Борис Смагин – Мудрость эксперимента (страница 18)

— Это вы выяснили в последнее время. Но, если я вас правильно понял, несколько лет назад в биоэнергетике возник своеобразный тупик.

— Полный тупик. Как утверждал великий физик Нильс Бор, — самое прекрасное время для появления сумасшедшей идеи. И она не заставила себя ждать.

— Идея была действительно сумасшедшая?

— Абсолютно. Настолько сумасшедшая, что, когда я выступил на одном весьма представительном московском симпозиуме с сообщением о показавшейся мне весьма привлекательной и заманчивой гипотезе английского биохимика Питера Митчела, председатель собрания и вся достаточно квалифицированная аудитория отнеслись к новой теории весьма непочтительно, хотя она казалась логичной и объясняла многое, до той поры необъяснимое.

— В чем же дело? Консерватизм мышления?

— Не только. Во-первых, ученых отпугнули необычные для биохимии того времени представления. Предположение, что живая клетка не что иное, как миниатюрная электростанция, разумеется, показалось фантастическим. А во-вторых, гипотеза появилась без какого-либо экспериментального обрамления. Вот если бы на этом симпозиуме мы смогли бы показать наши опыты с родопсином, сообщение было бы встречено овацией. Но продемонстрировать в то время мы ничего не могли.

А идея выглядела чрезвычайно заманчиво. Митчел предположил, что в результате поглощения энергии при окислении субстратов мембраны митохондрий заряжаются электричеством. Таким образом, ферменты-окислители работают, как топливные элементы. Затем полученное электричество расходуется на синтез молекул АТФ. Единственное обоснование гипотезы заключалось в том, что, как уже было известно, мембраны представляют собой идеальный конденсатор, так как обладают большим электрическим сопротивлением и емкостью.

— Если исходить из «целесообразности» конструкций природы, то сам этот факт можно считать доказательством?

— Увы, нет. Тут могло быть простое совпадение.

Короче говоря, идея Митчела при всей ее привлекательности повисла в воздухе.

— Но вы в нее поверили?

Он отвечает не задумываясь:

— Поверил сразу и навсегда. Никогда за эти годы не возникало и тени сомнения. Ведь с помощью этой теории мы решили почти все проблемы биоэнергетики, которые столько лет ждали объяснения.

Сейчас теорию можно считать общепризнанной. А в ту пору ее защитников у нас было всего лишь двое. Ефим Арсентьевич Либерман и я...

Высказать идею — прекрасно. К сожалению, порой в истории науки остается только ее автор, хотя практическое обоснование теории потребовало невероятных усилий, изобретательности и мастерства тех, кому пришлось проверять жизненность идеи на практике.

Надо твердо сказать, что без великолепных экспериментальных работ В. П. Скулачева и Е. А. Либермана «вполне сумасшедшая», плохо аргументированная и вначале ничем не подтвержденная гипотеза Митчела не стала бы стройной теорией, какой она является сейчас. Более того, именно в экспериментах советских ученых проявились неизвестные до той поры черты биоэнергетики клетки...

Я снова слежу за стрелкой вольтметра.

Кроме этого стандартного прибора, здесь все другое. Другая лаборатория, другие сотрудники, другой руководитель. Институт проблем передачи информации, лаборатория доктора биологических наук Е. А. Либермана.

Не спокойный, рассудительный методичный Скулачев, а экспансивный, язвительный, мгновенно на все реагирующий и в то же время удивительно спокойный во время священнодействия эксперимента Либерман.

Две яркие индивидуальности, два ярких человека создали редкостный тандем исследователей.

— Я с самого начала понял, что обосновать экспериментально гипотезу Митчела будет невероятно трудно, — говорит В. П. Скулачев. — Нужна еще одна база. И я пошел к Либерману — тонкому экспериментатору и человеку великолепной научной эрудиции, всегда умеющему взглянуть на вопрос с неожиданной стороны. Кроме того, Либерман — биофизик, что было крайне важно, так как теория содержала множество чисто физических аспектов. Либерман загорелся, разом все воспринял и объявил себя ярым сторонником Митчела. Тогда я принял на себя роль скептика и стал публично во всем сомневаться. Ведь два энтузиаста будут смотреть на свою работу сквозь розовые очки, и ничего путного от этого не будет. А как мы подстегивали друг друга. Мы работали оба, каждый в своей лаборатории, но непрерывно общались. Я, как и наши научные противники, нападал на Митчела, одновременно защищая его в экспериментах. И столь же яростно защищал теорию своими элегантными опытами Ефим Арсентьевич Либерман...

На первый взгляд эксперименты выглядели очевидными. В самом деле, не надо быть Фарадеем, чтобы придумать контрольный опыт на живой клетке. Сначала предложите ей питание, чтобы произошло окисление. Определите прибором разность потенциалов, которая при этом должна возникнуть на мембране. Затем подайте на другую мембрану эту же разность потенциалов и посмотрите, будет ли мембрана производить молекулы АТФ.

Но, увы, подобные элементарные эксперименты невозможны. Внутрь естественной мембраны нельзя проникнуть — слишком она тонка.

Пришлось терпеливо искать окольные пути.

Прежде всего Скулачев и Либерман доказали, что давно известные вещества, препятствующие образованию молекул АТФ, в то же время действуют электрически. Они, оказывается, снижают электрическое сопротивление мембраны, «конденсатор» тем самым теряет свои замечательные свойства, и синтез молекул АТФ подавляется в самом зародыше.

Доказательство?

— Нет, — ответили противники. — Простое совпадение!

Опыты продолжаются в двух лабораториях Москвы. Идет изнуряющая работа и не менее изнуряющие жаркие споры.

Либерман и Скулачев испытали около сорока химических соединений самой разнообразной структуры, способных снижать сопротивление искусственных мембран, созданных в их лабораториях. Исходя из этого ученые научились совершенно точно предсказывать, как эти вещества будут влиять на работу живых митохондрий.

Ценность научной теории определяется не только тем, как она объясняет известные до ее появления процессы, но и способностью предсказывать явления новые. В данном случае совпадение было просто великолепное. Но опять-таки скептики отказываются верить.

Значит, нужны доказательства еще более убедительные, делают вывод Скулачев и Либерман.

Они решили доказать, что при питании митохондрий в мембранах действительно рождается электрическое поле, появляется разность потенциалов, — доказать прямыми опытами.

Школьное определение гласит, что разность потенциалов — работа по перемещению электрических зарядов. Отсюда и родилась схема опыта. Следует взять раствор ионов — заряженных электрически молекул или атомов. Затем засыпать туда порошок из митохондрий каких-либо органов животного (биохимики чаще всего используют печень крыс и сердце быков). Если теперь митохондрии «подкормить» веществом, к которому они «привыкли», предоставить им обычную «пищу», то должно возникнуть электрическое поле. Должно возникнуть, ежели Митчел прав! Это поле и втянет из раствора ионы противоположного знака.

Мысль была хорошая, но реализация ее затянулась надолго.

Мешала природа. Дело в том, что мембраны митохондрий весьма капризны и не пропускают никаких посторонних ионов. С другой стороны, для некоторых веществ мембраны — не преграда, но пропуском служат их химические, а отнюдь не электрические свойства. Сигнал «милости просим» раздается, когда мембрана осознает химическую особенность желанных для нее молекул. А ионов, которые обладали бы подобными химическими свойствами, в природе не оказалось.

За их изготовление и взялся Либерман. И вскоре в его лаборатории появились синтетические, искусственно созданные ионы, способные проникать сквозь перегородки мембран митохондрий.

К тому времени у Скулачева научились изготовлять искусственные мембраны, всего лишь в несколько раз толще природных.

Короче говоря, все было готово для экспериментов, которые многие тогда считали решающими.

Прежде всего искусственные мембраны стали своеобразным ситом, сквозь которое просеивали синтетические ионы, изучая их способность проникать через перегородки.

Затем они же сослужили службу измерительную в том самом элегантнейшем эксперименте, свидетелем которого я являюсь.

Объект измерения — У-образная пробирка. В обеих ее коленах — раствор проникающих ионов. Концентрация — одинакова. Но вот в одном колене появляется порошок из митохондрий, а потом туда же засыпают «корм». По идее, митохондрии, восприняв привычную пищу, тотчас же должны зарядиться электрически. Тогда часть ионов, послушных электрическому полю митохондрий, должна прорваться внутрь мембран.

Физико-химики утверждают, что в этом случае между двумя коленами пробирки должна возникнуть разность потенциалов, так как концентрация ионов будет различна.

Но как эту разницу измерить — вот в чем вопрос.

Это и сумел сделать Либерман. Он поставил на рубеже двух колен перегородку с тонким отверстием, а в отверстии закрепил маленькую искусственную мембрану. Ионы из той части трубки, где их было больше, начали перемещаться туда, где ощущался недостаток электрического потенциала. А прибор, приложенный к мембране, фиксировал разность потенциалов, прореагировав на это движение зарядов.

— Прекрасно придумано! — восхищался Скулачев.