А тем временем в Англии

Три не связанные на первый взгляд события [208], произошедшие в 1951 году, оказались судьбоносными: благодаря им и была открыта структура ДНК. Именно в тот год Фрэнсис Крик, которому исполнилось тридцать пять лет, работал в Кембридже над диссертацией по биологии, поскольку физика ему наскучила (впоследствии он говорил, что исследование вязкости воды было «самой занудной задачей на свете»). Однако без крепкой математической подготовки он не смог бы совершить своих выдающихся открытий. В том же году Джеймс Уотсон, двадцати трех лет, приехал в Кембридж изучать рентгеновскую дифракцию под руководством Макса Перуца. Уотсон защитил в Университете штата Индиана диссертацию о воздействии рентгеновских лучей на вирусы, получил степень доктора философии, а затем некоторое время изучал химию нуклеиновой кислоты в Копенгагенском университете. В том же 1951 году Розалинда Франклин, которой тогда было тридцать один, прибыла в Королевский колледж в Лондоне после трех лет исследовательской работы в Париже, где она стала специалистом по методам рентгеновской дифракции.

Розалинда Франклин родилась в семье образованных банкиров и получила степень доктора философии в Кембридже в 1945 году. Когда Розалинда прибыла в Королевский колледж, физик Морис Уилкинс рассчитывал, что благодаря ее глубоким познаниям в кристаллографии она поможет ему в исследованиях молекулярных структур. То, что Уилкинс рассчитывал на это, было ничуть не удивительно: по словам Уотсона, «исследования молекулы ДНК в Англии в то время были практически личной епархией Мориса Уилкинса». Однако сама Франклин совершенно не имела этого в виду, когда ехала в Королевский колледж, и у нее были на то веские причины. В письме с описанием должностных обязанностей, которое она получила от сэра Джона Рэндалла, руководителя отдела биофизических исследований Королевского колледжа, говорилось: «Это означает, что во всем, что касается экспериментов с рентгеновскими снимками, на данный момент будете участвовать только вы с Гослингом [речь идет о Раймонде Гослинге, который в то время был студентом-старшекурсником], а также ваша временная помощница миссис Геллер, выпускница Сиракузского университета в штате Нью-Йорк». Из этого Франклин сделала логичный вывод, что в работе над структурой ДНК она будет сама себе хозяйкой, а это, очевидно, не совпадало с намерениями Уилкинса. Так что с первого же дня Франклин и Уилкинс были обречены на ссоры и раздоры, и так оно и случилось. В конечном итоге они работали порознь в стенах одной и той же лаборатории.

А вот Уотсон и Крик, у которых был общий кабинет в Кембридже, сразу же поладили. Уотсон считал, что Крик «несомненно, самый талантливый человек из всех, с кем мне доводилось работать, и я не видел никого, кто был бы так близок по уровню к Полингу». У этих ученых были разные, но взаимодополняющие способности, опыт и характеры. Как отмечал Крик в одном интервью: «Нам было очень выгодно, что раньше он [Уотсон] занимался бактериофагами, а я об этом только читал, а сам с этим не сталкивался, а я раньше работал в кристаллографии, о которой он только читал, а сам не сталкивался». Просто удивительно читать, как они отзывались друг о друге. Уотсон писал, что Крик был самоуверен, задирист, остер на язык и имел привычку говорить правду в глаза: «В жизни не видел Фрэнсиса Крика в мирном настроении». И добавлял, что Крик «говорил быстрее и громче всех на свете». Между тем Крик писал об Уотсоне: «Джим был гораздо откровеннее меня». Несмотря на разное образование, между ними сразу пробежала какая-то искра. Крик подозревал, что дело было в «юношеской дерзости, безжалостности и нетерпимости к неряшливым умозаключениям». Мыслили они очень похоже. По словам Крика: «Он был первым среди моих знакомых, чьи представления о биологии были такими же, как и у меня… Я решил, что главное – это генетика, весь вопрос в том, что такое гены и что они делают. А еще Уотсон был первым среди моих знакомых, у кого возникали в точности такие же идеи, как и у меня».

Научный тандем Уотсона и Крика оказался столь плодотворным и еще по одной причине. В смысле профессиональных регалий они были ровней друг другу и поэтому могли честно до жестокости критиковать идеи друг друга. В отношениях, отягощенных требованиями официальной вежливости, такая интеллектуальная честность подчас невозможна, что вредит делу: приходится подчиняться либо научному авторитету, либо громкой должности. Вот как сам Крик писал об общении с Уотсоном: «Если кто-то из нас предлагал какую-то новую идею, второй относился к ней серьезно, но всеми силами старался опровергнуть ее – откровенно, однако без враждебности». Согласно Крику, Уотсон был «полон решимости выяснить, что такое гены, и надеялся, что открытие структуры ДНК этому поспособствует». Так и оказалось.

Остается только гадать, что же убедило Уотсона и Крика, что ДНК – не аморфная масса, а в принципе обладает структурой, которую можно выявить. Скорее всего, это был доклад Мориса Уилкинса, с которым тот выступил весной 1951 года на конференции в Неаполе, где присутствовал и Уотсон. Уилкинс сумел вытянуть необычайно тонкие волокна из натриевой соли ДНК (дезоксирибонуклеата натрия) и сделать рентгеновские снимки, качество которых было значительно выше, чем у старых снимков Эстбери и Белл. На снимках была видна кристаллическая форма ДНК, что убедило Уотсона, что ее структура правильна и регулярна. Это были те самые снимки, копии которых Полинг попросил у Уилкинса.

Получив письмо Полинга, Уилкинс, который прекрасно понимал, что в области исследования молекулярных структур Полинг – настоящий талант, не знал, как поступить. В конце концов он вежливо ответил, что не готов делиться снимками, пока у него не будет возможности проделать некоторых дополнительных изысканий. Полинг не сдался и решил попытать счастья и обратиться к руководителю лаборатории Джону Рэндаллу, но и тут его ждал отказ на том основании, что «передать эти снимки Вам было бы непорядочно по отношению к ним [Уилкинсу и его коллегам] и к трудам нашей лаборатории в целом». Так что к концу 1951 года Полингу так и не удалось увидеть рентгеновские снимки приемлемого качества.

Между тем Уотсона и Крика все сильнее обуревало желание опередить Полинга и первыми расшифровать структуру ДНК. Эдвин Чаргафф, американский биохимик родом из Австро-Венгрии, который познакомился с Уотсоном и Криком в мае 1952 года, оставил юмористическое описание этого супер-дуэта: «Одному тридцать пять, и он вылитый стареющий завсегдатай скачек – словно персонаж полотен Хогарта… другой выглядит куда моложе своих двадцати трех, с улыбкой скорее лукавой, чем застенчивой, говорит мало – и при этом не сообщает ничего интересного». Еще ехиднее Чаргафф описывал неуемное честолюбие молодых ученых: «Насколько я сумел разобраться, они, не будучи обременены никакими познаниями о химической стороне процесса, пытались втиснуть ДНК в спираль. В основном, похоже, по той простой причине, что Полинг построил спиральную модель альфа-кератина». И в самом деле, хотя Полинг об этом не знал, Уотсон (в особенности) и Крик (в определенной степени) считали, что у них с Полингом соревнование.

Спиральные модели предлагали и до Полинга, однако именно он, несомненно, сыграл главную роль в том, чтобы доказать, что именно от этих моделей нужно отталкиваться при изучении молекул, имеющих биологическое значение. Кроме того, Полинг в своей альфа-спирали допустил, чтобы число аминокислот на виток было не целым, и это еще сильнее расширило мировоззрение кристаллографов-структуралистов традиционного направления. В результате начался настоящий бум исследований в области интерпретации рентгеновской дифракции спиральных структур – а это обеспечило необходимый научный инструментарий для последующей расшифровки ДНК. Вот как описал умонастроения тогдашних ученых сам Крик: «В те времена всякого, кто не соглашался, что ДНК имеет форму спирали, считали слегка сумасшедшим».

К концу 1951 года события начали стремительно развиваться. Двадцать первого ноября 1951 года Уотсон специально съездил в Лондон, чтобы послушать доклад Розалинды Франклин. Ничего особенно нового он из этой лекции не узнал, однако прошла всего неделя, и они с Криком предложили первую модель структуры ДНК. Эта модель состояла из трех спиральных нитей, обвивавшихся вокруг сахаро-фосфатного стержня внутри, а основания были направлены наружу. Такое строение Уотсон и Крик выбрали в основном по одной простой причине: поскольку основания были разных форм и размеров (два моноциклических и два бициклических, см. илл. 13), Уотсон и Крик считали, что относительно правильная структура у кристаллической ДНК может быть только в том случае, если основания не играют особой роли в архитектуре ее центра.

По совету Джона Кендрю неугомонный дуэт показал свою модель сотрудникам Королевского колледжа, хотя Крик впоследствии признался, что ему было неловко рассылать подобное приглашение так скоро. Вызов был принят незамедлительно: уже назавтра в Кембридж прибыла группа ученых, состоявшая из Мориса Уилкинса, Розалинды Франклин, Раймонда Гослинга и Уильяма Сидса.

Демонстрация первой модели Уотсона и Крика увенчалась полным провалом. Розалинда Франклин не просто подвергла сомнению все предпосылки, на которые они опирались, от спиральной структуры до сил, которые, как предполагалось, связывают ядро и не дают ему распасться: она еще и указала на то, что ученые грубо ошиблись в расчетах содержания воды (ДНК – молекула, которая постоянно «хочет пить»), а это дискредитировало все расчеты плотности, которые проделал Уотсон. Очевидно, Уотсон ошибся отчасти из-за того, что неверно понял один кристаллографический термин, который упоминала Франклин за неделю до этого на своем семинаре. Это досадное недоразумение натолкнуло Крика на мысль, что количество возможных конфигураций довольно-таки ограниченно.

Последствия этого фиаско были весьма значительны: Уотсона и Крика, по сути дела, отстранили от дальнейшей работы над ДНК, а все исследования ДНК оказались ограничены пределами Королевского колледжа в Лондоне. Раньше считалось, что два руководителя лаборатории, Рэндалл и Брэгг, объявили мораторий на дальнейшую работу Уотсона и Крика над ДНК. Однако в 2010 году Александер Ганн и Ян Витковски из лаборатории в Колд-Спринг-Харбор в штате Нью-Йорк обнаружили несколько писем из переписки Фрэнсиса Крика, которые до этого считались утраченными. Оказалось, что пропавшие письма затерялись среди бумаг биолога Сидни Бреннера, с которым у Крика в 1956–1977 годах был общий кабинет. Обнаруженные документы позволяют по-новому взглянуть на обстоятельства, при которых были приостановлены исследования ДНК. Официальное письмо Мориса Уилкинса Крику, датированное 11 декабря 1951 года, гласит:

«К несчастью, я вынужден сообщить – крайне неохотно и с большим сожалением – что общественное мнение здесь [в Королевском колледже] против того, чтобы вы продолжили работу над н. к. [нуклеиновыми кислотами] в Кембридже. Выдвинуты доказательства того, что ваши идеи были почерпнуты непосредственно на некоем семинаре, и эти доказательства представляются мне столь же убедительными, как и ваше собственное заявление о том, что ваша гипотеза пришла к вам в голову сама собой.»

Продолжая исполнять роль посредника между Королевским колледжем и лабораторией Кавендиша, Уилкинс добавил: «Полагаю, главное – чтобы было достигнуто понимание, что все сотрудники нашей лаборатории и в будущем, как и в прошлом, должны быть вольны обсуждать свою работу и обмениваться идеями с вами и вашей лабораторией. Мы – два подразделения Совета по медицинским исследованиям и два физических факультета, тесно связанные друг с другом». Затем Уилкинс предложил Крику показать письмо Максу Перуцу и сообщил, что посылает копию Рэндаллу. В тот же день Уилкинс прислал Крику письмо более личного содержания, написанное от руки, где признался, что с трудом отговорил Рэндалла от того, чтобы тот «написал Брэггу жалобу на ваше поведение». В черновике ответа, который Уотсон и Крик составили несколькими днями позже, говорится, что «мы все согласны, что нужно найти какой-то компромисс». Стоит ли говорить, что подобного рода административные решения были бессильны запретить Уотсону хотя бы размышлять о ДНК.

Между тем Розалинда Франклин, со своей стороны, получала все более и более обнадеживающие результаты. Сначала она обнаружила, что ДНК бывает двух различных конфигураций. Одна форма, которую Франклин назвала А, была кристаллической. Другая, В, оказалась больше по размеру и содержала больше воды. Следствием существования двух конформаций стало, в частности, то, что снимки рентгеновской дифракции образцов ДНК получались неразборчивыми, если делались не с одной чистой разновидности. Первые пять месяцев 1952 года Франклин провела за получением чистых образцов форм А и В, после чего ей удалось вытянуть по одному волокну каждой формы, а также за тем, чтобы придумать особую конфигурацию рентгеновского аппарата, с помощью которого можно было бы получить снимки высокого разрешения. Одному из ее снимков более «влажной» В-ДНК, так называемому снимку № 51 (илл. 14), вскоре предстояло стать ключом к разгадке структуры ДНК. К сожалению, Франклин решила ограничиться одним определенным методом анализа, и они с Гослингом сначала сосредоточились на более детальных снимках А-ДНК, оставив без внимания более простые, зато крайне познавательные рентгеновские узоры на снимке № 51 – и вернулись к ним лишь через девять месяцев!

По всем научным начинаниям Розалинды Франклин очень заметно, что ее образ мыслей разительно отличался от образа мыслей Полинга. Франклин терпеть не могла «обоснованных догадок» и эвристических методов. Она твердо решила, что выведет верный ответ на основании рентгеновских данных. Поэтому она, например, не возражала в принципе против спиральных структур, однако категорически отказывалась опираться на предположение об их существовании как на рабочую гипотезу. А Уотсон и Крик, наоборот, во всем старались подражать подходу и методам Полинга и не желали вязнуть в болоте формальной методологии. Вот как вспоминал об этом Крик: «Он [Уотсон] хотел получить результат, а какими методами – сугубо научными или экстравагантными – не тревожило его ни на йоту. И чем скорее, тем лучше».

Как ни странно, ни Уотсон и Крик, ни Полинг в то время не знали, что еще в 1951 году Элвин Бейтон из лаборатории Астбери в Лидсе получил отличные рентгеновские снимки В-ДНК, вытянув и увлажнив волокна ДНК. Однако, поскольку Астбери и Бейтон, очевидно, считали, что это были снимки не чистой конфигурации, а ее смеси (поскольку структура на снимке была проще, чем на снимках Астбери и Белл), они не стали широко рекламировать свои снимки. Астбери и Бейтон, к несчастью для них, не очень хорошо знали, как получается спиральная структура на рентгеновских снимках. Так и получилось, что лаборатория в Лидсе упустила шанс сыграть важнейшую роль в истории исследований ДНК.

Между тем, Полинг в США пытался в очередной раз проделать свой фокус с белками, но на сей раз уже с ДНК. На имеющихся в его распоряжении рентгеновских снимках виден четкий период в 3,4 ангстрема, но больше почти ничего не различить. Для начала Полинг еще раз внимательно изучил статью Ронвина. Хотя он был убежден, что гипотеза о структуре ДНК, которую предлагает Ронвин – в которой атом фосфора соединен с пятью атомами кислорода – была полностью ошибочна, кое-что в ней привлекло его внимание. По Ронвину, четыре основания находились вне структуры, а фосфаты – по центральной оси. Полингу показалось, что в этом есть смысл – по той же самой причине, по которой Уотсон и Крик в своей первой модели вывели основания в наружную сторону (об этой крайне неудачной модели Полинг ничего не знал). Поломав голову, пусть и недолго, Полинг снова решил прибегнуть к своему прославленному «стохастическому методу». Основная мысль заключалась в том, чтобы, опираясь на химические принципы, сократить перечень возможных структур до самых вероятных, а затем построить их трехмерные модели, чтобы исключить слишком плотные и слишком свободные конфигурации. А затем можно будет сравнить оставшуюся структуру-«фаворита» с экспериментальными рентгеновскими данными.

Раньше этот метод приводил к грандиозным успехам, и Полинг решил, что точно знает, какому плану следовать. Во-первых, он почти не сомневался, что молекула имеет спиральную структуру, и снимки Астбери и Белл, похоже, в целом подтверждали это предположение. Во-вторых, два основания были с одинарным кольцом, а два – с двойным. Разница в конструкции и объеме, по крайней мере на первый взгляд, не позволяла предположить, что ось спирали, по всей видимости, обладающая правильной структурой, состоит из оснований. Следующим шагом было выяснить, из скольких нитей состоит спираль. Полинг решил подойти к этой задаче с неожиданной стороны – вычислить плотность структуры. Однако не успел он даже приступить к делу, как ему помешали непредвиденные обстоятельства.