Беседы о жизни - Галактионов Станислав Геннадиевич

Когда какая-либо наука развивается особенно быстро, например, как нынешняя молекулярная биология, новые термины возникают почти бесконтрольно, и тут уж не до здравого лингвистического смысла. Лучший пример тому — история с немецким словом Eiereiweiß, обозначающим «яичный белок». Все произошло крайне просто. Ei — по-немецки «яйцо», weiß — «белый», естественно назвать белок яйца Eiweiß. Затем, однако, этот термин стал использоваться в немецком да и в других языках для обозначения белков вообще как класса химических соединений. Тогда совершенно естественным и закономерным образом немецкий язык обогатился новым словом Eiereiweiß (что-то вроде «яичный белок яиц»).

Это отступление — вовсе не попытка еще раз подшутить над известными особенностями немецкого языка, тем более что всякому, кто за это возьмется, придется соревноваться с самим Марком Твеном. Чтобы окончательно избежать подозрений на этот счет, сошлемся на популярный русский термин из области физиологии (бог весть что он обозначает, но мы точно знаем, что он существует): «гипоксическая гипоксия».

Устройство молекулы ДНК сложно, а с точки зрения химика, даже хитроумно, но общие его принципы понять все же нетрудно. ДНК — полимер и, как всякий полимер, представляет собой цепочечную структуру довольно унылого вида. Цепь ДНК может быть линейной, реже — циклической, но никогда не бывает ветвящейся. Элементы основной цепи молекулы — остова — одинаковы для всех звеньев, так же как и отходящие от каждого звена отростки. А вот присоединенные к отросткам плоские молекулярные структуры могут быть четырех различных типов. Как раз благодаря им цепочка ДНК оказывается неоднородной. В каждом звене этой цепочки может, таким образом, находиться одно из четырех особых химических соединений — оснований, названия которых полезно запомнить: аденин, гуанин, цитозин, тимин, а химические формулы этих соединений знать пока необязательно. Стоит, пожалуй, лишь отметить, что в состав каждого из оснований входит фрагмент, удивительно близкий по структуре молекуле сахара, называемого «рибоза»; поскольку все отличие между ними заключено в том, что у рибозы на один атом кислорода больше, фрагмент называется «дезоксирибозой», то есть «рибозой без кислорода». Так что теперь слово «дезоксирибонуклеиновая» понятно полностью.

Способ записи наследственной информации в молекулах ДНК в принципе оказывается довольно простым: ее характер определяется порядком чередования оснований в молекуле.

Это очень распространенный способ кодирования информации: ведь в конечном счете информация, содержащаяся в лежащей перед вами книге, тоже определяется порядком чередования букв в словах, составляющих ее текст. Только «текст», который организм передает по наследству из поколения в поколение, состоит из чудовищно длинных «слов» — молекул ДНК, и в слова эти входит лишь четыре буквы: А, Г, Ц и Т — по первым буквам названий четырех оснований, перечисленных выше (кстати, именно таким способом записи последовательности оснований ДНК пользуются в специальной литературе).

Другими словами, есть какая-то зародышевая клетка, в ней молекула ДНК (или несколько десятков, или несколько сотен молекул — словом, столько, сколько нужно, чтобы полностью описать генотип организма, — тот самый «текст», который только что был упомянут), и лишь от последовательности оснований каждой молекулы зависит, разовьется ли из этой клетки белый гриб-боровик, анаконда, корова, ласточка, креветка, медведь, даже динозавр, не говоря уже о «венце творенья» — о нас с вами. То есть наследственность любого человека может быть в принципе вполне точно и однозначно описана несколькими химическими формулами!

Не исключено даже, что какой-нибудь любитель подробных анкет уже прикидывает, как бы учредить графу «персональная генетическая формула» — ведь в ней содержались бы полные сведения о генотипе каждого человека! Пока, к счастью, это еще невозможно: определение последовательности оснований даже небольших фрагментов ДНК требует многих месяцев, а то и лет работы коллектива искуснейших химиков. Кроме того, в самой лаконичной записи для ответа на подобный вопрос анкеты понадобились бы сотни таких книг, как эта. С другой стороны, методы химического анализа совершенствуются, и стоит только очень захотеть…

Может показаться, что мы сильно преувеличили объем «генетического личного дела». Но молекулярный вес ДНК в одной лишь клетке, например, кишечной палочке оценивается в 2–4 миллиарда. Это означает, что в словах-молекулах ДНК такой клетки насчитывается 3–6 миллионов букв-оснований. А объем «текста» из ДНК для такого организма, как человек, составит уже около 2 миллиардов знаков — это приблизительно 145 томов формата Большой Советской Энциклопедии.

(Разумеется, можно потрясти воображение читателя и другими гигантскими цифрами. Подсчитать, например, сколько раз можно обмотать земной шар по экватору нитью, составленной из всех молекул ДНК в организме человека. Однако, вспомнив о том, что наши собратья по перу уже многократно обматывали земной шар — метрами выпущенной за год ткани, километрами стальной проволоки и даже железнодорожными составами с углем, причем неизменно по экватору, — мы решили дать ему отдохнуть. Он и без того славно поработал на ниве научно-популярной литературы.)

Каков же характер информации, закодированной в тексте из молекул ДНК? Увы, этот «жанр» нельзя назвать ни романом, ни драмой, ни даже научным трактатом. Генотип представляет собой скорее всего очень подробную инструкцию, необходимую организму для возведения самого себя. То, что эта инструкция оказывается чересчур уж объемистой, естественно объясняется чрезвычайной сложностью системы, которую мы называем организмом. Будь система попроще, скажем аэроплан начала века и майор кайзеровской армии, привыкший делать все точно по уставу, то, как это прекрасно показано в американском комедийном фильме «Воздушные приключения», достаточно тоненькой тетрадочки с инструкцией — и пунктуальный майор, ни разу в жизни не садившийся за штурвал, блестяще совершает опасный перелет.

Чем сложней система, тем толще инструкция. Инструкция для советских космонавтов, принимавших участие в совместном полете «Союз» — «Аполлон», насчитывала свыше тысячи страниц. А ведь в ней перечислены лишь правила поведения космонавтов в так называемых «штатных», то есть предусмотренных, ситуациях. Инструкция, охватывающая все возможные ситуации при космическом полете, получилась бы такой, что, пожалуй, после ее тщательного изучения космонавты не смогли бы участвовать в полете просто по причине достижения пенсионного возраста. Так что уж говорить о столь сложной системе, как организм!

Стоп! Вот теперь-то самое время остановиться, передохнуть, а заодно и покончить (желательно навсегда) с игривым тоном и всякими шуточками. Мы подошли к существу проблемы: мы знаем, что наследственная информация, формально говоря, записана в виде очень длинных слов на четырехбуквенном алфавите. Однако это всего лишь способ записи. И коль скоро мы употребляем слово «запись» — хоть оно и относится к форме, а не к существу дела, — надо бы подумать и о том, как происходит процесс чтения этой записи, процесс, конечным результатом которого оказывается создание того или иного организма.

Это, конечно, на первый взгляд звучит довольно странно. Вспомним, однако, что даже тушение пожара — тоже (хоть и не всегда) результат внимательного чтения противопожарной инструкции. Так что в принципе в таком способе чтения нет ничего удивительного. Вот еще одна, уже более близкая аналогия: существуют и прекрасно работают тысячи и тысячи станков с программным управлением. Изготовление детали на таком станке в известной мере также является результатом чтения ее шифра — условного набора дырок, пробитых на перфокарте или перфоленте. Эта аналогия, правда, страдает заметной даже невооруженному глазу однобокостью: она говорит лишь о результате чтения, но не о его механизме.