Текст книги "Двойная спираль"

Автор книги: Джеймс Д. Уотсон

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 11 страниц) [доступный отрывок для чтения: 5 страниц]

6

Макс Перутц сидел у себя в кабинете, когда я во второй половине дня явился в лабораторию. Джон Кендрью еще не вернулся из Соединенных Штатов, но меня уже ждали. Джон коротко предупредил в письме, что, возможно, с ним в следующем году будет работать один американский биолог. Я объяснил, что не имею ни малейшего представления о дифракции рентгеновских лучей, но Макс тут же меня успокоил: никакой особой математики не потребуется, а химию они с Джоном изучали, когда были студентами. Мне нужно будет только прочитать учебник кристаллографии – такого теоретического багажа вполне хватит для того, чтобы снимать рентгенограммы. И Макс сослался для примера на простейший способ, который он нашел, чтобы проверить α-спираль Полинга. Для получения решающей рентгенограммы, которая подтвердила бы предсказание Полинга, по его словам, требуется всего один день. Макс говорил, а я ничего не понимал. Я не знал даже закона Брэгга – основного закона кристаллографии.

Затем мы пошли пройтись и подыскать мне квартиру. Когда Макс выяснил, что в лабораторию я пришел прямо с вокзала и не видел еще ни одного колледжа, он провел меня через задний двор Кингз-колледжа к Тринити. Я никогда в жизни не видел таких прекрасных зданий, и если я еще колебался, расставаться ли со спокойной жизнью биолога, то тут последние сомнения рассеялись. Даже заглянув в несколько сырых домов, где студентам сдавались комнаты, я почти не пал духом. По романам Диккенса я знал, что мне грозит лишь то, что терпят сами англичане. И я счел, что мне очень повезло, когда нашел себе комнату в двухэтажном доме на Джезус-Грин, меньше чем в десяти минутах ходьбы от лаборатории.

На следующее утро я снова пришел в Кавендишскую лабораторию: Макс хотел представить меня сэру Лоуренсу Брэггу. Он позвонил наверх и сообщил о моем приходе, сэр Лоуренс спустился к нам, дал мне сказать несколько слов, а затем удалился с Максом для конфиденциального разговора. Несколько минут спустя они появились снова, и Брэгг официально разрешил мне работать под его руководством. Все было обставлено чисто по-английски, и про себя я решил, что фигура седоусого Брэгга, наверное, почти все дни напролет украшает тихие комнаты лондонских клубов вроде «Атенеума».

Я не сомневался, что больше мне не придется соприкасаться с этой, как мне казалось, древней окаменелостью. Да, конечно, Брэгг был известный ученый, но ведь свой закон он открыл еще до первой мировой войны, так что, наверное, он удалился от всяких дел, решил я, и генами интересоваться не будет. Вежливо поблагодарив сэра Лоуренса, я сказал Максу, что приеду через три недели, к началу семестра. Потом я вернулся в Копенгаген, чтобы собрать свое скромное имущество и рассказать Герману, как мне повезло: я буду кристаллографом!

Герман сделал для меня все, что мог. В Вашингтон было отправлено письмо, в котором он горячо одобрял изменения в моих планах. Я тоже написал в Вашингтон, сообщая, что мои нынешние эксперименты по биохимии размножения вирусов, если и интересны, то не слишком. И я намерен оставить традиционную биохимию, так как она, по моему мнению, не может объяснить, как работают гены. Но зато, указывал я, мне ясно, что ключ к генетике – это рентгеновская кристаллография. Я просил разрешения перейти в Кембридж, в лабораторию Перутца, чтобы изучить методику кристаллографических исследований. Ждать разрешения в Копенгагене не имело смысла. Это было бы пустой тратой времени. Маалойе неделей раньше уехал на год в Калифорнийский технологический институт, а мой интерес к биохимии, которой занимался Герман, по-прежнему был равен нулю. Конечно, формально я не имел права уезжать из Копенгагена, но, с другой стороны, не могли же мне отказать! Душевное состояние Германа было известно всем, и вашингтонское начальство, вероятно, и так уже удивлялось, сколько же еще я намерен оставаться в Копенгагене. Прямо написать, что Герман вообще не бывает в лаборатории, было бы не только непорядочно, но и излишне. Естественно, что я никак не ожидал отрицательного ответа. Однако через десять дней после моего возвращения в Кембридж Герман переслал мне роковое письмо, присланное на мой копенгагенский адрес. Комитет по распределению стипендий не одобрил моего перехода в лабораторию, к работе в которой я никоим образом не подготовлен. Мне было предложено пересмотреть свои планы, поскольку я не компетентен в области кристаллографии. Впрочем, комитет не будет возражать, если я захочу перейти в лабораторию Касперсона в Стокгольме для изучения физиологии клетки.

Понять, где зарыта собака, было нетрудно. Председателем комитета был теперь уж не Ганс Кларк, благодушный биохимик, приятель Германа, давно собиравшийся покинуть Колумбийский университет, и мое письмо попало не к нему, а к новому председателю, который относился к воспитанию молодежи более серьезно. Ему показалось, что я много на себя беру, утверждая, что занятия биохимией мне ничего не дадут. Я написал Луриа, надеясь, что он меня выручит. Он был немного знаком с новым председателем, и я думал, что тот может изменить свое мнение, если ему правильно объяснят мое решение.

Поначалу казалось, что благодаря заступничеству Луриа логика восторжествует: Луриа написал мне, что все уладится, если мы проявим должное смирение, и я совсем воспрянул духом. По его мнению, мне следовало написать в Вашингтон, что в Кембридж я рвусь из-за Роя Маркхэма, английского биохимика, который занимался фитовирусологией. Я пошел к Маркхэму и сообщил ему, что он может приобрести идеального ученика, который гарантированно не будет загромождать его лабораторию своими экспериментальными установками. Маркхэм принял это известие с полным хладнокровием. В моей затее он усмотрел прекрасный пример типично американского неумения вести себя. Тем не менее он обещал не опровергать этой нелепости.

Убедившись, что Маркхэм меня не выдаст, я написал в Вашингтон длинное смиренное письмо, объясняя, какую пользу должно мне принести общение с такими светилами, как Перутц и Маркхэм. В конце письма я счел наиболее честным сообщить официально, что нахожусь в Кембридже и останусь там, пока не будет принято какое-то решение. Однако новый председатель не оценил моей откровенности. Я это понял, когда ответ пришел опять-таки на адрес лаборатории Германа: комитет по распределению стипендий рассматривает мою просьбу, о принятом решении меня известят. Благоразумие подсказывало, что мне лучше не получать деньги по чекам, которые все еще продолжали приходить на мое имя в Копенгаген в начале каждого месяца.

К счастью, я мог позволить себе поработать год с ДНК, не получая стипендии, хотя она была бы отнюдь не лишней. В Копенгагене я получал три тысячи долларов в год, то есть втрое больше, чем требовалось, чтобы жить, как живут состоятельные датские студенты. Даже если бы мне пришлось заплатить за два модных костюма, которые сестра купила в Париже, то у меня осталась бы еще тысяча долларов – сумма вполне достаточная, чтобы прожить в Кембридже год. Помогла мне и моя квартирная хозяйка.

Она выгнала меня, хотя я не прожил под ее кровом и месяца. Мое главное преступление заключалось в том, что я не снимал ботинки, приходя домой после девяти вечера, когда ее муж уже спал. Кроме того, я иногда забывал о строжайшем запрете спускать воду в уборной в эти часы и, что хуже всего, выходил из дому после десяти вечера: в это время в Кембридже все закрыто и мое поведение было явно подозрительным. Выручили меня Джон и Элизабет Кендрью, которые предложили за пустяковую плату комнату в своем доме на Теннис-Корт-роуд. Она была невероятно сырой и отапливалась только стареньким электрическим камином. Тем не менее я с радостью воспользовался их приглашением. Хотя это и грозило туберкулезом, но зато я жил у друзей. Да и вряд ли мне удалось бы найти что-нибудь получше теперь, когда все квартиры уже были сданы. Поэтому я охотно поселился на Теннис-Корт-роуд в ожидании, пока мое финансовое положение не улучшится.

7

С первого же дня, проведенного в лаборатории, мне стало ясно, что в Кембридже я останусь надолго. Уехать было бы вопиющей глупостью, так как тогда я лишился бы неповторимой возможности разговаривать с Фрэнсисом Криком. В лаборатории Макса нашелся человек, который знал, что ДНК важнее, чем белки, – это было настоящей удачей. В результате мне, к великому облегчению, уже не приходилось все свое время отдавать изучению рентгеноструктурного анализа белков. Наши беседы в обеденный перерыв вскоре сосредоточились вокруг одной темы: как же все-таки соединены между собой гены. Через несколько дней после моего приезда мы уже знали, что нам следует предпринять: пойти по пути Лайнуса Полинга и одержать над ним победу его же оружием.

Успех Полинга с полипептидной цепью, естественно, натолкнул Фрэнсиса на мысль, что подобный фокус можно устроить и с ДНК. Однако, пока никто из окружающих не разделял его мнения о важности ДНК, он, побаиваясь возможных осложнений с лабораторией Кингз-колледжа, не решался всерьез заняться этой проблемой. К тому же, хотя гемоглобин и не был центром вселенной, два года, которые Фрэнсис уже провел в Кавендишской лаборатории, вовсе не были скучны. При изучении белков возникало более чем достаточно проблем, для решения которых нужен был человек с теоретическим складом ума. Но теперь, когда в лаборатории появился я, всегда готовый поговорить о генах, Фрэнсис извлек на свет божий свои идеи, касавшиеся ДНК. Впрочем, он и теперь не собирался отказываться от работы над другими проблемами, возникавшими в лаборатории. И не будет никакого ущерба, если, отдавая размышлениям о ДНК всего несколько часов в неделю, он поможет мне разрешить вопрос первостепенной важности.

В результате Джон Кендрью очень скоро понял, что едва ли я помогу ему выяснить строение миоглобина. Ему не удавалось вырастить большие кристаллы миоглобина лошади, и он рассчитывал сначала, что у меня рука окажется счастливой. Но не требовалось особой проницательности, чтобы заметить, насколько неискусны мои лабораторные манипуляции. Недели через две после моего приезда в Кембридж мы отправились на местную бойню, чтобы получить сердце лошади для изготовления нового препарата миоглобина. Если бы нам повезло, то немедленное замораживание сердца бывшего скакуна воспрепятствовало бы повреждению молекул миоглобина, которое мешало кристаллизации. Однако и мои попытки кристаллизации оказались не более успешными, чем попытки Джона. Я даже почувствовал определенное облегчение: если бы я добился успеха, Джон мог бы засадить меня за съемку рентгенограмм.

А при таком положении вещей ничто не мешало мне разговаривать с Фрэнсисом по меньшей мере по нескольку часов в день. Непрерывно думать было слишком трудно даже для него, и часто, зайдя в тупик со своими уравнениями, он принимался расспрашивать меня о фагах. Или же снабжал меня сведениями по кристаллографии, собрать которые обычным путем можно было бы только ценой томительного штудирования специальных журналов. Особенную важность представляли те его рассуждения, которые позволяли понять, как именно Лайнус Полинг открыл α-спираль.

Вскоре я усвоил, что Полинг достиг этого, опираясь больше на здравый смысл, чем на сложные математические выкладки. В своих рассуждениях он иногда оперировал уравнениями, но и тут в большинстве случаев можно было бы обойтись словами. Ключ к успеху Лайнуса надо было искать в том, что он доверился простым законам структурной химии. α-Спираль была открыта не с помощью простого созерцания рентгенограмм; главный фокус состоял в том, чтобы задать себе вопрос: какие атомы предпочитают соседствовать друг с другом? Основными рабочими инструментами были не бумага и карандаш, а набор молекулярных моделей, на первый взгляд напоминающих детские игрушки.

Мы не видели, что могло бы помешать нам решить проблему ДНК таким же способом. Нужно было только сконструировать набор молекулярных моделей и начать играть ими. Если нам повезет, то искомая структура окажется спиралью – ведь любая иная конфигурация была бы намного сложнее. Ломать голову над сложностями, не убедившись прежде, что простейший ответ не годится, было бы непростительной глупостью. Если бы Полинг выискивал сложности, он никогда ничего не добился бы.

С самого начала мы исходили из того, что молекулы ДНК содержат очень большое число нуклеотидов, соединенных в регулярную линейную цепь. И здесь наши рассуждения частично основывались на соображениях простоты. Хотя химики-органики в соседней лаборатории Александра Тодда считали, что именно таким и должно быть расположение нуклеотидной основы молекулы, они были еще далеки от того, чтобы химическим путем установить идентичность всех связей между нуклеотидами. Но если это не так, то как же в таком случае молекулы ДНК могут укладываться в кристаллические агрегаты, изучаемые Морисом Уилкинсом и Розалинд Фрэнклин? Поэтому мы решили, пока не зайдем в тупик, считать строение сахаро-фосфатного остова весьма регулярным и искать такую спиральную пространственную конфигурацию, при которой все группы этого остова имели бы одинаковое химическое окружение.

Отрезок цепи ДНК, как ее представляла себе в 1951 году группа исследователей, работавших под руководством Александра Тодда.

Они считали, что все нуклеотиды соединены между собой фосфодиэфирными связями между пятым и третьим углеродными атомами сахаров соседних нуклеотидов. Будучи химиками-органиками, они интересовались только тем, как связаны между собой атомы, предоставляя кристаллографам решать вопрос об их пространственном расположении.

Мы сразу же поняли, что строение ДНК может оказаться более сложным, чем строение α-спирали.

В α-спирали одна полипептидная цепь (последовательность аминокислот) сворачивается в спираль, удерживаемую водородными связями между группами этой же цепи. Морис, однако, сказал Фрэнсису, что диаметр молекулы ДНК больше, чем это было бы, если бы она состояла только из одной полинуклеотидной цепи (последовательности нуклеотидов). Это навело его на мысль, что молекула ДНК представляет собой сложную спираль, состоящую из нескольких полинуклеотидных цепей, завернутых одна вокруг другой. В этом случае всерьез приниматься за построение модели можно было, только решив заранее, как соединены эти цепи друг с другом: водородными связями или через солевые мостики и отрицательно заряженные фосфатные группы.

Положение усложнялось еще и тем, что в ДНК обнаружили четыре типа нуклеотидов. В этом смысле строение молекулы ДНК в высшей степени нерегулярно. Правда, эти четыре нуклеотида не очень отличаются друг от друга: в каждом из них содержатся те же сахар и фосфат. Различия зависят лишь от азотистых оснований – либо пуриновых (аденина и гуанина), либо пиримидиновых (цитозина и тимина). Но поскольку в связях между нуклеотидами участвуют только фосфаты и сахара, наше предположение о том, что все нуклеотиды соединены в единое целое однотипными химическими связями, оставалось в силе. Поэтому при постройке моделей мы намеревались исходить из того, что сахаро-фосфатный остов имеет строго регулярное строение, а основания неизбежно расположены весьма нерегулярно (если бы последовательность оснований была везде одинаковой, то одинаковыми были бы и все молекулы ДНК, а значит, не существовало бы такого огромного разнообразия генов).

Химическое строение четырех азотистых оснований, входящих в состав ДНК (по данным 1951 года).

Поскольку электроны пяти– и шестичленных циклов не имеют определенной локализации, каждое основание представляет собой плоскую структуру толщиной 3,4 Å.

Хотя Полинг получил α-спираль, почти не используя рентгеноструктурных данных, он знал об их существовании и до некоторой степени их учитывал. Благодаря наличию этих данных можно было быстро отбросить значительную часть возможных трехмерных конфигураций полипептидной цепи. Точные рентгенографические данные помогли бы и нам быстрее продвинуться в изучении более сложной молекулы ДНК. Простой просмотр рентгенограмм ДНК избавил бы нас от многих ошибок на первых же шагах. К счастью, одна более или менее приличная рентгенограмма уже была опубликована. Ее пятью годами раньше получил английский кристаллограф У.Т. Астбери, и она могла послужить нам отправной точкой. Однако гораздо лучшие рентгенограммы кристаллической ДНК, полученные Морисом, сэкономили бы нам от шести месяцев до года труда. Беда была в том, что они принадлежали Морису и с этим приходилось считаться. Выход был один: поговорить с ним.

К нашему удивлению, Морис почти сразу принял приглашение Фрэнсиса приехать в Кембридж на воскресенье. Не потребовалось и убеждать Мориса, что структура ДНК наверняка представляет собой спираль. Это была не просто самая очевидная догадка. На летней конференции в Кембридже Морис уже сам говорил о спиралях. За полтора месяца до моего первого приезда сюда он демонстрировал рентгенограммы ДНК, где явно отсутствовали рефлексы на меридиане, и его коллега, теоретик Алекс Стоукс, сказал ему, что это скорее всего указывает на спираль. Это заключение натолкнуло Мориса на мысль, что ДНК – спираль, состоящая из трех полинуклеотидных цепей.

Однако в отличие от нас он считал, что полинговская игра в модели вряд ли поможет быстро решить проблему структуры ДНК, – во всяком случае, до тех пор, пока не будет накоплено достаточно рентгенографических данных. А потому основной темой наших разговоров стала Рози Фрэнклин. С ней уже не было никакого сладу. Теперь она потребовала, чтобы Морис сам не снимал рентгенограмм ДНК. Пытаясь как-то договориться с Рози, Морис заключил очень невыгодную сделку. Он отдал ей все хорошие препараты кристаллической ДНК, которыми пользовался в своих первых работах, и согласился ограничить свои исследования другой ДНК, которая, как он затем обнаружил, вообще не кристаллизовалась.

Дело дошло до того, что Рози даже перестала сообщать Морису свои последние результаты. И узнать о них он мог не раньше чем через три недели, в середине ноября, когда Рози должна была докладывать на семинаре о своей работе за истекшие полгода. Я, естественно, очень обрадовался, когда Морис пригласил меня на ее доклад. Впервые я почувствовал, что мне действительно нужно заняться кристаллографией: я непременно должен был понять то, о чем будет говорить Рози.

8

Менее чем через неделю Фрэнсис внезапно утратил на время почти всякий интерес к ДНК. Дело в том, что он обвинил одного из коллег в пренебрежении к своим идеям. И обвиняемый был не кто иной, как сам профессор Брэгг. Случилось это утром в субботу, я к этому времени не пробыл в лаборатории и месяца. Накануне Макс Перутц дал Фрэнсису рукопись своей новой статьи о конфигурации молекулы гемоглобина, которую он написал в сотрудничестве с сэром Лоуренсом. Быстро пробежав статью, Фрэнсис пришел в бешенство, так как обнаружил, что некоторые ее положения опираются на теоретическую идею, которую он высказал месяцев девять назад. Хуже того: Фрэнсис прекрасно помнил, что он в восторге сообщил ее в лаборатории всем и каждому. И тем не менее в статье его имя упомянуто не было. Ворвавшись к Максу и Джону Кендрью и излив им свое возмущение, он бросился в кабинет к Брэггу, чтобы потребовать объяснения, если не извинений. Однако Брэгг уже ушел домой, и Фрэнсису пришлось дожидаться следующего утра. К сожалению, эта задержка не способствовала смягчению разговора.

Сэр Лоуренс решительно заявил, что он ничего не знал о выводах Фрэнсиса и глубоко оскорблен подобным намеком на то, что его считают способным присвоить чужую идею. Фрэнсис же никак не мог поверить, что Брэгг был настолько туп, чтобы пропустить мимо ушей идею, не раз им повторенную, и тут же высказал Брэггу все это. Дальнейший разговор был невозможен: не прошло и десяти минут, как Фрэнсис вылетел из кабинета профессора.

Это объяснение, по-видимому, сыграло роль последней капли. За несколько недель до него Брэгг как-то пришел в лабораторию и с большим волнением рассказал об одной идее, которая пришла ему в голову накануне вечером и которую впоследствии они с Перутцем включили в свою статью. Пока он излагал ее Перутцу и Кендрью, к ним подошел Крик. К большому неудовольствию Брэгга, Фрэнсис вместо того, чтобы сразу же согласиться, сказал, что сейчас пойдет и проверит, прав Брэгг или не прав. Брэгг взбесился и с повышенным давлением отправился домой – возможно, для того, чтобы сообщить своей супруге об очередной выходке этого непутевого дитяти.

Новое же столкновение грозило Фрэнсису полной катастрофой, и он спустился в лабораторию заметно расстроенный. Попросив его из кабинета, Брэгг сердито добавил, что обдумает вопрос о том, сможет ли Фрэнсис остаться в лаборатории после того, как кончит работу над диссертацией. Фрэнсиса встревожила перспектива поисков нового места. Когда мы с ним в этот день обедали в «Орле» – закусочной, где он обычно ел, – атмосфера была довольно мрачной и, против обыкновения, он ни разу не засмеялся.

У Фрэнсиса были основания беспокоиться. Хотя он знал, что умен и умеет творчески мыслить, он не мог похвастаться какими-нибудь определенными достижениями и до сих пор не имел докторской степени. Он происходил из почтенной буржуазной семьи и окончил школу в Милл-Хилл. После этого он изучал физику в Юниверсити-колледже Лондонского университета и работал над диссертацией, когда началась война. Как почти все английские ученые, он хотел внести свой вклад в оборону страны и стал работать в научной группе при Адмиралтействе. Работал он с большой энергией, и хотя многим не нравилась его разговорчивость, выбирать не приходилось – шла война, а он приносил большую пользу, конструируя хитроумные магнитные мины. Однако, когда война кончилась, некоторые его коллеги пришли к заключению, что впредь будет предпочтительнее обходиться без его общества, и ему дали понять, что он может не рассчитывать на дальнейшую карьеру в государственных научных учреждениях.

К тому же у него пропал вкус к физике и он решил попытать свои силы в биологии. С помощью физиолога А.В. Хилла осенью 1947 года он получил небольшую стипендию в Кембридже. Сначала он занимался чистой биологией в лаборатории Стрэнджуэйз, но это не обещало ничего интересного, и два года спустя он перешел в Кавендишскую лабораторию, где стал работать вместе с Перутцем и Кендрью. Здесь он снова увлекся наукой и решил, что, пожалуй, пора заняться диссертацией. Он поступил стажером в Кэйюс-колледж, где его научным руководителем стал Макс Перутц. Работать над диссертацией ему было скучно, так как его быстрый ум не находил удовлетворения в кропотливых исследованиях.

Но теперь он извлек из своего решения непредвиденную выгоду: несмотря на случившееся, его неудобно было выгнать из лаборатории, пока он не получил степени.

Макс и Джон бросились на выручку Фрэнсису и ходатайствовали за него перед профессором. Джон подтвердил, что Фрэнсис действительно что-то писал по данному вопросу, и Брэгг согласился с тем, что они пришли к одной и той же мысли независимо друг от друга. К этому времени Брэгг успокоился, и вопрос об уходе больше просто не поднимался. Для Брэгга это была жертва: как-то в минуту отчаяния он признался, что у него от голоса Фрэнсиса звенит в ушах. К тому же он не был уверен, что Крик им вообще нужен. Все-таки человек, не переставая, болтает вот уже тридцать пять лет, а пока практически ничего ценного это не дало.