Марио Ливио - От Дарвина до Эйнштейна. Величайшие ошибки гениальных ученых, которые изменили наше понимание жизни и вселенной
В конце концов международное давление оказало нужное воздействие. Когда в июне Полинг снова подал документы на получение паспорта, Госдепартамент отменил решение Шипли, и 14 июля (в День взятия Бастилии, кстати!) Полинг отправился во Францию и Англию.
Помимо политического резонанса, у истории с паспортом были и чисто научные последствия. Кори, который попал на конференцию Королевского общества, воспользовался случаем и посетил лабораторию Розалинды Франклин. Там ему показали отменные рентгеновские снимки, которые получила Франклин. Однако Кори, судя по всему, не понял с первого взгляда всего их значения, поскольку Полингу он ничего важного не сообщил. О том, что было бы, если бы Полинг смог поехать на конференцию и сам увидел эти снимки, написаны целые тома. На самом деле все эти тома не имеют к делу никакого отношения. Полинг имел прекрасную возможность посетить Королевский колледж всего через два с половиной месяца после конференции, поскольку летом 1952 года провел в Англии целый месяц, однако он решил этого не делать. По одной простой причине: главным для Полинга по-прежнему было убедить всех в том, что его модель альфа-спирали для белковых молекул верна, а о ДНК он особенно не задумывался. Как обнаружилось впоследствии, знающий человек увидел бы на снимках Розалинды Франклин, в особенности на снимке № 51, который ждала заслуженная слава, все признаки двойной спирали.
Был и еще один важный факт, касающийся ДНК, о котором Полингу сообщали, однако он то ли забыл о нем, то ли не усвоил его. Эти сведения относились к основаниям в нуклеотидах. Об этом стоит рассказать подробнее – и этот курьезный случай ясно показывает, как излишняя эмоциональность мешает подчас даже тем процессам, которые должны подчиняться чисто научному обоснованию.
В 1947 году, на следующий день после Рождества, Полинг с семьей направлялся в Европу, где ему предстояло полгода провести в Оксфорде. Они путешествовали на борту знаменитого корабля «Queen Mary». По воле случая на том же судне оказался и американский биохимик австрийского происхождения Эрвин Чаргафф, который заинтересовался нуклеиновыми кислотами еще в годы войны, и они с Полингом вскоре встретились на верхней палубе. К несчастью, по выражению биолога Алекса Рича[234], Чаргафф был «страшно настырным типом», а Полингу это оказалось некстати: он был в целом человек довольно легкий и к тому же предвкушал приятный отдых. Вот почему Полинг не только пропустил мимо ушей оживленный рассказ Чаргаффа о его научных результатах, но и впоследствии, похоже, не обратил внимания на важную статью Чаргаффа о нуклеиновых кислотах. В этой статье, опубликованной в 1950 году[235], Чаргафф описал примечательное соотношение между количеством оснований в ДНК. Он доказал, что на любом участке ДНК количество молекул аденина (обычно его обозначают А) в точности равно количеству молекул тимина (Т). Подобным же образом количество единиц гуанина (G) всегда равно количеству единиц цитозина (С). Так вот, этот важнейший ключ к структуре ДНК – то, что количество А равно количеству Т, а количество G количеству С – Полинг совершенно упустил из внимания. Если бы он об этом вспомнил, история изучения ДНК, вероятно, пошла бы по другому пути.
После поездки в Англию и Францию летом 1952 года Полинг вернулся в Калифорнийский технологический институт; это было в сентябре. Однако и тогда он еще не был готов полностью погрузиться в изучение ДНК. В Англии он побеседовал с Криком, и у него появилась идея, как найти ответ на загадку периода в 5,1 ангстрем на снимках белковых молекул. Как часто случается в мире науки, Полинг и Крик решили эту задачу независимо – и оба показали, что сама альфа-спираль может формировать скрученные, будто канат, структуры. Казалось, забрезжил свет в конце тоннеля, но даже Полинг в то время еще не предвидел, что гонка за ДНК вышла на финишную прямую.
Тройная спираль
Поездка во Францию подарила Полингу еще одну подсказку, что, вероятно, главный генетический материал – это ДНК. Американский микробиолог Альфред Херши в своем докладе на международной конференции по бактериофагам в Ройомоне под Парижем. Херши и его сотрудница Марта Чейз[236] пометили ДНК и белок бактериофага Т 2 (вируса) радиоактивными фосфором и серой соответственно. Затем они заразили бактерии этим бактериофагом и смогли показать, что генетический материал, заразивший бактерии, был, скорее всего, ДНК, а не белком. Белковая оболочка вируса оставалась вне клетки бактерии и не играла в заражении никакой роли. Это убедило не всех. Да и сам Херши осторожно оговаривался, что еще неясно, имеют ли его результаты какое-либо фундаментальное значение. А вот Джеймс Уотсон, с другой стороны, тоже побывал в Ройомоне – и, уже давно будучи специалистом по ДНК, вполне поверил в эти результаты.
Полинг вернулся к работе над ДНК лишь в конце ноября 1952 года. Подтолкнул его к этому интереснейший семинар, который провел в Калифорнийском технологическом институте биолог Робли Уильямс. Уильямс показал изумительно четкие изображения соли нуклеиновой кислоты – химической родственницы ДНК, – полученные при помощи электронного микроскопа[237]. Для Полинга изображения длинных цилиндрических нитей в сочетании с рентгеновскими снимками Астбери, судя по всему, стали решающим доводом в пользу спиральной модели молекулы – если ему еще требовались решающие доводы. Кроме того, из трудов Александера Тодда, специалиста по органической химии, Полингу было известно, что «каркас» молекулы ДНК состоит из перемежающихся фосфатных и сахарных фрагментов.
Вооружившись снимками Астбери, где был отчетливо виден период примерно в 3,4 ангстрема, Полинг 26 ноября занялся наконец грязной работой: стал подсчитывать параметры структуры ДНК. На основе измерений плотности, проделанных Астбери и Белл[238], и расчетов диаметра нити, которые проделал Уильямс, Полинг приблизительно оценил, что длина одного остатка по оси волокна составляет 1,12 ангстрем, то есть практически точно треть периода на рентгеновском снимке (3,4 ангстрема). Это и подтолкнуло его к неожиданному выводу: «Цилиндрическая молекула состоит из трех цепочек, обернутых друг вокруг друга… и каждая цепочка формирует спираль»[239]. Иначе говоря, Полинг убедил себя, что спираль из двух нитей даст недостаточную плотность, и предпочел архитектуру из трех переплетенных спиралей. Эта структура и стала известна как тройная спираль.
Следующей задачей, с которой предстояло разобраться, была природа собственно «каркаса» конструкции из трех спиральных цепочек. Вопрос состоял в том, какой из трех известных компонентов нуклеотидов (основания, сахара или фосфатные группы) формирует этот «каркас». Полинг и Кори решили прибегнуть к методу исключения.
«По причине разнородности пурино-пиримидиновую группу [основания] невозможно уложить вдоль оси спирали так, чтобы могли создаваться необходимые связи между остатками сахаров и фосфатными группами. Кроме того, маловероятно, чтобы ядро молекулы составляли сахара… форма ее… такова, что плотно уложить подобные группы вдоль оси спирали затруднительно, и не удалось обнаружить никакого приемлемого способа их уложить… Мы делаем вывод, что «ядро» молекулы, вероятно, сформировано из фосфатных групп[240]. (Выделено мной. – М. Л.)»
Теперь общая картина выглядела примерно следующим образом: фосфатные группы были расставлены по оси спирали, их окружали сахара, а основания радиально торчали наружу. Тройная спираль молекулы держалась на водородных связях между фосфатными группами разных цепочек.
Выглядело это многообещающе, однако Полинг заметил и недочеты. Трем цепочкам фосфатов в центре молекулы было так тесно, что это было похоже на соревнование, сколько человек удастся втиснуть в телефонную будку. Полинг знал, что фосфатный ион имеет форму тетраэдра: в центре – атом фосфора, а его окружают четыре атома кислорода, расположенные на вершинах пирамиды. Весь декабрь Полинг, Кори и химик Вернер Шомакер пытались так и сяк сплющить, скрутить и смять эти тетраэдры, чтобы они лучше помещались в структуру молекулы. В процессе Полинг руководствовался той же интуицией, которая недавно обеспечила ему триумфальный успех с альфа-спиралью. Он был убежден, что если ему удастся найти структурно-химическое решение, в целом соответствующее рентгеновским данным, все остальные проблемы решатся сами собой, дайте только срок. Например, оставался вопрос, как такая модель допускает существование натриевой соли ДНК, поскольку места для ионов натрия в центре точно не оставалось. Ответа на этот вопрос Полинг не знал, но предполагал, что ответ придет, как только прояснится общая архитектура. Трудился он не покладая рук, день и ночь. В Рождество он даже собрал коллег в своей лаборатории на неофициальную презентацию модели[241]. К концу месяца он решил, что в целом уловил суть. В последний день 1952 года Полинг и Кори направили в печать статью «Предполагаемая структура нуклеиновых кислот». Начиналась эта статья со слов «Нуклеиновые кислоты как составляющие живых организмов по важности сравнимы с белками». Далее следовало несколько более осторожных фраз.
