Происхождение эволюции. Идея естественного отбора до и после Дарвина

Теперь, когда получены рентгеновские снимки кристаллов белка, понятно, что у нас есть новый инструмент для их исследования. Изучив структуру всех кристаллических белков, мы сможем прийти к гораздо более детальным выводам о строении белка, чем это позволяли сделать прежние физические или химические методы.

На протяжении следующих двух десятилетий Дороти Ходжкин продолжала изучать важные биологические молекулы методом рентгеновской кристаллографии, за что в 1964 г. ей была присуждена Нобелевская премия по химии[49]. В результате многочисленных исследований ряда ученых выяснилось, насколько сложной структурой обладают эти молекулы жизни. Последовательность аминокислот в цепочке является только первичной структурой белка. Эти цепочки могут закручиваться в мотивы вроде спирали, которые являются вторичной структурой. А спирали и другие мотивы вторичной структуры могут образовывать своего рода трехмерный клубок — третичную структуру. Роль белков в биологических процессах определяется не только их химическим составом, но и конкретной формой этого трехмерного клубка, однако установить эту форму до появления высокоскоростных компьютеров было чрезвычайно сложной и трудоемкой задачей. До 1971 г. ученым удалось полностью определить трехмерное строение всего лишь семи белков; сегодня их число превысило 30 000. Тем не менее в 1944 г., когда было установлено, что «трансформирующий фактор» Фредерика Гриффита — это ДНК, молодая наука биомолекулярная кристаллография была почти готова принять следующий вызов.

После того как в 1928 г. были опубликованы результаты опытов Гриффита, другие исследователи попытались выяснить, чем является то, что передается от одного штамма бактерий к другому. Ключевую роль в этих исследованиях сыграл Освальд Эвери (1877–1955), возглавлявший группу ученых в Рокфеллеровском институте в Нью-Йорке. Эвери изучал пневмонию с 1913 г. и поначалу скептически отнесся к открытию Гриффита, которое на первый взгляд противоречило результатам исследований его коллег по определению различных штаммов пневмококков. Но его собственные эксперименты и эксперименты других групп вскоре подтвердили открытие Гриффита и обозначили новое направление поисков.

В 1931 г. группа Эвери обнаружила, что процесс трансформации может происходить даже без участия мышей. Выращивая пневмококки R в чашках Петри (это стандартный плоский лабораторный сосуд), в которых также находились мертвые пневмококки S, ученые смогли превратить живые пневмококки R в живые пневмококки S. Чтобы определить трансформирующий агент, они сначала последовательно замораживали и нагревали колонии бактерий типа S, чтобы разрушить клетки и получить жидкость, в которой их внутреннее содержимое было смешано с фрагментами их оболочек. Эти фрагменты отделили при помощи вращения пробирок со смесью на центрифуге: плотные фрагменты оболочек оседали на дно, а жидкость с внутренним содержимым оставалась наверху. Этой жидкости оказалось достаточно, чтобы трансформировать пневмококки R в пневмококки S.

Выяснение всех этих подробностей заняло немало времени, но к 1935 г. это было сделано. К следующему этапу исследований Эвери привлек еще двух исследователей — сначала уроженца Канады Колина Маклауда (1909–1972), а затем Маклина Маккарти (1911–2005), чтобы они помогли ему тщательно изучить трансформирующую жидкость. На завершение этой работы у них ушло почти десять лет: они по одному выявляли отдельные компоненты клетки, которые не отвечали за трансформацию, пока у них не остался всего один подозреваемый.

Первым кандидатом на роль трансформирующего агента был белок. Поэтому исследователи добавили в полученную из S-бактерий жидкость протеазу — фермент, который расщепляет молекулы белка на составляющие. Но жидкость все равно не утратила свои трансформирующие свойства. Затем они рассмотрели возможность того, что процесс изменения связан с гладкой оболочкой бактерий, состоящей из полисахаридов. Они проверили это предположение, применив другой фермент, который расщеплял полисахариды, но это тоже никак не повлияло на происходящее. Тогда им пришлось при помощи долгой череды химических процессов удалить все следы белков и полисахаридов, а потом провести тщательный химический анализ того, что осталось. Этот анализ показал, что, судя по соотношению углерода, водорода, азота и фосфора, в растворе оставалась нуклеиновая кислота. Последняя серия экспериментов показала, что это ДНК, а не РНК.