Я ищу закономерности

В открытое окно врывались голоса птиц и мальчишек. Вымытый первым весенним дождем мир распускался почками деревьев, изумрудной травой, первыми цветами мать-и-мачехи и просветленными лицами прохожих. В такое время не очень-то хочется часами напролет смотреть в окуляры микроскопа. Невольно рассеивается внимание.

Я выключил осветитель, снял препарат с предметного столика и пошел в библиотеку. Просматривать последние номера журналов - занятие более подходящее для такого дня. Но лучше бы я не поднимался на пятый этаж в этот майский день 1962 года. Через несколько минут после того, как я вошел в читальный зал, весна кончилась. Наступило никакое время года, когда не замечаешь ни дня, ни часа. Так бывает, если работа поглощает человека без остатка. Когда я мог снова ощущать окружающее, было уже палящее пыльное лето большого промышленного города.

Я взял с выставки новых поступлений дюжину журналов и сел за столик. Не спеша перелистывал я бледно-зеленый мартовский выпуск "Трудов Академии наук США" и вдруг... Да, с этого все и началось - со статьи Северо Очоа и его сотрудников, в которой подробно и теперь уже обстоятельно описывались опыты, приведшие к табличке, напечатанной незадолго до этого в "Нью-Йорк таймс".

Когда читаешь хорошую научную работу, то, честно говоря, нередко испытываешь чувство: почему не я ее сделал! Но эта работа, как прочитанные недавно статьи Крика об опытах с бактериофагом и Виттмана об опытах с вирусом табачной мозаики, вызывала не зависть, а восторг. Было такое чувство, когда мальчишки и футбольные болельщики кричат: "Вот дают!"

Я медленно и внимательно перечитывал статью. И - о, чудо! - в результатах, которые получили американские биохимики, начал замечать некоторые закономерности, на которые авторы не обратили внимания. А стоило. Теперь, после того как определен состав всех триплетов (так тогда казалось), оставалось (как опять-таки казалось в то время) только определить последовательность "букв" в "словах". А закономерности, которые бросились мне в глаза, как будто могли помочь решить эту задачу.

Продолжаю перелистывать журнал. Что за наваждение: еще одна статья о расшифровке генетического кода? Авторы? Джефри Зьюби и Генри Квастлер. Имя Квастлера мне отлично знакомо. Он мне кажется одним из интереснейших американских ученых. К тому же он занимался многими вопросами, которыми занимался я. Но никаких работ, которые могли бы иметь отношение к проблеме генетического кода, у Квастлера до сих пор не было. Сейчас он предпринял остроумнейшую попытку расшифровать код, исходя из данных о замещениях аминокислот в белках при мутациях. Нечто подобное пытался делать Виттман, используя свои результаты по вызыванию мутаций у вируса азотистой кислотой. Но, кроме данных Виттмана, есть и другие, которые можно использовать. Зьюби и Квастлер собрали их и расшифровали код!

Ирония судьбы! Зьюби и Квастлер расшифровали код "сами по себе", еще до того, как стали известны результаты, полученные в лаборатории Очоа, а обе статьи напечатали в одном и том же номере журнала. Из сравнения статей ясно, что расшифровка Зьюби и Квастлера совершенно неправильна! Но тем не менее это замечательная работа. В ней были глубокие мысли и красивые методы. И не вина авторов, что они не решили задачи: для этого у них просто не было достаточного материала.

А у меня он есть! Ведь если взять данные, которые приведены в обеих работах, и проанализировать совместно, можно, пожалуй, определить и порядок "букв" в триплетах. Все сводится к несложной математической задаче, которую удастся решить за один вечер.

В этот вечер я лег очень поздно: собственно, уже на рассвете, но задачи не решил. Понадобились две недели непрерывной напряженной работы. Данных, которые были приведены в двух статьях, попавшихся мне тогда в библиотеке, оказалось недостаточно: пришлось искать дополнительные. При анализе обнаружились подводные камни, скрытые вначале. Но задачу я решил.

В науке почти никогда не бывает, чтобы решение одной задачи не вызывало постановки новой. Так оказалось и здесь. И совершенно неожиданно для самого себя я залез в проблему генетического кода.

Сейчас я собираюсь рассказать о своей работе по коду, вероятно, более подробно, чем она заслуживает. Но моя задача состоит не только в том, чтобы сообщить основные факты из области классической и современной генетики, а и рассказать о людях, создавших эту науку, о ее методах, о том, как ученые приходят в эту науку и делают свое дело. Проще всего показать это на собственном примере, хотя и не принято писать о том, "как автор дошел до жизни такой". Как я дошел (в общем-то случайно) до активного занятия проблемой кода, я уже сообщил. Теперь попытаюсь рассказать, как делал свою работу.

В детстве я очень любил решать головоломки. Да и теперь, когда бывает время, охотно, скажем, решаю кроссворды. Если вы этим занимались, то знаете, какое это приятное времяпрепровождение (если, конечно, задачу удается решить). Научная работа часто состоит в сходном занятии, причем чувства, которые испытываешь при решении кроссворда и при решении научной задачи, почти одинаковы: когда все идет как по маслу и когда "заедает".

Но решение научных головоломок несравненно более трудное занятие. В сборнике занимательных задач задачи уже составлены, причем известно, что каждая имеет решение. Больше того, если на последней странице написано "для среднего школьного возраста", то читатель этого возраста может быть спокоен: необходимые знания у него уже есть. Остается только решить задачу.

А в научных головоломках задачу нужно составлять самому, и зачастую остается неизвестно, имеет ли она решение, а если и имеет, то достаточно ли данных и владеем ли мы средствами для ее решения. А само решение после того, как задача уже составлена и есть уверенность в ее разрешимости, дело самое простое.

Обычно решение головоломки является только частью научной работы. Им приходится заниматься при обдумывании опыта и анализе полученных результатов. Но я опытов не ставил, и потому работа по разгадке генетического кода полностью свелась к решению "кроссвордов".

Итак, я захотел выяснить последовательность "букв" в тех триплетах, которые уже расшифровал Очоа со своими сотрудниками. Как я это думал сделать? Состав триплетов я брал готовым. Что же касается расположения букв, то его я надеялся узнать, анализируя изменения, которые происходят с белками при мутациях. Как правило, при мутациях изменяется лишь одна аминокислота в белке. Причина - изменение триплета в ДНК, причем скорее всего замена одной-единственной буквы. Если узнать порядок букв в одном триплете, то, зная, в какие триплеты он переходит при мутациях, можно указать порядок и в других триплетах.

Поясню это на примере детской игры в превращение слов. Она состоит в том, чтобы путем постепенных переходов, меняя каждый раз только по одной букве, получить из одного слова другое. Например, "превратить Колю в Таню" несложно:

Превратить кошку в мышку и того проще, всего две "мутации":

Гораздо труднее "сделать из мухи слона", то есть превратить таким же способом слово муха в слово слон.

Но остановимся на самом простом примере: кошку в мышку. Что нам известно относительно генетического кода в переводе на эту задачку? Во-первых, известно, из каких букв состоит название каждого из животных, - это дают опыты Очоа: хищник = А, К, К, О, Ш; насекомое = А, К, М, О, Ш; грызун = А, К, М, Ш, Ы. А данные о мутациях говорят, что "хищник" превращается в "насекомое", а "насекомое" в "грызуна", причем каждый раз, по-видимому, в результате замены одной буквы. Если мы узнаем, каков порядок букв в названии грызуна, мы сможем сказать, каков порядок и в остальных словах. Действительно, если грызун называется мышка, то поскольку его имя от имени насекомого отличается лишь на одну букву (вместо Ы у насекомого О), насекомое звать мошка.

Значит, все дело в том, чтобы найти порядок букв в имени какого-нибудь одного биохимического "зверя". Опыты прямого ответа на этот вопрос не давали. Но можно обойтись и без этого. Ведь код триплетный, каждое слово состоит всего лишь из трех букв. А три разные буквы удается расположить всего лишь шестью способами. Можно для исходного триплета взять произвольный порядок и решать задачу. Получим шесть решений, из которых одно наверняка правильно. И то хорошо: из огромного числа возможностей оставить только шесть.

Но можно попытаться узнать, какое из этих шести решений наиболее правдоподобно. Я попытался использовать для этого закономерности из работы Очоа, которые мне бросились в глаза в то роковое майское утро, и некоторые другие соображения. В общем задача была решена.

Хотя за "кроссвордами" я и не заметил, как прошла недолгая уральская весна, но был счастлив. Еще бы, решить задачу, которая представлялась самой важной в сегодняшней биологии. Нужно было как можно скорее сообщить о результатах своей работы ученому миру. И не только потому, что это важно, а потому, что те же соображения могли прийти в голову и другим. Уж больно обидно будет, если кто-то напечатает такую же работу раньше меня. Тогда труды пропадут даром и пользы от моей работы останется не больше, чем от решения кроссвордов, которые печатаются в "Огоньке".

У нас в стране научные работы быстрее всего печатает журнал "Доклады Академии наук СССР". Но предельный размер статей в этом журнале - четыре страницы, и все публикуемые работы должны быть представлены кем-либо из действительных членов Академии наук. Трудно было "ужать" сообщение до четырех страниц, но я это сделал. И как раз нужно было ехать в Москву. Я не стал посылать статью по почте, а взял с собой. Как только выдалось свободное время, я поехал к академику Владимиру Александровичу Энгельгардту - крупнейшему биохимику. Владимир Александрович заинтересовался моей работой.

- В вашей статье много математики, - сказал он, - я в ней разбираюсь плохо, полагаюсь на вас. Что же касается биохимии, то все грамотно. Правда, я далеко не уверен, что вы нашли правильное решение (я в глубине души возмутился, но послушно кивнул), но если бы мы публиковали только заведомо правильные статьи, пришлось бы вообще закрыть научные журналы. Даже если говорить только о проблеме кода, то и гамовский ромбический код и криковский "код без запятых" оказались неверными. Но они были нужны, как и ваша работа (польщенный таким сравнением, я снова кивнул). Правда, в таком виде ее не поймут, нужно написать подробнее.

- Но объем и так на пределе для "Докладов".

- Ничего, пишите, чтобы было понятно, а напечатаем в "Биохимии". Как главный редактор, я позабочусь, чтобы она вошла в ближайший номер: будет, может быть, даже быстрее "Докладов".

Так и получилось. Я переделал статью, и она была быстро напечатана. Но скорость оказалась недостаточной. Одновременно с моей статьей были опубликованы очень похожие работы чеха Рыхлика, американца Смита и некоторых других авторов. С приоритетом ничего не вышло. Тут я вспомнил свои разговоры с некоторыми учеными, которые были настроены резко против моей статьи, когда я им о ней рассказывал. По существу, они ничего не могли возразить, но говорили, что если бы мои рассуждения были правильны, то это уже сделали бы за границей.

Казалось, проблема кода в основном решена. Оставались, правда, некоторые темные места, но они касались мелочей. Например, проблема урацила. Почему-то все триплеты содержали хотя бы одно "У". Видно, неспроста. Конечно, по этому поводу появилось несколько теорий, но теорий малоубедительных. Более внимательный анализ материала показывал, что многие из выводов относительно кода и его расшифровки нельзя считать абсолютно достоверными и они в значительной степени основаны лишь на более или менее правдоподобных предположениях.

Виттман, например, в одной из своих статей о генетическом коде выдвинул целых десять возражений против опытов Ниренберга и Очоа. Ни одно из этих возражений не являлось опровержением, но каждое заставляло усомниться в достоверности выводов. Крик, ставший к тому времени признанным "папой" всех молекулярных генетиков, рассмотрел результаты расшифровки и пришел к малоутешительным выводам. Он разбил известные триплеты на три группы: вероятные, возможные и сомнительные (группы "достоверные" у него вообще не было). "Вероятными" оказались только 8 триплетов из 24. Нужно было ждать новых, более точных опытов.