в своих целях, в своих доказательствах даже открытия передовой науки. Каждая новая граница на пути познания, достигнутая исследователями, объявлялась ими последней и окончательной, за пределами которой ничего более нет. XIX век. Физическая картина мира рисуется поначалу с помощью молекулярной теории. Молекула – мельчайшая частица вещества – основа, всего сущего, утверждают ученые. Но вот открыт атом, часть молекулы. В картине становится больше деталей, но самая малая – это атом, ибо он (как явствует из его названия, заимствованного из греческого языка) неделим. Неделим – и все тут! Атомистическая теория объясняет все и вся. Но снова рывок науки. Открыт электрон. И тут происходит явление, которое Ленин назвал кризисом естествознания. Его вызвала ломка старых, установившихся понятий. Новую электронную теорию приняли далеко не все. Не все физики и философы смогли сделать верные, материалистические выводы из новых фактов науки. Зато идеалисты поспешили сделать свои. Реакционные поползновения были порождены самим прогрессом науки.
Открыт электрон? Чудесно, говорят агностики, электронное строение доказывает, что материя исчезает или, на худой конец, сводится к электричеству. Материалисты утверждают, что электрон – это форма существования материи. Но кто из них видел электрон? Никто! Существование электрона доказывается ими математически. Стало быть, электрон – понятие условное. Оно приблизительно верно отражает в нашей голове объективно реальное движение материи. Электрон – это граница познания, за пределами которой ничего нет. Проникнуть далее человек бессилен.
Подобные рассуждения Ленин следующим образом охарактеризовал в «Материализме и эмпириокритицизме»: «Это все – сплошной обскурантизм, самая отъявленная реакционность». Отрицание предвидения (и не узнаем!), неверие в новые научные концепции – первый признак обскурантизма. И случалось, что в ряды обскурантов попадали крупные ученые, известные крупными открытиями, сами создавшие новые концепции, попадали только потому, что считали свои открытия верхом научных достижений, а свои теории пределом научного мышления.
Фердинанд Кон, один из крупных микробиологов прошлого столетия, писал в свое время о бактериях: «Эти простейшие из всех живых форм образуют пограничную линию жизни, за пределами этих форм жизни не существует».
Однако прошло несколько лет, и Д. Ивановский открыл вирус табачной мозаики. Вирус был назван вирусом (проведем аналогию с наименованием атома!), потому что он показался исследователю ядом, то есть химическим веществом. Этот яд, как говорили опыты, обладал способностью размножаться. А значит, он был живым существом. Границы познания раздвинулись. Прошло еще несколько десятилетий, пока вирус не был по всем правилам сфотографирован. Но уже существовала вирусология, которая шла вперед вопреки скептицизму и мрачным предостережениям сомневающихся. О ее успехах мы говорили, и потому перейдем к главному примеру.
История генетики еще в большей мере, чем физика или химия нашего века, полна конфликтов и кризисов. Она еще ждет своего объективного и беспристрастного исследователя, который воздаст должное и Галилеям XX века и современным обскурантам. Мы наметим лишь некоторые вехи генетики, выделив оптимистическую линию ее развития.
Кто первым сказал слово «ген»?
Чтобы выяснить этот вопрос, мы должны обратиться прежде всего к Дарвину. Еще в 1868 году в своей работе «Изменчивость домашних животных и растений» великий естествоиспытатель делает попытку объяснить наследственность. Наследственное вещество Дарвин мыслил атомистически. Однако у него в руках не было фактов, не было точных данных. И он не без оснований писал А. Грею: «Глава, которую я назвал „Пангенезис“, вероятно, будет названа безумным бредом… Но в глубине души я считаю, что она содержит много правильного». В те же примерно дни Дарвин в письме Гуккеру надеется, что «наступит время, когда моя гипотеза найдет другого отца, который даст ей другое имя».
Одним из отцов этой гипотезы стал датский генетик Иоганссен. Он-то и сказал первым злополучное слово «ген», произведя его от дарвиновского «пангена» (он же создал учение о чистых линиях в селекции).
Голландец Гуго де Фриз, открывший замечательное явление скачкообразной изменчивости у энотеры, ввел в научную практику термин «мутация» для обозначения изменчивости, передающейся по наследству. Мутационная теория стала основой современной научной селекции растений и животных.
Эксперименты Фриза подтвердили в 1900 году гипотезу Иоганна Грегора Менделя, выведенную из наблюдений над гибридами гороха. Это же сделали Корренс в Германии и Чермак в Австрии.
Идея существования единиц наследственности – генов – была встречена в штыки многими учеными разных стран. На протяжении десятилетий генетиков громили, над ними публично глумились («муховоды», «умы гороховые»), их отстраняли от чтения лекций и ведения экспериментов. И все-таки объективная закономерность в науке неуклонно брала верх.
Еще в 1948 году обскурант от науки мог нагло спекулировать на человеческом незнании и мешать поиску естествоиспытателя, отождествляя его с богоискателями:
– А вы видели бога?
– Нет.
– А ген видели?
– Нет.
– То-то же…
Современные достижения генетики, цитологии, физики и химии выбили всякую почву из-под таких демагогических параллелей. Абстрактное представление о локализованном в клетчатом ядре носителе наследственности гене уступило место фактам. Сегодня генетика располагает точкой опоры для понимания материальной природы гена. В последние годы представления о нем уточнены и биохимиками и самими генетиками. Выкристаллизовалась основная единая точка зрения.
Преемственность жизни, воспроизведение в каждом поколении видовых и индивидуальных особенностей организмов связаны с молекулярной структурой дезоксирибонуклеиновых кислот – ДНК. ДНК, как известно, находится в хромосомах клеточных ядер. ДНК, РНК, белок – этот триумвират важнейших соединений является материальной основой главных свойств жизни. Физической же основой наследственности служит ДНК. Шаг за шагом наука подходила к этому выводу.
Абстрактное представление о гене как единице наследственности, как мы помним, родилось из наблюдений за гибридами. Распознать гены в их конкретных проявлениях помогли также опыты по скрещиванию. Сначала в 1946 году Ледерберг и Татум обнаружили, что бактерии могут давать гибриды. Затем тот же Ледерберг и другие ученые открыли явление трансдукции – перенос отдельных генов от бактерии к бактерии бактериофагом. Правда, тогда было еще не совсем ясно, где именно находятся – локализуются – гены. Но уже в 1959 году Жакуб и Моно пришли к выводу, что наследственный фактор у бактерий заключен в ДНК. Они обнаружили у молекул способность существовать и размножаться вне основной бактериальной хромосомы. Теория строения и редупликации – размножения ДНК, – созданная в пятидесятых годах Уотсоном и Криком, была тем лучом, который помог биохимикам и генетикам высветить самые темные и туманные закоулки наследственности. Уже в 1962 году был в основном расшифрован код генетической информации. Ведущие процессы, посредством которых заключенный в ДНК хромосом генетический код управляет синтезом молекул белка в клетке, были установлены конкретно. Доказано, что именно молекулы ДНК программируют жизнь.
Изучение процесса появления мутации – новых наследственных изменений – у бактерий и вирусов показало, что наследственность по своей природе корпускулярна. Гены – это сложные молекулярные системы, расположенные в линейном порядке по длине хромосомы… Было бы наивным, однако, представление, что каждому гену непосредственно и однозначно соответствует определенное свойство (скажем, окраска лепестков). Точными исследованиями доказано разностороннее (специалисты говорят, полифонное) действие каждого гена. Больше того, все гены действуют постоянно. И от того или иного состояния клеточной плазмы (оно зависит от внешних влияний) может зависеть, как действует ген в тот или иной момент времени.
Такова общепринятая точка зрения на ген. В теории наследственности ген занимает главное, но не единственное место. Говоря о передаче признаков из поколения в поколение, мы, разумеется, не будем забывать и о других факторах. О внеядерных – пластидомных и плазмонных – мутациях, изменениях наследственной основы, представленной вне ДНК, вне клеточного ядра. О геномных мутациях, наследственных мутациях, которые протекают с изменением числа всего набора хромосом.
Все эти факторы лежат в основе теории, которая со времен Дарвина и Менделя пробивала себе дорогу в практику, встречая немалое сопротивление и трудности. Дело не только в том, что теория эта не очень быстро обрастала фактами и неопровержимыми данными опытов.
Размышляя о том, почему даже в нашем веке прогресс биологии тормозился старыми препятствиями, которые физика встретила на своем пути еще в XVII веке, мы должны всегда помнить о близости этой науки к человеку.
Биология – это наука о живом, наука о нас самих. Грубо говоря, это наука о нашем здоровье и желудке. Она слишком близка нам, нашим личным и общественным интересам. Быть свободным от наших страстей, от влияния общественных форм и особенностей их развития невозможно не только обывателю, но и ученому. И если даже такая далекая от человека область, как физика, была в прошлом ареной самой ожесточенной полемики, то нетрудно понять бесконечные споры, дискуссии, всю ту упорную идейную борьбу, которой насыщена история биологии. Науке о живом и по сей день приходится расчищать себе дорогу от концепций, взглядов, унаследованных чуть ли не от средневековья, от времен магии, суеверий и предубежденности.
Расчистка эта трудна потому, что силы невежества нередко объединяются под флагом благочестия и традиций. Она особенно трудна потому, что под флаг обскурантизма становятся и некоторые ученые. Почему? Вопрос этот очень сложен. Ответ на него кроется не только в теории, которую проповедует тот или иной ученый, но и в его личных качествах, в его психологии, в неумении или нежелании отказаться от своих взглядов, подправленных другими исследователями и опровергнутых самой жизнью. Академик Н. К. Кольцов очень тонко подметил эту особенность науки. «Каждый выдающийся ученый обладает влечением к власти, которое выражается в пропаганде своего учения.
Работы ученого без этого влечения остаются незамеченными, и труды его пропадают даром. Это влечение, благородной формой которого является стремление убедить других, убедить весь мир в открытой истине, которое иногда вело великих ученых в тюрьму и на костер, нередко сопровождается и мелким тщеславием и честолюбием, в наших современных условиях смешным генеральством. В сильнейшей степени обладают влечением к власти фанатики определенного учения, стремящиеся покорить ему весь мир, пророки, основатели религий, самозванцы; отсюда постепенный переход к чудакам и параноикам, одержимым манией величия».
Безграничная вера в себя, в истинность и непогрешимость одного своего лишь учения приводит иных теоретиков к стремлению насадить свои взгляды во что бы то ни стало и повсеместно. Стремление к монополии – это не только стремление к самоутверждению. Это также стремление к подавлению инакомыслящих. Это отрицание других теорий, других научных школ даже тогда, когда в их работе есть рациональное зерно, даже тогда, когда объективная истина на их стороне, а не на стороне монополистов от науки.
Карлики становятся гигантами
Однажды Мичурин зашел в теплицу, где выращивалась помидорная рассада. Рассада как рассада. В каждом ящике зеленели кустики одинакового роста, одинакового вида. Впрочем, нет – в одном помидоры были чуть повыше. Иван Владимирович, погруженный в свои мысли, не обратил на них особого внимания. А наутро спохватился и поспешил к тому месту, где давеча приметил долговязые саженцы.
Ящика на месте уже не было. Рассаду вынесли в поле, чтобы пересадить в грядки.
Ученый разыскал приметившийся ему ящик. Он был почти пуст. Все же Мичурин принес его обратно в теплицу, поставил на старое место и стал оглядывать все вокруг. Ничего особенного. Освещение такое же. Под стеллажом ничего нет. Вот только рядом с ящиком тянется вверх медная проволока. Рядом надпись: «Осторожно! Высокое напряжение».
Любопытно! Мичурин велел поставить на том же месте пару ящиков помидоров. Через две недели он проверил свою догадку. Те растения, которые были ближе к проводам, выросли чуть-чуть повыше. Остальные имели нормальный, обычный рост.
Прошло еще три месяца – и разница стала совсем заметной. Помидоры, выросшие под высоким напряжением, созрели раньше соседей. Плоды на них были немного побольше.
Электричество – стимулятор роста?
А почему бы и нет?
Мичуринская догадка взволновала многих ученых. Физики поставили опыты. Правда, не с рассадой, а с семенами. Зерна пшеницы помещаются в сосуд, куда введены также электроды. Включается ток – и между электродами пробегает искусственная молния. Поток электронов проходит сквозь семена. Несколько секунд – и каждый зародыш пробуждается от сна.
Если его высадить в землю, он прорастает быстрее и даст больший урожай, чем обычное зерно.
Что же произошло? Видимо, примерно тот же процесс, что мы наблюдали во время обстрела семян хлопчатника гамма-лучами. Электроны, проникшие внутрь зародыша, раздражают его. Состояние покоя нарушено. Электронная «палочка» дает толчок обмену веществ в зерне. Проснувшийся зародыш начинает питаться и расти…
Электрические потенциалы могут быть обнаружены в любой живой клетке. Несмотря на то, что природа биопотенциалов полностью не выяснена, их возникновение тесно связано с обменом веществ и другими процессами в живом организме. Разведка в этой области продолжается. К каким конкретно открытиям она приведет, сказать пока трудно, – электронная стимуляция растений делает первые шаги. Ясно только, что агрофизике принадлежит будущее.
Привкус физики
Биология становится точной наукой. В чем это выражается?
Прежде всего в том, что биологи все шире пользуются приборами и методами точных наук в своих исследованиях. Электронный микроскоп был первым современным оружием, которое физики предоставили в распоряжение исследователей жизни.
Новое оружие помогло совершить глубокий стратегический прорыв в тайны живого.
К моменту создания электронного микроскопа положение на биологическом фронте было весьма сложным.
Основные отряды биологов к середине 30-х годов уже достигли определенных успехов. Штурмуя живую клетку с помощью светового микроскопа и других классических методов, цитологи основательно изучили ее структуру, изменения клетки в процессе роста и деления, перестройки внутри тканей. Химики уже знали, что, кроме ядра, в котором различимы хромосомы и цитоплазмы, в клетке содержатся другие частицы.
Все, что лежит в пределах 1000–2000 ангстрем, было замечено и подвергнуто исследованию. Крохотные точки, разбросанные по всей клетке, – митохондрии подверглись сложным химическим анализам. Выяснилось, что митохондрии содержат сложный набор ферментов и играют огромную роль во многих внутриклеточных процессах.
На другом фланге науки вперед вырвались биофизики и биохимики. Они заглянули в мир молекул, частиц размером менее 10–15 ангстрем.
Разрыв между флангами был чрезвычайно велик – от 10 до 1000 ангстрем. Все, что лежало в этих пределах, было неясно и туманно. Образовалась своеобразная мертвая зона, недоступная ни обзору, ни огневым средствам наступающих. Так бывает в атаке. Пехота, штурмующая высоту, поражает автоматным и пулеметным огнем передовые линии противника. Артиллерия бьет по его тылам. Но основные резервы сосредоточены за высотой, в мертвой зоне. Снаряды перелетают ее и разрываются в стороне от цели. Нужен другой вид оружия. Минометы или авиация.
Таким оружием и стал электронный микроскоп.
Он дал биологам ясность цели. Он и осложнил задачи – стало воочию видно, что позиции противника хорошо защищены, что он располагает такими укреплениями, которые взять будет нелегко.
Черная точка митохондрии под электронным микроскопом выросла в гигантскую, чрезвычайно сложную систему. Это была целая крепость удлиненной формы, окруженная двойной оболочкой, перегороженная внутри многочисленными двойными пластинками толщиной 150 ангстрем. У каждого отсека, по-видимому, свое назначение. Какое? Это предстояло выяснить.
Электронный микроскоп позволил сфотографировать ДНК. Одна за другой устанавливались такие тончайшие детали строения клеточного ядра и цитоплазмы и в таком количестве, что родилась новая область цитологии – кариология, или наука о ядре.
Цитоплазма при рассмотрении ее в обычный микроскоп казалась простой и однородной.
Прорыв в недра клетки с помощью электронного микроскопа опрокинул это представление, оказавшееся наивным. Увеличенная в сотни раз биологическая структура клетки характеризовалась частицами, существование которых не было возможно предвидеть.
Как ни труден был штурм атомного ядра, он шел по более или менее определенному плану. История физики дала нам ряд случаев, когда экспериментаторы открывали частицы, предсказанные теоретиками. Число этих частиц не так уж и велико – несколько больше двух сотен.
Штурм клеточного ядра давался с большим трудом. Неожиданностей на пути штурмующих было куда больше. Частицы клетки были предугаданы (если и были) с весьма относительной точностью и проницательностью. Архитектура, строение и функции составных частей клетки значительно превосходят силу воображения ученых. Чем глубже входил человек в детали клеточной структуры, чем больше он разбирался в строгом порядке, которому подчинено расположение и предназначение составных частей клетки, тем сложнее и загадочнее казались ему тончайшие и сложнейшие конструкции клеточного механизма. Вернее, тысяч механизмов, действующих гармонично, в железной последовательности и порядке.
Грубо говоря, тысячекратное увеличение, достигнутое электронной оптикой, тысячекратно усложнило задачи исследователя. Прорыв в недра клетки, давший несметное количество новых фактов в руки ученого, требовал и нового качественного подхода к ним.
Внедрение физических методов в экспериментальную биологию сопровождалось идейным перевооружением науки о живом. Наметилось сближение идей генетики, биохимии, химии и физики. По образному выражению Понтекорво, «все перспективы теоретической генетики приобрели привкус физики».
Клетка – комбинат жизни
Мешок, набитый ферментами, – так назвали однажды клетку. Там, где шла речь о ферментах, сравнение это было вполне приемлемо, хотя и односторонне. Но теперь, когда мы мало-мальски разобрались в механизмах, которые управляют жизнедеятельностью клетки, мы должны подыскать более точный и емкий образ.
Пожалуй, вернее всего будет сравнить клетку с индустриальным комплексом. Это огромный комбинат со своей электростанцией, топливным хозяйством, конструкторским бюро, вычислительным центром, транспортным и производственными цехами. Его продукция – живая жизнь.
Рассмотрим производственную схему комбината.
Его площадь достигает примерно 30 микрон.
Клеточное ядро – это своеобразное заводоуправление, где сосредоточены командные высоты, штаб управления производством. Хромосомы – это различные отделы управления. Они обслуживаются единым кибернетическим центром – дезоксирибонуклеиновой кислотой. Как и подобает вычислительной управляющей машине, ДНК «переполнена идеями». В ней содержится (оценка С. Бензера) около 200 тысяч пар нуклеотидов, которые по количеству заключенной в них информации соответствуют нескольким страницам газеты. ДНК руководит основным процессом производства на комбинате – синтезом белка. Он осуществляется в рибосомах, частицах, разбросанных по всей территории клетки. Рибосомы – это «синтетические фабрики», где вырабатывается главный биополимер – белок. Основное сырье для производства – 20 совершенно отличных одна от другой аминокислот. Как будто бы немного. Но любой математик скажет нам, что из двадцати деталей можно собрать 2 432 902 008 176 640 000 различных блоков.
В молекуле обычного белка содержится около 500 аминокислот. И хотя большинство из них одинаково (из числа 20), число возможных комбинаций вырастает до астрономических масштабов. Оно выражается единицей с 600 нулями. Вероятно, что эта цифра превышает общее число атомов на нашей планете.
Но изо всего этого хаоса вероятных комбинаций кибернетический центр клетки отбирает строго определенные варианты. Каждый, кто хоть немного знаком с принципом действия ЭВМ – электронно-вычислительных машин, помнит, что они производят сложнейшие расчеты, оперируя всего двумя знаками – единицей и нулем. ДНК отдает точные распоряжения по всему хозяйству, имея на вооружении четыре буквы: А, Г, Т, Ц. Приказ-чертеж, выданный ДНК, поступает в информационный центр. Его роль играет и-РНК – информационная рибонуклеиновая кислота. Транспортная РНК (т-РНК) переносит чертеж на фабрику белковых молекул. Здесь, в рибосоме, куда непрерывно поставляется сырье – аминокислоты, под руководством инженеров-ферментов, каждый из которых управляет определенным участком, осуществляется синтез. Вернее, монтаж. На матричной РНК (м-РНК) мгновенно «собирается» нужный белок. Комбинат состоит из десятков тысяч фабрик. Размер каждой – около 200 ангстрем.
Энергию всему комбинату поставляют силовые установки. Это митохондрии, особые частицы, где в результате химических реакций вырабатывается энергия, необходимая для нормальной функции клетки. Она запасается в форме энергии АТФ. АТФ поступает из «турбин» в цитоплазму и начинает свою работу по активированию аминокислот. Эта работа ведется тоже под руководством инженеров – ферментов. Они размещаются в митохондриях, образуя специализированные системы – отделы. Как велико их число, можно себе представить, зная, что внутри клетки действует несколько тысяч подобных «силовых станций».
Особую роль в структуре управления производством играют лизосомы. Они расположены вне ядра и следят за порядком на заводской территории. В них сосредоточены ферменты гидролиза, которые вступают в действие по мере надобности.
Еще одна заводская служба – аппарат Гольджи (по имени итальянского ученого, открывшего его в конце прошлого века). Аппарат Гольджи состоит из мембран и пузырьков. Канальцы и полости между мембранами, по-видимому, обеспечивают передвижение веществ, важных для жизнедеятельности клетки. Предполагают, что здесь происходит уплотнение и формирование тех молекул, которые клетка выделяет во внешнюю среду. Упаковочный цех? Пожалуй.
Вероятно, по-видимому, пожалуй… Нам приходится употреблять столь неопределенные термины не случайно. В механизме управления клеткой еще много неясного для науки. Открытия в области молекулярной биологии следуют одно за другим. Проливая новый свет на знакомые явления, открывая новые закономерности, ученые неизбежно встают перед новыми проблемами. Каждый шаг вперед открывает новые горизонты, загадывает новые загадки. Вот один из последних примеров.
