Глава 7. Чья же это ДНК?

Бедствия бывают двух видов: наши собственные несчастья и удачи ближних.

Амброз Бирс

Вывод, что модель ДНК Полинга неверна, Уотсон сделал не только потому, что она состояла из трех цепочек. Просто молекула нуклеиновой кислоты, которая получилась у Полинга, вообще не была кислотой. То есть при растворении в воде она не могла выделять ионы водорода. Атомы водорода в ней были прочно связаны с фосфатными группами, отчего те становились электрически нейтральными, в то время как в любом учебнике по элементарной химии – в том числе и в книге самого Полинга! – говорится, что фосфаты должны быть заряжены отрицательно (водный раствор кислоты сильно ионизирован). И вообще извлечь эти атомы водорода было невозможно, поскольку именно они служили своего рода замками, скрепляющими три цепочки при помощи водородных связей.

Молчать о ляпсусе подобного масштаба Уотсон и Крик, конечно, не могли. Величайший в мире химик построил совершенно несостоятельную модель, причем она была неверна не из-за какой-то биологической тонкости, а из-за дурацкой ошибки в самой что ни на есть элементарной химии. Уотсон, по-прежнему не веря своим глазам, бросился к кембриджскому химику Рою Маркхэму и в лабораторию органической химии – спросить там, есть ли какие-нибудь сомнения в том, что ДНК в том виде, в каком она встречается в природе, представляет собой соль кислоты. К полному удовольствию Уотсона, все подтвердили, что произошло немыслимое: Полинг грубо ошибся в элементарной химии.

В тот день осталось сделать всего две вещи. Сначала Крик бросился к Перуцу и Кендрю, чтобы убедить их, что дело не терпит отлагательства: если они с Уотсоном немедленно не примутся за свою модель, напирал он, Полинг вот-вот найдет у себя ошибку, а значит, пересмотрит свои результаты. По подсчетам Крика, на то, чтобы создать правильную модель, у них было не больше полутора месяцев. Второе, что сделали Уотсон и Крик, казалось им столь же понятным и естественным: они отправились отмечать радостное событие в паб «Орел» на Бенет-стрит. Впоследствии Уотсон вспоминал: «Поскольку за последние несколько часов мы страшно переволновались, о работе в тот день не могло быть и речи, поэтому мы с Фрэнсисом двинулись в “Орел”. Открывался паб по вечерам, и едва его двери отворились, как мы уже были там и подняли кружки за ошибку Полинга».

Как же Полинг мог так промахнуться? Почему подход к созданию моделей, который так прекрасно оправдался в случае с альфа-спиралью, оказался столь катастрофически бессилен в случае тройной спирали?

Анатомия ляпсуса

Попробуем шаг за шагом проанализировать возможные причины ошибки Полинга. Во-первых, дело было в том, сколько времени и сил он на самом деле потратил на работу над моделью ДНК. Он начал обдумывать некоторые аспекты ДНК после появления статьи Ронвина в ноябре 1951 года. Однако всерьез размышлять над этой задачей Полинг начал лишь через год, в ноябре 1952 года. А статья у него была готова всего через месяц – к концу декабря 1952 года! Сравните это с усердной работой над структурой полипептидов, когда он обдумывал все тонкости около тринадцати лет, несколько раз откладывал публикацию – до тех пор, пока не оказался полностью уверен, что его модель верна. Так что даже с точки зрения временных затрат напрашивается мысль, что модель ДНК была сработана наспех, кое-как. Так, судя по всему, думал и Морис Уилкинс. В интервью об истории открытия структуры ДНК он отмечал: «Полинг просто не стал стараться. Сам он, наверное, и пяти минут не думал над задачей». К вопросу о том, почему, собственно, он так спешил и почему был так рассеян, мы еще вернемся.

Во-вторых, есть большая разница в качестве данных, на основании которых Полинг строил модель молекулы белка и модель ДНК. В случае альфа-спирали коллега Полинга Роберт Кори собрал обширный арсенал структурной информации о размерах, объемах и углах расположения отдельных составляющих молекулы. А в случае ДНК Полинг, напротив, работал практически в вакууме. Рентгеновские снимки, которые ему удалось раздобыть, были скверного качества, к тому же на них изображалась смесь форм А и В, о чем Полинг не подозревал, так что толку от них не было никакого. Хуже того, Полинг не знал, что в препаратах, с которых делались снимки, содержалось значительное количество воды. А поскольку Полинг пренебрег тем фактом, что примерно треть материала в образцах ДНК составляла вода, то неверно подсчитал плотность, а это привело его к ошибочному выводу, что цепочек в спирали три. Наконец, Кори много и подробно изучал то, из каких «кирпичиков» состоят белки, а над основаниями – составляющими частями нуклеотидов – подобной работы проделано не было.

Далее, у Полинга случилось два непостижимых провала в памяти. Один относился к соотношениям оснований, которые подсчитал Чаргафф, а другой – к принципу самокомплементарности, который сформулировал сам Полинг. Напомню, что Чаргафф обнаружил, что количество основания А равно количеству основания Т, а количество С – количеству G, так что напрашивался вывод, что основания так или иначе спарены, а значит, цепочек две, а не три. Впоследствии Полинг утверждал, что знал про эти соотношения, но забыл. Сам Чаргафф полагал, что в этом и кроется главная причина ляпсуса: «Полинг в своей структурной модели ДНК не принял в расчет мои результаты. В результате его модель была бессмысленна с химической точки зрения».

Второй провал в памяти Полинга был еще поразительнее. Вспомним, что Полинг еще в 1948 году говорил, что если гены состоят из двух частей, комплементарных друг другу, их воспроизводство получается легко и просто. В этом случае каждая из двух частей служит образцом для создания второй части, так что комплекс из двух комплементарных частей в целом может служить образцом для создания точной своей копии. Из этого принципа самокомплементарности прямо следует, что архитектура должна состоять из двух цепочек, а конструкция из трех нитей ему явно противоречит. Однако Полинг, очевидно, ко времени построения модели ДНК начисто забыл об этом принципе.

Когда я говорил с Алексом Ричем и Джеком Дуницем, которые в это время только получили ученую степень и работали под началом Полинга, они согласились, что если бы Полинг видел рентгеновский снимок № 51 В-ДНК, который сделала Розалинда Франклин, он бы сразу понял, что молекула зеркально симметрична, а значит, ее структура не тройная, а двойная. Однако, как мы уже заметили, Полинг не предпринимал никаких усилий, чтобы взглянуть на снимки Франклин.

В январе 2011 года я спросил Джеймса Уотсона, удивился ли он, когда увидел ошибочную тройную модель Полинга. Уотсон рассмеялся: «Удивился ли я? Да чтобы Лайнус сделал подобную ошибку – такого даже в фантастическом романе не сочинишь! Едва я увидел эту структуру, как сразу подумал: “Чепуха!”»

Если пристально взглянуть на множество вышеперечисленных причин, по которым у Полинга вышло такое фиаско с этой моделью, возникает ряд вопросов на более глубоком уровне. Как объяснить спешку, очевидный недостаток усердия, забывчивость и пренебрежение самыми фундаментальными химическими законами?

На самый поверхностный взгляд спешка – это особенно странно, если принять на веру слова Питера Полинга о том, что не было никакой «гонки» к разгадке структуры ДНК. В той же занятной заметке, где Питер утверждал, что для его отца ДНК была не более чем интересным химическим соединением, он добавил: «История открытия структуры ДНК в популярной прессе описывается как “гонка за двойной спиралью”. Едва ли это было так. Гнался за ней разве что Джим Уотсон». Затем Питер пояснил, что «Морис Уилкинс никогда ни за кем не гонялся», а Фрэнсису Крику просто нравилось «задавать себе трудные задачки». Я спросил у Алекса Рича и Джека Дуница, как они считают, была ли гонка, и оба ответили, что нет – со стороны Полинга уж точно. Почему же тогда он так спешил публиковать результаты? «Просто у него всегда был силен дух соперничества», – предположил Рич. Это, конечно, так, однако это лишь часть объяснения, поскольку в случае альфа-спирали Полинг проявил куда больше терпения и осторожности. Парадоксально, но факт: триумф с альфа-спиралью, безусловно, поспособствовал катастрофе с тройной спиралью, поскольку Полинг решил, будто сможет повторить успех первой со второй. В этом смысле перед нами классический случай рассуждения по индукции, распространенного вероятностного метода, позволяющего строить догадки на основе накопленного опыта, – просто в данном случае Полинг слишком им увлекся.

Метод индукции применяют все и всегда, и почти всегда он позволяет принимать верные решения на основании сравнительно скудных данных. Предположим, я попрошу вас закончить фразу: «Шекспир был необычайно талантливый _________». Большинство, вероятнее всего, скажет «драматург», и с полным на то основанием. Хотя можно закончить фразу и словами, например, «кулинар» или «картежник», и никакого логического противоречия в этом не будет, скорее всего, верный ответ и в самом деле «драматург». Подобно опытным шахматистам, мы обычно не анализируем все возможные логичные ответы, а выбираем тот, который, по нашему мнению, наиболее вероятен. Это неотъемлемая черта когнитивного процесса. Вот как сказал о методе индукции психолог Даниэль Канеман: «Нельзя жить в постоянных сомнениях, поэтому мы сочиняем самую лучшую историю и живем так, словно это правда». Однако индукция предполагает вероятностные догадки, а следовательно, иногда приводит к неверным выводам, а случается, что и к совсем неверным. Полинг решил, что можно пойти напролом, поскольку опыт показал, что все его догадки о структуре молекул оказывались верны. В катастрофической истории с ДНК автор ляпсуса стал жертвой собственной блистательности.

Но почему же Полингу казалось, что нужно идти напролом? Конечно, не из-за Уотсона и Крика, об их ученых занятиях он едва ли задумывался, а потому, что ему стало известно, что в Королевском колледже, а может быть, и в лаборатории Кавендиша, есть доступ к прекрасным рентгеновским данным. Скорее всего, Полинг решил, что верную структуру вот-вот обнаружат его старые соперники – Брэгг, Перуц, Кендрю, а может быть, и Уилкинс. Поэтому он решил пойти ва-банк, и проиграл.

Однако не приходится сомневаться, что если бы Полинг надолго отложил публикацию своей модели, исследователи из Кембриджа или Лондона успели бы первыми обнародовать верную модель. Даже если Полинг и не задумывался именно об Уотсоне и Крике, он понимал, что у противника карта лучше. Так что, вероятно, продуманный риск был не таким уж и безумием.

Если же позволить себе немного пофантазировать, решение поспешить с публикацией, вероятно, было у Полинга связано и с присущим человечеству когнитивным искажением, получившим название «фрейминг-эффект» или «эффект постановки проблемы»; суть его в том, что мы очень боимся потерь. Вам никогда не приходило в голову, почему на ценнике, например, говяжьего фарша в магазине пишут «90 % мяса», а не «10 % жира и добавок»? По той простой причине, что с первым вариантом ценника фарш будут покупать гораздо охотнее, хотя написано на ценниках одно и то же. Точно так же избиратели охотнее проголосуют за экономическую программу, которая сулит 90 % занятости, а не за ту, которая обещает 10 % безработицы. Многочисленные исследования показывают, что мучения от потерь для нас субъективно всегда сильнее, чем радость от выгоды. Поэтому, если поставить проблему в негативном ключе, «фрейме», мы склонны рисковать, вот и Полинг, вероятно, предпочел рискнуть перед лицом возможных потерь.

Есть и еще одна загадка – почему Полинг забыл о правилах Чаргаффа, а главное, о собственной догадке о принципе самокомплементарности генетической системы. Думается, это было ярким проявлением того, что даже когда Полинг принял окончательное решение работать над ДНК, он все еще не был убежден, что именно в этой молекуле содержится разгадка тайны жизни, механизм наследственности и деления клетки.

Почему я так считаю? К такому выводу меня подтолкнули четыре основных обстоятельства. Во-первых, свидетельство Питера, что ДНК была для его отца не более чем интересным химическим соединением. Ведь Полинг был химиком, а не биологом. Во-вторых, в письме президенту фонда Гугенхейма Полинг, объявив о том, что «открыл» структуру ДНК, добавил с прохладцей: «Биологи, вероятно, считают, что задача о структуре нуклеиновой кислоты играет столь же важную роль, что и структура белков» (обратите внимание на отстраненную, скептическую интонацию: «вероятно, считают»). В-третьих, известно, что когда шум вокруг публикации модели Уотсона и Крика слегка поутих, жена Полинга Ава-Хелен задала супругу вопрос по существу: «Если это такая важная проблема, почему ты не поработал над ней как следует?» И, наконец, в самой статье Полинга и Кори о тройной спирали содержится, вероятно, самое убедительное свидетельство, что Полинг не был убежден, что ДНК играет столь уж важную роль. Биологические свойства своей модели Полинг и Кори обсуждают лишь вскользь. В первом абзаце статьи они мимоходом упоминают, что есть свидетельства, что нуклеиновые кислоты «участвуют» в процессе роста и деления клеток, а также «задействованы» в передаче наследственных черт. И лишь в последнем абзаце рукописи авторы затрагивают вопрос о кодировании информации (но не о копировании): «Предлагаемая структура допускает создание максимального числа нуклеиновых кислот и тем самым способствует их крайней специфичности». Полагаю, именно потому, что Полинг так и не поверил в важнейшую роль ДНК, тема наследственности (и догадки, которые возникли у него по ее поводу) не связалась у него в сознании с задачей о структуре ДНК.

Объяснить, почему Полинг забыл о правилах Чаргаффа, мне кажется, проще. Во-первых, в том, что Полинг не обратил внимания на результаты Чаргаффа, отчасти сыграла роль личная неприязнь. Во-вторых, не надо забывать, что во время работы над ДНК Полинг постоянно на что-то отвлекался. Ему приходилось и продолжать работу над белками, и активно участвовать в политической борьбе против маккартизма, так что ему было некогда сосредоточиться. Более того, 27 марта 1953 года, всего через два месяца после того, как Питер получил рукопись статьи о ДНК, Полинг написал ему письмо, где отмечал: «Я как раз навожу лоск на статью о новой теории ферромагнетизма». Значит, он уже думал над чем-то другим. Это, конечно, едва ли способствовало успеху. Масштабные исследования шведских ученых показали, что естественные нарушения памяти, так называемая доброкачественная старческая забывчивость, чаще наблюдается в тех случаях, когда внимание рассеивается или быстро переключается. Так что неудивительно, что Полинг не вспомнил о принципах Чаргаффа.

И, наконец, остается самый главный вопрос, который и в самом деле ставит в тупик: почему Полинг при построении своей модели пренебрег элементарными химическими законами, например, кислотными свойствами ДНК? Именно это имел в виду Джеймс Уотсон, когда говорил, что Полинг не мог бы совершить такую чудовищно неправдоподобную ошибку даже в фантастическом романе. Самый знаменитый химик на свете – и запутался в элементарной химии?!

Я спросил молекулярного биолога Мэтью Мезельсона, что он думает о ляпсусе Полинга с этой точки зрения. В 1952 году Мезельсон был студентом-старшекурсником и работал у Полинга. Он предположил, что Полинг, вероятно, думал над этой проблемой, однако решил, что потом как-нибудь справится с ней. Это, несомненно, соответствует общему умонастроению Полинга на протяжении всей истории с моделью ДНК. Видимо, ход его мыслей был примерно таков: у него получилась превосходная модель белковой молекулы, состоявшая из спиральной цепочки с ответвлениями вовне. Поэтому он решил, что модель ДНК должна состоять из переплетенных цепочек, опять же с ответвлениями вовне – в данном случае основаниями. Из-за этого возникли трудности с размещением групп вдоль оси, однако все остальные черты модели, по мнению Полинга, в некотором смысле были лишь деталями, с которыми можно будет разобраться потом. Похоже, его опять же ослепил успех альфа-спирали. К сожалению, как все мы прекрасно знаем, дьявол кроется в деталях.

Джек Дуниц в беседе со мной припоминал, как однажды Полинг коротко и ясно сформулировал свой подход к научным исследованиям:

«Джек, если вы считаете, что вам пришла в голову хорошая мысль, публикуйте! Не бойтесь ошибиться! Ошибки в науке никому не вредят, ведь кругом полно умных людей, которые тут же заметят и исправят ошибку. Ну, выставите себя дураком, подумаешь – от этого никому хуже не будет, только вашему самолюбию. А если окажется, что мысль и вправду дельная, а вы ее не обнародуете, это будет потерей для науки.»

Дуниц добавил, что тройная спиральная структура и правда не навредила никому и ничему, кроме репутации Полинга. А затем отметил, что вклад Полинга в науку в целом так велик, что эту оплошность надо просто простить и забыть. Признаться, с тем, чтобы простить, я совершенно согласен, но вот насчет забыть – нет. Как я попытался продемонстрировать, анализ подобных ляпсусов, совершенных великими умами, может быть очень и очень полезен.