Μια από τις ερωτήσεις που διατυπώνονται σε σχολικά εγχειρίδια και βοηθήματα είναι το ποιος/οι τελικά απέδειξε/αν ότι το DNA είναι το γενετικό υλικό: ο Oswald Avery και οι συνεργάτες του (MacLeod, McCarty) το 1944 ή το ζευγάρι των Hershey – Chase, το 1952; Και οι απαντήσεις που δίνουν τα εγχειρίδια και οι εκπαιδευτικοί διχάζονται: Σε άλλες υποδεικνύεται ο Avery και οι συνεργάτες του – λόγω χρονολογικού προβαδίσματος στην πιθανολόγηση της ουσίας που είναι το γενετικό υλικό – ενώ σε άλλες, οι Hershey – Chase – λόγω της επικύρωσης του DNA ως γενετικού υλικού, που παρείχε το πείραμά τους. Επειδή όμως τα πράγματα και στην περίπτωση αυτή είναι περισσότερο σύνθετα, απ’ όσο – ορθώς, γενικά – επιδιώκουν να «βολέψουν» τα βασικά εγχειρίδια και γενικότερα η διδασκαλία, σκέφτηκα να παραθέσω μερικές σκέψεις, απλώς με την ιδιότητα ενός πρώην εκπαιδευτικού ο οποίος αναρωτιέται, ποιο είναι αυτό που τάχα θα άλλαζε στη διδασκαλία του, αν μια μηχανή του χρόνου τον έφερνε πίσω στις αρχές της καριέρας του. Νομίζω λοιπόν ότι το ερώτημα: Ποιος/οι ανακάλυψε/αν ότι το DNA είναι το γενετικό υλικό; είναι ουσιαστικά το ερώτημα: Πώς πείστηκε η επιστημονική κοινότητα ότι το DNA είναι το γενετικό υλικό; Έτσι διατυπωμένο το ερώτημα, μου φαίνεται ότι οδηγεί σε μια απάντηση που εκτός του ότι φωτίζει την ιδιαίτερη σημασία των πειραμάτων που έκαναν οι δυο ομάδες επιστημόνων, διευρύνει τον κύκλο των ερευνητών στους οποίους οφείλουμε τη γνώση για τη φύση του γενετικού υλικού.
Το πείραμα των Avery, MacLeod, McCarty
Ας ξεκινήσουμε λοιπόν από το πείραμα των Avery, MacLeod, McCarty. Το πείραμα αυτό έγινε το 1944, σε μια δηλαδή εποχή στην οποία η πλειονότητα των επιστημόνων και των βιβλίων βιοχημείας υποδείκνυε – λόγω της πολυπλόκοτητας και της ποικιλομορφίας τους – τις πρωτεΐνες, ως γενετικό υλικό. Με το πείραμα ο Avery, προσπάθησε να απαντήσει στο ερώτημα: Ποιος είναι ο μετασχηματίζων παράγων, δηλαδή ποια είναι η ουσία που μπορεί να προκαλέσει τον μετασχηματισμό των πνευμονιοκόκκων από ήπιους σε παθογόνους, που είχε παρατηρήσει το 1928 ο άγγλος ιατρός Frederick Griffith στο ιστορικό πείραμά του. Τα υποψήφια μόρια ήσαν τρία: Οι (δημοφιλείς) πρωτεΐνες, το DNA, και το RNA. Μετά από δέκα περίπου χρόνια έρευνας στο Ινστιτούτο Rockefeller, ο Avery και η ομάδα του δημοσίευσαν τον Φεβρουάριο του 1944 στο περιοδικό Journal of Experimental Medicine, ένα άρθρο με τίτλο: Studies on the Chemical Nature of the Substance Inducing Transformation of Pneumococcal Types: Induction of Transformation by a Desoxyribonucleic Acid Fraction Isolated from Pneumococcus Type III.
Στο άρθρο περιγράφονταν, αναλυτικά όλες οι τεχνικές που είχαν χρησιμοποιηθεί από τους τρεις ερευνητές (φυσικοχημικές, αλλά και «ανοσολογικές») των οποίων τα αποτελέσματα οδηγούσαν στο συμπέρασμα, – αλλά «εντός των ορίων των μεθόδων που έχουν χρησιμοποιηθεί», όπως έγραφαν – ότι ο παράγοντας που προκαλεί μετασχηματισμό συνίσταται «κυρίως, αν όχι αποκλειστικά, από μια μορφή δεσοξυριβοζονουκλεϊκού οξέος». Υπήρχε άραγε λόγος για τον οποίο το άρθρο αν και συνέδεε – έστω και με σύνεση, αν όχι με δισταγμό – το DNA με τον μετασχηματισμό, δεν το κατονόμαζε ευθέως, ως γενετικό υλικό; Το βέβαιο ήταν ότι ο Avery (σε αντίθεση με τους Hershey -Chase) δεν είχε μια προσχηματισμένη ιδέα, μια προδιάθεση για την ουσία που αποτελεί γενετικό υλικό, ώστε να ενθουσιαστεί (ή να ωθηθεί) για ή (προς) την επιβεβαίωσή της από τα πειραματικά αποτελέσματα. Επίσης ως άνθρωπος ήταν «χαμηλών τόνων». Ο Μισέλ Μοράνζ, στην Ιστορία της Μοριακής Βιολογίας (εκδόσεις Καστανιώτη 1999) γράφει ότι αν και ήταν ένας σημαντικός ερευνητής, ποτέ δεν επεδίωξε να καταλάβει μια διευθυντική θέση, ενώ συμμετείχε ελάχιστα στα συνέδρια. Ότι ο Avery ήταν ένας συνετός άνθρωπος, επιβεβαιώνεται και από μια επιστολή προς τον αδελφό του Roy, το 1943 στην οποία – αναφερόμενος στην ανακάλυψή του, του έγραφε: Έχει πολύ πλάκα να κάνεις σαπουνόφουσκες. Φτάνει να προλαβαίνεις να τις σπας ο εσύ ο ίδιος, πριν το κάνει κάποιος άλλος.
Ό,τι και να συνέβη, γεγονός είναι ότι η εργασία δεν κατάφερε να κλονίσει την εδραιωμένη πεποίθηση του μεγαλύτερου μέρους της επιστημονικής κοινότητας ότι οι πρωτεΐνες ήταν τα καταλληλότερα μόρια για την υποψηφιότητα του ρόλου του γενετικού υλικού. Μια από τις εξηγήσεις που έχουν δοθεί ήταν ότι η περίπτωση Avery, αποτελούσε μια αναβίωση της περίπτωσης Mendel. Όμως αυτό, γενικά, δεν στέκει καθώς οι δυο περιπτώσεις είναι εντελώς διαφορετικές. Η εργασία του Avery δεν αγνοήθηκε, όπως η εργασία του Mendel. O Avery, εν αντιθέσει με τον Mendel δεν ήταν άσημος, δεν εργαζόταν κατά μόνας, αλλά στο διασημότερο επιστημονικό ινστιτούτο της εποχής, ενώ δεν δημοσίευσε την εργασία του σε ένα επαρχιακό περιοδικό, αλλά σε μια έγκυρη και μεγάλης κυκλοφορίας επιστημονική επιθεώρηση. Και πράγματι ενώ χρειάστηκε να περάσουν 35 περίπου χρόνια, μέχρι να έρθει η εργασία του Mendel στο προσκήνιο, η εργασία του Avery τράβηξε την προσοχή των συγχρόνων του και μάλιστα εκλαϊκεύτηκε στο περιοδικό Scientific American.
Το ότι τα πειράματα στο Rockfeller, ενώ δεν αγνοήθηκαν, δεν προκάλεσαν την εννοιολογική επανάσταση που θα περίμενε κανείς με την απόρριψη της πεποίθησης ότι οι πρωτεΐνες αποτελούν το γενετικό υλικό, είναι κάτι μπορεί να αποδοθεί σε διάφορους λόγους. Ένας από αυτούς ήταν η αμφιβολία, αν ο μετασχηματισμός που είχε επιτευχθεί στο εργαστήριο, συνέβαινε και σε φυσικές συνθήκες. Και την αμφιβολία αυτή ενίσχυε το γεγονός ότι οι τρεις ερευνητές στο άρθρο τους αναγνώριζαν ότι: «Ο μετασχηματισμός τύπων δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ να συμβαίνει αυθόρμητα και έχει προκληθεί πειραματικά μόνο μέσω των ειδικών τεχνικών που περιγράφηκαν νωρίτερα στην παρούσα εργασία».
Ένας άλλος – τον οποίο επικαλείτο ο συνάδελφος του Avery στο Ινστιτούτο Rockefeller, Alfred Misky – ήταν ότι τα εκχυλίσματα DNA που είχαν χρησιμοποιηθεί από την ομάδα περιείχαν ίχνη πρωτεϊνών, οι οποίες ακόμη και αν βρίσκονταν σε πολύ μικρό ποσοστό, της τάξης του 1 ή 2%, θα ήσαν ικανά να προκαλέσουν μετασχηματισμό, αντί του εικαζόμενου DNA.
Κι ένας ακόμη ήταν ότι ακόμη κι αν γινόταν δεκτό ότι το πείραμα αποδείκνυε τη σχέση ανάμεσα στο DNA και στον μετασχηματισμό, αυτό δεν σήμαινε αυτομάτως ότι το DNA ήταν το γενετικό υλικό: διότι η αδιάψευστη απόδειξη θα ήταν να συνδέεται το DNA με την κατακόρυφη μεταφορά γνωρισμάτων – από τη μια γενιά ατόμων στην επόμενη – και όχι την οριζόντια της οποίας παράδειγμα είναι ο μετασχηματισμός.
Όμως ο βασικότερος λόγος πρέπει να είναι το πνεύμα της εποχής και για την ακρίβεια ότι δεν είχε προλειανθεί ακόμη το έδαφος που θα έκανε αποδεκτό τον ρόλο του DNA, ως γενετικό υλικό. Και πράγματι εκείνη την εποχή, κατά την οποία η συζήτηση για τη χημική σύσταση και τη δομή των νουκλεοτιδίων ήταν ανοικτή, το κυρίαρχο μοντέλο για το DNA ήταν το μοντέλο του τετρανουκλεοτιδίου που είχε διατυπώσει ο Phoebus Levene. Σύμφωνα με αυτό το DNA συνίστατο από στερεότυπα επαναλαμβανόμενες ακολουθίες τετράδων νουκλεοτιδίων (ένα για κάθε αζωτούχο βάση), μια δηλαδή μονοτονία που το καθιστούσε εντελώς ακατάλληλο για την εξειδίκευσή του ως γενετικό υλικό. Αυτό όμως το πνεύμα, οκτώ χρόνια αργότερα – οπότε έγινε το πείραμα των Hershey – Chase είχε αρχίσει να μεταβάλλεται, παρόλο που ως και τα μέσα της δεκαετίας του 50 αρκετά βιβλία προπτυχιακής εκπαίδευσης εξακολουθούσαν να αναγορεύουν τις πρωτεΐνες ως τις ουσίες που αποτελούν το γενετικό υλικό.
Η εργασία του Erwin Chargaff
Όταν το άρθρο των Avery, MacLeod, McCarty υπέπεσε στην αντίληψη του Erwin Chargaff – ενός 39χρονου επίκουρου καθηγητή Βιοχημείας στο Columbia – του προκάλεσε τόσο μεγάλη εντύπωση, ώστε να εγκαταλείψει τη μελέτη των λιποπρωτεϊνών με την οποία ασχολείτο και να στραφεί στη μελέτη του DNA. Αρκετά χρόνια αργότερα (το 1971) εξηγούσε με τα ακόλουθα λόγια την αλλαγή της ερευνητικής του κατεύθυνσης: «Ο Avery μας έδωσε το πρώτο κει΄μενο μιας νέας γλώσσας, ή ακόμη καλύτερα, μας έδειξε πού να την αναζητήσουμε. Αποφάσισα λοιπον να στραφώ στην αναζήτηση αυτού του κειμένου».
Μετά από 5 χρόνια έρευνας που επικεντρώθηκε στον πειραματικό έλεγχο των μετρήσεων στις οποίες βασιζόταν το μοντέλο του Levene, ήταν πλέον σε θέση στα τέλη της δεκαετίας του 40 να διατυπώσει δυο σημαντικά συμπεράσματα: Πρώτον, ότι τα ποσοστά των τεσσάρων ειδών νουκλεοτιδίων του DNA, διαφέρουν από είδος σε είδος οργανισμού και ήταν χαρακτηριστικά γι’ αυτό. Και δεύτερον, ότι στο μόριο του DNA όλων των οργανισμών υπάρχει μια συμμετρία: Το ποσοστό των Αδενινών είναι ίδιο με το ποσοστό Θυμινών, και το ποσοστό των Γουανινών είναι ίδιο με το ποσοστό των Κυτοσινών.
Το πρώτο συμπέρασμα δεν διέψευδε απλώς την ορθότητα του μοντέλου του Levene, απέρριπτε και τη συνέπειά του. Το μόριο του DNA δεν είναι ένα μονότονο μόριο, αλλά αντιθέτως ένα μόριο με ποικιλομορφία που είναι αντίστοιχη της ποικιλομορφίας των γνωρισμάτων τα οποία μπορεί να καθορίσει. Συνεπώς απομάκρυνε από το δύσβατο έδαφος στο οποίο βάδιζαν οι επιστήμονες της εποχής, τον σημαντικότερο βράχο που τους εμπόδιζε να προσλάβουν το μόριο του DNA, ως το μόριο στο οποίο καταγράφεται η γενετική πληροφορία. Το δεύτερο συμπέρασμα – αν και δεν του αποδίδεται η σημασία που του αξίζει – ήταν καθοριστικό στην αποσαφήνιση της στερεοδιάταξης του DNA που πρότειναν οι Watson και Crick. Έτσι λοιπόν ερχόμαστε στο τελευταίο μέρος της ιστορίας, που είναι το πείραμα των Hershey -Chase.
Το πείραμα του blender
Το πείραμα που πήρε την ονομασία του, από την απλή οικιακή συσκευή της εταιρείας Waring, η οποία χρησιμοποιήθηκε στην εκτέλεσή του περιλαμβάνεται μεταξύ των κομψών πειραμάτων που έγιναν στη Μοριακή Βιολογία, αλλά και μεταξύ των πρώτων στα οποία έγινε χρήση ραδιοϊσοτόπων. Εμπνευστές του ήταν ο Alfred Hershey – ερευνητής τότε στο Cold Spring Harbor – και η εργαστηριακή βοηθός του, Martha Chase. Ο Hershey ΄ήταν από το 1943 μέλος της περίφημης ομάδας των φάγων, του άτυπου δηλαδή δικτύου ερευνητών – με κορυφαίους τους Max Delbrück και Salvador Luria – το οποίο επιλέγοντας ως πειραματικό υλικό τους ιούς που μολύνουν βακτήρια (βακτηριοφάγους ή απλώς φάγους) συνέβαλε στην καθιέρωση του κλάδου της Μοριακής Βιολογίας.
Το πείραμα, εν αντιθέσει με το πείραμα των Avery, MacLeod, McCarty δεν εξερευνούσε μια «terra incognita». Αποσκοπούσε στο να επιβεβαιώσει ένα ήδη γνωστό, και εν πολλοίς τεκμηριωμένο, συμπέρασμα, κάνοντας χρήση μιας σύγχρονης τεχνικής. Ότι έγινε ταχέως και ενθουσιωδώς δεκτό, σε σχέση με το πείραμα του Avery (χαρακτηριστικά, αν και το 1% των πρωτεϊνών του φάγου εισχωρούσε στο εσωτερικό του βακτηρίου, κανείς δεν επικαλέστηκε αυτό το επιχείρημα για να αμφισβητήσει ότι το DNA είναι το γενετικό υλικό), οφείλεται σε πολλούς λόγους. Από τους αμιγώς επιστημονικούς, από αυτούς δηλαδή που διαμόρφωσαν το πλαίσιο εντός του οποίου τα αποτελέσματα του πειράματος ανακοινώθηκαν το 1952, δύο είναι οι κύριοι.
- Το εμπόδιο του τετρανουκλεοτιδίου είχε κονιορτοποιηθεί από την εργασία του Chargaff,
- Ένα πλήθος βιοχημικών μελετών επιβεβαίωνε ότι οι πυρήνες των κυττάρων περιείχαν DNA και ότι η ποσότητά του είναι σταθερή.
Κοντά όμως σε αυτούς τους λόγους υπήρχαν και άλλοι που εξηγούν την ευρεία αποδοχή του πειράματος, όπως ότι:
- Το άτυπο, αλλά εντούτοις, ευρύ δίκτυο της ομάδας των φάγων στην οποία ανήκε ο Hershey διέδωσε γρήγορα και αποτελεσματικά το πείραμα που είχε κάνει με την Chase, και
- ότι η δημοσίευση της εργασίας συνέπεσε χρονολογικά με τη δημοσίευση της εργασίας των Watson και Crick, ώστε οι δυο εργασίες να προσληφθούν (ορθώς) ως συμπληρωματικές και έτσι να πολλαπλασιαστεί η επιρροή τους.
Οι γραμμές που προηγήθηκαν δεν αποσκοπούν στο να μειώσουν τη συμβολή των δυο ερευνητών. Η εργασία τους πράγματι αποτελεί ορόσημο στην ιστορία της Μοριακής Βιολογίας. Η αλήθεια όμως είναι ότι βάδισαν πάνω στον δρόμο που είχε ανοιχτεί από τον Avery και την ομάδα του και ότι ο δρόμος αυτός είχε εξομαλυνθεί από την εργασία του Chargaff και άλλων ερευνητών.
Επιμύθιο
Το άρθρο δεν γράφηκε με σκοπό να επισημάνει τη μεγαλύτερη σημασία που είχε το πείραμα του Avery και της ομάδας του, εν σχέσει με το πείραμα των Hershey – Chase, αν και τελικώς το κάνει. Γράφηκε με σκοπό να παρακινήσει τους δασκάλους, αλλά και όσους χαράσσουν τα προγράμματα σπουδών, να δίνουν λίγο μεγαλύτερο βάρος στην ιστορία των ιδεών. Είναι κατανοητό πως στις λίγες ώρες διδασκαλίας του στο σχολείο, κανένα μάθημα δεν μπορεί να μετατραπεί, από μάθημα μιας αναπλαισιωμένης για το σχολείο επιστήμης, σε μάθημα ιστορίας της επιστήμης. Όμως χωρίς τη «γενετική» των ιδεών οι μαθητές δεν θα δυσκολεύονται, μόνον, να κατανοήσουν τις ίδιες τις ιδέες· δεν θα παίρνουν και μια γεύση για τον τρόπο με τον οποίο δουλεύει η επιστήμη. Ίσως λοιπόν να χρειάζεται να ενθέτει στη διδασκαλία του ο δάσκαλος μερικά «στρατηγικώς» επιλεγμένα παραδείγματα από την ιστορία της Βιολογίας, προκειμένου οι μαθητές του να ανακαλύπτουν πώς γεννιέται μια ιδέα και πόση σημασία έχει το αδιέξοδο και το λα΄θος. Κυρίως όμως για να επανεξετάζουν τις σχεδόν τελεολογικές βεβαιότητες, που για πρακτικούς λόγους, καλλιεργούν τα σχολικά και πανεπιστημιακά εγχειρίδια.
Για τη σύνταξη του άρθρου, χρησιμοποιήθηκε το βιβλίο του Μισέλ Μοράνζ, αλλά και οι ακόλουθες πηγές:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982213015157
Σχετικά άρθρα