Происхождение эволюции. Идея естественного отбора до и после Дарвина

Левин начал экспериментировать с нуклеиновыми кислотами, которые он выделял из клеток дрожжей, через несколько лет после публикации работ де Фриза, Корренса и Чермака. Получаемое им вещество в примерно равном количестве содержало аденин, гуанин, цитозин и урацил, а также химический фрагмент, известный как фосфатная группа — по сути, атом фосфора, окруженный четырьмя атомами кислорода. В этом веществе также присутствовала углеводная группа — сложное соединение, состоящее из углерода, водорода и кислорода, но на момент начала исследований Левина не было известно, что это за углевод. В 1909 г. он сумел выделить его и идентифицировать как сахар рибозу. Молекулы таких сахаров строятся вокруг пятиугольных колец, каждое из которых состоит из четырех атомов углерода и одного атома кислорода. Эти структуры могут присоединяться к другим молекулам и образовывать более сложные конструкции. Левин установил, что компоненты нуклеиновой кислоты объединены в химические единицы, которые состоят из фосфорной кислоты, рибозы и азотистого основания, и он назвал эти индивидуальные блоки «нуклеотидами». Но никто не знал, как они соединяются друг с другом.

Левин предположил, что молекула нуклеиновой кислоты состоит из цепи последовательно соединенных нуклеотидов, подобно позвонкам в позвоночнике. В 1909 г. он назвал такую молекулу «рибозонуклеиновая кислота», что вскоре стали сокращать до РНК. Поскольку в РНК присутствует равное количество четырех оснований, он предположил, что каждая молекула представляет собой короткую цепочку из четырех нуклеотидов, по одному на каждое из четырех оснований. Если говорить только об основаниях, в результате получается масса идентичных молекул, которые можно описать как А-Ц-У-Г, А-Ц-У-Г, А-Ц-У-Г и т. д. Эта модель получила название «тетрануклеотидная гипотеза». Позже выяснилось, что она была ошибочной, но именно она определяла представления ученых о нуклеиновых кислотах на протяжении нескольких десятилетий. В частности, благодаря ей считалось, что по-настоящему важными «молекулами жизни» являются белки, а нуклеиновые кислоты служат лишь неким каркасом, к которому прикрепляются молекулы белков.

Прошло еще 20 лет, прежде чем в 1929 г. Левин обнаружил, что существует еще один тип нуклеиновых кислот. Выяснилось, что в материале, выделенном из клеток вилочковой железы, содержится другая углеводная группа, а также основание тимин вместо урацила. Поскольку в каждой углеводной группе тут было на один атом кислорода меньше, чем в соответствующей ей рибозе, Левин назвал ее «дезоксирибоза», а содержащую ее нуклеиновую кислоту соответственно «дезоксирибозонуклеиновая кислота», или ДНК. Эти названия теперь обычно немного сокращаются до «рибонуклеиновой» и «дезоксирибонуклеиновой» кислот. Левин по-прежнему полагал, что нуклеотиды в молекуле ДНК должны быть соединены в строго определенном порядке: например, А-Ц-T-Г, A-Ц-T-Г, A-Ц-T-Г и т. д. вместо А-Ц-У-Г и т. д. Но за год до того, как он открыл и назвал молекулу ДНК, уже были обнаружены первые свидетельства того, что нуклеиновые кислоты являются не просто каркасом. Чтобы рассказать об этом, нам нужно снова вернуться на несколько лет назад.

Ключевой шаг к пониманию того, как работает эволюция, сделали Томас Морган и его коллеги из Колумбийского университета во втором десятилетии XX в. Морган работал не с горохом, а с плодовой мушкой дрозофилой, но проводил, по сути, те же эксперименты, что и Мендель. Горох дает потомство только раз в год, а мушки не просто размножаются каждые две недели — их самки откладывают сотни яиц за раз, обеспечивая исследователям огромный массив данных для анализа. Пол особи у дрозофил определяется одной из хромосом, и оказалось, что ее очень легко определить. Существует два типа определяющих пол особи хромосом, которые по их очертаниям называются X и Y. У многих животных клетки самок всегда несут пару XX, а клетки самцов — пару XY. Потомство всегда наследует хромосому X от матери, а хромосому X или Y от отца. Если отпрыск наследует вторую хромосому X, то он будет самкой, а если Y, то самцом. Но Морган обнаружил, что это далеко не все, что определяют эти хромосомы.