Практическое эвриковедение

Эрлих Г.
(«ХиЖ», 2012, №2)


Теоретические основы эвриковедения

Как делаются открытия? Как создаются теории? Вот стандартный алгоритм, общепринятый в истории философии и науки. В некой области науки по мере накопления экспериментальных фактов возникают условия для создания теории, связывающей все эти факты воедино. Необходимость такой теории осознает большинство научного сообщества, появляются предтечи, предлагающие частные обобщения. Затем приходит пророк, который скрупулезно рассматривает все факты и критически анализирует все идеи. В результате многолетних размышлений он создает всеобъемлющую теорию, которая вскрывает тайную суть явлений и служит основой для движения вперед по пути познания. При этом зачастую не обходится без озарения, которое играет роль прожектора, внезапно высвечивающего картину связи вещей, и катализатора, ускоряющего создание теории. Последнее сравнение тем более верно, что катализатор, как мы помним, увеличивает скорость химической реакции, но не влияет на положение равновесия, в рассматриваемом случае — Истины, которую отражает новая теория. Соответственно этому алгоритму лепится и образ ученого — всезнающего, мудрого, целиком погруженного в свои исследования и размышления, движимого лишь целью познания истины. Популярность этой схемы объясняется тем, что так должно быть. Кроме того, она признается полезной для воспитания новых поколений ученых.

В реальности же дело обстоит иначе. Идеальная схема подразумевает существование достоверных экспериментальных фактов, так сказать, первичных неоспоримых истин. Но в науке нет ничего абсолютно достоверного, ученые по самой своей природе люди сомневающиеся, сомневающиеся во всем. То, что нередко преподносится нам как истинный, установленный наукой факт, есть лишь отражение мнения большинства научного сообщества или его наиболее влиятельной группировки. При этом всегда находятся люди, которые говорят, что этот факт не доказан или вообще не соответствует действительности.

Наше знание о природе всегда неполно, никакое количество экспериментальных фактов не может дать нам исчерпывающую картину окружающего мира. Факты, которыми располагает научное сообщество, есть лишь некоторый образ этого мира, который еще нужно распознать. Положение усугубляется тем, что один человек просто физически неспособен усвоить и переварить все известные факты, поэтому при создании теории ученый оперирует ограниченным количеством фактов, зачастую меньшей их частью. О других он может просто не знать. Или, зная, отбрасывать их как несущественные или ошибочные (см. выше). Кстати, на размышления о том, чем можно пренебречь, уходит большая часть времени, и здесь же лежит источник многих фатальных ошибок — пренебрегают зачастую принципиально важным. То, что многие открытия в науке делают молодые люди, объясняется среди прочего тем, что они мало знают. Во многой мудрости много печали.

Кроме того, факт факту рознь. Один более важен, другой менее. Это восприятие в значительной мере субъективно. При создании картины явления ученый один факт наносит жирным ярким пятном, другой — маленьким и бледным. У другого исследователя свой взгляд на значимость фактов, у него и картина получается другой. Обе картины — лишь несовершенные образы мира, какая из них больше соответствует истине, сказать трудно. При оценке еще раз вмешивается субъективный фактор. Это как на вернисаже одни восторгаются тщательно выписанным портретом, а ты смотришь: нет, не похож. То ли дело соседний портрет, написанный несколькими смелыми линиями: как живой! Проблема заключается в том, что в науке, в отличие от портретной живописи, нам неизвестен оригинал и мы не можем оценить степень сходства. Сущность гениальности в том и состоит, что гению неким непонятным для нас, простых людей, способом удается угадать правильную картину мира. Часто этому предшествует еще одна догадка —о принципиальном значении какого-то факта. Другие ученые могут полагать его несущественным, ошибочным или досадным исключением из всеобъемлющей теории, но гений возводит его в абсолют, строит на его основе новую теорию, пренебрегая, в сущности, множеством устоявшихся, «достоверных» фактов. Чаще всего это приводит к изгнанию из научного сообщества или к сумасшедшему дому, но, случается, и к смене парадигмы в науке. Нечто подобное сделал Эйнштейн, абсолютизировав скорость света и выведя из этого теорию относительности.

От фактов — к идеям. Большинству людей свойственно думать. Особенно к этому предрасположены ученые, их раздумья воплощаются в идеи, гипотезы, теории. Они не ждут, пока наука накопит достаточное количество фактов для создания теории, толчком к теоретическим построениям им служит любой факт, даже первый и единственный, а иногда они начинают размышлять вообще при отсутствии каких-либо фактов. Так что идеи в научном сообществе генерируются непрерывно, зачастую параллельно и независимо (потом это порождает яростные споры о приоритете), идеи бредовые и гениальные (оценки со временем могут меняться местами), обоснованные и умозрительные. С приближением к критической черте их становится столь много, что они, как говорится, носятся в воздухе.

Критическая черта — это когда фактов накоплено более чем достаточно, а большинство научного сообщества утверждается в мысли, что жить дальше без общей теории невозможно. Выбор обычно делается из нескольких кандидаток. Для этого есть объективные критерии, однако не обходится и без субъективных факторов, таких как давление авторитета создателя одной из концепций, активная реклама, национальные пристрастия, междоусобная вражда между различными научными школами и т. п.

В результате далеко не всегда выбирают лучшую теорию — случается, и просто неправильную. То есть в момент выора она представляется правильной, потому что более или менее удовлетворительно объясняет имеющиеся экспериментальные факты, но создаваемый ею образ мира лишь в малой степени соответствует истинной картине. Поэтому нередки случаи возврата к старым идеям, давно, казалось бы, отвергнутым, надежно похороненным и окончательно забытым. Автора идеи причисляют к гениям, обычно посмертно, а новую-старую теорию вводят в канон.

Парадокс ситуации заключается в том, что идея, воплощающая наиболее адекватный образ мира, может родиться на любой стадии развития науки, ведь ее автору, чтобы верно угадать суть явления, отнюдь не требуется большого количества фактов (см. выше): задним числом мы называем это гениальным прозрением. Сам творец при этом зачастую не слишком соответствует идеальному образу ученого, представленному нами в начале статьи. Он отнюдь не всеведущ и не мудр, открытие он делает не в результате многолетних раздумий, а между прочим, где «прочее» может включать и занятия, далекие от добродетельности. Что присутствует, так это жажда познания, без нее никак нельзя, но двигают им совсем другие мотивы, порой не достохвальные.


Объект исследования

Давайте с точки зрения приведенных выше теоретических положений рассмотрим историю одного из главных открытий ХХ века, по мнению многих ученых,— самого важного. Речь пойдет о расшифровке структуры ДНК. История очень известная и хорошо задокументированная — почти все участники тех событий написали подробные воспоминания. Вся история занимает немного времени, с осени 1951 года до весны 1953-го.

Сначала об экспериментальных фактах, известных ученым на тот момент. Удивительно, но с формальной точки зрения ДНК открыли раньше хромосом. В 1869 году швейцарский ученый Иоганн Фридрих Мишер выделил из ядер клеток лейкоцитов неизвестное вещество и назвал его по местонахождению нуклеином.

Хромосомы разглядели несколькими годами позже, когда научились подкрашивать их определенными красителями. Собственно, за это свойство поглощать красители их и назвали хромосомами («хрома» по-гречески «цвет»).

Долгое время о нуклеине было известно лишь то, что он является кислотой, обладает очень большой молекулярной массой, содержит углерод, азот и фосфор и в отличие от белков химически инертен и стабилен. В 1919 году Фебус Левин, который, кстати, вырос и получил образование в Санкт-Петербурге, а 1893 году эмигрировал в США, установил наконец химический состав нуклеина, в который входили остатки сахара (дезоксирибозы) и фосфорной кислоты, а также четыре азотсодержащих органических основания аденин, гуанин, тимин и цитозин. Вещество обрело привычное нам имя — дезоксирибонуклеиновая кислота, ДНК. Была высказана гипотеза о ее строении: органическое основание соединяется с остатком дезоксирибозы, образуя нуклеозид, тот присоединяет остаток фосфорной кислоты, давая нуклеотид, а они скрепляются между собой в длинную цепь. Гипотеза была в духе времени, ведь именно тогда родилось понятие о полимере.

Косвенное экспериментальное подтверждение она получила в 1937 году, когда англичанин Уильям Астбери (1898 — 1961) получил первые рентгенографические изображения кристалла ДНК: из них следовало, что ДНК имеет регулярную структуру. Химики, в основном усилиями Александера Тодда (1907 — 1997), разобрались со строением и методами получения нуклеотидов и даже научились синтезировать из них короткие цепи, олигонуклеотиды, с заданной последовательностью. За эти исследования Тодд в 1957 году получил Нобелевскую премию по химии. В 1950—1951 годах американский биохимик Эрвин Чаргафф выполнил более скрупулезный анализ ДНК и установил, что в пределах экспериментальной погрешности содержание аденина совпадает с содержанием тимина, то же относится к паре гуанин-цитозин. Впрочем, погрешность была довольно высокой, да и сам метод анализа у многих исследователей вызывал сомнения. Это, в сущности, полный перечень сведений о строении ДНК, известных ученым на момент начала нашей истории.

С другой стороны, о роли ДНК в организме знали еще меньше. Долгое время ученые отводили ей роль арматуры хромосом, хранилища фосфора, регулятора кислотности в ядре клетки, были и другие гипотезы. Идею о том, что ДНК служит носителем наследственной информации, никто из ученых всерьез не рассматривал. Сейчас можно найти ссылки на то, что выдающийся русский биолог Николай Константинович Кольцов (1872—1940) еще в 1928 году писал о присутствии в хромосомах гигантских молекул, ответственных за наследственность, состоящих из двух зеркальных цепочек, каждая из которых при удвоении играет роль шаблона (темплата) для синтеза второй цепочки. Прозрение из разряда гениальных, но, во-первых, ниоткуда не следует, что Кольцов говорил о ДНК, а во-вторых, идея в те годы прошла незамеченной.

Все внимание ученых было приковано к белкам, связанным с ДНК и образующим с ней хромосому. Белки обладали заведомо более сложным строением (двадцать строительных блоков против четырех в ДНК) и множеством экспериментально подтвержденных биологических функций. ДНК в сравнении с ними смотрелась как унылый бесконечный забор, сложенный из четырех повторяющихся бетонных плит, рядом с затейливыми нарядными особняками. Впрочем, о строении белков тоже знали очень мало. К моменту начала нашей истории было установлено лишь наличие первичной структуры белка, то есть определенной последовательности аминокислот.

Считается, что первыми убедительно доказали определяющую роль ДНК в передаче наследственной информации американцы Освальд Эвери, Колин Маклеод и Маклин Маккарти в ходе изящного эксперимента, выполненного на бактериях в 1943 году. Их сообщение не потрясло основы генетики. Во-первых, время было неподходящее для научной революции — мировая война, во-вторых, многие ученые просто пропустили эту публикацию, а ознакомившиеся высказали свои сомнения. Кроме того, для большинства биологов все эти исследования если и представляли интерес, то лишь досужий. Они привыкли оперировать с хромосомами, клетками, организмами, а уж что там служит действующим началом — дело второе. Ученые вполне комфортно чувствовали себя в рамках существовавшей методологии. Еще меньший интерес они проявляли к структуре ДНК. Все это была какая-то мудреная, незнакомая им химия, и они совершенно не представляли себе, как знание вышеозначенной структуры может помочь им в их работе.


Субъекты

Теперь о главных действующих лицах нашей истории. Перечисляю в порядке возраста.


Практическое эвриковедение | Научно-популярный журнал «Химия и Жизнь»

Фрэнсис Крик
Фото: Кавендишская лаборатория, Кембридж

Фрэнсис Крик, 35 лет, англичанин, физик по образованию, громогласный, многословный, заносчивый, увлекающийся и фонтанирующий идеями. Во время войны занимался разработкой магнитных мин. После прочтения книги Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь?» заинтересовался биологией, работал какое-то время в лондонском Королевском колледже у Джона Рэндалла, откуда его выгнали за несносный характер. С 1949 года работал в Кембридже в Кавендишской лаборатории в группе Макса Перуца, занимался рентгенографическим изучением белков, собирая материал для кандидатской диссертации. Неудачник по формальным показателям, непризнанный (пока) гений.


Практическое эвриковедение | Научно-популярный журнал «Химия и Жизнь»

Морис Уилкинс
Фото: nobelprize.org

Морис Уилкинс, 35 лет, уроженец Новой Зеландии, в шесть лет переехавший с родителями в Англию, физик по образованию, хрестоматийный ученый —в очках, мягкий, скромный, погруженный в науку. Во время войны работал над созданием экранов для радаров, затем участвовал в Манхэттенском проекте в Калифорнии. После войны перешел в биологию, чистую во всех смыслах науку. Все это время работал в Королевском колледже, где познакомился и подружился с Криком. Был одним из пионеров рентгенографического исследования кристаллов ДНК, которую считал важнейшей биологической молекулой. Работал методично, основательно, без спешки, не думая о приоритете и громких открытиях. Его характер лучше всего отражает название книги его воспоминаний: «Третий мужчина в истории двойной спирали».


Практическое эвриковедение | Научно-популярный журнал «Химия и Жизнь»

Розалинд Франклин

Фото: A Other / flickr.com

Розалинд Франклин, 31 год, из еврейской банкирской семьи, химик по образованию, резкая в суждениях, нетерпимая в спорах, последовательно отстаивавшая идею женского равноправия. После защиты кандидатской диссертации в 1945 году в Кембридже переехала в Париж, где занималась рентгеноструктурным анализом углей и графита и достигла в этом высокого профессионализма. В 1950 году Джон Рэндалл пригласил ее на работу в Королевский колледж в Лондоне. Предполагалось, что Франклин будет заниматься исследованиями ДНК вместе с Уилкинсом, фактически в роли его ассистентки. Франклин настояла на том, что будет работать самостоятельно и что ей передадут все новое оборудование и лучшие образцы кристаллической ДНК, имевшиеся в распоряжении лаборатории, к ней же в качестве аспиранта перешел и единственный сотрудник Уилкинса Раймонд Гослинг. Уилкинс ничего не смог противопоставить такому напору, он постенал и смирился, продолжив работать на том оборудовании, что у него было раньше, и с теми образцами, которые ему оставили. Стиль работы, впрочем, у них был одинаковый — последовательный и скрупулезный. К ДНК Франклин относилась как к объекту рентгеноструктурного анализа, довольно интересному с этой точки зрения.


Практическое эвриковедение | Научно-популярный журнал «Химия и Жизнь»

Джеймс Уотсон
Фото: nobelprize.org

Джеймс Уотсон, 23 года, американец, длинный, тощий, лохматый, признанный гений с детства. В 15 лет поступил в Чикагский университет, в 22 года защитил кандидатскую диссертацию по зоологии. Был первым и, как часто бывает, любимым аспирантом Сальвадора Лурии (1912—1991), перебравшегося в США из Италии и ставшего в 1969 году нобелевским лауреатом по физиологии и медицине «за открытия, касающиеся механизма репликации и генетической структуры вирусов». Уотсон подключился к исследованиям в самом их начале, собственно, именно этим он и занимался в своей аспирантской работе. Тогда он впервые услышал об эксперименте Эвери — Маклеода — Маккарти и безоговорочно уверовал в то, что ДНК служит носителем наследственной информации. Однако ни он, ни его руководители ничего не понимали в нуклеиновых кислотах, так что Уотсона в 1950 году отправили на стажировку в Данию к известному биохимику Герману Калькару, который работал в этой области. Они не нашли взаимопонимания, Уотсон хотел заниматься структурой ДНК, у Калькара на его счет были свои планы, и год стажировки прошел почти что впустую. Весной 1951 года Уотсон уехал на конференцию в Неаполь, где услышал доклад Уилкинса. Из него он впервые узнал, что для установления структуры ДНК может быть использован метод дифракции рентгеновских лучей. О самом методе Уотсон тоже знал понаслышке. Для освоения метода он стал добиваться перевода в Кембридж. Осенью 1951 года Уотсон прибыл в Кавендишскую лабораторию, в группу Макса Перуца, где встретил родственную душу — Фрэнсиса Крика. Они быстро сошлись.


Не угадали!

Собственно, в этот момент и начинается наша история. В Кавендишской лаборатории царила нервная обстановка из-за недавнего сообщения Полинга о расшифровке вторичной, пространственной, структуры белков. Пусть это была всего лишь гипотеза, но приоритет в открытии альфа-спирали теперь принадлежал Полингу — американцу! Это понимал и Уильям Брэгг, директор лаборатории, справедливо считавший себя одним из отцов рентгеноструктурного анализа, и Макс Перуц, на протяжении нескольких лет совершенствовавший технику съемки дифрактограмм и методы их расчета и вплотную подошедший к расшифровке структуры белков. Уильям Лоренс Брэгг (1890 — 1971), будучи студентом-исследователем в Кембридже, предложил в 1912 году уравнение, описывающее дифракцию рентгеновских лучей на кристаллах и позволяющее рассчитывать положение атомов в кристалле. За это открытие он вместе со своим отцом Уильямом Генри Брэггом получил в 1915 году Нобелевскую премию по физике, став самым молодым лауреатом за всю историю премии.

Они жаждали реванша, это стало навязчивой идеей — их и Крика. И тут Крику представился случай впервые проявить себя во всей красе. Буквально за два дня он вместе с двумя другими сотрудниками лаборатории, Стоуксом и Кокрэном, разработал математическую модель, предсказывающую, как спиральная структура должна отражаться в рентгеновских дифрактограммах. Написанную тут же статью немедленно послали в журнал «Nature», а копию Полингу — знай наших!

Но это было лишь малой компенсацией. Никто почему-то не сомневался, что следующим объектом, за который примется Полинг, будет ДНК, а уж если он возьмется, то непременно сделает. Мы должны опередить его, это будет наш триумф! Крик с Уотсоном, отбросив все дела, стали размышлять, как подступиться к проблеме. Уотсон безоговорочно уверовал в спираль, как раньше уверовал в ДНК. Он знал, что спираль — самая простая из природных форм, поиск вначале надо было вести в этом направлении. Крик посоветовался с Уилкинсом, тот показал полученные им дифрактограммы. Они согласились, что в них явственно проступают черты спирали. Уилкинс предположил, что эта спираль состоит из трех полинуклеотидных цепей. Уотсон посетил доклад Франклин о работе, проделанной в Королевском колледже. Отчет был довольно туманным, Франклин явно не спешила выносить на суд слушателей свои выводы, кроме главного: «бесспорные факты могут быть получены только после того, как будет накоплено достаточно данных, чтобы провести более тонкий кристаллографический анализ».

На Уилкинса и Франклин было мало надежды, они могли получать свои улучшенные дифрактограммы и полгода, и год. Крик с Уотсоном решают идти путем Полинга: не дожидаясь экспериментальных результатов, попытаться собрать молекулярную модель ДНК из шариков, изображающих атомы, и стерженьков. Проблема заключалась в том, что с химией они оба были не в ладах. Пришлось опять обращаться за помощью к Полингу, из его срочно купленной книги «Природа химической связи» они почерпнули необходимые им сведения, включая данные о размере атомов и длине химических связей. Они остановились на варианте с тремя цепями, располагающимися внутри молекулы ДНК, и торчащими наружу азотистыми основаниями. Но как цепи скрепляются между собой? Наиболее вероятным им показалось предположение, что в этом участвуют ионы типа магния. Никакими экспериментальными данными по присутствию ионов магния в ДНК они не располагали, но ведь не было и данных, указывающих на их отсутствие. Они крутили свою модель и так, и эдак, пока она вдруг не закрутилась сама в изящную спираль с шагом, почти в точности соответствующим параметрам кристаллической решетки, которые получили Уилкинс и Франклин. Задача была решена!

Уилкинса и Франклин пригласили посетить Кембридж для ознакомления с великим открытием. Франклин подвергла модель уничтожающей критике. По ее данным, цепи должны располагаться на периферии молекулы, а не внутри. И причем здесь спираль? Нет там никакой спирали! Она не собирается делиться с ними полученными ею данными. Она возмущена тем, что ей пришлось ехать за тридевять земель (70 км), чтобы посмотреть на эти детские игры в конструктор. Так открытия не делаются, открытия делаются правильно!

Ее мнение быстро донесли до Брэгга. И тот... запретил Крику и Уотсону впредь заниматься ДНК и настоятельно рекомендовал им вернуться к выполнению их прямых обязанностей. Исследования ДНК были объявлены вотчиной Королевского колледжа, Кавендишская лаборатория самоустранилась от участия в гонке. Столь ценимые в Англии правила «честной игры» превыше всего! Перед ними поблекли познание истины и конкуренция с Полингом. Крик с Уотсоном подчинились приказу начальства, у них не было выбора. Приближались рождественские каникулы. Первый акт продолжался чуть более трех месяцев. Наступил длительный антракт.


Делайте что хотите, но сделайте это!

Крик занимался экспериментами по своей диссертации. Уотсон приступил к работе с вирусом табачной мозаики. Он решил наконец на практике освоить метод рентгенографического анализа. Через месяц он научился получать вполне сносные дифрактограммы. Уотсон был настолько поглощен идеей спирали, что быстро разглядел ее ив вирусе и представил, как она может образовываться. В такой ситуации частенько случается, что исследователь выдает желаемое за действительное, однако Уотсон попал точно в цель. Это само по себе было важным научным результатом, но его-то интересовала структура ДНК!

Думать о ДНК ему с Криком никто запретить не мог. Если верить Франклин, сахарные цепи располагались по краю молекулы, следовательно, спираль скреплялась за счет какого-то взаимодействия между азотистыми основаниями. Крик ненадолго увлекся идеей, что плоские основания уложены в подобие пачек, на это вроде бы указывали некоторые кристаллографические данные. Он даже попросил одного своего приятеля помочь ему с квантово-химическими расчетами такого взаимодействия. Уотсон же погрузился в изучение основ химии по книге Полинга, надеясь найти в ней ответы на мучившие его вопросы.

В мае в Лондоне прошла конференция по структуре белков. Все с замиранием сердца ждали приезда Полинга, но у него именно тогда американские власти отобрали паспорт в качестве мелкой мести за антивоенную деятельность. Впрочем, через месяц Полинг объявился на биохимическом конгрессе в Париже, где ни словом не обмолвился о ДНК. В Англии облегченно выдохнули. Тогда же в Кембридж приехал Чаргафф. Джон Кендрю, ближайший сотрудник Перуца, благоволивший Крику и Уотсону, устроил их встречу в неформальной обстановке. Уотсон знал о «правиле Чаргаффа», но не придавал ему большого значения. Он как-то рассказал о нем Крику, но тот пропустил эту информацию мимо ушей. Чаргаффу не потребовалось много времени, чтобы понять это, и ему, естественно, это очень не понравилось. Как и то, что Крик, многословно объясняя Чаргаффу результаты квантово-химических расчетов, не смог без подсказки нарисовать формулы азотистых оснований. Они вообще ему не понравились. Несколько месяцев спустя Чаргафф в письме Кендрю поинтересовался, чем сейчас занимаются «его клоуны от науки». По иронии судьбы именно в тот момент Крик с Уотсоном наводили последний глянец на свою историческую модель. Пока же они занимались другими делами. Как вспоминал Уотсон: «В конце октября Фрэнсис попробовал подбить меня на вторую попытку раскрыть структуру ДНК. Но мне показалось это бессмысленным. Никаких новых фактов, которые могли бы сгладить неприятные воспоминания в нашем позорном поражении прошлой зимой, не появилось». Тогда же в Кембридж на стажировку приехал сын Полинга — Питер. Работать ему выпало в одной комнате с Криком и Уотсоном. В ходе дружеской беседы он разболтал, что отец поглощен идеей скручивания между собой самих альфа-спиралей в молекулах белка кератина, содержащегося в волосах. Это была хорошая новость для Уотсона и плохая для Крика, ведь близкой проблемой тот занимался в своей диссертации. Припертый к стене Крик набросился на работу с удвоенной энергией и вскоре создал вполне корректную математическую модель скручивания спиралей. Статья была незамедлительно отослана в «Nature» с надеждой, что она выйдет одновременно со статьей Полинга, а то и раньше.

История тихо катилась к печальному концу. Крик размышлял над предложением поработать год в США. Стажировка Уотсона была не вечной. Франклин объявила, что в марте она переходит на работу в Биркбек-колледж, где будет заниматься исследованиями вируса табачной мозаики, объекта с точки зрения рентгенографии более интересного, чем ДНК. Главным же было то, что руководитель тамошней лаборатории Джон Бернал был известным борцом за женское и всяческое другое равноправие. Он гарантировал Франклин полную самостоятельность в рамках сельскохозяйственного гранта и должность, в наших терминах, старшего научного сотрудника. Один Уилкинс пребывал в радужном настроении, предвкушая годы спокойной работы по установлению структуры ДНК.

Гром грянул опять же в канун Рождества. Питер Полинг обмолвился в разговоре, что, мол, отец прислал письмо, в котором среди прочих семейных новостей сообщил, что он установил структуру ДНК. Об этом были немедленно извещены все, включая Брэгга и Перуца. Кендрю пытался утешить расстроенных Крика с Уотсоном, говоря, что Полинг мог и ошибиться. Полинг — не мог, отвечали те.

В первых числах февраля 1953 года Полинг прислал в Кембридж два экземпляра своей статьи, один — Брэггу, второй — сыну, который недолго думая показал ее Крику и Уотсону. Те не смогли скрыть радость, когда увидели тройную спираль ДНК, в которой обращенные внутрь цепи были скреплены водородными связями. Это они уже проходили, это была ошибка! Еще они поразились тому, что фосфатные группы в структуре Полинга были связаны с атомом водорода. Как же так, ведь ДНК — это кислота, это экспериментальный факт, в кислоте нет никаких атомов водорода! Это восклицание говорило, скорее, об их собственной химической малограмотности и неспособности понять оригинальный ход мысли Полинга. Как бы то ни было, они разнесли по лаборатории весть, что Полинг допустил элементарную химическую ошибку, за которую в колледжах ставят двойки на экзаменах по химии.

Все понимали, что это лишь временная передышка. Полинг, несомненно, обнаружит ошибку и тогда уж сделает все, как полагается. Но при этом без всяких на то оснований возродились надежды на реванш. Брэгг отменил свое вето на занятия ДНК и выдал Крику с Уотсоном карт-бланш: делайте что хотите, но сделайте это! С одной стороны, это свидетельствовало о некой мистической уверенности в том, что если кто и способен в кратчайшие сроки решить эту великую задачу, то только эти два самоуверенных шалопая. С другой стороны, в Кавендишской лаборатории просто не было других специалистов, достаточно знакомых с проблемой ДНК.

Перед лицом «американской угрозы» были преданы забвению все правила честной игры. Опуская малоприглядные детали, скажу лишь, что Крику с Уотсоном обеспечили доступ к результатам, полученным Франклин, без ее, естественно, ведома. Парадокс ситуации заключался в том, что Франклин, яростно отрицавшая саму идею спирали, приложила столь много усилий, чтобы развенчать ее, что в результате получила самые убедительные доказательства в пользу существования спирали. Такое, впрочем, часто случается в науке. Уотсону хватило одного быстрого взгляда на показанную ему Уилкинсом дифрактограмму, чтобы «увидеть» спираль. Эта «фотография 51», вошедшая в историю науки, лежала в столе Франклин с июля прошлого года.

Крик с Уотсоном вернулись к молекулярным моделям, заказав в мастерских комплект металлических пластинок, с геометрической точностью отображавших строение азотистых оснований. Уотсон настоял на построении двойной спирали. Его аргумент был неотразим даже для физика Крика: все важные биологические объекты бывают парными! Но начали они по-прежнему с осмеянной модели, где остов молекулы находился в центре. Никто не мог понять, почему Франклин настаивала на периферийном расположении цепей, из ее данных это явным образом не следовало. Ничего хорошего у них не получилось. Тогда Уотсон решил попробовать раздвинуть цепи и обратить основания внутрь, с него не убудет. Но тут возникла опять же старая проблема: как основания из разных цепей связываются друг с другом и скрепляют таким образом молекулу? Ответ подсказал все тот же Полинг — водородные связи! Уотсон бросился в библиотеку читать статьи на предмет образования водородных связей между молекулами азотистых оснований.

Все равно не сходилось. Как ни крутили Уотсон с Криком пластинки, изображавшие азотистые основания, модель получалась какая-то кособокая, скучная, некрасивая, в общем, неправильная. Помог им Джерри Донохью, который вот уже полгода сидел за своим столом в их комнате, а до этого несколько лет проработал в Калифорнийском технологическом институте, рядом с Полингом. Он увидел структурные формулы оснований, которые Уотсон выписал из книги Дэвидсона «Биохимия нуклеиновых кислот», и небрежно бросил: эти формулы, которые рисуют в учебниках, какие-то липовые, нутром чую, что на самом деле эти соединения существуют в другой таутомерной форме. Он имел в виду кето-енольную таутомерию, но для нас здесь, как и для Уотсона, самое важное заключается в том, что различные таутомеры обладают разной геометрией.

С новыми формами дело пошло. Аденин вдруг идеально сложился с тимином, а гуанин с цитозином, и размеры у двух этих пар совпали. Это означало, что модель спирали будет ровной и гладкой. Вдобавок из этого напрямую вытекало правило Чаргаффа, к которому оба конструктора продолжали испытывать недоверие. А еще — что любая данная последовательность оснований одной цепи автоматически определяла последовательность другой, это была своеобразная зеркальная, или комплементарная симметрия, было легко представить, как одна цепь становится матрицей для синтеза другой. Ждать, пока механики изваяют новые металлические пластинки, не было сил, Уотсон принялся вырезать точные изображения оснований из толстого картона. Крик во время ланча помчался в паб «Орел», любимое вместо встречи ученых из окрестных колледжей, и принялся рассказывать всем встречным-поперечным, что они с Уотсоном раскрыли секрет жизни. На календаре было 28 февраля — второй акт нашей истории продолжался менее четырех недель.


Победа

Через неделю Крик с Уотсоном закончили пайку окончательной модели двойной спирали ДНК. Приехал Уилкинс, бегло осмотрел конструкцию и тут же отправился обратно в Лондон — надо было проверить, насколько предсказываемые ею параметры соответствуют экспериментальным данным. Через несколько дней и Уилкинс, и Франклин подтвердили: все в точности совпадает. Валом валили сотрудники лаборатории, прослышавшие об открытии. Едва оправившись от гриппа, прибыл Брэгг. Он был доволен. «А что думает по этому поводу Тодд?» — задумался Брэгг. К Тодду, главному специалисту в мире по химии нуклеиновых кислот, работавшему буквально за стенкой, Крик с Уотсоном почему-то не обращались за консультациями. Позвали Тодда. «Отличная химическая работа», — резюмировал он.

Показательно, что ни у кого не возникло ни малейших сомнений в правильности модели. Она была красива и совершенна, это не было творением рук или ума человеческого, такое могла сделать только Природа. Это была Истина, самоочевидная и самодостаточная, не требующая никаких других доказательств. Вот и Полинг был сразу покорен ею. Как выяснилось, он знал о проводимых в Англии исследованиях. В начале апреля Полинг намеревался посетить Королевский колледж по дороге в Брюссель на Сольвеевскую конференцию по белкам. Его интересовали некоторые детали рентгенографических исследований. Со структурой ДНК ему уже все было ясно.

Неясности были с публикацией. В эйфории от победы все стали добрыми и вспомнили о честной игре, не забывая при этом о приоритете. В конце концов сошлись на том, что результаты будут опубликованы одновременно в трех статьях, написанных отдельно Уотсоном с Криком, Уилкинсом и Франклин. Уотсон с Криком уложились в 900 слов, в одну страницу журнального текста. «Скромное» название — «Строение дезоксирибозной нуклеиновой кислоты». Первая ссылка была на Полинга.

Брэгг продавил публикацию в ближайшем номере журнала «Nature», статьи вышли из печати 25 апреля 1953 года. В номере от 30 мая Уотсон с Криком опубликовали еще одну статью, на две с небольшим страницы, где они обсудили возможный механизм репликации (удвоения) ДНК в свете предложенной ими структуры. Статья носила чисто гипотетический характер, потому что никаких экспериментальных фактов не было ив помине. Как показала дальнейшая история, в целом они не ошиблись.

Будет большим преувеличением сказать, что сообщение о расшифровке структуры ДНК произвело эффект разорвавшейся бомбы даже в рядах научного сообщества, не говоря о широкой общественности. Впервые об этом сообщил 8 апреля лично Брэгг на упомянутой уже конференции в Брюсселе. Ни одна британская газета не откликнулась на этой событие. После публикации в «Nature» были инспирированы статьи в ряде ведущих английских и американских газет, но и они не вызвали ажиотажа. Тут смерть Сталина, грядущая коронация Елизаветы II — не до ерунды!


Послесловие

А как отразилось сделанное открытие на судьбе наших главных героев?

Начнем с Розалинд Франклин. Она, как вы помните, в марте 1953 года уже перешла на другую работу. Несколько недель спустя Франклин попросила Крика показать ей модель. Она ее не впечатлила. Франклин сохранила как старую, непонятную неприязнь к молекулярным моделям, так и твердую убежденность в том, что так работать неправильно, так открытия не делаются. В изучении вируса табачной мозаики она вновь продемонстрировала свой высокий профессионализм, не только подтвердив предварительные результаты Уотсона, но и сильно продвинувшись вперед. К сожалению, в 1958 году Розалинд Франклин скончалась от рака.

Фрэнсис Крик в 1954 году защитил наконец кандидатскую диссертацию по дифракции рентгеновских лучей на белках, потом уехал на год в Америку. В 1956 году они с Уотсоном опубликовали еще одну совместную статью, посвященную строению малых вирусов, после чего их научные пути разошлись. По возвращении из США Крик занялся проблемой синтеза белков и сформулировал в 1958 году так называемую центральную догму молекулярной биологии, заключающуюся в том, что наследственная информация в живых организмах передается по цепочке ДНК — РНК — белок, но никак не наоборот. Он же утвердил в генетике всем хорошо известную концепцию триплетного генетического кода. Работы эти были чисто умозрительными, но впоследствии блестяще подтвердились. В 1962 году Крик вместе с Уотсоном и Уилкинсом получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине за открытие структуры ДНК. В 1976 году Крик перебрался в США, где занимался преимущественно проблемами мозга и сознания, увлекаясь периодически и другими идеями. Скончался он в 2004 году.

В том же году ушел из жизни его ровесник Морис Уилкинс. Он единственный из всех остался верен ДНК и в течение нескольких лет методично накапливал экспериментальный материал, подтверждающий правильность созданной Уотсоном и Криком модели. Так что включение его «третьим» в список нобелевских лауреатов было абсолютно оправданно. Да и вся его дальнейшая научная карьера была образцовопоказательной, хотя и без громких свершений.

Джеймс Уотсон, самый молодой из них, здравствует и поныне. Он проводил исследования в самых различных областях молекулярной биологии и, в частности, приложил много усилий для выяснения генетической природы рака. Время от времени своими высказываниями и делами подтверждает репутацию анфан тэррибль современной генетики. В 1990 году по его инициативе был начат проект «Геном человека», возможно, самый масштабный международный научный проект в истории человечества. В течение двух лет он руководил этими работами.

Как-то раз я стоял в лондонском Музее науки и любовался моделью ДНК, реконструированной из деталей, которые сделали Уотсон и Крик. Подошла группа старшеклассников, учитель или экскурсовод рассказывала им, как было сделано открытие, что-то вроде описанного в самом начале главы. А у меня в голове вдруг зазвучали ахматовские строки:


Когда б вы знали, из какого сора

Растут стихи, не ведая стыда,

Как желтый одуванчик у забора,

Как лопухи и лебеда.


Сердитый окрик, дегтя запах свежий,

Таинственная плесень на стене...

И стих уже звучит, задорен, нежен,

На радость вам и мне.


Ключевое слово в этих строках — не «сор», а «радость». Причем радость не столько для автора произведения (открытия), сколько для окружающих. Трудно искать черную кошку в темной комнате, особенно если ты не знаешь, как выглядит кошка. Именно такими поисками и занимались ученые в пятидесятых годах прошлого века. Величие Уотсона и Крика состоит в том, что они точно угадали строение ДНК и тем самым показали своим коллегам, что и где искать. Насколько это важно, видно из событий, последовавших сразу же за первой демонстрацией гипотетической модели двойной спирали: Франклин и Уилкинс, долгое время бившиеся над расшифровкой экспериментальных рентгенограмм ДНК, свели концы с концами за несколько дней. Кроме того, модель позволяла сделать правдоподобные предположения о механизме копирования ДНК и о химической природе генетического кода. Если раньше генетики, образно говоря, торговали воздухом, то теперь они обрели твердую валюту в виде нуклеотидов и последовательности их соединения в цепи ДНК. После некоторого периода осмысления, неизбежного при всяком революционном открытии, ученые сосредоточили усилия на экспериментальной проверке высказанных предположений, что очень быстро привело к новым открытиям, многие из которых были удостоены Нобелевских премий. Это ли не повод для радости всего научного сообщества? А радость ученых сулит и нам, простым людям, приятные минуты, ведь их открытия рано или поздно превращаются в технологии, приспособления и устройства, делающие нашу жизнь более комфортной, веселой и безопасной.

123

Разные разности

11.01.2021 16:00:00

…предложена методика построения электрофизической модели верхнего слоя грунта Луны на основе данных о его минералогическом составе и диэлектрических свойствах…

…масса всего, что сделано человеком, превысила суммарный вес всех живых существ на планете…

…в сельских районах жарких стран можно стерилизовать инструменты в автоклавах с помощью солнечного тепла…



>>
29.12.2020 14:00:00

Пандемия КОВИД-19 уже к июлю 2020 года обошлась мировой экономике в 6—16 триллионов долларов. А к четвертому кварталу 2021 года потери только США превысят 16 триллионов. Всех этих потерь можно было избежать, проведя комплекс понятных специалистам мероприятий.

>>
23.12.2020 16:00:00

В мире политики установилась новая норма: победитель выходит с перевесом в считаные доли процентов голосов. Какой механизм может лежать в основе такого электорального равенства? Многие социологи ломали головы, но вот за дело взялись профессиональные физики, и всё стало на место.

>>
07.12.2020 17:00:00

…впервые получены доказательства изменения вида черной дыры с течением времени…

…криоэлектронная микроскопия теперь позволяет получить структуру белка с атомарным разрешением…

…самки китовых акул растут медленнее, чем самцы, но в конце концов вырастают крупнее; особи длиной более 12 метров — преимущественно самки…

>>
04.12.2020 17:00:00

В числе аргументов противников пьянства появился новый. Его предоставили исследователи из Миссурийского университета.

>>