От Дарвина до Эйнштейна. Величайшие ошибки гениальных ученых, которые изменили наше понимание жизни и вселенной

Ливио Марио

Первые работы о структуре и составе нуклеиновых кислот, которыми занимался биохимик Фоэбус Левен (родившийся в России под именем Фишель Аронович Левин. – Прим. перев.) не помогли пробудить интерес к этим молекулам. Хуже того, эти исследования привели к прямо противоположному результату. Левен сумел отличить [201] дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) от рибонуклеиновой кислоты (РНК) и выявить некоторые их качества. Однако его изыскания оставляли впечатление, что это довольно-таки простые и неинтересные вещества, неспособные играть важную и сложную роль руководителей роста и размножения. По словам цитолога Эдмунда Бичера Уилсона: «Нуклеиновые кислоты клеточного ядра в целом отличаются удивительным однообразием… В этом отношении они представляют собой прямую противоположность белкам: белки, и простые, и сложные, неистощимо разнообразны» [202] .

201

См., в частности, Levene and Bass 1931. Прекрасный обзор ранних трудов Левена см. у Olby 1974, p. 73–96.

202

Wilson 1925.

Подобные взгляды были приняты на протяжении всех сороковых годов. К тому времени уже стало известно, что ДНК состоит из неразветвленной цепочки единиц, получивших название нуклеотидов. Сами нуклеотиды также представлялись довольно несложными: каждый состоял из трех частей – фосфатной группы (атом фосфора,

соединенный с четырьмя атомами кислорода), пятиатомного сахара и одного из четырех азотистых оснований. Эти четыре основания – это моноциклические цитозин и тимин (у которых одно кольцо) и бициклические аденин и гуанин (у которых кольцо двойное) (см. илл. 13). Однако даже в 1951 году еще не было известно, какова структура нуклеотидов на самом деле, как именно соединяются друг с другом их составные части и какова природа связей между самими нуклеотидами. Хотя все это с химической точки зрения было довольно занимательно, к концу 1951 года большинство генетиков все еще считали [203] , что роль ДНК, в сущности, сводится к структурной и она, вероятно, не связана прямо с наследственностью, а служит своего рода подпоркой для более сложных белков. Само по себе это было странно, поскольку еще в 1944 году была опубликована статья, в которой биологи Освальд Эвери, Колин Маклеод и Маклин Маккарти представили солидные экспериментальные свидетельства того, что генетический материал живых клеток состоит из ДНК. Эвери с коллегами [204] вырастили большое количество болезнетворных бактерий, затем сумели разложить их на биохимические составляющие и сделали вывод, что именно молекулы ДНК, а не белки и не жиры, отвечают за то, чтобы превращать неболезнетворных бактерий в болезнетворные. В мае 1943 года Эвери написал своему брату Рою письмо, где рассказывал о результатах своих исследований, и в заключение добавил: «Вот, собственно, и все, Рой, и я не знаю, правда это или нет, однако мы отлично поработали и повеселились на славу» [205] . Причина, по которой результатам Эвери не уделили должного внимания, вероятно, состоит в том, что поскольку ни один из трех ученых не был генетиком, свои выводы они формулировали до того осторожно, что многие биологи и биохимики так и не смогли оценить всего их масштаба. Вывод статьи гласил: «Даже если бесспорно, вне всяких сомнений доказать, что преобразующая активность материала, описанного в этой статье, и в самом деле имманентно присуща нуклеиновой кислоте, все же при изучении специфически биологического аспекта ее воздействия следует опираться на химические основания». Осторожный читатель должен был принять в расчет и краткий итог статьи: «Полученные данные… свидетельствуют, что в пределах данного метода активная фракция не содержит никакого белка, который можно было бы продемонстрировать… и состоит в основном, а может быть, и исключительно из высокополимеризованной вязкой формы дезоксирибонуклеиновой кислоты».

203

Эту идею, известную как «белковая парадигма», описывает, в частности, Kay 1993.

204

Avery, MacLeod, and McCarty 1944.

205

Письмо было написано 13 мая 1943 года. Оно входит в архив «The Oswald T. Avery Collection», доступный по ссылке Profiles in Science: National Library of Medicine: http://profiles.nlm.nih.gov/ps/retrieve/Collection/CID/CC

Полинг был знаком с работой Эвери, однако даже он в более позднем интервью признался, что в то время не поверил, что ДНК имеет такое прямое отношение к наследственности: «Я знал о доводах в пользу того, что ДНК – это наследственный материал. Однако я с этой идеей не был согласен – понимаете, мне так нравились белки, что я считал, что наследственный материал – это именно они, а не нуклеиновые кислоты». Химик Питер Полинг, сын Лайнуса, также подтверждал, что точка зрения его отца была именно такова. В короткой статье, написанной в 1973 году, Питер писал: «Для моего отца нуклеиновые кислоты были просто интересными химическими соединениями, примерно как хлорид натрия [обычная поваренная соль]: оба эти вещества интересны, с обоими связаны интересные структурные задачи» [206] .

206

Pauling, P. 1973.

Тем не менее к концу 1951 года появилась незаурядная статья биохимика Эдварда Ронвина [207] , который тогда работал в Беркли, и Полинг так ею заинтересовался, что тут же приступил к решительным действиям. Статья Ронвина была озаглавлена «Остаток фосфорной кислоты в нуклеиновых кислотах» и вышла в ноябре 1951 года. В ней Ронвин предложил новый «дизайн» ДНК, при котором каждый атом фосфора связывается с пятью атомами кислорода, а Полинг – химик-структуралист до мозга костей – был полностью убежден, что он может быть связан только с четырьмя. Рассерженный Полинг (совместно с химиком Вернером Шомакером) мгновенно ответил краткой заметкой, адресованной редактору «Journal of the American Chemical Society», в которой первым делом заявил: «При описании гипотетической структуры вещества прежде всего надо следить, чтобы структурные элементы, на которые опирается гипотеза, не противоречили действительности». Заключение Полинга и Шомакера было еще язвительнее: «Объединение пяти атомов кислорода вокруг каждого атома фосфора настолько невероятно», писали они, что предполагаемая формула ДНК «не стоит дальнейшего рассмотрения». Ронвин сердито ответил [208] , что есть и другие вещества, где атом фосфора соединяется с пятью атомами кислорода. Полинг и Шомакер [209] были вынуждены отозвать это замечание, высказанное в крайне резких выражениях, однако продолжали настаивать, и совершенно справедливо, что структуры подобного типа крайне чувствительны к влаге, а значит, они не слишком вероятные кандидаты на роль структуры ДНК. Этот спор ничего бы не значил, но он натолкнул Полинга на размышления о том, как может быть устроена ДНК. Чтобы добиться прогресса, ему нужны были высококачественные снимки рентгеновской дифракции ДНК, поскольку опубликованы были только очень старые снимки, которые сделали Уильям Астбери и Флоренс Белл в 1938–39 годах. К сожалению, получить хорошие рентгеновские снимки было не так-то просто. В начале пятидесятых в Калифорнийском технологическом институте сделали новые снимки, однако – хотите верьте, хотите нет – они были даже хуже качеством, чем у Астбери и Белл. Пока Полинг рассматривал варианты дальнейших действий, он услышал, что Морис Уилкинс из Королевского колледжа в Лондоне получил какие-то «хорошие волоконные изображения нуклеиновой кислоты» [210] . Полинг решил, что терять ему нечего, и написал Уилкинсу, чтобы узнать, готов ли тот поделиться полученными изображениями. Однако Полинг не знал, что в Великобритании началась настоящая «гонка за ДНК».

207

Ronwin 1951.

208

В письме к Полингу Ронвин порекомендовал ему статью химика Людвига Аншютца, вышедшую в 1927 году, в которой утверждалось, что в некоторых структурах атом фосфора соединяется с пятью атомами кислорода.

209

Pauling and Schomaker 1952b.

210

Об этом Полингу написал 9 августа 1951 года биохимик Джеральд Остер. Остер считал, что Уилкинс не спешит публиковать снимки просто потому, что ему это не очень интересно, однако на самом деле Уилкинс работал над подтверждением результатов при помощи других инструментов.

А тем временем в Англии

Три не связанные на первый взгляд события [211] [208], произошедшие в 1951 году, оказались судьбоносными: благодаря им и была открыта структура ДНК. Именно в тот год Фрэнсис Крик, которому исполнилось тридцать пять лет, работал в Кембридже над диссертацией по биологии, поскольку физика ему наскучила (впоследствии он говорил, что исследование вязкости воды

было «самой занудной задачей на свете»). Однако без крепкой математической подготовки он не смог бы совершить своих выдающихся открытий. В том же году Джеймс Уотсон, двадцати трех лет, приехал в Кембридж изучать рентгеновскую дифракцию под руководством Макса Перуца. Уотсон защитил в Университете штата Индиана диссертацию о воздействии рентгеновских лучей на вирусы, получил степень доктора философии, а затем некоторое время изучал химию нуклеиновой кислоты в Копенгагенском университете. В том же 1951 году Розалинда Франклин, которой тогда было тридцать один, прибыла в Королевский колледж в Лондоне после трех лет исследовательской работы в Париже, где она стала специалистом по методам рентгеновской дифракции.

211

Разумеется, история открытия структуры ДНК рассказана не раз и не два, однако автобиографические свидетельства при всей их противоречивости имеют особую ценность. Особенно рекомендую Watson 1980 (Norton Critical Edition). Помимо оригинального (и полного противоречий) текста Уотсона, в книгу включено превосходное собрание обзоров и аналитических заметок. Кроме того, очень рекомендую Crick 1988 и Wilkins 2003. К сожалению, Розалинда Франклин прожила очень короткую жизнь и не успела написать автобиографию, однако этот пробел прекрасно заполняют две биографические книги – Sayre 1975 и Maddox 2002. Совсем недавно сестра Франклин Дженифер Глинн написала прелестные мемуары – Glynn 2012. Интересную точку зрения на работу Франклин как женщины в лаборатории, где правили мужчины, дает Des Jardins 2010, p. 180–195.

Розалинда Франклин родилась в семье образованных банкиров и получила степень доктора философии в Кембридже в 1945 году. Когда Розалинда прибыла в Королевский колледж, физик Морис Уилкинс рассчитывал, что благодаря ее глубоким познаниям в кристаллографии она поможет ему в исследованиях молекулярных структур. То, что Уилкинс рассчитывал на это, было ничуть не удивительно: по словам Уотсона, «исследования молекулы ДНК в Англии в то время были практически личной епархией Мориса Уилкинса» [212] . Однако сама Франклин совершенно не имела этого в виду, когда ехала в Королевский колледж, и у нее были на то веские причины. В письме с описанием должностных обязанностей, которое она получила от сэра Джона Рэндалла, руководителя отдела биофизических исследований Королевского колледжа, говорилось: «Это означает, что во всем, что касается экспериментов [213] с рентгеновскими снимками, на данный момент будете участвовать только вы с Гослингом [речь идет о Раймонде Гослинге, который в то время был студентом-старшекурсником], а также ваша временная помощница миссис Геллер, выпускница Сиракузского университета в штате Нью-Йорк». Из этого Франклин сделала логичный вывод, что в работе над структурой ДНК она будет сама себе хозяйкой, а это, очевидно, не совпадало с намерениями Уилкинса. Так что с первого же дня Франклин и Уилкинс были обречены на ссоры и раздоры, и так оно и случилось. В конечном итоге они работали порознь в стенах одной и той же лаборатории.

212

Watson 1980, p. 13.

213

Рэндалл написал Франклин 4 декабря 1950 года. Он добавил: «При всем при том я не считаю, что нам нужно прекратить всякую работу с растворами, однако мы и в самом деле полагаем, что работа с волокнами принесет нам больше непосредственной пользы, а возможно, окажется и фундаментальной». Письмо воспроизводится, в частности, у Olby 1974, p. 346, и у Maddox 2002, p. 114. См. также 1968.

А вот Уотсон и Крик, у которых был общий кабинет в Кембридже, сразу же поладили. Уотсон считал, что Крик «несомненно, самый талантливый человек из всех, с кем мне доводилось работать, и я не видел никого, кто был бы так близок по уровню к Полингу» [214] . У этих ученых были разные, но взаимодополняющие способности, опыт и характеры. Как отмечал Крик в одном интервью: «Нам было очень выгодно, что раньше он [Уотсон] занимался бактериофагами, а я об этом только читал, а сам с этим не сталкивался, а я раньше работал в кристаллографии, о которой он только читал, а сам не сталкивался». Просто удивительно читать, как они отзывались друг о друге. Уотсон писал, что Крик был самоуверен, задирист, остер на язык и имел привычку говорить правду в глаза: «В жизни не видел Фрэнсиса Крика в мирном настроении» [215] . И добавлял, что Крик «говорил быстрее и громче всех на свете». Между тем Крик писал об Уотсоне: «Джим был гораздо откровеннее меня» [216] . Несмотря на разное образование, между ними сразу пробежала какая-то искра. Крик подозревал, что дело было в «юношеской дерзости, безжалостности и нетерпимости к неряшливым умозаключениям». Мыслили они очень похоже. По словам Крика: «Он был первым среди моих знакомых, чьи представления о биологии были такими же, как и у меня… Я решил, что главное – это генетика, весь вопрос в том, что такое гены и что они делают. А еще Уотсон был первым среди моих знакомых, у кого возникали в точности такие же идеи, как и у меня».

214

Watson 1951, цит. у Olby 1974, p. 354.

215

Watson 1980, p. 9.

216

Crick 1988, p. 64.

Научный тандем Уотсона и Крика оказался столь плодотворным и еще по одной причине. В смысле профессиональных регалий они были ровней друг другу и поэтому могли честно до жестокости критиковать идеи друг друга. В отношениях, отягощенных требованиями официальной вежливости, такая интеллектуальная честность подчас невозможна, что вредит делу: приходится подчиняться либо научному авторитету, либо громкой должности. Вот как сам Крик писал об общении с Уотсоном: «Если кто-то из нас предлагал какую-то новую идею, второй относился к ней серьезно, но всеми силами старался опровергнуть ее – откровенно, однако без враждебности». Согласно Крику, Уотсон был «полон решимости выяснить, что такое гены, и надеялся, что открытие структуры ДНК этому поспособствует» [217] . Так и оказалось.

217

Ibid.

Остается только гадать, что же убедило Уотсона и Крика, что ДНК – не аморфная масса, а в принципе обладает структурой, которую можно выявить. Скорее всего, это был доклад Мориса Уилкинса, с которым тот выступил весной 1951 года на конференции в Неаполе, где присутствовал и Уотсон. Уилкинс сумел вытянуть необычайно тонкие волокна из натриевой соли ДНК (дезоксирибонуклеата натрия) и сделать рентгеновские снимки, качество которых было значительно выше, чем у старых снимков Эстбери и Белл. На снимках была видна кристаллическая форма ДНК, что убедило Уотсона, что ее структура правильна и регулярна. Это были те самые снимки, копии которых Полинг попросил у Уилкинса.

Получив письмо Полинга, Уилкинс, который прекрасно понимал, что в области исследования молекулярных структур Полинг – настоящий талант, не знал, как поступить. В конце концов он вежливо ответил, что не готов делиться снимками, пока у него не будет возможности проделать некоторых дополнительных изысканий. Полинг не сдался и решил попытать счастья и обратиться к руководителю лаборатории Джону Рэндаллу, но и тут его ждал отказ на том основании, что «передать эти снимки Вам было бы непорядочно по отношению к ним [Уилкинсу и его коллегам] и к трудам нашей лаборатории в целом» [218] . Так что к концу 1951 года Полингу так и не удалось увидеть рентгеновские снимки приемлемого качества.

218

Рэндалл писал Полингу 28 августа 1951 года. Прежде всего он объяснил, что, вопреки мнению Джеральда Остера, Уилкинс весьма заинтересован в работе над ДНК: «Жаль, что Остер оказался не вполне верно осведомлен о наших намерениях в отношении нуклеиновой кислоты. Уилкинс и его сотрудники глубоко погружены в работу над толкованием рентгеновских снимков дезоксирибонуклеиновой кислоты». Полинг ответил учтивым письмом от 25 сентября 1951 года с извинениями за беспокойство. Все документы можно посмотреть на сайте Государственного университета штата Орегон.