Часть III. Периодическая путаница рождение: сложности

 

От химии к биологии

 

Гленн Сиборг и Эл Гиорсо перевели охоту за неизвестными элементами на качественно новый уровень мастерства, но они, конечно, были не единственными учеными, сыгравшими ключевую роль в заполнении пробелов в периодической таблице. На самом деле, когда в 1960 году журнал Time назвал пятнадцать ученых в рубрике «Люди года», среди лауреатов оказались не Сиборг и Гиорсо, а величайший первооткрыватель элементов из более ранней эпохи, тот человек, который нашел самый неуловимый и эфемерный элемент во всей таблице. И случилось это в годы, когда Сиборг еще учился в университете. Этим человеком был Эмилио Сегре.

Редакторы Time попытались оформить обложку этого выпуска в футуристическом стиле. В центре картинки изображено крошечное пульсирующее красное ядро. Окружают его не электроны, а пятнадцать снимков крупным планом. Все изображенные на них люди – со сдержанным и напыщенным выражением лица, знакомым всякому, кто когда-либо потешался над портретами учителей на развороте выпускного альбома. Вы найдете здесь лица генетиков, астрономов, пионеров лазерной техники и борцов с раком. Не обошлось и без угрюмой физиономии Уильяма Шокли, завистливого исследователя транзисторов и будущего евгеника. Даже в этом номере Шокли не удержался и пространно высказался о своих расовых теориях. Несмотря на «школьность» обложки, на фотографии собралась блистательная компания, и журнал Time подобрал лауреатов так, чтобы громогласно заявить о сложившемся в мире неожиданно сильном доминировании американской науки. За первые сорок лет вручения Нобелевских премий, вплоть до 1940 года, американские ученые были отмечены ими пятнадцать раз. За следующие двадцать лет в Америку отправились уже сорок две премии[69].

Сегре был одновременно и иммигрантом, и евреем. Его пример красноречиво свидетельствует, какую важную роль в обеспечении внезапного американского научного доминирования сыграли беженцы, вынужденные покинуть Европу из-за Второй мировой войны. Среди пятнадцати ученых с обложки Сегре являлся одним из самых старших, ему было уже пятьдесят пять. Его портрет находится в верхней левой четверти рисунка, выше и левее снимка еще более пожилого человека – Лайнуса Полинга. Полингу было уже пятьдесят девять, он изображен чуть ниже и ближе к середине. Эти два человека помогли полностью преобразовать химию периодической системы и, не будучи близкими друзьями, активно полемизировали и обменивались письмами по взаимно интересующим их темам.

Однажды Сегре в письме попросил у Полинга консультацию об экспериментах с радиоактивным бериллием. Позже Полинг поинтересовался у Сегре, как планируется назвать элемент № 87 (франций). Сегре участвовал в его открытии, а Полинг собирался упомянуть об этом элементе в статье о периодической системе, которую как раз готовил для Британской энциклопедии.

Более того, они вполне могли оказаться – и даже должны были оказаться – коллегами по факультету. В 1922 году Полинг прибыл в Калифорнию. В том же году он закончил химический факультет Орегонского университета, после чего написал письмо Гилберту Льюису (как мы помним, это был знаменитый химик, которому так и не удалось получить Нобелевскую премию) в Калифорнийский университет города Беркли, в котором интересовался о возможности поступления в аспирантуру. Льюис так и не ответил на этот запрос, поэтому Полинг поступил в Калифорнийский технологический институт. Там он и пробыл до самого 1981 года, сначала студентом, а потом преподавателем. Далеко не сразу в Беркли осознали, что письмо Полинга просто затерялось. Если бы Льюис в свое время его прочел, то, вероятно, с готовностью принял бы Полинга. Учитывая, что Льюис старался обязательно трудоустраивать успешных аспирантов на факультете, Полинг наверняка провел бы в Беркли всю оставшуюся жизнь.

Позже Сегре присоединился бы к Полингу в этом университете. В 1938 году Сегре был одним из многих еврейских беженцев из Европы. Именно в том году Бенито Муссолини подчинился требованию Гитлера и сместил с должностей всех еврейских профессоров, работавших в Италии. Как ни незавидна была его участь в Европе, обстоятельства приема Сегре на работу в Беркли оказались не менее унизительными. На момент увольнения с итальянской кафедры Сегре находился в творческом отпуске, который проводил в знаменитой Радиационной лаборатории Беркли, не менее прославленной, чем химический факультет Калифорнийского университета. Внезапно превратившись в перепуганного изгоя, Сегре стал умолять директора Радиационной лаборатории взять его на работу. Директор легко согласился, но предложил беженцу очень низкую зарплату. Несложно было понять, что Сегре в такой ситуации согласится на любые условия, поэтому директор не постеснялся предложить ему жалованье на 60 процентов меньше среднего – вместо значительной суммы в 300 долларов Сегре мог рассчитывать всего на 116. Сегре был вынужден принять такие условия, а потом забрал из Италии свою семью, раздумывая, на что же будет ее содержать.

Сегре смог стерпеть это унижение, и в течение следующих нескольких десятилетий он и Полинг (в особенности Полинг) стали легендарными фигурами в своих научных областях. Они и сегодня остаются одними из самых великих ученых, о которых не знает почти никто из неспециалистов. Но между Сегре и Полингом была еще одна, практически забытая сегодня общая черта – Time о ней ожидаемо умолчал. Дело в том, что Полинг и Сегре навсегда оказались объединены дурной славой как ученые, совершившие две крупнейшие ошибки в истории науки.

Начнем с того, что научные ошибки далеко не всегда приводят к плачевным результатам. Вулканизированный каучук, тефлон и пенициллин – вот самые известные последствия таких ошибок. Камилло Гольджи открыл окрашивание осмием – метод, позволяющий рассмотреть фрагменты нейронов, – случайно пролив раствор на мозговую ткань. Даже откровенно ложные мнения – например, заявление естествоиспытателя и алхимика XVI века Парацельса о том, что ртуть, сера и соль относятся к первоэлементам мироздания, – помогли алхимикам отвлечься от безумной погони за искусственным золотом и углубиться в реальный химический анализ. Благословенные промахи и грубые ошибки двигали развитие науки на протяжении всей истории.

Но Полинг и Сегре совершили ошибки другого рода. Оба они отличились неприятнейшими провалами, после которых стыдно смотреть людям в глаза и хочется лишь одного – чтобы об этом не узнал ректор. В защиту этих ученых можно, конечно, добавить, что оба они работали над исключительно сложными проектами. Эти исследования были основаны на химии отдельных атомов, но выходили далеко за пределы химической науки и были призваны объяснить общие принципы работы атомных систем. К тому же оба могли избежать ошибок, если бы более тщательно изучали ту самую периодическую систему, устройство которой они пытались прояснить.

Если уж говорить об ошибках, начнем с того, что ни один элемент не обнаруживался «впервые» чаще, чем сорок третий. Это было настоящее лохнесское чудовище таблицы Менделеева.

В 1828 году немецкий химик объявил об открытии двух новых элементов – «полиния» и «плурания», один из которых, предположительно, и должен был занять сорок третью клетку периодической системы. Оба этих «элемента» оказались загрязненным иридием. В 1846 году другой немецкий химик открыл «ильмений», оказавшийся на самом деле ниобием. Уже в следующем году кто-то еще открыл «пелопий», также представлявший собой образец ниобия. Наконец в 1869 году искатели сорок третьего элемента получили долгожданную подсказку: Менделеев создал свою таблицу и оставил заманчивый пропуск между сорок вторым и сорок четвертым элементом. Тем не менее работа Менделеева, которая сама по себе была превосходным научным достижением, спровоцировала множество научных ошибок, так как стимулировала ученых разыскивать элементы, которые они уже мысленно себе нарисовали. Через восемь лет после создания таблицы один русский ученый достаточно уверенно записал в сорок третью клетку «открытый» им элемент «дэвий», хотя этот «металл» и весил на пятьдесят процентов больше, чем должен был весить. Позже удалось определить, что за «дэвий» была принята смесь из трех элементов. Наконец, в 1896 году был «открыт» «люций». Уже на заре XX века «отменили» и этот элемент, оказавшийся иттрием.

В новом веке поиски сорок третьего элемента стали еще более азартными. В 1909 году японец Масатака Огава заявил об открытии элемента, который назвал «ниппонием» в честь своей родины. Все предыдущие фальшивые «сорок третьи» оказывались просто загрязненными образцами или открытыми ранее рассеянными элементами. Но Огава действительно открыл новый элемент, только не тот, который искал. В погоне за сорок третьим элементом японец просто проигнорировал другие пробелы в таблице. Когда же его находка не подтвердилась, Огава устыдился и просто забросил эту работу. Лишь в 2004 году его соотечественник перепроверил данные Огавы и пришел к выводу, что тому удалось впервые выделить рений, семьдесят пятый элемент, даже не подозревая об этом. В 1909 году рений еще оставался неизвестным. Если попытаться задуматься, как же расценивать открытие Огавы – как повод для посмертного признания за совершенное открытие (ведь что-то он открыл!) либо как повод еще сильнее досадовать из-за этой драматической ошибки, – то вопрос переходит в плоскость «стакан наполовину пуст» или «стакан наполовину полон».

Бесспорное открытие семьдесят пятого элемента произошло в 1925 году. Это сделали сразу три немецких химика – Отто Берг и супружеская пара Вальтер и Ида Ноддаки. Они назвали новый металл рением в честь реки Рейн. В то же время они объявили и еще об одном открытии, «застолбив» сорок третью клетку. В нее они поместили элемент, который назвали «мазурием» в честь исторической области в Пруссии. Учитывая, что примерно десятилетием ранее национализм разрушил старую Европу, другие ученые прохладно восприняли инициативу этих «тевтонцев». Названия казались даже шовинистическими – ведь именно на Рейне и в Мазурии Германия одержала наиболее крупные победы в годы минувшей мировой войны. На всем континенте зародился научный «заговор», целью которого было дискредитировать открытия немцев. Данные по рению казались безупречными, поэтому скептики сосредоточились на гораздо более фрагментарной работе, связанной с «мазурием». Некоторые современные ученые не исключают, что немцы действительно могли открыть сорок третий элемент, но в статье немецкого трио о мазурии содержатся грубые ошибки – в частности, объем полученного «мазурия» оказался завышен в тысячи раз. В результате ученые, уже относившиеся с подозрением ко всем новым заявлениям об открытии сорок третьего элемента, объявили это открытие недействительным.

Лишь в 1937 году получить сорок третий элемент удалось двум итальянцам. Для этого ученые – звали их Эмилио Сегре и Карло Перрье – воспользовались достижениями новейших работ в области ядерной физики. Сорок третий элемент в наши дни очень редок по той причине, что он радиоактивен и практически все его атомы, имеющиеся в земной коре, уже распались до молибдена (сорок второй элемент) миллионы лет назад. Таким образом, чтобы его найти, следовало не просеивать тонны руды в поисках ничтожных долей грамма (как поступили Берг и Ноддаки), а осуществить синтез. В этом итальянцам помог их тогда еще малоизвестный американский коллега.

Несколькими годами ранее этот американец, Эрнест Лоуренс (охарактеризовавший заявление Берга и Ноддаков об открытии сорок третьего элемента как «бредовое»), изобрел специальный прибор, предназначенный для сталкивания атомов на больших скоростях. Этот аппарат назывался циклотроном и предназначался для получения значительных объемов радиоактивных элементов. Лоуренса больше интересовал синтез изотопов имеющихся элементов, а не новых металлов. Но Сегре, посетивший лабораторию Лоуренса в 1937 году во время научной командировки в Америке, узнал, что в циклотроне используются молибденовые детали, постепенно приходящие в негодность. От такого известия внутренний счетчик Гейгера, сидевший где-то в душе у Сегре, застучал, как бешеный. Он скромно поинтересовался у Лоуренса, не мог бы тот отдать для работы использованные молибденовые компоненты. Через несколько недель Лоуренс, откликнувшийся на просьбу Сегре, с готовностью выслал несколько молибденовых полосок в Италию, воспользовавшись для этого обычной почтой. Интуиция не подвела Сегре: в полученных полосках они с Перрье нашли следы сорок третьего элемента. Так самый неуловимый элемент занял свою клетку в периодической системе.

Разумеется, немецкие химики не отказались от своих претензий на открытие «мазурия». Вальтер Ноддак даже наведался к Сегре в Италию и крупно с ним повздорил. Более того, он явился к коллеге в устрашающей камуфляжной форме, покрытой свастиками. Разумеется, никакого разговора со взвинченным взрывным Сегре у него не получилось, тем более что Эмилио испытывал в связи с новым элементом и политическое давление. Функционеры Университета Палермо, где работал Сегре, склоняли его назвать открытый элемент «панормием» в честь латинского наименования Палермо. Вероятно, Сегре и Перрье колебались, памятуя о националистической истерии вокруг «мазурия», поэтому и окрестили сорок третий элемент технецием. В переводе с греческого это слово означает «искусственный». Название получилось очень точным, пусть и неброским – ведь технеций действительно был первым элементом, который удалось синтезировать вручную. Но такое название нисколько не прибавило популярности самому Сегре, и в 1938 году он взял творческий отпуск. Свой отпуск Сегре решил провести в Беркли, сотрудничая с Лоуренсом.

Нет никаких свидетельств того, что Лоуренс затаил злобу на Сегре за такой молибденовый гамбит, но именно Лоуренс в том же году согласился взять итальянца на работу за гроши. На самом деле, Лоуренс просто проигнорировал чувства Сегре и только съязвил, что те 184 доллара ежемесячной экономии он с удовольствием потратит на оборудование, например на свой драгоценный циклотрон. Увы, это лишний раз доказывает, что Лоуренс, отлично умевший привлекать средства и руководить исследованиями, совершенно бестолково строил отношения с людьми. Стоило Лоуренсу привлечь в команду одного блестящего ученого, как он тут же терял другого не менее ценного специалиста из-за своих диктаторских замашек. Даже Гленн Сиборг, горячий сторонник Лоуренса, однажды заметил, что именно в вызывавшей всеобщую зависть прославленной Радиационной лаборатории Лоуренса, а не в Европе должны были быть совершены два наиболее важных открытия того времени – искусственная радиоактивность и ядерный распад. Тот факт, что Лоуренс не сделал ни того, ни другого, был, по мнению Сиборга, неописуемым провалом.

Не исключено, что этот провал Лоуренса вызывал у Сегре сочувствие – ведь эти открытия могли быть совершены и в Италии, с участием Сегре. В 1934 году Сегре работал главным ассистентом в команде легендарного итальянского физика Энрико Ферми. Именно в тот год Ферми объявил всему миру (как оказалось – ошибочно), что в результате бомбардировки образцов урана нейтронами ему удалось открыть девяносто третий и другие трансурановые элементы. Ферми долго обладал репутацией самого «быстрого разума» в науке, но в данном случае поспешные выводы подвели его. На самом деле, он упустил гораздо более многозначительное открытие, чем синтез трансурановых элементов: Ферми за много лет до всех своих коллег смог запустить в уране реакцию ядерного распада, но даже не осознал этого. Когда в 1939 году два немецких физика оспорили результаты Ферми, вся итальянская лаборатория оцепенела – еще бы, ведь Ферми уже успел получить Нобелевскую премию за свое «открытие»! Особенно разочарован был Сегре. Он руководил группой, которая занималась анализом образцов и идентификацией новых элементов. Хуже того, Сегре сразу же вспомнил, что он (и не только он) еще в 1934 году читал статью о возможности ядерного распада, но отверг ее, как надуманную и необоснованную. По злой иронии судьбы, автором статьи была все та же злосчастная Ида Ноддак[70].

Позже Сегре стал известным историком науки (а также, между прочим, заядлым грибником). Он упомянул об ошибке с ядерным распадом в двух книгах, в обоих случаях лаконично выразив одну и ту же мысль: «Однако от нас ускользнула возможность деления, хотя Ида Ноддак специально обращала на нее наше внимание: она прислала нам статью, в которой недвусмысленно говорилось, что результаты можно интерпретировать как раскалывание тяжелого атома на две приблизительно равные части. Чем объяснить нашу слепоту, не вполне ясно»[71].

В качестве интересного исторического курьеза он также отметил, что ближе всего к открытию деления ядра подошли две женщины – Ида Ноддак и Ирен Жолио-Кюри, дочь Марии Кюри. Наконец, честь открытия деления ядер также принадлежит женщине, Лизе Мейтнер.

К сожалению, Сегре воспринял этот урок об отсутствии трансурановых элементов слишком буквально и вскоре сам оказался виновником настоящего «сольного скандала». Около 1940 года ученые предположили, что элементы, расположенные в периодической системе чуть дальше и чуть ближе урана, являются переходными металлами. В соответствии с их расчетами девяностый элемент относился к четвертому столбцу, а первый из элементов, не встречающихся в природе, – девяносто третий – оказывался в седьмом столбце, прямо под технецием. Но в сегодняшней таблице видно, что элементы, окружающие уран, отнюдь не являются переходными металлами. Они располагаются в самом низу таблицы прямо под редкоземельными элементами и в химических реакциях ведут себя именно как редкоземельные металлы, а не как технеций. Причина научной слепоты химиков вполне понятна. Несмотря на пиетет перед таблицей Менделеева, они не воспринимали периодический закон достаточно серьезно. Ученые полагали, что редкоземельные металлы представляют собой странное исключение и их причудливая химия нигде больше не проявляется. Но это не так: уран и другие элементы, расположенные рядом с ним, заполняют электронами f-оболочки, точно как редкоземельные металлы. Следовательно, эти элементы должны ответвляться от основной периодической системы на период ниже, чем редкоземельные металлы, и проявлять в химических реакциях примерно такие же свойства, как лантаноиды. Все просто, по крайней мере в ретроспективе. Через год после сенсационного открытия деления ядер один коллега Сегре, работавший с ним на одном этаже, вновь решил попробовать открыть девяносто третий элемент. Для этого он облучил немного урана в циклотроне. Считая (по описанным выше причинам), что этот элемент должен быть подобен технецию, он попросил Сегре о помощи. Действительно, ведь именно Сегре открыл технеций и разбирался в его химии лучше, чем кто-либо другой. Сегре был заядлым охотником за элементами и взялся за исследование образцов. Беря пример со своего наставника Ферми, умевшего мыслить очень быстро, Сегре заключил, что в результате деления получаются вещества, напоминающие редкоземельные элементы, но совсем не похожие на тяжелый аналог технеция. «Банальное деление ядер продолжается», – заявил Сегре и набросал статью с разочаровывающим названием «Безуспешный поиск трансурановых элементов».

Но тогда как Сегре решил просто работать дальше, тот самый коллега, Эдвин Макмиллан, заинтересовался его находкой. Все элементы при радиоактивном анализе ведут себя каким-то характерным образом, но «редкоземельные металлы» Сегре вели себя совершенно иначе, нежели другие редкоземельные элементы. Это был нонсенс. Поломав голову над этой проблемой, Макмиллан предположил, что, возможно, найденные элементы вели себя как редкоземельные металлы именно потому, что являются тяжелыми аналогами таких металлов и также располагаются в «ответвлении» от основной периодической системы. Поэтому Макмиллан с коллегой повторили облучение и химические анализы, уже без Сегре. Они практически сразу смогли открыть первый «запрещенный» в природе элемент – нептуний. Ирония судьбы слишком бросается в глаза, чтобы ее не заметить. Ведь, работая с Ферми, Сегре не догадался, что в результате деления ядер получаются трансурановые элементы. «Очевидно, не сделав никаких выводов из той ошибки, – вспоминал Гленн

Сиборг, – Сегре вновь не счел нужным внимательно провести химический анализ». Совершив практически противоположную ошибку, Сегре оказался слишком небрежен и не смог распознать в трансурановом нептунии продукт деления ядер.

Несомненно, как ученый Сегре был в ярости от собственной недальновидности. Но как историк науки он мог оценить последствия этого открытия. В 1951 году Макмиллан получил за свою работу Нобелевскую премию по химии. Но за открытие трансурановых элементов Шведская академия наградила Ферми; чтобы не признавать ошибку, Нобелевский комитет решил наградить Макмиллана лишь за «открытия в области химии трансурановых элементов» (курсив автора). Впрочем, поскольку Макмиллан открыл нептуний благодаря аккуратному и безошибочному химическому подходу, эту формулировку можно не считать неуважительной.

 

* * *

 

Конечно, Сегре оказался слишком самоуверенным, но его ошибки не идут ни в какое сравнение с промахами другого гения, который также работал в Калифорнии, но несколько южнее. Этим гением был Лайнус Полинг.

Получив в 1925 году степень доктора философии, Полинг согласился на полуторагодичную стажировку в Германии, которая была в те годы научным центром мира. Сегодня языком международного общения среди ученых является английский, но в начале прошлого века такую роль играл немецкий язык. Но благодаря тем знаниям по квантовой механике, которые Полинг смог приобрести в Европе, еще не достигнув тридцати лет, американская химия вскоре коренным образом превзошла немецкую. Сам же Полинг через много лет оказался на обложке журнала Time.

Достижение Полинга заключается в том, что ему удалось описать, как именно квантовая механика управляет химическими связями между атомами. Он проанализировал силу, длину, угол каждой химической связи. Полинга можно сравнить с Леонардо да Винчи, который впервые стал рисовать людей, верно подмечая мельчайшие анатомические детали. Поскольку химия, в сущности – это дисциплина, изучающая, как создаются и разрываются межатомные связи, Полинг практически в одиночку модернизировал целую область науки. Он абсолютно по праву заслужил один из величайших научных комплиментов, полученный от одного из коллег: «Полинг доказал, что химию можно понимать, а не только вызубривать» (курсив автора).

После этого триумфа Полинг продолжал заниматься основами химии. Вскоре он определил, почему все снежинки шестиугольные: дело в том, что шестиугольную структуру имеют сами кристаллы льда. В то же время Полингу явно не терпелось вырваться за пределы простейшей физической химии. Например, в ходе одного из своих исследований он определил, почему серповидно-клеточная анемия смертельна для человека. Дело в том, что молекулы гемоглобина в эритроцитах больного имеют неправильную форму и не могут связываться с кислородом. Это исследование гемоглобина замечательно тем, что оно впервые позволило выявить в качестве причины заболевания аномальную молекулу[72]. Работа Полинга полностью перевернула представление врачей о медицине. Позже, в 1948 году, Полинг сильно заболел гриппом и, проводя целые дни в постели, пришел к мысли, которая помогла совершить революцию в молекулярной биологии. Он решил показать, как молекулы белков могут образовывать длинные цилиндры, которые называются альфа-спиралями. Функционирование белка в значительной степени определяется формой его молекул, и Полинг был первым, кто смог определить, как отдельные фрагменты белка «узнают», какая форма молекулы является «правильной».

Во всех этих случаях Полинга по-настоящему интересовало (кроме очевидной пользы для медицины) лишь то, как почти по волшебству у вещества возникают новые свойства, когда маленькие «глупые» атомы самостоятельно укладываются в большие структуры. Самая захватывающая сторона проблемы заключалась в том, что в молекулярной химии часть порой нисколько не напоминает целое. Например, вы никогда не догадались бы (если бы не увидели этого сами), что атомы углерода, кислорода и азота могут объединяться в аминокислоты. Аналогично, сложно себе представить, как аминокислоты сочленяются, образуя белки, а белки, в свою очередь, управляют жизнедеятельностью всех живых организмов. Эта работа, связанная с изучением атомных систем, была даже сложнее, чем синтез новых элементов. Но такой прыжок в невероятную сложность также повышал вероятность неверных интерпретаций и ошибок. В долгосрочной перспективе легкий успех Полинга с открытием альфа-спиралей оказался еще одной иронией судьбы: ведь если бы Полинг не запутался с другой спиральной молекулой, ДНК, то, несомненно, навечно остался бы в пятерке величайших ученых всех времен и народов.

Как и многие другие, Полинг практически не интересовался ДНК до 1952 года, хотя швейцарский биолог Фридрих Мишер обнаружил ДНК еще в 1869 году. Мишер совершил это открытие, поливая спиртом и желудочным соком свиней пропитанные гноем повязки (которые брал в расположенных неподалеку больницах). Ученый проделывал эти манипуляции до тех пор, пока на повязках не оставалась только клейкая тягучая сероватая субстанция. Исследовав это вещество, Мишер немедленно и самодовольно заявил, что дезоксирибонуклеиновая кислота окажется важнейшим биологическим веществом. К сожалению, химический анализ показал высокое содержание фосфора в этих образцах. В те времена единственным достойным изучения биохимическим соединением считались белки, а поскольку фосфор в белках отсутствует, ДНК сочли остатком, молекулярным довеском[73].

Это предубеждение удалось развенчать только в 1952 году, после того как был выполнен революционный эксперимент над вирусами. Вирусы нападают на клетки, прикрепляются к ним и впрыскивают в них свои гены. Но в начале 50-х никто еще не знал, где именно содержится эта генетическая информация – в белках или в ДНК. Поэтому два генетика использовали радиоактивные индикаторы, чтобы пометить и фосфор, содержащийся в ДНК вирусов, и серу, которая в большом количестве содержится в их белках. После того как исследователи проанализировали несколько зараженных клеток, они обнаружили, что радиоактивный фосфор был внедрен в клетки и передан при делении, а с серой этого не произошло. Белки не могли быть носителями генетической информации – таким носителем оказалась ДНК[74].

Но что же такое ДНК? Ученые на тот момент могли об этом только догадываться. Эта молекула состояла из длинных нитей, каждая из которых имела каркас, состоящий из фосфора и сахаров. В ней также находились нуклеиновые кислоты, которые выступали на этом каркасе, как позвонки на хребте. Но оставалось совершенно непонятно, какую форму эти нити принимают в живой клетке и как они связываются вместе. Как Полинг уже показал на примере гемоглобина и альфа-спиралей, функционирование молекулы в значительной мере зависит от ее формы. Вскоре форма ДНК стала важнейшим вопросом молекулярной биологии.

И Полинг, как и многие другие, счел, что лишь он сможет ответить на этот вопрос. Это было не высокомерие, по крайней мере, не только высокомерие: просто Полинга раньше никому не удавалось опередить. Итак, в 1952 году Полинг вооружился карандашом, логарифмической линейкой и фрагментарными данными, полученными из вторых рук, засел в своем калифорнийском кабинете и решил разгадать тайну ДНК. Сначала он ошибочно решил, что громоздкие нуклеиновые кислоты теснятся по внешнему краю каждого сахаро-фосфатного остова. Иначе он просто не мог себе представить, как такая молекула образует целостную структуру. Соответственно, он повернул сахаро-фосфатный остов в центр молекулы. На основании своих некачественных данных Полинг также решил, что ДНК представляет собой тройную спираль. Дело было в том, что Полинг оперировал информацией, полученной при исследовании высушенного препарата ДНК, которая закручивается иначе, чем влажная «живая» ДНК. Странная тройная спираль вынуждала бы молекулу скручиваться сильнее, чем на самом деле. Но на бумаге модель Полинга казалась вполне правдоподобной.

Сначала картинка складывалась отлично, но Полинг попросил одного аспиранта проверить его расчеты. Аспирант взялся за дело и вскоре принялся ломать голову, силясь понять, в чем же он ошибается, а Полинг – нет. В конце концов, пришлось сказать Полингу, что фосфатные компоненты, как ни крути, не вписываются в его модель по самой примитивной причине. На уроках химии нам всегда рассказывают о нейтральных атомах, но химики воспринимают элементы несколько иначе. В природе, особенно в биохимической среде, многие элементы существуют только в виде ионов, то есть заряженных атомов.

Действительно, если принять модель, предложенную Полингом, то получалось, что все атомы фосфора в ДНК всегда будут иметь отрицательный заряд и, соответственно, отталкиваться друг от друга. Невозможно было уложить в сердцевину ДНК три фосфатные нити, не разорвав всю молекулу на части.

Аспирант объяснил эту проблему, а Полинг (как и должен был поступить Полинг) вежливо проигнорировал эти возражения. Не совсем понятно, зачем Полинг вообще решил привлекать ученика для проверки, если не собирался его выслушать. Но причина, по которой ученый отмахнулся от аспиранта, вполне ясна. Разумеется, Полинг стремился к научному приоритету, хотел, чтобы все остальные идеи о ДНК считались развитием его идеи. Поэтому, изменив своей обычной дотошности, Полинг предположил, что структурные детали молекулы прояснятся сами собой, и уже в начале 1953 года поспешно опубликовал свои выводы о тройной спирали, построенной вокруг фосфатной сердцевины.

Тем временем по другую сторону Атлантики два застенчивых аспиранта из Кембриджского университета корпели над пробными экземплярами статьи Полинга. Сын Лайнуса Полинга, Питер, работал в той же лаборатории, что и Джеймс Уотсон и Френсис Крик[75]. Великодушно он предоставил копию отцовской статьи коллегам. Никому не известные исследователи давно бились над тайной ДНК, пытаясь сделать себе на этом имя. И то, что они прочитали в статье Полинга, невероятно их расстроило: они сами выстроили такую же модель годом ранее, но смущенно отказались от нее, когда одна коллега доказала им, что модель «тройной спирали» явно ошибочна.

Но эта дама, раскритиковавшая аспирантов (звали ее Розалинд Франклин), невзначай раскрыла им секрет. Франклин специализировалась на методе рентгеновской кристаллографии, который позволяет определять форму молекул. Ранее в том же году Франклин исследовала сырую ДНК из спермы кальмара и пришла к выводу, что ДНК – двунитевая молекула. Полинг в период обучения в Германии также занимался рентгеновской кристаллографией. Если бы он познакомился с данными, полученными Франклин, он, вероятно, сразу бы нашел верное решение. Ведь форму высушенной ДНК он также установил при помощи рентгеновской кристаллографии. Но Полинг был убежденным либералом и не стеснялся об этом высказываться. Поэтому маккартисты добились того, чтобы загранпаспорт Полинга надолго застрял в Госдепартаменте США, и в 1952 году он просто не мог съездить в Англию на важную конференцию, где мог бы услышать о работе Франклин. Кроме того, в отличие от Франклин, Уотсон и Крик никогда не делились своими открытиями с конкурентами. Но они перенесли нанесенную Франклин обиду и сами принялись разрабатывать ее идею. Вскоре после этого на глаза друзьям попалась та самая статья Полинга, в которой он повторил их же ошибку.

Отбросив все сомнения, Уотсон и Крик срочно обратились к своему научному руководителю Уильяму Брэггу. Брэгг получил Нобелевскую премию еще несколькими десятилетиями ранее, но позднее переживал из-за того, что не совершил ряд важнейших открытий, уступив их Полингу (в частности, это касалось открытия альфа-спирали). Полинг был ярым соперником Брэгга, а один историк охарактеризовал Полинга в этом противостоянии как «резкого и тщеславного» человека. Брэгг отстранил Уотсона и Крика от работы над ДНК после их ошибки с тройной спиралью. Но они показали Брэггу статью Полинга и признались, что втайне продолжали работать над этой задачей. Брэгг понял, что у него есть шанс опередить Полинга, и поручил аспирантам продолжить исследование ДНК.

Первым делом Крик написал Полингу осторожное письмо, в котором поинтересовался, каким образом фосфорная сердцевина молекулы оставалась целостной – ведь, согласно теории самого Полинга, это было невозможно. Это письмо разозлило Полинга, так как он счел предложенные вычисления поверхностными. Хотя сын Питер и предупреждал, что двое английских аспирантов вот-вот его обойдут, Лайнус Полинг настаивал, что его модель в виде тройной спирали все равно окажется верной и осталось уточнить лишь незначительные детали. Уотсон и Крик сознавали, что Полинг упрям, но не глуп и вскоре заметит свои ошибки. Поэтому они изо всех сил искали свежие идеи. Уотсон и Крик никогда не проводили собственных серьезных экспериментов, а лишь блестяще интерпретировали идеи других людей. И в 1953 году они наконец получили последнюю недостающую подсказку от еще одного ученого.

Этот коллега рассказал им, что четыре нуклеиновые кислоты, входящие в состав ДНК (обозначаемые буквами А, Ц, Т и Г), всегда присутствуют в парных пропорциях. Это означает, что, если в образце ДНК содержится 36 процентов А, то там будет и 36 процентов Т. Всегда. Такая же взаимосвязь существует и между Ц и Г. Так Уотсон и Крик поняли, что А и Т и Ц и Г должны образовывать пары внутри ДНК. (По иронии судьбы, этот ученый пытался донести ту же мысль до Полинга за несколько лет до этого, находясь с ним вместе в морском круизе. Тогда Полинг возмутился, что неугомонный коллега портит ему отпуск, и просто отшил его). Более того (чудо из чудес!), две эти

пары нуклеиновых кислот складываются друг с другом, как кусочки пазла. Это объясняет, почему спираль ДНК так туго свернута. Такая высокая плотность упаковки противоречила идее Полинга о расположении фосфорного каркаса внутри молекулы. И вот, пока Полинг трудился над своей моделью, Уотсон и Крик просто вывернули ее наизнанку, так что отрицательные ионы фосфора больше не соприкасались. У них получилась модель, напоминающая винтовую лестницу, – знаменитая двойная спираль. Все сошлось замечательно, и прежде, чем Полинг опомнился[76], они опубликовали статью о своей модели в номере журнала Nature от 25 апреля 1953 года.

Как же Полинг отреагировал на публичное развенчание тройной спирали и внутреннего фосфорного каркаса? И на то, что он уступил величайшее биологическое открытие XX века не кому-нибудь, а сотрудникам лаборатории своего заклятого врага Брэгга? Полинг воспринял все это с необычайным достоинством. Надеюсь, что каждому из нас хватит воли столь же достойно вести себя в подобной ситуации. Полинг признал свое поражение и даже пригласил Уотсона и Крика на научную конференцию, которую планировал организовать в конце 1953 года. Учитывая свой статус, Полинг мог позволить себе быть великодушным. Тот факт, что он одним из первых стал поддерживать идею о двойной спирали, вполне это доказывает.

После 1953 года дела Полинга и Сегре стали налаживаться. В 1955 году Сегре и еще один ученый из Беркли, Оуэн Чемберлен, открыли антипротон. Антипротон является противоположностью обычного протона: он имеет отрицательный заряд, может перемещаться в прошлое и, что самое страшное, при контакте аннигилирует любую «обычную» материю, из которой, например, состоим мы с вами. Существование антиматерии было предсказано еще в 1928 году, после чего достаточно скоро удалось открыть первую элементарную античастицу – антиэлектрон, который назвали позитроном. Это произошло в 1932 году. Но антипротон ускользал от физиков-ядерщиков не менее успешно, чем технеций – от химиков. Тот факт, что Сегре удалось открыть технеций после долгих лет, полных «ложноположительных результатов» и сомнительных за

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: