Kod życia. Jennifer Doudna, edycja genów i przyszłość ludzkości - ebook

WPROWADZENIE

Naukowcy wkraczają do akcji

Jennifer Doudna nie mogła zasnąć. Władze Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley – uczelni, na której Doudna cieszy się statusem prawdziwej gwiazdy dzięki roli, jaką odegrała w opracowaniu metody edycji genów, czyli tak zwanej metody CRISPR – podjęły decyzję o zamknięciu kampusu z powodu szybko rozprzestrzeniającej się pandemii koronawirusa. Poprzedniego dnia jej syn Andy, uczeń ostatniej klasy liceum, pojechał do Fresno, żeby wziąć udział w zawodach konstruktorów robotów. Doudna, wbrew temu, co podpowiadał jej rozsądek, zgodziła się na wyjazd i podwiozła syna na dworzec. Teraz, o drugiej w nocy, obudziła męża i przekonała go, że powinni natychmiast pojechać do Fresno, żeby zabrać Andy’ego do domu jeszcze przed rozpoczęciem zawodów, w trakcie których tysiąc dwustu młodych uczestników miało zebrać się w pomieszczeniach centrum konferencyjnego. Doudna i jej mąż ubrali się, wsiedli do samochodu, znaleźli czynną o tak późnej porze stację benzynową, po czym wyruszyli w trzygodzinną podróż. Ich jedyny syn nie ucieszył się na widok rodziców, ale ostatecznie zgodził się spakować rzeczy i wrócić do domu. Kiedy wyjeżdżali z parkingu, Andy odebrał wiadomość od kolegów z drużyny: „Zawody odwołane! Wszyscy uczestnicy mają niezwłocznie przygotować się do wyjazdu!”.

To była chwila, jak wspomina Doudna, w której zdała sobie sprawę, że jej świat i świat nauki zmieniły się. Amerykański rząd zwlekał z reakcją na zagrożenie w postaci COVID-19, dlatego inicjatywę musieli przejąć profesorowie i doktoranci, uzbrojeni w probówki oraz pipety. Nazajutrz, w piątek 13 marca 2020 roku, Doudna poprowadziła zebranie, w którym wzięli udział jej koledzy i koleżanki z Berkeley, a także inni uczeni z San Francisco Bay Area*. Celem spotkania było przedyskutowanie roli, jaką mieli do odegrania w sytuacji rozprzestrzeniającej się pandemii.

Kilkanaścioro naukowców przeszło opustoszałym kampusem uniwersyteckim w Berkeley do eleganckiego budynku o kamienno-szklanej elewacji, w którym mieści się laboratorium Jennifer Doudny. Pierwszą rzeczą, jaką zrobili po dotarciu na miejsce, było przestawienie krzeseł w sali konferencyjnej na parterze tak, by między siedzącymi zapewnić odległość około dwóch metrów. Następnie uruchomili system wideokonferencyjny, żeby pięćdziesięcioro innych badaczy z pobliskich uczelni mogło dołączyć do zebrania za pośrednictwem aplikacji Zoom. Kiedy przygotowania dobiegły końca, Doudna zwróciła się do swoich koleżanek i kolegów z żarliwością kontrastującą z jej na co dzień spokojnym usposobieniem. „Musimy zrobić coś, czego naukowcy zwykle nie robią”, oświadczyła. „Musimy stanąć na pierwszej linii”.

—

Jennifer Doudna, pionierka CRISPR, wydawała się właściwą osobą, by pokierować zespołem do walki z niebezpiecznym wirusem. Opracowana przez nią i jej współpracowników w 2012 roku metoda edycji genów opiera się na mechanizmie obronnym bakterii, które walczą z wirusami od ponad miliarda lat. Bakterie wykształciły w swoim DNA zgrupowane, powtarzające się sekwencje, określane mianem CRISPR, dzięki którym ich komórki są w stanie przechowywać fragmenty obcego, wirusowego DNA. Tym samym zdolne są do zapamiętywania przebytych infekcji wirusowych, a następnie, wykorzystując tę pamięć, do niszczenia atakujących je wirusów. Innymi słowy, bakterie dysponują systemem odpornościowym pozwalającym przystosowywać się do zwalczania nowych fal wirusów – taka zdolność niewątpliwie przydałaby się także nam, żyjącym w czasach, gdy ludzkość, zupełnie jak w średniowieczu, nękają coraz to nowe epidemie wirusowe.

Doudna (której nazwisko wymawia się „dałdna”), jak zawsze znakomicie przygotowana i metodyczna w działaniu, wyświetliła serię slajdów z propozycjami sposobów walki z koronawirusem. Sprawnie kierowała spotkaniem, a zarazem uważnie słuchała tego, co mieli do powiedzenia pozostali uczestnicy. Pomimo sławy i statusu naukowej gwiazdy potrafi sprawić, że inni nie czują się w jej obecności onieśmieleni i nie mają oporów przed dzieleniem się z nią uwagami i opiniami. Opanowała sztukę trzymania się napiętego planu, jednocześnie znajdując czas na pielęgnowanie emocjonalnych więzi.

Zadanie pierwszego powołanego przez Doudnę zespołu polegało na stworzeniu laboratorium, w którym można by wykonywać testy na obecność koronawirusa. Doudna zaproponowała, by na jego czele stanęła dr Jennifer Hamilton, obecnie na stażu podoktorskim, która kilka miesięcy wcześniej poświęciła dzień na nauczenie mnie edytowania ludzkich genów przy użyciu CRISPR. Z satysfakcją, ale też z pewnym niepokojem stwierdziłem wtedy, że to w gruncie rzeczy bardzo proste. Nawet ja umiałem to zrobić!

Zadaniem kolejnego zespołu miało być opracowanie nowych rodzajów testów wykrywających koronawirusa, opartych na systemie CRISPR. W tym przypadku sprawę ułatwiał fakt, że Doudna już przedtem chętnie angażowała się w przedsięwzięcia o charakterze komercyjnym. Trzy lata wcześniej wraz z dwójką swoich doktorantów założyła firmę wykorzystującą CRISPR jako narzędzie do wykrywania chorób wirusowych.

Angażując się w poszukiwanie nowych metod wykrywania koronawirusa, Doudna otwierała kolejny front zaciętego, a zarazem owocnego współzawodnictwa ze swoim naukowym rywalem z drugiego końca kraju.

Feng Zhang, sympatyczny młody naukowiec urodzony w Chinach i wychowany w Iowa, pracuje w Instytucie Broada, placówce badawczej afiliowanej przy MIT i Uniwersytecie Harvarda. W 2012 roku Zhang i Doudna uczestniczyli w wyścigu o przekształcenie CRISPR w narzędzie do edycji genów; od tamtej pory stale rywalizowali o odkrycia naukowe i o pierwszeństwo w komercjalizacji technologii CRISPR. Wybuch pandemii zmobilizował ich do udziału w kolejnym wyścigu – tym razem jednak nie była to pogoń za patentami, lecz dążenie do jak najszybszego osiągnięcia celu dla dobra ludzkości.

Doudna przedstawiła w sumie plany dziesięciu projektów. Zaproponowała kandydatów na liderów każdego z nich i poprosiła pozostałych uczestników spotkania, żeby dołączyli do wybranych przez siebie zespołów. Wszyscy badacze mieli też dobrać się w pary tak, by każdą tworzyły osoby o takim samym zakresie zadań i obowiązków: chodziło o to, by w razie zakażenia wirusem jednej z nich druga mogła kontynuować pracę – system wsparcia rodem z pola walki. Było to ich ostatnie spotkanie w tak licznym gronie. Od tej pory współpraca między zespołami miała odbywać się wyłącznie za pośrednictwem aplikacji Zoom i Slack.

„Chciałabym, żebyśmy wszyscy jak najszybciej zabrali się do pracy”, powiedziała Doudna. „Nie ma czasu do stracenia”.

„Bez obaw”, uspokoił ją jeden z uczestników zebrania. „Nikt nie planuje żadnych podróży”.

Podczas spotkania nie dyskutowano o bardziej odległej perspektywie: możliwości wykorzystania CRISPR do wprowadzenia dziedzicznych modyfikacji w ludzkim genomie, dzięki którym nasze dzieci, a także wszyscy dalsi potomkowie byliby mniej podatni na infekcje wirusowe. Takie genetyczne ulepszenia mogłyby trwale zmienić nasz gatunek.

„Tego rodzaju pomysły należą do sfery science fiction”, stwierdziła z pewnym lekceważeniem Doudna, gdy zagadnąłem ją o to po zakończeniu spotkania w Berkeley. Faktycznie, przyznałem, koncepcja wprowadzania do ludzkiego genomu dziedzicznych zmian wydawała się żywcem wyjęta z powieści _Nowy wspaniały świat_ albo z filmu _Gattaca – szok przyszłości_. A jednak, tak jak w przypadku każdej dobrej fantastyki naukowej, niektóre jej aspekty stały się już rzeczywistością. W listopadzie 2018 roku pewien młody chiński naukowiec, który brał wcześniej udział w kilku współorganizowanych przez Doudnę konferencjach poświęconych edycji genów, wykorzystał technologię CRISPR do zmodyfikowania ludzkich zarodków i usunięcia z nich genu kodującego receptor umożliwiający infekowanie ludzkich komórek przez wywołującego AIDS wirusa HIV. W rezultacie na świat przyszły bliźniaczki – pierwsze w historii „zaprojektowane dzieci”.

Wieść o przeprowadzonym w Chinach eksperymencie odbiła się szerokim echem; początkowy podziw dla osiągnięcia chińskiego naukowca szybko przerodził się w szok. Zaczęło się załamywanie rąk i zwoływanie komisji. Po ponad trzech miliardach lat ewolucji życia na Ziemi jeden z zamieszkujących ją gatunków (czyli my) rozwinął swój talent i zdobył się na odwagę, by przejąć kontrolę nad własną genetyczną przyszłością. Powszechne było poczucie, że oto przekroczyliśmy próg zupełnie nowej epoki, a być może zupełnie nowego świata; pojawiały się porównania do zjedzenia przez Adama i Ewę zakazanego owocu albo do wykradzenia bogom ognia przez Prometeusza.

Ta nowo nabyta umiejętność wprowadzania zmian w ludzkich genach rodzi fascynujące pytania. Czy powinniśmy zmodyfikować nasz gatunek tak, aby stał się mniej podatny na ataki śmiertelnych wirusów? Cóż to byłoby za dobrodziejstwo! Prawda? A czy powinniśmy wykorzystać edycję genów do wyeliminowania strasznych chorób, takich jak anemia sierpowata, choroba Huntingtona czy mukowiscydoza? To też brzmi dobrze. A co z głuchotą lub ślepotą? Albo z niskim wzrostem? Albo z depresją? Hmmm… Co o tym sądzić? Czy za kilkadziesiąt lat, jeśli będzie to możliwe i bezpieczne, powinniśmy pozwolić rodzicom na zwiększanie ilorazu inteligencji lub muskulatury swojego dziecka? Decydować o kolorze jego oczu? O kolorze skóry? O wzroście?

Hola, hola! Zatrzymajmy się, zanim zaczniemy zsuwać się po tej równi pochyłej w niekontrolowany sposób. Zastanówmy się, jakie mogłoby to mieć konsekwencje dla różnorodności naszych społeczeństw. Jeśli wyposażenie genetyczne przestanie stanowić wynik naturalnej loterii, czy nie osłabi to naszej empatii i akceptacji dla innych? Jeśli oferta genetycznego supermarketu nie będzie darmowa (a możemy być pewni, że nie będzie), czy nie doprowadzi to do znacznego wzrostu społecznych nierówności – a może nawet zakoduje je na stałe w naszym DNA? Czy biorąc pod uwagę te wszystkie wątpliwości, decyzje dotyczące edytowania genów należy pozostawić w gestii jednostek, czy może społeczeństwo jako całość powinno mieć w tej sprawie coś do powiedzenia? Być może należałoby wypracować jakieś zasady.

Mówiąc „my”, mam na myśli nas wszystkich. Każdego z was i mnie samego. Ustalenie, czy i kiedy powinniśmy modyfikować swoje geny, będzie jedną z najważniejszych kwestii dwudziestego pierwszego wieku, dlatego uznałem, że warto postarać się zrozumieć, na czym to właściwie polega. Podobnie kolejne fale epidemii wirusów sprawiają, że ważne staje się zrozumienie nauk przyrodniczych. Z odkrywania i pojmowania, jak coś działa, możemy czerpać radość, zwłaszcza gdy owym czymś jesteśmy my sami. Doudna delektowała się tą radością i my też możemy to robić. O tym właśnie jest ta książka.

Wynalezienie CRISPR i pandemia COVID-19 przyspieszą trzecią wielką rewolucję naszych czasów. Rewolucje te stanowią następstwo zapoczątkowanego nieco ponad sto lat temu procesu odkrywania trzech podstawowych elementów naszej egzystencji: atomu, bitu i genu.

Pierwsza połowa XX wieku, począwszy od opublikowanych w 1905 roku prac Alberta Einsteina na temat teorii względności i teorii kwantowej, była okresem rewolucji napędzanej przez fizykę. W ciągu pięciu dekad, które nastąpiły po cudownym roku 1905, teorie Einsteina doprowadziły do odkrycia energii jądrowej i powstania bomb atomowych, a także tranzystorów, statków kosmicznych, laserów i radarów.

Druga połowa XX wieku była erą technologii informacyjnej, opartej na założeniu, że wszystkie informacje można zakodować za pomocą cyfr binarnych (zwanych bitami), a wszystkie operacje logiczne da się przeprowadzać za pomocą złożonych układów z odpowiednim zestawem przełączników. Doprowadziło to do powstania w latach pięćdziesiątych XX wieku mikroprocesora, komputera i internetu. Połączenie tych trzech wynalazków dało początek rewolucji cyfrowej.

Obecnie wkroczyliśmy w trzecią, jeszcze bardziej doniosłą erę – rewolucję biologiczną. Do dzieci studiujących kod cyfrowy dołączą te, które będą studiować kod genetyczny.

W latach dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku, gdy Doudna była jeszcze doktorantką, główną ambicję biologów stanowiło opracowanie mapy ludzkich genów kodowanych przez DNA. Doudnę bardziej od DNA interesowała jednak jego siostrzana, mniej znana cząsteczka – RNA. To właśnie RNA wykonuje faktyczną pracę w komórce, kopiując instrukcje genetyczne zakodowane w DNA, a następnie wykorzystując je do syntezy białek. Dążenie do poznania i zrozumienia roli RNA doprowadziło Doudnę do najbardziej fundamentalnego ze wszystkich pytań: jak powstało życie? Wyniki prowadzonych przez nią badań nad zdolnością pewnych cząsteczek RNA do samoreplikacji wzmocniły hipotezę, według której z pierwotnej zupy, czyli chaotycznej mieszaniny podstawowych związków chemicznych istniejącej na naszej planecie cztery miliardy lat temu, wyłoniły się cząsteczki RNA i zaczęły się kopiować, zanim jeszcze doszło do powstania pierwszych łańcuchów DNA.

Po objęciu stanowiska kierowniczki laboratorium biochemicznego na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley Doudna kontynuowała badania nad cząsteczkami stanowiącymi podstawę wszelkich form życia, skupiając się przede wszystkim na poznawaniu ich struktury. Przy rozwiązywaniu zagadek biologicznych najbardziej podstawowych wskazówek dostarcza odkrycie sposobu, w jaki rozmaite fałdy, skręcenia i zgięcia w strukturze danej cząsteczki wpływają na jej interakcje z innymi cząsteczkami. Dlatego Doudna postawiła sobie za cel określenie dokładnej struktury i trójwymiarowego kształtu cząsteczek RNA. Było to zadanie podobne do tego, którego w przeszłości podjęła się Rosalind Franklin – jej badania nad strukturą przestrzenną DNA przyczyniły się do odkrycia przez Jamesa Watsona i Francisa Cricka podwójnej helisy DNA w 1953 roku. A skoro już o Jamesie Watsonie mowa – ta skomplikowana postać jeszcze wielokrotnie pojawi się na kartach niniejszej książki, tak jak pojawiała się w życiu i karierze naukowej naszej bohaterki.

Odkrycia Doudny i jej ekspercka wiedza na temat RNA skłoniły pewną biolożkę z Berkeley do nawiązania kontaktu i zaproponowania współpracy przy badaniach nad CRISPR – systemem odpornościowym wykształconym przez bakterie do walki z wirusami. Podobnie jak w przypadku wielu odkryć z zakresu nauk podstawowych, okazało się, że ma on różne zastosowania praktyczne. Niektóre z nich były dość prozaiczne, na przykład ochrona przed infekcjami wirusowymi kultur bakterii wykorzystywanych do produkcji jogurtów. W 2012 roku Doudna i inni badacze odkryli jednak o wiele bardziej zdumiewające zastosowanie systemu CRISPR: wykazali, że może on zostać przekształcony w narzędzie do edycji genów.

CRISPR obecnie używa się w leczeniu anemii sierpowatej, nowotworów i ślepoty. W 2020 roku Doudna i działające pod jej kierunkiem zespoły badawcze zaczęły szukać sposobu na wykorzystanie tej metody do wykrywania i niszczenia koronawirusów. „System CRISPR wyewoluował u bakterii, ponieważ toczyły one odwieczną wojnę z wirusami”, wyjaśnia Doudna. „My, ludzie, nie mamy czasu czekać, aż nasze komórki wykształcą naturalną odporność na koronawirusa, dlatego musimy im w tym pomóc, wykorzystując naszą pomysłowość. Znamienny jest fakt, że jedno z narzędzi, jakimi się posługujemy, stanowi bakteryjny system odpornościowy CRISPR. To przykład tego, jak piękna potrafi być natura”. Ach, tak. Zapamiętajcie to zdanie: „Natura jest piękna”. To jeden z przewodnich motywów tej książki.

Oprócz Doudny w dziedzinie edycji genów można wskazać także inne gwiazdy. Większość z nich zasługuje na własną biografię, a może nawet na film (coś w rodzaju połączenia _Pięknego umysłu_ z _Parkiem Jurajskim_). Poświęciłem im w tej książce sporo miejsca, ponieważ chciałem pokazać, że nauka jest grą zespołową. Ale chciałem również uwidocznić, jak duży wpływ może wywrzeć na nią wytrwała, dociekliwa, uparta i nastawiona na rywalizację jednostka. Jennifer Doudna, której uśmiech maskuje (choć nie zawsze skutecznie) jej ostrożną rezerwę, okazała się świetną główną bohaterką. Jak każdy naukowiec, wykazuje instynktowną gotowość do współpracy, a zarazem w jej charakterze zakorzeniona jest skłonność do rywalizacji – cecha większości wielkich innowatorów. Potrafi starannie kontrolować emocje i z wdziękiem radzi sobie ze statusem naukowej gwiazdy.

W jej życiorysie badaczki, laureatki Nagrody Nobla i intelektualistki zabierającej głos w sprawach publicznych historia badań nad CRISPR splata się z bardziej ogólnymi wątkami, takimi jak rola kobiet w nauce. Dorobek Doudny, podobnie jak dorobek Leonarda da Vinci, stanowi przykład tego, że kluczem do innowacji jest umiejętne połączenie ciekawości, skłaniającej do prowadzenia badań podstawowych, z tworzeniem narzędzi, które można wykorzystać w praktyce – w przypadku Doudny pozwoliło to przełożyć odkrycia dokonane przy stole laboratoryjnym na terapie znajdujące zastosowanie przy łóżku pacjenta.

Opowiadając jej historię, mam też nadzieję przybliżyć czytelnikom sposób, w jaki działa nauka. Co tak naprawdę dzieje się w laboratorium? W jakim stopniu odkrycia zależą od indywidualnego geniuszu, a w jakim od pracy zespołowej? Czy rywalizacja o nagrody i patenty wpłynęła negatywnie na współpracę między naukowcami?

Przede wszystkim jednak pragnę podkreślić znaczenie nauk podstawowych, czyli poszukiwań prowadzonych pod wpływem ciekawości, a nie z pobudek praktycznych. Badania nad cudownymi fenomenami natury, motywowane czystą ciekawością, zasiewają ziarno, z którego kiełkują przyszłe innowacje i nowe technologie**. Tak jak badania podstawowe z zakresu fizyki powierzchni półprzewodników przyczyniły się do wynalezienia tranzystora i mikroprocesora, tak badania nad niesamowitym mechanizmem wykorzystywanym przez bakterie do obrony przed wirusami doprowadziły ostatecznie do stworzenia narzędzi do edycji genów oraz do opracowania technik, które ludzkość może stosować we własnych zmaganiach z wirusami.

Będzie to opowieść pełna wielkich pytań, zarówno tych dotyczących początków życia na Ziemi, jak i przyszłości naszego gatunku. A wszystko zaczęło się w dniu, gdy mieszkająca na Hawajach szóstoklasistka, uwielbiająca spędzać wolne chwile na myszkowaniu między wulkanicznymi skałami w poszukiwaniu śpiącej trawy i innych cudów natury, wróciła ze szkoły do domu i znalazła na swoim łóżku detektywistyczną książkę o ludziach, którzy odkryli coś, co sami nazwali – z niewielką tylko dozą przesady – „sekretem życia”.

* Rejon w zachodniej części Kalifornii, okalający zatoki San Francisco i San Pablo (przypisy dolne, jeśli nie zaznaczono inaczej, pochodzą od tłumacza).

** Pełniejsze omówienie naukowego procesu iteracyjnego, który może zajść między naukami podstawowymi a innowacjami technologicznymi, znajduje się w rozdziale 12 dotyczącym między innymi producentów jogurtu (przyp. autora).ROZDZIAŁ 1

Hilo

Jennifer w Hilo

Don Hemmes

Ellen, Jennifer, Sarah, Martin i Dorothy Doudna

Haole

Gdyby Jennifer Doudna spędziła dzieciństwo w jakimkolwiek innym zakątku Ameryki, mogłaby dorastać w poczuciu, że jest zupełnie zwyczajnym dzieckiem. Ale w Hilo, mieście położonym w najeżonej wulkanami części Big Island, czyli największej z wysp Archipelagu Hawajskiego, blond włosy, niebieskie oczy i tyczkowata sylwetka Jennifer sprawiały, że czuła się ona – jak sama później przyznała – „kompletnym dziwolągiem”. Rówieśnicy, a zwłaszcza chłopcy, dokuczali jej, ponieważ w odróżnieniu od nich miała przedramiona pokryte meszkiem drobnych włosków. Jennifer musiała też przywyknąć do tego, że inne dzieci nazywały ją „haole” – tym słowem rdzenni mieszkańcy Hawajów określają osoby pochodzące spoza archipelagu; co prawda określenie to nie jest tak obraźliwe, jak mogłoby się wydawać, ale ma raczej pejoratywny wydźwięk. Te przykre doświadczenia pozostawiły po sobie trwały ślad – Jennifer wyrosła na pogodną i ujmującą osobę, pod jej przyjaznym usposobieniem kryje się jednak pewna doza nieufności.

Ważną część rodzinnej tradycji, kultywowanej przez Jennifer oraz jej krewnych, stanowi historia jej prababci. Przodkini Jennifer wychowała się w wielodzietnej rodzinie z pięciorgiem rodzeństwa: trzema braćmi i dwiema siostrami. Ponieważ rodzice nie mogli sobie pozwolić na pokrycie kosztów edukacji całej szóstki, postanowili zapewnić solidne wykształcenie przynajmniej swoim trzem córkom. Jedna z nich została później nauczycielką w Montanie i prowadziła dziennik, który w rodzinie Jennifer przekazywany był z pokolenia na pokolenie. Strony dziennika pełne są opowieści o niezłomnej walce z przeciwnościami, o pogruchotanych kościach, o pracy w rodzinnym sklepie – krótko mówiąc, jest to zbiór wspomnień typowych dla ówczesnych mieszkańców amerykańskiego pogranicza. „To była szorstka w obyciu, nieustępliwa kobieta, która miała w sobie ducha amerykańskich osadników”, stwierdziła Sarah, siostra Jennifer Doudny, sprawująca obecnie pieczę nad dziennikiem.

Jennifer, tak jak jej prababcia, ma dwie siostry, nie ma natomiast braci. Jako pierworodne dziecko była szczególnie hołubiona przez ojca, Martina Doudnę, który mówiąc o swoich córkach, używał czasem określenia „Jennifer i dziewczynki”. Jennifer urodziła się 19 lutego 1964 roku w Waszyngtonie, gdzie jej ojciec pracował dla Departamentu Obrony jako autor przemówień. Martin Doudna marzył jednak o karierze wykładowcy literatury amerykańskiej, dlatego wraz ze swoją żoną Dorothy, nauczycielką w szkole policealnej, przeprowadził się do Ann Arbor i rozpoczął studia doktoranckie na Uniwersytecie Michigan.

Po uzyskaniu doktoratu wysłał podania o pracę do pięćdziesięciu różnych uczelni. Otrzymał tylko jedną pozytywną odpowiedź – z Uniwersytetu Hawajskiego z siedzibą w Hilo. Aby pokryć koszty kolejnej przeprowadzki, pożyczył 900 dolarów z funduszu emerytalnego żony i w sierpniu 1971 roku zamieszkał z rodziną w Hilo. Jennifer miała wtedy siedem lat.

—

Dla wielu twórczych jednostek – w tym dla Leonarda da Vinci, Alberta Einsteina, Henry’ego Kissingera i Steve’a Jobsa, czyli dla większości bohaterów napisanych przeze mnie biografii – okres dorastania naznaczony był poczuciem wyobcowania. Nie inaczej było w przypadku Jennifer Doudny, jasnowłosej dziewczynki, która czuła się obco pośród swoich polinezyjskich rówieśników. „W szkole byłam bardzo, bardzo samotna i wyalienowana”, wspomina. W trzeciej klasie ostracyzm ze strony szkolnych kolegów i koleżanek doskwierał jej do tego stopnia, że zaczęła cierpieć na zaburzenia pokarmowe. „Miałam różne problemy z trawieniem, które, jak sobie później uświadomiłam, były skutkiem stresu. Dzieci w szkole dokuczały mi każdego dnia”. Ucieczki szukała w książkach; otoczyła się też wewnętrzną barierą, która miała chronić ją przed gnębicielami. „Jest taka część mnie, do której inni nigdy nie będą mieć dostępu”, powiedziała sobie.

Podobnie jak wielu innych outsiderów, Doudna miała potrzebę szukania odpowiedzi na pytanie o pozycję człowieka we wszechświecie. „Formującym doświadczeniem były dla mnie próby zrozumienia, kim jestem w świecie i jak mogę znaleźć w nim swoje miejsce”, wspominała później.

Na szczęście to poczucie alienacji nie zakorzeniło się w niej nazbyt głęboko. Jej szkolne życie stało się w końcu bardziej znośne, a ona sama nauczyła się pielęgnować w sobie przyjazne nastawienie wobec innych; emocjonalne rany doznane we wczesnym dzieciństwie z czasem się zabliźniły. W późniejszych latach blizny te zaczynały niekiedy na nowo pulsować bólem – na przykład wtedy, gdy partner w interesach ukrył przed nią pewne fakty czy starał się wprowadzić ją w błąd albo gdy usiłowano nie dopuścić do rejestracji jej wniosku patentowego – ale takie sytuacje należały do rzadkości.

Rozkwit

Początkiem zmian na lepsze była dla Jennifer przeprowadzka ze śródmieścia Hilo do nowo wybudowanego osiedla bliźniaczo podobnych domów, położonego na zalesionym zboczu wulkanu Mauna Loa. Jennifer rozpoczynała wtedy drugi semestr nauki w trzeciej klasie szkoły podstawowej. Przeprowadzka wiązała się ze zmianą szkoły na mniejszą. W poprzedniej szkole klasa Jennifer liczyła sześćdziesięcioro uczniów, teraz trafiła do klasy dwudziestoosobowej. W jej planie lekcji pojawił się nowy przedmiot, historia Stanów Zjednoczonych, dzięki któremu Jennifer poczuła się mniej wyobcowana. „To był punkt zwrotny”, wspominała. Radziła sobie tak dobrze, że wkrótce po rozpoczęciu kolejnego roku szkolnego jej rodzice za radą nauczycielki matematyki i nauk przyrodniczych podjęli decyzję o przeniesieniu Jennifer z piątej do szóstej klasy.

Tego samego roku Doudna zawarła pierwszą bliską przyjaźń, która trwa do dzisiaj. Lisa Hinkley (obecnie Lisa Twigg-Smith) tak jak wielu mieszkańców Wysp Hawajskich pochodzi z rodziny o mieszanych korzeniach: w jej żyłach płynie szkocka, duńska, chińska i polinezyjska krew. Lisa umiała radzić sobie ze szkolnymi prześladowcami. „Kiedy ktoś nazywał mnie p******oną haole, kuliłam się w sobie”, wspomina Doudna. „Za to Lisa stawiała czoła każdemu, kto próbował ją obrażać i odpłacała mu pięknym za nadobne. Pragnęłam być taka jak ona”. Pewnego dnia podczas lekcji nauczycielka zadała uczniom pytanie, kim chcieliby zostać, gdy dorosną. Lisa oświadczyła, że chce zostać spadochroniarką. „Pomyślałam wtedy: »To było super«. Ja sama nigdy nie zdobyłabym się na taką odpowiedź. Lisa miała w sobie mnóstwo śmiałości, której mnie brakowało. Obiecałam sobie, że spróbuję być równie odważna”.

Doudna i Hinkley spędzały popołudnia na rowerowych przejażdżkach i wędrówkach po polach trzciny cukrowej. Była to dla nich okazja do przyglądania się z bliska bujnej i różnorodnej przyrodzie: rozmaitym gatunkom mchów i grzybów, drzewom brzoskwiniowym i cukrowym palmom. Podczas swoich wypraw natrafiały na łąki usiane kamieniami wulkanicznymi, z których wyrastały paprocie. Obserwowały bezokie pająki zamieszkujące wydrążone przez lawę jaskinie. Doudna zastanawiała się, jak powstały te stworzenia. Intrygowała ją także hilahila, ciernista roślina zwana śpiącą trawą*, ponieważ jej podobne do paproci listki składają się pod wpływem dotyku. „Zadawałam sobie pytanie: co sprawia, że te liście zwijają się, kiedy ich dotykam?”

Wszyscy stykamy się na co dzień z rozmaitymi cudami natury, czy to w postaci roślin reagujących ruchem na bodźce, czy różowych smug na atramentowym niebie podczas zachodu słońca. Prawdziwa ciekawość polega na tym, by zastanowić się nad przyczynami takich zjawisk. Dlaczego niebo jest błękitne, a światło zachodzącego słońca różowe; co sprawia, że liść śpiącej trawy się kurczy?

Doudna wkrótce znalazła kogoś, kto mógł pomóc jej odpowiedzieć na tego typu pytania. Jej rodzice przyjaźnili się z wykładowcą biologii, profesorem Donem Hemmesem, i wraz z dziećmi towarzyszyli mu w jego pieszych wycieczkach. „Urządzaliśmy sobie wypady do doliny Waipio i innych zakątków Big Island w poszukiwaniu grzybów, które były głównym przedmiotem moich naukowych zainteresowań”, wspomina Hemmes. Po sfotografowaniu znalezionych okazów Hemmes wyciągał leksykony grzybów i pokazywał Doudnie, jak rozpoznawać poszczególne gatunki. Zbierał też na plażach maleńkie muszelki, a następnie razem z Doudną klasyfikowali je i wspólnie zastanawiali się, w jaki sposób wyewoluowały.

Ojciec Doudny kupił jej konia, kasztanowego wałacha, którego imię – Mokihana – pochodziło od nazwy hawajskiego drzewa o aromatycznych owocach. Doudna dołączyła do drużyny piłki nożnej jako skrzydłowa; była to pozycja, na którą trudno znaleźć odpowiednią kandydatkę – biegaczkę z długimi nogami, o wyjątkowej wytrzymałości. „To dobra analogia do tego, jak podchodziłam później do mojej pracy zawodowej”, stwierdziła Doudna. „Zawsze starałam się znaleźć sobie niszę, w której mało kto mógł ze mną konkurować, taką, by nie było w niej zbyt wielu osób z umiejętnościami podobnymi do moich”.

Jej ulubionym przedmiotem była matematyka, ponieważ przeprowadzanie dowodów i korzystanie z nich przypominało jej pracę detektywistyczną. Biologii uczyła ją Marlene Hapai, pogodna i pełna pasji nauczycielka, która potrafiła zaszczepić w swoich uczniach radość z odkrywania świata. „Pokazała nam, że nauka to proces znajdowania odpowiedzi”, wspomina Doudna.

Nauka szła jej dobrze, ale w małej szkole, do której uczęszczała, nie stawiano uczniom zbyt dużych wymagań. „Nie miałam poczucia, że nauczyciele wiele ode mnie oczekiwali”, przyznaje Doudna. Interesująca była jej reakcja na taki stan rzeczy: wobec braku szkolnych wyzwań, Doudna zaczęła sama rozglądać się za nowymi. „Myślałam sobie: dlaczego nie miałabym spróbować, w końcu co mi szkodzi”, wspomina. „Stałam się bardziej skłonna do podejmowania ryzyka, co przełożyło się na moją karierę naukową, a zwłaszcza na wybór projektów, którymi zamierzałam się zajmować”.

Osobą zachęcającą ją do podejmowania wysiłku był jej ojciec. Uważał najstarszą córkę za swoją bratnią duszę i widział w niej przyszłą intelektualistkę, która po ukończeniu studiów rozpocznie karierę akademicką. „Zawsze czułam się trochę jak syn, którego pragnął mieć”, wspomina Doudna. „Traktował mnie nieco inaczej niż moje siostry”.

Podwójna helisa Jamesa Watsona

Okładka angielskiego wydania _Podwójnej helisy_ Jamesa Watsona

Ojciec Doudny był zapalonym czytelnikiem i w każdą sobotę wypożyczał z miejscowej biblioteki stos książek, którymi zaczytywał się do kolejnego weekendu. Jego ulubionymi pisarzami byli Emerson i Thoreau. Kiedy Jennifer podrosła, uświadomił sobie, że autorami większości książek, jakie omawiał ze studentami na zajęciach, byli mężczyźni. Postanowił więc rozszerzyć kanon lektur o książki Doris Lessing, Anne Tyler i Joan Didion.

Niektóre z wypożyczonych z biblioteki albo kupionych w antykwariacie pozycji podsuwał Jennifer. Kiedy Doudna była w szóstej klasie, pewnego dnia po powrocie ze szkoły znalazła na swoim łóżku używany egzemplarz _Podwójnej helisy_ Jamesa Watsona w miękkiej okładce.

Początkowo odłożyła książkę na bok, przekonana, że jest to kolejna powieść detektywistyczna. Kiedy w deszczowe sobotnie popołudnie zabrała się w końcu do lektury, odkryła, że w pewnym sensie jej przypuszczenie było słuszne. Szybko pochłaniała kolejne strony, zafascynowana pełną barwnych postaci, dramatyczną, a przy tym głęboko osobistą opowieścią o ambicji i współzawodnictwie w przypominającym rozwiązywanie kryminalnych zagadek odkrywaniu prawd natury. „Kiedy skończyłam czytać, dyskutowaliśmy o tej książce z ojcem”, wspomina. „Spodobała mu się przedstawiona w niej historia, a przede wszystkim jej bardzo osobisty charakter – ukazanie ludzkiej strony badań naukowych”.

W swojej książce Watson kreśli udramatyzowany (momentami do przesady) opis wydarzeń, jakie działy się od momentu, gdy jako dwudziestoczteroletni zarozumiały student biologii z amerykańskiego Środkowego Zachodu trafił na Uniwersytet Cambridge, gdzie zaprzyjaźnił się z biochemikiem Francisem Crickiem, aż do roku 1953, gdy wspólnie z Crickiem wygrali międzynarodową rywalizację naukowców i jako pierwsi odkryli strukturę DNA. Watson, arogancki Amerykanin, który opanował do perfekcji typowo angielską sztukę bycia nadmiernie skromnym i chełpliwym jednocześnie, zdołał przemycić w swojej książce sporą dozę naukowych informacji, zgrabnie połączonych z anegdotami o dziwactwach sławnych wykładowców, a także opisami codziennych przyjemności i rozrywek; w jego wspomnieniach wzmianki o flirtach, grze w tenisa i popołudniowych herbatkach przeplatają się z relacjami z doświadczeń laboratoryjnych.

Obok postaci samego Watsona, który w swojej książce przywdział skromny kostium naiwnego szczęściarza, drugą najbardziej interesującą bohaterką _Podwójnej helisy_ jest Rosalind Franklin, specjalistka w dziedzinie biologii strukturalnej i krystalografii, która w toku swoich badań zebrała istotne dane eksperymentalne, wykorzystane następnie bez jej zgody przez Watsona. Pisząc o niej, Watson w duchu seksizmu typowego dla lat pięćdziesiątych XX wieku nazywa ją protekcjonalnie „Rosy”, czyli zdrobniałą formą imienia, której ona sama nigdy nie używała; nabija się też z jej surowej powierzchowności i chłodnego sposobu bycia. Zarazem jednak wypowiada się z uznaniem o naukowych dokonaniach Franklin i jej mistrzowskim opanowaniu techniki dyfrakcji promieni rentgenowskich, która umożliwiła zrozumienie struktury cząsteczek chemicznych.

„Chyba zauważyłam, że traktowano ją nieco protekcjonalnie, ale najbardziej uderzyło mnie to, że kobieta może być świetnym naukowcem”, wspomina Doudna. „Możliwe, że zabrzmi to trochę dziwnie. Musiałam przecież już wcześniej słyszeć o Marii Skłodowskiej-Curie. Ale dopiero podczas lektury tamtej książki po raz pierwszy naprawdę to do mnie dotarło i otworzyły mi się oczy. Uświadomiłam sobie, że kobiety mogą być naukowcami”.

Dzięki książce Watsona Doudna dostrzegła również pewną cechę świata przyrody, która wydała jej się logiczna i zachwycająca jednocześnie. Zdała sobie sprawę z istnienia biologicznych mechanizmów rządzących żywymi organizmami; przejawem działania owych mechanizmów było fascynujące zjawisko, które przykuło jej uwagę podczas wędrówek po hawajskich lasach deszczowych. „Dorastając na Hawajach, lubiłam szukać z tatą przyrodniczych ciekawostek, takich jak śpiąca trawa, której liście zwijają się pod wpływem dotyku”, wspomina Doudna. „Książka Watsona unaoczniła mi, że możemy z powodzeniem szukać przyczyn, dla których natura działa w taki, a nie inny sposób”.

Istotny wpływ na późniejszą karierę naukową Doudny wywarło spostrzeżenie stanowiące sedno _Podwójnej helisy_: kształt oraz struktura cząsteczki chemicznej determinują jej funkcję biologiczną. Uświadomienie sobie tego faktu jest niezwykle istotne dla każdego, kogo interesuje odkrywanie fundamentalnych tajemnic życia. Pozwala bowiem zrozumieć, w jaki sposób chemia – nauka o łączeniu się atomów i tworzeniu przez nie większych cząsteczek – staje się biologią.

W szerszym sensie karierę Doudny ukształtowało również przekonanie, że _Podwójna helisa_ rzeczywiście miała wiele wspólnego z uwielbianymi przez nią powieściami detektywistycznymi. „Zawsze lubiłam czytać o rozwiązywaniu zagadek kryminalnych”, stwierdziła wiele lat później. „Być może tłumaczy to moją fascynację nauką, która jest próbą rozwikłania przez ludzkość odwiecznej tajemnicy: genezy i funkcjonowania świata przyrody, a także naszego w nim miejsca”.

Chociaż w szkole, do której uczęszczała, nie zachęcano dziewcząt, by zostały w przyszłości naukowcami, Doudna wybrała właśnie tę ścieżkę kariery. Wiedziona żarliwym pragnieniem zrozumienia praw natury, a także gotowością do rywalizacji w przekuwaniu naukowych odkryć w wynalazki, stała się współtwórczynią przełomowego narzędzia, które Watson z charakterystyczną dla siebie arogancją ukrytą pod płaszczykiem skromności nazwał później w rozmowie z Doudną najważniejszym osiągnięciem w dziedzinie nauk biologicznych od czasu odkrycia podwójnej helisy.

* W polskiej terminologii to mimoza wstydliwa.ROZDZIAŁ 2

Gen

Darwin

Mendel

Darwin

Pierwsze kroki na ścieżce, która doprowadziła Watsona i Cricka do odkrycia struktury DNA, zostały postawione sto lat wcześniej, w latach pięćdziesiątych XIX wieku, kiedy to angielski przyrodnik Charles Darwin opublikował monografię _O powstawaniu gatunków_, a Gregor Mendel, zakonnik z Brna (miasta w dzisiejszych Czechach), zaczął w przyklasztornym ogrodzie hodować i krzyżować różne odmiany grochu. Obserwacje kształtu dziobów zięb odkrytych przez Darwina oraz cech grochu wyhodowanego przez Mendla zaowocowały powstaniem koncepcji genu, czynnika istniejącego wewnątrz organizmów żywych i będącego nośnikiem kodu dziedziczności.

Darwin początkowo zamierzał pójść w ślady swojego ojca oraz dziadka, dwóch wybitnych lekarzy. Ale kiedy podczas studiów medycznych był świadkiem zabiegu chirurgicznego, przeraził go widok krwi i krzyki skrępowanego dziecka poddawanego operacji. Porzucił więc medycynę i zaczął się kształcić na anglikańskiego pastora, jego predyspozycje do pracy duszpasterskiej były jednak równie kiepskie jak do zawodu lekarza. Odkąd w wieku ośmiu lat zaczął kolekcjonować okazy przyrodnicze, jego prawdziwym marzeniem stała się kariera przyrodnika. Szansa na urzeczywistnienie tego zamiaru otworzyła się przed Darwinem w 1831 roku, gdy jako dwudziestodwulatek otrzymał propozycję udziału w prywatnej ekspedycji badawczej na pokładzie slupu HMS Beagle; podczas rejsu dookoła świata miał zajmować się zbieraniem okazów botanicznych, zoologicznych i mineralogicznych.

W roku 1835, cztery lata po rozpoczęciu trwającej w sumie pięć lat wyprawy, Beagle dotarł do liczącego kilkanaście wysepek archipelagu Galapagos na Oceanie Spokojnym, oddalonego o jakieś tysiąc kilometrów od zachodniego wybrzeża Ameryki Południowej. W trakcie pobytu na wyspach Darwin zgromadził liczne okazy ptaków, które zaklasyfikował jako zięby, kosy, grubodzioby, przedrzeźniacze i strzyżyki. Dopiero dwa lata później, po powrocie do Anglii, dowiedział się od ornitologa Johna Goulda, że wszystkie przywiezione z Galapagos ptaki to w rzeczywistości różne gatunki zięby. Darwin zaczął opracowywać teorię, według której wywodziły się one od wspólnego przodka.

Darwin spędził dzieciństwo na angielskiej wsi i wiedział, że potomstwo hodowanych tam koni i krów rodziło się niekiedy z pewnymi odmiennościami w budowie ciała, a hodowcy dobierali osobniki przeznaczone do rozpłodu w taki sposób, by utrwalić niektóre z tych odmienności i z biegiem lat uzyskać populację zwierząt o bardziej pożądanych cechach. Być może zatem natura działa w podobny sposób. Darwin nazwał to doborem naturalnym. Zgodnie z jego teorią na pewnych odizolowanych od reszty świata obszarach, takich jak wyspy archipelagu Galapagos, w każdym pokoleniu pojawia się kilka mutacji (Darwin określił je żartobliwym terminem „sporty”), a zmiana warunków środowiskowych może sprawić, że osobniki z mutacjami okażą się lepiej przystosowane do nowego otoczenia i będą mogły skuteczniej rywalizować o niewielkie zasoby pożywienia, a co za tym idzie, zwiększą się ich szanse na rozmnożenie się i przekazanie swoich cech następnym pokoleniom. Załóżmy, że pewien gatunek zięby ma dziób przystosowany do jedzenia owoców, ale długotrwała susza wyniszcza drzewa owocowe; w nowych warunkach życiowych lepiej poradzą sobie nieliczne osobniki o budowie odmiennej niż większość populacji, z masywniejszymi dziobami nadającymi się do rozłupywania orzechów. „W takich warunkach zmiany korzystne będą się utrzymywały, a zmiany niekorzystne będą ulegały zanikowi”, napisał Darwin. „Rezultatem będzie powstawanie nowych gatunków”.

Darwin, świadomy kontrowersyjnego charakteru swojej koncepcji, nie spieszył się z jej publikacją. Bodźcem do działania, jak to często bywa w historii nauki, okazał się duch współzawodnictwa. W 1858 roku Darwin otrzymał pocztą szkic artykułu przesłany mu przez młodszego od niego przyrodnika Alfreda Russela Wallace’a, który doszedł do podobnych co Darwin wniosków w kwestii działania doboru naturalnego. Skłoniło to Darwina do przyspieszenia prac nad przygotowaniem do publikacji własnego artykułu; porozumiał się też z Wallace’em i ostatecznie obaj przedstawili swoje tezy tego samego dnia na posiedzeniu wiodącego towarzystwa naukowego.

Darwina i Wallace’a charakteryzowała rozległość zainteresowań i umiejętność przekraczania granic między różnymi dziedzinami nauki – cechy będące katalizatorem kreatywności. Obaj podróżowali do egzotycznych zakątków świata, w których zaobserwowali zjawisko zmienności gatunkowej; obaj też byli po lekturze eseju _Prawo ludności_ (_An Essay on the Principle of Population_) angielskiego ekonomisty Thomasa Malthusa. Przewidywał on, że liczba ludności będzie rosła szybciej niż produkcja żywności. Rezultatem takiego stanu rzeczy stanie się przeludnienie, a to z kolei przyniesie klęskę głodu, której ofiarą padną najsłabsi i najubożsi. Darwin i Wallace doszli do wniosku, że maltuzjańska koncepcja konkurowania członków populacji o ograniczone zasoby ma zastosowanie w odniesieniu do wszystkich gatunków, co skłoniło ich do sformułowania teorii ewolucji, której głównym napędem jest dobór naturalny, prowadzący do przetrwania najlepiej przystosowanych. „Przeczytałem dla rozrywki pracę Malthusa na temat populacji i (…) uderzyła mnie myśl, że w takich warunkach zmiany korzystne będą się utrzymywały, a zmiany niekorzystne będą ulegały zanikowi”, wspominał później Darwin. Isaac Asimov, pisarz science fiction i profesor biochemii, stwierdził, że do opracowania teorii ewolucji „potrzebny był ktoś, kto prowadził badania nad gatunkami, czytał Malthusa i potrafił połączyć te dwie rzeczy”.

Skoro gatunki ewoluują na drodze mutacji i doboru naturalnego, to nasuwa się ważne pytanie: na czym polega ów podstawowy mechanizm ewolucji biologicznej? Jak doszło do pojawienia się korzystnej zmiany kształtu i wielkości dzioba u zięby albo długości szyi u żyrafy – i w jaki sposób zmiany te mogły zostać przekazane kolejnym pokoleniom? Darwin uważał, że w organizmach żywych występują maleńkie cząsteczki, stanowiące nośnik informacji dziedzicznej; przypuszczał też, że informacje pochodzące od obu osobników rodzicielskich, męskiego i żeńskiego, mieszają się ze sobą w zarodku. Wkrótce jednak, tak jak i inni naukowcy, zdał sobie sprawę, że gdyby zjawisko dziedziczenia cech rzeczywiście przebiegało w taki sposób, to nowe korzystne cechy nie byłyby przekazywane z pokolenia na pokolenie w niezmienionej postaci, tylko ulegałyby stopniowemu rozcieńczeniu.

Darwin miał w swojej prywatnej bibliotece egzemplarz pewnego mało znanego czasopisma naukowego, w którym opublikowano artykuł napisany w 1866 roku, zawierający trafne wyjaśnienie mechanizmu dziedziczenia. Niestety nigdy go nie przeczytał, podobnie jak zdecydowana większość współczesnych mu naukowców.

Mendel

Autorem wspomnianego artykułu był Gregor Mendel, niski, korpulentny zakonnik, który przyszedł na świat w niemieckojęzycznej rodzinie na Morawach, w ówczesnym cesarstwie Austrii. Mendel znacznie lepiej radził sobie z pracą w ogrodzie brneńskiego klasztoru niż z duszpasterstwem, do którego brakowało mu zarówno śmiałości, jak i dobrej znajomości języka czeskiego. Próbował zostać dyplomowanym nauczycielem matematyki i nauk przyrodniczych, ale pomimo kilku podejść za każdym razem oblewał egzaminy; nie pomogły mu nawet wcześniejsze studia na Uniwersytecie Wiedeńskim. Szczególnie kiepskie wyniki uzyskał na egzaminie z biologii.

Po fiasku planów związanych z karierą nauczycielską Mendel zaszył się w przyklasztornym ogrodzie i oddał się swojej pasji, czyli uprawie grochu. W poprzednich latach dzięki starannej selekcji udało mu się wyhodować czyste linie roślin, to znaczy takie, w których każda z siedmiu wyróżnionych przez Mendla prostych cech występowała tylko w jednym z dwóch wariantów: kolor nasion zawsze był albo żółty, albo zielony; kolor kwiatów był albo biały, albo fioletowy; skórka ziaren była albo gładka, albo pomarszczona i tak dalej.

Kolejny rok Mendel poświęcił na eksperymenty polegające na krzyżowaniu egzemplarzy grochu należących do dwóch linii czystych, na przykład roślin o białych kwiatach z roślinami o kwiatach fioletowych. Było to żmudne zadanie, wymagające każdorazowo oderwania za pomocą pincety pręcików kwiatu jednej rośliny, a następnie zebrania z nich pyłku i przeniesienia go na kwiat drugiej rośliny przy użyciu cienkiego pędzelka.

Rezultaty doświadczeń Mendla okazały się przełomowe. Wbrew przypuszczeniom wysnutym w tamtym czasie przez Darwina, nie doszło do wymieszania cech. Wysokie rośliny skrzyżowane z roślinami niskimi nie dały potomstwa o średniej wysokości, a rośliny o fioletowych kwiatach skrzyżowane z roślinami o kwiatach koloru białego nie dały potomstwa o kwiatach różowych czy bladofioletowych. Pierwsze pokolenia powstałe z krzyżówki roślin wysokich i niskich były zawsze wysokie, natomiast pierwsze pokolenia powstałe ze skrzyżowania roślin o kwiatach fioletowych z roślinami o kwiatach białych miały zawsze kwiaty barwy fioletowej. Cechy te Mendel nazwał cechami dominującymi, a stłumione warianty cech – cechami recesywnymi.

Jeszcze bardziej doniosłego odkrycia dokonał następnego lata, kiedy skrzyżował rośliny z pierwszego pokolenia hybryd. O ile w pierwszym pokoleniu roślin hybrydowych występowały wyłącznie cechy dominujące (takie jak fioletowe kwiaty czy wysokie łodygi), o tyle w kolejnym pokoleniu uwidoczniły się także cechy recesywne. Z prowadzonych przez Mendla eksperymentów wyłonił się następujący wzorzec rozkładu cech w drugim pokoleniu hybryd: około 75 procent roślin wykazywało cechę dominującą, natomiast około 25 procent – cechę recesywną. Każda cecha determinowana jest przez geny, czyli dziedziczne czynniki przekazywane potomstwu przez rodziców i występujące w jednej z dwóch wersji – dominującej lub recesywnej; kiedy roślina odziedziczy dwie dominujące wersje (allele) danego genu albo jedną wersję dominującą i jedną recesywną, uwidacznia się cecha dominująca. Z kolei odziedziczenie dwóch recesywnych wersji danego genu powoduje ujawnienie się cechy recesywnej.

Motorem napędowym postępu w nauce jest rozgłos. Tymczasem Mendel był nieśmiałym zakonnikiem i sprawiał wrażenie osoby, która najlepiej czułaby się w czapce niewidce. Rezultaty swoich badań przedstawił publicznie w 1865 roku w Brnie, na dwóch comiesięcznych zebraniach tamtejszego Towarzystwa Nauk Przyrodniczych. Jego audytorium liczyło zaledwie czterdzieści osób i składało się głównie z okolicznych rolników oraz hodowców roślin. Towarzystwo to jakiś czas później opublikowało pracę Mendla na łamach swojego rocznika. Publikacja przeszła jednak zupełnie bez echa. Artykuł doczekał się zaledwie kilku cytowań i dopiero w roku 1900 został odkryty na nowo przez naukowców prowadzących podobne doświadczenia.

Odkrycia Mendla oraz badaczy z początków XX wieku przyczyniły się do powstania koncepcji jednostki dziedziczenia, którą duński botanik Wilhelm Johannsen określił w 1905 roku mianem genu. Wszystko wskazywało na istnienie cząsteczki będącej nośnikiem informacji dziedzicznych. Przez następne dziesięciolecia naukowcy badali komórki żywych organizmów, starając się ustalić, co to za cząsteczka.CZĘŚĆ PIĄTA

Naukowiec jako osoba publiczna

Ludzkość znalazła się w nowym miejscu, pełnym zarówno nadziei, jak i nieznanej wcześniej grozy. W mglistej zbiorowej pamięci przetrwała opowieść o cenie wielkiego postępu: o „skrzydlatym psie Zeusa”, wyszarpującym z ciała Prometeusza zapłatę za ogień. Czy świat był gotowy na kolejny krok naprzód? Nie ulegało wątpliwości, że to zmieni świat. Trzeba było ustanowić prawa dopasowane do nowej rzeczywistości. A jeśli prości ludzie nie rozumieli i nie potrafili tego kontrolować, to kto potrafił?

Fragment artykułu Jamesa Agee _Atomic Age_ o zrzuceniu bomby atomowej, „Time”, 20 sierpnia 1945ŹRÓDŁA ZDJĘĆ I ILUSTRACJI

_Podane numery stron odnoszą się do wydania papierowego_.

s. 2: Brittany Hosea-Small / UC Berkeley; s. 9 (oba zdjęcia): David Jacobs; s. 10: Jeff Gilbert / Alamy; s. 24: z arch. Jennifer Doudny; Leah Wyzykowski; z arch. Jennifer Doudny; s. 36: (po lewej) George Richmond / Wikimedia / Public Domain; (po prawej) Wikimedia / Public Domain; s. 44: A. Barrington Brown/Science Photo Library; s. 56: Universal History Archive / Universal Images Group / Getty Images; Ava Helen and Linus Pauling Papers, Oregon State University Libraries; s. 60: Historic Images / Alamy; s. 62: z arch. Jennifer Doudny; s. 72: Natl Human Genome Research Institute; s. 80: Jim Harrison; s. 92: YouTube; s. 106: z arch. Jennifer Doudny; s. 116: z arch. BBVA Foundation; z arch. Luciana Marraffiniego; s. 126: The Royal Society / CC BY-SA (creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0); s. 130: Mark Young; s. 140: Marc Hall / NC State; z arch. Rodolphe’a Barrangou; Franklin Institute / YouTube; s. 152: z arch. Genetechu; s. 160: Roy Kaltschmidt / Lawrence Berkeley National Laboratory; s. 174: z arch. Caribou Biosciences; s. 184: Hallbauer & Fioretti / Wikimedia Commons; s. 198: Berkeley Lab; s. 203: MRS Bulletin; s. 208: Miguel Riopa / AFP via Getty Images; s. 214: Edgaras Kurauskas / Vilniaus Universitetas; Heribert Corn / z arch. Krzysztofa Chylińskiego; Michael Tomes / z arch. Martina Jinka; s. 226: Andriano_CZ / iStock by Getty Images; s. 234: Justin Knight / McGovern Institute; Seth Kroll / Wyss Institute at Harvard University; Thermal PR; s. 238: Justin Knight / McGovern Institute; s. 248: Seth Kroll / Wyss Institute at Harvard University; s. 258: Wikimedia Commons; s. 274: Anastasiia Sapon / The New York Times / Redux; s. 286: z arch. Martina Jinka; s. 296: z arch. Rodgera Novaka; s. 310: BBVA Foundation; s. 322: Casey Atkins, z arch. Broad Institute; s. 332: z arch. Sterne, Kessler, Goldstein & Fox P.L.L.C.; s. 348: Amanda Stults, RN, Sarah Cannon Research Institute / The Children’s Hos; s. 360: z arch. The Odin; s. 366: Susan Merrell / UCSF; s. 376: National Academy of Sciences, z arch. Cold Spring Harbor Laboratory; Peter Breining / San Francisco Chronicle via Getty Images; s. 400: Pam Risdom; s. 420: z arch. He Jiankui; ABC News / YouTube; s. 444: (oba zdjęcia) Kin Cheung / AP / Shutterstock; s. 458: z arch. UCDC; s. 472: Tom & Dee Ann McCarthy / Getty Images; s. 480: Wonder Collaborative; s. 520: Isaac Lawrence / AFP / Getty Images; s. 526: Nabor Godoy; s. 542: Lewis Miller; PBS; s. 556: z arch. Jennifer Doudny; s. 562: Irene Yi / UC Berkeley; s. 572: Fyodor Urnov; s. 588: z arch. Innovative Genomics Institute; s. 590: Mammoth Biosciences; Justin Knight / McGovern Institute; s. 600: Omar Abudayyeh; s. 630: Paul Sakuma; z arch. Camerona Myhrvolda; s 644: Wikimedia Commons; Cold Spring Harbor Laboratory Archives; s. 656: Brittany Hosea-Small / UC Berkeley E103; s. 668: Gordon Russell.