кибернетического подхода. Материальный носитель генетической информации
найден - это нуклеиновые кислоты (ДНК и, как стало ясно позже, РНК).
Определен также промежуточный получатель генетической информации - белки.
Те и другие имеют ряд общих особенностей: это линейные полимеры,
построенные из небольшого разнообразия мономеров - нуклеотидов и
аминокислот. В обоих случаях у мономеров есть стандартная, универсальная
часть, позволяющая им соединяться в последовательности произвольной длины и
порядка. Кроме этого, мономеры имеют специфические боковые группы
(основания, радикалы аминокислот), порядок которых определяет
функциональные свойства соответствующих последовательностей. Разнообразие
перестановок астрономическое. Между мономерами полинуклеотидов существуют
особые парные отношения комплементарности (A - T, G - C), позволяющие
полинуклеотидам выполнять матричные функции.
Ясно, что ситуация весьма напоминает лингвистические и другие
информационные системы, где информация кодируется при помощи порядка
символов. Налицо алфавиты (мономеры), тексты (последовательности),
матричный принцип копирования (комплементарность). Можно ожидать, что
существуют некие правила кодирования, которые используются клеткой.
"Крик и Гам"
Этим словесным каламбуром Н.В.Тимофеев-Ресовский охарактеризовал
события, последовавшие за расшифровкой структуры ДНК. Уотсон и Крик,
разумеется, хорошо понимали генетико-информационный смысл и значение своей
модели. Недаром Уотсон в своей книге сообщает: "Буквально все имевшиеся
тогда факты убеждали меня в том, что ДНК служит матрицей, на которой
образуются цепочки РНК. В свою очередь, цепочки РНК были вполне вероятным
кандидатом на роль матриц для синтеза белка. Идея бессмертия генов
была похожа на правду, и я повесил на стену над своим столом листок с
надписью
ДНК --> РНК --> Белок.
Стрелки обозначают не химические превращения, а перенос генетической
информации..."
В 1958 г. Крик сформулировал этот принцип как "центральную догму"
молекулярной генетики.
Однако вскоре после публикации модели в бой вступила неожиданная и
свежая сила. Это был крупнейший физик-теоретик Г.А.Гамов (в английской
транскрипции Дж.Эн. Геймов). В конце 20-х - начале 30-х годов Гамов был
гордостью молодой советской теоретической физики. Его, выпускника и
аспиранта Ленинградского университета, друга Л.Д.Ландау, послали за границу
в Геттинген (Германия) к М.Борну, а затем в Копенгаген (Дания) к Н.Бору для
научной стажировки. Там он выполнил ряд теоретических работ высочайшего
класса и был признан одним из самых обещающих молодых физиков Европы.
Интересно, что одна из его статей в 1930 г. была опубликована совместно с
молодым немецким физиком-теоретиком Дельбрюком. А в 1932 г., когда Гамова
не выпустили за границу, его доклад Сольвеевскому конгрессу представил его
друг Дельбрюк.
В 1932 г. по представлению В.А.Вернадского и двух других академиков
Гамова избрали член-корреспондентом АН СССР. Ему было 28 лет, его воспевали
поэты:
"...советский парень Гамов уже до атома добрался лиходей"
(Д.Бедный).
Но в 1933 г., выехав на очередной Сольвеевский конгресс, Гамов не
дождался продления командировки и не вернулся, став невозвращенцем. За этот
большой грех его отлучили от Академии наук, от Родины. И посмертно
восстановили только в 1990 г.
Гамову принадлежали два крупнейших открытия: теория альфа-распада и
космологическая теория "горячей Вселенной" - работы нобелевского уровня.
Третьим своим основным достижением Гамов считал постановку проблемы
генетического кода.
Вот как сам Гамов описывал этот момент: "Прочитав в "Nature" в мае 1953
г. статью Уотсона и Крика, которая объясняла, как наследственная информация
хранится в молекулах ДНК в форме последовательности четырех видов простых
атомных групп, известных как "основания" (аденин, гуанин, тимин и цитозин),
я задался вопросом, как эта информация переводится в последовательность
двадцати аминокислот, которые образуют молекулы протеина. Простая идея,
которая пришла мне в голову, состояла в том, что можно получить 20 из 4
подсчетом числа всех возможных триплетов, образующихся из четырех различных
сущностей. Возьмем, например, колоду игральных карт, в которой мы обращаем
внимание только на масть карты. Сколько триплетов одного и того же вида
можно получить? Четыре, конечно: трое червей, трое бубен, трое пик и трое
треф. Сколько триплетов с двумя картами одной и той же масти и одной
другой? Пусть мы имеем четыре выбора для третьей карты. Поэтому мы имеем
4x3 = 12 возможностей. В дополнение мы имеем четыре триплета со всеми тремя
различными картами. Итак, 4+12+4=20, а это и есть точное число аминокислот,
которое мы хотели получить".
Таким образом, Гамов первым сформулировал проблему генетического кода.
Генетическая информация записана в полинуклеотидах в виде
последовательности символов четырех типов: A, T, G и C. Затем она
перекодируется в последовательность 20 типов (аминокислот). Кодирующие
группы символов могут быть только триплетными. Правила соответствия
триплетных групп нуклеотидных символов (в дальнейшем названных кодонами) и
символов аминокислот образуют генетический код. Главная задача -
расшифровать этот код, в том числе - объяснить происхождение числа 20, имея
в наличии 64 триплета.
Чтобы понять такой поворот мысли, надо учесть некоторые обстоятельства.
Во-первых, Гамов сравнил последовательность нуклеотидов с длинным
числом, записанным в четверичной системе счета. В шутку он назвал его
"звериным числом", имея в виду религиозную легенду из "Апокалипсиса", где
имя антихриста ("зверя из бездны") скрыто под неизвестным числом.
Расшифровка "звериного числа" необходима для победы над зверем. Кроме того,
20 - число аминокислот - он назвал "магическим числом", предполагая, что
объяснить его из внутренней структуры кода - это и значит решить проблему.
Первая статья Гамова и Томкинса была послана в "Proceedings of the
National Academy of Sciences of the United States of America", и отвергнута
редакцией, поскольку Томкинс - это мифический персонаж популярных книг
Гамова, а не реальное лицо. Эта статья вышла в свет в 1954 г. в Докладах
Датской академии наук в Копенгагене от имени одного Гамова.
Во-вторых, летом 1953 г. Уотсон и Крик составили стандартный список из
20 аминокислот, непосредственно участвующих в синтезе белков, а вторичные
их производные исключили. Впоследствии этот список был канонизирован.
В-третьих, Гамов очень непринужденно использовал карточную
терминологию. Чего стоят хотя бы такие пассажи: "Возьмем, например, колоду
игральных карт..." или "Допустим, мы играем в "упрощенный покер..." и далее
по тексту. Образ оказался очень точным. Действительно, имеем четыре масти -
две черных с ножками (пурины) и две красных без ножек (пиримидины).
Последовательность нуклеотидов можно представить в до боли знакомом виде.
Природа как бы играет с теоретиком в "упрощенный покер", игра азартная,
а выигрыш - крупнейшее открытие XX века. Ясно, что души теоретиков
дрогнули! Сбывались предсказания Шредингера! Интерес к проблеме
стремительно достиг апогея. Начался оптимистический этап в изучении
В-четвертых, Гамов попытался использовать для решения проблемы
генетического кода методы дешифровки шпионских кодов, в которых имел
некоторый опыт. Вначале он предложил гипотезу о "перекрывающемся
ромбическом коде", когда можно было проследить за определенными
закономерностями в структуре известных полипептидов. В своей автобиографии
Гамов писал: "...работа была столь же трудна, как расшифровка секретного
военного кода на основе только двух коротких посланий, добытых шпионами.
Так как в то время я (Гамов. - В.Р.) был консультантом в Военно-морском
министерстве Соединенных Штатов в Вашингтоне, я пошел к адмиралу, под
командованием которого находился, и спросил, можно ли поручить
сверхсекретной криптографической группе расшифровку японского кода. В
результате в моем отделе Университета им.Дж.Вашингтона появились три
человека...
Я поставил перед ними задачу, и через несколько недель они сообщили
мне, что она не имеет решения. То же заключение было получено моими
друзьями-биологами: Мартинасом Ичасом, уроженцем Литвы, и Сиднеем
Бреннером, уроженцем Южной Африки. Это исключило возможность
перекрывающегося кода..."
В целом такая же судьба постигла и другие гипотезы. Гамов и Ичас
предложили гипотезу "комбинаторного" кода, где все триплеты одинакового
состава считались синонимами; 64 триплета образовали 20 групп (магическое
число!); код был вырожден, триплеты в тексте не перекрывались. Очень похоже
на правду! Но и этот код был забракован.
Крик, Гриффитс (племянник открывателя трансформации) и Л.Орджел
предложили идею "кода без запятых", когда триплеты в тексте не отделены
какими-либо знаками, но считываются единственным образом: кодирующие - 20
гетеротриплетов, а все их циклические перестановки (40) - некодирующие.
Четыре гомотриплета в этом случае - тоже некодирующие. Этот вариант также
не подтвердился, хотя сама проблема "кодов без запятых" исследуется
математиками до сих пор.
В этом умственном состязании участвовали многие выдающиеся математики,
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
