Изменение нуклеиновых кислот ведет к изменению белков — таков был основной вывод, который на молекулярном уровне отражал старую связь между изменением гена и изменением признака. Молекулярный механизм мутаций становился ясным. Постепенно был экспериментально раскрыт и способ «перевода» информации РНК, преобразование ее в структуру белковой молекулы.

Для этой цели в клетках существует двадцать разновидностей особых «мелких» форм РНК — переносчиков аминокислот. Захватывая активированные аминокислоты, поступающие в клетку извне, они переносят их на матрицу и устанавливают в строго определенном порядке — они «считывают» текст матриц и располагают аминокислоты в соответствии с «кодом» информации РНК. Таким образом на разных матрицах формируются разные белки. Но белки — это уже признаки — это ферменты, процессы-циклы реакций. Выявление этих взаимодействий и механизмов было нелегким делом. И логически оно вело к дерзновенной мечте — попытке создать искусственные матрицы и на их поверхности искусственные белки. За такую задачу взялись в 1961 году две американские лаборатории М. Ниренберга и С. Очоа, и задача была успешно и быстро решена. Это достижение стало сенсацией, быстро облетевшей весь мир. Синтез белка на предварительно искусственно созданной матрице— аналоге РНК помог и решению другой задачи — изучению нуклеотидного кода в РНК, выявлению природы «алфавита», которым записывается наследственная информация. Изменяя состав нуклеотидов, из которых создавались искусственные матрицы, ученые получали белки разного состава — сопоставление вело к раскрытию кода. Работа велась на искусственных и на бактериальных системах, но когда сопоставили полученные данные с теми, которые были выявлены на вирусах, то оказалось, что генетический код, по-видимому, универсален, одинаков, во всяком случае, для широких групп организмов.

РНК — это матрица, но ведь РНК в основном функционирует в цитоплазме. Следовательно, это еще не ген — ведь гены расположены в хромосомах.

Однако и здесь вопрос был решен в соответствии с теоретическими ожиданиями. Молекулы РНК, как оказалось, это только переносчики генетической информации. Молекулы РНК, выполняющие функции матриц белкового синтеза, образуются в хромосомах, они образуются на поверхности ДНК и копируют структуру ДНК ДНК сосредоточивает в своем составе информацию о синтезе белков. Эта информация передается РНК, и РНК создает в цитоплазме белки.

Белки же создают признаки, создают процессы, создают то, что внешне проявляется как живое тело с присущими ему свойствами. Следовательно, ДНК — это и есть субстрат наследственности, это и есть материал, из которого строятся гены. Концепция, утверждавшая, что один ген отвечает за один признак, изменилась в биохимически более осязаемую: один ген — это участок молекулы ДНК, содержащий информацию для синтеза одного белка, верняЦ, для одного полипептидного фрагмента белка.

Несмотря на убедительность этих открытий, несмотря на их воспроизводимость, и здесь оставалось зерно сомнения для тех, кто не верил в существование «наследственного вещества» — вещества, управляющего индивидуальным развитием и передающего от поколения к поколению всю характерную для вида наследственную информацию.

Допустим, говорили такие скептики, что ДНК управляет синтезом белков. Но что управляет синтезом самих нуклеиновых кислот? Что определяет воспроизведение тонкой структуры и специфичности самой ДНК? Наверное, это делают какие-то особые белки, не может же ДНК сама себя воспроизводить. Однако и этот чисто полемический тезис оказался неверным. Сначала теоретически, а затем экспериментально было доказано, что молекулы ДНК действительно обладают способностью к саморепродукции. Эта саморепродукция ускоряется особым белком-ферментом, но действие фермента неспецифично, точность воспроизведения зависит от самой структуры ДНК. Природа кирпичиков-нуклеотидов, из которых состоит ДНК, такова, что они образуют между собой очень специфические пары соединений, и вся молекула ДНК создается из двух переплетающихся друг с другом цепочек, одну из которых можно сравнить с негативом, а другую с позитивом. Там, где у негатива темный участок, на позитиве он светлый, и наоборот. То же и в ДНК. Там, где на одной цепочке расположен, например, тимин, на другой стоит аденин, и там, где на первой стоит аденин — на другой может располагаться только тимин и ничто другое.

И так же, как при пропускании света через негативное изображение мы получаем позитив, через позитивную пленку — снова негатив, так и в ДНК разделение ее двойной спирали на «позитивную» и «негативную» приводит к тому, что возле «позитива» образуется «негатив», а возле «негатива» — «позитив», и получаются две идентичные молекулы. Этот процесс был не просто объяснен теоретически, он был воспроизведен в лаборатории. Искусственный синтез ДНК в лабораторных условиях полностью подтвердил теоретические модели. Открытие этого явления было, несомненно, величайшим достижением естествознания, объяснившим материальную биохимическую природу преемственности жизни на нашей планете.

«Управлять» синтезом ДНК оказалось, таким образом, излишне. ДНК способна к точной саморепродукции, она сама «управляет» собственным синтезом, а если для ускорения этого синтеза и нужны какие-либо белки — ферменты, то они создаются по «программе», записанной в самой ДНК Образование белков — это и есть, оказывается, основная функция ДНК и РНК — путь, которым ДНК управляет процессом обмена веществ.

Но и это не убедило тех, кто старался подвергнуть сомнению каждое новое открытие генетики и биохимии. Упрощенное представление о большом и малом, сложном и 216 простом никак не позволяло некоторым скептикам сопоставлять между собой микроскопическое ядро клетки и сложность сформированного организма. «Нет, — говорили они, — в таком малом объеме ядерного вещества нельзя сконцентрировать столь большой объем «наследственной информации», который необходим для синтеза всех белков сложного организма». Однако и это возражение оказалось несерьезным. В организме, например, человека идентифицировано около 2–3 тысяч разных белков, однако это только начало. По ориентировочным подсчетам Л. Полинга, количество разных белков, входящих в состав человеческого тела, может достигать 100 000. Средний размер полипептидной цепочки белка соответствует 150–200 аминокислотным остаткам.

В ядре же человека — 46 хромосом, а в каждой такой хромосоме не менее 10 000 молекул ДНК. В каждой молекуле ДНК около 20 000 нуклеотидов. Общая длина всех молекул ДНК клеточного ядра соответствует почти 10 миллиардам нуклеотидов. Учитывая уменьшающие факторы — трехнуклеотидность аминокислотного кода, двуцепочечный характер ДНК и парность хромосомного набора (диплоидностъ), можно легко подсчитать, что полинуклеотиды ДНК в ядре клетки человека могут содержать информацию для синтеза 4 миллионов разных белков. Если бы каждые три нуклеотида ДНК соответствовали только одной букве русского алфавита, то информация, содержащаяся в ДНК одной клетки, была бы равна информации, собранной в 400 томах, каждый из которых равен по объему одному тому Большой Советской Энциклопедии!