Сто великих ученых

пространственной структуры молекул.

 

Под руководством Макса Перуца Крик исследовал молекулярную структуру белков, в связи с чем у него возник интерес к генетическому коду

последовательности аминокислот в белковых молекулах. Около двадцати

важнейших аминокислот служат мономерными звеньями, из которых построены все белки. Изучая вопрос, определенный им как «граница между

живым и неживым». Крик пытался найти химическую основу генетики,

которая, как он предполагал, могла быть заложена в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК).

 

В 1951 году двадцатитрехлетний американский биолог Джеймс Д Уотсон пригласил Крика на работу в Кавендишскую лабораторию.

 

Джеймс Девей Уотсон родился 6 апреля 1928 года в Чикаго (штат

Иллинойс) в семье Джеймса Д. Уотсона, бизнесмена, и Джин (Митчелл)

Уотсон и был их единственным ребенком. В Чикаго он получил начальное

и среднее образование. Вскоре стало очевидно, что Джеймс необыкновенно одаренный ребенок, и его пригласили на радио для участия в программе «Викторины для детей». Лишь два года проучившись в средней школе,

Уотсон получил в 1943 году стипендию для обучения в экспериментальном четырехгодичном колледже при Чикагском университете, где проявил интерес к изучению орнитологии. Став бакалавром естественных наук

в университете Чикаго в 1947 году, он продолжил образование в Индианском университете Блумингтона.

 

К этому времени Уотсон заинтересовался генетикой и начал обучение в

Индиане под руководством специалиста в этой области Германа Дж Меллера и бактериолога Сальвадора Лурия. Уотсон написал диссертацию о влиянии рентгеновских лучей на размножение бактериофагов (вирусов, инфицирующих бактерии) и получил в 1950 году степень доктора философии.

Субсидия Национального исследовательского общества позволила ему продолжить исследования бактериофагов в Копенгагенском университете в

Дании. Там он проводил изучение биохимических свойств ДНК бактериофага. Однако, как он позднее вспоминал, эксперименты с фагом стали

его тяготить, ему хотелось узнать больше об истинной структуре молекул

ДНК, о которых так увлеченно говорили генетики.

 

Генетика как наука возникла в 1866 году, когда Грегор Мендель сформулировал положение, что «элементы», названные позднее генами, определяют наследование физических свойств. Спустя три года швейцарский

биохимик Фридрих Мишер открыл нуклеиновую кислоту и показал, что

 

ФРЭНСИС КРИК, ДЖЕЙМС УОТСОН

 

579

 

она содержится в ядре клетки. На пороге нового века ученые обнаружили,

что гены располагаются в хромосомах, структурных элементах ядра клетки. В первой половине XX века биохимики определили химическую природу нуклеиновых кислот, а в сороковых годах исследователи обнаружили, что гены образованы одной из этих кислот, ДНК. Было доказано, что

гены, или ДНК, управляют биосинтезом (или образованием) клеточных

белков, названных ферментами, и таким образом контролируют биохимические процессы в клетке.

 

К 1944 году американский биолог Освальд Авери, работая в Рокфеллеровском институте медицинских исследований, представил доказательства,

что гены состоят из ДНК. Эта гипотеза была подтверждена в 1952 году

Альфредом Херши и Мартой Чейз. Хотя было ясно, что ДНК контролирует

основные биохимические процессы, происходящие в клетке, но ни структура, ни функция молекулы не были известны.

 

Весной 1951 года, во время пребывания на симпозиуме в Неаполе,

Уотсон встретил Мориса Г.Ф. Уилкинса, английского исследователя. Уилкинс и Розалин Франклин, его коллега по Королевскому колледжу Кембриджского университета, провели рентгеноструктурный анализ молекул

ДНК и показали, что они представляют собой двойную спираль, напоминающую винтовую лестницу. Полученные ими данные привели Уотсон к

мысли исследовать химическую структуру нуклеиновых кислот. Национальное общество по изучению детского паралича выделило субсидию.

 

В октябре 1951 года ученый отправился в Кавендишскую лабораторию

Кембриджского университета для исследования пространственной структуры белков совместно с Джоном К. Кендрю. Там он познакомился с

Фрэнсисом Криком, физиком, интересовавшимся биологией и писавшим

в то время докторскую диссертацию.

 

Впоследствии у них установились тесные творческие контакты. Начиная с 1952 года, основываясь на ранних исследованиях Чаргаффа, Уилкинса и Франклин, Крик и Уотсон решили попытаться определить химическую структуру ДНК.

 

Им было известно, что существует два типа нуклеиновых кислот —

ДНК и рибонуклеиновая кислота (РНК), каждая из которых состоит из

моносахарида группы пентоз, фосфата и четырех азотистых оснований:

 

аденина, тимина (в РНК — урацила), гуанина и цитозина. В течение последующих восьми месяцев Уотсон и Крик обобщили полученные результаты с уже имевшимися, сделав сообщение о структуре ДНК в феврале

1953 году. Месяцем  позже они создали трехмерную  модель молекулы ДНК,

сделанную из шариков, кусочков картона и проволоки.

 

Согласно модели Крика-Уотсона, ДНК представляет двойную спираль, состоящую из двух цепей дезоксирибозофосфата, соединенных парами оснований аналогично ступенькам лестницы. Посредством водородных связей аденин соединяется с тимином, а гуанин — с цитозином. С

 

580

 

помощью этой модели можно было проследить репликацию самой молекулы ДНК.

 

Модель позволила другим исследователям отчетливо представить репликацию ДНК. Две цепи молекулы разделяются в местах водородных связей наподобие открытия застежки-«молнии», после чего на каждой половине прежней молекулы ДНК происходит синтез новой. Последовательность оснований действует как матрица, или образец, для новой молекулы.

 

В 1953 году Крик и Уотсон завершили создание модели ДНК. Это

позволило им вместе с Уилкинсом через девять лет разделить Нобелевскую премию 1962 года по физиологии и медицине «за открытия, касающиеся молекулярной структуры нуклеиновых кислот и их значения для

передачи информации в живых системах».

 

А.В. Энгстрём из Каролинского института сказал на церемонии вручения премии: «Открытие пространственной молекулярной структуры

ДНК является крайне важным, т к. намечает возможности для понимания в мельчайших деталях общих и индивидуальных особенностей всего

живого». Энгстрём отметил, что «расшифровка двойной спиральной структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты со специфическим парным соединением азотистых оснований открывает фантастические возможности

для разгадывания деталей контроля и передачи генетической информации».

 

После опубликования описания модели в английском журнале «Нейче» в апреле 1953 года тандем Крика и Уотсона распался.

 

Через год с небольшим Уотсон был назначен старшим научным со- !

трудником кафедры биологии Калифорнийского технологического инсти- !

тута в Пасадене (штат Калифорния). В 1955 году, когда он работал ассис-1

тентом профессора биологии в Гарвардском университете Кембриджа (штат 1

Массачусетс), судьба вновь свела его с Криком, с которым он проводил |

совместные исследования до 1956 года. В 1958 году Уотсон был назначен

адъюнкт-профессором, а в 1961 году — полным профессором.

 

В 1965 году Уотсон написал книгу «Молекулярная биология гена»,

ставшую одним из наиболее известных и популярных учебников по молекулярной биологии.

 

С 1968 году Уотсон — директор лаборатории молекулярной биологии

в Колд-Спринг-Харборе (Лонг-Исланд). Отказавшись от должности в Гарварде в 1976 году, он посвятил себя руководству исследованиями в лаборатории Колд-Спринг-Харбор. Значительное место в его работе заняли нейробиология и изучение роли вирусов и ДНК в развитии рака.

 

В 1968 году Уотсон женился на Элизабет Леви, ранее работавшей ассистентом в лаборатории. У них родились два сына; семья живет в построенном в XIX веке доме на территории университетского городка.

 

Что касается Крика, то в 1953 году он получил степень доктора философии в Кембридже, защитив диссертацию, посвященную рентгеновско

 

ФРЭНСИС КРИК, ДЖЕЙМС УОТСОН 581

 

му дифракционному анализу структуры белка. В течение следующего года

он изучал структуру белка в Бруклинском политехническом институте в

Нью-Йорке и читал лекции в разных университетах США. Возвратившись в Кембридж в 1954 году, он продолжил свои исследования в Кавендишской лаборатории, сконцентрировав внимание на расшифровке генетического кода. Будучи изначально теоретиком, Крик начал совместно с

Сиднеем Бреннером изучение генетических мутаций в бактериофагах (вирусах, инфицирующих бактериальные клетки).

 

К 1961 году были открыты три типа РНК: информационная, рибосомальная и транспортная. Крик и его коллеги предложили способ считывания генетического кода. Согласно теории Крика, информационная РНК

получает генетическую информацию с ДНК в ядре клетки и переносит ее

к рибосомам (местам синтеза белков) в цитоплазме клетки. Транспортная

РНК переносит в рибосомы аминокислоты. Информационная и рибосомная РНК, взаимодействуя друг с другом, обеспечивают соединение аминокислот для образования молекул белка в правильной последовательности. Генетический код составляют триплеты азотистых оснований ДНК и

РНК для каждой из 20 аминокислот. Гены состоят из многочисленных

основных триплетов, которые Крик назвал колонами; кодоны одинаковы

у различных видов.

 

В 1962 году Крик стал заведующим биологической лаборатории Кембриджского университета и иностранным членом Совета Солковского

института в Сан-Диего (штат Калифорния). В 1977 году он переехал в

Сан-Диего, получив приглашение на должность профессора. В Солковском институте Крик проводил исследования в области нейробиологии, в

частности, изучал механизмы зрения и сновидений.

 

В 1983 году совместно с английским математиком Грэмом Митчисоном он предположил, что сновидения являются побочным эффектом процесса, посредством которого человеческий мозг освобождается от чрезмерных или бесполезных ассоциаций, накопленных во время бодрствования. Ученые выдвинули гипотезу, что эта форма «обратного учения» существует для предупреждения перегрузки нервных процессов.

 

В книге «Жизнь как она есть: ее происхождение и природа» Крик

отметил удивительное сходство всех форм жизни. «За исключением митохондрий, — писал он, — генетический код идентичен во всех живых объектах, изученных в настоящее время». Ссылаясь на открытия в молекулярной биологии, палеонтологии и космологии, он предположил, что жизнь

на Земле могла произойти от микроорганизмов, которые были рассеяны

по всему пространству с другой планеты; эту теорию он и его коллега

Лесли Оргел назвали «непосредственной панспермией».

 

МАРРИ ГЕЛЛ-МАНН

 

(род. в 1929 г.)

 

 

 

 

Марри Гелл-Манн родился 15 сентября 1929 года в Нью-Йорке и был

младшим сыном эмигрантов из Австрии Артура и Полин (Райхштайн)

Гелл-Манн. В возрасте пятнадцати лет Марри поступил в Йельский университет. Он окончил его в 1948 году с дипломом бакалавра наук. Последующие годы он провел в аспирантуре Массачусетсского технологического института. Здесь в 1951 году Гелл-Манн получил докторскую степень

по физике. После годичного пребывания в Принстонском институте фундаментальных исследований (штат Нью-Джерси) Гелл-Манн начал работать в Чикагском университете с Энрико Ферми, сначала преподавателем

(1952—1953), затем  ассистент-профессором (1953—1954) и адъюнкт-профессором (1954-1955).

 

Основная область научных интересов молодого ученого, физика элементарных частиц, в пятидесятые годы находилась в стадии формирования. Основными средствами экспериментальных исследований в этом

отделе физики были ускорители, «выстреливавшие» пучок частиц в неподвижную мишень: при столкновении налетающих частиц с мишенью

рождались новые частицы. С помощью ускорителей экспериментаторам

удалось получить несколько новых типов элементарных частиц, помимо

уже известных протонов, нейтронов и электронов. Физики-теоретики

пытались найти некоторую схему, которая позволила бы классифицировать все новые частицы.

 

Учеными были обнаружены частицы с необычным (странным) поведением. Скорость рождения таких частиц в результате некоторых столкновений свидетельствовала о том, что их поведение определяется сильным взаимодействием, для которого характерно быстродействие. Силь

 

МАРРИ ГЕЛЛ-МАНН 583

 

ное, слабое, электромагнитное и гравитационное взаимодействия образуют четыре фундаментальных взаимодействия, лежащих в основе всех явлений. Вместе с тем странные частицы распадались необычно долго, что

было бы невозможно, если бы их поведение определялось сильным взаимодействием. Скорость распада странных частиц, по-видимому, указывала на то, что этот процесс определяется гораздо более слабым взаимодействием.

 

На решении этой труднейшей задачи и сосредоточил свое внимание

Гелл-Манн. Исходным пунктом своих построений он избрал понятие,

известное под названием зарядовой независимости. Суть его состоит в

определенной группировке частиц, подчеркивающей их сходство. Например, несмотря на то что протон и нейтрон отличаются электрическим

зарядом (протон имеет заряд -+- 1, нейтрон — 0), во всех остальных отношениях они тождественны. Следовательно, их можно считать двумя разновидностями одного и того же типа частиц, называемых нуклонами,

имеющих средний заряд, или центр заряда, равный '/^ Принято говорить,

что протон и нейтрон образуют дублет. Другие частицы также могут быть

включены в аналогичные дублеты или в группы из трех частиц, называемые триплетами, или в «группы», состоящие всего лишь из одной частицы, — синглеты. Общее название группы, состоящей из любого числа

частиц, — мультиплет.

 

Все попытки сгруппировать странные частицы аналогичным образом

не увенчались успехом. Разрабатывая свою схему их группировки, ГеллМанн обнаружил, что средний заряд их мультиплетов отличается от среднего заряда нуклонов. Он пришел к выводу, что это отличие может быть