Внутри ядра обнаружились тоненькие вытянутые тельца — нити. В момент деления «материнской обители» все они распадались на две равные части и расходились по двум новым ядрам, которые образовывались в дочерних клетках. Он увидел это первым.
В 1848 г. сообщение о поразительном открытии былоопубликовано. Внутриядерные нити назвали хромосомами (цветными тельцами) за их способность хорошо окрашиваться в отличие от окружающей студенистой протоплазмы.
Ученые не сразу по достоинству оценили открытие Гофмейстера (как, впрочем, и он сам). Только через 35 лет немецкий биолог Вильгельм Ру понял, что механизм деления клетки, обнаруженный любителем-натуралистом, универсален для всего живого.
Но до этого в биологии произошло другое не менее важное событие. По стечению обстоятельств тоже в Германии, хотя при участии швейцарца.
Фридрих Мишер был от природы наделен пытливым умом. К тому же тот факт, что ему посчастливилось специализироваться в одной из самых известных немецких биохимических лабораторий, обязывал его, как он считал, работать с особым усердием. Мишер отдавал делу буквально все силы. Кстати сказать, впоследствии именно эта одержимость и погубила ученого. Он умер, подорвав здоровье непомерной исследовательской работой. Но в молодости судьба, несомненно, по достоинству оценила его усилия.
Мишер работал с ядрами, выделенными из клеток, и в 1868 г. получил совершенно не знакомое химикам вещество. Он открыл принципиально новый класс органических соединений, которые содержали углерод, фосфор и азот. Кроме того, эти соединения обладали кислотными свойствами. Ядро клетки по-латыни «нуклеус». Вот Мишер и назвал свое детище нуклеином, то есть выделенным из ядра.
Так людям стало известно о существовании в живой клетке нуклеиновой кислоты. Впрочем, долгое, очень долгое время это одно из ценнейших знаний, которые когда-либо обретала наука, оставалось уделом лишь узкого круга специалистов. Да и те в течение многих лет не могли по-настоящему оценить открытия — никто не понимал, какую биологическую роль играют нуклеиновые кислоты в живой клетке и вообще зачем они ей.
Знания о наличии в клетке хромосом и нуклеиновых кислот лежали буквально рядом, подобно огниву и кремню: приди они в соприкосновение, и высеченная искра уже тогда ярко осветила бы механизм наследственности. Так оно в конце концов и произошло. Но, увы, до появления этой «искры» должны были пройти десятилетия.
О нуклеиновых кислотах не вспомнили даже тогда, когда в 1872 г. русский ботаник, профессор Московского университета Иван Дорофеевич Чистяков совершенно самостоятельно повторил открытие Гофмейстера, то есть вторично открыл хромосомы.
Как выяснилось, во всех клеточных ядрах не только одного организма, но и целого вида содержится строго постоянное число хромосом. Скажем, у кукурузы — 20, у твердой пшеницы — 28, у мягкой — 42, у лосося — 60 (позже установили, что у человека их 46). Причем отнюдь не количеством хромосом определялась высота эволюционной ступеньки, занимаемая видом, а чем-то другим, у сазана, например, их оказалось больше сотни, у некоторых раков — около трехсот.
Вильгельм Ру установил: каждая хромосома делится продольно и все половинки отходят к противоположным полюсам будущих дочерних клеток. Из этого он сделал прозорливый вывод: хромосомы содержат нечто наиважнейшее для жизнедеятельности организмов, и это «нечто» расположено по длине нитевидных телец (иначе зачем бы им было делиться продольно?).
К концу прошлого века вслед за Ру у многих биологов начало складываться представление, что именно в хромосомах, в постоянстве их числа и кроется неповторимая индивидуальность каждого организма внутри биологического вида.
Было также обнаружено, что все хромосомные наборы (за редким исключением) четны. Только в зародышевых клетках, вырабатываемых половыми органами, число хромосом вдвое меньше. Однако при слиянии отцовской и материнской половых клеток, дающих жизнь новой клетке, «стандартный» набор хромосом восстанавливается. Из чего следовало, что родители в передаче наследственности своему потомству играют одинаковую роль, а «стандартный» набор состоит из пар, в каждой из которых одна хромосома получена от матери, а другая — от отца.
И вот на основе всего этого выдающийся немецкий зоолог Август Вейсман, тоже изучавший процесс клеточного деления, пришел к мысли, что строение хромосом должно быть членистым, как бы собранным из мелких кусочков — носителей наследственности предков того или иного организма.
Нет, это еще не было законченной теорией, скореерабочей гипотезой, великая ценность которой состояла в том, что она направила в определенное русло как мышление ряда биологов, так и их исследования.
Лишь в начале нашего века материальный носитель наследственности получил обозначение, от которого впоследствии произошло и название науки о наследственности — «генетика». «Свойства организмов,— написал датский ученый Вильгельм Иоганнсен,— обусловливаются особыми, при известных обстоятельствах отделимыми друг от друга и в силу этого до известной степени самостоятельными единицами или элементами в половых клетках, которые мы называем генами... Не являются ли они химическими образованиями? Об этом мы пока не знаем решительно ничего».
Поразительно, это писалось спустя три с лишним десятилетия после открытия нуклеиновых кислот. Что это? Разобщенность биологии и биохимии? Или проявление той слепоты, которая так часто мешает науке видеть общее в явлениях, кажущихся разнородными?
Между тем гену уже недолго было оставаться «где-то». Его местонахождение вскоре было «найдено» талантливым американским биологом Томасом Гентом Морганом. Он, экспериментируя с плодовыми мушками-дрозофилами (величиной с мелкого муравья), доказал, что генами следует считать участки хромосом (чем подтвердил догадку Вейсмана). Но о нуклеиновых кислотах и он не вспомнил.
Лишь в 1914 г. русский исследователь А. Шепотьев впервые высказал предположение об участии нуклеиновых кислот в передаче наследственности. Но биологи посчитали это чистейшим вымыслом. Ни у кого в то время не вызывало сомнения, что главное во всех живых организмах — белки и что природа вряд ли стала бы поручать кому-то другому столь ответственное дело, как передачу потомству фамильных ценностей.
Должна была пройти еще треть века, прежде чем (это произошло в конце 40-х гг.) работы по нуклеиновым кислотам приковали наконец к себе внимание и стали сенсационными. Сначала установили, что и в мужской и в женской половых клетках содержится совершенно равное количество нуклеиновой кислоты, хотя, скажем, икринку кеты видно невооруженным глазом, а сперматозоид из молоки ее партнера разглядишь не во всякий микроскоп.
И еще. Как известно, вирус бактериофаг — пожиратель бактерий. Действует он хитро: впрыскивает в нее своим хоботком какое-то вещество. Через некоторое время за «крепостной стеной», внутри бактерии, наготове уже целая ватага фагов — точных копий агрессора. Химики установили: троянский конь фага — его нуклеиновая кислота.
Как выяснилось, и для фауны, и для флоры нуклеиновая кислота однотипна. У одуванчика и у человека она состоит из тех же атомов углерода, кислорода, водорода, азота и фосфора. Здесь всего несколько типов кирпичиков: аденин, гуанин, цитозин, тимин, урацил. Все нуклеиновые кислоты — вариации этих несложных азотистых оснований, соединенных в разной последовательности. Единый материал — общие для всех законы наследственности.
Только теперь было осознано, что в возникновении жизни роль нуклеиновых кислот не меньшая (по крайней мере), чем роль белков, что выяснение «с чего началось— с обмена веществ или с тиражирования?» сродни давнему спору о яйце и курице.
Хромосома оказалась состоящей из нуклеиновой кислоты и белка. Это был длинный ряд звеньев, каждое из которых тоже представляло собой автономную цепочку. Природа демонстрирует здесь гениальную изобретательность, умудряясь из ограниченного числа кирпичиков создавать бесчисленное множество непохожих друг на друга вариаций. В каждой хромосоме, в этом гигантском полимере, не менее 10 тыс. молекул нуклеиновой кислоты, а последние построены из 20 тыс. звеньев-нуклеотидов, то есть азотистых оснований, сооружение которых, в свою очередь, вполне возможно из неорганического вещества.
К тому времени когда это выяснилось, биохимики уже понимали, что и вся другая органика, входящая в живую клетку — углеводы, жироподобные и другие вещества,— тоже может быть синтезирована из простого материала небиологического происхождения.
Итак, круг замкнулся. Макромолекулы, составляющие все живое, сложены из незатейливых кирпичиков, производство которых было, по-видимому, делом незатруднительным в условиях юной Земли.
Оставалось только это проверить. Для начала — в лаборатории.
Производству, хотя бы и экспериментальному, необходимо сырье (лучше недефицитное и в избытке), энергия (тоже желательно в доступной форме) и оборудование. Но первым делом ему нужна, конечно, идея. Родилась она следующим образом.
...Раскаленная Земля остывала. Вулканы извергали клубы пара и горячие газы. Много водорода не могло быть. Он хоть и наиболее распространен во Вселенной, но очень легок, и потому выметался солнечным ветром с планет земного типа. Однако какая-то часть водорода все-таки успевала соединиться с углеродом и азотом, образуя метан и аммиак — наиболее реальное сырье для дальнейшего синтеза органики. Метан — атом углерода в окружении четырех атомов водорода, а аммиак— атом азота с присоединенными тремя атомами водорода. Без такого минимума немыслимы предбиоло-гические соединения — будущие кирпичики белков и нуклеиновых кислот. Следовательно, первичная атмосфера Земли должна была состоять из свежих вулканических газов, метана, аммиака и воды. Свободного кислорода не было — он, окислив, разрушил бы простую органику, сырье для построения живого исчезло бы. К тому же он при нагреве всегда стремится соединиться с водородом, отчего вместо органики образуется вода. Кислород очень агрессивен. В атмосфере он стал накапливаться позже, с появлением биологических источников.