Тайна жизни: Как Розалинд Франклин, Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик открыли структуру ДНК - Маркел Ховард
Было еще одно важное открытие, упоминающееся как в заметках Франклин к докладу, прочитанному 21 ноября 1951 г., так и в отчете о работе за 1951/52 академический год, которое в итоге сыграло ключевую роль в открытии структуры ДНК. Более чем за год до того, как Уотсон и Крик опубликовали свою знаменитую статью, Розалинд Франклин установила, что кристаллическая А-форма ДНК имеет моноклинную базоцентрированную элементарную ячейку (пространственная группа С2) {613}. Это ключевой момент для того, чтобы считать структуру ДНК спиралью. В феврале 1975 г. репортер The New Yorker Хорас Джадсон обратился к Максу Перуцу в его лаборатории Совета по медицинским исследованиям, только что открывшейся в южной части Кембриджа, почти в пяти милях от пыльных залов старой Кавендишской лаборатории, и попросил дать объяснение, которое мог бы изложить читателям. Ответ Перуца остается лучшим разъяснением таинств кристаллографии {614}.
Вот что он рассказал. Кристаллы обладают различными видами симметрии, каждый из которых может быть выражен в той или иной степени. Наименее симметричны, если так можно сказать, кристаллы с триклинной кристаллической решеткой, их элементарная ячейка имеет форму косоугольного параллелепипеда. На другом конце спектра – кристаллы с орторомбической решеткой, в которой элементарная ячейка имеет форму прямоугольного параллелепипеда. Одной из промежуточных форм является моноклинная кристаллическая решетка, в которой из трех углов между гранями два прямых, а третий может быть любым; такая элементарная ячейка совпадает с самой собой при вращении на пол-оборота, то есть в ней присутствует ось симметрии второго порядка. По мнению Перуца, Франклин остановилась на том, что кристаллическая ДНК обладает моноклинной решеткой и ось симметрии не параллельна волокнам, а перпендикулярна им, то есть она выявила геометрическую специфику, а принципиально важное следствие не осознала {615}.
Перуц годами давал это объяснение бесчисленным студентам и сразу почувствовал, что репортер озадачен. Поэтому он вытащил из кармана пиджака два карандаша, положил на стол вплотную друг к другу – оба заточенными концами на север и ластиками на юг – и ободряющим тоном пояснил: «Если я поворачиваю эту пару как одно целое в плоскости стола, карандаши займут прежнее положение, только совершив полный оборот на триста шестьдесят градусов». Иллюстрируя свои слова, Перуц повернул пару карандашей остриями на запад, на юг, на восток и на север. Затем он развернул один из карандашей так, чтобы острия «смотрели» в противоположные стороны. «Если одна цепь расположена вверх ногами по отношению к другой, то при поворачивании обеих цепей вместе исходное положение восстановится через пол-оборота. Взгляните. Каждый из карандашей изменил направление». Перуц еще раз так же переложил карандаши. «Если, как свидетельствует рентгенограмма ДНК, ее кристаллическая решетка моноклинная и ось симметрии перпендикулярна цепи, то непременно должны быть две цепи, противоположно направленные. То есть спираль ДНК состоит из двух цепей, перевернутых друг относительно друга» {616}.
Затем Перуц разъяснил, что такое пространственные группы и элементарная ячейка. Он прибег к сравнению с узорчатыми обоями, на которых один и тот же мотив повторяется. Тогда элементарная ячейка – это наименьший повторяющийся фрагмент узора, по всей площади обоев одинаковый по величине, форме и рисунку. Только обои плоские, а кристалл трехмерный.
Перуц изобразил элементарную ячейку кристаллической решетки, нарисовав кубик, в котором обвел кружочками восемь его углов, обозначая этим атомы. Он показал, как ячейка повторяется, образуя трехмерную кристаллическую решетку: «Если заняты только углы, решетка обозначается буквой Р (от слова primitive – «примитивный»), а если она моноклинная с осью симметрии второго порядка, то называется пространственной группой Р2. В каком-нибудь другом веществе может иметься атом или молекула еще и в центре грани ячейки». Нарисовав второй кубик с шариком в середине каждой грани, Перуц продолжил: «Такую грань называют С-гранью, и если ячейка обладает еще и осью симметрии второго порядка, тогда это пространственная группа, называемая базоцентрированной моноклинной и обозначаемая С2. Точки элементарной ячейки (вершины, центры граней), занятые частицами вещества (атомами, ионами), называются узлами решетки». Эти абстрактные термины были предложены математиками, стремившимися описать упорядоченное расположение компонентов кристалла. Существует 230 различных пространственных групп кристаллов; все возможные варианты трехмерной кристаллической решетки описаны еще в XIX в., задолго до появления рентгеноструктурного анализа {617}.
Что касается работы Розалинд Франклин, то замечание Перуца о принципиально важном следствии, которое она «не осознала», обоснованно. Действительно, Франклин не догадалась – возможно, потому, что изначально областью ее компетенции была физическая химия и она привыкла иметь дело с неорганическими соединениями, например с углем, а с биологическими веществами столкнулась лишь недавно, – о значении установленного ею факта С2, который вел к объяснению механизма репликации клетки и функционирования двухцепочечной спирали ДНК. Уотсон тоже не сообразил, что означает этот факт. Более того, он не сообщил о нем Крику на следующий день. Его невнимание к важной информации было обусловлено отсутствием опыта и глубоких знаний в кристаллографии {618}.
Единственное описание событий, последовавших сразу же после ноябрьского коллоквиума, дается на страницах «Двойной спирали» Уотсона. В его изложении коллоквиум завершился напряженным разговором Уилкинса с Франклин. Джеймс стоял поодаль, ожидая возможности предложить Уилкинсу пройтись по Стрэнду и потом поужинать в ресторане Choys на Фрит-стрит в Сохо {619}. В вышедшем в 1958 г. справочнике по Великобритании и Ирландии (Fodor's Guide to Britain and Ireland) этот ресторан расхваливался за «лучшую китайскую кухню в Британии» и «подлинную атмосферу Востока». В 1950-е гг., в отличие от большинства китайских ресторанов в Англии, Choys имел лицензию на продажу спиртного и очень хорошую винную карту, а также работал до одиннадцати вечера (включая воскресенье), что было немаловажным достоинством для Лондона того времени {620}.
За ужином Уотсон с удивлением обнаружил, что сидящий напротив него человек совсем не похож на того отчужденного, чопорного физика, с которым он познакомился в Неаполе прошлым летом. На сей раз Уилкинс охотно обсуждал дела в лаборатории, свою работу и трудности в отношениях с Розалинд Франклин {621}. Поедая чоп-суи, курятину с карри и жареный рис да запивая их черным чаем и дешевым красным вином, Уотсон и Уилкинс в традиционном мужском единстве задумали отстранить Франклин от исследований ДНК. Уилкинс нарисовал неприглядную картину того, как мало она продвинулась за время своего пребывания в Королевском колледже. Разумеется, Розалинд ловко делала гораздо более четкие рентгенограммы с хорошим разрешением, чем удавалось получить ему, но, по его мнению, никак не объясняла, что, собственно, они изображают {622}. Эти сетования были продолжением «разговорчиков на ушко», которые Уилкинс вел с коллегами в лаборатории, чтобы выжить Франклин из Королевского колледжа.
