Но не стоит, наверное, считать, что человечество будет без конца придумывать все новые и новые вещества. Синтез макромолекул будет проводиться до тех пор, пока в этом будет иметься практический смысл. И все же надо заметить, что ждать каких-либо грандиозных событий в области производства синтетических тканей, видимо, не приходится. Конечно, чулки, джемперы и брюки из перлона, дакрона, кримплена каждый год становятся несколько лучше. Но прогресс не столь значителен, как хотелось бы, и, что самое интересное, все же хлопок, шелк и шерсть остаются вне конкуренции. Однако, пожалуй, не в этом будущее макромолекулярной химии. Тогда в чем же? В совершенствовании технических приемов?
Без сомнения, еще масса дела у технологов, озабоченных получением различных масел, присадок, покрытий, заменителей, металлов. И все же я сомневаюсь в том, что на этой дороге нас ждут революционные открытия. Да и, честно говоря, разве столь уж велика нужда в новых тканях, новых строительных материалах? Если как следует призадуматься, то придешь к заключению, что наука и техника дали человечеству все материалы, которые требуются ему для комфортабельной и интересной жизни.
Но есть одна область науки, которая находится еще в младенческом состоянии. Имеется в виду биология.
В то же время доказывать, что понимание биологических закономерностей позарез нужно людям, — значит ломиться в открытую дверь. Поэтому мне кажется, что будущее макромолекулярной химии в служении биологии. Человечество вплотную подошло к производству живого. Дело «за небольшим» — надо научиться изготовлять кирпичи, из которых построено живое. А оно построено из макромолекул.
Но прежде чем приступить к решению этой важнейшей и увлекательной проблемы, надо изучить, как работает фабрика жизни. Только тогда нам станут ясны те задачи, которые стоят перед химией больших молекул. Только тогда мы сможем прогнозировать создание новых веществ.
Можно ли методами химического синтеза создать живой организм?
Всего лишь несколько десятков лет назад даже постановка такого вопроса казалась святотатственной. Опытное же доказательство того, что жизнедеятельность есть сумма химических процессов, является важнейшим подтверждением основной идеи диалектического материализма, утверждающего единство мира.
Доказательства, о которых идет речь, получены в последние годы. Они революционизировали мышление людей, в том числе и тех, кто вроде бы нехотя «в принципе» соглашался, что живая материя состоит из тех же электронов и атомов, из которых состоят железные балки и каменные колонны. Это и понятно. Одно дело — некий абстрактный принцип, с которым ты миришься в полной уверенности, что реализация его практически невозможна. И совсем иначе начинаешь мыслить, когда узнаёшь механизм химического производства живого организма и видишь пусть на самом элементарном примере, что принцип работает.
История науки свидетельствует: если удалось осуществить какое-то явление хоть в самом незначительном масштабе, если продемонстрирована справедливость закона природы для простейшего случая, то экстраполяция является наизаконнейшим приемом. Из слабо мерцающей лампочки с угольной нитью рождаются лампы ярче солнца. Детская игрушка, состоящая из двух слабеньких магнитных полюсов и вращающейся между ними проволочной рамки, приводит к электрификации мира. От крошечного лабораторного экрана, светящегося под действием радиоактивных частиц, недолгим оказывается путь к высвобождению энергии, запрятанной в недрах атомов…
Поэтому нет сомнения в том, что первые удачные опыты по синтезу ДНК (мы расшифруем эти буквы чуть ниже), проведенные в 60-х годах, открыли дорогу к синтезу живой материи химическими методами.
Если еще каких-нибудь двадцать лет назад даже среди хороших биологов можно было найти таких, которые считали, что существуют «особые законы», справедливые только для живого, и возводили непреодолимую стену между живым и неживым, то теперь, мне кажется, трудно найти ученого, который не верил бы в возможность синтеза живой клетки.
Уверенность в том, что создание «фабрики живого» не является предметом, достойным внимания одних лишь авторов фантастических романов, основана прежде всего на достаточно ясном понимании механизма передачи наследственности и схемы производства белковых молекул-кирпичей, из которых строится живой организм. История этого достижения разыгралась на глазах одного поколения.
Классический период развития генетики, когда ген рассматривался как некая формальная, абстрактная и неделимая единица, закончился всего лишь лет тридцать назад. Результаты опытов по скрещиванию различных пород животных и сортов растений, находящиеся в превосходном согласии с законами, установленными Грегором Менделем в 1865 году, не позволяли грамотному и объективному исследователю сомневаться в существовании некоего носителя наследственности. Разумеется, большое число биологов задумывалось над тем, что же такое ген. Многие из них понимали, что надо перекинуть мост через овраг, разделяющий генетику и химию.
В конце 30-х годов удалось показать, что имеется прямая связь между цветом глаз мутантных разновидностей мушки дрозофилы и биохимическим синтезом пигмента, обеспечивающего мушкам цвет их очей. Поскольку этот биохимический синтез направлялся и контролировался определенной молекулой белка (такие «контролеры» называются энзимами), то отсюда был сделан вывод, что мутация, то есть изменение гена, влечет за собой потерю способности образовывать соответствующий энзим.
С каждым годом становилась все яснее важность этого направления исследований. Мушки дрозофилы оказались чересчур сложным объектом, и биохимики стали прослеживать идею связи генной структуры с синтезом вещества, который выполняет живая фабрика, на микроорганизмах.
В 40-х годах теория «один ген — один энзим» получила достаточно широкое признание. Сущность ее сводилась к следующему. Что бы там ни представляли собой пока что таинственные гены, но ответственность каждого из них за тот или иной наследственный признак (цвет глаз, форму крыльев и т. д.) однозначно связана с его химической функцией производства молекул белка.
Таким образом, выходило, что гены имеют исключительно узкую специализацию: каждый из них производит одну огромную молекулу — молекулу белка, которая, в свою очередь, выполняет строго определенную задачу, а именно: контролирует и направляет в нужную сторону биохимическую реакцию.
Изящная гипотеза, не правда ли? Четкая и основанная на представлении о единстве природы. В ядре клетки имеются гены, каждый ген есть машина по производству молекулы белка, а молекула белка является контролером и управителем одной из химических реакций, необходимых для роста организма и его нормальной жизнедеятельности. Но как все это происходит? Каким образом ген производит молекулы белков? И, в конце концов, что же такое ген?
Неясностей было очень много. Скептики полагали, что химическая интерпретация биологических процессов если вообще и возможна, то, во всяком случае, является делом далекого будущего.
Основания для такого отношения были весьма солидны. Что значит дать химическую интерпретацию биологических явлений? Ответ ясен: надо подробно описать атомно-молекулярный механизм производства молекулы белка геном. Для этого, в свою очередь, нужно знать, как устроен ген, требуется также заиметь данные о структуре молекулы белка. То есть получить сведения о деталях конструкций, состоящих из десятков тысяч атомов; установить, как эти атомы скреплены между собой, в какой последовательности расположены, какую форму образует цепь атомов, связанных валентными силами! Но разве возможно решить задачу такой сложности? В конце 40-х годов лишь слабо мерещился путь к ее решению. И только несколько зорких людей отправились за синей птицей.
Прошло всего лишь двадцать лет с той поры. За это время относительно небольшая армия исследователей — физиков и биохимиков совершила научный подвиг, который сравнивают с открытием Ч. Дарвином теории эволюции. Установлена структура гена; определено атомное строение нескольких десятков белковых молекул; выяснен механизм передачи наследственных признаков; стало известно, каким образом гены производят молекулы белков; на языке атомов интерпретированы мутации; осуществлено вмешательство в биохимический синтез и, наконец, намечены пути синтеза живого вещества. И это за двадцать лет! За каких-нибудь двадцать лет! Если темп развития наших знаний в области молекулярной биологии останется тем же — а скорее всего так оно и будет, — то выращивание живых организмов в колбах и поправка генных дефектов (то есть неселекционное управление наследственностью) станет реальностью на рубеже XX и XXI веков!