Первое слово о химической природе гена сказано очень давно, когда и самого слова «ген» не существовало. Мендель уже успел открыть свои законы, но они еще не были никому известны, так как дело происходило еще до их переоткрытия, зимой 1893/94 года в Москве.

Строение клетки к тому времени изучили уже довольно хорошо. Были известны хромосомы, их поведение при делении клеток, при оплодотворении. Даже не зная ничего о законах Менделя, можно было думать о том, что хромосомы играют важную роль в явлениях наследственности. И кое-кто из ученых именно так и думал.

Той же точки зрения придерживался и профессор зоологии Московского университета Михаил Александрович Мензбир. И этому он посвятил свой доклад на IX Всероссийском съезде естествоиспытателей и врачей. Он говорил о последних достижениях в исследовании живой клетки, о существующих в связи с этим гипотезах, о своих собственных взглядах…

По счастливой случайности на докладе присутствовали два человека, которых там могло бы и не оказаться. Один из них хотя и был ученым, но не имел никакого отношения к биологии. Он был профессором химии. Второй же, хотя и имел отношение к биологии, был в то время всего-навсего студентом.

Профессора химии звали Александр Андреевич Колли. Он сопоставил новейшие успехи биологии, о которых рассказывал Мензбир, с последними достижениями химии и пришел к парадоксальному выводу, которым тут же в прениях по докладу и поделился со слушателями. Размеры головки спермия (в котором, естественно, должны быть упакованы все наследственные задатки, достающиеся зародышу от отца) Колли сравнил с вычисленными им размерами белковых молекул. Получалось, что за все наследственные признаки ответственно относительно небольшое число молекул.

Это было настолько фантастично, настолько опережало свое время, что большинство биологов просто пропустили слова химика мимо ушей. Может, эта мысль оказалась бы и вообще забытой, погребенной в стенограммах заседаний съезда, если бы не один из студентов, присутствовавших на заседании. Он запомнил ее на всю жизнь, и она в значительной мере определила его собственное будущее.

Фамилия студента была Кольцов. Позже он стал крупнейшим ученым, академиком Николаем Константиновичем Кольцовым. Основным направлением его работ было изучение физико-химических основ строения и жизнедеятельности клетки. В 1927 году на III Всесоюзном съезде зоологов, анатомов и гистологов он выступил со своим знаменитым докладом: «Физико-химические основы морфологии». В нем он подводил итоги многолетних исследований и высказывал некоторые новые мысли.

Самым замечательным было то место доклада, где Кольцов высказал гипотезу о «размножающихся молекулах». Основа жизни — белковые вещества. Как они построены, в то время было известно очень плохо, знали только, что они очень сложны. Кольцов пришел к выводу, что молекулы такой степени разнообразия и сложности не могут образовываться иначе, чем путем самовоспроизведения.

В дополнение к известным принципам: «Все живое от живого», «Каждая клетка от клетки» и «Каждое ядро от ядра», он выдвинул новый: «Каждая молекула от молекулы» (имелась в виду белковая молекула). Нетрудно догадаться, что при этом речь шла одновременно и о химической природе генов и об их возникновении. Кольцов нарисовал довольно детальную картину того, как устроены гены, как они работают и как размножаются. Развитие науки показало, что он во многом оказался прав.

Ошибся Кольцов только в одном — в том, что ген имеет чисто белковую природу. Впрочем, иначе в те времена и думать было нельзя, так как других веществ, достаточно сложных, чтобы они могли играть роль генов, не знали.

Но теперь, наверно, уже никому не нужно объяснять смысла сокращений ДНК и РНК, казавшихся еще недавно такими таинственными. Все знают, что так обозначают две разновидности нуклеиновых кислот — веществ, играющих важнейшую роль в явлениях наследственности.

Еще недавно считали, что нуклеиновые кислоты устроены очень просто, и думали, что они играют в жизни клетки какую-то весьма второстепенную роль. Но к началу 50-х годов стало накапливаться все больше данных, говоривших о том, что именно нуклеиновым кислотам принадлежит в явлениях наследственности живых организмов ведущая роль.

Так, довольно давно было известно, что вытяжка из убитых бактерий одного штамма вызывает направленные наследственные изменения в потомках другого штамма, если ее добавлять к среде, на которой разводят бактерий. Теперь установили, что активным началом этих экстрактов является нуклеиновая кислота.

Примерно тогда же был изучен механизм заражения бактерий фагами (бактериальными вирусами). Фаг устроен очень просто: он состоит из белка и нуклеиновой кислоты. Оказалось, что при заражении внутрь бактериальной клетки проникает только нуклеиновая кислота. Белок остается снаружи. И тем не менее через некоторое время внутри бактерии появляются новые фаги, в состав которых входит и специфический фаговый белок.

Еще более ясные результаты получились с чистой нуклеиновой кислотой, выделенной из вируса мозаичной болезни табака. Втерли это вещество в листья здоровых растений, и они заболели. Внутри их клеток появились болезнетворные вирусы…

Примеров достаточно, чтобы задуматься. Но как же быть с тем, что нуклеиновые кислоты так просто устроены? Однако и на химию нуклеиновых кислот к тому времени стали смотреть несколько иначе, чем раньше. Раньше считали, что существует лишь две разновидности нуклеиновой кислоты: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), находящаяся в хромосомах, и рибонуклеиновая кислота (РНК), находящаяся преимущественно в рибосомах — мельчайших цитоплазматических гранулах, в которых идет синтез белка. Но это мнение пришлось изменить. Московский биохимик, ныне академик, Андрей Николаевич Белозерский доказал, что нуклеиновые кислоты обладают видовой специфичностью: у всех живых существ нуклеиновые кислоты различны. К тому же выводу пришел и американец Эрвин Чаргаф.

Кроме того, стало известно, что неповрежденные нуклеиновые кислоты достигают огромных размеров и строение их таково, что они могут обеспечить не меньшее разнообразие, чем белки.

Словом, к началу 50-х годов и биологические и химические данные о нуклеиновых кислотах были таковы, что оставалось ждать решающего открытия.

Решающее открытие произошло в 1953 году. Сделали его двое ученых — англичанин Френсис Крик и американец Джемс Уотсон, работавшие тогда вместе. Открытие касалось строения молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), той самой, что является составной частью хромосом.

Анализируя данные рентгеноструктурного анализа, Крик и Уотсон пришли к выводу, что молекула ДНК состоит из двух параллельных нитей, завитых в спираль. Самым замечательным было то, что порядок нуклеотидов («кирпичиков», из которых сложены гигантские молекулы нуклеиновых кислот) в одной нити полностью определяет их порядок в другой. Поэтому, если нити разойдутся, то к каждой из них могут пристроиться только такие же нуклеотиды, какие составляли отошедшую нить. Получатся две одинаковые молекулы, в точности подобные исходной.

Да ведь это размножающиеся молекулы, которые, согласно Кольцову, должны лежать в основе жизненных явлений! Правда, оказалось, что этим свойством обладают не белки, как можно было думать в середине 20-х годов. Но как же с белками? Ведь они лежат в основе жизненных явлений.

Через несколько месяцев в том же самом английском журнале «Природа», где была напечатана статья Крика и Уотсона, появилась заметка русского физика, живущего в США, Георгия Антоновича Гамова. Анализируя модель ДНК, предложенную Криком и Уотсоном, он делал вывод, что эта молекула может не только размножаться, но и определять строение белков.

Итак, появились две работы, как будто намечавшие путь, на котором можно найти решение величайшей загадки жизни. Хотя обе статьи были очень небольшими (каждая из них занимала меньше страницы), они сразу стали в центре внимания ученых.