Уотсон Джеймс Д. » Двойная спираль

Отрезок цепи ДНК, как ее представляла себе в 1951 году группа исследователей, работавших под руководством Александра Тодда.

Они считали, что все нуклеотиды соединены между собой фосфодиэфирными связями между пятым и третьим углеродными атомами сахаров соседних нуклеотидов. Будучи химиками-органиками, они интересовались только тем, как связаны между собой атомы, предоставляя кристаллографам решать вопрос об их пространственном расположении.

Мы сразу же поняли, что строение ДНК может оказаться более сложным, чем строение ?-спирали.

В ?-спирали одна полипептидная цепь (последовательность аминокислот) сворачивается в спираль, удерживаемую водородными связями между группами этой же цепи. Морис, однако, сказал Фрэнсису, что диаметр молекулы ДНК больше, чем это было бы, если бы она состояла только из одной полинуклеотидной цепи (последовательности нуклеотидов). Это навело его на мысль, что молекула ДНК представляет собой сложную спираль, состоящую из нескольких полинуклеотидных цепей, завернутых одна вокруг другой. В этом случае всерьез приниматься за построение модели можно было, только решив заранее, как соединены эти цепи друг с другом: водородными связями или через солевые мостики и отрицательно заряженные фосфатные группы.

Положение усложнялось еще и тем, что в ДНК обнаружили четыре типа нуклеотидов. В этом смысле строение молекулы ДНК в высшей степени нерегулярно. Правда, эти четыре нуклеотида не очень отличаются друг от друга: в каждом из них содержатся те же сахар и фосфат. Различия зависят лишь от азотистых оснований – либо пуриновых (аденина и гуанина), либо пиримидиновых (цитозина и тимина). Но поскольку в связях между нуклеотидами участвуют только фосфаты и сахара, наше предположение о том, что все нуклеотиды соединены в единое целое однотипными химическими связями, оставалось в силе. Поэтому при постройке моделей мы намеревались исходить из того, что сахаро-фосфатный остов имеет строго регулярное строение, а основания неизбежно расположены весьма нерегулярно (если бы последовательность оснований была везде одинаковой, то одинаковыми были бы и все молекулы ДНК, а значит, не существовало бы такого огромного разнообразия генов).

Химическое строение четырех азотистых оснований, входящих в состав ДНК (по данным 1951 года).

Поскольку электроны пяти– и шестичленных циклов не имеют определенной локализации, каждое основание представляет собой плоскую структуру толщиной 3,4 ?.

Хотя Полинг получил ?-спираль, почти не используя рентгеноструктурных данных, он знал об их существовании и до некоторой степени их учитывал. Благодаря наличию этих данных можно было быстро отбросить значительную часть возможных трехмерных конфигураций полипептидной цепи. Точные рентгенографические данные помогли бы и нам быстрее продвинуться в изучении более сложной молекулы ДНК. Простой просмотр рентгенограмм ДНК избавил бы нас от многих ошибок на первых же шагах. К счастью, одна более или менее приличная рентгенограмма уже была опубликована. Ее пятью годами раньше получил английский кристаллограф У.Т. Астбери, и она могла послужить нам отправной точкой. Однако гораздо лучшие рентгенограммы кристаллической ДНК, полученные Морисом, сэкономили бы нам от шести месяцев до года труда. Беда была в том, что они принадлежали Морису и с этим приходилось считаться. Выход был один: поговорить с ним.

К нашему удивлению, Морис почти сразу принял приглашение Фрэнсиса приехать в Кембридж на воскресенье. Не потребовалось и убеждать Мориса, что структура ДНК наверняка представляет собой спираль. Это была не просто самая очевидная догадка. На летней конференции в Кембридже Морис уже сам говорил о спиралях. За полтора месяца до моего первого приезда сюда он демонстрировал рентгенограммы ДНК, где явно отсутствовали рефлексы на меридиане, и его коллега, теоретик Алекс Стоукс, сказал ему, что это скорее всего указывает на спираль. Это заключение натолкнуло Мориса на мысль, что ДНК – спираль, состоящая из трех полинуклеотидных цепей.

Однако в отличие от нас он считал, что полинговская игра в модели вряд ли поможет быстро решить проблему структуры ДНК, – во всяком случае, до тех пор, пока не будет накоплено достаточно рентгенографических данных. А потому основной темой наших разговоров стала Рози Фрэнклин. С ней уже не было никакого сладу. Теперь она потребовала, чтобы Морис сам не снимал рентгенограмм ДНК. Пытаясь как-то договориться с Рози, Морис заключил очень невыгодную сделку. Он отдал ей все хорошие препараты кристаллической ДНК, которыми пользовался в своих первых работах, и согласился ограничить свои исследования другой ДНК, которая, как он затем обнаружил, вообще не кристаллизовалась.

Дело дошло до того, что Рози даже перестала сообщать Морису свои последние результаты. И узнать о них он мог не раньше чем через три недели, в середине ноября, когда Рози должна была докладывать на семинаре о своей работе за истекшие полгода. Я, естественно, очень обрадовался, когда Морис пригласил меня на ее доклад. Впервые я почувствовал, что мне действительно нужно заняться кристаллографией: я непременно должен был понять то, о чем будет говорить Рози.

Менее чем через неделю Фрэнсис внезапно утратил на время почти всякий интерес к ДНК. Дело в том, что он обвинил одного из коллег в пренебрежении к своим идеям. И обвиняемый был не кто иной, как сам профессор Брэгг. Случилось это утром в субботу, я к этому времени не пробыл в лаборатории и месяца. Накануне Макс Перутц дал Фрэнсису рукопись своей новой статьи о конфигурации молекулы гемоглобина, которую он написал в сотрудничестве с сэром Лоуренсом. Быстро пробежав статью, Фрэнсис пришел в бешенство, так как обнаружил, что некоторые ее положения опираются на теоретическую идею, которую он высказал месяцев девять назад. Хуже того: Фрэнсис прекрасно помнил, что он в восторге сообщил ее в лаборатории всем и каждому. И тем не менее в статье его имя упомянуто не было. Ворвавшись к Максу и Джону Кендрью и излив им свое возмущение, он бросился в кабинет к Брэггу, чтобы потребовать объяснения, если не извинений. Однако Брэгг уже ушел домой, и Фрэнсису пришлось дожидаться следующего утра. К сожалению, эта задержка не способствовала смягчению разговора.

Сэр Лоуренс решительно заявил, что он ничего не знал о выводах Фрэнсиса и глубоко оскорблен подобным намеком на то, что его считают способным присвоить чужую идею. Фрэнсис же никак не мог поверить, что Брэгг был настолько туп, чтобы пропустить мимо ушей идею, не раз им повторенную, и тут же высказал Брэггу все это. Дальнейший разговор был невозможен: не прошло и десяти минут, как Фрэнсис вылетел из кабинета профессора.

Это объяснение, по-видимому, сыграло роль последней капли. За несколько недель до него Брэгг как-то пришел в лабораторию и с большим волнением рассказал об одной идее, которая пришла ему в голову накануне вечером и которую впоследствии они с Перутцем включили в свою статью. Пока он излагал ее Перутцу и Кендрью, к ним подошел Крик. К большому неудовольствию Брэгга, Фрэнсис вместо того, чтобы сразу же согласиться, сказал, что сейчас пойдет и проверит, прав Брэгг или не прав. Брэгг взбесился и с повышенным давлением отправился домой – возможно, для того, чтобы сообщить своей супруге об очередной выходке этого непутевого дитяти.

Новое же столкновение грозило Фрэнсису полной катастрофой, и он спустился в лабораторию заметно расстроенный. Попросив его из кабинета, Брэгг сердито добавил, что обдумает вопрос о том, сможет ли Фрэнсис остаться в лаборатории после того, как кончит работу над диссертацией. Фрэнсиса встревожила перспектива поисков нового места. Когда мы с ним в этот день обедали в «Орле» – закусочной, где он обычно ел, – атмосфера была довольно мрачной и, против обыкновения, он ни разу не засмеялся.

У Фрэнсиса были основания беспокоиться. Хотя он знал, что умен и умеет творчески мыслить, он не мог похвастаться какими-нибудь определенными достижениями и до сих пор не имел докторской степени. Он происходил из почтенной буржуазной семьи и окончил школу в Милл-Хилл. После этого он изучал физику в Юниверсити-колледже Лондонского университета и работал над диссертацией, когда началась война. Как почти все английские ученые, он хотел внести свой вклад в оборону страны и стал работать в научной группе при Адмиралтействе. Работал он с большой энергией, и хотя многим не нравилась его разговорчивость, выбирать не приходилось – шла война, а он приносил большую пользу, конструируя хитроумные магнитные мины. Однако, когда война кончилась, некоторые его коллеги пришли к заключению, что впредь будет предпочтительнее обходиться без его общества, и ему дали понять, что он может не рассчитывать на дальнейшую карьеру в государственных научных учреждениях.

К тому же у него пропал вкус к физике и он решил попытать свои силы в биологии. С помощью физиолога А.В. Хилла осенью 1947 года он получил небольшую стипендию в Кембридже. Сначала он занимался чистой биологией в лаборатории Стрэнджуэйз, но это не обещало ничего интересного, и два года спустя он перешел в Кавендишскую лабораторию, где стал работать вместе с Перутцем и Кендрью. Здесь он снова увлекся наукой и решил, что, пожалуй, пора заняться диссертацией. Он поступил стажером в Кэйюс-колледж, где его научным руководителем стал Макс Перутц. Работать над диссертацией ему было скучно, так как его быстрый ум не находил удовлетворения в кропотливых исследованиях.

Но теперь он извлек из своего решения непредвиденную выгоду: несмотря на случившееся, его неудобно было выгнать из лаборатории, пока он не получил степени.

Макс и Джон бросились на выручку Фрэнсису и ходатайствовали за него перед профессором. Джон подтвердил, что Фрэнсис действительно что-то писал по данному вопросу, и Брэгг согласился с тем, что они пришли к одной и той же мысли независимо друг от друга. К этому времени Брэгг успокоился, и вопрос об уходе больше просто не поднимался. Для Брэгга это была жертва: как-то в минуту отчаяния он признался, что у него от голоса Фрэнсиса звенит в ушах. К тому же он не был уверен, что Крик им вообще нужен. Все-таки человек, не переставая, болтает вот уже тридцать пять лет, а пока практически ничего ценного это не дало.

Новый повод для занятий теорией скоро помог Фрэнсису стать самим собой. Через несколько дней после истории с Брэггом кристаллограф В. Вэнд прислал Максу письмо, в котором излагал свои теоретические соображения относительно дифракции рентгеновских лучей спиральными молекулами. Спирали в то время были в центре внимания лаборатории, главным образом из-за ?-спирали Полинга. Но общей теории, которая позволяла бы проверять новые модели и подтвердить некоторые тонкие детали строения ?-спирали, еще не существовало. Вэнд и надеялся, что его теория восполнит этот пробел.

Фрэнсис быстро обнаружил в построениях Вэнда слабое место и, возгорев желанием найти правильную теорию, бросился наверх, чтобы поговорить с Биллом Кокреном, маленьким тихим шотландцем, преподавателем кристаллографии. Среди молодых кембриджских рентгеноструктурщиков Билл был самым талантливым, и, хотя он не принимал участия в работах над биологическими макромолекулами, его мнение было лучшим пробным камнем для теоретических экскурсов Фрэнсиса. Если Билл говорил Фрэнсису, что идея неудачна или ничего не даст, то Фрэнсис мог не сомневаться, что это не продиктовано профессиональной завистью. На этот раз, однако, Билл не стал ему возражать, так как сам обнаружил ошибки в теории Вэнда и тоже начал прикидывать, каким должно оказаться правильное решение. Макс и Брэгг уже давно настаивали, чтобы он разработал теорию спиралей, но Билл никак не мог раскачаться. Теперь же, когда к ним присоединился еще и Фрэнсис, он уже серьезно задумался, как взяться за дело.

До конца этого утра Фрэнсис хранил молчание, погрузившись в математические выкладки. За обедом в «Орле» у него разболелась голова, и он не вернулся в лабораторию, а пошел прямо домой. Однако ему скоро надоело, скучая, сидеть перед газовым камином, и он снова принялся за расчеты. Вскоре он с восторгом убедился, что как будто нашел решение. Но тут ему пришлось оторваться от этого занятия, так как он и его жена Одил были приглашены на дегустацию вин к Мэтьюзу – одному из лучших виноторговцев Кембриджа. Это приглашение вот уже несколько дней поддерживало в нем бодрость духа. Оно означало, что ему открывается доступ в наиболее фешенебельное и интересное общество Кембриджа, и он мог забыть, что его не ценят по достоинству разные педанты-профессора.

В то время они с Одил жили в «Зеленой Двери» – крохотной, недорогой квартирке на верхнем этаже старинного здания напротив Сент-Джонс-колледжа. Только две их комнаты – гостиная и спальня – более или менее заслуживали этого названия. Остальные же помещения, включая и кухню, которую почти всю занимала ванна, практически не существовали вовсе. Однако, несмотря на тесноту, квартирка выглядела очень уютной, если не сказать кокетливой, благодаря художественному вкусу Одил. Там я впервые почувствовал бодрящую силу английской интеллектуальной жизни, о которой я и не подозревал в первые дни, проведенные в викторианской комнате на Джезус-Грин в нескольких сотнях ярдов оттуда.

Они были женаты третий год. Первый брак Фрэнсиса оказался недолговечным, и его сын Майкл находился на попечении матери и тетки отца. Фрэнсис несколько лет жил один – до тех пор, пока в Кембридж не приехала Одил, которая была пятью годами моложе его, и не заставила его окончательно взбунтоваться против духовного застоя добропорядочного общества, культивирующего невинные удовольствия вроде парусного спорта и тенниса, которые исключают интеллектуальный обмен мыслей. Политикой и религией эта пара не интересовалась. Последняя была заблуждением прошлых поколений, которое Фрэнсис не был намерен поддерживать. Правда, в их равнодушии к политическим вопросам, я не так уверен. Возможно, причина крылась в войне, мрачные стороны которой они просто старались забыть. Но как бы то ни было, «Таймс» за завтраком они не читали, предпочитая модный «Вог» – единственный журнал, который они выписывали и о котором Фрэнсис мог говорить без конца.

К этому времени я начал часто обедать у них. Фрэнсис всегда был рад продолжить начатый в лаборатории разговор, а я спешил воспользоваться любой возможностью избежать скверной английской пищи, которая постоянно заставляла меня опасаться язвы желудка. Мать Одил, француженка, привила ей глубокое презрение к тому, как едят и устраивают свои дома большинство англичан, проявляя при этом полное отсутствие воображения. Поэтому у Фрэнсиса не было никаких оснований завидовать коллегам-членам колледжей, хотя блюда, подававшиеся за преподавательским столом, бесспорно выгодно отличались от унылой стряпни их жен – безвкусного мяса, вареной картошки, дряблой зелени и однообразных бисквитов. Обеды у Криков были очень веселыми, особенно когда после вина разговор заходил об очередных красотках, в данный момент находившихся в центре кембриджских сплетен.

Фрэнсис чрезвычайно интересовался молодыми женщинами, особенно если в них была какая-то изюминка и их поведение достаточно оригинально, чтобы служить источником для пикантных и забавных сплетен. В юности он почти не бывал в обществе женщин и только теперь начинал понимать, как они украшают жизнь. Одил ничего не имела против этого его увлечения, так как оно было следствием, а может быть, и добавочным стимулом его освобождения от скучных шор нортгемптонского воспитания. Они подолгу обсуждали тот полубогемный мир, где вращалась Одил и куда их часто приглашали. Не было такого пикантного происшествия, которого мы не коснулись бы в наших застольных беседах, и Фрэнсис с не меньшим удовольствием рассказывал о собственных промашках. Например, однажды он явился на маскарад, загримировавшись под молодого Шоу с большой рыжей бородой. С первой же минуты он понял, что совершил роковую ошибку: молодым женщинам, к которым ему удавалось приблизиться на дистанцию, удобную для поцелуя, не нравилось прикосновение жестких и влажных волос.