В.А. Ратнер о генетике и генетиках

РатнерДоктор биол. наук, профессор Вадим Александрович Ратнер (1932–2002) – известный исследователь и педагог, специалист в области молекулярной генетики. Окончил физфак Ленинградского университета, в 1959 г. переехал в Новосибирск и там, в Институте цитологии и генетики СО АН СССР он проработал почти 42 года. Своими учителями он считал чл.-корр. АН СССР А.А. Ляпунова, доктора биол. наук Н.В. Тимофеева-Ресовского и акад. Д.К. Беляева. Ратнер стал главой научной школы математических генетиков, основывавшихся на понятиях и методах теоретической кибернетики. 

У меня есть изданные в Новосибирске его содержательные монографии «Молекулярно-генетические системы управления» (1975) и «Молекулярная генетика: принципы и механизмы» (1983)РатнеКн2Учёный активно занимался и популяризацией науки. В большой книге «ГЕНЕТИКА, МОЛЕКУЛЯРНАЯ КИБЕРНЕТИКА: личности и проблемы» (Новосибирск: Наука, 2002), вышедшей уже после смерти автора, Ратнер увлекательно рассказывал о выдающихся российских и зарубежных учёных-генетиках, драматической истории этой науки и её ключевых проблемах. В книге три раздела: PERSONALIA — ГЕНЕТИКА — МОЛЕКУЛЯРНАЯ КИБЕРНЕТИКА. 

Вадим Александрович всю жизнь оставался романтиком. В юности он получил музыкальное образование — играл на фортепиано, любил петь; знал поэзию и сам писал стихи. Не забывал и спорт, увлекался баскетболом.

Вот фрагмент из его стихотворения «Точка зрения биолога», посвящённого себе:

Мы — за союз испытателей, 

Эмпириков и мечтателей, 

Физиков и генетиков, 

Матемокибернетиков 

И всяких других еретиков.

М. Дельбрюк о спирали ДНК

Я уже неоднократно писал о Максе Дельбрюке и Джеймсе Уотсоне. Хотя Дельбрюк был физиком по образованию, его считают одним из отцов молекулярной биологии. У него в Калтехе стажировался Уотсон, и когда последний занялся проблемой ДНК в английском Кембридже, они поддерживали контакты. Именно Дельбрюку Джим сразу написал об их с Криком достижении.

И вот 12 мая, то есть вскоре после появления (25 апреля) знаменитой статьи в Nature, Дельбрюк ему ответил: I am willing to bet that the plectonemic coiling of the chains in your structure is radically wrong, because (1) The difficulties of untangling the chains do seem, after all, insuperable to me. (2) The X-ray data suggest only coiling but not specifically your kind of coiling.

DNA Tower in Kings Park, Western Australia

……….DNA Tower in Kings Park,…
………..Western Australia…

Действительно, рентгеновские данные не позволяли однозначно определить структуру полимера: они были получены на волокнах, в которых нет полной упорядоченности молекул.

Ещё раз отмечу высочайшую квалификацию и интуицию Розалинд Фрэнклин. Как писал её близкий коллега Аарон КлугHer notebooks for the winter of 1952—53 show her considering a variety of structures including sheets, rods made of two chains running in opposite directions with interdigitated bases and also a pseudo-helical structure with non-equivalent phosphate groups which looked like a figure of eight in projection. Это были пророческие слова.

Кстати, Уотсон в своей книге «Genes, Girls, and Gamow» (2002) заметил: there was apparently a $5 bet between Crick and Delbrück on the plectonemic nature of the DNA structure. Осталось неизвестным, чем закончилось это пари. Полагаю, что выиграл Дельбрюк: структура должна быть не плектонемической, а паранемической, то есть два тяжа не перекручены (см. запись от  19.4.19).

Г. Стент о молекулярной биологии

Günter Siegmund Stent (Stensch; 1924—2008) — американский учёный, родом из ГерманииСтент: в 1940 г. семья эмигрировала в США. Окончил Иллинойский университет (Урбана), там же получил Ph.D. (1948). Сначала работал в Калтехе, участвовал в деятельности «фаговой группы» (М. Дельбрюк и др.); потом несколько лет провёл в Европе, затем в Калифорнийском университете (Беркли).

Исследовал механизмы репликации генетического материала у бактерий и бактериофагов, а также СтентКнпроцессы транскрипции и трансляции, автор книг на эти темы. В 1971-м и 79-м гг. вышли два издания «Molecular Genetics. An Introductory Narrative», которые переводились на русский. Я в своё время купил 2-е изд.: Г.Стент и Р.Кэлиндер. «Молекулярная генетика» (М.: Мир, 1981) — необычайно информативная и полезная книга. 

Гюнтер Стент уделял большое внимание истории и философии науки. В книге 1969 г. «The Coming of the Golden Age: A View of the End of Progress» он объявил, что молекулярная биология как наука закончилась. То есть все фундаментальные открытия в ней сделаны, остались лишь доделки и практические приложения — так он представлял «грядущий золотой век».

Теперь, по прошествии ровно половины века, можно сказать: действительно, несмотря на огромный прогресс, новых революционных открытий не было. К тому же не исправлена ошибка в основах — в принятой модели ДНК.  А как заметил Чарлз Дарвин (letter to J. Paget, 1880), to kill an error is as good a service as, and sometimes even better than, the establishing a new truth or fact.

Строение ДНК и РНК по В. Зенгеру

В 1987 г. вышла большая книга: В. Зенгер. Принципы структурной организации Зенгернуклеиновых кислот (М.: Мир); авторизованный перевод с английского (оригинал 1984). Prof. Dr. Wolfram Saenger (р. 1939) — известный немецкий учёный, руководивший Институтом кристаллографии до своей отставки в 2011 г. В монографии собраны и систематизированы практически все добытые к тому времени знания о структуре ДНК и РНК (можно сказать, энциклопедия: список литературы занимает 74 стр. и содержит 1377 ссылок); масса отличных рисунков и схем.

Зенгер В. Принципы структурной организации нуклеиновых кислотОписаны разные формы двойных спиралей ДНК (A, B, C, D, Z) и РНК, а также гипотетические (расчётные) спиралевидные структуры. Говорится о сверхспиральной организации ДНК, о структуре нуклеиново-белковых комплексов; охвачены и более высокие уровни организации — нуклеосомы, хроматин, хромосомы.
Одна глава называется «Гипотезы и спекуляции: модель «бок о бок», ДНК с изломами и «вертикальная» двойная спираль»Как видим, автор уделил внимание появившимся в 70-е годы альтернативным моделям ДНК, и он делает вывод (с. 351): «Приведённые примеры показывают, что построить разумную с точки зрения стереохимии модель структуры довольно просто; довольно трудно доказать, что такая модель неверна, но ещё труднее доказать, что она справедлива»

Читать далее

Синтез ламаркизма и дарвинизма

МарковАВВстретил статью известного биолога-эволюциониста, палеонтолога и популяризатора науки д.б.н. Александра Владимировича Маркова 

От Ламарка к Дарвину… и обратно

в журнале «Экология и жизнь», 2008, № 1: <ЛамДарв>.

В центре его внимания проблема Наследования Приобретённых Признаков (НПП), вокруг которой в прошлом веке развернулась грандиозная научная контроверза. В СССР в неё вмешалась политика, что привело к репрессиям, трагическим событиям, которые до сих пор мешают взглянуть на проблему беспристрастно.

Марков пишет:

После смерти Лысенко отечественная биология постепенно вернулась в русло мировой науки. Но последствия этой «аномалии» проявляются и по сей день: многих генетиков (как российских, так и зарубежных) до сих пор передёргивает при одном упоминании о возможности наследования приобретённых признаков.

Однако результаты ряда новых исследований свидетельствуют о том, что приобретённые признаки иногда всё же могут передаваться по наследству. По-видимому, рациональное зерно есть в обеих «догмах», и для движения вперёд необходимо отказаться от догматизма с обеих сторон и искать возможности синтеза.

Читать далее

Ульяновский мыслитель

Александр Александрович Любищев (1890—1972) родился в Петербурге, там же окончил физ.-мат. факультет Любищевуниверситета, но основным его научным интересом стала биология. Преподавал в вузах разных городов, с 1950-го — завкафедрой зоологии в ульяновском Пединституте. В 55-м вышел на пенсию, жил в Ульяновске, шутливо называя себя «провинциальным профессором».

В эти годы он продолжал реализовывать программу, составленную ещё в молодости: в 1918 г. он сформулировал главную цель своей жизни — раскрыть естественную систему организмов. А ещё — подправить теорию Дарвина: он полагал, что тупой случайный перебор не может быть ответственным за ту невероятную сложность и гармонию, которые мы видим в живой природе. Тогда он написал: «Я за­дался целью со временем создать математиче­скую биологию, в которой были бы соединены все попытки приложения математики к биологии».

Необычная черта его характера — стремление планировать свою работу на многие годы вперёд. Он составлял подробные планы (с разделами и подразделами: матема­тика, таксономия, эволюция, энтомология, история науки…) — на неделю, месяц, год, пятилетку. По окончании писал отчёты о проделанной работе. Такая непохожесть Любищева на других подвигла Даниила Гранина на документальную повесть о нём «Эта странная жизнь» (1974), получившую широкую известность.

Читать далее

Homo universalis Леонардо да Винчи

Винчи500 лет со дня смерти великого Leonardo di ser Piero da Vinci (1452—1519), ставшего хрестоматийным примером «универсального человека». У меня есть очень интересный сборник статей «Леонардо да Винчи и культура Возрождения» (М.: Наука, 2004), книга Мартина Кемпа «Леонардо» (М.: АСТ, Астрель, 2006; автор — историк искусства из Оксфорда, который много лет вёл в Nature рубрику Science in Culture), а также репринт издания 1912 г. трактата Зигмунда Фрейда «Леонардо да Винчи» (перевод с немецкого).

Вся жизнь винчианца была заполнена титаническим творческим трудом. Как художник он создал бессмертные произведения, причём некоторые из них, видимо, содержат скрытую символику, о которой до сих пор ведутся споры. А свои неисчислимые научные идеи и наблюдения он заносил в записные книжки, итогом чего стал своеобразный интимный дневник; всего таких книжек набралось 120 штук, ещё не все расшифрованы и изучены.

тайнВеч

Фреска «Тайная вечеря» (1495—1498) в доминиканском монастыре Санта-Мария-делле-Грацие в Милане.

Но его универсализм имел и обратную сторону, на которую обратил внимание А.Ф. Лосев в «Эстетике Ренессанса» (М., 1978). Он отмечал в его живописи «обнажённый рационализм» и «некоторую сухость», а в его научной деятельности — «необыкновенный размах, но и несистематичность, разбросанность, фрагментарность». И за всем этим Лосев видел его эгоцентризм, «неугомонную потребность всё охватить и над всем господствовать». Да ведь и сам Леонардо признавался: «Все свершения не могут утомить меня».

The Structure of the Lipid Membrane

In the `Scientific American` (April 2018) appeared the article by American science journalist Douglas Fox `Brain Cells Communicate with Mechanical Pulses, Not Electric Signals`.

(There is in Russian: «В мире науки», 2018, № 5-6: <SciAmMembr>.)

He tells about experimental research and ideas of Professor Thomas Heimburg and his group in the Niels Bohr Institute Heimburg(University of Copenhagen). One can say, Prof. Heimburg is a heretic: he tries to refute the classical theory of the nerve impulse by Hodgkin and Huxley (1952). He believes that a mechanical perturbation (a wave) propagates along the axon, causing a local phase transition of the membrane to a quasi-crystalline state. Heimburg assumes that in this area a current of sodium ions into the axon occurs and admits they penetrate not through special protein Na+ channels, but directly through the lipid layer. He also considers the puzzle of how general anesthetics act.

In connection with Prof. Heimburg`s research, I`d like to remind about the hypothesis about HONEYCOMB-LIKE MODEL OF THE MEMBRANE.

In 1980s Dr. Raik-Hiio Mikelsaar (Tartu University) suggested a new structure for the biomembrane lipid bilayer. РайкФотоWorking (= playing) with Tartu plastic atomic-molecular space-filling models (made under his leadership) he discovered that the three phospholipid molecules can form a right hexagonal prism. Every prism is closed above by `a hat` of three polar groups (heads of lipids) — they are bound by electrostatic interactions. According to Mikelsaar`s hypothesis, such hexagonal trimeric units cover all the surface of membrane — it looks like the floor of a room with the parquet hexagonal tiles. And it is similar to a honeycomb.

Читать далее

Эксперимент Херши—Чейз

Итак, группа Освальда Эвери вроде бы доказала, что генетическая информация у бактерий заключена в их ДНК (см. предыдущую запись). Однако сомнения в главенствующей роли ДНК оставались, поэтому требовались дополнительные исследования. Важный опыт поставили американцы Альфред Херши и Марта Чейз.

ХершиЧейз

Alfred Day Hershey (1908—1997) родился и учился в шт. Мичиган. В 1934 г. получил Ph. D. за работы по бактериологии; затем трудился в Вашингтонском университе в Сент-Луисе. Входил в фаговую группу, и вместе с двумя другими её членами, М. Дельбрюком, С. Лурией, получил Нобелевскую премию по медицине в 1969 г. 

Martha Cowles Chase родилась в 1927 г. в Кливленде (шт. Огайо). Окончив колледж и получив степень бакалавра в 1950-м, она стала research assistant у Херши.

В 1952 г. они осуществили в The Cold Spring Harbor Laboratory свой эксперимент: помечая белки и ДНК фага радиоактивными изотопами (серы и фосфора), показали, что внутрь бактерий проникает только ДНК вируса (но не его белки), т.е. информация закодирована в ней. Это было очень сложное и трудоёмкое исследование, требовавшее высокой квалификации. Видимо, Марта Чейз ею обладала, поскольку в опубликованной и ставшей знаменитой большой статье значились два автора — Херши и Чейз.

Читать далее

О. Эвери и открытие роли ДНК

Сейчас даже трудно представить, что лишь 75 лет назад была установлена химическая природа вещества наследственности. Это сделали в 1944 г. канадо-американский биохимик Oswald Theodore Avery (1877—1955) и два его сотрудника Colin M. MacLeod и Maclyn McCartyЭвериЭвери родился в Галифаксе в семье баптистского священника. Когда мальчику исполнилось 10 лет, семья перебралась в Нью-Йорк. Там он изучал медицину и начал исследовательскую работу; с 1923 г. связан с Рокфеллеровским институтом.

В 1928 г. английский врач Фред Гриффит обнаружил явление трансформации у пневмококков: бактерии одного штамма (невирулентные) при контакте с лизатом вирулентных бактерий (убитых нагреванием) приобретали наследуемую способность быть вирулентными. Группа Эвери более 10 лет работала над выделением вызывающего трансформацию фактора, и наконец им как будто удалось показать, что это ДНК (а не белки, как в то время полагало большинство биологов). Эвери писал брату: «Это нечто такое, что долго было мечтой генетиков»

Теперь, задним числом, мы знаем, что этот вывод был правильным. Однако в то время их работа убедила не всех, поскольку в принципе возможны были и другие объяснения эффекта (например, что ДНК служит мутагеном, а природа самих генов иная). Эвери, будучи очень скромным человеком (к тому же маленького роста), не делал громких публичных заявлений — не утверждал, что гены сделаны из ДНК, а говорил только о трансформирующем факторе; он редко участвовал в конференциях. То есть он был превосходным учёным, но плохим шоуменом. 

В итоге Освальд Эвери умер в 1955 г., так и не получив высшей научной награды. Хотя впоследствии многие говорили, что он её заслужил, и даже сам Нобелевский комитет признал тут свою ошибку.