 :: главная страница :: |
Идеи Румера |
|
Первый октет включает восемь “сильных “ корней, каждый из которых при любом из окончаний Ц, Г, У, А кодирует одну и ту же аминокислоту. Второй октет включает восемь “слабых” корней, каждый из которых при окончаниях Ц, У кодирует одну аминокислоту, а при окончаниях Г, А – другую. Содержащаяся в словаре Ниренберга информация может быть в компактной форме представлена в виде таблицы корней. Идея о разбиении корней кодонов на два октета “сильных” и “слабых” корней была совершенно новой и неожиданной для специалистов, работавших в этой области. Оказалось, что анализ многих свойств аминокислот (полярности, полярной зависимости и т.д.) четко подтверждает разбиение всех аминокислот на две группы, соответствующие разбиению корней на два октета. Исследованию разнообразных следствий этой идеи были посвящены три последующих работы Румера [2-4]. В частности, подход Румера к проблеме с однозначностью приводил к следующему порядку “букв” [3]:
Этот канонический порядок букв (Ц, Г, У, А) в алфавите дает возможность сформулировать простые правила, определяющие силу корня:
Классики этой науки предпочитали другой порядок букв в генетическом алфавите. Ф.Крик (один из первооткрывателей двойной спирали ДНК) в письме Румеру доказывал преимущества порядка У, Ц, А, Г, но Юрий Борисович стоял на своем. Алфавит Румера позволял, в частности, видеть поразительные симметрии внутри генетического кода. В одной из последних работ Юрия Борисовича [5] по генетическому коду была введена количественная характеристика силы нуклеотидов, что позволило придать сформулированному выше правилу количественную форму. В середине семидесятых годов Румер был полон идей и энтузиазма по поводу генетического кода. В работе [6] была предпринята попытка понять корреляции между вырожденностью кода и молекулярной структурой аминокислот. А в последней работе [7] была предложена интерпретация осцилляционной гипотезы Крика об узнавании кодон – антикодон, в которой, по существу, вводилась концепция вероятностного характера узнавания кодонов. Юрий Борисович инициировал исследования по поиску корреляций между одномерной и трехмерной структурами белков. Их не удалось довести до конца по причине существенной неполноты экспериментальных данных, отсутствия хороших компьютеров, а в основном, по-видимому, из-за недостатка энтузиазма и знаний у молодых участников проекта. Весь подход Румера к проблемам генетического кода был настолько симметрийно-лингвистический, что, хотя и вызывал большой интерес у исследователей генетического кода того времени, всё же казался им чересчур формальным. Они не пережили еще период, аналогичный буму унитарных симметрий в физике элементарных частиц в шестидесятых годах. Для Юрия Борисовича, главные интересы которого в шестидесятые годы были связаны с унитарными симметриями (типа группы SU(3) с ее октетами, декуплетами и т. д.) [8], такой подход был естественным. Симметрия правит бал в физике. А почему бы не в молекулярной биологии? Чутьё у Румера было поразительным. То, что увлекало его в молекулярной биологии 30 лет назад, сейчас является передним краем исследований. В последние годы наблюдается явный рост числа публикаций, в которых проблемы генетического кода анализируются с привлечением симметрий и методов теории групп. Предлагаются разные подходы, основанные на разных типах групп, включая квантовые группы (например, в работах [9-15]). В основном этим занимаются физики, не слышавшие о работах Юрия Борисовича. Когда они таки знакомятся с работами Румера, то поражаются их изяществу, глубине и тому, что идеи симметрии уже более тридцати лет назад играли центральную роль при подходе к проблемам генетического кода. Некоторые пытаются понять место результатов Румера в своих новейших теориях (например, [15]). Другая группа интереснейших “нефизических” работ Румера относится к совершенно другой области – к химии. Всем нам хорошо известна периодическая таблица химических элементов, созданная Менделеевым еще до рождения Юрия Борисовича. Со школьных уроков химии мы помним, что в ней имеют место периодичность и множество разнообразных замечательных свойств. Но, с другой стороны, в стандартной таблице Менделеева есть и явные недоработки. Например, имеет место ничем не прикрытая дискриминация по отношению к большим группам редкоземельных элементов (лантанидов) и актинидов (включающих уран). Им досталось всего по одной клетке и их приходится выносить за пределы таблицы. Квантовая теория, конечно же, объясняет свойства химических элементов, хотя получение точных количественных результатов для элементов с большим атомным номером до сих пор затруднительно. В конце шестидесятых годов Румер задается вопросом: не управляет ли закономерностями химических элементов какая-либо группа, подобно тому, как группа SU(3) управляет закономерностями адронов [8]? При таком подходе надо отказаться от того, чтобы рассматривать атомы как структурные объекты, состоящие из более элементарных частиц (ядер и электронов). Ответ оказался удивительно простым: достаточно взять специальные мультиплеты (неприводимые представления) группы SO(4) – группы ортогональных преобразований в четырехмерном евклидовом пространстве, расположить их один за другим и заполнить химическими элементами [16]. Порядок собирания мультиплетов группы SO(4), а точнее – группы Spin4, в таблицу и способ ее заполнения просты и наглядны. В результате возникает таблица, в которой есть место для всех известных и еще не открытых химических элементов; редкие земли (лантаниды) и актиниды свободно, без притеснения, заполняют два мультиплета, элементы, расположенные по одной горизонтали, являются химическими аналогами и так далее [16]. В целом, таблица химических элементов, предложенная Румером, дает оригинальное симметрийное обоснование хорошо известных свойств химических элементов [16-20]. И управляет всем этим простая группа SO(4). Симметрия всегда была для Румера не только главным инструментом, позволяющим проникать в самое сердце проблемы, но, собственно, и центром всего. :: Работы Ю.Б. Румера по генетическому коду :: 1. Ю.Б.Румер. О систематизации кодонов в генетическом коде/ Доклады Академии Наук СССР, том 167, №6, 1939-1394 (1966); G.Rumer. Some remarks on the regularities in the genetic code \\ reprint \ Institute of Mathematics, Novosibirsk, 1965. :: Унитарные симметрии элементарных частиц :: 8. Ю.Б.Румер, А.И.Фет. Теория унитарной симметрии, Москва, “Наука”, 1970. :: Недавние работы по групповому подходу к генетическому коду :: 12. Y.E.Hornos, Y.Hornos. Algebraic model for the evolution of the genetic code. Phys. Rev. Lett. , 71, 4401-4404, 1993. :: Работы Ю.Б.Румера по таблице химических элементов :: 19. Ю.Б.Румер, А.И.Фет. Группа Spin(4) и таблица Менделеева \\ Теор. и мат. физика, том 9, 203-210, 1971. |
|
Поскольку основных аминокислот всего 20, а возможных кодонов гораздо больше – 64, то проблема вырожденности генетического кода (неоднозначности соответствия “аминокислота – кодон”) является, очевидно, фундаментальной. Подход к этой проблеме, предложенный Юрием Борисовичем Румером, с блеском сочетает “физические” идеи с фамильными румеровскими способностями и любовью к лингвистике.