азимов айзек генетический код
Генетический код
Генетический код. От теории эволюции до расшифровки ДНК
Научно-популярная библиотека Айзека Азимова –
«Генетический код. От теории эволюции до расшифровки ДНК»: Центполиграф; Москва; 2006
Аннотация
Азимов рассказывает об открытии носителя наследственных характеристик всего живого — ДНК, подробно говорит о сложных функциях клеток, хромосом, белков, объединяя эти писания и захватывающий рассказ о революции в молекулярной биологии. Книги А. Азимова — это оригинальное сочетание научной достоверности, яркой образности, мастерского изложения.
Предисловие переводчика
«Данная книга, — писал Азимов в 1962 году, — является попыткой рассказать о том, как было совершено само открытие, описать его значение в отдаленной и ближайшей перспективе и в конце концов спрогнозировать, какие результаты оно сможет принести в будущем — каким мне очень хотелось бы видеть 2004 год».
Сегодня мы можем сказать, что все направления, предсказанные автором, активно разрабатываются учеными и достигнуты уже такие успехи, о которых автор даже не решился помечтать вслух. Сейчас специалисты по всему миру клонируют животных, включая многих млекопитающих, проводят генетический скрининг эмбрионов на предмет наличия наследственных заболеваний, помещают пуповинную кровь новорожденных на хранение в специальные гемабанки для медицинского использования в будущем, поднимают на ноги паралитиков и выращивают квадратные арбузы для удобства транспортировки.
Человек стоит на пороге безграничной власти над природой, в том числе и в первую очередь — своей собственной. В книге, которую вы держите в руках, Айзек Азимов описывает историю того открытия, которое предоставило нам эту власть, и сейчас остается только поражаться, насколько верными оказались предположения, выдвинутые гениальным ученым-просветителем почти полвека назад!
Введение
ПРОРЫВ
Всем нам довелось стать современниками одного из самых важных научных открытий во всей истории человечества.
С самого конца XVIII столетия, когда зародилась химия в ее современном виде, и вплоть до последних лет умы биологов занимала загадка жизни — но подобраться к ней вплотную не удавалось. Некоторые уже готовы были разочарованно признать вопрос о жизни и ее механизмах принципиально неразрешимым, загадкой, которую уму человеческому постичь не дано никогда.
Читать онлайн «Генетический код. От теории эволюции до расшифровки ДНК»
Автор Айзек Азимов
Предисловие переводчика
«Данная книга, — писал Азимов в 1962 году, — является попыткой рассказать о том, как было совершено само открытие, описать его значение в отдаленной и ближайшей перспективе и в конце концов спрогнозировать, какие результаты оно сможет принести в будущем — каким мне очень хотелось бы видеть 2004 год».
Сегодня мы можем сказать, что все направления, предсказанные автором, активно разрабатываются учеными и достигнуты уже такие успехи, о которых автор даже не решился помечтать вслух. Сейчас специалисты по всему миру клонируют животных, включая многих млекопитающих, проводят генетический скрининг эмбрионов на предмет наличия наследственных заболеваний, помещают пуповинную кровь новорожденных на хранение в специальные гемабанки для медицинского использования в будущем, поднимают на ноги паралитиков и выращивают квадратные арбузы для удобства транспортировки.
Человек стоит на пороге безграничной власти над природой, в том числе и в первую очередь — своей собственной. В книге, которую вы держите в руках, Айзек Азимов описывает историю того открытия, которое предоставило нам эту власть, и сейчас остается только поражаться, насколько верными оказались предположения, выдвинутые гениальным ученым-просветителем почти полвека назад!
Введение
Всем нам довелось стать современниками одного из самых важных научных открытий во всей истории человечества.
С самого конца XVIII столетия, когда зародилась химия в ее современном виде, и вплоть до последних лет умы биологов занимала загадка жизни — но подобраться к ней вплотную не удавалось. Некоторые уже готовы были разочарованно признать вопрос о жизни и ее механизмах принципиально неразрешимым, загадкой, которую уму человеческому постичь не дано никогда.
А потом наступило грандиозное десятилетие 1940-х гг. Весь мир содрогался от великой войны, а ученые — от творческой лихорадки. (Подобная связь между войной и всплеском творческой деятельности отмечается нередко, но мало кто считает это достаточным оправданием для существования войн. )
Биохимики уже научились использовать в своих опытах над живыми организмами радиоактивные атомы, внедряя их в более крупные соединения, которые затем вводили внутрь организма. Но только в 1940-х годах благодаря созданию атомных реакторов радиоактивные атомы стали широко доступными, и с их помощью ученым удалось успешно раскрыть некоторые сложные цепочки биохимии организма.
Примерно в этот же период биохимики научились разделять сложные смеси при помощи всего лишь промокательной бумаги, нескольких общеизвестных растворителей и закрытого ящика. И в то же время к их услугам оказались страшно сложные инструменты — электронные микроскопы, увеличивающие объекты в сотни раз сильнее, чем микроскопы обычные, масс-спектрографы, в силах которых было отбирать атомы по одному, и т. д.
Но поистине революционным годом следует считать 1944-й, когда ученый по имени О. Т. Эйвери взялся вместе с двумя своими коллегами за изучение вещества, проявившего способность превращать бактерии одного штамма в бактерии другого. Этим веществом оказалась дезоксирибонуклеиновая кислота, широко известная теперь под аббревиатурой ДНК.
Для непосвященного это открытие может показаться малозначительным, но в действительности же оно полностью перевернуло несколько положений, которые на протяжении столетия принимались биологами и химиками как непреложная истина. В биологических науках было установлено новое направление приложения усилий и, соответственно, разработаны и новые методики исследований. Так родилась наука, известная ныне как «молекулярная биология».
Не прошло с тех пор еще и двадцати лет, как проблемы, которые казались когда-то неразрешимыми, обрели свое решение, а предположения, представлявшиеся фантастическими, стали общеизвестными фактами. Ученые бросились в гонку за достижениями, и большинство из них уже успели поставить свои рекорды.
Последствия описываемого полностью неоценимы; холодный и ясный взгляд современной науки сумел проникнуть глубже в суть вещей, чем когда-либо за всю свою историю в три с половиной века.
Сама наука, как таковая, в современном своем виде зародилась где-то на рубеже XVI и XVII веков, когда великий итальянский естествоиспытатель Галилео Галилей изложил в общедоступной форме принципы применения количественных методов к наблюдению природных явлений, осуществления точных измерений и построения обобщений, формулируемых в виде простых математических выражений.
Достижения Галилея лежат в области механики, изучения движения и вызывающих его сил. Впоследствии, ближе к концу XVII века, нового прогресса в этой сфере удалось достичь благодаря усилиям английского ученого Исаака Ньютона. Законы механики позволили описать движение небесных тел; сложные явления удалось понять, исходя из простых базовых допущений. Вслед за физикой знакомый нам вид начала принимать и астрономия.
А сама физика между тем продолжала активно развиваться в направлении, заданном когда-то Галилеем. В XIX веке удалось приручить электричество и магнетизм, и утвердились теории, удовлетворительным образом описывающие явления электромагнетизма.
С началом XX столетия физика достигла новых высот сложности и тонкости — на этот уровень ее подняли открытие радиоактивности, разработка квантовой теории и теории относительности.
А между тем в конце XVIII века французский химик Лавуазье применил метод количественных измерений и к химии, сделав ее тем самым полноправным членом клуба точных наук. XIX век стал периодом развития новых плодотворных теорий, оперировавших такими понятиями, как атомы и ионы. Делались грандиозные обобщения; были зафиксированы законы электролиза и составлена периодическая таблица элементов. Химики научились синтезировать вещества, не встречающиеся в природе, и в ряде случаев эти новые вещества оказались полезнее любых натуральных.
К концу XIX века грань между областями физики и химии стала размываться. Появились и начали бурно развиваться новые области знания, такие как физическая химия или химическая термодинамика. В XX веке с помощью квантовой теории удалось определить механизм объединения атомов в молекулы. Сегодня любое разграничение между физикой и химией является совершенно условным — в действительности обе эти науки являются единым целым.
Итак, человеческий разум одерживал грандиозные победы над неодушевленной вселенной, физические науки всячески развивались, а что же происходило тем временем с науками биологическими?
Конечно же пребывать в замершем состоянии они не могли — в области биологии тоже совершались великие открытия. Например, в XIX веке таких основополагающих открытий было сделано, как минимум, три.
В 1830-х годах немецкие биологи Шлейден и Шванн выдвинули клеточную теорию. С этой точки зрения все живое состоит из крошечных клеток, видимых только под микроскопом. Эти-то клетки и являются первичными единицами жизни.
В 1850-х годах английский натуралист Дарвин разработал теорию эволюции, которая позволила рассматривать как единое целое всю цепь живых существ прошлого и настоящего. Эта теория лежит в основе всей современной биологии.
И наконец, в 1860-х годах французский химик Пастер выдвинул теорию бактериального происхождения болезней. Лишь это помогло врачам осознать, чем же они на самом деле занимаются, а медицине — перерасти состояние «упования на Господню волю». Именно с этого переломного момента началось принципиальное снижение смертности и увеличение продолжительности жизни.
Однако все эти революционные этапы развития биологических наук, сколь бы велико ни было их значение, по природе своей отличались от современных им прорывов в области физики и химии — это было описание качеств без применения точных измерений и сложной системы расчетов.
Использовать свои знания для причинения страданий и несчастья человек умел всегда. По крайней мере, с тех пор, как овладел огнем и подобрал с земли первую дубинку. Однако за 40-е годы XX века впервые знание дало человеку силу, с помощью которой оказалось возможным истребить вообще весь род людской, а то и вообще все живое.
Наука смогла поставить эти знания на службу человеку, но сам человек меж тем остается за пределами понимания науки.
Так мы вплотную подходим к удивительному парадоксу: знаний человека достаточно, чтобы за один день уничтожить миллиард себе подобных, стоит лишь пожелать, но при этом причины такого желания все еще остаются для него самого непостижимыми.
«Познай себя!» — призывал Сократ две с половиной тысячи лет назад. Теперь, если человечество себя не познает, оно обречено.
На самом деле физические науки уже неоднократно то тут, то там вторгались на территорию биологии. В поле интересов физиков попали мышечные сокращения и электрический потенциал мозга, а химики упорно пытались воспроизвести химические реакции, проходящие в живом организме.
Однако большая часть биологии продолжала оставаться недосягаемой, и представителям точных наук приходилось довольствоваться работой на периферии — вплоть до того самого великого десятилетия 1940-х годов.
А в 1944 году главная загадка жизни — загадка роста, размножения, наследственности, развития первоначальной яйцеклетки и, возможно, работы самого мозга — попала под микроскоп физики.
Только тогда нога человека впервые вступила на дорогу поистине научной биологии, на дорогу, Которой предстоит привести его к столь же глубокому и точному пониманию процессов мышления и жизни, какое уже имеется в отношении молекул и атомов.
Это будущее знание конечно же тоже может быть использовано во вред и привести к появлению новых источников ужаса — научное управление жизненными процессами способно послужить целям новой тирании. Но не исключено и другое: при правильном использовании эти знания должны привести к исцелению или, по крайней мере, к сдерживанию большинства болезней, истязающих плоть и дух человека. А главное, смертоносные силы природы окажутся в руках биологического вида, который познал себя и может себя контролировать, а значит — которому можно доверять решение вопросов жизни и смерти.
Вполне возможно, что уже слишком поздно, и безумие человеческое доведет нас всех до разрушения раньше, чем новое знание достигнет необходимого совершенства. Но мы же в состоянии, в конце концов, хоть попытаться!
Лишь одно-два поколения, быть может, отделяют нас от желанной цели, ведь современная наука развивается потрясающе быстрыми темпами.
В 1820 году датский физик Эрстед заметил, что компасная стрелка отклоняется от своего обычного направления, если ее поднести к проволоке, по которой пропущен электрический ток. Это случайное наблюдение впервые позволило свести воедино феномены электричества и магнетизма.
Эрстед просто случайно отметил интересный факт, и вряд ли кто-нибудь в тот момент мог предугадать последствия подобной наблюдательности. Результатами же стало изобретение электрических генераторов и двигателей, телеграфной связи, и все это — в течение всего четверти века! А через 60 лет появилась лампа накаливания, и началась глобальная электрификация.
В 1883 году Томас Эдисон отметил, что если в лампу поместить рядом с нитью накаливания металлическую пластину, то ток будет протекать между нитью и пластиной через вакуум, причем только в одном направлении.
Сам Эдисон не оценил значения своего открытия, но зато это сделали другие. «Эффект Эдисона» нашел применение в том, что сейчас именуется радиолампами, и послужил толчком к возникновению электроники. За последующие 40 лет радио приобрело большое значение для человечества. А за 60 лет на смену радио уже пришло телевидение, а электроника получила еще одно, новое применение — в создании огромных компьютеров.
В 18961 году французский физик Беккерель обратил внимание, что фотопленка затуманивается от присутствия урановых соединений, даже будучи завернутой в черную бумагу. Создавалось впечатление, что уран испускает какие-то невидимые лучи, и это предположение открыло для науки целый мир, лежащий внутри атома.
Четверть века спустя после открытия Беккереля физики-атомщики уже расщепляли атомы, а еще четверть века спустя открытая ими сила уже уничтожала города. Через 60 лет после первоначального открытия уже существовали атомные электростанции для мирных целей.
В 1903 году братья Райт впервые подняли в небо летательный аппарат тяжелее воздуха. По сути он представлял из себя большой воздушный змей с моторчиком, в воздух поднимался лишь на несколько секунд, пролетал пару метров и снова приземлялся. Однако 60 лет спустя преемниками того первого самолета были уже огромные лайнеры, переносящие через океаны и континенты по сотне с лишним пассажиров со сверхзвуковой скоростью.
Азимов айзек генетический код
Если подействовать на плесень рентгеновскими лучами, возникают мутанты. Некоторые из них теряют способность продуцировать нужные аминокислоты. Один мутантный штамм, например, потерял способность образовывать аминокислоту лизин, и, чтобы поддержать жизнь этого штамма, ее приходилось вводить в питательную среду. Подобная дефективность, как показали Бидл и Тэтум, зависит от отсутствия специфического фермента, имеющегося у нормального немутантного штамма. Отсюда они сделали вывод, что способность продуцировать лизин представляет специфическую функцию особого гена, управляющего образованием данного фермента.
Молекулы нуклеиновой кислоты, передаваемые через сперматозоид или яйцеклетку, обладают способностью продуцировать особый набор ферментов. Назначение этих ферментов — управлять химизмом клетки. Химизм клетки в свою очередь ответствен за все свойства, наследственность которых и изучали Бидл и Тэтум. Таким образом, можно было перекинуть мостик от ДНК к физическим признакам организма. Так как ДНК генов остается в пределах ядра, а синтез белка протекает вне ядра, образование ферментов генами, вероятно, проходит через промежуточные продукты. Электронно-микроскопическое изучение клетки раскрыло более тонкие детали ее строения и определило точное место белкового синтеза.
В клетке в большом количестве были найдены организованные гранулы, значительно более мелкие, чем митохондрии, и потому названные микросомами (от греческих слов mikros — малый и soma — тело). В 1956 г. одному из наиболее энергичных исследователей микросом, американцу Джорджу Эмилю Паладе (род. в 1912 г.), удалось показать, что они богаты РНК (поэтому их переименовали в рибосомы). Тогда и обнаружили, что именно рибосомы являются местом синтеза белка.
Но генетическая информация от хромосом должна дойти до рибосом. Это осуществляет особая разновидность РНК, названная информационной; информационная РНК точно повторяет структуру определенного участка ДНК хромосом, составляющего единицу наследственной информации — ген, и переносится из ядра в цитоплазму клетки, где и прикрепляется к рибосоме. Но для того, чтобы синтезировались белки, необходимы аминокислоты, которые образуются при помощи ферментов в самой клетке или поступают с пищевыми продуктами. Проблему доставки аминокислот в рибосомы впервые изучил американский биохимик Мелон Буш Хогленд (род. в 1921 г.). Он установил, что каждая аминокислота, прежде чем попасть к месту синтеза белков, соединяется с транспортной РНК, которая и переносит их на соответствующее место информационной РНК.
Оставалось неясным: как молекула данной транспортной РНК прикрепляется к данной аминокислоте? Проще всего было бы представить, что аминокислота прикрепляется к пуринам и пиримидинам нуклеиновой кислоты; к каждому пурину или пиримидину — разные аминокислоты. Однако из 20 различных аминокислот молекулы белка на молекулу нуклеиновой кислоты приходится лишь четыре пурина и пиримидина. По этой причине вполне очевидно, что к каждой аминокислоте должна подходить комбинация по крайней мере из трех нуклеотидов. (Из трех нуклеотидов возможны 64 различные комбинации.)
Подгон комбинаций тринуклеотидов к аминокислоте (то есть какая комбинация нуклеотидов и в какой последовательности в составе информационной РНК соответствует определенной аминокислоте) представлял самую важную биологическую проблему начала 60-х годов, относящуюся к расшифровке генетического кода. В этом направлении наиболее активно работает американский биохимик Северо Очоа (род. в 1905 г.).
Автор: Айзек Азимов
Качество: Отсканированные страницы
Описание: В 1944 году было совершено научное открытие, равных которому по значимости с тех пор еще не делалось. Был установлен носитель наследственных характеристик всего живого, включая человека, — ДНК.
«Данная книга, — писал Азимов в 1962 году, — является попыткой рассказать о том, как было совершено само открытие, описать его значение в отдаленной и ближайшей перспективе и в конце концов спрогнозировать, какие результаты оно сможет принести в будущем — каким мне очень хотелось бы видеть 2004 год».
Сегодня мы можем сказать, что все направления, предсказанные автором, активно разрабатываются учеными и достигнуты уже такие успехи, о которых автор даже не решился помечтать вслух. Сейчас специалисты по всему миру клонируют животных, включая многих млекопитающих, проводят генетический скрининг эмбрионов на предмет наличия наследственных заболеваний, помещают пуповинную кровь новорожденных на хранение в специальные гемабанки для медицинского использования в будущем, поднимают на ноги паралитиков и выращивают квадратные арбузы для удобства транспортировки.
Человек стоит на пороге безграничной власти над природой, в том числе и в первую очередь — своей собственной. В книге, которую вы держите в руках, Айзек Азимов описывает историю того открытия, которое предоставило нам эту власть, и сейчас остается только поражаться, насколько верными оказались предположения, выдвинутые гениальным ученым-просветителем почти полвека назад!
Генетический код
[10] Группа из трех атомов азота, связанных с центральным атомом углерода, называется гуанидиновой группой. Для данной книги это не имеет значения, но не забывайте, что на самом деле групп атомов существует гораздо больше, чем перечислено в предыдущей главе
[11] Надо оговориться, что число двадцать два в какой-то мере условно. Некоторые из биохимиков считают аспарагин и глютамин нс более чем разновидностями аспарагиновой и глютаминовой кислот, так что с их точки зрения аминокислот всего двадцать. Другие биохимики склонны не принимать в расчет гидроксипролин, раз он не встречается нигде, кроме коллагена, а третьи — рассматривают цистин и цистеин как две разновидности одного и того же вещества, так что в принципе количество различных аминокислот можно считать и равным восемнадцати. И все же я лично предпочитаю либеральный подход и в дальнейшем буду придерживаться числа двадцать два
[12] Приставки «ди-», «три-», «тетра-» и «пента-» происходят от греческих слов «два», «три», «четыре» и «пять». Эти числительные очень широко используются в химической терминологии. Приведенный на рис. 5 октан имеет в своем составе восемь атомов углерода, и приставка «окт-» как раз и означает по-гречески «восемь»
[13] За изобретение этой технологии Мартин и Синг получили в 1952 г. Нобелевскую премию в области химии
[14] За что и получил в 1958 г. Нобелевскую премию
[15] И эта работа произвела такое впечатление, что дю Виньо стал нобелевским лауреатом в области химии в 1955 г., прямо в год совершения своего открытия, в то время как Сейгеру пришлось ждать оценки своих более общих работ еще три года
[16] За эту работу Кендрю и Перуц удостоились в 1962 г. Нобелевской премии в области химии
[17] К русскому языку это относится в меньшей степени, за счет наличия морфологии окончаний он позволяет гораздо больше свободы положения слов в предложении
[19] В данный момент, по завершении проекта по расшифровке генома человека, эта схема признана устаревшим представлением. Выяснилось, что за счет определенных механизмов, позволяющих кодировать несколько белков в одном гене, в геноме человека в среднем каждый ген кодирует по три белка — или, вернее, три полипептидные цепочки
[20] За эти исследования Коссель получил в 1910 году Нобелевскую премию в области физиологии и медицины