Откритието на двойно-спираловидната структура на ДНК

През 1865 г. Мендел, често считан за бащата на модерната генетика, изгражда стройна теория относно наследствените фактори, които днес наричаме гени. С навлизането в XX век трудът му е преоткрит и хората започват да си казват: "Добре, виждаме как тези белези се предават по донякъде предвидими начини, можем да обособим някаква структура за това, но какъв е действителният биологичен механизъм, който ги движи? Как тези белези са кодирани на клетъчно или молекулярно ниво?" И така, през 1902 г. (говорихме вече за това в предишно видео) Бовери и Сътън достигат до хромозомната теория, като наблюдават как хромозомите се разделят и комбинират по двойки при деленето на клетката. И казват: "Тези изглежда съответстват на това, което Мендел описва като наследствени фактори." След това започват да се появяват повече доказателства за това. Морган успява да покаже, че мутантен белег за цвят на очите изглежда се наследява по определен начин, което подсказва, че се намира върху половата X-хромозома. Той и екипът му продължават да правят изследвания в тази насока, по-специално с плодови мушици, за да покажат следното: "Хромозомите са основата на тези наследствени фактори." Но за самите хромозоми хората не знаели много. Хромозомите се състоят от протеини и ДНК. Коя точно е молекулата или комбинацията от молекули, която кодира наследствените белези? И в началото везните клонели към белтъчините, защото те били сложни молекули и заради разнообразните им форми изглеждали подходящи да могат да кодират наследствените белези. От друга страна – поне в началото, ДНК изглеждала като някаква скучна молекула и хората допускали, че не притежава голямо разнообразие. Допускали, че дори ако сравниш един биологичен вид с друг, молекулата на ДНК по същество ще е една и съща. Така че в началото учените били повече на страната на белтъчините. Но все повече и повече доказателства се появявали в полза на ДНК. Имаме експеримента на Грифит, чрез който той показва: "Мога да взема тези умъртвени бактерии, и ако ги смеся с живи бактерии, по някакъв начин действа принцип на трансформацията, който променя живите бактерии до другия вид, до вече убитите с топлина бактерии." И през 1944 г. Ейвъри, Маккарти и Маклеод успяват да изведат стабилни доказателства, че реалният принцип, това, което остава в тези мъртви бактерии, най-вероятно е ДНК. И после получаваме дори още по-убедителни доказателства с експериментите на Хърши и Чейз – имаме цяло видео за това. Тогава те казват: "Какво е това, което вирусите инжектират в бактерии, за да отнемат контрола над генетичната им система?" И казват още: "Това не са протеини! Това е ДНК." Така те привеждат по-убедителни доказателства в полза на ДНК. Но дори и в този момент, ние като общество, като цивилизация, все още не сме знаели каква е структурата на ДНК. Не сме знаели също как тази структура точно кодира всички тези наследствени фактори. И тези изследвания достигат връх при Уотсън и Крик, но стъпват върху труда на всички учени, споменати досега, и не само. Още един човек, който трябва да получи специално внимание за представянето на още доказателства в полза на ДНК, и защото помага на Уотсън и Крик... Всъщност са няколко души, но по-специално – Чаргаф и Розалинд Франклин. Най-вече Розалинд Франклин не получава цялото признание, което ѝ се полага. Чаргаф е човекът, който установява, че ДНК е много по-интересна, отколкото хората са смятали. Той забелязва, че пропорциите на азотните бази аденин, гуанин, цитозин и тимин в ДНК варират при различните видове организми. А това, което някак си кодира същността на един биологичен вид, би трябвало да се различава от вид на вид. И това прави ДНК интересна. Другото, което установява – ключово за работата на Уотсън и Крик – е, че в ДНК концентрацията на гуанина е равна на концентрацията на цитозина, а концентрацията на аденина е равна на тази на тимина. И това подсказва, че някак си те са свързани едно с друго, че някак си формират двойки. И така, стигаме до началото на 50-те години на миналия век. Съществуват доказателствата, че ДНК е молекулната основа, налице са Правилата на Чаргаф. И се появява Розалинд Франклин. Тя прави изображения с дифракционни модели чрез осветяване на кристали ДНК с рентгенови лъчи. Какво имам предвид под ДНК кристали: един кристал съдържа множество молекули, които са подредени в правилен ред. Така че един кристал ДНК – това е една молекула ДНК, после имаш още една ДНК молекула. И още една. Когато се насочат рентгенови лъчи през тях – важно е да са рентгеновите лъчи, защото дължината на вълната е достатъчно малка, за да се уловят детайлите на атомно ниво. И така, осветяваш с рентгенови лъчи и те се отклоняват. Тогава заснемаш модела, който се получава при тази дифракция. В зависимост от структурите на самите молекули се получават различни дифракционни модели. И ето това тук е известният дифракционен модел на Франклин. Той подсказва спирална структура – тя го разпознава веднага. Не би могъл да разчетеш много от това, ако не си експерт в четенето на рентгенови дифракционни модели. Това не е директен образ на ДНК молекула. Но тя вече знаела – и всъщност учените знаели вече, че този модел под формата на X означава наличие на някаква спирална структура. Това давало възможност да се разгледат и други особености: "Какво е разстоянието между различните молекули?" И дори разстоянието между различните извивки на спиралната структура. Още веднъж да повторим – този дифракционен модел не е директен образ. Това да различиш в обратен ред какъв резултат би имала дифракцията на първоначалния обект, е изключително прозрение. И го разглеждали от множество различни ъгли, за да добият по-добра представа. Всъщност днес имаме компютри, които могат да вземат дифракционен модел и да покажат как биха изглеждали електронните облаци на действителната молекула. Така че Франклин извършила много подробни проучвания и вече е имала догадката, знаела е, че това е спирална структура, но е изчаквала да събере още доказателства, преди да публикува труда си. По същото време работят и Уотсън и Крик, които се опитват да разгадаят структурата на ДНК. Те попадат на работата на Франклин с помощта на Маурис Уилкинс тук, с когото работела Франклин. И успяват да установят, че не се касае за единична спирала, а двойна. В действителност имаш тези базови двойки, които формират "стъпалата" на двойната спирала, а това е много интересно, защото показва как ДНК се самореплицира. Как може да съдържа реална информация. И разглеждаме по-детайлно това в две следващи видеа. Тъжната част на историята е, че Уилкинс, Уотсън и Крик получават Нобелова награда. За съжаление, Франклин умира много млада, а Нобелова награда не се връчвала посмъртно. Но тя определено я заслужава. Този труд, който много хора считат за едно от най-големите открития в науката, е основан на нейните проучвания. Ако Уотсън и Крик не са научили за работата ѝ, вероятно е нямало да успеят да го установят. И ако тя е имала възможност да доведе докрай работата си, без достъпа на други хора, сигурно е щяла да стигне до същото заключение. Затова тя е един от хората, които понякога историята на науката пренебрегва. Но това не значи да не се отдава дължимото на приноса на Уотсън и Крик. Те са направили много сериозен научен скок, за да установят двойната спирална структура, тази антипаралелна двойна спирала, където нишките се заплитат от различни посоки, но са съединени като мостчета от тези двойки азотни бази. И това е много, много, много важно откритие. През цялата човешка история сме знаели за тези белези, които се наследяват, но те са изглеждали като някакви магически, мистични неща. "Знам, че се усмихвам като баща ми, но как точно това е кодирано в моето ДНК?" Сега ние можем да видим, че голяма част от това, което считаме, че сме ние, е кодирано в тези молекули и в тези базови двойки. А това е красиво, невероятно, разкрива една от най-големите загадки за това какво ни прави човеци. Всъщност за всичко живо.