Живое и неживое. В поисках определения жизни - Карл Циммер

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 эпидемию. У фагов, как оказалось, были собственные гены, но эти гены размножались, просто производя собственные копии. У них не было хромосомной путаницы, через которую нужно было продираться.

Дельбрюк любовно называл вирусы «атомами в биологии». Он приступил к собственным экспериментам, из которых вскоре выросла работа, обеспечившая ему впоследствии Нобелевскую премию. Оказалось, что вирусы, как и мухи, мутируют. Некоторые мутации отнимали у них способность поражать определенный штамм бактерий, другие же позволяли нападать на новый. Подсчитывая пустые места в своих чашках Петри, Дельбрюк мог точно измерять частоту появления мутаций. Он был счастлив на своем новом поприще, пусть даже мало кто в те времена признавал новую научную область, которую он создавал.

В 1945 г., через несколько лет после того как Дельбрюк сменил профессию, один из друзей вручил ему тоненькую книжную новинку – хит сезона. Она называлась «Что такое жизнь?» (What Is Life?), и Дельбрюк просто опешил. Автором был Эрвин Шрёдингер^[258], физик, которого Дельбрюк знавал в былые времена занятий квантовой физикой в Германии. А чтобы ответить на вопрос, поставленный в заглавии книги, Шрёдингер оживил ту самую статью Дельбрюка – похороненную по высшему разряду.

_______

Эрвин Шрёдингер родился в 1887 г. в Вене. Впоследствии он стал профессором физики в Цюрихе, где вывел уравнение, увековечившее его имя. Уравнение Шрёдингера предсказывает волновые изменения системы, будь то фотон, атом или группа молекул, в пространстве и времени. Но, помимо этого, имя Шрёдингера приклеилось к самому знаменитому мысленному эксперименту с котом.

Шрёдингер осознавал, до какой степени необычны были выводы, вытекавшие из его трудов и трудов других специалистов по квантовой физике. Он предложил способ наглядно представить себе эту необычность: допустим, у нас в коробке кот. Коробка оборудована приспособлением, которое может пустить внутрь яд и убить кота. А теперь представьте себе, что это приспособление срабатывает в ответ на самопроизвольный распад радиоактивного атома.

Согласно магистральным толкованиям квантовой физики 1930-х гг., атом мог одновременно существовать как в распавшемся, так и в нераспавшемся состоянии. Лишь наблюдение заставило бы его волновую природу оказаться в одном из них. Шрёдингер утверждал, что если квантовая физика верна, то кот должен быть одновременно и живым и мертвым. Судьба его определится только в тот момент, когда наблюдатель заглянет в коробку.