Чтение онлайн

Теперь мы можем восхищаться еще и тем, что в организме льва скрываются километры ДНК, и тем, как его нейромедиаторы пускаются в пляс всякий раз, когда лев решает атаковать, и уж точно тем, как моторные белки маршируют по скелетам его клеток, – целыми пластами феноменов, столь же примечательных, как и лежащие на поверхности. Кроме того, перед нами теперь со всей очевидностью предстало единство всех организмов, включая наш, – единство, о котором наши предки и мечтать не могли. Сухопутные и морские, новорожденные и взрослые, микроскопические и гигантские – все организмы состоят из одинаковых молекулярных кирпичиков, из немногих типов молекул, которые кодируют информацию и самостоятельно принимают трехмерные формы. Каждый организм становится таким, какой он есть, под влиянием физических сил вселенной: кости львицы и антилопы, которую она выслеживает, формируются с учетом силы притяжения, а дельфин может быть дельфином лишь в просторном жидком доме. Каждый организм не только мирится с микроскопическим хаосом беспокойных молекул, но и преобразует этот хаос в расчет, регулируя активность генов, белков, клеток и органов в ответ на внутренние и внешние стимулы. За внешними проявлениями, какими бы изумительными они ни были, скрывается изящная глубинная основа, которая определяет устройство жизни и которую мы теперь начинаем ценить по достоинству.

Идея написать эту книгу родилась 10 лет назад. Примерно в то же время я разработал курс лекций «Физика жизни», рассчитывая познакомить с чудесами физики студентов, изучавших другие науки, и использовать биофизику в качестве инструмента для повышения научной грамотности. Эта книга гораздо полнее курса и совершенно иначе структурирована, но я все равно хочу поблагодарить студентов, прошедших мой курс, и за энтузиазм, который они частенько проявляли, и за моменты, когда они слушали меня вежливо, но с каменными от безразличия лицами. Ученого обычно восхищает все, имеющее хоть призрачную связь с его сферой интересов, и выяснение факта, что большинство людей находит некоторые вещи довольно скучными, может сильно его потрясти. Студенты подталкивали меня оживлять с помощью все новых и новых тактик определенные темы или не затрагивать их вовсе, и это бесценно. Я также хочу отметить ценность Программы научной грамотности Орегонского университета и особо поблагодарить Элли Вандегрифт, Майкла Реймера и Джудит Эйзен, которые создали программу, дающую стимул к глубоким размышлениям о научной коммуникации.

Спасибо Серхио, Мигелю, Пабло, Джесси, Чило и всем остальным сотрудникам кафе Espresso Roma, а также его владельцам Мигелю и Марии Кортес за отличный кофе и чудесную атмосферу, в которой приятно думать и писать.

Дэвид Рабука и Фил Нельсон читали все главы в черновиках и великодушно давали мне свои развернутые, полезные и полные энтузиазма комментарии. Я очень рад, что могу поблагодарить их на этих страницах. Фил к тому же помог мне запустить этот проект, не только ободрив словом, но и познакомив меня с моим будущим редактором Джессикой Яо из Princeton University Press. Огромное спасибо Джессике, которая подняла со мной эту книгу и дала множество дельных советов. От всей души благодарю и второго редактора, Ингрид Гнерлих, невероятно усердно работавшую над этим проектом.

Наконец, я глубоко признателен своей жене Джули и детям Кирану и Сурьяну, которые неизменно радуют меня и которые стойко терпели, пока я часами перекраивал предложения и рисовал ДНК.

В классических учебниках биологии излагаются многие надежно установленные факты, относящиеся главным образом к первой части книги. См., например:

Alberts B. et al. Molecular Biology of the Cell (6th ed.). NY: W. W. Norton, 2014. Четвертое издание находится в открытом доступе: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?book=mboc4.

Из великолепных учебников биофизики, составленных для продвинутых студентов бакалавриата и магистратуры, я выделю следующие:

Nelson P. Biological Physics: Energy, Information, Life. Philadelphia: Chiliagon Science, 2020.

Phillips R. et al. Physical Biology of the Cell (2nd ed.). London: Garland Science, 2012.

Bialek W. Biophysics: Searching for Principles. Princeton, NJ: Princeton University Press, 2012.

Введение

1 Smith B. K. Classifying animals and humans in ancient India. Man. 1991; 26: 527–548.

2 Thompson D. W. On Growth and Form. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 1942.

3 Hayashi T., Carthew R. W. Surface mechanics mediate pattern formation in the developing retina. Nature. 2004; 431: 647–652.

4 Puklin-Faucher E., Sheetz M. P. The mechanical integrin cycle. Journal of Cell Science. 2009; 122: 179–186; del Rio A. et al. Stretching single talin rod molecules activates vinculin binding. Science. 2009; 323: 638–641.

5 Henderson D. A. The eradication of smallpox – an overview of the past, present, and future. Vaccine. 2011; 29: D7 – D9.

Глава 1. ДНК: код и спираль

1 Nelkin D., Lindee M. S. The DNA Mystique: The Gene as a Cultural Icon. W. H. Freeman, 1995.

2 Gallery puts DNA in the frame. BBC News. 2001; September 19 (http://news.bbc.co.uk/2/hi/entertainment/1550864.stm).

3 Уотсон Дж. Двойная спираль. М.: АСТ, 2019; Мукерджи С. Ген. Очень личная история. М.: Corpus, 2023; Sayre A. Rosalind Franklin and DNA. New York: W. W. Norton, 2000; Cobb M. Sexism in science: Did Watson and Crick really steal Rosalind Franklin's data? The Guardian. 2015; June 23 (http://www.theguardian.com/science/2015/jun/23/sexism-in-science-did-watson-and-crick-really-steal-rosalind-franklins-data).

4 Goldenfeld N. Lectures on Phase Transitions and the Renormalization Group. Reading, MA: Addison-Wesley, 1972; Peyrard M. Biophysics: Melting the double helix. Nat. Phys. 2006; 2: 13–14; Peyrard M. Nonlinear dynamics and statistical physics of DNA. Nonlinearity. 2004; 17: R1 – R40.

5 Mullis K. B. The unusual origin of the polymerase chain reaction. Sci. Am. 1990; 262: 56–65.

Глава 2. Белки: молекулярное оригами

1 de Chadarevian S. John Kendrew and myoglobin: Protein structure determination in the 1950s. Protein Science. 2018; 27: 1136–1143. Об истории рентгеновской кристаллографии: Brooks-Bartlett J. C., Garman E. F. The Nobel science: One hundred years of crystallography. Interdisciplinary Science Reviews. 2015; 40: 244–264; Jaskolski M. et al. A brief history of macromolecular crystallography, illustrated by a family tree and its Nobel fruits. FEBS Journal. 2014; 281: 3985–4009.

2 Изображение белка GFP основано на структуре 1EMA из Protein Data Bank: https://www.rcsb.org/structure/1EMA; Ormo M. et al. Crystal structure of the Aequorea victoria green fluorescent protein. Science. 1996; 273: 1392–1395.

3 Day R. N., Davidson M. W. The fluorescent protein palette: Tools for cellular imaging. Chem. Soc. Rev. 2009; 38: 2887–2921; Rodriguez E. A. et al. The growing and glowing toolbox of fluorescent and photoactive proteins. Trends in Biochemical Sciences. 2017; 42: 111–129; Shaner N. C. The mFruit collection of monomeric fluorescent proteins. Clin. Chem. 2013; 59: 440–441.