Die Entdeckung der Doppelhelix: Die grundlegenden Arbeiten von Watson, Crick und anderen

169 Pages·2017·8.14 MB·German

by  Kärin Nickelsen (eds.)

Kärin Nickelsen Hrsg.
Die Entdeckung
der Doppelhelix
Die grundlegenden Arbeiten
von Watson, Crick und anderen
Klassische Texte der Wissenschaft
Reihenherausgeber
Prof.Dr.Dr.OlafBreidbach
Prof.Dr.JürgenJost
Prof.Dr.ArminStock
Die Reihe bietet zentrale Publikationen der Wissenschaftsentwicklung der Mathematik,
Naturwissenschaften,PsychologieundMedizininsorgfältigedierten,detailliertkommen-
tierten und kompetent interpretierten Neuausgaben. In informativer und leicht lesbarer
Form erschließen die von renommierten WissenschaftlerInnen stammenden Kommenta-
re den historischen und wissenschaftlichen Hintergrundder Werke und schaffen so eine
verlässlicheGrundlagefürSeminareanUniversitäten,FachhochschulenundSchulenwie
auchzueinererstenOrientierungfüramThemaInteressierte.
Kärin Nickelsen
(Hrsg.)
Die Entdeckung der
Doppelhelix
Die grundlegenden Arbeiten von Watson,
Crick und anderen
Herausgeber
KärinNickelsen
München,Deutschland
KlassischeTextederWissenschaft
ISBN978-3-662-47149-4 ISBN978-3-662-47150-0(eBook)
DOI10.1007/978-3-662-47150-0
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(cid:2)Avery,OswaldT.;ColinM.MacLeod,MaclynMcCarty(1944):StudiesontheChemicalNatureoftheSub-
stanceInducingTransformationofPneumococcalTypes:InductionofTransformationbyaDesoxyribonucleic
AcidFractionIsolatedfromPneumococcusTypeIII,JournalofExperimentalMedicine79(2):137–158
(cid:2)HersheyA,ChaseM(1952):“Independentfunctionsofviralproteinandnucleicacidingrowthofbacterio-
phage”(PDF),JGenPhysiol36(1):39–56
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(cid:2)WatsonJD,CrickFH(1953):AStructureforDeoxyriboseNucleicAcid,Nature171,737-738
(cid:2)WatsonJD,CrickFH(1953):Geneticalimplicationsofthestructureofdeoxyribonucleicacid,Nature171,
964–967
(cid:2)WilkinsMHF,StokesAR,WilsonHR(1953):Molecularstructureofdeoxypentosenucleicacids,Nature171,
738–740
(cid:2)FranklinR,GoslingRG(1953):Molecularconfigurationinsodiumthymonucleate,Nature171,740–741
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Inhaltsverzeichnis
1 EinführungindieTexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
KärinNickelsen
2 StudiesontheChemicalNatureoftheSubstanceInducingTransformation
ofPneumococcalTypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
OswaldT.Avery,ColinM.MacLeodundMaclynMcCarty
3 IndependentFunctionsofViralProteinandNucleicAcidinGrowthofBac-
teriophage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
A.D.HersheyundMarthaChase
4 AStructureforDeoxyriboseNucleicAcid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
J.D.WatsonundF.H.C.Crick
5 GeneticalImplicationsoftheStructureofDeoxyribonucleicAcid. . . . . . 145
J.D.WatsonundF.H.C.Crick
6 MolecularStructureofDeoxypentoseNucleicAcids. . . . . . . . . . . . . . . 151
M.H.F.Wilkins,H.R.WilsonundA.R.Stokes
7 Rosalind E. Franklin, R. G. Gosling: Molecular Configuration in Sodium
Thymonucleate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
RosalindE.FranklinundR.G.Gosling
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
V
Einführung in die Texte 1
KärinNickelsen
1.1 Vorbemerkungen
Die Entdeckung der Doppelhelix-Struktur der DNA (auf deutsch DNS = Desoxyribo-
nukleinsäure) im Jahr 1953 galt lange als eines der bedeutendsten wissenschaftlichen
Ereignissedes20.Jahrhunderts.1NichtswenigeralsdasRätseldesLebenshättendiebei-
den Protagonistendieser Episodegelöst, James D. Watson undFrancisH. Crick.Nichts
wenigerhätteihrAufsatzvon1953eingeläutetalseinenepochalenWandelinderErfor-
schungdesLebens.EswarennichtzuletztdieProtagonistenselbst,diezudiesemNarrativ
beitrugen.2DieEntschlüsselungderDoppelhelix-StrukturwurdezumGründungsmythos:
zumfulminantenAuftakteinerneuenDisziplin,derMolekularbiologie,diedamitzugleich
dieEngführungihresForschungsprogrammsaufMolekulargenetiklegitimierte.3
MitetwasAbstandbetrachtetwardieEntdeckungderDoppelhelix-Strukturbeiweitem
nicht das Erdbeben mit Langzeitwirkung, als das man diese Episode später inszenierte.
Die Molekularbiologie, die ihre disziplinäre Tradition auf dieses Ereignis zurückführ-
te, war ein kurzlebiges Phänomen, denn ihr eingeschränkter Bestand an Methoden und
Konzepten hielt der Dynamik des Feldes seit den 1980er Jahren nicht stand. Das Gen
als Angelpunkt der Forschung wurde abgelöst vom Genom, der Gesamtheit der Gene;
und selbst dessen Einfluss wird in jüngererZeit zunehmendflankiert von dem Proteom,
derGesamtheitderProteineeinerZelle, odervondemMetabolom,derGesamtheitaller
Stoffwechselprozesse.WatsonundCricksEntdeckung,dassdieDNAeineHelix-Struktur
1KommentareundKorrekturenzueinemerstenEntwurfdieserEinleitungverdankeich(inalpha-
betischerReihenfolge)RobertMeunier,CaterinaSchürch,MarinaSchützundDanavonSuffrin.
2Siehez.B.Watson(1968),Crick(1990),Cairnsetal.(1992).
3Siehez.B.Abir-Am(1985).
(cid:2)
K.Nickelsen ( )
München,Bayern,Deutschland
E-Mail:[email protected]
©Springer-VerlagGmbHDeutschland2017 1
K.Nickelsen(Hrsg.),DieEntdeckungderDoppelhelix,KlassischeTextederWissenschaft,
DOI10.1007/978-3-662-47150-0_1
2 K.Nickelsen
aufweist, scheint wissenschaftlich heute kaum noch signifikant. Im Zentrum steht viel-
mehr die Frage danach, wie die Basensequenz der DNA, helikal organisiert oder nicht,
mitanderenstrukturellenundfunktionalenElementenvonKernundZelleinteragiert,und
wiediesesZusammenspieldieAusprägungorganismischerEigenschaftenbeeinflusst.
TrotzdemistdieDoppelhelixnochheuteinWortundBildallgegenwärtig,alsIkonedes
ZeitaltersderLebenswissenschaften.Alleindasisthinreichend,daswissenschaftshistori-
scheInteresseimmerwieder aufihreEntdeckungundspätereRezeptionzurichten.4 Zu
ihrerZeitwarendieArbeitenvonWatsonundCricksowohlalsBeitragzumVerständnis
desVererbungsmechanismusalsauchfürdieMolekularisierungderLebenswissenschaf-
tenimallgemeinenwesentlich.InsoferngeltenihreAufsätzezurDoppelhelix-Strukturaus
demJahr1953zuRechtalsKlassikerderWissenschaftsgeschichte.AufSuperlativeoder
Exklusivität muss man dafür nicht zurückgreifen: Beides ist im Rahmen einer so kom-
plexen historischen Entwicklung, wie sie die Lebenswissenschaften im 20. Jahrhundert
durchliefen,füreinzelneEpisodenkaumzurechtfertigen.EineangemesseneLektüreder
AufsätzevonCrickundWatsonerfordertdaherihreEinbettungindenbreiterenwissen-
schaftshistorischen Kontext. Dazu sind heute sehr gute Voraussetzungen gegeben, denn
dieGeschichtederMolekularbiologie,wieauchdieGeschichtederVererbunginsgesamt,
wurden in jüngerer Zeit intensiv erforscht. Verwiesen sei etwa auf das breit angelegte
ProjektACulturalHistoryofHeredity,bis2011geleitetvonHans-JörgRheinbergerund
Staffan Müller-Wille am Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte in Berlin, in
dessen Rahmen neue Standardwerke entstanden.5 Die vorliegende Einleitung will diese
Werke nicht verdoppeln. Anliegen der folgenden Seiten ist es vielmehr, zu einer Neu-
LektüreeinigerAufsätzeaufdemWegzurDNA-Struktureinzuladen,derenKontextvor
demHintergrundderneuerenForschungerläutertwird.6 ImZentrumstehtdabeidieFra-
ge,wiezuverschiedenenZeitpunktendesletztenJahrhundertsüberGene,ihreNaturund
ihreRolleinderVererbungnachgedachtwurde.
DieEinleitungbeginntmiteinerAnnäherungandenBegriffdesGens,derimZugeder
so genannten Wiederentdeckungder Mendelschen Regeln um 1900 in die Wissenschaft
eingeführt wurde. Der zunächst nur funktionale Begriff des Gens wurde bald überla-
gert von einem auch materiellen Begriff des Gens, indem man Gene auf Chromosomen
lokalisierte. Damit wurde die molekulare Struktur der Gene zu einem relevanten For-
schungsgegenstand.Als Methodeder Wahl, um diese Fragezu bearbeiten,empfahlsich
4NelkinandLindee(1995).
5Müller-WilleandRheinberger(2009),Müller-WilleandRheinberger(2012);alsdeutscheEinfüh-
rung:RheinbergerandMüller-Wille(2009).ImmernochlesenswertistdasentsprechendeKapitel
vonHans-JörgRheinbergerimdeutschenStandardwerkzurGeschichtederBiologie,sieheRhein-
berger(2000b).KlassischeWerkederälterenLiteratursindz.B.Olby(1994),Judson(1996);eine
Kritik des hierin angebotenen Narrativs zweier „Schulen“, die sich in den Personen Watson und
CrickzueinerfruchtbarenSyntheseverbanden,findetsichinAbir-Am(1985).
6UmdieEinleitungsprachlicheingängigerzugestalten,wurdenenglischeZitatevonderAutorin
übersetztbzw.eswurdeauseinerbereitsvorliegendendeutschenÜbersetzungzitiert.DieReferenz
verweiststetsaufdasenglischeOriginal.
1 EinführungindieTexte 3
die Röntgenkristallographie, die zunehmend für die Analyse biologisch relevanter Ma-
kromoleküleeingesetztwurde.DochwaresnichtdieNukleinsäure,diemandafürinden
Blick nahm. Bis in die frühen1950erJahre war dieüberwiegendeMehrheitin der Wis-
senschaftdavonüberzeugt,dassProteinedieTrägerdesErbgutssind.
Zwei schon klassische Experimentalstudien bereiteten der DNA als Erbsubstanz die
Bühne;beide Publikationen sind in diesem Buch nachgedrucktund werden aus wissen-
schaftshistorischer Perspektive erläutert: Dies sind erstens die Arbeiten von Oswald T.
Avery und seinen Mitarbeitern, publiziert im Jahr 1944, in denen die Autoren dafür ar-
gumentierten, dass die stabile Transformation von Bakterien durch ein Agens induziert
wurde,das in allen Eigenschaftder DNA glich;zweitens dieStudievonAlfred Hershey
undMarthaChaseausdemJahr1952,indergezeigtwurde,dassdieReplikationvonBak-
teriophageninesterLinievonderDNAdieserPhagenabhängt.MitdiesenArbeitenwar
dieDominanzderProteinenochnichtbeseitigt,aberdasInteresseanderDNAgeweckt.7
Vor diesem Hintergrundbeschreibtdie Einleitung dannden Weg zur Entdeckungder
DoppelhelixindenJahren1950bis1953,anderverschiedenePersonenundForschungs-
gruppen beteiligt waren: Rosalind Franklin und Maurice Wilkins am King’s College,
London; Francis Crick und James D. Watson am Cavendish Laboratory in Cambridge;
undschließlich,voralleminderRolledesgefürchtetenKonkurrenten,LinusPaulingam
Caltech,Pasadena.DieEpisodeistbisheuteweithinbekanntdurchdieautobiographische
Darstellung von Watson, die im Jahr 1968 als The Double Helix erschien. Daher wird
auch diesesBuchvorgestelltsowie dieheftigeDebatte, diesich daranvorund nachsei-
nerPublikation entzündete.Schließlich wird schlaglichtartig undanwenigen Beispielen
dieweitere, rasanteEntwicklungdermolekulargenetischenForschungskizziert, diesich
schonbaldvonderDoppelhelixselbstentfernte.DazugehörtdasMeselson-StahlExperi-
ment,indemderNachweisfürdenMechanismusderDNA-Replikationerbrachtwurde;
die Entschlüsselung des so genannten „genetischen Codes“, an der Francis Crick maß-
geblichbeteiligtwar;dieAufklärungderProteinbiosynthese,indermandiewesentliche
FunktionderGenesah;einknapperBlickaufdieFolgender„rekombinantenDNA“und
die Anfängeder Gentechnologienund die Entwicklungvon dem Fokus auf dieStruktur
der DNA auf ihre Sequenz. Den Abschluss der Einleitung bildet eine kurzeEinordnung
derDoppelhelix-EpisodeineingrößeresBild,wieessichauseinerinzwischenpost-geno-
mischenPerspektivedarstellt. Denndas„JahrhundertdesGens“,wieEvelynFox-Keller
das20.Jahrhundertbezeichnete,istunwiderruflichvergangen,8unddieGenehabenihre
dominanteStellung als Forschungsobjektverloren.Doch vor dem Niedergangstand der
Aufstieg,unddiesemwendetsichdieEinleitungimFolgendenzu.
7Hagemann(2007)beschreibt,wiebereitsvordiesenExperimenteninMutationsstudienmitUV-
Strahlengezeigtwurde,dassmutageneWirkungv.a.mitStrahlenerzeugtwurden,derenWellen-
längeim AbsorptionsspektrumderNukleinsäurenlagen. Eine Bedeutungdieser Substanzfürdie
Veränderungenwurdedahervermutet,v.a.inKnappetal.(1939),dochwurdedieseVermutungin-
ternationalkaumzurKenntnisgenommenundwenigeJahrespäter(1944)vonEdgarKnappselbst
ineinemVortragwiederrelativiert.
8FoxKeller(2001a).
4 K.Nickelsen
1.2 WasisteinGenundworausbestehtes?
1.2.1 DasGenwirdgeboren
„Gene“ gibt es erst seit 1909. Es war der dänische Botaniker Wilhelm Johannsen, der
diesen Begriff einführte, auf der Suche nach einer Bezeichnung für die zellulären Ur-
sachen von Eigenschaften, ihrer Veränderung und ihrer Weitergabe über Generationen
hinweg.9 DieErforschungdieserPhänomenehatteimLaufedes19.Jahrhundertserheb-
lich an Relevanz gewonnen, und zwar vor allem mit Blick auf die Züchtung von Nutz-
tieren und Saatgut: ein Bereich der Landwirtschaft, der in diesem Zeitraum zunehmend
professionalisiertwurde.WelcheEigenschaftenfürSchafe,WeizenundWeinrebenwün-
schenswertwaren,standdabeiweitgehendaußerFrage.DochdietraditionellenPraktiken
derZüchtung,umdieseEigenschaftenhervorzubringen,schienenverbesserungsfähig.An
die Stelle einer jahrzehntelangenAbfolgevon Versuch und Irrtum sollten gezielte Maß-
nahmen treten – dazu aber musste man zunächst verstehen, nach welchen Regeln sich
Eigenschaften vererben und verändern. Die Arbeit von Gregor Mendel, mit der die Ge-
schichtederGenetiküblicherweisebeginnt,istinebendiesemZusammenhangzusehen.
Dochwareserstdiesogenannte„Wiederentdeckung“seinerBefundeimJahr1900,die
denAufstiegderklassischenGenetikeinleitete,welchedasFeldindererstenHälftedes
20. Jahrhunderts dominierte. Diese Meilensteine der Geschichte der Genetik werden in
dennachfolgendenAbschnittenerläutert.
GregorMendelunddieFaktorenderVererbung
Nochheutesinddiedreisogenannten„MendelschenRegeln“TeildesSchulunterrichtes.
In gängiger Formulierung sind dies: erstens, die Uniformitätsregel, die besagt, dass El-
tern,diehinsichtlicheinesMerkmals„reinerbig“sind,inersterGenerationNachkommen
erzeugen,diealledieselbeAusprägungdesMerkmalsaufweisen;zweitens,dieSpaltungs-
regel, der zufolgeaus Kreuzungen zwischen Individuen, die mit Blick auf ein Merkmal
nicht „reinerbig“ sind, Nachkommen hervorgehen, die verschiedene Ausprägungen des
Merkmals aufweisen, und zwar in statistisch definierter Häufigkeitsverteilung; drittens,
dieUnabhängigkeitsregel,nachderdieAnlagenfürverschiedeneMerkmaleunabhängig
voneinandervererbtundrekombiniertwerdenkönnen.ErläutertwerdendieseRegelnüb-
licherweise anhandMendels eigenemUntersuchungsobjekt,nämlich an der Blüten-und
Fruchtfarbe der Erbsen. Nur selten wird bei Einführung dieser Regeln mit hinreichen-
demNachdruckbetont,dasssienurfürdiploideOrganismengelten(alsofürOrganismen
mit doppeltem Chromosomensatz), und auch dort bei weitem nicht für alle Merkmale.
Doch es ist richtig, dass der Aufstieg des „Gens“ eng mit der Geschichte dieser Regeln
verbundenist,daherbeginntauchdievorliegendeEinleitungandieserStelle.DieBenen-
nungderRegelnerinnertanGregorMendel,einenAugustinermönchinBrünn,eineStadt
in Mähren, damals Teil des Habsburger Reiches. Mendel wurde zu einem der Heroen
9Johannsen(1909).