Тайна жизни: Как Розалинд Франклин, Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик открыли структуру ДНК - Маркел Ховард

Многие из этих заметок написаны от руки. Некоторые, видимо, во время доклада служили Розалинд краткими напоминаниями, чтобы взглянуть на них перед тем, как говорить смотря в зал. По ним разбросаны характерные для Франклин призывы к осторожности с выводами и необходимости в дополнительных данных. Она подчеркивала, что нужны более четкие изображения, более высококачественные волокна ДНК и большее мастерство в обращении с камерой и образцами ДНК. Есть и пометки «показать фото» в тех местах доклада, где она намеревалась продемонстрировать изображения на экране, находившемся у нее за спиной{601}.

Из сказанного Франклин в тот вечер Уотсон заключил, что «Рози считала свое выступление предварительным отчетом», и в результате пренебрег ее результатами. То, что данные, представленные в докладе Розалинд, носят предварительный характер, было очевидно. Она занималась исследованием ДНК лишь около девяти месяцев и еще не закончила отлаживать методику экспериментов. Франклин никогда бы не стала делать по ним окончательные или даже сколько-нибудь определенные выводы{602}.

Реймонд Гослинг, работавший с Розалинд и являющийся надежным свидетелем описываемых событий, неоднократно возражал против того, что она отрицала спиральную структуру ДНК: «То, что говорит Уотсон, я считаю несправедливым. Якобы Розалинд была совершенно против гипотезы о спирали и всячески старалась ее опровергнуть. Это попросту неправда»{603}. Но Уотсон, Уилкинс и Крик, получив Нобелевскую премию, стали недосягаемы для Гослинга.

Заметки Франклин к докладу, прочитанному в ноябре 1951 г., никоим образом не указывают на неприятие ею идеи спиральности молекулы ДНК. Франклин старалась донести до слушателей, что чем лучше ей удавалось увлажнять волокна ДНК, тем больше они напоминали ту форму ДНК, которую она имеет в живой клетке, особенно в характере растяжения и раскручивания. А по ошибочному мнению Уилкинса, она об этом ничего не говорила. Об эффекте увлажнения волокон ДНК она записала: «Это полностью меняет картину, значительно ее упрощая»{604}. Затем подробно описывает использование водных растворов солей, которое позволило обнаружить три различимых состояния: влажное, кристаллическое и сухое. Вывод о трех формах ДНК был сделан на основании данных, полученных в период, когда процедура перехода из одной формы в другую в эксперименте еще не была окончательно отлажена. Через несколько месяцев Франклин пишет о двух разных состояниях ДНК: «сухой» кристаллической форме (А) и гидратированной паракристаллической (В), получающейся при влажности 75–90 %.

Оказалось, что «сухая» кристаллическая А-форма больше подходит для рентгеновской кристаллографии, но расшифровывать ее рентгенограммы сложнее из-за артефактов. Работать с «влажной» В-формой труднее, но, как выяснилось впоследствии, по картине дифракции легче выявить спиральную структуру. В 1951–1952 гг. Франклин не имела какого-либо определенного мнения; анализируя противоречивые данные, она то отвергала спиральную структуру, то принимала{605}. Больше четверти столетия спустя специалист по рентгеновской кристаллографии белков Гарри Карлайл из Беркбек-колледжа объяснил ее осторожность. Он утверждал: «Полученные Розалинд превосходные рентгеноструктурные данные как А-, так и В-формы ДНК убедили меня, что она ни в малейшей степени не была противницей спирали». Карлайл считал, что Франклин, приученная к строгому научному поиску, сосредоточилась на А-форме, потому что ее рентгенограммы имели лучшее разрешение, именно с А-формой более вероятно было получить надежные воспроизводимые результаты{606}. Таким образом, о выступлении Франклин в ноябре 1951 г. вернее сказать, что на тот момент у нее еще не было достаточно данных для однозначного утверждения спиральности ДНК, тем более что имелись некоторые свидетельства (впоследствии оказавшиеся артефактами) в пользу противоположного. Ее данные были предварительными, потому что при той технологии, которой она располагала, на то, чтобы установить расположение каждого атома и каждой связи в молекуле такого сложного органического соединения, как ДНК, потребовалось бы много месяцев или даже лет. Для движения вперед ей нужны были время, терпение, совершенствование методики исследования и чтобы ей не мешали.

В своем выступлении Франклин остановилась на ряде принципиально важных моментов экспериментальной работы, которые не остались в памяти Уотсона. Например, у нее было достаточно данных, чтобы предположить наиболее вероятную ориентацию молекул воды вокруг фосфатных групп, расположенных с внешней стороны молекулы ДНК{607}. Она также доложила, что на дифракционной картине гидратированной В-формы ДНК выявляются сильный меридианальный рефлекс на разрешении 3,4 Å и два рефлекса, расположенные под углом около 40о к нему. По экватору рентгенограммы обнаруживалось четкое яркое пятно, свидетельствующее о высокой упорядоченности структуры. В А-форме экваториальный рефлекс постепенно уменьшается, но меридианальные рефлексы при 3,4 Å и два боковых пятна остаются. Что касается «кристалличности», то, по данным Франклин, в А-форме имелась регулярность с периодом 27 Å (то же обнаружил Астбери в 1938 г.), слишком отчетливая, чтобы быть всего лишь результатом различий между разными нуклеотидами, которая может означать, что нуклеотиды в эквивалентных позициях встречаются с интервалом 27 Å, то есть 27 Å – высота витка спирали. Результаты оценки плотности указывали на то, что в молекуле ДНК имеется более одной цепи. Розалинд отметила, что превращение кристаллической формы в гидратированную сопровождалось значительным изменением длины, а это свидетельствовало о том, что при переходе спираль изменяется. После этого рассуждения в записях Франклин есть пометка «cf. Pauling» («сравни у Полинга»){608}, то есть она думала именно о спиральной структуре, причем в связи с работами Лайнуса Полинга о структуре белковых молекул.

В заметках к докладу есть такая запись: «Почти гексагональная укладка заставляет предположить, что имеется только одна спираль (содержащая, возможно, более одной цепи) на узел решетки. Измерения плотности (24 остатка на 27 Å) указывают на более чем одну цепь»{609}. Заключение однозначно уничтожает миф о Франклин как противнице теории спиральной структуры ДНК: «Большая спираль или несколько цепей, фосфатные группы на внешней стороне, между спиралями фосфат-фосфатные связи, разрушаемые водой. Фосфатные связи доступны для белков»{610}. Далее описывается поиск свидетельств спиральной структуры и высказывается предположение, что она должна существовать, потому что прямая нескрученная полинуклеотидная цепь крайне маловероятна – она была бы неуравновешенной и нестабильной{611}.

Через несколько недель после коллоквиума Франклин изложила свои результаты в промежуточном отчете о работе, проделанной с 1 января 1951 г. по 1 января 1952 г., с которым ознакомились и Рэндалл, и Уилкинс. На пяти страницах этого документа слова «спиральный» или «спираль» встречаются пять раз. Крайне сомнительно, чтобы с конца ноября, когда она выступила с докладом, до рождественских праздников 1951 г., когда начала писать этот отчет, ею были сделаны еще какие-то открытия. Вот что она написала:

Результаты предполагают спиральную структуру (которая должна быть плотно упакованной), содержащую, вероятно, по 2, 3 или 4 коаксиальные полинуклеотидные цепи в каждой спирали и имеющую фосфатные группы вблизи внешней стороны. В присутствии определенного количества воды эти фосфатные группы способны поглощать ее и образовывать сильные связи между спиралями, что придает веществу трехмерную кристаллическую структуру. Эти связи исчезают в присутствии избытка воды (что ведет сначала к «влажной» структуре из независимых спиралей с параллельными осями и в конечном счете к растворению ДНК в воде) и остаются сильными в отсутствие воды, что объясняет скрепляющий эффект сильного высушивания. «Сухая» структура претерпевает искажение и напряжение из-за пустот, остающихся в результате удаления воды, но содержит ненарушенный остов кристаллической структуры, что придает веществу трехмерную кристаллическую структуру{612}.