Вечное движение (О жизни и о себе)
Шрифт:
Красота движения в ее внутренней организации свойственна материк. Ученый, познавая материю, пытливо прикасается к тайне мироздания, это возвышает его. Наука - это дитя разума человека, итог развития производительных сил и одновременно зерно будущего. Она не существует отдельно от духовного мира человека. Познание возвышает ученого и окрашивает его добром. Наука становится прекрасным сонмом законов об объективной действительности, руководством к управлению силами природы.
Красота и добро в науке непременно содержатся в работах больших ученых. Читая эти работы, вы видите красоту движения, познания, красоту мира, силу мысли - испытующей, мятежной, критической и вместе с тем благоговейной. Конечно, в последнем счете добро и зло в науке решают социальные условия, в которых творит ученый. Строй капитализма связан с войной, и, увы, несмотря на могущество науки
Думая о генетике, можно сказать, что эта наука в наши дни превратилась в громадную цветущую область. Перед нею открыты необозримые горизонты будущего познания тайны жизни и многообразных связей с жизнью общества, с производственной деятельностью людей.
В начале века в классических опытах по гибридизации открыто существование генов, основных единиц наследственности. В 20-х годах создана хромосомная теория, суть которой состоит в доказательстве, что гены связаны с хромосомами ядра клетки. После этого на протяжении 30 лет шел период громадного накопления фактов, который сопровождался прорывами по целому ряду направлений. В эту эпоху на весь мир прогремели достижения Н. И. Вавилова, Н. К. Кольцова, С. С. Четверикова, Г. Д. Карпеченко, А. С. Серебровского и других советских ученых.
Гигантский взрыв, изменивший лицо генетики, произошел в 1953 году, когда была установлена молекулярная природа явлений наследственности. Еще в прошлом веке показано, что хромосомы содержат белок и нуклеиновую кислоту. Молекулярная структура нуклеиновых кислот оказалась тем субстратом, в котором сосредоточена, или, как говорят иначе, записана, наследственная информация, передающаяся как факел жизни от родителей к детям в каждом поколении. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) имеет генетически пассивную часть, которая составляет ее скелет и собственно генетический материал, а в нем сосредоточены сведения о наследственных свойствах организмов. Эта генетическая часть молекулы ДНК оказалась исключительно простой по своему содержанию и строению. Она имеет всего лишь четыре качественно различных строительных кирпича. Этими кирпичами служат азотистые основания - цитозин, гуанин, аденин и тимин.
Обнаружение молекулярной природы такого фундаментального свойства жизни, как наследственность, явилось переломным для биологии. Это открытие послужило источником, от которого взяла свое начало молекулярная генетика и молекулярная биология в целом.
В свете данных этих новых наук много сокровенных сторон жизни потеряли для ученых былую таинственность. Таинственными были основы, на которых зиждется размножение клетки и передача информации при размножении организмов. В чем суть программирования при индивидуальном развитии, когда от одной клетки в виде оплодотворенного яйца после целенаправленных процессов возникает взрослая особь. Стало ясным, что для осуществления всех этих явлений служат структуры и процессы, обеспечивающие передачу по клеточным поколениям всей полноты наследственной информации. Одновременно нельзя забывать, что генетические структуры создавались на протяжении всей истории вида, что они служат основой для его существования и базой для его эволюции в будущем.
Стало очевидным, что, если наследственность записана в молекулах нуклеиновых кислот, следовательно, в основе размножения генетического материала лежит размножение молекул. Именно этот принцип был четко сформулирован в гипотезе Н. К. Кольцова еще в 1928 году, когда он выдвинул мысль, что наследственные молекулы размножаются матричным путем. Он полагал, что исходная материнская молекула служит матрицей, по подобию которой в клетке строится копия, полностью повторяющая структуру исходной молекулы. Н. К. Кольцов, как и его современники, считал, что молекулярной основой наследственности служит белок. Теперь оказалось, что наследственность записана в молекулах ДНК. Понимание механизма матричного катализа конкретно приняло другой вид.
Молекула ДНК состоит из двух цепей, которые связаны между собою непрочными водородными связями. При размножении молекулы эти связи рвутся, и цепи освобождаются одна от другой. В каждой цепи все азотистые основания обладают
Раскрытие природы удвоения (ауторепродукции) молекул ДНК было гигантским шагом в истории новой биологии. Наступила эпоха изучения и вмешательства в глубины молекулярной механики размножения живого.
Однако какие особенности молекулы ДНК обеспечивают специфику наследственности вида и наследственные индивидуальные особенности особи? В молекуле ДНК имеется только четыре разных азотистых основания - А, Т, Г, Ц. Это указывало, что генетическое содержание молекул основано на специфике их взаимоположения, то есть на разных порядковых сочетаниях азотистых оснований вдоль линейной структуры этой молекулы. Было показано, что ген - это отрезок молекулы ДНК, в котором в среднем содержится около 1000 азотистых оснований. Эти основания линейно расположены в строго специфическом порядке, свойственном каждому гену. Картина дробимости гена и его внутренний линейный план предстали перед исследователями воочию на внутримолекулярном уровне. Запись биологической информации в молекуле ДНК была разгадана как особая форма кода. Под кодом понимается запись сложного содержания с помощью простых символов. Так, например, азбука Морзе содержит только два знака в виде тире и точки, и при этом, комбинируя эти две буквы кода, с помощью телеграмм можно передать любую мысль человека. Генетическая программа записывается с помощью четырехбуквенного кода. Азотистые основания через комбинации в их взаиморасположениях создают биологическую специфичность вида и особи.
Вполне понятно, что в свете этих данных новое содержание получила и теория мутаций. Наследственность организмов относительно устойчива. Но столь же характерна для живого и его изменчивость, без чего не было бы эволюции организмов. Эта изменчивость в исходном ее виде представлена появлением уклонений в отдельных признаках. Так, например, среди обычных рыжих лисиц появляется белая, среди обычно вирулентных форм вируса вдруг возникает особенно злокачественная форма, среди высоких пшениц возникает карлик и т. д. Такое появление изменений получило название мутаций. Проникнуть в тайну их природы долго не удавалось. Теперь в свете молекулярных основ наследственности стало очевидным, что природа мутаций коренится в химических преобразованиях молекул ДНК. При мутации изменяется то или иное азотистое основание в данном ее отрезке (в гене), что дает новые особенности генетической информации. Представим, что в отрезке одной нити молекулы ДНК имеется такой порядок оснований: АТТЦГААЦ. Во время синтеза, в результате ошибки, одно из оснований незаконно внедрится в молекулу, и она после синтеза примет такой вид:
А Т Т Ц Г А А Ц
Т А А !А! Ц Т Т Г
После этой ошибки новая молекула при синтезе на измененной нити будет иметь новую структуру:
+-+
Т А А|А|Ц Т Т Г
А Т Т|Т|Г А А Ц
+-+
Ее генетическая информация изменена, вместо исходной пары ЦГ, в ней имеется пара оснований AT.
Управлять процессами мутаций - значит овладеть одной из самых могущественных сил природы. Несколько десятилетий назад было открыто, что радиация и многие химические соединения проникают в клетку и вызывают многочисленные мутации. Теперь начато самое глубокое изучение взаимодействия энергии радиации и специфической энергии химических веществ, вступающих в реакцию с молекулами ДНК и изменяющих в ней порядок оснований или их количество.
В течение последних 25 лет роль белка в передаче наследственности была развенчана, наследственность оказалась связанной с нуклеиновыми кислотами. Однако основные жизненные процессы все же представляют собою форму существования белковых тел. Это показывало, что молекулы ДНК, переходя по поколениям, должны определять появление специфичных видовых и индивидуальных белков. Встала проблема взаимоотношения белков и нуклеиновых кислот в процессах устойчивого воспроизведения по поколениям наследственно закрепленного типа обмена веществ.