Хроніка великого відкриття: ідеї та особи

В.А. Ратнер

Наука середини XX ст. була вражена відкриттям генетичного коду. Хоча цієї події й очікували всі вчені, але коли воно відбулося (1965), науковий світ не втримався від оплесків. "Фіналісти" вирішення цієї проблеми (Ф. Крік, Дж.Уотсон, М. Уілкінс, М. Ніренберг, Г. Корану, Р. Холлі) були увінчані Нобелівськими преміями. Проблема генетичного коду зайняла центральне місце в підручниках біології, генетики, молекулярної біології, біофізики і залишається там до цих пір.

Однак за громом овацій не завжди помітно істинне рух і розвиток цієї великої ідеї, пов'язаний з іменами видатних фізиків і біологів. Багато хто з них були геніями російської та світової науки, але спробувати себе в цій проблемі прагнули майже все. Ідея кодування генетичної інформації визрівала поступово, як б переходячи з рук в руки відповідно до "принципом одиночного торкання ". Є такий спосіб гри в баскетболі: гра в один дотик. Розвиток цієї ідеї я спробую показати "в особах", як це представляється нам сьогодні.

Спадкові молекули

Представлення про дискретних спадкових факторів було сформульовано засновником генетики Грегором Менделем ще в 60-і роки минулого століття, але прийнято і усвідомлено наукою [1] лише на початку XX ст. Тоді ж В. Іоганзен назвав ці фактори генами, а місцем їх локалізації в клітині одностайно були визнані хромосоми ядра. Однак аж до 50-х років нічого не було відомо ні про матеріальну природі генів, ні про механізми їх дії та контролю над формуванням ознак. Про генах судили "заочно", не знаючи, що конкретно ховається за цим словом. Як пожартував пізніше один із нині живих генетиків-теоретиків: "Ген - це міфічна одиниця нібито спадковості ". Або, як цілком серйозно сказав відомий американський генетик С. Бензер: "Гени - це атоми спадковості ". Атом - значить неподільний!

В 1927 російський вчений Микола Костянтинович Кольцов, відомий цитолог і генетик, член-кореспондент АН СРСР та директора Інституту експериментальної біології, виступив з доповіддю, де виклав свої досить гіпотетичні погляди на матеріальну природу генів і хромосом [2]. Протилежну точку зору висловив професор-хімік А. А. Коллі. Він порівняв розмір головки сперматозоїда (ca. 30 мкм у людини), в якому міститься половина всієї спадкової інформації нащадка, з відомими тоді розмірами білкових молекул. Виходило, що в цьому обсязі могло знаходитися лише небагато великих молекул, трохи перевищує число самих хромосом.

Отже, спадковість дуже складна в біологічному відношенні, але проста у хімічному. Чи сумісні ці точки зору? Студент Кольцов запам'ятав цю колізію. Через 35 років, вже будучи зрілим вченим, він сформулював одну з перших гіпотез про матеріальну природі хромосом і генів. Зрозуміло, це було зроблено на рівні знань свого часу, тому багато подання потім істотно змінилися, але найбільш глибокі припущення виявилися вірними. У 1935 р. Кольцов виклав цю гіпотезу в більш розгорнутої та ілюстрованої форме3.

До цього часу вже були відкриті деякі властивості білків. По-перше, стали відомі молекулярні маси білків, що лежать за оцінками в інтервалі 10 - 2000 тис. Д. (Тепер такі молекули називають макромолекулами.) По-друге, було показано, що різні білки розпадаються на амінокислоти не менше 17 типів (в надалі - 20). Якщо уявити собі, що білки - лінійні молекули, а по рентгеноструктурних даними лінійний розмір амінокислот близько 0.003 мкм, то лінійні ланцюжка всього з 100 ланок складуть вже 0.3 мкм, що цілком порівнянно з видимими розмірами хромосом і клітинного ядра (3 - 10 мкм).

Кольцов припустив, що хромосоми - це величезні молекули білків або пучки таких молекул. Інших довгих молекул, що складаються з гетерогенних мономерів, в клітинах тоді не знали. Тімонуклеіновая кислота (майбутня ДНК) розглядалася як "порівняно просте органічна сполука, якому було б дивно приписувати роль носія спадкових властивостей ".

Хромосома містить два генонеми, тобто два пучки однакових білкових молекул. Такі гетерогенні впорядковані хромосоми-молекули можуть мати величезне число ізомерів (комбінаторних варіантів) однакового складу, але різного порядку символів-генів. Оскільки послідовність генів успадковується, то хромосома навіть у інтерфазі клітинного циклу (коли її не видно в мікроскоп) не може розпадатися на компоненти-гени, інакше вони не зможуть знову скластися в колишньому порядку. Тому в процесі відтворення хромосоми-молекули послідовність генів повинна зберігатися. За біологічної традиції це міркування було прибраний в форму афоризму: "Кожна молекула від молекули "(лат. -" Omnis moleсula ex moleсula ").

"Якщо ми визнаємо, що найбільш істотною частиною хромосоми є довгі білкові молекули, що складаються з декількох десятків або сотень атомних груп радикалів (всього-то! - В.Р.), то моргановское уявлення про хромосомі як про лінійне ряді генів отримає ясну конкретну основу. Радикали хромосомної молекули -- гени - займають в ній зовсім певне місце, і найменші хімічні зміни до цих радикалів, наприклад відрив тих чи інших атомів і заміна їх іншими повинні бути джерелом нових мутацій ".

З запропонованої Кольцовим схеми організації хромосоми випливає, що можна пошукати такі хімічні речовини, які здатні модифіковані бічні радикали, тобто можливий індукований хімічного мутагенезу. У середині 30-х років він запропонував своїм молодим співробітникам почати пошук таких хімічних мутагенів. Найбільшого успіху з них домігся Йосип Абрамович Рапопорт, який по праву вважається одним з першовідкривачів хімічного мутагенезу [4].

Зараз ми можемо об'єктивно оцінити ідею Кольцова, який першим припустив, що генетичний "каркас" хромосоми становить гігантська лінійна макромолекула, побудована з обмеженого різноманітності мономерів. Ця гіпотеза повністю виправдалася, щоправда, для молекул ДНК, а не білків (хоча білки теж мають лінійну структуру і складаються з мономерів).

Замість випадкової збірки генів у хромосому при її подвоєння Кольцов запропонував фактично матричний принцип відтворення хромосом, який зберігає порядок генів. Для цього він постулював як би "гомології" відносин між однойменними бічними радикалами (генами). Все це добре узгоджувалося з тодішніми уявленнями генетиків про гомологічною спарюванні генів у мейозі, про лінійної структурі хромосом і т.д. Крім того, ця ідея фактично наштовхнула його на думка про реальність хімічного мутагенезу.

Зрозуміло, багато приватних деталі й гіпотетичні уявлення не витримали випробування часом. Головну роль в гіпотезі Кольцова грають білки, а нуклеїнові кислоти опинилися "за кадром" побудованої схеми. Але така була реальність того часу. Час нуклеїнових кислот прийшло пізніше - наприкінці 40 - початку 50-х років. Лінійні розміри макромолекул білків дійсно наближаються до розмірами хромосом, але треба врахувати, що глобулярні білки згорнуті в просторові глобули, діаметром 2 - 10 нм, що в тисячі разів менше їх лінійних розмірів. Молекули нуклеїнових кислот ще довше: у гаплоїдном гені людини 3.109 нуклеотидів, що займають в довжину около1 м, а їхній обсяг складає всього 20 мкм3! Хромосоми містять не сотні генів, а десятки тисяч. Лінійний розмір генів теж значно більше, ніж розміри бічних радикалів амінокислот.

Ідея хромосоми-молекули справила глибоке враження на найближчого учня Н. К. Кольцова - Н.В.Тімофеева-Ресовський.

Класична зелена зошит

Учень Н. К. Кольцова, видатний російський генетик Микола Володимирович Тимофєєв-Ресовський в 1924 - 1945 рр.. працював у Німеччині. До середини 30-х років він очолював Відділ генетики Інституту мозку ім.Кайзера Вільгельма. Одне з напрямів його роботи було пов'язано з розвитком кольцовской ідеї про фізико-хімічної природі генів і хромосом. Крім того, він мав широкі контакти з фізиками-теоретиками копенгагенської школи, добре знав Нільса Бора і захоплювався квантової теорії Бора. На початку 30-х років в лабораторії з'явився молодий фізик-теоретик Макс Дельбрюк, учень Макса Борна. Між ними сталося наступне "торкання", що збагатила ідею молекули-гена. Ось як сам Н.В. описує розвиток цих подій:

"Відповім на запитання, чи мав я вплив на Дельбрюк, особливо в сенсі кольцовской ідеї про спадкової молекулі. Ніякого особливого впливу тоді не мав. Це він вигадує, конкретне переманювання Дельбрюк в біологію , Я, зізнаюся, справив. А він, будучи "хаузтеоретікер" (домашній теоретик) у самого Хана (Отто Гана. -- В.Р.), думав, що теоретик-фізик - він все знає і де-не до чого може зійти. А інше людство - це такі придурки якісь, людиноподібні. Тому він до нас з'явився, так би мовити, з одкровенням, що от, між іншим, відбором адже можна кількісно зайнятися. Тоді я дозволив собі з власної лабораторної періодики витягти близько дюжини книг, презентував їх йому, що "Америки ви покеда не відкрили". Він був кілька цим збентежений. Він, що говорити, дуже гордий був. І з тих пір попросився в нашу Буховскую групу. Ну і тут ми швидко сконтачілі. Я розповів йому про кольцовское загальне уявлення про молекулярної біології генів Чи, хромосом, що ми тоді, намагалися експериментально показати мономолекулярного принципову, в загальному сенсі, генів. Тобто що це єдина фізико-хімічна елементарна структура, так би мовити, а не шматочок вершкового масла. Він у цьому взяв участь. З цього народилася так звана потім класична зелена зошит.

Так, вплинув. Але яке це вплив - треп один "[5].

Тут Н.В. явно скромним. Його співробітник Карл Циммер згадував згодом:

"Ми зустрічалися два-три рази на тиждень, в основному - в будинку Тимофєєва-Ресовський в Берліні, де ми розмовляли по десять і більше годин без перерви, лише іноді поглинаючи їжу в ході розмов. Не можу судити, хто більше почерпнув з цього обміну ідеями, знаннями та досвідом, але є фактом, що через кілька місяців Дельбрюк настільки глибоко зацікавився кількісної біологією, і особливо - генетикою, що залишився в цьому полі назавжди "[6].

Інакше кажучи, це був, як тепер кажуть, "мозковий штурм". Знаючи нестримний характер Н.В. і його ідейний домінування в будь-якій аудиторії, можу сказати, що саме він сіяв насіння, а його молоді колеги слухали, не відриваючись.

В кінці 20 - середині 30-х років Тимофєєв-Ресовський та його співробітники вивчали закономірності виникнення мутацій під дією рентгенівських променів та інших жорстких випромінювань. Головна ідея полягала в тому, що квант випромінювання або частка іонізують атоми внутрішньоклітинного речовини. При цьому виникають мутації генів. Якщо механізм мутацій Одноударні, тобто один акт іонізації в обсязі мішені викликає мутацію, то число мутацій (N *) при опроміненні зростає за законом

N *= N0 (1 - Exp (- vD)),

де N0 - початкове число мішеней в обсязі v, D - доза опромінення, вимірюється числом пар іонів в см3. У тканинах дрозофіли доза в один рентген викликає 1.6 · 1012 актів іонізації на см3. Тому константа v має розмірність см3, тобто об'єму мішені, іонізація якої достатня для виникнення мутації. Вимірявши N0, N * і D, можна оцінити об'єм мішені, що приблизно ототожнюється з геном, тобто - Фізичний розмір гена. За уявленнями Тимофєєва-Ресовський, ген -- неподільна елементарна одиниця, свого роду атом спадковості, а його мутації - зміни внутрішнього стану.

Підрахунок рецесивних летальних мутацій в X-хромосомі дрозофіли, з даних для різних випромінювань, показав, що v = 1.77 • 10 - 17 см3. Це відповідає сфері діаметром d = 3.2 • 10 - 6 см = 32 нм. Оскільки характерні міжатомних відстані 0.2 - 0.3 нм, а середній обсяг атома (8-27) · 10-3 нм3, виходить, число атомів в гені 300 - 1000, а характерний розмір гена 2 - 3 нм (за більш пізнім оцінками [7], 2 - 6 нм). Для порівняння [8], діаметри молекул глобулярних білків 2 - 10 нм. Якщо середнє число атомів, складових мономери білків (амінокислоти), так само 15, то уявний ген-білок повинен складатися з 20 - 70 амінокислот. Сьогодні ми знаємо, що це число занижено. Нарешті, за більш пізнім і точним оцінками Тимофєєва-Ресовський і Циммера, середній обсяг мішені 1700 нм3, що відповідає діаметру сфери 25 нм, числу атомів 6.3 · 105 - 2.1 · 106 і кількістю пар нуклеотидів (для ДНК) 10000 - 40000. За сучасними даними, ці цифри для генів дрозофіли не завищена.

Тим не менш зроблений авторами висновок є очевидним: ген - макромолекула, що складається з 100 мономерів і більше, як і передбачав Кольцов. Тому хромосома-молекула повинна бути в сотні і тисячі разів більше. При взаємодії з випромінюваннями молекула-ген повинна проявляти квантові властивості. З хімії, в тому числі - квантової, відомо, що складні молекули можуть мати ізомерні форми, тобто різні структури при тому ж складі. Якщо гени-молекули побудовані з невеликого різноманітності мономерів, то комбінаторика варіантів одного складу величезна. Наприклад, для лінійних молекул з L мономерів, що належать до різних n типами, число ізомерів буде

__L!

--------------------

k1! k2! ... kn!

де ki - число мономерів i-го типу.

Дельбрюк припустив, що ізомери відповідають алелі гена, а ізомерні переходи -- мутацій. З іншого боку, ізомери відповідають дискретним енергетичним станів молекули в потенційних ямах, які розділені потенційними бар'єрами кінцевої величини (порогами). Тунелювання крізь ці бар'єри малоймовірний, і чим вище поріг, тим довше очікування. Однак якщо надійшла ззовні енергія достатня для подолання бар'єру (тобто для іонізації), то відбудеться радіаційна індукція ізогенного переходу, тобто мутація. Ясно також, що велика молекула має величезне число дискретних стійких станів-алелей.

Цікаво, що вже в 50-ті роки ідея ізомерних переходів між станами квантовими генів знайшла реальне втілення. Було показано, що азотисті основи нуклеотидів ДНК мають так звані Таутомерні варіанти. Таутомерія утворюють різне число водневих зв'язків у ДНК і в результаті - пари з іншими нуклеотидами, порушуючи канонічні правила комплементарності: A - T і G - C. Квантові Таутомерні переходи вносять свій внесок у спонтанний мутагенезу. А багато хімічні мутагени - аналоги нуклеотидів - мають підвищену імовірність таутомерних переходу, тобто індукують мутаційні заміни нуклеотидів в ДНК.

В 1935 Тимофєєв-Ресовський, Циммер і Дельбрюк на запрошення Геттінгенському академії природознавства зробили доповідь про структуру гена і механізм мутацій, який потім був опублікований у вигляді невеликої зошити із зеленою обкладинкою і отримав назву "Класична зелена зошит" [9]. Пізніше в своїх спогадах Н.В. писав:

"Я особисто з 40-х років більше цим не займаюся. Щоправда, мене багато хто, особливо там, за кордоном, вважають чимось на зразок діда цього напрямку. Бо нова, післявоєнна редакція його була запущена Дельбрюк, а Дельбрюк відповідну річ я заправив в мізки в 30-і роки. Ось із цього, по суті, пішло все, з цією самої нашої класичної, так званої "зеленої зошити" Геттінгенського суспільства наук. Ну й нехай, значить, далі розвивається на добре здоров'я "[10].

Не слід думати, що "модель трьох" повною мірою витримала випробування часом. Виявилося, що оцінка розміру генів, дійсно, не дуже далека від реальної, а гени - макромолекули, але не білки, а сегменти ДНК. Квантові явища дійсно беруть участь у первинному мутагенезу, але зовсім не так, як припускав Дельбрюк. У моделі розглядалися й інші важливі властивості генів - здатність до подвоєння і до контролю ознак клітини і організму та ін Саме Тимофєєв-Ресовський запропонував тоді ідею (і термін) конваріантной редуплікаціі генів, тобто їх здатності "поряд з собою побудувати собі точно подібні і відштовхнути ", але з включенням до себе спадкових варіацій, мутацій.

Головне значення цієї моделі полягає в тому, що вона привернула до проблеми гена багатьох видатних фізиків. Надалі це виявилося вирішальною подією в ході з'ясування молекулярної природи генів, зародження молекулярної біології і генетики, розвитку інформаційно-кібернетичного підходу в генетиці.

В 1938 Дельбрюк, налаштований антинацистські, скористався підтримкою Рокфеллерівського фонду і виїхав до США, повністю присвятивши свою діяльність питань молекулярної генетики. Досвід фізика, ймовірно, підказав йому, що для успішного вирішення проблеми гена слід знайти такі біологічні об'єкти, які за розміром мінімально відрізнялися б від генів. Дельбрюк вибрав бактеріофагів. У той час (1939 - 1940) ніхто не припускав, що фаги підкоряються законам генетики. Разом з О. Херші, американським вірусологом, і С. Лурія, молодим вірусологом, емігрантом з Італії, вони організували "фагів групу", яка вперше використала фаги як генетичні об'єкти. Надалі Дельбрюк, Лурія і Херші отримали Нобелівську премію за основоположні дослідження з генетики бактеріофагів.

Таким чином, "торкання" Н.В.Тімофеева-Ресовський та М. Дельбрюк породило квантову модель гена-молекули. У свою чергу, "модель трьох" і "Зелена зошит" справили сильне враження на Е. Шредінгера -- одного з творців квантової механіки.

Що таке життя з точки зору Шредінгера

Австрійський фізик-теоретик Ервін Шредінгер, ім'ям якого названо основне рівняння квантової механіки, Нобелівський лауреат, в 1938 р. покинув батьківщину і переїхав до столицю Ірландії - Дублін. Хоча він не був євреєм і не піддавався гонінням в Австрії та Німеччині, його відштовхував нацизм. Тому він прийняв запрошення президента Ірландії І. де Валера очолити Школу теоретичної фізики Інституту вищих досліджень в Дубліні. Авторитет Шредінгера у фізиці був виключно високий. За свідченням У. Мура [11], біографа Е. Шредінгера, до 1960 р. число публікацій, в яких використовувалося рівняння Шредінгера, перевищила 100 тис.

Будучи широко освіченою людиною, Шредінгер не замикався тільки на фізиці: тут і робота про роль давніх греків у сучасної цивілізації, і книга віршів, і багато чого іншого. Особливе місце в його науковій творчості займає невелика книга "Що таке життя? З погляду фізика", написана за матеріалами трьох популярних лекцій [12], прочитаних в Дубліні в лютому 1943 р. на основі "Зеленого зошита". Шредінгер був добре знайомий з авторами цієї роботи щодо спільних семінарів фізиків-теоретиків (і частково - радіаційних генетиків) копенгагенської школи. Це і стало наступним "киснем" творців великої ідеї.

Перш всього Шредінгер розвинув модель гена-молекули (модель Дельбрюк, як він її часто називав):

"Припустимо, що за своєю структурою ген є гігантською молекулою, яка здатна тільки до дискретним змін, зводиться до перестановці атомів з утворенням ізомерних молекули.

Перестановка може торкнутися невеликої частини гена; можливо величезне число таких різних перестановок. Потенційні бар'єри, що розділяють можливі ізомерні конфігурації, які повинні бути досить високими (у порівнянні із середньою теплової енергією атома), щоб зробити переходи рідкісною подією. Ці рідкісні події ми будемо ототожнювати зі спонтанними мутаціями "[13].

Шредінгер звернув увагу, що стабільна структура молекул швидше відповідає кристалічної, ніж аморфної. Розглядаючи гетерогенну складну органічну молекулу, Шредінгер робить висновок:

"Ми можемо абсолютно точно назвати це утворення аперіодіческій кристалом, або твердим тілом, і висловити нашу гіпотезу словами: ми вважаємо, що ген або, можливо, ціла хромосомна нитка представляють собою аперіодіческій тверде тіло ".

Така модель припускає експериментальну перевірку. При термоактіваціонном механізмі середній час ізомерних переходу (тобто мутації) одно

t = "Тау" · exp (W/kT),

де W - висота бар'єру, kT - середня теплова енергія атома при температурі T, а "тау" = 10-13 - 10-14 відповідає періоду коливань атомів в системі. Як видно, стійкість алелі в сильному ступені залежить від температури T і висоти бар'єру W. Чим вище W і нижче T, тим він стабільніше.

Дійсно, генетики експериментально встановили, що при збільшенні температури "нормальні" аллелі мутують частіше, а швидкість мутацій деяких нестабільних алелів взагалі не змінюється. У той же час швидкість мутацій, індукованих рентгенівськими променями, не залежала від швидкостей спонтанних мутацій опромінюваних алелей, тобто була однакова як для стійких, так і для нестабільних алелів.

Далі Шредінгер зробив ще один принциповий крок. Він спробував відповісти на запитання про функціональної ролі молекули-гена і молекули-хромосоми по відношенню до контрольованим ними ознаками організму.

" Хромосоми містять у вигляді свого роду шифрувального коду весь "план" майбутнього індивідуума і його функціонування в зрілому стані. Кожен повний набір хромосом містить весь шифр.

Але термін шифрувальний код, звичайно, занадто вузький. Хромосомні структури служать в той же час і інструментом, що здійснюють розвиток, який вони ж віщують . Вони є одночасно і архітектором, і будівельником .

Як така крихітна частинка речовини - ядро плідного яйця - може вмістити складний шифрувальний код, що включає в себе всі майбутній розвиток організму? Добре упорядкована асоціація атомів, наділена достатньою стійкістю для тривалого зберігання своєї впорядкованості, видається єдино мислимій матеріальної структурою, в якій різноманітність можливих (ізомерних) комбінацій досить велике, щоб містити в собі складну систему детермінації в межах мінімального простору ".

Інакше кажучи, біологічна сутність гена і хромосоми полягає в тому, що вони являють собою молекулярні запису складної структури окремих ознак, онтогенезу і організму в цілому. Засоби запису - комбінаторика варіантів великих молекул-генів. Таким чином, Шредінгер підійшов до формулювання інформаційно-кібернетичного підходу в генетиці. Звичайно, цей перший крок ще був неконкретним і достатньо фігурально, метафорично. Але з нього в Надалі виріс підхід до проблеми кодування генетичної інформації.

Нарешті, Шредінгер робить останній крок у своїй концепції:

"З загальної картини спадкової речовини, намальованій Дельбрюк, випливає, що діяльність живої матерії, хоча і заснована на законах фізики, встановлених до теперішнього часу, але, мабуть, підпорядковується досі невідомим іншим законами фізики, які, проте, як тільки вони будуть відкриті, повинні скласти таку ж невід'ємну частину цієї науки, як і перше ".

"Життя - Це впорядкована і закономірне поведінка матерії, що грунтується не тільки на однієї тенденції переходити від впорядкованості до невпорядкованості, а й частково на існуванні впорядкованості, яка підтримується все час ".

Говорячи іншими словами, організм - це макроскопічна впорядкована система, що діє по детермінованим законам, тоді як його основу складають макромолекули (гени, хромосоми вихідної зиготи), поведінка яких носить квантовий, статистичний характер. Здавалося б, другий початок термодинаміки (закон зростання ентропії для ізольованих систем) вимагає, щоб невпорядкованість наростала. Ентропія служить мірою хаотичності системи, а її спадання збільшує впорядкованість. Однак організми - не ізольовані системи, тому вони не тільки зберігають впорядкованість, але розмножують себе і будують в онтогенезі нові макроскопічні впорядковані системи під контролем квантових молекулярних об'єктів - генів. Шредінгер припускає, що ця особливість життя, що відрізняє її від усього неживого, виникає на основі дії якихось нових, не відомих фізиці законів, не менш великих і фундаментальних, ніж, наприклад, початку термодинаміки.

Згідно розвиває концепції, живий організм уникає переходу до хаосу за рахунок харчування високо впорядкованими продуктами. "Він (організм) живиться негативною ентропією, як би залучаючи на себе її потік (ізвне. - В.Р.), щоб компенсувати цим збільшення ентропії, вироблене їм у процесі життя, і таким чином підтримувати себе на постійному і досить низькому рівні ентропії .

cпособность "пити впорядкованість" з відповідною середовища, мабуть, пов'язана з присутністю "аперіодіческій твердих тіл" - хромосомних молекул ".

Для фізика такий стан справ здається дивом: одинична група атомів, що існує спочатку (в зиготі) в одному примірнику, впливає на формування макроскопічного ознаки. Навіть у багатоклітинного організму (число клітин близько 1014) число таких груп становлять мізерну частку всього ансамблю. І тоді слід питання:

" чи не нагадують вони нам окремі пульти управління, розкидані по всьому організму і здійснюють зв'язок між собою завдяки загальному для них коду? "

І останнє. "Аперіодіческій кристал" - ген, хромосома - здатний формувати "порядок з порядку", точніше - поширювати вже наявний в ньому порядок на нові маси речовини. Фактично це схоже на аперіодіческій кристалізацію, породжену вихідною молекулою-геном. У більш умоглядної формі цей принцип відзначав ще Кольцов. Генетично це прообраз механізму подвоєння хромосоми-молекули.

Таким чином, Шредінгер викладає хоча і недеталізірованную, але досить послідовну картину фізичних явищ, які могли б стати основою генетичних механізмів. Серед найбільш значних висновків, як тепер ясно, - Уявлення про гені і хромосомі як про молекулярні записах інформації (шифрувальної коді), які контролюють формування макроскопічних ознак організму шляхом управління. Інакше кажучи, так виникла інформаційно-кібернетичний підхід у генетиці. Відповідно до цієї концепції гени володіють "квантової" стабільністю і відтворюються шляхом "кристалізації" за участю затравки - попереднього "аперіодіческій кристала" - гена.

Книга Шредінгера мала величезний вплив на подальший хід подій. З вуст визнаного всіма вченого молоде покоління фізиків дізналося про можливу реальності нових фундаментальних законів фізики. Молодь, лав якої поповнилися після закінчення війни, завмерла від спокуси. Більшість вибрав шлях в біологію та засвоїли ідею "шифрувального коду" і гена-молекули. Серед тих, на чиї долі вплинули ідеї Шредінгера, були Ф. Крик, Дж.Уотсон, М. Уілкінс, С. Бензер, Г. Стент, Дж.Ледерберг і сотні інших. Це "торкання" генія було масовим. Імена Тимофєєва-Ресовський та Дельбрюк стали широко відомі англомовного світу науки. У нас книга вперше була перекладена і видана в 1947 р., але незабаром заборонена разом з усією генетикою в роки лисенківщини. Тільки після 1955 ідеї Шредінгера стали публічно обговорюватися в радянській фізичної та біологічної науки. Однак за цей час наука вже помітно пішла вперед, і на порядку денного стали наступні проблеми: генетичний код, генетичні процеси, молекулярна кібернетика і т.д., у вирішенні яких радянські вчені вже змогли взяти посильну участь.

Через 20 років, підбиваючи перші підсумки розвитку молекулярної біології і генетики, Г. Стент зазначив: "Вторгнення цих людей (фізіков. - В.Р.) в генетику і споріднені їй області біології в 40-х роках зробило в цій науці революцію, яка, коли порох зникла, залишила в якості своєї спадщини молекулярну біологію. На жаль, фізики були обмануті у своїх сподіваннях. Ніяких "інших законів фізики" на цьому шляху не виявилося  щоб зрозуміти як функціонує спадкове речовина, потрібно, мабуть, лише розуміти, як розриваються та утворюються водневі зв'язку "[14].

Дійсно, на цьому шляху не підтвердилися багато ранніх ідеї Дельбрюк і Шредінгера [15]. Стабільність генів забезпечується не стільки їх квантовим характером, скільки існуванням потужних молекулярних систем репарації ушкоджень ДНК, що діють на основі дублювання генетичної інформації (подвійна ланцюг ДНК, диплоїдної хромосом, дублювання генів та ін.) Температурні залежності швидкостей мутацій, знайдені у дрозофіли, відносяться не до генів, а до асоційованим ферментів. Механізми багатьох мутацій пов'язані не зі змінами конформації гена (ДНК), а з впровадженнями у неї мобільних генетичних елементів.

Але проте, справа була зроблена. Ідея молекули-гена підтвердилася, але не для білків, а для ДНК, і на більш складному рівні, де роль мономерів-символів молекулярного коду грають не атоми, а нуклеотиди. Молекулярна біологія і генетика з самого початку придбали інформаційно-кібернетичне забарвлення. Центральні проблеми цих наук і вирішувалися в рамках цього підходу: генетична інформація, ген як одиниця інформації, генетичний код, матрична РНК-посередник, регуляторні гени, управління функцією генів і т.д. [16]. Такий підхід повністю адекватний фізико-хімічної та біологічної сутностей цих проблем. Вже в наступних поколіннях дослідників автору статті довелося розвивати теорію молекулярно-генетичних систем управління, тобто фактично -- молекулярну кібернетику. І все це - в результаті того, що Шредінгер перевів стрілку на шляхах могутнього наукового потоку.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.peoples.ru/