Страница:
Под руководством М. Перуца Крик исследовал молекулярную структуру белков, в связи с чем у него возник интерес к генетическому коду последовательности аминокислот в белковых молекулах.
Около 20 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 Уотсон пригласил Крика на работу в Кавендишскую лабораторию.
Джеймс Дьюи Уотсон родился 6 апреля 1928 года в Чикаго (штат Иллинойс). Он был единственным ребенком в семье бизнесмена Джеймса Д. Уотсона и Джин (Митчелл) Уотсон. В родном городе мальчик 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. Окончив в 1947 году университет со степенью бакалавра естественных наук, он продолжил затем образование в Индианском университете Блумингтона.
К этому времени Уотсон заинтересовался генетикой и начал обучение в Индиане под руководством специалиста в этой области Г.Д. Меллера и бактериолога С. Лурия. В 1950 году молодой ученый получил степень доктора философии за диссертацию о влиянии рентгеновских лучей на размножение бактериофагов (вирусов, инфицирующих бактерии). 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 бактериофагом стали его тяготить, ему хотелось узнать больше об истинной структуре молекул ДНК, о которых так увлеченно говорили генетики.
В 1944 году Эйвери, Мак-Леод, Мак-Карти установили важнейший факт, что наследуемая передача признаков у бактерий осуществляется ДНК. Тогда же американский биолог О. Эйвери представил доказательства, что гены состоят из ДНК. Эту гипотезу подтвердили в 1952 году А. Херши и М. Чейз. Вместе с тем 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 Уилкинса, английского исследователя. Уилкинс и Розалин Франклин, его коллега по Королевскому колледжу Кембриджского университета, провели рентгеноструктурный анализ молекул ДНК. В результате они доказали, что молекулы 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 Д.К. Кендрю. Там он и познакомился с Криком, физиком, интересовавшимся биологией и писавшим в то время докторскую диссертацию.
«Это была интеллектуальная любовь с первого взгляда, – утверждает один историк науки. – Их научные воззрения и интересы – самая важная проблема, которую надо решать, если вы биолог». Несмотря на общность интересов, взглядов на жизнь и стиль мышления, Уотсон и Крик беспощадно, хотя и вежливо, критиковали друг друга. Их роли в этом интеллектуальном дуэте были разными. «Френсис был мозгом, а я – чувством», – говорит Уотсон.
Начиная с 1952 года, основываясь на ранних исследованиях Чаргаффа, Уилкинса и Франклин, Крик и Уотсон решили попытаться определить химическую структуру ДНК.
Вспоминая об отношении к ДНК подавляющего большинства биологов тех дней, Уотсон писал: «После опытов Эйвери было похоже, что именно ДНК основной генетический материал. Таким образом, выяснение химического строения ДНК могло оказаться важным шагом к пониманию того, как воспроизводятся гены. Но в отличие от белков, относительно ДНК имелось очень мало точно установленных химических сведений. Ею занимались считанные химики, и за исключением того факта, что нуклеиновые кислоты представляют собой очень большие молекулы, построенные из меньших строительных блоков – нуклеотидов, об их химии не было известно ничего такого, за что мог бы ухватиться генетик. Более того, химики-органики, работавшие с ДНК, почти никогда не интересовались генетикой».
Американские ученые постарались свести воедино все имевшиеся до сих пор сведения о ДНК, как физико-химические, так и биологические. Как пишет В.Н. Сойфер: «Уотсон и Крик подвергли анализу данные рентгеноструктурного анализа ДНК, сопоставили их с результатами химических исследований соотношения нуклеотидов в ДНК (правила Чаргаффа) и применили к ДНК идею Л. Полинга о возможности существования спиральных полимеров, высказанную им в отношении белков. В результате они смогли предложить гипотезу о структуре ДНК, согласно которой ДНК представлялась составленной из двух полинуклеотидных нитей, соединенных водородными связями и взаимно закрученных друг относительно друга. Гипотеза Уотсона и Крика так просто объясняла большинство загадок о функционировании ДНК как генетической матрицы, что она буквально сразу была принята генетиками и в короткий срок экспериментально доказана».
Исходя из этого, Уотсон и Крик предложили следующую модель ДНК:
1. Две цепочки в структуре ДНК обвиты одна вокруг другой и образуют правозакрученную спираль.
2. Каждая цепь составлена регулярно повторяющимися остатками фосфорной кислоты и сахара дезоксирибозы. К остаткам сахара присоединены азотистые основания (по одному на каждый сахарный остаток).
3. Цепочки фиксированы друг относительно друга водородными связями, соединяющими попарно азотистые основания. В результате оказывается, что фосфорные и углеводные остатки расположены на наружной стороне спирали, а основания заключены внутри ее. Основания перпендикулярны к оси цепочек.
4. Имеется правило отбора для соединения оснований в пары. Пуриновое основание может сочетаться с пиримидиновым, и, более того, тимин может соединяться только с аденином, а гуанин – с цитозином…
5. Можно поменять местами: а) участников данной пары; б) любую пару на другую пару, и это не приведет к нарушению структуры, хотя решающим образом скажется на ее биологической активности.
«Наша структура, – писали Уотсон и Крик, – состоит, таким образом, из двух цепочек, каждая из которых является комплементарной по отношению к другой».
В феврале 1953 года Крик и Уотсон сделали сообщение о структуре ДНК. Месяцем позже они создали трехмерную модель молекулы ДНК, сделанную из шариков, кусочков картона и проволоки.
Уотсон написал об открытии своему шефу Дельбрюку, а тот – Нильсу Бору: «Потрясающие вещи происходят в биологии. Мне кажется, Джим Уотсон сделал открытие, сравнимое с тем, что сделал Резерфорд в 1911 году». Стоит напомнить, что в 1911 году Резерфорд открыл атомное ядро.
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.
Структура ДНК, предложенная Уотсоном и Криком, отлично удовлетворяла главному критерию, выполнение которого было необходимо для молекулы, претендующей на роль хранилища наследственной информации. «Остов нашей модели в высокой степени упорядочен, и последовательность пар оснований является единственным свойством, которое может обеспечить передачу генетической информации», – писали они.
Крик и Уотсон завершили создание модели ДНК в 1953 году, а через девять лет совместно с Уилкинсом они получили 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. Энгстрем 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». Энгстрем 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 сотрудником кафедры биологии Калифорнийского технологического института в Пасадене (штат Калифорния). В 1955 году, когда он работал ассистентом профессора биологии в Гарвардском университете Кембриджа (штат 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 года Уотсон – директор лаборатории молекулярной биологии в Колд-Спринг-Харборе (Лонг-Айленд). 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 поселилась в доме, построенном в XIX веке на территории университетского городка.
«Уотсон – гений, поэтому он всегда будет возмущать обывателей, – говорит академик Лев Кисилев. – Он все время примерно на 20 лет опережает ситуацию. У него так голова устроена, он ничего с собой сделать не может».
Словно в подтверждение слов российского ученого, Уотсон в очередной раз разразился сенсационным и шокирующим заявлением. Выступая по Британскому телевидению в передаче, посвященной пятидесятилетию своего открытия, Уотсон заявил, что низкий уровень интеллекта является наследственным заболеванием и что молекулярные биологи просто обязаны прибегнуть к возможностям генной инженерии, чтобы одолеть глупость.
«Глупость – это настоящая болезнь, – сказал в телеинтервью Уотсон, занимающий ныне пост президента Лаборатории Колд-Спринг-Харбор в Нью-Йорке. – Если говорить о тех 10 процентах популяции, которые испытывают трудности даже с усвоением программы начальной школы, то в чем причина? Многие говорят, что дело в бедности, педагогической запущенности и тому подобных вещах. А я считаю, что это болезнь, от которой нужно научиться лечить с помощью генетической терапии». По мнению Уотсона, генами, влияющими на внешность человека, тоже следовало бы управлять: «Люди говорят, что это будет кошмаром, если мы сделаем всех девушек красивыми. А я считаю, это будет здорово».
Что касается Крика, то в 1953 году он получил степень доктора философии в Кембридже, защитив диссертацию, посвященную рентгеновскому 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. После открытия транспортной РНК следовало выяснить, каким образом аминокислоты определяют нужное место при сборке полипептидной цепи.
«Крик предложил адапторную гипотезу, согласно которой в клетке должно существовать, по крайней мере, 20 сортов особых адапторных РНК, роль которых сводится к тому, чтобы соединяться с аминокислотами (отсюда двадцать сортов адапторных РНК – по одному сорту на каждую аминокислоту) и уметь узнавать соответствующий данной аминокислоте кодон, – пишет В.Н. Сойфер. – Поскольку соединение РНК с аминокислотой не могло совершаться без участия ферментов, Крик постулировал существование не менее 20 специфических активирующих ферментов, катализирующих реакцию присоединения каждой аминокислоты к соответствующей адапторной РНК».
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 Г. 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».
P.S. Френсис Крик ушел из жизни 28 июля 2004 года.
КОНРАД ЛОРЕНЦ
Около 20 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 Уотсон пригласил Крика на работу в Кавендишскую лабораторию.
Джеймс Дьюи Уотсон родился 6 апреля 1928 года в Чикаго (штат Иллинойс). Он был единственным ребенком в семье бизнесмена Джеймса Д. Уотсона и Джин (Митчелл) Уотсон. В родном городе мальчик 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. Окончив в 1947 году университет со степенью бакалавра естественных наук, он продолжил затем образование в Индианском университете Блумингтона.
К этому времени Уотсон заинтересовался генетикой и начал обучение в Индиане под руководством специалиста в этой области Г.Д. Меллера и бактериолога С. Лурия. В 1950 году молодой ученый получил степень доктора философии за диссертацию о влиянии рентгеновских лучей на размножение бактериофагов (вирусов, инфицирующих бактерии). 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 бактериофагом стали его тяготить, ему хотелось узнать больше об истинной структуре молекул ДНК, о которых так увлеченно говорили генетики.
В 1944 году Эйвери, Мак-Леод, Мак-Карти установили важнейший факт, что наследуемая передача признаков у бактерий осуществляется ДНК. Тогда же американский биолог О. Эйвери представил доказательства, что гены состоят из ДНК. Эту гипотезу подтвердили в 1952 году А. Херши и М. Чейз. Вместе с тем 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 Уилкинса, английского исследователя. Уилкинс и Розалин Франклин, его коллега по Королевскому колледжу Кембриджского университета, провели рентгеноструктурный анализ молекул ДНК. В результате они доказали, что молекулы 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 Д.К. Кендрю. Там он и познакомился с Криком, физиком, интересовавшимся биологией и писавшим в то время докторскую диссертацию.
«Это была интеллектуальная любовь с первого взгляда, – утверждает один историк науки. – Их научные воззрения и интересы – самая важная проблема, которую надо решать, если вы биолог». Несмотря на общность интересов, взглядов на жизнь и стиль мышления, Уотсон и Крик беспощадно, хотя и вежливо, критиковали друг друга. Их роли в этом интеллектуальном дуэте были разными. «Френсис был мозгом, а я – чувством», – говорит Уотсон.
Начиная с 1952 года, основываясь на ранних исследованиях Чаргаффа, Уилкинса и Франклин, Крик и Уотсон решили попытаться определить химическую структуру ДНК.
Вспоминая об отношении к ДНК подавляющего большинства биологов тех дней, Уотсон писал: «После опытов Эйвери было похоже, что именно ДНК основной генетический материал. Таким образом, выяснение химического строения ДНК могло оказаться важным шагом к пониманию того, как воспроизводятся гены. Но в отличие от белков, относительно ДНК имелось очень мало точно установленных химических сведений. Ею занимались считанные химики, и за исключением того факта, что нуклеиновые кислоты представляют собой очень большие молекулы, построенные из меньших строительных блоков – нуклеотидов, об их химии не было известно ничего такого, за что мог бы ухватиться генетик. Более того, химики-органики, работавшие с ДНК, почти никогда не интересовались генетикой».
Американские ученые постарались свести воедино все имевшиеся до сих пор сведения о ДНК, как физико-химические, так и биологические. Как пишет В.Н. Сойфер: «Уотсон и Крик подвергли анализу данные рентгеноструктурного анализа ДНК, сопоставили их с результатами химических исследований соотношения нуклеотидов в ДНК (правила Чаргаффа) и применили к ДНК идею Л. Полинга о возможности существования спиральных полимеров, высказанную им в отношении белков. В результате они смогли предложить гипотезу о структуре ДНК, согласно которой ДНК представлялась составленной из двух полинуклеотидных нитей, соединенных водородными связями и взаимно закрученных друг относительно друга. Гипотеза Уотсона и Крика так просто объясняла большинство загадок о функционировании ДНК как генетической матрицы, что она буквально сразу была принята генетиками и в короткий срок экспериментально доказана».
Исходя из этого, Уотсон и Крик предложили следующую модель ДНК:
1. Две цепочки в структуре ДНК обвиты одна вокруг другой и образуют правозакрученную спираль.
2. Каждая цепь составлена регулярно повторяющимися остатками фосфорной кислоты и сахара дезоксирибозы. К остаткам сахара присоединены азотистые основания (по одному на каждый сахарный остаток).
3. Цепочки фиксированы друг относительно друга водородными связями, соединяющими попарно азотистые основания. В результате оказывается, что фосфорные и углеводные остатки расположены на наружной стороне спирали, а основания заключены внутри ее. Основания перпендикулярны к оси цепочек.
4. Имеется правило отбора для соединения оснований в пары. Пуриновое основание может сочетаться с пиримидиновым, и, более того, тимин может соединяться только с аденином, а гуанин – с цитозином…
5. Можно поменять местами: а) участников данной пары; б) любую пару на другую пару, и это не приведет к нарушению структуры, хотя решающим образом скажется на ее биологической активности.
«Наша структура, – писали Уотсон и Крик, – состоит, таким образом, из двух цепочек, каждая из которых является комплементарной по отношению к другой».
В феврале 1953 года Крик и Уотсон сделали сообщение о структуре ДНК. Месяцем позже они создали трехмерную модель молекулы ДНК, сделанную из шариков, кусочков картона и проволоки.
Уотсон написал об открытии своему шефу Дельбрюку, а тот – Нильсу Бору: «Потрясающие вещи происходят в биологии. Мне кажется, Джим Уотсон сделал открытие, сравнимое с тем, что сделал Резерфорд в 1911 году». Стоит напомнить, что в 1911 году Резерфорд открыл атомное ядро.
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.
Структура ДНК, предложенная Уотсоном и Криком, отлично удовлетворяла главному критерию, выполнение которого было необходимо для молекулы, претендующей на роль хранилища наследственной информации. «Остов нашей модели в высокой степени упорядочен, и последовательность пар оснований является единственным свойством, которое может обеспечить передачу генетической информации», – писали они.
Крик и Уотсон завершили создание модели ДНК в 1953 году, а через девять лет совместно с Уилкинсом они получили 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. Энгстрем 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». Энгстрем 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 сотрудником кафедры биологии Калифорнийского технологического института в Пасадене (штат Калифорния). В 1955 году, когда он работал ассистентом профессора биологии в Гарвардском университете Кембриджа (штат 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 года Уотсон – директор лаборатории молекулярной биологии в Колд-Спринг-Харборе (Лонг-Айленд). 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 поселилась в доме, построенном в XIX веке на территории университетского городка.
«Уотсон – гений, поэтому он всегда будет возмущать обывателей, – говорит академик Лев Кисилев. – Он все время примерно на 20 лет опережает ситуацию. У него так голова устроена, он ничего с собой сделать не может».
Словно в подтверждение слов российского ученого, Уотсон в очередной раз разразился сенсационным и шокирующим заявлением. Выступая по Британскому телевидению в передаче, посвященной пятидесятилетию своего открытия, Уотсон заявил, что низкий уровень интеллекта является наследственным заболеванием и что молекулярные биологи просто обязаны прибегнуть к возможностям генной инженерии, чтобы одолеть глупость.
«Глупость – это настоящая болезнь, – сказал в телеинтервью Уотсон, занимающий ныне пост президента Лаборатории Колд-Спринг-Харбор в Нью-Йорке. – Если говорить о тех 10 процентах популяции, которые испытывают трудности даже с усвоением программы начальной школы, то в чем причина? Многие говорят, что дело в бедности, педагогической запущенности и тому подобных вещах. А я считаю, что это болезнь, от которой нужно научиться лечить с помощью генетической терапии». По мнению Уотсона, генами, влияющими на внешность человека, тоже следовало бы управлять: «Люди говорят, что это будет кошмаром, если мы сделаем всех девушек красивыми. А я считаю, это будет здорово».
Что касается Крика, то в 1953 году он получил степень доктора философии в Кембридже, защитив диссертацию, посвященную рентгеновскому 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. После открытия транспортной РНК следовало выяснить, каким образом аминокислоты определяют нужное место при сборке полипептидной цепи.
«Крик предложил адапторную гипотезу, согласно которой в клетке должно существовать, по крайней мере, 20 сортов особых адапторных РНК, роль которых сводится к тому, чтобы соединяться с аминокислотами (отсюда двадцать сортов адапторных РНК – по одному сорту на каждую аминокислоту) и уметь узнавать соответствующий данной аминокислоте кодон, – пишет В.Н. Сойфер. – Поскольку соединение РНК с аминокислотой не могло совершаться без участия ферментов, Крик постулировал существование не менее 20 специфических активирующих ферментов, катализирующих реакцию присоединения каждой аминокислоты к соответствующей адапторной РНК».
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 Г. 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».
P.S. Френсис Крик ушел из жизни 28 июля 2004 года.
КОНРАД ЛОРЕНЦ
(1903—1989)
Лоренц – один из тех ученых, чьи труды не только определили прогресс науки, но и оказали сильное воздействие на самопонимание, самознание человека.
Конрад Захариас Лоренц родился 7 ноября 1903 года в Альтенберге, близ Вены, в семье преуспевающего врача Адольфа Лоренца. Детство его прошло в богатом особняке, но большую часть времени мальчик проводил, бродя по окрестностям Альтенберга. Тогда, по словам Лоренца, он проникся «чрезмерной любовью к животным». Он собирает коллекцию птиц и млекопитающих, а дома устраивает настоящий зоопарк, где изучал особенности поведения животных.
Получив начальное образование в частной школе, Конрад попал в престижнейшее учебное заведение – «Шоттен-гимназиум». Здесь зародилось его увлечение теорией Дарвина и принципами эволюции. Но желание Лоренца посвятить себя биологии и палеонтологии не исполнилось: по настоянию отца Конрад поступил на медицинский факультет Венского университета. Неудивительно, что с особым интересом он слушал лекции, которые читали выдающиеся биологи.
Получив диплом врача, Лоренц не занимался медицинской практикой. Его увлекала новая наука этология – наука о поведении животных и человека как биологического существа. Собственно, он и был одним из основоположников этой науки.
Большое значение для Лоренца имела стажировка в двадцатые годы в Англии под руководством известного биолога и мыслителя Джулиана Хаксли. Вернувшись на родину, он начал с наблюдений за поведением птиц, распространив их впоследствии на весь животный мир. Еще в ранней юности, наблюдая за поведением обитателей своего домашнего зоопарка – уток, Лоренц обнаружил, что животные способны передавать друг другу знания, приобретенные путем обучения. Это явление, ставшее полной неожиданностью для науки того времени, потом было названо импринтингом (запечатлением).
В тридцатые годы Лоренц стал одним из признанных лидеров биологии, и вокруг него сложилась группа учеников. В 1930 году Конрад познакомился со своим будущим учеником и единомышленником, голландским биологом Николасом Тинбергеном. Их взгляды, как сказал потом Лоренц, «совпали до неправдоподобной степени».
Перед самым началом мировой войны они высказали революционную гипотезу о том, что инстинктивное поведение начинается с внутренних мотивов, заставляющих животное находить определенный набор стимулов, обусловленных средой или окружением.
После оккупации Австрии гитлеровской Германией Лоренц остался без работы. И хотя благодаря помощи друзей Конрад получил приглашение в Кенигсбергский университет, престижная кафедра Канта не позволила ему работать с животными.
Во время войны ученого мобилизовали и отправили врачом в военный госпиталь в Белоруссии. В 1944 году, при отступлении немецкой армии, Лоренц попал в плен. Он находился в лагере для военнопленных в Армении. Пленных водили на работы, во время которых он сделал одно из своих решающих открытий: «Наблюдая полудиких коз армянского нагорья, я заметил однажды, как уже при первых отдаленных раскатах грома они отыскивали в скалах подходящие пещеры, целесообразно готовясь к возможному дождю. То же они делали, когда поблизости раздавался грохот взрывов. Я вполне отчетливо помню, что при этом наблюдении я внезапно осознал: в естественных условиях образование условных реакций лишь тогда способствует сохранению вида, когда условный стимул находится в причинной связи с безусловным».
Вряд ли подобное наблюдение вызвало бы столь глубокие выводы у обыкновенного ученого.
Как рассказывает А.И. Федоров: «В 1948 году Лоренц одним из первых в числе австрийцев, насильственно мобилизованных в немецкую армию, был освобожден из плена. В лагере он уже начал писать книгу о поведении животных и человека, окончательный вариант которой, составивший итог всей его жизни, – «Оборотная сторона зеркала». За неимением лучших средств он писал гвоздем на бумаге от мешков из-под цемента, пользуясь марганцовкой вместо чернил. Окружающие относились к его занятиям с пониманием. «Профессора», который был старше других пленных, уважало также и лагерное начальство. Когда ему пришло время уезжать, он попросил разрешения взять с собой свою «рукопись». Офицер госбезопасности, от которого это зависело, предложил Лоренцу перепечатать книгу, дав для этого машинку с латинским шрифтом и бумагу. Когда «профессор» это сделал, офицер попросил автора дать честное слово, что в рукописи ничего нет о политике, и разрешил взять ее с собой. Более того, он дал Лоренцу «охранную грамоту», чтобы рукопись не отбирали на этапах! Это кажется невероятным, но Лоренц, лучше нас с вами знавший человеческую природу, не был удивлен. Наконец, усталый, но полный энтузиазма и замыслов, Лоренц возвратился в Альтенберг, к своей семье».
Работы для него на родине не было, и ученый отправляется в ФРГ, где вместе с физиологом Э. фон Гольстом он возглавил институт в Зеевизене, в Баварии. Только теперь он получил достойные условия для исследовательской работы.
В 1963 году вышла книга «Так называемое зло: о природе агрессии», принесшая Лоренцу мировую известность. В этой книге исследователь рассказал о внутривидовой агрессии и ее роли в образовании высших форм поведения.
В конце шестидесятых годов Лоренц по приглашению Австрийской академии наук возвратился на родину. Академия организовала для него Институт сравнительного изучения поведения.
В последние годы жизни Лоренц, как всегда, много работал. Сознавая свою ответственность перед людьми, ученый выступал по венскому радио с популярными лекциями о биологическом положении в современном мире, опубликованными затем под названием «Восемь смертных грехов цивилизованного человечества». Лоренц с тревогой говорил о перенаселении, опустошении жизненного пространства, генетическом вырождение и разрыве с традициями…
В 1973 году вышла в свет окончательная редакция уже упомянутой «Оборотной стороны зеркала» – главной книги Лоренца. Это произведение содержит исключительный по глубине обзор поведения животных и человека и вместе с тем и общую картину современной биологии. Ученый выдвинул интересные гипотезы. Так, в книге изложена гипотеза о происхождении человеческого мышления, а значит, и самого человека. Само происхождение жизни Лоренц также рассматривал как естественное событие, допускающее научное объяснение.
Лоренц говорил о предмете своего исследования: «Этология как отрасль науки возникла тогда, когда при исследовании поведения животных и человека начали применять постановки вопросов и методы, самоочевидные и обязательные со времен Чарлза Дарвина во всех других биологических дисциплинах. Причины такого удивительного запоздания заключаются в истории изучения поведения, которой мы коснемся еще в главе об индоктринировании. Этология рассматривает поведение животных и человека как функцию системы, обязанной своим существованием и своей особой формой историческому ходу ее становления, отразившемуся в истории вида, в развитии индивида и, у человека, в истории культуры. На вопрос о причине: почему определенная система обладает такими, а не другими свойствами, – правомерным ответом может быть лишь естественное объяснение этого хода развития.
В возникновении всех органических форм наряду с процессами мутации и рекомбинации генов важнейшую роль играет естественный отбор. В процессе отбора вырабатывается то, что мы называем приспособлением: это настоящий познавательный процесс, посредством которого организм воспринимает содержащуюся в окружающей среде информацию, важную для его выживания, или, иными словами, знание об окружающей среде».
При этологическом подходе становится очевидным, что каждый акт познания есть взаимодействие между некоторой частью мира, внешней по отношению к организму, и самим организмом или теми его органами, функцией которых является познание.
«Самое удивительное свойство живого – и в то же время больше всего нуждающееся в объяснении – состоит в том, что оно развивается как будто вопреки законам вероятности, в направлении от более вероятного к более невероятному, от более простого к более сложному, от систем с более низкой гармонией к системам с более высокой гармонией, – пишет Лоренц. – Между тем при этом нисколько не нарушаются вездесущие законы физики, и, в частности, второй закон термодинамики сохраняет силу и для живых систем. Все жизненные процессы поддерживаются перепадом рассеивающейся в мире, или, как говорят физики, диссипирующей, энергии. По образному выражению одного из моих венских друзей, жизнь «пожирает отрицательную энтропию».
Все живые системы устроены таким образом, что способны захватывать и накапливать энергию. Отто Ресслеру принадлежит прекрасное сравнение жизни, действующей в потоке диссипирующей мировой энергии, с песчаной отмелью в реке, отложившейся поперек течения и способной задержать тем больше песка, чем больше она уже успела его набрать. Очевидно, что живые системы могут поглощать тем больше энергии, чем больше они уже поглотили ее: в благоприятных условиях живое существо растет и размножается. Много больших животных пожирает, разумеется, больше, чем небольшое число малых. Таким образом, организмы – это системы, получающие энергию в цепи с так называемой положительной обратной связью».
Удивительно, как Лоренц, уже будучи в зрелом возрасте, смог проникнуться идеями основателя кибернетики Винера. Применение кибернетического подхода привело к образованию новой науки: теоретической биологии.
Как отмечает А.И. Федоров: «Всю книгу красной нитью пронизывает «кибернетический подход». Эволюцию уже давно рассматривают как последовательность «мутаций», создающих материал для отбора. Но что такое мутации? Лоренц отбрасывает представление, что мутация – это всегда малое случайное изменение, а весь процесс изменчивости состоит из накопления таких небольших событий. Он видит движущую силу эволюции в образовании новых регулирующих контуров. Когда линейная последовательность процессов, действующих друг на друга в определенном порядке, замыкается в контур, то последний процесс начинает действовать на первый, и возникает новая обратная связь. Такое случайное событие Лоренц называет фульгурацией, от латинского слова, означающего удар молнии. Он представляет себе эволюцию в виде ряда резких скачков, создающих качественно новые свойства живой системы. Таким образом, не только действие уже существующих организмов, но и самое возникновение органического мира получает кибернетическое истолкование».
В 1973 году Лоренцу совместно с Тинбергеном и Карлом фон Фришем была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине «за открытия, связанные с созданием и установлением моделей индивидуального и группового поведения животных».
Конрад Захариас Лоренц родился 7 ноября 1903 года в Альтенберге, близ Вены, в семье преуспевающего врача Адольфа Лоренца. Детство его прошло в богатом особняке, но большую часть времени мальчик проводил, бродя по окрестностям Альтенберга. Тогда, по словам Лоренца, он проникся «чрезмерной любовью к животным». Он собирает коллекцию птиц и млекопитающих, а дома устраивает настоящий зоопарк, где изучал особенности поведения животных.
Получив начальное образование в частной школе, Конрад попал в престижнейшее учебное заведение – «Шоттен-гимназиум». Здесь зародилось его увлечение теорией Дарвина и принципами эволюции. Но желание Лоренца посвятить себя биологии и палеонтологии не исполнилось: по настоянию отца Конрад поступил на медицинский факультет Венского университета. Неудивительно, что с особым интересом он слушал лекции, которые читали выдающиеся биологи.
Получив диплом врача, Лоренц не занимался медицинской практикой. Его увлекала новая наука этология – наука о поведении животных и человека как биологического существа. Собственно, он и был одним из основоположников этой науки.
Большое значение для Лоренца имела стажировка в двадцатые годы в Англии под руководством известного биолога и мыслителя Джулиана Хаксли. Вернувшись на родину, он начал с наблюдений за поведением птиц, распространив их впоследствии на весь животный мир. Еще в ранней юности, наблюдая за поведением обитателей своего домашнего зоопарка – уток, Лоренц обнаружил, что животные способны передавать друг другу знания, приобретенные путем обучения. Это явление, ставшее полной неожиданностью для науки того времени, потом было названо импринтингом (запечатлением).
В тридцатые годы Лоренц стал одним из признанных лидеров биологии, и вокруг него сложилась группа учеников. В 1930 году Конрад познакомился со своим будущим учеником и единомышленником, голландским биологом Николасом Тинбергеном. Их взгляды, как сказал потом Лоренц, «совпали до неправдоподобной степени».
Перед самым началом мировой войны они высказали революционную гипотезу о том, что инстинктивное поведение начинается с внутренних мотивов, заставляющих животное находить определенный набор стимулов, обусловленных средой или окружением.
После оккупации Австрии гитлеровской Германией Лоренц остался без работы. И хотя благодаря помощи друзей Конрад получил приглашение в Кенигсбергский университет, престижная кафедра Канта не позволила ему работать с животными.
Во время войны ученого мобилизовали и отправили врачом в военный госпиталь в Белоруссии. В 1944 году, при отступлении немецкой армии, Лоренц попал в плен. Он находился в лагере для военнопленных в Армении. Пленных водили на работы, во время которых он сделал одно из своих решающих открытий: «Наблюдая полудиких коз армянского нагорья, я заметил однажды, как уже при первых отдаленных раскатах грома они отыскивали в скалах подходящие пещеры, целесообразно готовясь к возможному дождю. То же они делали, когда поблизости раздавался грохот взрывов. Я вполне отчетливо помню, что при этом наблюдении я внезапно осознал: в естественных условиях образование условных реакций лишь тогда способствует сохранению вида, когда условный стимул находится в причинной связи с безусловным».
Вряд ли подобное наблюдение вызвало бы столь глубокие выводы у обыкновенного ученого.
Как рассказывает А.И. Федоров: «В 1948 году Лоренц одним из первых в числе австрийцев, насильственно мобилизованных в немецкую армию, был освобожден из плена. В лагере он уже начал писать книгу о поведении животных и человека, окончательный вариант которой, составивший итог всей его жизни, – «Оборотная сторона зеркала». За неимением лучших средств он писал гвоздем на бумаге от мешков из-под цемента, пользуясь марганцовкой вместо чернил. Окружающие относились к его занятиям с пониманием. «Профессора», который был старше других пленных, уважало также и лагерное начальство. Когда ему пришло время уезжать, он попросил разрешения взять с собой свою «рукопись». Офицер госбезопасности, от которого это зависело, предложил Лоренцу перепечатать книгу, дав для этого машинку с латинским шрифтом и бумагу. Когда «профессор» это сделал, офицер попросил автора дать честное слово, что в рукописи ничего нет о политике, и разрешил взять ее с собой. Более того, он дал Лоренцу «охранную грамоту», чтобы рукопись не отбирали на этапах! Это кажется невероятным, но Лоренц, лучше нас с вами знавший человеческую природу, не был удивлен. Наконец, усталый, но полный энтузиазма и замыслов, Лоренц возвратился в Альтенберг, к своей семье».
Работы для него на родине не было, и ученый отправляется в ФРГ, где вместе с физиологом Э. фон Гольстом он возглавил институт в Зеевизене, в Баварии. Только теперь он получил достойные условия для исследовательской работы.
В 1963 году вышла книга «Так называемое зло: о природе агрессии», принесшая Лоренцу мировую известность. В этой книге исследователь рассказал о внутривидовой агрессии и ее роли в образовании высших форм поведения.
В конце шестидесятых годов Лоренц по приглашению Австрийской академии наук возвратился на родину. Академия организовала для него Институт сравнительного изучения поведения.
В последние годы жизни Лоренц, как всегда, много работал. Сознавая свою ответственность перед людьми, ученый выступал по венскому радио с популярными лекциями о биологическом положении в современном мире, опубликованными затем под названием «Восемь смертных грехов цивилизованного человечества». Лоренц с тревогой говорил о перенаселении, опустошении жизненного пространства, генетическом вырождение и разрыве с традициями…
В 1973 году вышла в свет окончательная редакция уже упомянутой «Оборотной стороны зеркала» – главной книги Лоренца. Это произведение содержит исключительный по глубине обзор поведения животных и человека и вместе с тем и общую картину современной биологии. Ученый выдвинул интересные гипотезы. Так, в книге изложена гипотеза о происхождении человеческого мышления, а значит, и самого человека. Само происхождение жизни Лоренц также рассматривал как естественное событие, допускающее научное объяснение.
Лоренц говорил о предмете своего исследования: «Этология как отрасль науки возникла тогда, когда при исследовании поведения животных и человека начали применять постановки вопросов и методы, самоочевидные и обязательные со времен Чарлза Дарвина во всех других биологических дисциплинах. Причины такого удивительного запоздания заключаются в истории изучения поведения, которой мы коснемся еще в главе об индоктринировании. Этология рассматривает поведение животных и человека как функцию системы, обязанной своим существованием и своей особой формой историческому ходу ее становления, отразившемуся в истории вида, в развитии индивида и, у человека, в истории культуры. На вопрос о причине: почему определенная система обладает такими, а не другими свойствами, – правомерным ответом может быть лишь естественное объяснение этого хода развития.
В возникновении всех органических форм наряду с процессами мутации и рекомбинации генов важнейшую роль играет естественный отбор. В процессе отбора вырабатывается то, что мы называем приспособлением: это настоящий познавательный процесс, посредством которого организм воспринимает содержащуюся в окружающей среде информацию, важную для его выживания, или, иными словами, знание об окружающей среде».
При этологическом подходе становится очевидным, что каждый акт познания есть взаимодействие между некоторой частью мира, внешней по отношению к организму, и самим организмом или теми его органами, функцией которых является познание.
«Самое удивительное свойство живого – и в то же время больше всего нуждающееся в объяснении – состоит в том, что оно развивается как будто вопреки законам вероятности, в направлении от более вероятного к более невероятному, от более простого к более сложному, от систем с более низкой гармонией к системам с более высокой гармонией, – пишет Лоренц. – Между тем при этом нисколько не нарушаются вездесущие законы физики, и, в частности, второй закон термодинамики сохраняет силу и для живых систем. Все жизненные процессы поддерживаются перепадом рассеивающейся в мире, или, как говорят физики, диссипирующей, энергии. По образному выражению одного из моих венских друзей, жизнь «пожирает отрицательную энтропию».
Все живые системы устроены таким образом, что способны захватывать и накапливать энергию. Отто Ресслеру принадлежит прекрасное сравнение жизни, действующей в потоке диссипирующей мировой энергии, с песчаной отмелью в реке, отложившейся поперек течения и способной задержать тем больше песка, чем больше она уже успела его набрать. Очевидно, что живые системы могут поглощать тем больше энергии, чем больше они уже поглотили ее: в благоприятных условиях живое существо растет и размножается. Много больших животных пожирает, разумеется, больше, чем небольшое число малых. Таким образом, организмы – это системы, получающие энергию в цепи с так называемой положительной обратной связью».
Удивительно, как Лоренц, уже будучи в зрелом возрасте, смог проникнуться идеями основателя кибернетики Винера. Применение кибернетического подхода привело к образованию новой науки: теоретической биологии.
Как отмечает А.И. Федоров: «Всю книгу красной нитью пронизывает «кибернетический подход». Эволюцию уже давно рассматривают как последовательность «мутаций», создающих материал для отбора. Но что такое мутации? Лоренц отбрасывает представление, что мутация – это всегда малое случайное изменение, а весь процесс изменчивости состоит из накопления таких небольших событий. Он видит движущую силу эволюции в образовании новых регулирующих контуров. Когда линейная последовательность процессов, действующих друг на друга в определенном порядке, замыкается в контур, то последний процесс начинает действовать на первый, и возникает новая обратная связь. Такое случайное событие Лоренц называет фульгурацией, от латинского слова, означающего удар молнии. Он представляет себе эволюцию в виде ряда резких скачков, создающих качественно новые свойства живой системы. Таким образом, не только действие уже существующих организмов, но и самое возникновение органического мира получает кибернетическое истолкование».
В 1973 году Лоренцу совместно с Тинбергеном и Карлом фон Фришем была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине «за открытия, связанные с созданием и установлением моделей индивидуального и группового поведения животных».