Нобелевские премии. Ученые и открытия - Валерий Чолаков

В опытах Моргана новая мутация случалась один раз на несколько тысяч дрозофил. С развитием концепции гена стало ясно, что в основе мутации лежат какие-то химические изменения в веществе — носителе наследственной информации. Этот вопрос был подробно изучен Г. Дж. Мёллером, который еще со студенческих лет начал работать в группе Моргана. Освоив в совершенстве методы работы с дрозофилами, он приступил к самостоятельному исследованию мутаций, их причин и возможностей получения искусственным путем.

Мёллер подвергал дрозофил различным воздействиям и уже в самом начале исследований установил, что число мутаций увеличивается с повышением температуры. Он вспомнил об известной из химии закономерности, а именно о том, что при нагревании скорость реакции возрастает, и решил искать другие, еще более сильные средства воздействия. Он начал с облучения мушек светом и наконец, в 1926 г., дошел до рентгеновских лучей. За год до этого Г.А. Надсон совместно с Г.С. Филипповым в Советском Союзе уже провели подобные опыты, подвергая дрожжи рентгеновскому облучению.

Эти эксперименты положили начало радиобиологии. Мёллер добился почти 100-процентной мутации в потомстве дрозофил, что в тысячи раз превышает частоту мутаций в естественных условиях. Так он осуществил мечту своей молодости — ускорить процесс эволюции, найдя способ вмешиваться в него. Метод получения искусственных мутаций был с восторгом встречен селекционерами. Уже в 1928 г. Л. Стедлер успешно применил его к кукурузе. В 30-е годы Н.В. Тимофеев-Ресовский, Макс Дельбрюк и другие крупные ученые создали теорию мишени, которая объясняла действие радиации.

Открытие Мёллера принесло ему всемирную известность. В 1932 г. он был приглашен на работу в Берлин, а два года спустя — в Ленинград, где работал с выдающимся советским генетиком Николаем Ивановичем Вавиловым. Затем, до 1937 г., Мёллер работал в Москве, руководя большим коллективом сотрудников[25]. В 1945 г. мир узнал о зловещей мощи и пагубном воздействии атомного оружия. Радиобиология сразу стала исключительно актуальной. И вскоре, в 1946 г., Г.Дж. Мёллер был удостоен Нобелевской премии по медицине и физиологии за исследование мутаций, вызываемых рентгеновским излучением.

Хромосомная теория наследственности явилась высшим достижением классической генетики. Хромосомные карты и возможность создания искусственных мутаций с помощью радиации или химических мутагенов оказалась мощным оружием в руках селекционеров. Благодаря ему чисто интуитивный искусственный отбор, осуществляемый в течение тысячелетий, превратился в точную науку, и это позволило неимоверно ускорить создание новых сортов. В 50—60-е годы были получены новые высокоурожайные культуры, результат их внедрения оказался столь впечатляющим, что в мире заговорили о «зеленой революции». К числу ученых, внесших большой вклад в ее осуществление, относится американский ученый-селекционер Норман Эрнест Борлоуг. В 50-е годы он начал проводить в Мексике исследования коротко-стебельных сортов пшеницы, скрещивая японский сорт «нории» с другими известными сортами. Постепенно были получены короткостебельные гибриды японского предшественника, обладающие ценными качествами других сортов. Это сыграло исключительную роль в интенсификации земледелия: короткий стебель способен нести большой колос, не полегая, и растение не расходует энергию на образование вегетативной массы, которая превращается в дальнейшем в ненужную солому.

Норман Борлоуг не был кабинетным ученым. Осуществив эту блестящую селекционную работу, он приложил огромные усилия по внедрению новых сортов в максимально короткий срок. В 1965 г. он организовал отправку десятков тысяч семян из руководимого им Международного центра по улучшению сортов кукурузы и пшеницы на полуостров Индостан — один из районов хронического голода. Менее чем за пять лет производство зерна в Индии и Пакистане удвоилось.

Заслуги ученого, который покинул свою лабораторию, чтобы помочь голодающим на месте, побудили Нобелевский комитет при Норвежском стортинге присудить в 1970 г. Н.Э. Борлоугу Нобелевскую премию Мира.

Информационные молекулы

В конце 1868 г. швейцарский врач Фридрих Мишер выделил из ядер лейкоцитов неизвестное вещество, которое назвал нуклеином. Примерно в те же годы Грегор Мендель тщетно старался убедить ученый мир в значении своей работы. До середины нашего столетия никто не предполагал, что эти два открытия столь тесно связаны между собой. Работа Менделя пребывала в забвении до 1901 г., а результаты исследований Мишера были опубликованы в подробном изложении лишь после его смерти — в 1890 г. Незадолго до этого, в 1889 г., немецкий химик Рихард Альтман предложил назвать нуклеин Мишера нуклеиновой кислотой.

Мишер сделал свое открытие в лаборатории известного исследователя Феликса Гоппе-Зейлера. Оно было настолько необычным, что этот ученый, не поверив Мишеру, поручил своим сотрудникам проверить его. Это задержало на два года публикацию статьи Мишера, озаглавленной «О химических свойствах клеток гноя», в которой он описывал свое открытие[26].

В 1879 г. в лаборатории Гоппе-Зейлера начал работать Альбрехт Коссель. В течение десяти последующих лет он выделил основные составные части нуклеина: содержащие азот вещества — аденин и гуанин, фосфорную кислоту и соединения из группы углеводов. Работы Косселя над нуклеиновыми кислотами явились одним из его достижений, за которые он был удостоен в 1910 г. Нобелевской премии по медицине и физиологии.

До 40-х годов исследование нуклеиновых кислот считалось весьма скучным и вообще бесперспективным занятием. Так продолжалось до 1944 г., когда Освальд Теодор Эйвери, Колин Мак-Леод и Маклин Мак-Карти установили, что дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) является носителем генетической информации.

Это — одно из крупнейших открытий в современной биологии. Его история берет начало в 1928 г., когда Фредерик Гриффит в ходе своих опытов смешал невирулентные пневмококки с убитыми болезнетворными бактериями того же вида. Он заметил, что происходит какое-то взаимодействие, в результате которого живые микроорганизмы приобретают вирулентные свойства. В 1944 г. Эйвери с сотрудниками повторили этот эксперимент, используя чистую ДНК, — они обнаружили то же самое превращение. Это убедительно доказывало, что нуклеиновая кислота сохраняет и передает признаки вирулентности и вообще наследственные признаки.

Сообщение о том, что нуклеиновые кислоты выполняют столь важную функцию, сразу привлекло к себе внимание ученых. В 1948 г. исследованием нуклеиновых кислот занялся известный английский химик-органик Александер Тодд. В течение десяти лет подробно изучая первичную структуру нуклеиновых кислот, он выяснил, каким способом связываются четыре азотных основания — аденин, гуанин, цитозин, тимин (в РНК вместо тимина содержится урацил) — с пятиатомным кольцом сахара рибозы или дезоксирибозы и молекулой фосфорной кислоты. Комплекс из азотного основания (пуринового или пиримидинового), углевода (рибозы или дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты называется нуклеотидом. Эти атомные соединения не только являются составной частью нуклеиновых кислот, но и входят в состав ферментов в качестве активных групп — коферментов. За свои исследования нуклеотидов А. Тодд был удостоен в 1957 г. Нобелевской премии по химии.

Еще в 1938 г. Уильям Астбери, автор термина «молекулярная биология», получил со своим сотрудником Флорином Беллом рентгенограммы ДНК и установил, что азотные основания в этой длинной молекуле должны располагаться, как пластинки, одно над другим. Через 10 лет Эрвин Чаргафф сформулировал знаменитые «правила Чаргаффа» — общее количество гуанина и аденина из группы пуринов в молекуле ДНК равно количеству цитозина и тимина из группы пиримидинов. Указанные два типа соединений различаются по форме и размеру своих кольцевидных структур. Эти данные имели очень большое значение для работ, которые проводили в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета Фрэнсис Харри Комптон Крик и Джеймс Дьюи Уотсон.

В мае 1951 г. Уотсон, молодой исследователь и ученик Сальвадора Эдуарда Лурии, встретившись в Копенгагене с Морисом Уилкинсом из Лондонского университета, ознакомился с его рентгенограммой кристаллов ДНК. Уотсона это очень заинтересовало, и по его просьбе Лурия договорился о его работе у Джона Кендрю в Кавендишской лаборатории. В то время М.Ф. Перуц, Дж. К. Кендрю и многие другие ученые занимались рентгеноструктурным анализом сложных биомолекул, используя методы Дж. Бернала и Д. Кроуфут-Ходжкин и проводя расчеты с. помощью первых, еще несовершенных ЭВМ. В Кембридже Уотсон познакомился, с Фрэнсисом Криком; они быстро нашли общий язык и поставили перед собой сложную задачу — определить структуру ДНК. В 1952 г. этим вопросом занимались в. Лондонском университете Розалинд Франклин и Морис Уилкинс. Они получили довольно хорошие рентгенограммы, но не знали точно, как их интерпретировать. Этот вопрос пытались, разрешить многие исследователи, в том числе и известный Лайнус Карл Полинг, — но без особого успеха.