Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева - Сэм Кин

Как и многие другие, Полинг практически не интересовался ДНК до 1952 года, хотя швейцарский биолог Фридрих Мишер обнаружил ДНК еще в 1869 году. Мишер совершил это открытие, поливая спиртом и желудочным соком свиней пропитанные гноем повязки (которые брал в расположенных неподалеку больницах). Ученый проделывал эти манипуляции до тех пор, пока на повязках не оставалась только клейкая тягучая сероватая субстанция. Исследовав это вещество, Мишер немедленно и самодовольно заявил, что дезоксирибонуклеиновая кислота окажется важнейшим биологическим веществом. К сожалению, химический анализ показал высокое содержание фосфора в этих образцах. В те времена единственным достойным изучения биохимическим соединением считались белки, а поскольку фосфор в белках отсутствует, ДНК сочли остатком, молекулярным довеском[73].

Это предубеждение удалось развенчать только в 1952 году, после того как был выполнен революционный эксперимент над вирусами. Вирусы нападают на клетки, прикрепляются к ним и впрыскивают в них свои гены. Но в начале 50-х никто еще не знал, где именно содержится эта генетическая информация – в белках или в ДНК. Поэтому два генетика использовали радиоактивные индикаторы, чтобы пометить и фосфор, содержащийся в ДНК вирусов, и серу, которая в большом количестве содержится в их белках. После того как исследователи проанализировали несколько зараженных клеток, они обнаружили, что радиоактивный фосфор был внедрен в клетки и передан при делении, а с серой этого не произошло. Белки не могли быть носителями генетической информации – таким носителем оказалась ДНК[74].

Но что же такое ДНК? Ученые на тот момент могли об этом только догадываться. Эта молекула состояла из длинных нитей, каждая из которых имела каркас, состоящий из фосфора и сахаров. В ней также находились нуклеиновые кислоты, которые выступали на этом каркасе, как позвонки на хребте. Но оставалось совершенно непонятно, какую форму эти нити принимают в живой клетке и как они связываются вместе. Как Полинг уже показал на примере гемоглобина и альфа-спиралей, функционирование молекулы в значительной мере зависит от ее формы. Вскоре форма ДНК стала важнейшим вопросом молекулярной биологии.

И Полинг, как и многие другие, счел, что лишь он сможет ответить на этот вопрос. Это было не высокомерие, по крайней мере, не только высокомерие: просто Полинга раньше никому не удавалось опередить. Итак, в 1952 году Полинг вооружился карандашом, логарифмической линейкой и фрагментарными данными, полученными из вторых рук, засел в своем калифорнийском кабинете и решил разгадать тайну ДНК. Сначала он ошибочно решил, что громоздкие нуклеиновые кислоты теснятся по внешнему краю каждого сахаро-фосфатного остова. Иначе он просто не мог себе представить, как такая молекула образует целостную структуру. Соответственно, он повернул сахаро-фосфатный остов в центр молекулы. На основании своих некачественных данных Полинг также решил, что ДНК представляет собой тройную спираль. Дело было в том, что Полинг оперировал информацией, полученной при исследовании высушенного препарата ДНК, которая закручивается иначе, чем влажная «живая» ДНК. Странная тройная спираль вынуждала бы молекулу скручиваться сильнее, чем на самом деле. Но на бумаге модель Полинга казалась вполне правдоподобной.

Сначала картинка складывалась отлично, но Полинг попросил одного аспиранта проверить его расчеты. Аспирант взялся за дело и вскоре принялся ломать голову, силясь понять, в чем же он ошибается, а Полинг – нет. В конце концов, пришлось сказать Полингу, что фосфатные компоненты, как ни крути, не вписываются в его модель по самой примитивной причине. На уроках химии нам всегда рассказывают о нейтральных атомах, но химики воспринимают элементы несколько иначе. В природе, особенно в биохимической среде, многие элементы существуют только в виде ионов, то есть заряженных атомов.

Действительно, если принять модель, предложенную Полингом, то получалось, что все атомы фосфора в ДНК всегда будут иметь отрицательный заряд и, соответственно, отталкиваться друг от друга. Невозможно было уложить в сердцевину ДНК три фосфатные нити, не разорвав всю молекулу на части.

Аспирант объяснил эту проблему, а Полинг (как и должен был поступить Полинг) вежливо проигнорировал эти возражения. Не совсем понятно, зачем Полинг вообще решил привлекать ученика для проверки, если не собирался его выслушать. Но причина, по которой ученый отмахнулся от аспиранта, вполне ясна. Разумеется, Полинг стремился к научному приоритету, хотел, чтобы все остальные идеи о ДНК считались развитием его идеи. Поэтому, изменив своей обычной дотошности, Полинг предположил, что структурные детали молекулы прояснятся сами собой, и уже в начале 1953 года поспешно опубликовал свои выводы о тройной спирали, построенной вокруг фосфатной сердцевины.

Тем временем по другую сторону Атлантики два застенчивых аспиранта из Кембриджского университета корпели над пробными экземплярами статьи Полинга. Сын Лайнуса Полинга, Питер, работал в той же лаборатории, что и Джеймс Уотсон и Френсис Крик[75]. Великодушно он предоставил копию отцовской статьи коллегам. Никому не известные исследователи давно бились над тайной ДНК, пытаясь сделать себе на этом имя. И то, что они прочитали в статье Полинга, невероятно их расстроило: они сами выстроили такую же модель годом ранее, но смущенно отказались от нее, когда одна коллега доказала им, что модель «тройной спирали» явно ошибочна.

Но эта дама, раскритиковавшая аспирантов (звали ее Розалинд Франклин), невзначай раскрыла им секрет. Франклин специализировалась на методе рентгеновской кристаллографии, который позволяет определять форму молекул. Ранее в том же году Франклин исследовала сырую ДНК из спермы кальмара и пришла к выводу, что ДНК – двунитевая молекула. Полинг в период обучения в Германии также занимался рентгеновской кристаллографией. Если бы он познакомился с данными, полученными Франклин, он, вероятно, сразу бы нашел верное решение. Ведь форму высушенной ДНК он также установил при помощи рентгеновской кристаллографии. Но Полинг был убежденным либералом и не стеснялся об этом высказываться. Поэтому маккартисты добились того, чтобы загранпаспорт Полинга надолго застрял в Госдепартаменте США, и в 1952 году он просто не мог съездить в Англию на важную конференцию, где мог бы услышать о работе Франклин. Кроме того, в отличие от Франклин, Уотсон и Крик никогда не делились своими открытиями с конкурентами. Но они перенесли нанесенную Франклин обиду и сами принялись разрабатывать ее идею. Вскоре после этого на глаза друзьям попалась та самая статья Полинга, в которой он повторил их же ошибку.

Отбросив все сомнения, Уотсон и Крик срочно обратились к своему научному руководителю Уильяму Брэггу. Брэгг получил Нобелевскую премию еще несколькими десятилетиями ранее, но позднее переживал из-за того, что не совершил ряд важнейших открытий, уступив их Полингу (в частности, это касалось открытия альфа-спирали). Полинг был ярым соперником Брэгга, а один историк охарактеризовал Полинга в этом противостоянии как «резкого и тщеславного» человека. Брэгг отстранил Уотсона и Крика от работы над ДНК после их ошибки с тройной спиралью. Но они показали Брэггу статью Полинга и признались, что втайне продолжали работать над этой задачей. Брэгг понял, что у него есть шанс опередить Полинга, и поручил аспирантам продолжить исследование ДНК.

Первым делом Крик написал Полингу осторожное письмо, в котором поинтересовался, каким образом фосфорная сердцевина молекулы оставалась целостной – ведь, согласно теории самого Полинга, это было невозможно. Это письмо разозлило Полинга, так как он счел предложенные вычисления поверхностными. Хотя сын Питер и предупреждал, что двое английских аспирантов вот-вот его обойдут, Лайнус Полинг настаивал, что его модель в виде тройной спирали все равно окажется верной и осталось уточнить лишь незначительные детали. Уотсон и Крик сознавали, что Полинг упрям, но не глуп и вскоре заметит свои ошибки. Поэтому они изо всех сил искали свежие идеи. Уотсон и Крик никогда не проводили собственных серьезных экспериментов, а лишь блестяще интерпретировали идеи других людей. И в 1953 году они наконец получили последнюю недостающую подсказку от еще одного ученого.

Этот коллега рассказал им, что четыре нуклеиновые кислоты, входящие в состав ДНК (обозначаемые буквами А, Ц, Т и Г), всегда присутствуют в парных пропорциях. Это означает, что, если в образце ДНК содержится 36 процентов А, то там будет и 36 процентов Т. Всегда. Такая же взаимосвязь существует и между Ц и Г. Так Уотсон и Крик поняли, что А и Т и Ц и Г должны образовывать пары внутри ДНК. (По иронии судьбы, этот ученый пытался донести ту же мысль до Полинга за несколько лет до этого, находясь с ним вместе в морском круизе. Тогда Полинг возмутился, что неугомонный коллега портит ему отпуск, и просто отшил его). Более того (чудо из чудес!), две эти