Уотсон Джеймс Д. » Двойная спираль

Создавалось впечатление, что несколько дополнительных рентгенограмм смогут показать, как уложены белковые субъединицы, – особенно если они располагаются спирально. Вне себя от возбуждения я утащил из Философской библиотеки статью Бернала и Факухена и принес ее в лабораторию, чтобы Фрэнси посмотрел рентгенограмму ВТМ. Увидев пустые места, характерные для спиральных молекул, он загорелся и тут же предложил несколько возможных спиральных структур ВТМ. Тут я понял, что мне все-таки придется по-настоящему разобраться в его теории дифракции на спиралях. Если бы я ждал, пока у Фрэнсиса выберется свободная минута, чтобы помочь мне, это избавило бы меня от необходимости постигать математику, но стоило бы Фрэнсису выйти из комнаты, у меня все останавливалось бы на мертвой точке. К счастью, даже поверхностных знаний было достаточно, чтобы увидеть, почему рентгенограмма ВТМ указывает на спираль, витки которой отстоят друг от друга на 23 ? вдоль оси. В сущности правила были так просты, что Фрэнсис даже подумывал о том, чтобы изложить их под заглавием: «Преобразование Фурье для птицеловов».

Однако на этот раз Фрэнсис скоро остыл и несколько дней спустя уже утверждал, что доказательства спиральности ВТМ очень и очень нечетки. Я тут же пал духом, но затем наткнулся на факт, из которого неопровержимо следовало, что субъединицы должны располагаться спирально.

Как-то после ужина я от нечего делать прочел материалы дискуссии Фарадеевского общества по структуре металлов. Там я наткнулся на остроумную теорию Ф.К. Фрэнка, объяснявшую, как растут кристаллы. Безукоризненные расчеты каждый раз давали один и тот же парадоксальный результат: кристаллы никак не могут расти хотя бы приблизительно так, как они растут на самом деле. Фрэнк заметил, что этот парадокс снимается, если кристаллы в действительности не столь правильны, как считалось, а содержат дислокации, в результате чего всегда образуются свободные уютные уголки, куда могут пристроиться новые атомы.

Несколько дней спустя, когда я ехал в автобусе в Оксфорд, мне внезапно пришло в голову, что каждую частицу ВТМ нужно представлять себе в виде крохотного кристалла, растущего, как и все прочие кристаллы, благодаря существованию таких уютных уголков. А еще важнее было то, что проще всего эти уютные уголки возникали при спиральной укладке субъединиц. Идея была настолько простой, что не могла не оказаться верной. Каждая винтовая лестница, попадавшаяся мне на глаза в Оксфорде, укрепляла мою уверенность в том, что и другие биологические структуры должны иметь спиральную симметрию. Неделю с лишним я просидел над электронными микрофотографиями мышечных и коллагеновых волокон в поисках признаков спирального строения. Однако Фрэнсис был настроен скептически, и я знал, что, не располагая конкретными фактами, ни в чем не смогу его убедить.

На помощь пришел Хью Хаксли, который предложил научить меня пользоваться рентгеновской аппаратурой для получения рентгенограмм ВТМ. Чтобы обнаружить спираль, следовало наклонять ориентированный препарат ВТМ под разными углами к рентгеновским лучам. Фанкухен этого не делал, потому что до войны никто не относился к спиралям серьезно. Тогда я отправился к Рою Маркхэму узнать, нет ли у него под рукой лишнего препарата ВТМ. Маркхэм работал тогда в Молтеновском институте, который в отличие от остальных кембриджских лабораторий хорошо отапливался. Эта аномалия объяснялась астмой, которой страдал тогдашний директор института Дэвид Кейлин. Я хватался за любой удобный предлог, лишь бы несколько минут прожить при температуре 21°, хотя никогда не мог быть уверен, что Маркхэм не встретит меня очередным замечанием о том, как плохо я выгляжу (подразумевая, что этого никогда не случилось бы, если бы меня вспоили на английском пиве). На этот раз Маркхэм, сверх всяких ожиданий, был очень любезен и сразу же согласился одолжить нам немного вируса. Ему показалось очень забавным, что мы с Фрэнсисом собираемся замарать свои ручки экспериментами.

Мои первые рентгенограммы, как и следовало ожидать, были куда хуже опубликованных. Понадобилось больше месяца, чтобы они начали получаться у меня хотя бы мало-мальски прилично. Однако это был еще далеко не тот уровень, на котором можно обнаружить спираль.

Единственным приятным событием в феврале был костюмированный бал, устроенный Джеффри Раутоном в доме его родителей на Адамс-роуд. Как ни странно, Фрэнсис не пожелал пойти на этот бал, хотя Джеффри был знаком с массой хорошеньких девушек и, по слухам, писал стихи, нацепив на ухо серьгу. Однако Одил не хотела отказаться от такого удовольствия, и я пошел с ней, взяв напрокат костюм солдата эпохи Реставрации. Едва протиснувшись в толпу подвыпивших танцоров, мы поняли, что вечер обещает быть великолепным: тут была чуть ли не половина кембриджских девушек au pair (иностранок, живущих в английских семьях по обмену).

Через неделю состоялся бал «Тропическая ночь», на который Одил очень рвалась, – во-первых, она его оформляла, а во-вторых, его устраивали африканцы. Фрэнсис снова воздержался и на этот раз поступил мудро. Зал был наполовину пуст, а я даже и в подпитии не люблю скверно танцевать на виду у всех.

Важнее же всего было то, что в мае в Лондон на конференцию по структуре белков, созванную Королевским обществом, должен был приехать Лайнус Полинг. Никто не мог бы предугадать, в каком направлении он нанесет очередной удар. Особенно жутко становилось при мысли, что он захочет посетить Кингз-колледж.

Однако нагрянуть в Лондон Лайнусу помешали. Его поездка оборвалась в нью-йоркском аэропорту Айдл-уайлд, где у него отобрали паспорт. Госдепартамент не желал, чтобы смутьяны вроде Полинга разъезжали по свету и говорили всякие гадости о политике бывших банкиров, сдерживающих орды красных безбожников. Стоило выпустить Полинга – и дело могло кончиться пресс-конференцией в Лондоне, на которой Лайнус принялся бы пропагандировать мирное сосуществование. У Ачесона хватало хлопот и без того, чтобы давать повод сенатору Маккарти объявить, будто правительство позволяет радикалам порочить под защитой американского паспорта американский образ жизни.

Мы с Фрэнсисом были уже в Лондоне, когда Королевское общество узнало об этом скандальном происшествии. Сначала этому просто не поверили. Куда спокойнее было думать, что Лайнус по дороге в Нью-Йорк вдруг заболел. Не пустить одного из ведущих ученых мира на совершенно чуждую политики конференцию – этого никто не ожидал.

Тех из нас, кто только что побывал в Оксфорде на конференции Микробиологического общества, посвященной размножению вирусов, этот демарш госдепартамента не слишком удивил. Один из главных докладов там должен был сделать Луриа. За две недели до отъезда в Лондон ему сообщили, что паспорта он не получит. Как обычно, госдепартамент уклонился от объяснений, понимая, что черное за белое выдать ему не удастся.

Отсутствие Луриа поставило меня перед необходимостью рассказать о последних экспериментах американских исследователей по фагам. Готовить доклад мне не пришлось: за несколько дней до конференции я получил от Эла Херши из Колд-Спринг-Харбора длинное письмо, в котором он подводил итоги недавно завершенных опытов. С помощью этих опытов Эл с Мартой Чейз установили, что заражение бактерии фагом происходит главным образом за счет проникновения в нее вирусной ДНК. И – что еще важнее – белка при этом в бактерию попадало очень мало. Их опыты, таким образом, еще раз убедительно доказывали, что именно ДНК является основным наследственным веществом.

Тем не менее почти никто из четырех с лишним сотен микробиологов, собравшихся на конференцию, не проявил ни малейшего интереса, когда я зачитывал обширные выдержки из письма Херши. Явными исключениями были только Андрэ Львов, Сеймур Бензер и Гантер Стент, ненадолго приехавшие из Парижа. Они понимали, что опыты Херши нетривиальны и что теперь ДНК приобретает решающее значение. Однако большинству слушателей имя Херши ничего не говорило. К тому же, как только выяснилось, что я американец, то даже нестриженые волосы не спасли меня от подозрения в ненадежности моих научных суждений.

Тон на конференции задавали английские вирусологи Ф. Боуден и Н. Пири. Никто не мог противостоять безупречной эрудиции Боудена или безапелляционному нигилизму Пири, который проникся большой неприязнью к идее, что у некоторых фагов могут быть хвосты, а вирус табачной мозаики имеет определенный размер. Когда я попытался загнать Пири в угол экспериментами Шрамма, он сказал, что о них не стоит и говорить, и мне пришлось перейти на тему, политически более нейтральную, – а именно, имеет ли какое-нибудь биологическое значение длина в 3000 ?, характерная для многих частиц ВТМ. Мысль о том, что простой ответ всегда предпочтительнее, не произвела впечатления на Пири, который твердо знал, что вирусы слишком велики, чтобы обладать строго определенной структурой.

Если бы не присутствие Львова, конференция оказалась бы пустой тратой времени. Андрэ очень интересовала роль двухвалентных металлов в размножении фагов, и поэтому он легко воспринял мою веру в решающее значение ионов для структуры нуклеиновых кислот. Меня особенно заинтриговало его предположение, что именно специфические ионы определяют точное копирование макромолекул и взаимное притяжение одинаковых хромосом. Однако подвергнуть наши фантазии проверке не было никакой возможности, разве что Рози вдруг перестала бы полагаться только на классические методы рентгенографии.

Конференция Королевского общества показала, что в Кингз-колледже после встречи с нами в начале декабря так никто ионами и не заинтересовался. Взявшись за Мориса, я узнал, что к матрицам для формовки молекулярных моделей, которые мы им передали, никто даже не притрагивался. Но пока еще не настало время требовать, чтобы Рози и Гослинг взялись за модели. Стычки Рози с Морисом после их поездки в Кембридж стали еще ожесточеннее. Теперь она уже настаивала на том, что ее данные вообще опровергают спиральность ДНК. Рози скорее удавила бы Мориса проволочной моделью молекулярной цепи, чем расположила бы ее спиралью по его приказанию.

Когда Морис спросил, не нужны ли нам наши матрицы, мы ответили утвердительно, дав при этом понять, что нам потребуется много углеродных атомов для постройки моделей полипептидных цепей. К моему облегчению, Морис с полной откровенностью говорил о том, чего в Кингз-колледже не делают. Тот факт, что я серьезно занялся рентгенографией ВТМ, как-то гарантировал, что я не скоро вернусь к строению ДНК.

Морис и не подозревал, что я почти немедленно после этого получу рентгенограмму, доказывающую спиральность вируса табачной мозаики. Этим неожиданным успехом я был обязан мощной рентгеновской трубке с вращающимся анодом, только что собранной в Кавендишской лаборатории. Эта сверхтрубка позволила мне снимать рентгенограммы в двадцать раз быстрее, чем прежде. За неделю число моих рентгенограмм ВТМ более чем удвоилось.

В то время лаборатория по традиции запиралась в десять часов вечера. Хотя швейцар жил у самых ворот, после этого часа его никто не беспокоил. Резерфорд в свое время считал, что не нужно поощрять ночные бдения, так как теннис – гораздо более подходящее занятие для летних вечеров. И даже через пятнадцать лет после его смерти для засиживающихся допоздна сотрудников лаборатории имелся всего один ключ. Им теперь завладел Хью Хаксли, который доказывал, что мышечные волокна являются живой тканью, а потому к ним неприложимы правила, установленные для физиков. Иногда он одалживал ключ и мне или же сам спускался вниз, чтобы открыть мне тяжелую дверь, выходившую на Фри-Скул-Лэй: Хью не было в лаборатории, когда однажды июне, поздно вечером, я выключил рентгеновскую установку и проявил рентгенограмму еще одного образца ВТМ. Он был снят под углом около 25°, и в случае удачи я должен был получить рефлексы, характерные для спирали. Посмотрев на свет еще мокрый негатив, я сразу же понял, что мы добились своего. Признаки спирального строения были вне всякого сомнения. Теперь нетрудно будет убедить Луриа Дельбрюка, что я остался в Кембридже не зря. Хотя была уже полночь, мне не хотелось возвращаться к себе на Теннис-Корт-роуд, и я, счастливый, больше часа бродил по переулкам Кембриджа.

На следующее утро я, изнывая от нетерпения ждал прихода Фрэнсиса для последней проверки. Когда ему понадобилось меньше десяти секунд на то, чтобы заметить самый важный рефлекс, мои последние сомнения исчезли. Я даже попробовал разыграть Фрэнсиса, сделав вид, будто вовсе не считаю эту рентгенограмму такой уж убедительной, и принялся доказывать, что мое предположение об уютных уголках гораздо важнее. Но едва я произнес эти легкомысленные слова, как Фрэнсис прочел мне проповедь об опасностях некритического увлечения телеологией. Фрэнсис всегда говорил то, что думал, и считал, что и я поступаю так же. Правда, в Кембридже интересные разговоры нередко возникали вокруг какой-либо несообразности, сказанной в надежде, что кто-нибудь примет ее всерьез, но Фрэнсису не было нужды прибегать к такому приему, чтобы оживить разговор. Стоило ему минуту-другую порассуждать о девушках-иностранках, и этого всегда оказывалось достаточно, чтобы поднять настроение даже на самом чинном кембриджском вечере. Теперь, конечно, стало ясно, какую проблему нам следует решать дальше. Из ВТМ в ближайшее время ничего нельзя было больше извлечь. Дальнейшее распутывание подробностей его структуры требовало более специальных знаний, которыми я не располагал. Кроме того, было сомнительно, удастся ли в ближайшие годы даже ценой самых напряженных усилий раскрыть строение его РНК. Путь к ДНК лежал не через ВТМ.

Настал подходящий момент, чтобы поразмыслить о некоторых любопытных закономерностях химии ДНК, впервые замеченных биохимиком Колумбийского университета, австрийцем по происхождению, Эрвином Чаргаффом. Со времени войны Чаргафф и его ученики тщательно исследовали соотношение пуриновых и пиримидиновых оснований в различных препаратах ДНК. И во всех образцах число молекул аденина (А) было очень близко к числу молекул тимина (Т), а число молекул гуанина (Г) – к числу молекул цитозина (Ц). Кроме того, содержание остатков аденина и тимина изменялось в зависимости от происхождения препарата. ДНК одних организмов содержала больше А и Т, других – больше Г и Ц. Чаргафф не дал никакого объяснения этим поразительным результатам, хотя, безусловно, не считал их случайными. Когда я впервые рассказал о них Фрэнсису, они его не заинтересовали, и он продолжал думать о другом.

Однако некоторое время спустя разговоры с молодым химиком-теоретиком Джоном Гриффитом навели Фрэнсиса на мысль, что эти закономерности могут иметь большое значение. Один из этих разговоров завязался за кружкой пива после вечерней лекции астронома Томми Голда о «совершенном космологическом принципе». В изложении Томми эта довольно натянутая идея выглядела настолько правдоподобной, что Фрэнсис задумался о том, не существует ли «совершенного биологического принципа». Зная, что Гриффит интересуется теоретическими схемами репликации генов, Фрэнсис вдруг предположил, что, возможно, «совершенный биологический принцип» и заключается в саморепликации гена, то есть в его способности к точному копированию самого себя при удвоении хромосом в ходе деления клетки. Однако Гриффита эта идея не соблазнила, так как он последние месяцы предпочитал схему, по которой копирование генов происходит путем попеременного образования комплементарных поверхностей.

Эта гипотеза не была новой. В кругах генетиков теоретического склада, ломавших голову над удвоением гена, она была в ходу уже лет тридцать. Суть ее состояла в том, что для удвоения гена требуется образование комплементарной (негативной) копии его, форма которой относится к исходной (позитивной) поверхности, как ключ к замку. Затем эта комплементарная (негативная) копия должна была служить формой (матрицей) для синтеза новой позитивной копии. Однако нескольким генетикам идея комплементарного копирования не импонировала. Ведущим среди них был Г.И. Мёллер, находившийся под влиянием нескольких известных физиков-теоретиков, особенно Паскуаля Иордана, которые считали, что существуют силы притяжения подобного к подобному. Однако Полингу этот прямой механизм внушал отвращение; его особенно возмущало предположение, будто эта идея находит подтверждение в квантовой механике. Перед самой войной он предложил Дельбрюку, от которого узнал про работы Иордана, написать совместно с ним для журнала «Сайенс» статью с категорическим утверждением, что, согласно квантовой механике, механизм удвоения гена связан с синтезом комплементарных копий.