Эрвин Чаргафф

Краткая биография

Жизнь и работа

Эрвин Чаргафф родился 11 августа 1905 года в Черновицах, тогда входивших в Австро-Венгерскую империю. Во время Первой мировой войны его семья перебралась в Вену. Чаргафф выбрал химию и в 1928 году получил докторскую степень, работая с аналитическим химиком Фрицем Фейглем. Затем были исследования в Йельском университете, работа в Берлине и Институте Пастера в Париже. После прихода нацистов к власти он покинул Европу и в 1935 году начал долгую научную карьеру в Колумбийском университете в Нью-Йорке.

Поначалу ДНК не была главным предметом его исследований. Чаргафф занимался липидами, свёртыванием крови и другими биохимическими задачами. Перелом произошёл после публикации в 1944 году работы Освальда Эйвери, Колина Маклауда и Маклина Маккарти. Их эксперименты показали, что наследуемое преобразование бактерий связано с ДНК. Для многих исследователей того времени это ещё не было достаточным доказательством того, что именно ДНК несёт генетическую информацию. Чаргафф воспринял результат серьёзно и задал химический вопрос: если ДНК определяет наследственные различия, не должны ли молекулы ДНК разных организмов различаться по своему составу?

Это был важный поворот. Распространённые представления о ДНК долго поддерживали идею относительно однообразной молекулы с почти равными количествами четырёх оснований. Такая структура казалась слишком простой для хранения огромного объёма наследственной информации. Чаргафф и его сотрудники начали точно измерять состав ДНК, используя методы распределительной хроматографии и ультрафиолетовой спектрофотометрии. Для него, воспитанного как аналитический химик, особенно важны были количественная точность и контроль полноты измерений.

Результат оказался двойным. Во-первых, соотношение четырёх оснований не было одинаковым у разных видов: состав ДНК действительно обладал видовой специфичностью. Это разрушало представление о ДНК как о химически монотонной молекуле. Во-вторых, на фоне этих различий проявлялась удивительная закономерность: количество аденина было приблизительно равно количеству тимина, а количество гуанина — количеству цитозина. К 1949 году эти соотношения были отчётливо видны в результатах лаборатории Чаргаффа; в последующие годы они вошли в историю как правила Чаргаффа.

Именно здесь возникает один из самых интересных эпизодов истории науки. В данных уже присутствовало важнейшее ограничение для будущей структуры ДНК: A≈T и G≈C. Но из равенства количеств ещё не следовало автоматически, что аденин непосредственно образует пару с тимином, а гуанин — с цитозином, что две цепи комплементарны и что вся молекула имеет форму двойной спирали. Чаргафф установил закономерность, но не сформулировал её структурное объяснение. Позднейший исторический анализ специально обращал внимание на этот парадокс: исследователь получил данные, которые оказались ключом к комплементарности, однако сам не сделал этого шага.

В 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик предложили модель двойной спирали ДНК. Она возникла не из одного эксперимента: важную роль сыграли химические данные, рентгенодифракционные исследования Розалинд Франклин и Мориса Уилкинса, пространственное моделирование и соотношения оснований, открытые Чаргаффом. В модели Уотсона и Крика пары A–T и G–C получили структурный смысл. Равенства, которые Чаргафф видел в аналитических таблицах, стали естественным следствием комплементарного устройства двух цепей.

Поэтому история Чаргаффа интересна не как рассказ о человеке, который «почти открыл двойную спираль». Его собственный вклад был другим и самостоятельным: он показал, что ДНК химически достаточно разнообразна, чтобы быть носителем специфической биологической информации, и обнаружил количественные закономерности, которым должна была соответствовать любая правильная модель её структуры. Чаргафф продолжал работать в Колумбийском университете многие десятилетия, был избран в Национальную академию наук США и в 1974 году получил Национальную медаль науки. Его правила остались классическим примером того, как точные экспериментальные данные могут содержать ключ к теории задолго до появления самой теории.