Туман стал рассеиваться благодаря трудам химика Уэнделла Стэнли. В 1920-е гг., будучи студентом, Стэнли научился, соединяя молекулы в повторяющиеся структуры, получать кристаллы. А кристаллическое состояние вещества позволяло ученым узнать о молекулах то, чего иначе выяснить не получалось. Они обстреливали кристаллы рентгеновскими лучами, которые отражались от атомов и засвечивали фотопластинки, оставляя на них повторяющиеся узоры кривых, прямых и точек. По ним ученые могли затем определить структуру молекул, составляющих кристалл.
В начале XX в. кристаллы помогли разрешить одну из величайших загадок биологии. Тогда ученым уже было известно, что в живых организмах содержатся таинственные молекулы – так называемые ферменты, способные прицельно расщеплять другие молекулы. Чтобы установить истинную природу ферментов, исследователи превратили их в кристаллы. Их рентгенограммы показали, что они состоят из белков. Размышляя о преобразующей силе вирусов, Стэнли задался вопросом: что, если и они состоят из белков?
Чтобы это узнать, он обратил вирусы в кристаллы. Для своего исследования он выбрал знакомый вид – вирус табачной мозаики. Стэнли собрал сок больных табачных кустов и процедил его сквозь тонкопористые фильтры, как Бейеринк за сорок лет до него. Он удалил из жидкости мельчайшие загрязнения и подготовил ее к кристаллизации. К его изумлению, в жидкости начали образовываться микроскопические иголочки. Затем они разрослись в опалесцирующие пленки. Впервые в истории вирус стал доступен наблюдению невооруженным глазом.
Стэнли обнаружил, что его вирусные кристаллы твердые, как минерал. Они хранились месяцами, как поваренная соль в буфете. Впоследствии, когда он поместил их в воду, они растворились бесследно, снова обратившись в «живую заразную жидкость».
Результаты опыта Стэнли, опубликованные в 1935 г., озадачили весь мир. «Прежнее разграничение между живым и неживым отчасти теряет актуальность», – заявила газета The New York Times.
Но исследования Стэнли, при всей их революционности, имели свои ограничения. В частности, он допустил одну маленькую, но принципиальную ошибку. Вирусы табачной мозаики состоят не только из белка. В 1936 г. британские ученые Норман Пири и Фред Боуден обнаружили, что 5 % массы вируса составляет другое вещество – таинственная нитевидная молекула, именуемая нуклеиновой кислотой. Позже наука установит, что нуклеиновые кислоты – это материя генов, в которых содержатся инструкции по построению белков и других молекул. Наши клетки хранят свои гены в виде двуцепочечных молекул нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновой кислоты, или ДНК. Гены многих вирусов также построены из ДНК. Другие вирусы, и среди них вирус табачной мозаики, содержат одноцепочечную форму рибонуклеиновой кислоты, или РНК. Многие вирусы несут двуцепочечную РНК или одноцепочечную ДНК. Ученым понадобились десятилетия, чтобы разобраться в том, как вирусы пользуются этим генетическим материалом с целью завладеть клетками и заставить их производить новые вирусы.
И хотя Стэнли первым увидел вирусы, он наблюдал их только скопом. Каждый созданный им кристалл мог содержать миллионы вирусов табачной мозаики, плотно соединенных друг с другом в решетке. Чтобы рассмотреть отдельные вирусы, ученым вначале понадобилось создать новое поколение микроскопов, в которых для изучения мельчайших объектов используется пучок электронов. В 1939 г. Густав Кауше, Эдгар Пфанкух и Гельмут Руска добавили кристаллы вируса табачной мозаики к каплям дистиллированной воды и поместили их под новый микроскоп. Они разглядели миниатюрные палочки, каждая длиной около 300 нанометров.
Никому еще не приходилось видеть столь мелких живых существ. Чтобы представить себе размеры вирусов, вытряхните на стол одну-единственную крупинку соли. Взгляните на этот крохотный кубик. Вдоль одной из его сторон можно расположить в ряд 10 клеток кожного эпидермиса. Или 100 бактерий. А вирусов табачной мозаики вдоль грани той же крупинки соли уместится 1000!
В последующие десятилетия вирусологи продолжали препарировать вирусы и выяснять их молекулярную географию. Хотя, подобно нашим клеткам, вирусы содержат белки и нуклеиновые кислоты, они используют эти молекулы совершенно иначе. Человеческая клетка набита миллионами различных молекул, которые пребывают в постоянном движении и вибрации, расщепляя друг друга или связываясь вместе – благодаря этому клетки воспринимают окружающую среду, передвигаются, поглощают пищу, растут и принимают решения, делиться им надвое либо кончать самоубийством ради блага клеток-собратьев. Вирусологи обнаружили, что вирусы, как правило, устроены намного проще. Обычно они представляют собой всего лишь белковые оболочки, содержащие несколько генов. Вирусологи установили, что, несмотря на скудные генетические инструкции, вирусы умеют воспроизводиться, узурпируя другие формы жизни. Они забрасывают свои гены и белки в клетку хозяина, которую перепрограммируют под производство новых копий самих себя. В клетку попадает один вирус, а через сутки из нее могут выйти тысячи вирусов.