Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни – от древних окаменелостей до ДНК - Нил Шубин

К середине 1950-х годов Полинг уже открыл структуру кристаллов и фундаментальные свойства межатомных связей в молекулах и даже сформулировал молекулярную теорию общего наркоза. И проиграл Уотсону и Крику в гонке за определение структуры ДНК. Позднее он довольно много сил потратил на продвижение своей теории о пользе витамина С в борьбе с простудой и другими инфекционными заболеваниями.

Полинг вырос в Орегоне и учился в Орегонском сельскохозяйственном колледже[7]. Я преклоняюсь перед его бесстрашием в науке. Я состою в отборочной комиссии нью-йоркского фонда, который финансирует проекты ученых и деятелей искусства в ключевые моменты в их карьере. Этот фонд начал свою деятельность с 1920-х годов, и в нем хранится информация обо всех когда-либо поступавших заявках на финансирование. Бюро фонда на Парк-авеню – сокровищница писем, документов и заявок Нобелевских лауреатов, писателей, танцоров и ученых всех мастей. Мой коллега из этого бюро знал о моих интересах, и однажды утром, придя на работу, я увидел на столе старую потрескавшуюся папку. Это была заявка Полинга 1920-х годов. В то время заявка должна была содержать университетские оценки и результаты защиты диссертации, чего теперь мы никогда не требуем. Меня особенно заинтересовали оценки. Там были и взлеты, и падения. Как можно догадаться, по геометрии, алгебре и химии были сплошные А[8], по “кулинарии” стояла скромная С. По физкультуре на протяжении всех лет учебы были только Е На втором году обучения Полинг набрал один из самых высоких баллов в классе по программе о взрывчатых веществах. Позднее Полинг стал лауреатом второй Нобелевской премии: после Нобелевской премии по химии в 1954 году за расшифровку структуры белков в 1962 году он получил Нобелевскую премию мира за борьбу против распространения ядерного оружия. Высшие оценки по химии и взрывчатым веществам в какой-то степени предсказывали его судьбу.

Во время короткой беседы Полинг сумел разглядеть в Цукеркандле что-то особенное и пригласил его в Калифорнийский технологический институт (Калтех). Но у этого предложения была изнаночная сторона. Полинг не имел собственной лаборатории, поскольку в те годы большую часть времени проводил в разъездах, занимаясь антивоенной деятельностью. Поэтому Полинг пристроил Цукеркандля к своим коллегам, чья лаборатория была оснащена всем необходимым для проведения биохимических исследований. Но когда Цукеркандль попытался обсудить свою идею о работе с белками крабов, Полинг ее отмел. Уже более десяти лет Полинга интересовало влияние ядерного излучения на живые клетки. Одним из объектов исследований в рамках этого проекта был белок гемоглобин, который через кровь доставляет кислород из легких к клеткам тела. Полинг, мягко говоря, решил за Цукеркандля, что тот оставит увлечение крабами и посвятит время изучению гемоглобина. Хотя это решение полностью нарушало планы Цукеркандля, оно оказалось пророческим.

Цукеркандль исследовал гемоглобин животных разных видов, используя доступные в то время методы, которые, вообще говоря, были весьма ограниченны. Он не мог определять аминокислотную последовательность белков из разных видов животных, поэтому выделял их и с помощью довольно простых методов оценивал их размер и электрический заряд. Исходя из логичного предположения, что белки со сходной аминокислотной последовательностью должны иметь сходную молекулярную массу и электрический заряд, он использовал эти легко определяемые параметры в качестве меры сходства.

Цукеркандль обнаружил, что гемоглобины человека и шимпанзе ближе друг к другу по массе и заряду, чем к гемоглобинам лягушек и рыб. По его мнению, это простое измерение скрывало за собой нечто более важное. Он предположил, что сходство между белками людей и шимпанзе является результатом эволюции: причина сходства белков крови людей и приматов заключается в их близком эволюционном родстве. Когда Цукеркандль показал предварительные результаты заведующему лабораторией, его ждал неприятный сюрприз. Профессор оказался активным сторонником креационизма и не желал никаких эволюционных идей в стенах своей лаборатории. Цукеркандлю разрешалось там работать, но шеф отказывался связываться с публикацией, в которой говорилось, что люди и обезьяны – родственники. Казалось, двери закрылись в тот же момент, когда за ними забрезжил свет.

Но Цукеркандлю повезло. Полинга попросили написать статью для Festschrift в честь другого нобелевского лауреата и близкого друга Полинга – Альберта Сент-Дьердьи. Fest-schriften — это специальные юбилейные сборники научных журналов, посвященные выходу на пенсию знаменитых ученых. Обычно там публикуются статьи друзей и коллег. В таких сборниках редко появляется какая-нибудь важная научная информация, поскольку это скорее воспоминания, содержащие лишь намеки на новые идеи. Эти статьи обычно не рецензируются и потому содержат либо бесконечные комплименты в адрес знаменитости, либо данные, которые авторы не смогли опубликовать где-нибудь еще. Зная все это и желая поздравить знаменитого друга, Полинг кое-что придумал. Он предложил Цукеркандлю написать “нечто вопиющее”.

Это оригинальное решение позволило опубликовать одну из классических научных статей XX века.

Время для дерзаний в области биохимии было самое подходящее. Когда в конце 1950-х Цукеркандль попал в поле зрения Полинга, появились первые данные относительно аминокислотных последовательностей различных белков, и у Полинга был доступ к этим данным. До изобретения современных технологий секвенирования ДНК было еще далеко, но уже можно было определять аминокислотную последовательность белков, хотя это был трудоемкий и медленный процесс. Полинг раздобыл данные о последовательностях белков горилл, шимпанзе, человека и других организмов. Располагая этой новой информацией, Цукеркандль и Полинг были готовы заняться фундаментальным вопросом: что белки разных животных могут рассказать об их родственных связях? Первичные результаты Цукеркандля, основанные на анализе размера и заряда белков, указывали, что белки способны кое-что поведать об истории.

За столетие до каких-либо сведений о ДНК и последовательности белков Дарвин уже размышлял о чем-то подобном. Он предположил, что, если организмы объединены общим генеалогическим деревом, аминокислотные последовательности белков людей, других приматов, млекопитающих и лягушек должны отражать их эволюционную историю. Первые эксперименты Цукеркандля подсказывали, что это может быть правдой.

Гемоглобин оказался идеальным объектом для такого исследования. Все животные используют в метаболизме кислород, а гемоглобин – это белок крови, который переносит кислород от органов дыхания, будь то легкие или жабры, к другим частям тела. Цукеркандль и Полинг сравнили аминокислотные последовательности молекул гемоглобина организмов разных видов и могли оценить степень сходства белков.

Каждый новый вид организмов, который Цукеркандль и Полинг добавляли к своему списку, дополнительно прояснял предсказание Дарвина. Последовательности белков человека и шимпанзе имели больше общего друг с другом, чем с белком коровы. Молекулы гемоглобина всех млекопитающих были похожи друг на друга больше, чем на гемоглобин лягушки. Цукеркандль и Полинг подтвердили, что могут определять родство между видами и эволюционную историю жизни в целом на основании последовательностей белков.