Двойная спираль. Забытые герои сражения за ДНК: читать начало книги онлайн

Это было мрачное время для Мишера. Его жена осталась в семейном доме в Базеле, хотя от самой семьи почти ничего не осталось. Старшие двое детей умерли молодыми, а выжившая дочь была помещена в психиатрическую больницу. В июне 1895 года Мишер психологически достиг точки невозврата и написал в университет, что уходит с любимой им должности профессора физиологии; в ответ университет повысил ему пособие, а город Базель направил благодарственное письмо за все, что тот для него сделал.

Вскоре после этого он получил письмо от Карла Людвига[24], своего бывшего наставника в Неврологическим институте в Лейпциге, которое должно было доставить ему некоторое утешение: «Как бы это ни было печально, Вам остается удовлетворение от проведенных Вами бессмертных исследований ядра. Когда ученые будут заниматься клетками в грядущие века, они будут с благодарностью вспоминать Ваше имя как первопроходца в этой области».

Сравните эти слова со следующими: «Фридрих Мишер был хорошо известным и способным ученым. …Если он не достиг высочайших успехов, это объясняется лишь определенными ослабляющими и препятствующими факторами в его организации». Это лучшее, что смогли сказать представители Базельского университета о своем профессоре физиологии на его панихиде всего несколькими неделями позднее.

Туберкулез унес жизнь Фридриха Мишера 26 августа 1895 года, через три недели после его 51-го дня рождения. Двумя неделями ранее до него дошла еще одна плохая весть от Боденского озера, находящегося всего в 80 километрах к северу от Давоса. Друг и коллега внезапно умер[25] в своем летнем домике, когда измерял газы, растворенные в воде озера. Все были потрясены, поскольку 71-летний Феликс Гоппе-Зейлер все еще отличался «юношеской упругой походкой» и «казалось, у него впереди было еще много лет».

Уход Мишера оставил лишь незначительную рябь на гладкой поверхности базельского общества, не говоря уже о более широком мире науки. В университете полагали, что память их «способного ученого» достаточно почтена в его великолепном Везалиануме. А его личное наследие было не то чтобы большое: слабый преподаватель и всего девять публикаций за три десятилетия исследовательской работы (менее десятой части от вклада Гоппе-Зейлера). Не было смысла рассуждать на тему «а если бы», поскольку те самые «ослабляющие и препятствующие факторы» – трудоголизм, патологический перфекционизм и неспособность довести дело до конца – прочно вошли в его внутреннее устройство.

Мишер оставил другим спасать его репутацию. Основную работу взял на себя Вильгельм Гис как дань любви[26] к своему племяннику. Он с друзьями обработал горы лабораторных заметок Мишера, незаконченных рукописей и писем, отшлифовал обработанные начерно драгоценные камни и заполнил пробелы, чтобы показать, как тот мог бы продвинуть науку – если бы только делал то, что ожидается от каждого ученого, и публиковал свои исследования. На это им потребовалось сильно больше года. «Гистохимические и физиологические работы Фридриха Мишера» вышли в двух томах в 1897 году, через два года после его смерти. В подзаголовке поясняется, что работы были «собраны и изданы его друзьями». Книга выглядит как юбилейное издание, посвященное удавшейся научной карьере; кроме того, это история увлекательного жизненного пути, рассказанная более красноречиво, чем это мог бы сделать сам Мишер. На фронтисписе помещен портрет погруженного в раздумья пожилого Мишера, по-видимому, размышляющего скорее о неудаче, чем об успехе.

В более чем 80 письмах, написанных к его коллегам-ученым, членам семьи и друзьям, содержатся некоторые болезненные откровения: рождение, созревание и смерть идей; эмоциональные качели жизни, посвященной исследованиям; его радостное возбуждение при открытии нуклеина; и тяжкое разочарование, когда Гоппе-Зейлер отверг его первую статью. Мишер позволяет мельком взглянуть на внутренние конфликты, которые сделали его тем, кем он стал, и которые помешали ему стать тем, кем он мог бы. «Пока я не отдам свои старые долги, я не могу переходить к новым задачам. Если бы у меня было бы столько же времени, сколько материала, я бы продвигался очень быстро»[27]. К сожалению, время никогда не было на его стороне, и когда он был профессором в Базеле, бившимся над преподаванием, и когда он был пациентом в Давосе, чьи легкие съедал туберкулез.

В одном из его последних писем есть горькое озарение: «Только когда я натыкаюсь на наполовину сформулированный фрагмент какого-нибудь своего открытия, опубликованного кем-то другим, я понимаю, чего я мог бы достичь»[28]. Один из его студентов дал более лаконичную оценку всему, что Мишеру не удалось сделать: «Корабль, нагруженный драгоценными сокровищами, который тонет прямо при входе в порт».

Во время последних месяцев в Давосе с нетронутой стопкой неоконченных рукописей Мишер продолжал строить теории о химии жизни – но только в письмах, которые, как он ожидал, останутся неопубликованными.

Его волновал вопрос, как характеристики передаются от одного поколения следующему, и особенно отличительные черты «больших, сложных» молекул, в которых должны быть записаны инструкции для жизни. Некоторые из этих размышлений кажутся поразительно современными – особенно его вера в то, что эти инструкции могут быть переданы[29] при помощи небольшого набора символов, «точно так же, как все слова и концепции на всех языках могут быть выражены при помощи от 24 до 30 букв алфавита».

Это выглядит как предчувствие генетического кода, который был предложен на уровне гипотезы в 1950-е и разгадан в конце 1960-х. Тем не менее нуклеин не имел к этому никакого отношения. В конце 1893 года в письме Вильгельму Гису Мишер утверждал, что только белки являются достаточно большими[30] и разнообразными, чтобы передавать наследственную информацию. Он рассчитал, что незначительные изменения структуры большого белка могут создавать свыше миллиарда различных вариантов – то есть миллионы развернутых инструкций можно передать довольно легко. Нуклеин был слишком мал и прост для такой работы. При молекулярной массе менее 1000 он казался просто карликом рядом с большими белками, масса которых превышала 10 000. Хотя его структура была все еще неизвестна, он никогда не смог бы конкурировать с разнообразием белков.

Тогда какова же роль нуклеина? Мишер полагал, что он может хранить фосфор, ключевой элемент клетки, или выступать в качестве своего рода поддерживающей конструкции для основных компонентов – белков – внутри ядра. Он отказался увлечься своим детищем даже тогда, когда за пару лет до его смерти было заявлено, что нуклеин – это же самое, что «хроматин», который недавно был признан материалом, из которого состоят хромосомы. А когда Август Вейсман, прославленный немецкий генетик, предположил, что нуклеин может быть веществом, ответственным за наследственность, Мишер отверг «домыслы» Вейсмана как «неясные и устаревшие».

К тому времени, как Мишер совершил свою последнюю поездку из Давоса в Базель, он сделал все, что мог, чтобы похоронить нуклеин – молекулу, которая могла бы прославить его еще при жизни. И он установил традицию предполагать, что только белки могут быть материалом, из которого состоят гены, – предрассудок, которые сохранился до самого открытия двойной спирали.

Незадолго до смерти Мишера в Америке стали появляться сообщения о принципиально новом лекарстве[31]. Заявка на патент США № 587, 278, поданная Джоном Карнриком из Нью-Йорка 4 января 1895 года, описывала уникальный тканевый препарат, который стимулировал ядро, побеждал «токсичные микробы» и был призван произвести революцию в медицине. В блестящем докладе[32], проведенном 7 мая 1895 года для Американской медицинской ассоциации в Балтиморе, д-р Т. О. Саммерс из Сент-Луиса описал, как это новое лекарство вызывает «молекулярную вибрацию» в ядре. В отличие от «бесполезного мусора», который обычно распространяют врачи, оно обладает «самой поразительной силой» в лечении угрожающих жизни болезней, в том числе рака, заражения крови – и туберкулеза.

Речь Саммерса была опубликована в Journal of the American Medical Association («Журнале Американской медицинской ассоциации») несколькими неделями позже. Мишер был бы заинтригован, если бы прочитал о новом чудо-лекарстве, которое, если Саммерс был прав, могло бы спасти ему жизнь. К сожалению, он умер до того, как журнал дошел до Швейцарии.

Что это было? Приготовленное из зобной железы и других тканей телят чудо-лекарство отличалось высоким содержанием фосфора и называлось протонуклеином, поскольку включало в себя лучшие возможные источники этой чудесной молекулы – нуклеина. Скептицизм был отложен, пока доктора ждали, окажется ли протонуклеин в действительности выдающимся даром с переднего края науки – или просто очередным средством от шарлатана, пытающегося быстро срубить денег.

Глава 3

Мешок с червями

Не только нуклеиновым кислотам не удавалось покорить воображение ученых. Содержащая их структура тоже прошла свой цикл открытия и игнорирования. Когда Мишер начал свои «бессмертные исследования» в 1868 году, ядро было известно уже 35 лет, но большую часть этого времени оно скрывалось за мелким шрифтом. Неудивительно, что призыв Мишера к «серьезному изучению химического состава ядра клетки» так долго оставался незамеченным.

На современных изображениях клетки ядро показано гордо сидящим в середине, такое же заметное, как полная луна на ночном небе. Вначале, однако, оно было всего лишь «мутным пятнышком», которое могло быть художественной вольностью.

В вышедшем летом 1858 года выпуске[33] журнала Annals and Magazine of Natural History («Анналы и журнал естественной истории») содержалась богатая подборка материалов для всех, кто увлекался живой природой, от клюва «хищной птицы» до соков, растворяющих раковины, в желудке краба. Там также приводилась статья, в которой намекалось, что ботаникам стоило бы умереть, чтобы добиться полного признания («Мы начинаем интересоваться их жизнями только тогда, когда они уходят в небытие»), и содержалось напоминание для некого мистера Броуна, чтобы он продолжал свои труды, пока его время не истекло, поскольку «некоторые его работы все еще ожидают завершения». В этих словах, написанных несколькими годами ранее, звучала неуместная ирония, поскольку заголовок статьи гласил: «Сообщение о смерти Роберта Броуна, эсквайра».

Покойный последовал этому указанию с большим отличием, потому что он был вовсе не обычным мистером Броуном. Он был членом Королевского общества Робертом Броуном, главным ботаником во время четырехлетнего плавания на корабле Его Величества «Инвестигейтор» (Investigator) в Австралию, а позднее – президентом Лондонского Линнеевского общества и первым хранителем ботанического отделения Британского музея. Как «профессиональный естествоиспытатель и шотландец с холодным умом»[34], он идеально подходил для того, чтобы составить каталог 4000 растений, которые «Инвестигейтор» привез в Англию; в процессе работы он обнаружил свыше 2000 видов, до тех пор неизвестных науке. Его холодный шотландский ум дал ему спокойно услышать известие о крушении «Порпойза» (Porpoise), аналогичного «Инвестигейтору» судна, со всеми его сокровищами, но позволил ему по-настоящему рассердиться, когда негодяй-ботаник[35] Ричард Солсбери опубликовал фрагменты лекций Броуна под собственным именем.

Величайшую свою работу Броун проделал в заполненном книгами доме на Дин-стрит в Сохо, Лондон, который был передан ему Джозефом Бэнксом, экстравагантным президентом Королевского общества. Его имя увековечено в «броуновском движении»[36] – случайном перемещении крошечных частиц, находящихся во взвешенном состоянии в капле воды. Броун впервые наблюдал это явление в 1827 году, когда навел свой микроскоп на крошечные частицы (он назвал их молекулами), которые высыпались из прорвавшихся пыльцевых зерен. Эти молекулы не были живыми, поскольку подобные крошечные частицы чего бы то ни было – даже кусочка известняка, отщепленного от Сфинкса, – выполняли тот же извечный танец.

Микроскоп[37], через который Броун наблюдал за ужимками своих молекул, совсем не был похож на элегантные функциональные инструменты, красующиеся сегодня на лабораторных столах. Он представлял собой торжество простоты всего с одной крохотной линзой – идеальной стеклянной сферой диаметром едва ли в миллиметр, – помещенной в окуляр, установленный поверх латунной трубки высотой около фута. Вогнутое зеркало у основания трубки направляло свет масляной лампы на образец, который фиксировался прямо под линзой. Образец мог представлять собой часть цветка или листа, или пыльцевые зерна в капле воды, зажатой между тонкой стеклянной пластиной и защитной поверхностью из слюды. У линзы чрезвычайно короткое фокусное расстояние (менее половины миллиметра), что означает, что глаз, окуляр и образец должны были находиться предельно близко друг к другу, но увеличение было поразительным. Линзы Броуна увеличивали до тысячи раз – достаточная мощность, чтобы проводить биопсию тканей.

«Особый вкус в ботанике» сосредоточивался для Броуна в половой жизни орхидей[38], которая протекает неторопливо и нерешительно и может включать в себя заигрывания с другими видами[39]. Изучая под микроскопом интимные детали процесса, он заметил, что каждая клетка на кожице листа орхидеи содержит одну «ареолу». В клетках ирисов, лилий и других растений также наблюдались ареолы, всегда по одной на клетку и обычно расположенные в центре. Броун последовательно создавал подробное изображение ареолы: «строго круглая», зерновидная и «довольно мутная». Примечательно, что ему удалось извлечь ареолу из клеток, которые образуют волоски у цветов традесканции; извлеченная ареола, выдавленная с помощью кончика тонкой иголки, подобно тому, как хирург вытаскивает катаракту, имела форму чечевицы, если смотреть сбоку, и, по-видимому, была завернута в «окутывающую мембрану».

Ареола уже была нарисована мастером ботанической иллюстрации Францем Бауэром на некоторых его изображениях орхидей, но он придавал ей «небольшое значение». Теперь Броун выявил, что ареола постоянно присутствует в самых разнообразных растительных клетках. Помимо рассуждений о том, что она производит пыльцевую трубку для оплодотворения яйцеклетки, у него не было идей, для чего она могла быть нужна.

Мы неосознанно помним сегодня о Броуне, потому что в своей знаковой работе о размножении орхидей (1833 год) он переименовал ареолу. Используя латинское слово, обозначающее ядро ореха, он обозначил ее как «ядро (nucleus) клетки, как ее можно было бы назвать»[40]. И новое название прижилось.

Через несколько лет после открытия Броуна ядро было признано обязательным элементом практически всех животных и растительных клеток. Некоторые ядра относительно изящные, в то время как лимфоциты, наполняющие зобную железу (классический источник ДНК), практически полностью состоят из ядра, окруженного тонким ободком цитоплазмы. Большинство ядер имеют шарообразную или линзовидную форму, но лейкоциты, которые Мишер выделял из гноя, отличаются многолопастной системой, похожей на резиновую перчатку, наполненную водой.

Есть редкие исключения из правила «одна клетка – одно ядро», к ним относятся красные клетки крови (эритроциты) млекопитающих, откуда ядро вываливается во время созревания в костном мозге. В отличие от них, эритроциты птиц и рептилий сохраняют свои ядра – и, таким образом, поставляют нуклеин, что позволило студенту Гоппе-Зейлера Плосу подтвердить невероятное открытие Мишера.

К середине 1850-х годов было общепризнано, что клетки размножаются путем деления надвое и что ядро также разделяется и чудесным образом вновь появляется в каждой из двух дочерних клеток. Большинство биологов полагало, что ядро является необходимым для жизни клетки, потому что клетки, из которых в процессе эксперимента извлекали ядро, вскоре погибали. Другие, тем не менее, считали, что ядро всего лишь попутчик, которого увлекают за собой более важные компоненты клеточного механизма. Самой значимой фигурой антиядерного лагеря был Томас Гексли, президент Королевского общества и «Бульдог Дарвина», который дал знаменитый отпор отрицавшему эволюцию Сэмюэлу Уилберфорсу во время дискуссии в Оксфордском союзе. Гексли настаивал на том, что ядра (и даже клетки) были артефактами микроскопии – и что странная желеобразная субстанция, извлеченная со дна Северного Атлантического океана в 1857 году, была революционной безъядерной формой жизни. У этого желе не было никакой микроструктуры, и оно абсолютно ничего не делало, но Гексли дал ему название Bathybius («жизнь из глубины») haeckelii[41] в честь Эрнста Геккеля, немецкого разностороннего ученого, пропагандировавшего собственные идеи, который в то время также не придавал ядру никакого значения. Гексли продолжал верить в Bathybius более 20 лет после того, как было доказано, что желе – просто химический артефакт.

К тому времени непостоянный Геккель изменил свою точку зрения и присоединился к сторонникам ядра. Это произошло потому, что ядро вернулось домой и, несмотря на ужасную привычку исчезать как раз тогда, когда становится интересно, начало делиться своими секретами. А новые находки указывали в увлекательном направлении. В 1866 году Геккель написал[42], что «ядра обеспечивают передачу наследственных характеристик», как если бы это было совершенно очевидно все время.

[24] Miescher, Arbeiten, p. 12.

[25] Baumann E., Kossel A. Zur Errinnerung an Felix Hoppe-Seyler. Zeitschrift für physiologische Chemie 1895; xxi:1; Anonymous. Obituary – Felix Hoppe-Seyler. Brit Med J 1895; 2:687–8.

[26] Miescher J. F. Die Histochemischen und Physiologischen Arbeiten von Friedrich Miescher, eds His W., Schmiedeberg O., vols 1 and 2. Leipzig: Verlag F.C.W. Vogel, 1897.

[27] Buess, p. 257.

[28] Buess, p. 258.

[29] Olby R., Posner F. An early reference to genetic coding. Nature 1967; 215:556–7.

[30] Miescher, Arbeiten, p. 116, 122, 127.

[31] Карнрик Дж. Протонуклеин и метод его приготовления. Патентное бюро США, заявка № 587, 278, зарегистрирована 4 января 1895 года.

[32] Summers T. O. Leucocytes and nucleins. J Am Med Ass 1895; 24:963–6.

[33] Anonymous. Obituary Notice. Robert Brown, Esq. Annals & Magazine of Natural History, Series 3. 1858; 2:80–2.

[34] Из письма Жозе Коррея да Серра Джозефу Бэнксу, цитируется по Mabberly, p. 59–60.

[35] Mabberly, p. 65.

[36] Brown R. A brief account of the microscopical observations… on the particles contained in the pollen of plants… Edin New Philosoph 1828; 5:358–71. Доступно онлайн: sciweb.nybg. org/science2/pdfs/dws/Brownian.pdf. В 1905 году Эйнштейн доказал, что данное явление обусловлено столкновением частиц во взвешенном состоянии с молекулами воды: Einstein A. Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen. Ann Phys 1905; 17:549–560.

[37] Pearle P., Collett B., Bart K. What Brown saw, and you can too. Am J Physics 2010; 78:1278–89. Подтверждение того, что через микроскопы Броуна можно было различить броуновское движение.

[38] Brown R. Trans Linn Soc London 1833.

[39] Некоторые виды орхидей оплодотворяются осами или пчелами, которые спариваются (безуспешно) с напоминающими насекомых элементами передней части цветка.

[40] Там же, с. 110.

[41] Coleman W. Cell nucleus and inheritance: an historical study. Proc Amer Phil Soc 1965; 109:128–38.

[42] Haeckel E. Generelle Morphologie der Organismen. Berlin: G. Reimer, 1866, vol. 2, p. 287–8.