Глава 6. Навыки, необходимые для серьезной науки

Глава 6. Навыки, необходимые для серьезной науки

Я приехал в Кембридж осенью 1951 года и сразу почувствовал величие этого места и тот интеллектуальный стиль, который больше нигде не встретишь. Великий Кембриджский университет, свидетель почти девятисот лет английской истории, был построен на берегах скромной реки Кем, текущей на северо-восток по Восточной Англии к рыночному городу Эли. Стоящий там массивный собор XII века долгое время возвышался над обширной заболоченной равниной, с которой вода стекала в Кем в сорока милях от мелководного залива Уош, на который и сегодня дважды в сутки накатывают приливные волны. Именно продолжавшееся много веков осушение болот и сделало плодородными угодья этих мест, а вместе с ними и создало богатства землевладельцев Восточной Англии. Их щедрые пожертвования, в свою очередь, позволили построить на так называемых "задворках" по берегам реки Кем те многочисленные элегантные дома для студентов, обеденные залы и часовни, которые уже много веков назад прославили Кембридж как рыночный город необыкновенной красоты. На протяжении большей части своей истории Кембриджский университет был децентрализован. Обучение было делом исключительно предоставляющих общежития колледжей. Самым славным из них издавна считался Колледж Троицы, которому в свое время покровительствовал влиятельнейший патрон — Генрих VIII. В удаленной от Большого двора комнате жил в молодые годы Ньютон, величайшие научные достижения которого были сделаны, когда ему шел третий и четвертый десяток, после чего он переехал в Лондон, чтобы стать смотрителем монетного двора.

До середины XVIII века основная задача колледжей состояла в том, чтобы давать образование священникам Англиканской церкви. За выполнение этой миссии отвечали сотрудники колледжей (доны), которые сами не имели права вступать в брак на протяжении всей своей жизни в колледже. Только в XIX веке наука стала играть важную роль в кембриджской системе образования. К Чарльзу Дарвину серьезное увлечение естествознанием и геологией пришло во время изучения этих дисциплин в Колледже Христа в начале тридцатых годов. В течение следующей половины того столетия ответственность за преподавание постепенно перекладывалась с колледжей на недавно созданные академические отделения, подконтрольные руководству университета. В 1871 году Уильям Кавендиш, герцог Девонширский, пожертвовал средства на создание Кавендишской лаборатории и назначение первого кавендишского профессора, которым стал Джеймс Кларк Максвелл, чьи уравнения объединили некогда электродинамику и магнетизм. После смерти Максвелла в 1879 году в возрасте сорока девяти лет вторым кавендишским профессором стал двадцатидевятилетний Джон Уильям Стретт (лорд Рейли), известный своими достижениями в области оптики. В 1904 году он получил Нобелевскую премию, лауреатами которой были и четыре его преемника на этой кафедре: Джозеф Джон Томсон (1906), Эрнест Резерфорд (1908), Уильям Лоуренс Брэгг (1915) и Невилл Мотт (1977). К началу XX века Кембридж стал одним из ведущих мировых научных центров, выйдя на тот же уровень, что и лучшие университеты Германии — Гейдельбергский, Гёттингенский, Берлинский и Мюнхенский. В последующие пятьдесят лет Кембридж держался в этой премьер-лиге, но место Германии заняли Соединенные Штаты, где система университетов немало укрепилась за счет притока выдающихся ученых-евреев, вынужденных бежать от Гитлера. Немало пользы приезжие интеллектуалы-евреи принесли и Англии. Если бы молодой химик Макс Перуц не счел бы за благо в 1936 году уехать из Австрии, мне незачем было бы переезжать на берега реки Кем.

Хотя победа в великой войне против Гитлера и истощила финансы Англии, английские интеллектуалы по праву гордились тем, что их страна была во многом обязана им своей великой победой. Без физиков, которые обеспечили британских авиаторов радарами во время Битвы за Англию, или без криптографов из Блетчли-парка, успешно разгадавших шифр "Энигма", что позволило прицельно бомбить немецкие подводные лодки, атаковавшие атлантические конвои союзников, все могло бы обернуться совсем иначе.

Вдохновленные войной на дерзость мысли, сотрудники тогдашнего крошечного подразделения по изучению структуры биологических систем Медицинского исследовательского совета в начале пятидесятых годов занимались исследованиями, по мнению многих биологов и химиков, опережавшими свое время. Разобраться, пользуясь методами рентгеноструктурного анализа, в трехмерной структуре белков было, судя по всему, на много порядков сложнее, чем выявить структуру маленьких молекул вроде пенициллина. Выявление структуры белков было обескураживающе сложной задачей не только в связи с их размером и многообразием, но и потому, что последовательности аминокислот в полипептидных цепях были тогда еще неизвестны. Однако ожидалось, что вскоре это препятствие удастся преодолеть. Биохимик Фред Сенген, работавший на расстоянии меньше полумили от лаборатории Макса Перуца и Джона Кендрю в МИС, уже немало продвинулся по пути установления аминокислотной последовательности двух полипептидов инсулина. Другие ученые вскоре взялись за аминокислотные последовательности многих других белков.

В то время считалось, что полипептидные цепочки в белках образуют смесь упорядочение свернутых спиралевидных и лентовидных секций, перемежающихся блоками из аминокислот, расположенных неупорядоченно. За год до этого природа предполагаемых спиралевидных секций была по-прежнему окончательно не выяснена, и участники кембриджского трио. Перуц, Кендрю и Брэгг, надеялись разобраться в ней с помощью напоминающих детский конструктор трехмерных моделей спирально свернутых полипептидных цепочек. К сожалению, один местный химик ввел их в заблуждение относительно конфигурации пептидной связи, и в 1950 году они опубликовали работу, выводы которой вскоре оказались ошибочными. Уже через несколько месяцев кембриджцев поставил на место Лайнус Полинг, работавший в Калтехе и имевший в то время славу лучшего химика планеты. Исследуя структуру дипептидов, Полинг пришел к выводу, что пептидная связь имеет строго плоскую конфигурацию, и в апреле 1951-го торжественно явил свету стереохимически весьма удачную модель ос-спирали. Эта новость как гром поразила кембриджцев, но Макс Перуц вскоре ответил на нее остроумным кристаллографическим исследованием, показавшим, что химически синтезированный полипептид, полибензилглутамат, принимает конформацию а-спирали. Группа из Кавендишской лаборатории могла снова почувствовать себя одним из лидеров в области белковой кристаллографии.

К тому времени в подразделении по изучению структуры биологических систем появился свой теоретик — физик Фрэнсис Крик, которому было тридцать пять, то есть он был на два года моложе, чем Макс Перуц, и на год старше, чем Джон Кендрю. Фрэнсис происходил из буржуазной семьи вольнодумцев из центральных графств. Обувные фабрики его отца в Нортгемптоне некоторое время процветали, но в тридцатые годы, во время Великой Депрессии, разорились, и только благодаря стипендии Нортгемптонской классической школы Фрэнсис смог поступить в Среднюю школу Милл-Хилла в Северном Лондоне, куда к тому времени переехали его отец и дядя. В средней школе он охотно изучал естественные науки, но ему не удалось получить достаточное количество высоких оценок для поступления в Оксфорд или Кембридж. Вместо этого он выучился на физика в Университетском колледже Лондона, где впоследствии остался в аспирантуре благодаря финансовой поддержке своего дяди Артура, который после Милл-Хилла решил, вместо того чтобы присоединиться к семейному делу по производству обуви, открыть фармацевтическое предприятие по производству нейтрализаторов кислотности.

В отличие от Макса и Джона, которые оба пришли в науку как химики и имели теперь степень доктора философии, Фрэнсис степени доктора к тому времени так и не добился. Он проработал над диссертацией два года и получил премию за изобретенное им экспериментальное устройство для исследования вязкости воды при высоком давлении и высокой температуре, когда в связи с войной перешел в Адмиралтейство. После того как он попал в группу, задача которой состояла в изобретении средств для противодействия немецким магнитным минам, его начальник, выучившийся в Кавендишской лаборатории физик-ядерщик Гарри Мэсси, в 1943 году поставил перед ним задачу найти способ бороться с последним новшеством военно-морских сил Германии. На судоверфях Германии под большим секретом началось строительство минных тральщиков нового класса, на носу которых были установлены огромные пятисоттонные электромагниты, которые должны были вызывать срабатывание магнитных мин, находящихся на безопасном расстоянии перед тральщиком. Крику пришла в голову остроумная идея создать специальную слабочувствительную мину, которая будет взрываться только тогда, когда тральщик проходит непосредственно над ней. К концу войны такие мины отправили на дно больше сотни немецких минных тральщиков.

После того как Гарри Мэсси возглавил британскую урановую программу в Беркли, начальником Фрэнсиса стал кембриджский математик Эдвард Коллингвуд. Фрэнсис был для него и другом, и незаменимым сотрудником. На выходные Коллингвуд приглашал его в свой большой загородный дом, Лилбёрн-Тауэр, в Нортумберленде, а в начале 1945 года взял с собой в Россию, где они помогли разобраться в устройстве недавно перехваченной немецкой акустической торпеды.

Но после войны новые начальники Фрэнсиса оказались не столь терпимы к его громкому пронзительному смеху и неприятию общепринятых представлений, которые нередко и были поводом для его насмешек. Хотя формально Фрэнсис перешел на гражданскую службу еще в середине 1946 года, вскоре он потерял интерес к военной разведке и искал для себя более увлекательные жизненные вызовы. Он решил, что именно биология сможет предоставить достаточно широкий спектр проблем, чтобы занять его пытливый ум.

Узнав о радикальном изменении выбранного Фрэнсисом курса, Гарри Мэсси посоветовал ему встретиться с физиком Морисом Уилкинсом, который работал в Лондонском королевском колледже, где недавно появилась новая биофизическая лаборатория. После войны, все еще работая в Беркли, Мэсси вызвал поворот в судьбе Уилкинса, дав ему почитать книгу Эрвина Шрёдингера "Что такое жизнь?". Основная мысль этой книги, что тайна жизни заключена в генах, покорила Мориса так же, как она покорила меня, и вскоре он переквалифицировался в биофизика. Вначале он устроился работать у Джона Рэндалла в Сент-Эндрюсском университете, а затем вместе с ним перебрался в Лондон. Фрэнсис и Морис немедленно подружились, и Морис стал просить Рэндалла взять Фрэнсиса на работу. Но Рэндалл не согласился, справедливо полагая, что таким человеком, как Фрэнсис, он никогда не сможет руководить. На помощь Фрэнсису пришел Медицинский исследовательский совет, где приняли во внимание его заслуги времен войны и оплатили ему обучение работе с клетками в Лаборатории Стрейнджуэйса на окраине Кембриджа.

Два года работы в направлении, заданном ему в Лаборатории Стрейнджуэйса, где он наблюдал за перемещением крошечных магнитов в цитоплазме клеток, не принесли Фрэнсису новых лавров. Это была малопродуктивная работа, которая лишь дала ему время для поиска более достойных задач. Такие задачи ему наконец удалось найти, когда он, сохранив свою стипендию от Медицинского исследовательского совета, перешел работать на другой конец Кембриджа в подразделение Макса Перуца, занимавшееся белковой кристаллографией. Хотя денег он на новой работе получал не больше, она дала ему возможность работать над диссертацией на соискание степени доктора философии, которая к тому времени стала необходимым условием получения значимой научной должности.

К тому времени, как я приехал в Кембридж, стало уже ясно, что Фрэнсис особенно силен в теории кристаллографии, хотя его первые опыты в этой области и не всеми были оценены. В июле 1950 года на первом семинаре нашей группы, темой которого была "Теория белковой кристаллографии", он пришел к заключению, что методы, применяемые в то время Перуцем и Кендрю, никогда не позволят установить трехмерную структуру белков. Это было, надо признать, недипломатичное заявление, и из-за него сэр Лоуренс Брэгг сказал Фрэнсису, что нечего раскачивать лодку. Но по-настоящему их отношения испортились после того, как годом позже Брэгг представил нам новый плод своих раздумий, а Фрэнсис сказал ему, что все это очень похоже на то, о чем он сам рассказывал на совещании шесть месяцев тому назад. Взбешенный этим обвинением в присвоении чужих идей, сэр Лоуренс вызвал Фрэнсиса к себе в кабинет и сказал ему, что после завершения диссертации он может не рассчитывать остаться в Кавендишской лаборатории. К счастью для меня и к еще большему счастью для Фрэнсиса, у него было мало шансов получить докторскую степень в Кембридже раньше, чем через полтора-два года.

Я к тому времени обедал с Фрэнсисом почти каждый день в расположенном неподалеку пабе Eagle, который во время войны пользовался успехом у американских летчиков с близлежащего аэродрома. Вскоре кроме собственных письменных столов, которые были у нас в лаборатории помимо столов для экспериментов, нам выделили довольно большой собственный кабинет по соседству с парой кабинетов меньшего размера, принадлежавших Максу и Джону. Благодаря этому безудержный смех Фрэнсиса теперь меньше отвлекал других сотрудников подразделения от работы. На нашем первом совещании Фрэнсис рассказал о своем дорогом друге Морисе Уилкинсе, который, как и сам Фрэнсис, во время войны вступил в брак, впоследствии мирно распавшийся. Фрэнсису хотелось знать, удалось ли Морису получить посредством кристаллографии какие-нибудь новые, быть может более резкие, рентгенограммы ДНК, поэтому он пригласил Мориса на воскресный ужин в Green Door — крошечную квартирку над табачной лавкой на Томпсон-лейн через дорогу от колледжа Св. Иоанна. Раньше в этой квартирке жил Макс Перуц со своей женой Жизелой, а теперь ее занимал Фрэнсис со своей второй женой Одилией, на которой он женился два года назад, в августе 1949 года.

За этим ужином мы узнали о неожиданном затруднении, с которым столкнулся Морис в своих исследованиях структуры ДНК. Пока он находился зимой в продолжительной поездке в Соединенные Штаты, его начальник, Джон Рэндалл, взял в Королевский колледж на работу по ДНК физхимика Розалинду Франклин, получившую образование в Кембридже. В последние четыре года она работала в Париже, где использовала рентген для исследования свойств углерода. Розалинда из объяснений Рэндалла поняла свои обязанности так, что рентгенографический анализ ДНК теперь будет исключительно ее прерогативой. Это по сути не позволяло Морису продолжать свои рентгенографические исследования кристаллической структуры ДНК. Хотя формально Морис не получил образование кристаллографа, он к тому времени освоил многие методы кристаллографии и мог немало сделать для успеха этой работы. Но Розалинде не хотелось работать с ним вдвоем: все, что она от него хотела, была помощь его аспиранта Раймонда Гослинга. Однако Морис, которого огорошили всем этим два месяца назад, по-прежнему только и думал, что о ДНК. Он полагал, что полученная им ранее рентгенограмма дифракционных полос отражала не одну полинуклеотидную цепочку, а спиральный комплекс из двух или трех переплетенных друг с другом цепочек. Как именно они были связаны друг с другом, еще предстояло выяснить. Но, как это ни печально, мяч был теперь уже не у него, и Морис предложил нам с Фрэнсисом, если мы хотим узнать больше, приехать через месяц, 21 ноября, в Королевский колледж на доклад Розалинды.

Еще до нашей поездки в Лондон у Фрэнсиса появилась причина радоваться, что у него есть место в Кавендишской лаборатории. Вместе с талантливым кристаллографом Биллом Кокраном он разработал удобные для использования уравнения, описывающие дифракцию рентгеновских лучей, проходящих через спиральные молекулы. На самом деле Крик и Кокран независимо друг от друга разработали эти уравнения в двадцать четыре часа после того, как Брэгг показал им рукопись Владимира Ванда из Глазго, в которой они сразу усмотрели незавершенность приведенных уравнений. Это было очень важное достижение: Фрэнсис и Билл подарили миру уравнения, позволяющие предсказывать рентгенограммы дифракционных полос определенных спиральных молекул. Следующей весной я с их помощью показал, что белковые субъединицы вируса табачной мозаики имеют спиральное расположение.

Теперь вдруг оказалось, что для выяснения трехмерной структуры ДНК лучше всего строить молекулярные модели, используя уравнения Кокрана и Крика. Еще за год до этого применять такой подход не имело смысла, потому что природа ковалентных связей, которые соединяют друг с другом нуклеотиды в каждой цепочке ДНК, была неизвестна. Но благодаря результатам, полученным исследовательской группой Алекса Тодда тоже в Кембридже, в расположенной неподалеку химической лаборатории, теперь было ясно, что нуклеотиды в ДНК соединены 3'-5'-фосфодиэфирными связями. Построение моделей давало нам подход, альтернативный тому, который использовали в Лондонском королевском колледже, где особое внимание уделяли деталям рентгенограмм.

Фрэнсис не смог поехать в Лондон в день доклада Франклин, и я, хотя по-прежнему путался в кристаллографических терминах, таких как "асимметричная единица" и "единичная ячейка", поехал один. В результате на следующее утро я ввел Фрэнсиса в заблуждение, доложив ему, что, согласно результатам Розалинды, ДНК связывает очень мало воды. Моя ошибка всплыла только через неделю, когда Розалинда и Морис приехали из Лондона, чтобы посмотреть на трехцепочечную модель, которую мы в спешке соорудили. В этой модели углеводно-фосфатный скелет цепочек ДНК располагался в центре, а азотистые основания смотрели наружу. Увидев эту модель, Розалинда немедленно объявила ее замысел ошибочным, сказав нам, что фосфатные группы расположены в молекулах ДНК снаружи, а не внутри. Кроме того, согласно нашей модели, ДНК была почти безводной, в то время как в действительности она сильно гидратирована. При этом у нас осталось отчетливое впечатление, что группа из Королевского колледжа изучение структуры ДНК считала исключительно их делом, к которому незачем было привлекать коллег из другого подразделения МИС в Кембридже. Вскоре мы узнали, что сэр Лоуренс Брэгг был того же мнения: он велел нам воздержаться от дальнейшей работы над моделями ДНК. Стремление сохранить хорошие отношения с другой группой, финансируемой МИС, было для Брэгга лишь одной причиной удерживать нас от этой работы. Другая причина была в том, что он хотел, чтобы Фрэнсис сосредоточился исключительно на своей диссертации и поскорее ее закончил.

Однако эта неудача не постигла бы нас, если бы Фрэнсис и я с самого начала рассуждали как химики. Даже без рентгенограмм Королевского колледжа в химической литературе было достаточно данных, которые могли послужить ключом к разгадке структуры ДНК, приводя к заключению, что это должна быть двойная спираль. Нам с самого начала нужно было ограничиться моделями, в которых расположенные снаружи углеводно-фосфатные скелеты цепочек были бы соединены друг с другом водородными связями между расположенными в центре основаниями. Убедительные физико-химические свидетельства этого были получены вскоре после войны в экспериментах Джона Галланда. В 1946 году в его лаборатории в Ноттингеме было показано, что в нативных молекулах ДНК основания расположены так, что между ними не происходит обмен атомами водорода. Эти данные заставляли предположить, что водородных связей между азотистыми основаниями в молекуле ДНК довольно много. Все это можно было без труда узнать, так как эти результаты были опубликованы издательством Кембриджского университета в посвященном нуклеиновым кислотам сборнике материалов симпозиума, проведенного Обществом экспериментальной биологии в 1947 году.

К тому же, учитывая высказанное еще до войны Лайнусом Полингом и Максом Дельбрюком предположение, что в копировании молекул вещества наследственности участвуют комплементарные структуры, у нас с Фрэнсисом были основания сосредоточиться на двухцепочечных, а не на трехцепочечных моделях. Рассуждая в этом ключе, мы бы поняли, что каждое азотистое основание в молекуле ДНК должно быть связано водородными связями исключительно с основанием, комплементарным ему по строению. При этом экспериментальные данные, указывающие на этот вывод, тоже были опубликованы. Эти данные были получены в основном в нью-йоркской лаборатории австрийского химика Эрвина Чаргаффа. Он показал, хотя и не осознал всего значения этого вывода, что пуринового основания аденина в ДНК примерно столько же, сколько пиримидинового основания тимина, а второго пуринового основания, гуанина, в свою очередь, примерно столько же, сколько второго пиримидинового основания, цитозина.

Конкретное строение каждой из этих пар оснований должно было определяться тем, где именно в каждом основании располагаются атомы, способные образовывать водородные связи. В 1951 году лишь немногие химики достаточно хорошо знали квантовую механику, чтобы прийти к этому умозаключению. Поэтому той осенью нам стоило обратиться за советом к кому-то из тех нескольких британских химиков, которые были обучены этой эзотерической дисциплине. Оглядываясь назад, становится ясно, что сотрудникам лаборатории Алекса Тодда после того, как они определили положение ковалентных связей в молекуле ДНК, следовало бы перейти к определению трехмерной структуры этой молекулы. Но в те дни даже лучшие из химиков-органиков считали, что такие вопросы лучше оставить кристаллографам — специалистам по рентгеноструктурному анализу, большинство из которых, в свою очередь, думали, что им еще не время браться за биологические макромолекулы. Эта область поэтому оставалась в некотором смысле никем не занятой.

Лайнус Полинг, даже после того как открыл а-спираль, лишь умеренно интересовался ДНК, так всерьез и не поверив, что ДНК имеет генетическое значение. Но даже несмотря на это, узнав о полученной Морисом Уилкинсом рентгенограмме, он попросил ее показать. Его неверно проинформировали, что сам Морис не пытается всерьез определить структуру ДНК. Но Морис именно это и пытался сделать, и он незамедлительно ответил, что нужно еще некоторое время поработать с этой рентгенограммой, прежде чем показывать ее другим. Полинга это не успокоило, и он написал напрямую начальнику Мориса, Джону Рэндаллу, но и этот заход не привел к успеху. Лайнус сбился со следа, который ему удалось снова взять лишь годом позже, на летнем совещании по фагам недалеко от Парижа, где он впервые узнал о работе, недавно завершенной в Колд-Спринг-Харбор Альфредом Херши и Мартой Чейз, которые показали, что гены бактериофагов тоже состоят из ДНК. Эта новость убедила Лайнуса, что он должен взяться за структуру ДНК, несмотря на то что у него не было высококачественных рентгенограмм. Обратная дорога в США едва не дала ему карты в руки. На том же трансатлантическом корабле, что и Полинг, ехал Эрвин Чаргафф, который, как и Полинг, приезжал в Европу на проходивший тем летом в Париже Международный биохимический конгресс. Но Полингу его попутчик сразу не понравился, и вместо того, чтобы узнать от него, что А = Т, а Г = Ц, Лайнус его избегал на протяжении всего пути через Атлантику.

Опасаясь, что кто-нибудь в Англии может обскакать его, предложив похожую модель, Лайнус поспешно послал рукопись в Proceedings of the National Academy of Sciences. Затем он, торжествуя, послал два экземпляра рукописи в Кембридж: один Брэггу, а другой — своему сыну Питеру. Нас охватило беспокойство, но вскоре мы поняли, что в модели Лайнуса атомы водорода из разных фосфатных групп служат для образования водородных связей, скрепляющих между собой три цепочки. Нам тут же стало ясно, что эта модель должна быть ошибочной, поскольку ДНК, будучи кислотой, в растворах обычно диссоциирует, и все водороды фосфатных групп отделяются в виде ионов. Мы с Фрэнсисом бросились расспрашивать крупных кембриджских химиков, согласны ли они с тем, что версия Полинга совершенно неправдоподобна. Алекс Тодд немедленно заверил нас, что Лайнус действительно допустил огромный химический ляп, и я почти тотчас же поехал в Лондон, чтобы показать рукопись Полинга Морису Уилкинсу и Розалинде Франклин, которая в то время готовилась перейти в группу Джона Десмонда Бернала в Биркбек-колледже, где она уже не собиралась заниматься ДНК. Морис с огромным облегчением узнал, что Лайнус пока еще пребывает в глубоком заблуждении. Розалинда, когда я показал ей рукопись, была, напротив, только раздосадована и с раздражением сказала мне, что о спиралях ей и читать незачем. По ее мнению, структура кристаллической А-формы ДНК никак не могла быть спиральной. Шестью месяцами раньше, в июле, она даже разослала приглашения на "панихиду" по спиральной модели ДНК. Морис считал, что здесь Розалинда не права, и, чтобы доказать это, импульсивно продемонстрировал мне рентгенограмму, которую группа Королевского колледжа держала в секрете с тех пор, как Раймонд Гослинг получил ее больше девяти месяцев назад. Эта рентгенограмма была сделана с более гидратированной В-формы ДНК. Она ясно показывала дифракционную картину в форме большого креста, какая и должна быть у спиральной молекулы. У меня просто отвалилась челюсть, и я помчался обратно в Кембридж, чтобы рассказать всем о том, что мне удалось узнать. По моему мнению, нельзя было ждать ни минуты, надо было немедленно приступать к построению моделей. Кто-нибудь неизбежно сказал бы Лайнусу, что на его трехцепочечной ДНК можно сразу поставить крест. Сэр Лоуренс Брэгг немедленно согласился, и, заручившись наконец его поддержкой, мы с Фрэнсисом вскоре вернулись к своим играм с вырезанными деталями разной формы. К тому времени я осознал, что показатели плотности ДНК не исключали, как я поначалу думал, возможности, что в молекуле ДНК две цепочки, а не три. Поэтому мне представлялось уместным начать с поиска способа, которым две цепочки ДНК могут быть завиты вокруг друг друга.

Розалинда тоже могла бы сосредоточиться на двухцепочечных моделях ДНК. За год с лишним до этого она тщательно промерила дифракционные картины кристаллической А-формы ДНК в поисках проявлений молекулярной симметрии. Обнаружив, что полученные ею данные совместимы с тремя возможными химическими пространственными группами, она отправилась за советом в Оксфорд к Дороти Ходжкин, которая была тогда первым во всей Англии кристаллографом и получила заслуженное признание за решение проблемы структуры молекулы пенициллина. Однако когда Дороти узнала, что Розалинда рассматривает пространственные группы с зеркальной симметрией, она сразу почуяла неискушенного кристаллографа. Опытный кристаллограф никогда не предположил бы, что зеркальная симметрия свойственна молекуле, основу которой составляет исключительно 2-дезокси-В-рибоза. Дороти считала, что Розалинде вместо этого следовало бы разобраться в том, о чем говорит третья моноклинная пространственная группа (прямоугольная призма с тремя неравными осями). Расстроенная тем, как нелестно Дороти отозвалась о ее навыках кристаллографа, Розалинда уехала из Оксфорда и больше туда не возвращалась. Но если бы она обратилась за помощью к Фрэнсису, а не к Дороти Ходжкин, то сразу бы узнала, что моноклинная пространственная группа С2 заставляет предположить, что ДНК представляет собой двойную спираль с противоположно направленными цепочками.

Фрэнсис узнал о моноклинной пространственной группе ДНК только из открытого отчета о ходе работы, присланного Максу Перуцу из Королевского колледжа в середине февраля. А я в очередном приступе моделирования обнаружил, что для углеводно-фосфатного скелета диаметром 20 А5 оптимальная протяженность витков составляет 34 А5, а именно такой и была протяженность повторяющихся элементов, измеренная для В-формы ДНК. Теперь, когда у нас были данные об обнаруженной Розалиндой пространственной группе, Фрэнсис настаивал на том, что две цепочки должны быть противоположно направлены. Но поначалу я не готов был принять это утверждение, не понимая кристаллографических соображений о симметрии, лежавших в его основе. Я не хотел и думать о направлении цепочек, не узнав, как связываются друг с другом расположенные в центре азотистые основания. Я еще не знал этого, но мою работу с моделями затрудняло то, что структура гуанина и тимина была описана в учебниках неверно. Используя эти неправильные конфигурации, я ненадолго обрадовался, получив схему попарного соединения, напоминающую ту, что наблюдается в кристаллах аденина.

Однако эта схема давала бы витки 17 А5 вокруг оси спирали, а не 34 А5, как следовало из измерений Розалинды. К счастью, Джерри Донохью, специалист по структурной химии из Калтеха, находившийся тогда в годичном отпуске в Кембридже, наставил меня на путь истинный, объяснив, что водороды гуанина и тимина должны находиться в кетонной форме, а не в енольной, предписанной учебниками. Мне понадобился всего день, чтобы задействовать выводы Джерри и поменять положение атомов водорода на моих вырезанных из бумаги моделях тимина и гуанина. Почти сразу же у меня получилось составить пары оснований А-Т и Г-Ц, которые, как мы теперь знаем, и имеются в ДНК. Через полчаса после этого в то субботнее утро в наш кабинет пришел Фрэнсис, которому потребовалось всего несколько минут, чтобы заключить, что симметрия пар азотистых оснований требует, чтобы цепочки были противоположно направлены. Моноклинная пространственная группа Розалинды была настоящим теоретическим предсказанием модели, которую Фрэнсис и я вывели, основываясь только на стереохимии. Двойная спираль определенно была правильной моделью. Нам оставалось только сконструировать сегмент углеродно-фосфатного скелета и измерить координаты атомов, чтобы показать, что все длины и углы связей в нашей модели согласуются с установленными ранее для молекул меньшего размера. Выполнение этой задачи, которая заставила Фрэнсиса впервые за несколько месяцев оторваться от письменного стола, потребовало меньше трех дней. Двойная спираль была готова покорить мир.

Новость о том, что мы, похоже, разгадали структуру ДНК, не могла не заставить Уилкинса схватиться за сердце. Через день после того, как мы проверили соответствующие всем атомам координаты, от него пришло письмо, в котором он сообщал Фрэнсису, что Розалинда покинула Королевский колледж и что теперь он собирается вернуться к работе с ДНК. Вероятно, чтобы смягчить удар, Джон Кендрю, а не Фрэнсис позвонил Морису, чтобы сообщить ему, что мы с Фрэнсисом предложили многообещающую новую версию структуры ДНК. Приехав на следующий день, Морис сразу оценил изящную простоту двойной спирали и согласился, что она, по-видимому, слишком хороша, чтобы быть неправдой. Мы с Фрэнсисом знали, что не выяснили бы структуру ДНК, если бы нам не были известны результаты, полученные в Королевском колледже, и поэтому предложили Морису войти в число соавторов рукописи, которую мы планировали послать в Nature. Он без колебаний отказался, возможно, потому, что не знал, как быть со столь же важным вкладом Розалинды Франклин и Раймонда Гослинга. В номере Nature за 25 апреля 1953 года было опубликовано состоящее из девятисот слов описание нашей модели, а также две новые заметки от двух противоборствующих групп исследователей ДНК из Королевского колледжа. Морис впоследствии писал, что, отказавшись стать нашим третьим соавтором, он совершил самую большую ошибку в своей жизни.

Мы с Фрэнсисом, напротив, были не одни. На этаже над нами работал очень способный Билл Кокран, который перенёс функции Бесселя из теории спиральной дифракции в рабочий лексикон Фрэнсиса, откуда они попали и в мой инструментарий.

Почти у всех, кто заходил в наш ставший теперь еще теснее кабинет в Кавендишской лаборатории посмотреть на большую трехмерную модель, сделанную в начале апреля, вызывало восторг то, что эта модель собой подразумевала. Все сомнения в том, что именно ДНК, а не белок является носителем генетической информации, внезапно исчезли. Комплементарность последовательностей азотистых оснований на противолежащих цепочках двойной спирали, судя по всему, вполне соответствовала теоретическому предположению Полинга-Дельбрюка о копировании генов посредством создания комплементарных посредников. Двойные спирали ДНК, существующие в природе, должны состоять из кодирующей цепочки, соединенной водородными связями с комплементарной ей производной цепочкой, синтезированной на ее матрице. На два из трех больших вопросов молекулярной генетики — каково строение ДНК и как она копируется — внезапно нашелся ответ благодаря открытию соединенных водородными связями пар азотистых оснований.

При этом еще предстояло установить, каким образом информация, передаваемая последовательностью четырех азотистых оснований ДНК (аденина, гуанина, тимина и цитозина), определяет порядок аминокислот в полипептидах, производимых отдельными генами. Было известно, что аминокислот двадцать, а азотистых оснований всего четыре, следовательно, группы из нескольких оснований должны были определять, то есть кодировать, одну аминокислоту. Я поначалу считал, что лучшим подходом к изучению языка ДНК должны оказаться не дальнейшие исследования ее структуры, а исследования трехмерной структуры химически близкородственной ей рибонуклеиновой кислоты (РНК). Мое решение оставить ДНК и обратиться к РНК было связано со сделанным уже за несколько лет до этого наблюдением, что полипептидные (белковые) цепочки не собираются непосредственно на содержащих ДНК хромосомах. Вместо этого они синтезируются в цитоплазме на небольших РНК-содержащих частицах, называемых рибосомами. Еще до того, как мы открыли двойную спираль, я предполагал, что наследственная информация, записанная на ДНК, должна передаваться цепочкам РНК с комплементарной последовательностью, которые, в свою очередь, играют роль непосредственных матриц для синтеза полипептидов. В то время я наивно полагал, что аминокислоты связываются со специфическими углублениями, линейно расположенными на поверхности РНК, входящей в состав рибосом.

Следующие три года рентгеноструктурных исследований (первые два в Калтехе, а третий — снова в том же подразделении в английском Кембридже, где ко мне присоединился выучившийся у Полинга и в гарвардской Медицинской школе Алекс Рич), к нашему разочарованию, так и не позволили построить правдоподобную трехмерную модель РНК. Хотя РНК, полученная из разных источников, давала одну и ту же общую дифракционную картину, рассеянный характер этой картины никак не позволял уверенно судить о том, включает дающая его структура одну или две цепочки.

Альфред происходил из старинного рода из кантона Вале, долгое время владевшего банком в Сьоне. Когда Альфреду было меньше года, случилось несчастье: его отец, банкир, умер от гриппа во время великой эпидемии 1918 года. Намного позже полученное Альфредом небольшое наследство позволило ему владеть блестящим "бентли", который он парковал на другом берегу реки Кем на территории, прилежащей к школе, где учились мальчики из знаменитого хора Королевского колледжа. Источником еще большей гордости, чем машина, было для Альфреда его избрание в 1950 году членом британского Альпийского клуба. Благодаря его опыту сложных восхождений на южный склон горы Тешхорн и на северный гребень горы Дан-Бланш его пригласили принять участие в рекогносцировочной швейцарской экспедиции 1951 года на Эверест. Альфред с сожалением отказался, решив, что для него важнее исследования, которыми он занимался в Институте Мольтено и благодаря которым в 1952 году получил исследовательскую стипендию Королевского колледжа. Однако альпинизм всегда оставался важной частью его жизни. Летом 1954 года он принял участие в организованной Альпийским клубом рекогносцировке горы Ракапоши в Пакистане — одного из самых устрашающих пиков Каракорума высотой почти восемь тысяч метров.

После моего перехода в Гарвард моим преемником в роли генетика в нашем подразделении в Кембридже должен был стать уроженец Южной Африки Сидни Бреннер. Мы встретились, когда он работал над диссертацией в Оксфорде, получив медицинское образование в Йоханнесбурге. Весной 1953 года Сидни был одним из тех, кто приехал в Кембридж, чтобы взглянуть на нашу большую молекулярную модель двойной спирали. Однако по-настоящему он вошел в нашу с Фрэнсисом жизнь летом 1954 года, в Вудс-Хоул на полуострове Кейп-Код, где мы обсуждали генетический код с русского происхождения физиком-теоретиком Джорджем Гамовым, одним из авторов теории Большого Взрыва. Сидни тогда изучал генетику бактерий в Колд-Спринг-Харбор и приехал на несколько дней в Вудс-Хоул, где произвел огромное впечатление на Гамова и на Фрэнсиса, на лету схватывая их идеи и тут же предлагая эксперименты для их проверки.

Гамов, тогда профессор в Университете Джорджа Вашингтона, заинтересовался двойной спиралью, когда прочитал летом 1953 года нашу вторую статью в Nature на эту тему ("Генетическое значение структуры ДНК"). К началу 1954 года его первоначальные идеи, которые могли показаться безумными, выкристаллизовались в четкие представления о механизме работы генетического кода, согласно которым порядок аминокислот в полипептидных цепочках определяется последовательностью из неперекрывающихся триплетов нуклеотидов. Приехав в начале мая 1954 года в Беркли, где Джордж проводил свой годичный отпуск, я предложил ему организовать клуб из двадцати человек, ищущих разгадку генетического кода, по одному на каждую аминокислоту. Джордж немедленно одобрил эту идею, увлеченно предвкушая разработку дизайна галстуков и канцелярских принадлежностей для нашего Клуба галстуков РНК.

Хотя у Клуба галстуков РНК никогда не было общего собрания, "записки", циркулировавшие между его членами, сыграли важную роль в развитии представлений о генетическом коде. Самая известная из этих записок, автором которой был Фрэнсис, со временем совершенно изменила наши представления о синтезе белков. В январе 1955 года он написал членам клуба о своем впоследствии оказавшемся правильным предположении, что аминокислоты, прежде чем включиться в полипептидную цепочку, должны присоединяться к небольшим "адаптерным" РНК, которые, в свою очередь, связываются с молекулой матричной РНК. Фрэнсис предположил, что каждой аминокислоте должна соответствовать своя адаптерная РНК (теперь такие РНК называют транспортными). Но тогда еще не было никаких экспериментальных подтверждений ни существования этих маленьких РНК, ни тем более их химического связывания с аминокислотами, поэтому даже Фрэнсис ненадолго сохранил свой первоначальный энтузиазм по поводу этих адаптерных молекул. Лишь по прошествии шести месяцев к нему пришло новое безумное увлечение, на этот раз связанное с трехмерной моделью коллагена, которую он и Алекс Рич построили летом 1955 года.

Зимой 1956 года, после того как в декабре Алекс вернулся на свою работу в Национальном институте здоровья в окрестностях Вашингтона, мы с Фрэнсисом сосредоточились на структуре небольших РНК-содержащих вирусов и в целом разобрались, как их кубически симметричные частицы составляются из упорядоченно соединяющихся асимметричных белковых блоков. Как устроены их протяженные цепочки РНК, заключенные в многоспиральные белковые оболочки, — это еще оставалось выяснить. В последний раз мы выступили в качестве одной команды на симпозиуме по теме "Химические основы наследственности", организованном Университетом Джона Хопкинса в середине июня 1956 года. Прибыв в отель "Балтимор", Фрэнсис с восторгом отметил, что нам с ним выделили соседние номера в президентских комнатах на верхнем этаже.

Чтобы остаться на верхнем этаже науки, нам после этого дня пришлось бороться уже по отдельности.

Усвоенные уроки

1. ВЫБИРАЙТЕ ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЙ, ОПЕРЕЖАЮЩИЙ СВОЕ ВРЕМЯ

Уточнение деталей после сделанного кем-то другим крупного открытия едва ли сделает вас большим ученым. Лучше одним скачком обогнать своих коллег, поставив себе важную исследовательскую задачу, — пусть большинство считает, что момент для ее решения еще не настал. Как раз такой задачей было в 1951 году выяснение трехмерной структуры ДНК, для которого, по мнению едва ли не всех химиков, а также биологов, время еще не пришло. Один широко известный ученый, работавший в то время в области химии ДНК, предсказывал, что пройдет лет сто, прежде чем мы узнаем, что представляет собой ген на химическом уровне. Прежде чем приниматься за дело, необходимо найти для себя тропу, по которой вы будете взбираться к намеченной цели, или, еще лучше, новую интеллектуальную катапульту, способную перекинуть вас через расщелины, которые кажутся слишком широкими, чтобы перепрыгнуть через них с помощью экспериментов. Моделирование структуры ДНК в 1951 году обладало как раз таким потенциалом и позволило нам достичь своей цели в то время, когда более ортодоксальный подход, ограничивающийся анализом рентгенограмм, вел к ней далеко не напрямую. Учитывая недавний успех Полинга, открывшего а-спираль с помощью моделирования, в использовании этого подхода применительно к структуре ДНК не было ничего странного; напротив, это был почти очевидный выбор.

2. РАБОТАЙТЕ ЛИШЬ НАД ТЕМИ ЗАДАЧАМИ, КОТОРЫЕ ПРИНЕСУТ ОЩУТИМЫЙ УСПЕХ УЖЕ В БЛИЖАЙШИЕ ГОДЫ

Важных целей, опережающих свое время, можно найти немало. Мне, например, хотелось бы знать, где именно в моем мозгу хранится номер моего телефона. Но никто из моих коллег, занимающихся мозгом, и близко не представляет, как подступиться к этой проблеме. Намного перспективнее сейчас задаваться вопросом, как в намного меньшем по размеру мозгу мухи соединены между собой клетки, позволяющие ей узнавать запах определенного спирта. Когда мы это выясним, это уже будет шаг вперед. Я уверенно принимаюсь за работу над каким-либо вопросом лишь в том случае, если считаю, что в ближайшие три-пять лет могу получить осмысленные результаты. Не стоит рисковать своей научной карьерой, берясь за темы, с которыми у вас есть лишь ничтожный шанс увидеть свет в конце тоннеля. Но если у вас есть основания полагать, что вы с вероятностью 30% сможете в ближайшие два-три года найти ответ на вопрос, который большинство других считают нерешаемым в ближайшее десятилетие, за такую попытку стоит взяться.

3. НИКОГДА НЕ БУДЬТЕ САМЫМ УМНЫМ ИЗ ПРИСУТСТВУЮЩИХ

Чтобы чаще выходить из интеллектуальных турниров победителем, а не проигравшим, нужно принимать участие в неожиданных интеллектуальных поединках. Ничто не заменит вам компанию людей, обладающих достаточными знаниями и способностями, чтобы находить ошибки в ваших рассуждениях или снабжать вас фактами, которые могут подтвердить или опровергнуть ваше мнение. Чем больше будет острота ума окружающих, тем острее станет ваш собственный ум. Это противоречит человеческой природе, особенно мужской природе, но положение вожака стаи может стать преградой для более важных достижений. Намного лучше быть наименее продвинутым химиком на первоклассном отделении химии, чем звездой первой величины на отделении не столь блестящем. К началу пятидесятых научные взаимодействия Лайнуса Полинга с коллегами сводились в основном к монологам, а не к диалогам. Ему хотелось быть объектом преклонения, а не критики.

4. ПОДДЕРЖИВАЙТЕ ТЕСНЫЕ СВЯЗИ С ВАШИМИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМИ СОПЕРНИКАМИЕсли вы преследуете важную цель, вы наверняка столкнетесь с серьезной конкуренцией. Тем, кто хочет заниматься исследованиями в одиночку, суждено оставаться на задворках науки. Сознание участия в гонке может сильно нервировать, но наличие достойных соперников служит гарантией того, что вы стремитесь к достойной цели. Впрочем, стоит всерьез задуматься, если их слишком много. Это обычно означает, что вы участвуете в гонке, имеющей слишком очевидную цель, не опережающую свое время в достаточной степени, чтобы отпугнуть более консервативное и наделенное меньшим воображением большинство. Наличие более чем трех или четырех конкурентов должно говорить вам не только, что ваши шансы на успех малы, но и что их почти невозможно адекватно оценить — в этом случае у вас едва ли будет адекватное представление о сильных и слабых сторонах большинства соперников. Чем их меньше, тем и разобраться в них легче и тем больше шанс, что вы сможете действовать в ходе этой гонки разумно.

Избегать соперников из опасения слишком много им открыть — опасный путь. Каждому из вас помощь может оказаться полезной, а ничейный исход, при котором вы сможете одновременно опубликовать один и тот же результат, явно более предпочтителен по сравнению с проигрышем. Если же окажется, что кто-то другой выйдет несомненным победителем, лучше, если это будет тот, с кем у вас хорошие отношения, чем неизвестный вам конкурент, невольную ненависть к которому вам, хотя бы поначалу, будет сложно преодолеть.

5. РАБОТАЙТЕ ВМЕСТЕ С ЧЕЛОВЕКОМ, С КОТОРЫМ ВЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНО НА РАВНЫХ

Двое ученых, работая вместе, обычно добиваются большего, чем два одиночки, каждый из которых идет своим путем. Лучшие научные пары напоминают браки по расчету, объединяя людей, чьи способности удачно дополняют друг друга. У Фрэнсиса было основательное знание теории кристаллографии, и у меня не было необходимости осваивать ее на том же уровне. Мне было нужно лишь знать, что она дает для интерпретации рентгенограмм ДНК. Конечно, всегда оставалась возможность, что Фрэнсис допустит какую-то ошибку, которую я не смогу заметить, но хорошие отношения, которые мы поддерживали с другими специалистами в этой области, означали, что его идеи всегда будут проходить проверку еще более одаренных кристаллографов. Я, в свою очередь, дополнял нашу команду из двух человек тем, что хорошо разбирался в биологии и настойчиво стремился к решению проблемы, которая оказалась одним из фундаментальных вопросов жизни.

Благодаря умному коллеге, работающему вместе с вами, вы можете скорее отказаться от неправильного решения. Я слишком долго пытался строить модели ДНК с углеводно-фосфатным скелетом в центре, убежденный, что если скелет будет снаружи, то никакие стереохимические ограничения не будут обеспечивать сворачивание молекулы в правильную спираль. Но Фрэнсис высмеял это утверждение, заставив меня выбрать противоположный путь намного быстрее, чем я сделал бы без него. Вскоре я и сам осознал, что те мои представления никуда не годились и что на самом деле стереохимические особенности углеводно-фосфатных групп должны были, разумеется, приводить их в наружное положение в спиралях, совершающих один полный оборот приблизительно за десять нуклеотидов.

Но когда в научной команде больше двух человек, в ней может стать тесно. Когда три человека преследуют общую цель, то один из них становится лидером, а кто-то другой рано или поздно начинает чувствовать себя слабее остальных и обижаться на то, что ключевые решения принимаются без его участия. Кроме того, работая втроем, сложно решить, как отразить вклад каждого в полученный результат. Для нас вполне естественно верить в равноправное партнерство успешных дуэтов, таких как Роджерс и Хаммерстайн или Льюис и Кларк. Большинство людей не верят в равный вклад каждого из участников команды из трех человек.

6. ПУСТЬ У ВАС ВСЕГДА БУДЕТ ТОТ, КТО МОЖЕТ СПАСТИ

Стараясь опередить свое время, вы неизбежно будете раздражать тех, кто склонен считать, что вы многовато на себя берете. Они будут радоваться вашим промахам, полагая, что превратности судьбы постигли вас заслуженно. Иногда они могут проявить себя лишь в тот момент, когда вы терпите крушение. Вы часто обнаруживаете, как зависимы от них — например, от их решения продлить или не продлевать вам стипендию или грант. Поэтому всегда стоит знать кого-то, обладающего влиянием (помимо ваших родителей), кто стоит на вашей стороне. Мои надежды пойти ва-банк с проблемой ДНК в Кембридже не сбылись бы, если бы мои покровители времен занятия фагами, Сальвадор Лурия и Макс Дельбрюк, не пришли мне на помощь, когда мне было отказано в прошении перевести мою стипендию из Копенгагена в Кембридж. Меня тогда не без оснований сочли не подготовленным для занятия рентгеноструктурным анализом и предложили вместо этого отправиться в Стокгольм изучать клеточную биологию. Но Джон Кендрю немедленно предоставил мне бесплатно комнату в своем доме, а Лурия благодаря своим личным связям добился продления моей стипендии на восемь месяцев. Вскоре после этого Дельбрюк организовал для меня стипендию Национального фонда полиомиелита на весь следующий год. Изыскивая средства, позволившие мне остаться в Кембридже, Лурия и Дельбрюк надеялись, что мне удастся сделать успешную карьеру в области структурной биохимии и не подвести их. Но они были недовольны, что я ушел от них так далеко, и понимали, что скорее всего я останусь после продолжительного пребывания в Кембридже с пустыми руками. В связи с этим второй год моей стипендии я должен был провести в Калтехе, что хотя бы отчасти страховало меня на случай, если структуру ДНК разгадает кто-нибудь другой. Когда вы оставляете одно поле интеллектуальной деятельности и переходите на другое, нет никакого смысла сжигать перейденные мосты, по крайней мере до тех пор, пока не заладится ваша карьера в новой области.