Сиддхартха Мукерджи – Ген. Очень личная история (страница 34)

Таким образом, гемоглобин выполняет свою функцию благодаря особой форме. Физическая структура молекулы обусловливает химические свойства, химические свойства определяют физиологическую функцию, а та, наконец, биологическую активность. Любую сложную работу живых организмов можно описать на этих уровнях: от физических свойств через химические до физиологических. На вопрос Шрёдингера «Что такое жизнь?» биохимик ответил бы: «Что, как не химические соединения». А биофизик мог бы добавить: «Но что есть химические соединения, как не молекулы вещества».

Это определение физиологии – тончайшее соответствие между формой и функцией вплоть до молекулярного уровня – восходит еще к Аристотелю. Он видел в живых организмах лишь совершенные ассоциации машин. Средневековая биология отошла от этой традиции, выдумав присущие только живым существам «жизненные силы» и мистические жидкости – нечто вроде deus ex machina[446], призванного объяснить загадку функционирования организмов (и подтвердить существование Творца). Но биофизики намеревались вернуть строго механистическое видение живого. Они заявляли, что физиологию до́лжно объяснять языком физики: силы, движения, действия, моторы, машины, рычаги, блоки, зажимы. Законы, устремлявшие ньютоновские яблоки к земле, должны действовать и на рост яблони. Чтобы объяснить жизнь, нет необходимости выдумывать мистические жидкости или призывать особые жизненные силы. Биология – это физика. Бог – в машине.

В Королевском колледже любимым проектом Уилкинса был поиск трехмерной структуры ДНК. Если ДНК действительно носитель генов, то ее структура должна пролить свет на природу генов. Из-за жуткой экономичности эволюция растянула жирафу шею и довела до совершенства четырехрукие объятия гемоглобина, и та же самая экономичность должна была идеально подогнать форму молекулы ДНК под ее функции. Молекула гена обязана выглядеть как молекула гена – что бы это ни значило.

Для расшифровки структуры ДНК Уилкинс решил воспользоваться набором биофизических техник, разработанных неподалеку, в Кембридже, и известных как рентгеновская кристаллография или рентгеноструктурный анализ. Чтобы в общих чертах понять суть метода, представьте, что вы пытаетесь определить форму крошечного трехмерного объекта – скажем, куба. Вы не можете ни увидеть этот куб, ни потрогать его грани – но у этого куба есть одно общее для всех физических объектов свойство: он отбрасывает тень. Представьте, что вы можете светить на куб под разными углами и фиксировать форму возникающих теней. Если световой луч упадет под прямым углом на одну из его граней, куб отбросит квадратную тень. Под косым лучом тень будет ромбической. Направьте источник света по-другому – и тень станет трапециевидной. Этот процесс трудоемок почти до абсурда – как вылепливание лица из миллиона силуэтов, – но зато работает: фрагмент за фрагментом, множество двумерных изображений можно собрать в трехмерную форму.

В основе рентгеноструктурного анализа лежит аналогичный принцип. «Тени» здесь появляются в результате рассеяния лучей кристаллом, только вот для «освещения» структур молекулярного мира нужно мощнейшее излучение – рентгеновское. И есть еще одна, более тонкая проблема: молекулы, как правило, отказываются сидеть тихо, позируя для портрета. В жидкостях или газах молекулы неистово и беспорядочно, словно пылинки, носятся в пространстве. Направьте свет на миллион движущихся кубиков – и вы получите расплывчатую, движущуюся тень, молекулярную версию телевизионных помех. Единственное решение этой проблемы довольно остроумно: перевести молекулы в кристаллическое состояние. Тогда атомы прочно зафиксируются на своих местах, а тени приобретут правильную, устойчивую структуру: кристаллическая решетка порождает упорядоченный и легко читаемый силуэт. Направив рентгеновские лучи на кристалл, физик сможет расшифровать его трехмерную структуру. В Калтехе два специалиста по физической химии – Лайнус Полинг и Роберт Кори – использовали этот метод, чтобы определить структуру нескольких белковых фрагментов; в 1954 году это достижение принесло Полингу Нобелевскую премию.

То же самое Уилкинс надеялся провернуть с ДНК. Чтобы поместить ее под рентгеновские лучи, не требовалось особого новаторства или мастерства. Уилкинс нашел в химическом отделе рентгеновский дифрактометр и разместил его «в гордом одиночестве»[447] – в обшитой свинцом подвальной комнате выходящего на набережную крыла, чуть ниже уровня Темзы. Все необходимое для эксперимента Уилкинс уже собрал. Теперь его главной задачей было заставить ДНК спокойно «сидеть» на месте.

Ученый методично трудился над своим проектом, пока ему не помешало одно неприятное обстоятельство. Зимой 1950 года глава подразделения биофизики Дж. Т. Рэндалл привлек на кристаллографические работы еще одного молодого ученого. Несмотря на то, что Рэндалл был невысоким, аристократичным, элегантным денди, любившим крикет, своим коллективом он управлял с наполеоновской хваткой. Новая сотрудница, Розалинд Франклин, только что закончила в Париже работу по изучению кристаллической структуры угля. В январе 1951-го она приехала в Лондон побеседовать с Рэндаллом.

Уилкинс тогда был на отдыхе с невестой, и позже ему об этом пришлось пожалеть. Неясно, предвидел ли Рэндалл будущие коллизии, предлагая Франклин научный проект. «Уилкинс уже выяснил, что волокна [ДНК] дают на удивление приличные дифрактограммки», – сказал он ей. Может, Франклин подумает об изучении дифракционных паттернов этих волокон и расшифровке структуры молекулы? Рэндалл предложил ей ДНК.

Вернувшись из отпуска, Уилкинс ожидал, что Франклин присоединится к нему в качестве младшего ассистента, ведь ДНК, в конце концов, всегда была его проектом. Но Франклин не собиралась никому ассистировать. Темноволосая и темноглазая дочь известного английского банкира, со взглядом, подобно рентгеновскому лучу пронизывающим собеседника, она выделялась среди сотрудников лаборатории – независимая женщина-ученый в мире, где правят мужчины. Как позже писал Уилкинс, Розалинд выросла в семье с «категоричным и властным» отцом, где «отец и братья болезненно воспринимали интеллектуальное превосходство Р[озалинд]». Она не горела желанием работать ассистентом у кого бы то ни было, а уж тем более у Мориса Уилкинса, в котором ее страшно раздражала кротость и – как ей казалось – безнадежная приверженность «ценностям среднего класса»[448]. Кроме того, его проект – расшифровка структуры ДНК – конкурировал с ее собственным. Как потом выразился один друг Франклин[449], «это была ненависть с первого взгляда».

Сперва Уилкинс и Франклин дружелюбно общались на работе и порой даже пили кофе в отеле «Стрэнд Палас», но вскоре их отношения охладились[450] до градуса откровенной враждебности. Узнав друг друга получше, они прониклись взаимным презрением и через несколько месяцев уже почти не разговаривали. («Она часто лает, но ей не удается меня укусить»[451], – позже писал Уилкинс.) Как-то раз утром эти двое в разных компаниях катались на лодках по реке Кам. Франклин устремилась вниз по течению в сторону Уилкинса, и их лодки сблизились до опасной дистанции. «Ну вот! Теперь она пытается меня утопить!»[452] – воскликнул Морис в притворном ужасе. Раздался нервный смех – точно такой, как бывает, когда шутка недалека от истины.

Но от чего она действительно хотела избавиться, так это от шума. Звяканье пивных кружек в пабах, забитых мужиками; дежурное дружелюбие болтающих о науке в «мужской» комнате отдыха Королевского колледжа. Франклин находила большинство коллег мужского пола «решительно отталкивающими»[453]. Изматывал не только сам сексизм[454], но и косвенные намеки на него: много энергии тратилось на анализ предполагаемых унижений и расшифровку невольных двусмысленностей. Она бы предпочла работать над другими кодами – природы, кристаллов, скрытых структур. Рэндалл – что было необычно для его времени – не препятствовал женщинам-ученым при приеме на работу; в отделе помимо Франклин было еще несколько сотрудниц. Женщины-первопроходцы появились до нее. Строгая, неистовая в работе Мария Склодовская-Кюри[455], с ее обожженными ладонями и угольно-черными платьями, которая выделяла радий из котла с черной жижей[456] и получила не одну Нобелевскую премию, а целых две. Почтенная, изящная, чуть не эфирная Дороти Кроуфут-Ходжкин[457] из Оксфорда, которую удостоили Нобелевской премии за расшифровку кристаллической структуры пенициллина («любезная домохозяйка»[458], как отозвалась о ней одна из газет)[459]. Франклин не соответствовала ни одному из образов: она не была ни любезной домохозяйкой, ни колдующей над котлами дамой в готическом плаще – ни Мадонной, ни ведьмой.

Шумом же, который беспокоил Франклин больше всего, были расплывчатые помехи на изображениях ДНК. Уилкинс добыл из швейцарской лаборатории немного ДНК высокой степени очистки и получил из нее тонкие однородные волокна. Растягивая волокно между проволочными «ножками» – согнутая скрепка отлично подходила для этой цели, – он надеялся получить рассеяние рентгеновских лучей и сделать снимки. Но, как оказалось, материал плохо поддавался запечатлению: на пленке оставались лишь рассеянные нечеткие точки. Франклин начала гадать, почему же так сложно получить снимки очищенной молекулы, и вскоре наткнулась на ответ. Чистая ДНК может принимать две формы: обводненная молекула имеет одну конформацию, а при высыхании переходит в другую. По мере того как влажность в экспериментальной камере меняется, молекулы ДНК то расслабляются, то уплотняются – будто вдыхают и выдыхают, как живые. Переходом между этими двумя формами отчасти объяснялся шум, над минимизацией которого бился Уилкинс.