ДНК – головна “шестерня” спадковості
В історії біології за останні півтора століття було кілька гострих моментів, коли дарвіновська модель піддавалася серйозній перевірці – і напевно була б спростована, якби вона опинилася помилковою. Один з них припало на початку 1950-х, коли кілька талановитих біологів і хіміків [6] всерйоз зайнялися розшифровкою структури ДНК – загадкового “речовини спадковості”. Справа, як відомо, завершилося відкриттям знаменитої подвійної спіралі в 1953 році. Згідно з легендою, Френсіс Крік на радощах вигукнув: “Ми відкрили головну таємницю життя!” Що він мав на увазі? Чи не погарячкував Чи?
Чотири найважливіші події в історії біології
1. 1859. Теорія еволюції шляхом природного відбору.
2. 1900-1910-і роки. Класична генетика, хромосомна теорія спадковості. Спочатку багатьом здавалося, що генетика суперечить дарвінізму: адже Дарвін ставив на перше місце невеликі, плавні зміни, а ранні генетики працювали з “грубими і зримими” дискретними змінами – мутаціями з сильним ефектом.
3. 1930-і роки. Позірна суперечність благополучно вирішилося. Склалася генетична, вона ж синтетична, теорія еволюції (ГТЕ або СТЕ) – тріумфальний об’єднання дарвінізму з генетикою.
4. 1950-1960-і роки – відкриття матеріальної природи спадковості і мінливості: структура ДНК, реплікація, транскрипція, трансляція, генетичний код.
Щоб зрозуміти, чому навколо відкриття подвійної спіралі ДНК був піднятий такий шум, нам знадобиться зовсім трохи історичного контексту. Вже була генетика. Вже було відомо, що спадкова інформація складається з дискретних одиниць – генів, які знаходяться в хромосомах і розташовані там лінійно, один за іншим. До складу хромосом входять білки і ДНК. Спочатку здавався цілком можливим варіант, що спадкова інформація записана в білках. Адже білки складаються з 20 різних амінокислот, а ДНК – тільки з чотирьох нуклеотидів. ДНК здавалася надто “одноманітною” молекулою. У цьому є логіка: записати довгий текст 20-буквеним алфавітом, здавалося б, простіше, ніж чотирибуквеними [7]. Але потім з’ясувалося, що спадкова інформація все-таки зберігається в ДНК. Це було показано в експериментах з міченими вірусами. Виявилося, що для того, щоб вірус-бактеріофаг розмножився в бактеріальної клітці, необхідно і достатньо, щоб в клітку потрапила вірусна ДНК. Вірусних білків проникати в бактерію не потрібно. Вся необхідна для їх виробництва інформація знаходиться в ДНК. Значить, саме ДНК є “речовиною спадковості”.
Залишалося два найбільших питання.
Яким способом, якою мовою записана спадкова інформація в молекулі ДНК?
Як вдається клітці копіювати цю інформацію перед кожним поділом?
Відповідь на перше питання вже напрошувався. Було відомо, що ДНК – це довга молекула, полімер, що складається з нуклеотидів чотирьох типів. Їх, як ви, звичайно, пам’ятаєте, позначають буквами А, Г, Т, Ц. Спадкова інформація якось закодована в послідовності нуклеотидів – записана цим чотирибуквеними алфавітом.
Більш загадковим представлявся друге питання. Тут потрібно пояснити, що Життя (не будь життя, а така, розвиток якої адекватно описується генетичної теорією еволюції) може бути заснована не на всякому полімері, в якому щось закодовано. Це повинна бути молекула, по-перше, здатна до розмноження, по-друге – що володіє спадкової мінливістю. Білки, між іншим, цими властивостями не володіють (за одним цікавим винятком, про який ми скоро розповімо).
Почнемо з розмноження. Молекула, що лежить в основі життя, повинна містити в собі інструкцію з виробництва копій самої себе. Говорячи хімічною мовою, це повинна бути молекула, здатна каталізувати синтез своїх копій. Без цього живі істоти просто не зможуть розмножуватися. Спадкова інформація повинна копіюватися, щоб батьки могли передавати її нащадкам.
Здатність “молекули спадковості” до розмноження – достатня умова для того, щоб Життя, заснована на такій молекулі, могла існувати. Наприклад, якщо б це була штучно створена кимось Життя, не схильна еволюційним змінам, то “молекулі спадковості” достатньо було б просто вміти розмножуватися.
Цього, однак, недостатньо для Життя, здатної до еволюції на основі дарвінівського механізму. Якщо ГТЕ адекватно описує реальність, то “молекула спадковості” зобов’язана володіти ще одною властивістю – спадкової мінливістю. Це означає, що молекулам-нащадкам повинні передаватися не тільки “общеродового характеристики” батьківської молекули, але і її індивідуальні, приватні особливості, які час від часу піддаються невеликим випадковим змін. Ці зміни обов’язково теж повинні успадковуватися.
Системи, здатні розмножуватися і володіють спадковою мінливістю, називають реплікаторами.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)