Живое и неживое. В поисках определения жизни - Карл Циммер

заурядная живая клетка оказывается волшебной шкатулкой с секретом, – объяснял впоследствии Дельбрюк, – полной затейливых изменчивых молекул и далеко превосходящей все наши химические лаборатории в искусстве органического синтеза, который осуществляется с легкостью, быстротой и отличной оценкой оптимальных соотношений».

Завершив учебу у Бора, молодой ученый вернулся из Дании в Германию, где стал работать в Берлинской лаборатории у физика Лизы Мейтнер. Днем он трудился над задачами вроде той, как придать нужное направление гамма-лучам. Ночами же пытался практически с нуля изучать биологию. Дельбрюк чувствовал себя чуть ли не единственным человеком на Земле, взявшимся поддерживать миссию Бора.

«По моему мнению, физики недостаточно знали биологию и в целом не интересовались ею, – говорил исследователь. – Что же до биологов, то квантовая механика и подобное ей были далеко за пределами их компетенции».

Позже Дельбрюк отыскал других ученых, блуждавших по этому пограничью, – «группу внутренних эмигрантов среди теоретических физиков», как он их называл. Немецкий исследователь восхищался кружком физиков в Копенгагене, который организовал Бор для совместного изучения квантовой физики, и последовал его примеру в Берлине. Он пригласил новых друзей собираться в доме своей матери. Повесткой собраний стало «совместное рассмотрение некоторых загадок жизни»[254].

Растирая дрожжи, Бухнер неизменно находил зимазу. Но когда биохимики разложили клетки других биологических видов, они обнаружили иные ферменты. Почему зимаза есть в клетках дрожжей, а в наших собственных ее нет? И почему, когда клетка дрожжей делилась надвое, дочерние сохраняли способность самостоятельно вырабатывать зимазу? Когда в 1932 г. Дельбрюк занялся биологией, ученые располагали лишь смутными догадками на этот счет. Они подозревали, что ответ связан с наследственными факторами, получившими название генов. Но пока не знали, что такое гены.

По правде говоря, не исключалось, что ген не более чем абстракция. Закономерности наследования могли быть обусловлены сочетанием неких неуловимых деталей внутри клеток. Но при более внимательном их изучении ученые стали подозревать, что гены как-то связаны с таинственными нитевидными объектами – хромосомами. Можно было разглядеть 23 пары хромосом в каждой из наших клеток. Можно было пронаблюдать, как их набор удваивается при клеточном делении. Можно было заметить, что у половых клеток оказывается только по одной копии каждой хромосомы и что при оплодотворении эта копия находит себе пару. Но оставалось тайной, что же управляет этими процессами и как унаследованные хромосомы могут влиять на наши признаки.

Пытаясь в 1923 г. описать этот хромосомный балет, биолог Эдмунд Уилсон признавался, что ему трудно поверить в его реальность, настолько тот сложен. «Просто дух захватывает, – делился ощущениями Уилсон. – Подобные процессы абсолютно ошеломительны – при определенном складе ума усвоить их труднее, нежели те, которые физики предлагают нам ныне принять касательно строения атомов»[255].

Некоторые важнейшие сведения насчет хромосом и наследственности поступили из одной полной мух лаборатории Колумбийского университета. Там биолог Томас Хант Морган руководил коллективом исследователей, изучавших под микроскопом хромосомы плодовой мушки-дрозофилы. Эти структуры, словно змейки, исчерчены поперечными полосками. Изучая мушек поколение за поколением, ученые смогли пронаблюдать, как пары хромосом обмениваются друг с другом этими исчерченными участками. Группа Моргана доказала, что наследование того или иного короткого участка хромосомы определяет конкретные признаки у мухи. Например, цвет ее глаз – окажется он белым или красным. Или же – устойчива будет муха к холоду или замерзнет насмерть. Столь существенные результаты заставили Моргана заподозрить, что гены прячутся в этих хромосомных сегментах.

Ничего более конкретного он сказать не мог. Начать с того, что хромосомы представляли собой ужасающую биохимическую неразбериху – путаницу из белков и чрезвычайно странного вещества, нуклеиновой кислоты. Но один из учеников Моргана, Герман Мёллер, получил важные данные о генах, облучая мух рентгеновскими лучами. Его подопытные то и дело выдавали мутации: например, муха, у всех предков которой глаза были красными, внезапно оказывалась с коричневыми. Если затем Мёллер разводил мутантных мух, они могли передавать новый признак потомству. Иными словами, исследователь изменил ген.

Мёллер предположил, что мутации происходят регулярно. Чтобы менять гены, природа не нуждалась в рентгеновском аппарате. Время от времени изменять случайным образом тот или иной ген могли высокие температуры или определенные химические соединения. Из подобных-то слепых сдвигов и рождается все разнообразие жизни. В 1926 г. Мёллер объявил, что ген – «основа живого»[256].

В 1932 г. ученый поехал в Берлин, чтобы поработать вместе с тамошними генетиками. Те испытывали на мухах разные виды излучений, надеясь увидеть, какие мутации можно получить с их помощью. Пообщавшись с Мёллером, Дельбрюк проникся благоговением и решил, что задействует свое знание квантовой физики, чтобы разобраться в загадочном явлении. После того как Мёллер уехал из Берлина работать в СССР, Дельбрюк приступил к сотрудничеству с местными генетиками, занявшись тем, что он называл своим «контрабандным исследованием»[257].

Немецкий ученый осознавал, что гены, какова бы ни была их конкретная природа, глубоко парадоксальны. Они достаточно стабильны, чтобы передаваться на протяжении тысяч поколений, но лишь для того, чтобы внезапно мутировать, а потом снова сделаться стабильными. Разрешить этот парадокс Дельбрюк намеревался с помощью физики.

Когда атом поглощает квант света – фотон, то один из его электронов может перескочить на более высокий энергетический уровень, где и остается. Рентгеновские лучи, возможно, оказывают подобное влияние на ген. Тот факт, что эти лучи с их чрезвычайно узкими пучками могли вызывать мутации, означал также, что гены чрезвычайно малы.

«Все это по большей части предположения, – оговаривались Дельбрюк и его соавторы в статье 1935 г., – которые пока еще покоятся на шатких основаниях».

Если авторы переживали, что их статья породит вал заблуждений, то, как оказалось, они могли не беспокоиться. Публикация вышла в журнале, которого, как потом сказал Дельбрюк, никто не читал. По выражению исследователя, их идеям «достались похороны по высшему разряду».

Вскоре после публикации статьи о генах Дельбрюк бежал из нацистской Германии. Он покинул не только свою страну, но и свою научную область. Бросив физику ради того, чтобы полностью посвятить себя биологии, Дельбрюк направил свои стопы в лабораторию Томаса Ханта Моргана, теперь работавшего в Калифорнийском технологическом институте. Но, оказавшись там, немецкий ученый почувствовал, что совершил ужасную ошибку. Морган «не знал, что делать с этим физиком-теоретиком», вспоминал потом Дельбрюк. А когда он попробовал ставить опыты на Моргановых мухах, занятие это показалось ему нудным, а результаты – невнятными.

По счастливой случайности Дельбрюк как-то столкнулся с биохимиком по имени Эмори Эллис. Он весьма заинтересовался, узнав, что тот изучает не животных, а фаги. Опыты, которые проводил Эллис, были простыми, но эффектными. Он добавлял поражающие бактерий вирусы в чашки Петри и наблюдал, как там, где фаги уничтожили миллионы своих хозяев, образуются призрачные дыры. Эллису достаточно было лишь перенести кусочек агара из такой проплешины в незараженную чашку, чтобы вызвать новую