Русский изменить

Ошибка: нет перевода

×

☆ Роль физиков в развитии генетики

Main page / Живомордность / ☆ Роль физиков в развитии генетики

Содержание

    В развитии генетики большую роль сыграли, как ни странно, выдающиеся физики.

    NielsBohr1935

    Началось всё с того, что немецкий физик-теоретик, специалист в квантовой физике, Макс Дельбрюк в 1932-м году, находясь на стажировке в Копенгагене в Институте Бора, попал на довольно нетипичную лекцию самого Нильса Бора (см. фотку справа), одного из величайших физиков всех времен. Лекция была нетипична потому, что называлась «Свет и жизнь», и на ней Бор делился своими мыслями не столько о квантовой физике, сколько о том, как можно с помощью последний достижений в области квантовой механики попробовать ответить на таинственные вопросы, связанные с явлением под названием «жизнь». Эта лекция так вдохновила Дельбрюка, что с этого момента его интересы существенно сместились с физики на генетику, и по возвращении в Берлин он стал разыскивать хотя бы кого-то, кто более глубоко разъяснил бы ему суть генетических исследований.

    Timofeev_resovskiy

    Неудивительно, что он очень быстро выяснил, что в Берлине работает русский генетик Николай Тимофеев-Ресовский (на фотке слева). Встретив живой интерес со стороны Дельбрюка, а также, видимо, почувствовав перспективы, открывающиеся на стыке физики и генетики, Тимофеев-Ресовский с удовольствием проводил с ним время, посещая сборища физиков, которые устраивал у себя Дельбрюк, и рассказывая о современных генетических исследованиях. Идея гена — «кванта» наследственной информации, перекликалась с идеей кванта в физике, и попытаться разгадать загадку функционирования этих квантов было очень интересно. Узнав о существовании вирусов-бактериофагов и о том, как они инфицируют бактерии, после чего появляется целая толпа новых вирусов, Дельбрюк сообразил, что именно на бактериофагах будет удобно попытаться изучить процесс передачи генетической информации. Он переехал в США в 1937-м году и при поддержке Рокфеллеровского фонда создал «фаговую группу» — группу ученых, интересовавшихся его идеями. Фактически, именно в этот момент и было заложено основание новой науки — молекулярной биологии.

    Тимофеев-Ресовский не захотел повторить судьбу своих братьев и вместо генетики изучать внутреннее устройство ГУЛАГА или быть расстрелянным — изучать генетику ему хотелось немножко больше, поэтому в СССР он не вернулся, после чего стал официальным врагом народа, но после войны всё-таки в каком-то безумном приступе слепого патриотизма решил снова стать гражданином СССР, отказавшись от предложений уехать из Берлина на Запад, и тогда уже ГУЛАГ принял его в свои объятия. Он выжил, поскольку был слишком ценным ученым, чтобы пускать его в расход, и как специалиста в области радиобиологии его использовали в советском атомном проекте. Можно сказать спасибо Берии, что ему удалось спасти жизнь Тимофеева-Ресовского, как и жизни многих сотен тысяч других людей, выпущенных им из лагерей немедленно после смерти Сталина. И до конца своей жизни Тимофеев-Ресовский так и считался предателем родины. И уж конечно, ему больше никогда не довелось возможности заниматься передовыми исследованиями в генетике.

    delbr

    Фаговая группа в течение нескольких лет призвела огромное количество интересных и важных экспериментов (за работы этого времени Дельбрюк (см. фотку справа) впоследствии получил Нобелевскую премию), но ответ на главный вопрос так и не был получен. Поддержка пришла с неожиданной стороны — со стороны еще одного великого физика.

    Эрвин Шрёдингер — один из создателей квантовой физики, в 1944-м году опубликовал небольшую брошюру под названием «Что такое жизнь? — с точки зрения физика». В ней он кратко и ясно, как это свойственно физическим трудам, изложил основы генетики, какими они были известны на тот момент. Но кроме этого он изложил свои мысли на тот счет, каким образов связаны генетика и квантовая механика. За основу он взял мысли на эту же тему Тимофеева-Ресовского и Дельбрюка. Шрёдингер ясно показал, что разгадка уже близка, что уже так много известно на тему наследственности, что осталось лишь совершить, возможно, один-два шага, всего-лишь одно удачное прозрение, и ответ будет найден.

    Schrodinger

    Авторитет Шрёдингера (см. фотку слева) был огромен не только в мире физиков, поскольку физика тогда заслуженно имела репутацию «царицы наук», и его интерес к этой теме сыграл ключевую роль, так что многие ученые обратили свое внимание на эту проблему, и наибольших успехов в продвижении вперед добились ученые двух научных центров: Кавендишской лаборатории в Кембридже и Королевского колледжа в Лондоне. Именно там к тому времени была подготовлена и материальная база для исследований, поскольку там активно занимались рентгеноструктурным анализом. Сама идея была относительно проста. Немецкий физик Макс фон Лауэ как-то догадался, что поскольку любой электромагнитное излучение, включая рентгеновские лучи, представляло из себя не только поток частиц-фотонов, но и волну, то если пустить эту всепроникающую рентгеновскую волну на любой кристалл, то на выходе мы получим обычную дифракционную картину, поскольку длина рентгеновской волны равна примерно 1 нанометру, и примерно такое же расстояние разделяет атомы и молекулы в кристаллах. Опыты подтвердили его идею, и с тех пор было проведено огромное количество экспериментов, с помощью которых ученые, анализируя дифракционную картину отдельных молекул и кристаллов, вычисляли их конфигурацию. Тот же подход решили применить и к протеинам, и к ДНК.

    Сотрудник фаговой группы Уотсон перевелся в Кавендишскую лабораторию, где и встретил Крика. Вдвоем они, осмыслив результаты рентгеноструктурного анализа молекул ДНК, проведенного в Королевском колледже Лондона учеными Уилкинсом и Франклин, и предложили модель ДНК в виде двойной спирали. Впоследствии оба — и Уотсон и Крик — отмечали, что книжка Шрёдингера произвела на них большое впечатление и, по сути, именно поэтому они и занялись так упорно генетической темой.

    В настоящее время генетика дошла до такого этапа в своем развитии, что передовые исследования в области молекулярной биологии уже снова все больше и больше требуют знаний квантовой механики и, соответственно, математики, и будущее генетики несомненно лежит именно на стыке этих наук.

    На том моменте, когда была открыта структура ДНК, роль физиков в развитии генетики не закончилась. Вопрос о том — как же именно на основе информации, заложенной в ДНК, строятся протеины, по-прежнему оставался без ответа.

    gamov

    Георгий Гамов — яркий представитель тех революционных лет, когда закладывались основы квантовой физики. Он не получил Нобелевской премии, но сыграл очень заметную роль в развитии науки, работая в СССР вместе с Ландау, Капицей, Иоффе, Курчатовым, Фоком, в Германии — с Максом Борном, в Копенгагене — с Нильсом Бором, в Лейдене — с Паулем Эренфестом, в США — с Эйнштейном, Теллером, Бете и так далее. Лев Ландау в письме к Капице писал, что Гамов является несомненно лучшим теоретиком в СССР. Что означает такая оценка из уст Ландау, понимает всякий физик. Советская власть тех времен также вынесла свою оценку Гамову. В его официальной характеристике написано: «В отношении научно-политическом за время своего пребывания в Радиевом институте ничем себя не проявил. Стоит от политики и общественной деятельности в стороне. По своему поведению мало дисциплинирован и является типичным представителем литературно-художественной богемы.»

    В 1931-м году Гамов стал невыездным и понял, что дальше будет хуже. Человеком он был решительным не только в науке, так что в следующем году, отдыхая в Крыму с женой, они сели на байдарку и поплыли в Турцию. Тогда им помешал шторм, но Гамов не сдался. Благодаря своему знакомству с другим неординарным человеком — Николаем Бухариным, он пробился на прием к Молотову и сумел получить выездные визы для себя и своей жены, чтобы представлять СССР на самом авторитетном форуме физиков тех времен — на Сольвеевском конгрессе. Не удивительно, что с конгресса он не воспылал желанием вернуться назад, после чего был проклят и усиленно забыт на родине, так что до сих пор имя этого безусловно великого физика практически ни одному русскоязычному человеку ни о чем не говорит.

    После нескольких лет работы, в течение которых Гамов заложил основы современной космологии, в 1954-м году он неожиданно обращает свое внимание на генетику, как и Бор и Шрёдингер и Дельбрюк в свое время. Рассматривая вопрос о том — как же информация с ДНК приводит к созданию всех протеинов, он первым в истории и выдвинул простую (ну разумеется) идею о том, как именно должен быть устроен генетический код. Фрэнсис Крик, обладая к тому времени уже непререкаемым авторитетом в молекулярной биологии, подхватил эту идею, и на протяжении последующих полутора десятков лет работа множества ученых увенчалась, наконец, окончательным базовым пониманием того, как все устроено в мире ДНК.

    Интересно еще добавить описание эксперимента, проведенного учеными Ниренбергом и Маттеи с целью выяснять — какой кодон какой аминокислоте соответствует. Ведь даже после того, как стало ясным устройство генетического кода, оставалось совершенно непонятным — как расшифровать этот язык. Как выяснить точное соответствие кодонов и аминокислот. Ниренберг и Маттеи поступили изящно, оттолкнувшись от того очевидного факта, что сама клетка прекрасно знает этот генетический язык, значит надо всего лишь запустить в клетку слово незнакомого языка и посмотреть — каким будет перевод. К тому времени самые простые РНК уже умели искусствено синтезировать, поэтому ученые попросту создали примитивную РНК, состоящую только из урацилов. Но запускать такую РНК в реальную живую клетку смысла не имеет, поскольку клетка поступит с такой бессмысленной РНК очень просто — она расщепит ее на составляющие, т.е. на нуклеотиды урацила, которые потом использует для своих целей. Поэтому была взята живая клетка и специальным образом из нее удалили много чего, включая ферменты, расщепляющие РНК. Но было оставлено главное — механизм, который по данной РНК строит протеины. Такой функционально настроенный остаток клетки называется «экстракт«. Поместив в экстракт кишечной палочки свою урациловую аминокислоту, Ниренберг и Маттеи тут же обнаружили, что началось бурное производство фенилаланина. Это была победа — был найден способ расшифровать генетический код окончательно, что и было сделано довольно быстро. Затем на помощь генетикам пришли теперь уже не физики, а химики, и уже к 1965-му году научились составлять РНК согласно заранее установленному плану.

    (Автор статьи: Бодх)