Γονίδια

Η ικανότητα των ζωντανών οργανισμών να μεταδίδουν πιστά τις οδηγίες για τη δημιουργία αντιγράφων τους —είτε αυτά είναι ένας κοκκινολαίμης, ένα ροδόδεντρο ή ένας άνθρωπος— παρέμεινε για αιώνες βαθιά αινιγματική. Στην «51 η Άσκησή» του, του 1653, ο Άγγλος χειρουργός Ουίλιαμ Χάρβεϊ έγραφε:

Μολονότι είναι γνωστό σε όλους ότι το έμβρυο προέρχεται από το αρσενικό και από το θηλυκό, και [κατά συνέπεια] ότι το αυγό παράγεται από τον κόκορα και την κότα, και [ύστερα] ότι το κοτόπουλο βγαίνει από το αυγό, ωστόσο ούτε οι Ιατρικές Σχολές ούτε ο οξυδερκής νους του Αριστοτέλη έχουν αποκαλύψει τον τρόπο με τον οποίο ο κόκορας και το σπέρμα του κατασκευάζουν και πλάθουν το κοτόπουλο που βγαίνει από το αυγό.

Μέρος της απάντησης δόθηκε δύο αιώνες αργότερα από τον Αυστριακό μοναχό και φυτολόγο Γκρέγκορ Μέντελ, ο οποίος γύρω στο 1850 καλλιεργούσε μπιζέλια στον κήπο ενός μοναστηριού Αυγουστίνων, στο Μπρνο. Βασιζόμενος στις παρατηρήσεις του, υποστήριξε ότι χαρακτηριστικά γνωρίσματα όπως το χρώμα των λουλουδιών και το σχήμα των μπιζελιών ελέγχονταν από κληρονομήσιμους «παράγοντες» οι οποίοι μπορούσαν να μεταδοθούν απαράλλαχτοι από τη μία γενιά στην επόμενη.

Επομένως, οι «παράγοντες» του Μέντελ αποτελούσαν μια αποθήκη κληρονομήσιμης πληροφορίας η οποία επέτρεπε στα μπιζέλια να διατηρούν τον χαρακτήρα τους μετά από εκατοντάδες γενιές – ή μέσω του τρόπου «με τον οποίο ο κόκορας και το σπέρμα του κατασκευάζουν και πλάθουν το κοτόπουλο που βγαίνει από το αυγό». Ως γνωστόν, το έργο του Μέντελ αγνοήθηκε από τους συγχρόνους του, συμπεριλαμβανομένου του Δαρβίνου, και ανακαλύφθηκε ξανά στις αρχές του 20ού αιώνα. Οι παράγοντές του μετονομάστηκαν γονίδια και δεν άργησαν να ενσωματωθούν στη σχεδόν ομόφωνη μηχανιστική άποψη της βιολογίας του 20ού αιώνα. Όμως, μολονότι ο Μέντελ είχε δείξει πως οι συγκεκριμένες οντότητες πρέπει να υπάρχουν μέσα στα ζωντανά κύτταρα, κανείς δεν τις είχε δει, ούτε γνώριζε από τι αποτελούνταν. Ωστόσο, το 1902, ο Αμερικανός γενετιστής Γουόλτερ Σάτον πρόσεξε πως ενδοκυτταρικές δομές, τα λεγόμενα χρωμοσώματα, ακολουθούσαν συνήθως την κληρονομικότητα των μεντελιανών παραγόντων, κι έτσι κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τα γονίδια βρίσκονται στα χρωμοσώματα.

Βεβαίως, τα χρωμοσώματα είναι μεγάλες (σχετικά μιλώντας) και πολύπλοκες δομές που αποτελούνται από πρωτεΐνη, σάκχαρα και μια βιοχημική ουσία η οποία ονομάζεται δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ, ή αλλιώς DΝΑ. Αρχικά δεν ήταν σαφές ποιο από αυτά τα συστατικά, αν υπήρχε κάποιο, ευθυνόταν για την κληρονομικότητα. Το 1943, ο Καναδός επιστήμονας Όσβαλντ Έιβερι κατάφερε να μεταφέρει ένα γονίδιο από ένα βακτηριακό κύτταρο σε ένα άλλο, εξάγοντας DΝΑ από το κύτταρο-δότη και εγχέοντάς το στο κύτταρο-δέκτη. Το πείραμα έδειξε πως αυτό που μετέφερε ύλες τις ζωτικής σημασίας πληροφορίες ήταν το DNA των χρωμοσωμάτων, όχι οι πρωτεΐνες ούτε οι άλλες βιοχημικές ενώσεις. Παρ’ όλα αυτά, το DNA δεν φαινόταν να διαθέτει κάτι μαγικό: εκείνη την εποχή, το θεωρούσαν απλώς μια ακόμα χημική ουσία.

Αλλά το ερώτημα παρέμενε: πώς λειτουργούσαν όλα αυτά; Πώς μια χημική ένωση μεταφέρει την απαιτούμενη πληροφορία για «τον τρόπο με τον οποίο ο κόκορας και το σπέρμα του κατασκευάζουν και πλάθουν το κοτόπουλο που βγαίνει από το αυγό»; Και πώς αντιγράφονταν και αναπαράγονταν τα γονίδια από τη μία γενιά στην επόμενη; Η συμβατική Χημεία, εκείνη των μορίων του Μπόλτζμαν που θύμιζαν μπάλες, απλώς δεν φαινόταν ικανή να παράσχει τα μέσα για αποθήκευση, αντιγραφή και αξιόπιστη μετάδοση της γενετικής πληροφορίας.

Όπως οι περισσότεροι γνωρίζουν, η απάντηση δόθηκε το 1953 όταν οι Τζέιμς Γουάτσον και Φράνσις Κρικ, στο Εργαστήριο Κάβεντις στο Κέιμπριτζ, κατάφεραν να συλλάβουν και να ταιριάζουν μια θαυμαστή δομή στα πειραματικά δεδομένα που είχε εξαγάγει από το DNA η συνάδελφός τους, Ρόζαλιντ Φράνκλιν: την περίφημη διπλή έλικα. Βρέθηκε ότι κάθε κλώνος του DNA έμοιαζε με μοριακή κλωστή αποτελούμενη από άτομα φωσφόρου, οξυγόνου κι ένα σάκχαρο το οποίο ονομάζεται δεοξυριβόζη, με χημικές δομές —τα λεγόμενα νουκλεοτίδια— τοποθετημένες σαν χάντρες στην κλωστή. Οι χάντρες των νουκλεοτιδίων εμφανίζονται σε τέσσερις διαφορετικές εκδοχές: αδενίνη (Α), γονανίνη (Γ), κυτοσίνη (Κ) και θυμίνη (Θ), επομένως η διάταξή τους κατά μήκος της αλυσίδας του DNA συνιστά μια μονοδιάστατη ακολουθία αυτών των γενετικών γραμμάτων; 

«ΓΘΚΚΑΘΘΓΚΚΚΓΘΑΘΘΑΚΚΓ». Στη διάρκεια του πολέμου ο Φράνσις Κρικ εργαζόταν στο Ναυαρχείο (υπηρεσία υπεύθυνη για τη διοίκηση τον Βασιλικού Πολεμικού Ναυτικού), άρα ήταν πιθανότατα εξοικειωμένος με τους κώδικες, όπως εκείνους που επεξεργάζονταν οι γερμανικές μηχανές Enigma και οι οποίοι αποκωδικοποιήθηκαν στο Μπλέτσλεϊ Παρκ. Σε κάθε περίπτωση, όταν είδε την αλυσίδα του DNA αντιλήφθηκε αμέσως ότι επρόκειτο για κώδικα, μια ακολουθία πληροφοριών που παρείχαν τις σημαντικές οδηγίες της κληρονομικότητας. Και, όπως θα ανακαλύψουμε στο Κεφάλαιο 7, η ταυτοποίηση της διπλής έλικας του DNA επέλυσε παράλληλα το πρόβλημα που αφορούσε την αντιγραφή της γενετικής πληροφορίας. Έτσι, μονομιάς, διαλευκάνθηκαν δύο από τα μεγαλύτερα μυστήρια της επιστήμης.

Η ανακάλυψη της δομής του DNA μάς έδωσε ένα μηχανιστικό κλειδί με το οποίο ξεκλειδώσαμε τα μυστήρια των γονιδίων. Τα γονίδια είναι χημικές ενώσεις και η Χημεία είναι σκέτη θερμοδυναμική: άραγε, η ανακάλυψη της διπλής έλικας φυλάκιζε τη ζωή ολοκληρωτικά στην επικράτεια της κλασικής επιστήμης;