52° 12′ 14.4″ N, 0° 7′ 5.52″ E
Zur Mittagszeit des 28. Februar 1953 verkündeten James Watson und Francis Crick den Kunden des Eagle Pub mitten in Cambridge, dass sie das Geheimnis des Lebens entdeckt hätten: Nach wochenlangen Überprüfungen ihrer Thesen waren sie davon überzeugt, die Struktur der DNA verstanden zu haben. Neun Jahre später erhielten sie den Nobelpreis.
Watson und Crick führten ihre Arbeiten am Cavendish Laboratory durch, das zu dieser Zeit an der Free School Lane lag. Das Eagle Pub war nicht weit entfernt und ein bei den Laboratoriumsmitarbeitern beliebtes Speiselokal. Das Laboratorium war 1874 als Teil des Fachbereichs Physik der Universität Cambridge eingerichtet worden. Watson und Crick arbeiteten an biologischen Anwendungen der Kristallstrukturanalyse: Sie wollten mithilfe von Röntgenstrahlen die Strukturen von Molekülen untersuchen, um die Anordnung der Atome bestimmen zu können.
Ihre Untersuchung der DNA führte, zusammen mit anderen Untersuchungen auf der ganzen Welt, zu der Theorie, dass die DNA spiralförmig sein müsse. Nachdem sie mit Pappmodellen der chemischen Komponenten der DNA herumgespielt hatten, erkannten Watson und Crick, dass zwei Spiralen beteiligt waren (nicht drei, wie von anderen vermutet), und das die vier chemischen Stoffe, die Basen, die den genetischen Code enthielten, auf der Innenseite einer Doppelhelix lagen und diese zusammenhielten. Diese strukturellen Erkenntnisse verbanden vieles, was man vor 1953 über die DNA wusste, und ließen entsprechende Schlussfolgerungen zu, wie sich DNA replizieren konnte, wenn sich die Zellen teilten (siehe Kasten).
Eine blaue Tafel im Eagle Pub erinnert an Watsons und Cricks Entdeckung und Ankündigung. Das Pub selbst ist groß, aber gemütlich, und in fünf Räume mit zwei Bars unterteilt. In einer der Bars, die RAF-Bar, sind die Namen und Schwadrone der RAF- und USAF-Piloten des zweiten Weltkriegs mit Feuerzeugen in die Decke eingebrannt. Das Pub schenkt Greene King-Bier einer Brauerei aus dem nahegelegenen Bury St. Edmunds aus, die 1799 gegründet wurde. Das Angebot an Greene Kings großartigen Ales umfasst Abbot Ale und IPA (gut an heißen Tagen) sowie Old Speckled Hen, wenn Ihnen der Sinn nach etwas stärkerem steht.
Im Pub wird typisch englische Küche wie Fish and Chips serviert. Beginnen Sie Ihre Tour durch Cambridge im nahegelegenen Whipple Museum of the History of Science und besuchen Sie das Pub zur Mittagszeit. An einem schönen Tag können Sie im Biergarten sitzen, der von den Studentenwohnheimen der nahegelegenen Colleges umgeben ist.
Nach dem Mittagessen können Sie sich dann zu dem neuen Cavendish Laboratory in der J J Thomson Avenue gegenüber der Madingley Road begeben. Das Labor besitzt ein kleines Museum voller faszinierender Artefakte, einschließlich des originalen DNA-Modells von Crick und Watson, Röntgenbeugungsbilder, die den Hinweis auf die spiralförmige Struktur lieferten, und Modelle der Basenpaare.
Das Museum beherbergt auch viele Instrumente, die von James Clerk Maxwell (dem ersten Cavendish-Professor für Physik, der auch den Aufbau des Laboratoriums überwachte) verwendet wurden. Es gibt eine Kathodenstrahlröhre, die von J. J. Thomson bei der Entdeckung des Elektrons eingesetzt wurde, und Teile der Ausrüstung, die von J. D. Cockcroft und Ernest Walton zum Bau eines Teilchenbeschleunigers verwendet wurden, um damit dann Atomkerne aufzulösen (oder um »das Atom zu spalten«).
Andere Bereiche des Museums sind der Kristallstrukturanalyse, Elektronenmikroskopen, der Radioastronomie und der Niedertemperaturphysik gewidmet. Das Museum ist klein und der Eintritt ist frei. Ein Besuch dauert nicht länger als einen Nachmittag.
Verwechseln Sie das Eagle Pub (das ursprünglich Eagle and Child hieß) in Cambridge nicht mit dem Eagle and Child in Oxford, das als Stammkneipe von Schriftstellern wie J. R. R. Tolkien und C. S. Lewis bekannt ist.
Das Eagle Pub befindet sich in der 8 Benet Street im Stadtzentrum Cambridges. Das alte Cavendish Laboratory liegt rechts um die Ecke in der Free School Lane, in der Sie auch das Whipple Museum of the History of Science finden. Das neue Cavendish Laboratory bietet Besuchs- und Anfahrtsinformationen auf seiner Website unter http://www-outreach.phy.cam.ac.uk/.
Replikation
Cricks und Watsons Artikel, der die Doppelhelix-Struktur der DNA beschreibt, erschien im April 1953 in der Zeitschrift Nature. Er enthält eine spezielle Zeile, die einen der wichtigsten Aspekte der DNA beschreibt, nämlich die Fähigkeit zur Replikation. Diese Zeile ist ein Meisterstück der Untertreibung:
- Es ist unserer Aufmerksamkeit nicht entgangen, dass die von uns postulierte spezifische Paarung unmittelbar einen möglichen Kopiermechanismus für genetisches Material nahe legt.
Die DNA-Doppelhelix (siehe Abbildung 71.1) wird durch vier chemische Substanzen zusammengehalten, die mit jeweils einem Buchstaben abgekürzt werden: Thymin (T), Adenin (A), Guanin (G) und Cytosin (C). Diese vier chemische Stoffe treten in nur zwei möglichen Kombinationen auf: T mit A (und umgekehrt) und G mit C (und umgekehrt).
Watson und Crick erkannten, dass die Verbindungen zwischen den beiden Spiralen aus nur vier chemischen Substanzen in nur zwei Paarungen bestanden, und dass es daher möglich wäre, die Doppelhelix in zwei Spiralen aufzuteilen, wobei jede Spirale eine Hälfte der chemischen Paarung beibehalten würde. Die Doppelhelix könnte sich also in komplementäre chemische Ketten aufteilen, ähnlich wie es bei einer Fotografie und ihrem Negativ der Fall ist.
Sobald die beiden Teile der Doppelhelix separiert sind, können sie genutzt werden, um zwei völlig neue Doppelhelices aufzubauen. Sitzt die aufgeteilte DNA in einem Pool aus ACGT-Substanzen, bindet sich jede Chemikalie nur an die sie komplementierende chemische Substanz. So entsteht dann eine neue Doppelhelix (Abbildung 71.2). Indem sie sich teilt und kopiert, kann die DNA sich selbst replizieren, wenn sich die Zellen teilen.
Mit diesem neu gewonnenen Verständnis des Replikationsmechanismus konnten Crick und viele andere Wissenschaftler herausfinden, wie die vier möglichen Kombinationen (AT, TA, GC und CG) dekodiert werden, um Zellen aufzubauen. Es wurde entdeckt, dass die Paare zu 3er-Gruppen (sogenannten Codone) zusammengefasst sind, was 64 (4×4×4) mögliche Codes ergibt.
Bis auf drei entsprechen alle Codone dem Aufbau einer einzelnen Aminosäure, und eine Codongruppe (Gen genannt) sorgt für den Aufbau einer Kette von Aminosäuren, die zusammen ein Protein bilden. Die drei Nicht-Aminosäure-Codone sind Instruktionen, mit denen die Anweisung »das Protein endet hier« übermittelt wird. Sie werden genutzt, um die Proteine zu trennen, die durch die DNA aufgebaut werden. Diese Proteine sind die Grundbausteine des Lebens.
Wenn Sie jemals einen Computer programmiert haben, werden Sie verblüfft sein, wie sehr der zugrundeliegende Code einem Computerprogramm ähnelt (bis hin zu HALT-Instruktionen, die das System anweisen, den Betrieb einzustellen). Noch verblüffender ist die Tatsache, dass die Zahl der Codone eine Zweierpotenz ist, genau wie die Zahl im Titel dieses Buches.