Текст книги "Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях"

Автор книги: Уолтер Гратцер

сообщить о нарушении

Текущая страница: 11 (всего у книги 33 страниц)

Джекпот в игральном автомате

Порой самые неожиданные явления способны вдохновить мысль ученого. Удивительную историю рассказывает в своих воспоминаниях известный генетик Сальвадор Лурия (1912–1991). Покинув свою родную Италию из-за антисемитских законов Муссолини, он нашел прибежище в Университете Индианы, где занялся изучением генетики бактериофагов. Его исследования оказались весьма успешными, и Лурия вместе с небольшой группой других первопроходцев – среди которых были и его студент Джеймс Уотсон, и Макс Дельбрюк из Калифорнии – заложили основы молекулярной генетики в ее нынешнем виде.

Лурию занимала судьба бактерий, зараженных бактериофагом (это вирус, который атакует бактерию и размножается внутри нее до тех пор, пока его многочисленное потомство не разорвет клетку и не вырвется наружу искать новые жертвы); он заметил, что некоторые колонии бактерий в его чашках с агар-агаром, специальной питательной средой, способны пережить такую атаку. Эти бактерии наверняка мутировали, и вопрос состоял только в том, вызваны ли мутации действием бактериофагов или же они были внезапными и случайными, однако придали бактериям силу, позволившую устоять перед нападением вирусов, – резистивность.

Я бился над проблемой несколько месяцев – главным образом мысленно, но еще успел поставить множество экспериментов. Все было безрезультатно. В конце концов ответ явился в феврале 1943 года в невероятных обстоятельствах – на факультетской вечеринке в Университете Индианы, преподавателем которого я стал пару недель назад.

Когда музыка ненадолго утихла, я оказался у игрального автомата и стал наблюдать за коллегой, бросающим туда одну за одной десятицентовые монеты. Потеряв кучу времени, он внезапно что-то выиграл. Не будучи игроком, я стал убеждать его в неизбежности проигрыша, однако тут он сорвал джекпот – около трех долларов десятицентовиками, – презрительно взглянул на меня, развернулся и ушел. В эту минуту я задумался об истинной математике игральных автоматов; тут меня и осенило, что игральным автоматам и мутациям бактерий есть что позаимствовать друг у друга.

Идея, которая внезапно пришла Лурии в голову, заключалась в том, что джекпот невозможно предсказать – даже если знать, что в среднем он случается, скажем, раз в пятьдесят игр. По той же логике, если мутации, защищающие от фагов, случайность, то колонии резистентных бактерий будут возникать с непредсказуемой частотой. Потомки выживших, тоже резистентные, будут образовывать бурно растущие скопления колоний на пластинке с бактериальной культурой. Если же, наоборот, бактериофаги делают одних устойчивыми, а остальных убивают, то колонии будут разбросаны по пластинке случайным образом по законам статистики. Лурия заключает:

Мгновение, когда я осознал сходство между выигрышами в игральном автомате и скоплениями мутантов, было восхитительным. Я выбрался с вечеринки, как только представилась возможность (собственной машины у меня не было), а ранним утром следующего дня отправился к себе в лабораторию – комнату, которую я делил с двумя студентами и восемнадцатью кроликами. Свою идею я решил проверить опытным путем – с помощью набора одинаковых бактериальных культур, каждая из которых образовалась делением всего нескольких особей. Дождаться, пока культуры вырастут, в это воскресенье было особенно трудно. В Блумингтоне я почти никого не знал, так что просидел большую часть дня в библиотеке, не в состоянии сосредоточиться ни на одной книге. На следующий день, утром в понедельник, каждая культура насчитывала примерно по миллиарду бактерий. Теперь требовалось сосчитать фаг-резистентных бактерий в каждой. Культуры я смешал с фагами на отдельных пластинках. Мне снова предстояло прождать сутки – но сейчас я, по крайней мере, был загружен преподавательскими делами. Вторник был днем триумфа. В среднем я насчитал по десять резистентных колоний на культуру – кое-где был ноль, а кое-где, как я и надеялся, джекпот. Оставалось поставить контрольный опыт. Я взял множество отдельных культур и все смешал, а потом разбил смесь на маленькие порции и сосчитал резистентные колонии в каждой. Вышло как нельзя лучше: на этот раз общее число резистентных колоний было примерно тем же, но теперь числа для отдельных порций подчинялись случайному распределению – уже без джекпотов.

Так была выяснена причина спонтанных мутаций. Метод стал известен под названием “флуктуационный тест”. Он позволил вывести частоту спонтанных мутаций, а также внес ясность в вопрос о том, откуда берутся такие свойства, как устойчивость к антибиотикам.

Lurid Salvador, A Slot Machine, A Broken Test Tube (Harper and Row, New York, 1985).

Сбить Венеру

Вот выдержка из письма Роберта Оппенгеймера, руководившего в Лос-Аламосе атомным проектом, к Элеонор Рузвельт:

В преддверии испытаний первой атомной бомбы все в Лос-Аламосе были в напряжении. Помню, как однажды утром чуть ли не все участники проекта высыпали на улицу и уставились на яркое тело в небе – его разглядывали сквозь очки, бинокли и вообще все, что попалось под руку. Из Киртланд-Филда отрапортовали, что не располагают перехватчиками, которые позволили бы им приблизиться к объекту. Наш директор службы кадров был астрономом и просто мудрым человеком; в конце концов он явился ко мне в кабинет и спросил, когда мы наконец прекратим наши попытки сбить Венеру. Я рассказываю эту историю, только чтобы подчеркнуть, что даже группа ученых не застрахована от ошибок и паники.

Оппенгеймер (1904–1967) – замечательный физик-теоретик, прославившийся невероятным интеллектом. Рассказывают, что он был страшным человеком, пусть и не без привлекательных черт. Вот зарисовка Мартина Кэмена, дружившего с ним во времена своей докторантуры в Калифорнийском университете в Беркли:

Оппи, как его ласково называли, однажды захватил меня с собой на празднование Нового года в Нью-Йорке к Эстер Кэн, пианистке и сестре известного колумниста Херба Кэна. По пути Оппи вспомнил, что не уверен в адресе – зато уверен, что дом находится на Клэй-стрит и что его номер состоит из двух пар десятичных знаков, каждая из которых делится на семь без остатка, – 1428,2128,2821 или что-то в этом духе. Поэтому мы слонялись по Клэй-стрит, разглядывая таблички, пока наконец не увидели дом Эстер под номером 3528.

Rhodes Richard, The Making of the Atomic Bomb (Simon and Schuster, New York, 1986); Kamen Martin D., Radiant Science, Dark Politics (University of California Press, Berkeley, 1985).

Оживление мертвецов

Открытие электричества подтолкнуло некоторых биологов к мысли, что процессы внутри живых организмов как-то с ним связаны. Вот почему Луиджи Гальвани (1737–1798), профессор медицинской школы в Болонье, стал добиваться реакции на электрические импульсы от физиологического препарата – лягушачьих лапок с прикрепленными к ним седалищным нервом и частью позвоночного столба.

Во время такого опыта ассистент случайно коснулся нерва лезвием скальпеля и с удивлением заметил, что мышцы отозвались конвульсивными подергиваниями. Эффект, как оказалось, имел место лишь тогда, когда пальцы ассистента (надо думать, влажные) касались железных гвоздей, которыми лезвие крепилось к костяной ручке, и электрическая цепь между нервом и землей замыкалась. Затем Гальвани решил посмотреть на действие атмосферного электричества, которым Бенджамин Франклин и другие во время грозы заряжали лейденские банки. Гальвани развесил вдоль железной ограды в саду лягушачьи лапки на медных крючках и, к своему восхищению, смог лично наблюдать, как они подергиваются без видимой причины. (Возник слух, что истинным намерением Гальвани было приготовить суп из лягушачьих лапок для жены-инвалида, а знаменитое наблюдение – всего-навсего побочный продукт этой затеи; на самом же деле жена Гальвани, будучи дочерью знаменитого физиолога, наверняка просто участвовала в опытах мужа.) Гальвани пришел к заключению, что открыл “электрический флюид” – родственный, вероятно, источнику “животного магнетизма”, который Франц Антон Месмер (термин “месмеризм” образован от его имени) и другие пытались продемонстрировать во Франции.

В 1791 году Гальвани опубликовал свои наблюдения и их толкование под заглавием De Viribus Electricitas (“Об электрических силах”), после чего его слава быстро распространилась, к возмущению критически настроенных умов. Главным из них был профессор Университета Павии, физик-скептик Алессандро Вольта (1745–1827). Вольта повторил опыты Гальвани, однако догадался, что объяснения последнего абсурдны, а на самом деле электричество порождается сочетанием железа и меди, разделенных проводящим раствором в мускулах. Далее Вольта заметил, что биметаллическая пара способна порождать несильный электрический ток без какой бы то ни было подзарядки извне, и начал объединять такие пары в ряды, разделяя их кусками бумаги, вымоченной в соли. Это и есть вольтова батарея, которая вскоре попала в руки Хэмфри Дэви в Лондоне. С ее помощью Дэви осуществил электролиз воды (т. е. химическое разложение Н₂0 на газообразные водород и кислород, которые выделяются на электродах).

Гальвани – определенно человек с ограниченным воображением – так никогда и не отказался от веры в животное электричество. Он был озлоблен неприятием своей теории, смертью жены и политическими преследованиями, которые ему пришлось вынести (Гальвани решительно осуждал завоевание Наполеоном севера Италии, который, под названием Цизальпинской республики, сделался французской сатрапией). Зато его наверняка радовало то, что его идеи об электричестве энергично (пусть и в неверном направлении) продвигались его учеником и племянником Джованни Альдини. Альдини дошел до того, что стал подбирать свеже-отрубленные головы возле гильотины и вставлять электроды в мозг. Это, по его сообщениям, приводило к разным гримасам, подергиванию губ и распахиванию глаз. Вольта, со своей стороны, избегал подобной театральности и добился более широкого признания. Он предъявил свою батарею Французской академии наук в присутствии лично императора, а тот по достоинству оценил ее перспективы и наградил изобретателя золотой медалью. Имя Вольты увековечили в названии единицы напряжения, тогда как имя Гальвани – в названии гальванометра и, более того, в эмоционально окрашенном глаголе “гальванизировать”.

О Гальвани и Вольте пишут часто. Живое и краткое изложение можно найти в книге: Tanford Charles and Reynolds Jacqueline, The Scientific Traveler: A Guide to the People, Places and Institutions of Europe (Wiley, New York, 1992); дополнительные детали даны в работе Fulton J.F. and Cushing H., Annals of Science, 1, 593 (1936).

Вибрионы в Вене

Многие десятилетия подряд реакция агглютинации была краеугольным камнем лабораторной и клинической иммунологии. Методика такая: к взвеси неизвестных бактерий добавляют, к примеру, сыворотку, действующую на какой-нибудь известный вид. Если образуется осадок, который скапливается на дне пробирки, то вопрос, что это за бактерии, можно считать решенным. Культуры неизвестных бактерий следует определять при помощи набора сывороток, изготовленных из препаратов иммунных животных – таких как кролики или, реже, козы и лошади. Препарат из крови конкретного животного может служить стандартной сывороткой многие годы. Реакция была открыта в лаборатории Макса Грубера в Вене его студентом из Англии, Гербертом Эдвардом Даремом. Дарем вспоминает:

Тем памятным утром в ноябре 1894-го мы подготовили сыворотку и бактериальную культуру, которые нам выделил Пфайффер, к опыту по проверке его диагностической реакции in vivo. Профессор Грубер подозвал меня: “Дарем! Идите сюда и посмотрите!” Перед тем как сделать первые инъекции сыворотки и вибрионов (холерных бацилл), он поместил немного образца под микроскоп, и там агглютинацию можно было разглядеть. Несколько дней спустя мы приготовили наши смеси в небольших стерилизованных стеклянных банках; так вышло, что ни одна из них не была стерилизована как следует, и мне пришлось взять несколько стерильных пробирок; поместив туда культуру и сыворотку, я оставил их ненадолго постоять, а потом закричал сам: “Профессор! Идите сюда и посмотрите!” Как образуется осадок, можно было увидеть невооруженным глазом. Так появилось сразу два метода – микроскопический и макроскопический.

Агглютинацию в пробирке заметили только потому, что у Дарема не нашлось стандартной стерильной посуды. Право считаться первооткрывателем позже оспаривал немецкий бактериолог Ричард Пфайффер, который предоставил Дарему и Груберу материалы для прививок.

История излагается в книге Beveridge W.1B., The Art of Scientific Investigation (Heinemann, London, i960).

Склока в лаборатории

Если сравнивать то, как разные открытия сказались на жизни и благополучии людей, то открытие инсулина было, возможно, самым ярким событием в истории современной науки. Вплоть до 1920-х диагноз “диабет” (который врачи обычно ставили, увидев пятна высохшего сахара на обуви или брюках пациента-мужчины) обещал раннюю и болезненную смерть. Ее можно было избежать разве что за счет жесткой диеты, не менее мучительной для большинства больных, чем сама болезнь.

История инсулина не обошлась без несчастий, злобы и обманов. Когда в 1923 году Нобелевскую премию присудили двум главным действующим лицам – Фредерику Бантингу (1891–1941) и Джону Маклеоду (1876–1935), это вызвало возмущение у тех, кто (не без оснований) считал, что их роль в открытии преуменьшена или забыта. Одним из возмущавшихся был Николае Паулеску, румынский физиолог, чьи наблюдения были решающими в отыскании связи между диабетом и дефицитом активного компонента поджелудочной железы. Он открыл, что повышенный уровень сахара в крови и моче собак, у которых диабет был искусственно вызван удалением поджелудочной железы, становился ниже, когда вытяжку из поджелудочной вводили животным обычной инъекцией. Паулеску пришлось отложить свои исследования на четыре года – по той причине, что в его страну в конце Первой мировой вторглись австро-венгерские войска. Когда же он вернулся к этой теме, то Бантинг, Маклеод, Бест и Коллип в Торонто уже вплотную подошли к разгадке.

Молодой немецкий врач Георг Цюльцер добился, похоже, потрясающего результата, вводя умирающему пациенту вытяжку поджелудочной – однако его работы также проводились в чрезвычайно неподходящих для этого условиях и были прерваны войной. Куда более известный немецкий физиолог, Оскар Минковский, считал претензии Цюльцера смехотворными: именно Минковский первым установил связь между сахаром и поджелудочной железой. Считают, что он догадался о присутствии сахара в моче собаки без поджелудочной (к тому же страдающей недержанием), когда заметил, что пятна на лабораторном полу собирают мух. В этой истории нет повода сомневаться хотя бы потому, что ее рассказывал знаменитый американский физиолог У.Б. Кэннон; однако сам Минковский всегда отрицал, что причина открытия – случайное стечение обстоятельств. Так или иначе, Минковский, которому научный руководитель поручил исследовать роль поджелудочной железы в расщеплении жиров, действительно диагностировал у собаки, которой удалили эту железу, сахарный диабет. На заявления Цюльцера Минковский отвечал, что ничуть не меньше сожалеет о его неудаче.

Окончательной победы добилась группа с факультета физиологии Торонтского университета, которую возглавлял Маклеод. Бантинг был вдохновителем исследований, а Маклеод сначала отнесся к затее с неприязнью, но потом стал ее активно поддерживать. Чарльз Бест, студент факультета, присоединился к ним в качестве ассистента Бантинга, а биохимик Джеймс Коллип был нанят для решения конкретной задачи – чтобы выделить из вытяжки поджелудочной железы неуловимое активное вещество. И Бест, и Коллип были твердо убеждены, что Нобелевскую премию следовало вручить и им, тогда как Бантинг, человек с непреклонными взглядами и характером параноика, считал результат по большей части своим и не упускал случая оговорить и принизить Маклеода. Часть грязи успела прилипнуть, поэтому часто и безосновательно утверждают, что вклад Маклеода в открытие был ничтожен и тот украл заслуженное признание у остальных. Дележ добычи, породивший так много обид, был, вероятно, справедливым, хотя многие и убеждены, что Бест был исключен из числа лауреатов незаслуженно (однако уже скоро был вознагражден множеством наград и почестей), в то время как Маклеод, к ярости Бантинга, излишне подчеркивал заслуги Кол липа. И действительно, Маклеод публично пообещал, что поделится с Коллипом половиной суммы премии; в письме другу он сообщает: “Думаю, я преуспел в том, чтобы убедить людей: его [Коллипа] вклад вовсе не был несоизмерим со вкладом Бантинга”. В свою очередь Бантинг заявил, что отдаст половину денег Бесту.

Самый яркий за все время охоты за инсулином инцидент произошел в январе 1922 года. Майкл Блисс, автор классического исследования по истории инсулина, описывает его как “одну из самых примечательных личных стычек в истории науки”. После ряда огорчительных неудач Коллип наконец сумел приготовить высокоактивный экстракт, который, вероятно, состоял в основном из чистого инсулина. (Совсем скоро он обнаружит, что не в состоянии приготовить его заново, и на повторение достигнутого понадобится еще больше времени.) Вот как Бантинг вспоминает знаменитую ссору двадцать лет спустя:

Худшее из наших столкновений случилось как-то вечером в конце января. Коллип становился все менее и менее общительным и в конце концов после недельного отсутствия в полшестого вечера возник на пороге нашей маленькой комнаты. Он остановился сразу за дверьми и произнес: “Коллеги, у меня получилось”.

Я повернулся и произнес: “Славно, поздравляю. И как же вы этого добились?”

Коллип ответил: “Вам я решил не сообщать”.

Его лицо побелело как мел, и он собрался уходить. Тогда я одной рукой схватил его за воротник плаща и, почти приподняв его, силой усадил на стул. Не помню всего, что тогда было сказано, – помню только, как заявил, что он, к счастью, намного тщедушней, иначе я “вытряс бы из него душу”. Он рассказал, что обсудил ситуацию с Маклеодом и что Маклеод одобрил его решение не сообщать нам, каким способом экстракт был очищен.

По версии Чарльза Беста, все выглядело несколько иначе:

Однажды вечером в январе или феврале 1922 года, когда я работал один в здании Медицинского центра, доктор Дж. Б. Коллип заглянул в небольшую комнату, где у нас с Баннингом стояли собачья клетка и разные химические приборы. Он сообщил мне, что покидает нашу группу и что намерен запатентовать на свое имя наши улучшения в процедуре подготовки экстракта поджелудочной железы. Такое развитие событий меня ошеломило, так что я настоятельно попросил подождать прихода Фреда Бантинга, а для большей уверенности, что он действительно дождется, я запер дверь, а сам уселся на стуле напротив нее. Бантинг вернулся в Медицинский центр очень нескоро. Наконец он появился в коридоре, ведущем в нашу комнату. Я передал ему слова Коллипа, и Бантинг весьма спокойно это выслушал – однако я не мог не почувствовать, как в нем накапливается ярость. О том, что за этим последовало, я умолчу. Бантинг был явно разгневан, поэтому Коллипу следует считать большой удачей, что он остался цел. Поскольку я опасался, что Бантинг совершит что-нибудь такое, о чем нам обоим потом придется горько сожалеть, мне пришлось удерживать его всеми средствами, какие только у меня имелись.

Майкл Блисс высказывает предположение, что Кол-лип и Маклеод были в большой обиде на Бантинга за выходки, которые он позволял себе последние несколько недель – возможно, Бантинг пытался преждевременно устроить клинические испытания неочищенного и потенциально опасного препарата, приготовленного им вместе с Бестом. Блисс пишет:

Я предполагаю, что Коллип и Маклеод едва ли были в состоянии руководить действиями Бантинга последние несколько недель, в частности из-за того, что попытка Бантинга приготовить вместе с Бестом экстракт для первых клинических испытаний подрывала сам дух командной работы. Похоже, Бантинг присвоил себе некоторые из усовершенствований, внесенных Коллипом в процедуру приготовления экстракта. Бантинг продемонстрировал им свое недоверие, и теперь у них не было оснований верить ему. Очистка экстракта была задачей Коллипа, а не Бантинга или Беста. Коллип и Маклеод могли решить, что Бантинг покушается на авторство Коллипа. Стоит тому докопаться до подробностей о процессе подготовки экстракта, и он припишет все заслуги себе. Вероятно, события и января (когда они только узнали о превышении Бантингом полномочий) подтолкнули их к убеждению, что Бантингу доверять не следует и что он попытается опередить прочих членов группы, подав заявку на патент. Паранойя столкнулась с паранойей. В результате Коллип и Маклеод решили не делиться с Бантингом и Бестом секретом приготовления эффективного экстракта для борьбы с диабетом.

Годы спустя Бантинг и Коллип помирились, и каждый из них признал вклад соперника в великое открытие. Так или иначе, в 1941 году Бантинг, который тогда состоял на службе у канадского правительства, провел последнюю ночь своей жизни в Монреале с Коллипом – а считаные часы спустя бомбардировщик, который должен был отвезти его в Англию, разбился, и все, кто находился на борту, погибли.

Увлекательное описание истории инсулина содержится в книге Bliss Michael The Discovery of Insulin (MacMillan, London, 19 87).