Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни – от древних окаменелостей до ДНК

Во время короткой беседы Полинг сумел разглядеть в Цукеркандле что-то особенное и пригласил его в Калифорнийский технологический институт (Калтех). Но у этого предложения была изнаночная сторона. Полинг не имел собственной лаборатории, поскольку в те годы большую часть времени проводил в разъездах, занимаясь антивоенной деятельностью. Поэтому Полинг пристроил Цукеркандля к своим коллегам, чья лаборатория была оснащена всем необходимым для проведения биохимических исследований. Но когда Цукеркандль попытался обсудить свою идею о работе с белками крабов, Полинг ее отмел. Уже более десяти лет Полинга интересовало влияние ядерного излучения на живые клетки. Одним из объектов исследований в рамках этого проекта был белок гемоглобин, который через кровь доставляет кислород из легких к клеткам тела. Полинг, мягко говоря, решил за Цукеркандля, что тот оставит увлечение крабами и посвятит время изучению гемоглобина. Хотя это решение полностью нарушало планы Цукеркандля, оно оказалось пророческим.

Цукеркандль исследовал гемоглобин животных разных видов, используя доступные в то время методы, которые, вообще говоря, были весьма ограниченны. Он не мог определять аминокислотную последовательность белков из разных видов животных, поэтому выделял их и с помощью довольно простых методов оценивал их размер и электрический заряд. Исходя из логичного предположения, что белки со сходной аминокислотной последовательностью должны иметь сходную молекулярную массу и электрический заряд, он использовал эти легко определяемые параметры в качестве меры сходства.

Цукеркандль обнаружил, что гемоглобины человека и шимпанзе ближе друг к другу по массе и заряду, чем к гемоглобинам лягушек и рыб. По его мнению, это простое измерение скрывало за собой нечто более важное. Он предположил, что сходство между белками людей и шимпанзе является результатом эволюции: причина сходства белков крови людей и приматов заключается в их близком эволюционном родстве. Когда Цукеркандль показал предварительные результаты заведующему лабораторией, его ждал неприятный сюрприз. Профессор оказался активным сторонником креационизма и не желал никаких эволюционных идей в стенах своей лаборатории. Цукеркандлю разрешалось там работать, но шеф отказывался связываться с публикацией, в которой говорилось, что люди и обезьяны – родственники. Казалось, двери закрылись в тот же момент, когда за ними забрезжил свет.

Но Цукеркандлю повезло. Полинга попросили написать статью для Festschrift в честь другого нобелевского лауреата и близкого друга Полинга – Альберта Сент-Дьердьи.

Fest-schriften — это специальные юбилейные сборники научных журналов, посвященные выходу на пенсию знаменитых ученых. Обычно там публикуются статьи друзей и коллег. В таких сборниках редко появляется какая-нибудь важная научная информация, поскольку это скорее воспоминания, содержащие лишь намеки на новые идеи. Эти статьи обычно не рецензируются и потому содержат либо бесконечные комплименты в адрес знаменитости, либо данные, которые авторы не смогли опубликовать где-нибудь еще. Зная все это и желая поздравить знаменитого друга, Полинг кое-что придумал. Он предложил Цукеркандлю написать “нечто вопиющее”.

Это оригинальное решение позволило опубликовать одну из классических научных статей XX века.

Время для дерзаний в области биохимии было самое подходящее. Когда в конце 1950-х Цукеркандль попал в поле зрения Полинга, появились первые данные относительно аминокислотных последовательностей различных белков, и у Полинга был доступ к этим данным. До изобретения современных технологий секвенирования ДНК было еще далеко, но уже можно было определять аминокислотную последовательность белков, хотя это был трудоемкий и медленный процесс. Полинг раздобыл данные о последовательностях белков горилл, шимпанзе, человека и других организмов. Располагая этой новой информацией, Цукеркандль и Полинг были готовы заняться фундаментальным вопросом: что белки разных животных могут рассказать об их родственных связях? Первичные результаты Цукеркандля, основанные на анализе размера и заряда белков, указывали, что белки способны кое-что поведать об истории.

За столетие до каких-либо сведений о ДНК и последовательности белков Дарвин уже размышлял о чем-то подобном. Он предположил, что, если организмы объединены общим генеалогическим деревом, аминокислотные последовательности белков людей, других приматов, млекопитающих и лягушек должны отражать их эволюционную историю. Первые эксперименты Цукеркандля подсказывали, что это может быть правдой.

Гемоглобин оказался идеальным объектом для такого исследования. Все животные используют в метаболизме кислород, а гемоглобин – это белок крови, который переносит кислород от органов дыхания, будь то легкие или жабры, к другим частям тела. Цукеркандль и Полинг сравнили аминокислотные последовательности молекул гемоглобина организмов разных видов и могли оценить степень сходства белков.