4. Раскачивая лодку

Вернемся к моей биографии. Я все еще не мог связаться с Максом Перуцем. Как-то в конце сороковых я возвращался в Кембридж из лондонской поездки, договорившись о встрече с Перуцем в лаборатории физики, где он работал. Дорога поездом из Лондона была ничем не примечательна. Я смотрел, как мимо меня проплывают деревни, но мысли мои витали в другой области – их предметом был в основном грядущий визит в Кавендишскую лабораторию. Для британского физика Кавендишская лаборатория обладала особым ореолом престижа. Она получила название в честь Генри Кавендиша, физика XVIII столетия – отшельника и гениального экспериментатора. Первым ее профессором стал шотландский физик-теоретик Джеймс Кларк Максвелл (тот самый, которого уравнения). Пока лаборатория достраивалась, он проводил опыты у себя дома на кухне, а жена помогала ему поднимать температуру в помещении, кипятя воду в тазах.

Именно в Кавендишской лаборатории Дж. Дж. Томпсон «открыл» электрон, измерив его массу и заряд. Томпсон был любопытным примером экспериментатора, столь неловкого, что его коллеги старались не подпускать его к его собственным приборам, опасаясь, что он их сломает. Там начинал свою научную карьеру Эрнест Резерфорд, только что переехав из Новой Зеландии; впоследствии он сменит Томпсона на должности руководителя Кавендишской лаборатории. Под его руководством Кокрофт и Уолтон впервые «расщепили атом», то есть впервые осуществили распад атома в искусственных условиях. Там все еще стоял их подлинный ускоритель. А в начале тридцатых Джеймс Чедвик (с которым я познакомился позже, когда он возглавлял Кейус-колледж) за короткий срок в несколько недель открыл нейтрон. В те времена Кавендишская лаборатория находилась на передовых фронтах фундаментальных исследований в физике.

Директором лаборатории в то время был сэр Лоренс Брэгг (для близких друзей – Вилли), сформулировавший закон Брэгга для рентгеновской дифракции. Он стал самым молодым нобелевским лауреатом в истории – ему было лишь двадцать пять, когда он разделил Нобелевскую премию со своим отцом, сэром Уильямом Брэггом. Неудивительно, что я испытывал благоговейный трепет перед прославленным на весь мир учреждением и был взбудоражен предстоящим визитом.

На вокзале я решил взять такси. Управившись с багажом, я откинулся на сиденье и сказал: «Мне в Кавендишскую лабораторию».

Шофер оглянулся на меня через плечо. «А где это?» – спросил он.

Я осознал – уже в который раз, – что не все столь глубоко интересуются фундаментальной наукой, как я. Порывшись в бумагах, я отыскал адрес.

«Это на Фри-Скул-лейн, – сказал я, – а где эта улица, не знаю».

«Возле Маркет-сквер», – ответил таксист, и мы тронулись.

Макс Перуц, к которому я ехал, по происхождению был австрийцем. Свое первое образование, химическое, он получил в Венском университете. Он собирался поехать в Кембридж, надеясь поработать у Гоуленда Хопкинса, основоположника кембриджской школы биохимии. Перуц попросил Германа Марка, специалиста по полимерам, ненадолго приехавшего в Кембридж, устроить для него встречу. Вместо этого Марк случайно наткнулся на Дж. Д. Бернала, известного в кругу друзей как Премудрый, потому что казалось, будто он знает всё на свете. Бернал сказал, что будет рад взять Перуца к себе на работу. Так Макс занялся кристаллографией. Все это происходило еще до Второй мировой войны.

На момент моего визита Перуц под довольно условным руководством Брэгга работал с трехмерными структурами белков. Как я уже объяснял в предыдущей главе, белки принадлежат к одному из главнейших семейств биологических макромолекул. Действие каждого белка зависит от его точной трехмерной структуры. Следовательно, задача первостепенной важности – обнаружить такие структуры экспериментально. На тот момент самая крупная органическая молекула, трехмерную структуру которой удалось определить с помощью рентгеновской дифракции, была на два порядка меньше, чем типичная белковая. Определение трехмерной структуры белка казалось большинству специалистов по кристаллографии невозможным либо, в лучшем случае, делом отдаленного будущего. Бернал с самого начала пылал энтузиазмом на этот счет, но по тем временам он был фантазером. Однако эта проблема весьма привлекала и упрямого Брэгга, поскольку бросала вызов. Брэгг, чья научная деятельность началась с определения простейшей структуры кристалла хлорида натрия (обычной поваренной соли), надеялся, что венцом его достижений станет разгадка структуры одной из крупнейших возможных молекул.

Еще перед войной Бернал начал программу исследований рентгеновской дифракции белковых кристаллов. Как-то он наблюдал оптические свойства кристалла белка с помощью обычного микроскопа (вернее, не совсем обычного, а поляризационного). Кристалл находился на открытом предметном стекле вместе с каплей своего маточного раствора (раствора, в котором выращивали белковые кристаллы). Постепенно вода из раствора испарялась, так что в конце концов он высох. Когда это случилось, Бернал увидел, что его оптические свойства испортились – высохший, утративший форму кристалл проводил свет более беспорядочно. Бернал тут же сообразил, что необходимо держать белковые кристаллы влажными, и поместил кристалл в маленькую кварцевую трубочку, запечатанную специальным воском с обоих концов. К счастью, кварц создавал мало помех для наблюдения дифракции рентгеновских лучей на кристалле. Все предыдущие попытки получить фотоснимки рентгеновской дифракции на белковых кристаллах давали лишь расплывчатые кляксы на фотопластинке, потому что кристаллы успевали высохнуть на воздухе. К огромному восторгу всей лаборатории, влажный кристалл дал множество красиво расположенных пятнышек. Изучение структуры белков сделало первый решающий шаг вперед.

Перед тем как я впервые наведался к Максу Перуцу в Кавендишскую лабораторию, я прочел две его последних статьи, опубликованных в сборнике «Труды Королевского общества» (Proceedings of the Royal Society), – о его опытах с рентгеновской дифракцией на кристаллах одной из разновидностей гемоглобина. Гемоглобин – это белок, который переносит кислород в нашей крови и придает цвет красным кровяным тельцам, однако тот, который изучал Перуц, принадлежал лошади, поскольку конский гемоглобин образует такие кристаллы, которые особенно удобны для исследования рентгеновской дифракции. Ныне известно, что каждая молекула гемоглобина состоит из четырех сходных субъединиц, в каждой из которых более 2500 атомов, соединенных в четкую трехмерную структуру.

Поскольку рентгеновские лучи нельзя просто так сфокусировать, невозможно и получить рентгеновские снимки так, как мы получаем обычные снимки, собирая видимый свет с помощью линзы, или изображение на электронном микроскопе, фокусируя электроны. Однако можно подобрать такую длину волны рентгеновского излучения, которая примерно равна расстоянию между ближайшими атомами в органической молекуле. Поэтому характер рассеяния рентгеновских лучей молекулами может при благоприятных условиях дать исследователю достаточно информации, чтобы определить положение всех атомов в этой молекуле. Точнее, такая картинка показывает плотность электронов, окружающих каждый атом, которые, обладая очень малой массой, рассеивают рентгеновское излучение сильнее, чем более тяжелое атомное ядро. Кристалл необходим потому, что излучение, рассеиваемое одиночной молекулой, будет слишком слабым. Если попытаться обойти эту трудность с помощью длительной экспозиции, большая доза радиации вызовет слишком большое разрушение молекулы – она просто изжарится до того, как сможет рассеять достаточно излучения, чтобы его можно было наблюдать.

В те времена рентгеновские лучи фиксировались на специальную фотопленку, которую затем проявляли по сути так же, как проявляют обычные фотонегативы. В наше время их улавливают и измеряют с помощью счетчиков. Специальная камера вращала кристалл в рентгеновском луче, а с ним и фотопленку, чтобы фиксировать дифракцию по частям.

Хотя я, вероятно, проходил это в студенчестве, когда учился на физика, к тому времени я уже многое забыл и имел лишь приблизительное представление о том, чем занимается Перуц. Я узнал, что кристаллы белков обычно содержат много воды, скрытой в промежутках между крупной молекулой и ее соседками. В сухих условиях кристалл может съежиться, потому что молекулы белка упаковываются плотнее, и как раз этапы его сжимания изучал Перуц. Если сухость была слишком высока, расположение молекул нарушалось, так как громоздкие молекулы тщетно стремились сблизиться друг с другом максимально. Элегантный узор рентгеновской дифракции из множества отчетливых точек деградировал до нескольких туманных пятен на пленке. При дифракции правильные трехмерные структуры дают целую серию дискретных пятнышек, как еще много лет назад показал Брэгг.

Мне также была известна главная проблема рентгеновской кристаллографии. Даже если бы было возможно измерить интенсивность всего множества пятнышек (по тем временам неподъемная задача) и даже если бы атомы кристалла располагались настолько правильно, что пятнышки могли бы отобразить даже мелкие детали его строения, математические расчеты ясно показывали, что пятнышки могут дать только половину информации о трехмерной структуре. [Выражаясь технически, пятнышки показывали интенсивность всего множества Фурье-компонентов, но не их фазы.] Если бы каким-то чудом удалось определить положение каждого атома, то стало бы возможным (пусть и чрезвычайно трудоемким в те дни) точно рассчитать картину рентгеновской дифракции, а также вычислить недостающие сведения о фазах. Но мы располагали только пятнышками, и теория предсказывала, что одну и ту же картину могут дать самые многообразные возможные варианты распределения электронной плотности. Было нелегко установить, какой из этих вариантов верен.

В последние годы было продемонстрировано – главным образом в работах Джерома Карле и Херберта Хауптмана, – как выполнить эту задачу для малых молекул, внеся в расчеты различные естественные ограничения. За эти работы они получили Нобелевскую премию по химии 1985 г. Но даже в наше время подобные методы сами по себе не годятся для крупных молекул большинства белков.

Поэтому неудивительно, что на конец 1940-х Перуц далеко не продвинулся. Я внимательно выслушал, как он рассказывает о своей работе, и даже отважился на несколько замечаний. Благодаря этому, вероятно, я сумел показаться ему более восприимчивым и способным схватывать на лету, чем был на самом деле. Во всяком случае, я произвел на Перуца достаточное впечатление, чтобы он одобрил мое намерение работать с ним, при условии, что Совет выдаст мне финансирование.

В 1949 г. мы с Одилией поженились. Впервые мы познакомились в войну, когда она служила офицером на флоте (точнее, во WREN – женской вспомогательной службе ВМС, аналоге американской WAVES). Под конец войны она работала в штаб-квартире Адмиралтейства в Уайтхолле (улица в Лондоне, где располагаются основные правительственные организации), переводя перехваченные немецкие документы. После войны она продолжила художественное образование в Школе искусств св. Мартина на Черинг-кросс, неподалеку от Уайтхолла. Я тоже тогда работал в Уайтхолле, в службе морской разведки, так что нам было нетрудно видеться. В 1947 г. мы с Дорин развелись. Одилия перешла в Королевский колледж искусств учиться на модельера, но после первого курса решила оставить учебу и выйти замуж.

Медовый месяц мы провели в Италии. Лишь после возвращения я узнал, что в наше отсутствие в Кембридже проходил Первый международный конгресс по биохимии. В то время научных конференций было куда меньше, чем теперь. Как начинающий исследователь, все еще, можно сказать, любитель, я даже не особо подозревал об их существовании. Полагаю, в подсознании у меня гнездилось убеждение, что наука – занятие для джентльменов (пускай и обедневших). Как ни трудно в это поверить, я не представлял себе, что для многих это поле конкурентной борьбы.

Перуцы на тот момент проживали в тесной меблированной квартирке, очень удобно расположенной – вблизи центра Кембриджа, всего в нескольких минутах ходьбы от Кавендишской лаборатории. Теперь они собирались переехать в пригородный дом, чтобы жить просторнее, и предложили нам свою квартиру. Мы обрадовались этому предложению и въехали в «Зеленую дверь» – так называлась квартира, состоявшая из двух с половиной комнат и кухоньки, в верхнем этаже бывшего дома священника при церкви св. Клемента на Бридж-стрит, между началом Португал-плейс и Томпсонс-лейн. Хозяин, державший табачную лавку, вместе со своей женой занимал главную часть дома, а мы – чердак. Собственно зеленая дверь находилась на первом этаже, с заднего крыльца, и вела на узкую лестницу, поднимавшуюся наверх к нашим комнатам. Уборная и раковина находились на площадке в середине лестницы, а ванна, накрытая откидной доской, была втиснута в кухню. Тому, кто хотел принять ванну, зачастую приходилось переставлять разношерстное собрание кастрюль и тарелок. Одна комната служила гостиной, вторая – спальней, а в самой маленькой комнатке спал мой сын Майкл.

Мы с Одилией неторопливо завтракали у чердачного окошка в нашей тесной гостиной, глядя оттуда на кладбище, Бридж-стрит и дальше, до часовни колледжа св. Иоанна. В те годы машин было гораздо меньше, зато велосипедов много. Порой вечерами мы слышали, как на дереве у колледжа ухает сова. Доход у нас был маленький, но, по счастью, и квартирная плата была совсем низкой, при том что квартира сдавалась с мебелью. Хозяин принес глубокие извинения, когда ему пришлось поднять плату с тридцати шиллингов в неделю до тридцати шиллингов и шести пенсов. Одилия наслаждалась новообретенным досугом, читала французские романы у газового нагревателя и ходила вольнослушательницей на лекции по французской литературе, тогда как я погрузился в романтику настоящего научного исследования и восторг перед новой темой.

Первое, что мне пришлось сделать, – выучиться рентгеновской кристаллографии, как теории, так и практике. Перуц посоветовал мне учебники, и меня познакомили с азами выращивания кристаллов и съемки в рентгеновских лучах. Простой обзор составляющих рисунка рентгеновской дифракции, как правило, не только достаточно непосредственно выявлял физические параметры элементарной ячейки (повторяющегося элемента пространственной организации), но также давал некоторые сведения о ее симметрии. Поскольку биологические молекулы часто обладают хиральностью – их зеркальные отображения не встречаются в живых организмах, – то некоторые элементы симметрии [инверсия по центру, зеркальное отражение и соответствующие плоскости скольжения] невозможны в белковых кристаллах. Это ограничение резко сокращает возможный набор комбинаций симметрии, или, как их называют, пространственных групп.

Имеется также известное ограничение на оси вращения. Например, рисунок обоев может обладать симметрией второго порядка – он выглядит точно так же, если повернуть его на 180 градусов, – или третьего, четвертого либо шестого. Все остальные оси вращения невозможны, включая ось симметрии пятого порядка. Это ограничение верно для любого протяженного рисунка с двумерной симметрией (плоскостной группы), а следовательно, и для протяженной трехмерной симметрии (пространственной группы). Разумеется, одиночный объект может обладать симметрией пятого порядка. Правильные додекаэдр и икосаэдр, обладающие осями симметрии пятого порядка, были известны еще древним грекам, но что дозволено в точечной группе (у которой нет измерений), невозможно в плоскостной группе (у которой два измерения) и тем более в пространственной (с тремя измерениями). В мусульманском искусстве, где вера запрещает изображать людей и животных (так как Пророк был настроен резко против язычества), по этой причине часто преобладают геометрические орнаменты. Порой можно наблюдать, как художник пробует там и сям экспериментировать с симметрией пятого порядка, но ему никогда не удается создать на ее основе повторяющийся узор. Как оказалось, белковые оболочки многих мелких «сферических» вирусов (например полиомиелита) обладают симметрией пятого порядка, но это совсем другая история.

Теория рентгеновской дифракции на кристаллах проста – настолько, что большинство современных физиков считают ее довольно скучной. Хотя в ней необходимо владение алгебраическими расчетами, я вскоре обнаружил, что могу решить многие математические проблемы благодаря комбинации картинок и логики, не продираясь предварительно сквозь математику.

Несколько лет спустя, когда к нам в Кавендишскую лабораторию пришел Джим Уотсон, я использовал кое-что из этих визуальных методов с более глубоким привлечением математики, чтобы обучить его основам рентгеновской дифракции. Я даже собирался написать по этой теме небольшое учебное пособие, под заголовком «Преобразования Фурье для орнитологов» (Джим стал биологом потому, что с детства любил наблюдать за птицами), но меня в ту пору слишком многое отвлекало, и книга так и не была написана.

Тогда не было общедоступных учебников в этой области. В литературе того времени применялся поэтапный метод, основанный преимущественно на законе Брэгга и последующих разработках темы. Для таких, как я, это лишь затрудняло работу и безусловно делало ее более занудной, поскольку простейший метод часто вызывает у ученика вопросы на более глубоком уровне, и подобная неудовлетворенность может помешать обучению. Зачастую лучше, по крайней мере для талантливых учеников, перейти сразу к более сложной работе и попытаться преодолеть более влиятельный педантизм, одновременно пытаясь проникнуть в суть того, что происходит. В моем случае выбора не было, кроме как обучиться рентгеновской дифракции самостоятельно. Это оказалось полезным, поскольку я приобрел достаточно глубокое и близкое знакомство с предметом. Более того, поскольку Перуц изучал стадии усыхания кристалла, состоящего из крупных молекул, я выучился работать с дифракцией на отдельных молекулах и только потом собирать их в правильную кристаллическую решетку, вместо того чтобы следовать более традиционному методу и начинать с решетки. Впоследствии этот навык оказался для меня ценным.

Вооруженный этим новым знанием, я перечел статьи Перуца и провел некоторое время в размышлениях над тем, как разрешить загадку структуры белков. Перуц спекулятивно предполагал, что форма молекулы чем-то напоминает дамскую шляпную картонку старых времен, и в своей первой статье нарисовал такую схему. (Кстати, схемы моделей часто бывает трудно нарисовать как следует, поскольку, если не проявлять дисциплинированности, они выражают больше, чем запланировано.) По ряду причин я полагал, что модель «шляпной картонки» неправдоподобна, и попытался добыть свидетельства в пользу других возможных форм.

Напомню, что конкретные данные о дифракции сами по себе не говорят нам ничего о форме, но любая гипотетическая форма может быть использована для расчетов дифракции. Форма влияет лишь на те немногие отражения рентгеновских лучей, которые соответствуют общей структуре кристалла. Их интенсивность зависит от контраста между высокой электронной плотностью белка и низкой электронной плотностью воды (в действительности раствора солей) в промежутках между молекулами. Даже если бы можно было получить изображение электронной плотности в этом низком разрешении, оно не показало бы непосредственно форму отдельной молекулы, поскольку молекулы белков то тут, то там тесно сближаются. Нельзя различить, где заканчивается одна молекула и начинается другая. К счастью, Перуц изучал ряд сходных структур упаковки – несколько стадий усыхания, – и при допущении, что молекулы белка достаточно стабильны и просто упакованы немного иначе на разных стадиях, можно было сузить круг возможных форм.

Я добился некоторых успехов в решении главной задачи, но потом застрял. Тем временем Брэгг независимо от меня задумался над ней. В то время как я увяз, он делал стремительные успехи. Он сделал смелое допущение, что форму можно в грубом приближении свести к эллипсоиду – простейшему типу искаженной сферы. Затем он обратился к тем немногим сведениям, которыми мы располагали, о кристаллах гемоглобина других видов животных, предположив, что молекулы всех типов гемоглобина, вероятно, примерно одинаковы по форме. Более того, его не обескураживало, если данные не соответствовали его модели в точности, поскольку молекула вряд ли представляла собой точный эллипсоид. Иными словами, он делал смелые, упрощающие допущения, обращался к максимально широкому спектру данных и, в отличие от меня, относился критически, но не педантично, к соответствию между моделью и экспериментальными фактами. Он додумался до формы, которая в итоге оказалась неплохим приближением реальной формы молекулы, и они с Перуцем опубликовали об этом статью. Результат не имел первостепенного научного значения – хотя бы потому, что метод был косвенным, – и нуждался в подтверждении более прямыми методами, но для меня этот пример стал откровением, как надо проводить научное исследование и, что еще важнее, как этого делать не надо.

По мере ознакомления с основной проблемой я стал тревожиться о том, как же ее возможно разрешить. Как я уже говорил, рентгенограммы содержали только половину необходимой информации, причем было известно, что часть из нее, по-видимому, лишняя. Существовал ли какой-то системный метод, позволяющий ее использовать? Как выяснилось, существовал. За несколько лет до того специалист по кристаллографии Линдо Паттерсон продемонстрировал, что экспериментальные данные можно использовать для создания карты плотности, которая теперь называется картой Паттерсона [Все амплитуды компонентов Фурье возводятся в квадрат и все фазы обнуляются.]

Что означала эта карта плотности? Паттерсон продемонстрировал, что она отражает все возможные интервалы между максимумами на карте реальной электронной плотности, все в суперпозиции, так что, если на карте реальной плотности часто присутствует высокая плотность на расстоянии в 10 ангстрем в определенном направлении, то на карте Паттерсона в соответствующем направлении будет пик на расстоянии в 10 ангстрем от начала координат. (Ангстрем – единица измерения, которая равняется одной миллиардной доле метра.) Выражаясь математически, получится трехмерная карта автокорреляционной функции электронной плотности. Для кристаллической ячейки из совсем небольшого количества атомов, если использовать рентгеновскую дифракцию в высоком разрешении, порой можно расшифровать такую карту всех возможных межатомных расстояний и получить реальную карту расположения атомов. Увы, в белках атомов слишком много, а разрешение было слишком низким, так что дело было практически безнадежным. И все же выделяющиеся закономерности на карте Паттерсона могли указывать на общие особенности расположения атомов, и более того, Перуц предсказывал, что белковая молекула при укладке дает «стержни» электронной плотности, уложенные в определенном направлении, поскольку наблюдал «стержни» в соответствующем направлении на карте Паттерсона. Как выяснилось впоследствии, «стержни» в реальности оказались не такими высокими, как он представлял себе (на тот момент он располагал только относительной интенсивностью пятнышек на рентгенограмме, но не их абсолютным значением), так что укладка белка была не так проста, как он предполагал.

Его расчеты карт Паттерсона для кристаллов конского гемоглобина были сложной и трудоемкой работой, поскольку в те времена методы – как обработки данных рентгеновских снимков, так и расчетов преобразований Фурье – были по современным меркам до крайности примитивны. Требовалось выращивать много кристаллов (так как каждый из них мог вынести лишь определенную дозу рентгеновских лучей, а потом разрушался), делать много рентгенограмм, заниматься их перекрестной калибровкой, измерять «на глазок» и вносить систематические поправки. Расчеты проводились не на компьютере в нынешнем смысле слова (он появится позже), а на табуляторах IBM с перфокартами. Они отнимали у ассистентов до трех месяцев и были очень трудоемкими. Затем все полученные данные следовало нанести на карту и вычертить контуры, пока в конце концов не получалась стопка прозрачных листов, отображавших отдельные участки Паттерсоновой плотности в виде изолиний. Насколько мне помнится, изолинии отрицательных значений (средняя корреляция была принята за ноль) отбрасывались, а учитывались только положительные значения.

Еще один урок я получил, когда Перуц докладывал свои результаты небольшой группе специалистов по рентгеновской кристаллографии со всех концов Великобритании, собравшихся в Кавендишской лаборатории. После его доклада встал Бернал, чтобы высказать свои замечания. Я считал Бернала гением. Почему-то я вбил в себе голову идею, что всем гениям присущи дурные манеры. И потому я удивился, услышав, как он высказывает самые сердечные одобрения смелости Перуца, взявшегося за столь сложную и по тем временам беспрецедентную задачу, а также тщательности и упорству, с которыми тот подошел к делу. Лишь после этого Бернал посмел выразить – в самой любезной форме – сомнения в возможностях метода Паттерсона, в особенности его применения в данном случае. Я усвоил, что, если у вас имеются критические замечания в адрес какого-то научного исследования, лучше высказать их твердо, но дружелюбно, предварив похвалами положительных сторон работы. Остается только пожалеть, что я не всегда придерживался этого полезного правила. На беду, случалось так, что из-за недостатка терпения меня заносило, и я выражался слишком резко и уничтожающе.

Как раз на таком семинаре я делал свой первый доклад по кристаллографии. Хотя мне было уже за тридцать, это был всего лишь второй мой исследовательский семинар (после посвященного движению частиц магнетита в цитоплазме). Я сделал типичную ошибку новичка, попытавшись втиснуть слишком много в отведенные двадцать минут, и огорчился, заметив, как на середине доклада Бернал стал ерзать и явно слушал вполуха. Лишь потом я узнал, что он волновался, куда делись слайды для его доклада, который шел следующим после моего.

Но все это были мелочи по сравнению с предметом моего выступления, в котором я, по сути, говорил о том, что все они занимаются пустой тратой времени и что, по моим оценкам, практически все методы, которые они применяют, не имеют шансов на успех. Я рассмотрел каждый метод по очереди, в том числе метод Паттерсона, и попытался продемонстрировать, что негодны все, кроме одного. Исключением был так называемый метод изоморфных замещений, который, по моим расчетам, имел кое-какой потенциал успеха, при условии, что он осуществим химически.

Как я уже упоминал, рентгенограммы обычно дают нам только половину информации, необходимой для того, чтобы реконструировать трехмерную картину электронной плотности кристалла. Эта трехмерная картина нужна нам, чтобы установить расположение многих тысяч атомов в кристалле. Есть ли способ получить недостающую часть информации? Оказывается, есть. Допустим, можно добавить в кристалл какой-то очень тяжелый атом, например ртути, в одно и то же место на каждой из его белковых молекул. Допустим, это добавление не нарушает упаковку белковых молекул, но лишь смещает одну или две молекулы воды. Тогда мы можем получить две различных картины рентгеновской дифракции – одну без ртути, вторую со ртутью. Изучая различия двух рентгенограмм, можно, если повезет, установить, где в кристалле располагаются атомы ртути [строго говоря, в ячейке кристалла]. Установив их расположение, мы можем извлечь недостающую информацию, если изучить каждое пятнышко рентгенограммы и посмотреть, усиливает ли атом ртути его интенсивность или ослабляет.

Это и есть так называемый метод изоморфных замещений. «Замещений» – потому что мы замещаем легкий атом или молекулу, например воды, тяжелым атомом, к примеру, ртути, который рассеивает рентгеновские лучи сильнее. «Изоморфных» – потому что два белковых кристалла (с ртутью и без нее) будут иметь одинаковую форму [в пределах ячейки]. В общих чертах можно представить себе добавочный тяжелый атом как отслеживаемый маркер, который помогает нам найти дорогу среди всех остальных атомов. Как выяснилось, обычно нужно не менее двух различных изоморфных замещений, чтобы получить основную часть недостающей информации, а желательно – три и более.

Этот широко известный метод уже успешно применялся для определения структуры малых молекул. Ранее была пара робких попыток применить его к белкам, но они окончились неудачей, вероятно, из-за несовершенства технологии. Ситуацию усугубляло заглавие моего доклада. Я обсуждал с Джоном Кендрю содержание своего будущего выступления и спросил его, как мне это озаглавить. «Почему бы не назвать, – сказал он, – “Что за безумное стремленье!”» (это цитата из стихотворения Китса «Ода к греческой вазе»). Я так и сделал.

Брэгг пришел в ярость. Какой-то новенький рассказывает тут опытным спецам по рентгеновской кристаллографии – включая самого Брэгга, который основал эту область и находился на ее передовых фронтах чуть ли не сорок лет, – что то, чем они занимаются, почти наверняка бесперспективно! То, что я демонстрировал несомненное понимание теории вопроса и, надо признать, был неподобающе велеречив, рассуждая о ней, было еще хуже. Позже, когда я сидел позади Брэгга, готовясь слушать предстоящую лекцию, и высказывал соседу свои обычные критические замечания по той же теме в довольно язвительном тоне, Брэгг обернулся ко мне через плечо. «Крик, – сказал он, – вы раскачиваете лодку».

Его раздражение можно было понять. На группе людей, вовлеченных в трудоемкую затею, успех которой неочевиден, плохо отражается постоянная критика со стороны одного из ее участников. Она деморализует, лишает уверенности, необходимой для того, чтобы довести авантюрное предприятие до успешного завершения. Но не менее вредно продолжать гнуть свою линию, заведомо обреченную на поражение, тем более если существует альтернативный метод. Как потом оказалось, все мои возражения были абсолютно справедливы – за одним исключением. Я недооценил перспективность изучения простых, повторяющихся цепочек искусственных пептидов (отдаленно родственных белкам), которое вскоре дало кое-какую полезную информацию, но в целом я был прав, предсказывая, что лишь метод изоморфных замещений способен дать нам детальные сведения о структуре белка.

На тот момент я все еще был новичком-аспирантом. Дав своим коллегам весьма необходимый пинок, я отвлек их внимание в верном направлении. Впоследствии мало кто вспоминал об этом или отмечал мою заслугу – кроме Бернала, который ссылался на этот доклад неоднократно. Разумеется, в долгосрочной перспективе точка зрения, подобная моей, должна была появиться. Моя роль состояла в том, чтобы помочь создать атмосферу, в которой это произошло несколько раньше. Я так и не записал свои критические замечания, хотя несколько лет хранил заметки к докладу. Главным итогом, насколько я мог судить, стало то, что Бернал начал расценивать меня как нарушителя спокойствия, который не умеет проводить эксперименты, зато слишком много говорит и критикует. К счастью, впоследствии он переменил отношение.

В своем мнении, кстати, я был не одинок. Тогда многие другие специалисты по кристаллографии были убеждены, что применять ее к белкам бесперспективно или что это сможет дать какие-то результаты лишь в следующем столетии. В этом отношении их пессимизм заходил слишком далеко. Я по крайней мере был хорошо знаком с предметом и видел один возможный путь разрешения проблемы. Интересно отметить любопытное свойство ментальности ученых, работающих над «неразрешимыми» задачами. Вопреки ожиданиям, все они движимы неистощимым оптимизмом. Полагаю, этому есть простое объяснение. Всякий, кто неспособен к подобному оптимизму, просто уходит из этой области и меняет сферу деятельности. Остаются лишь оптимисты. В итоге мы имеем занятный феномен: исследователи в тех областях, где ставки велики, но шансы на успех ничтожны, всегда выглядят настроенными чрезвычайно оптимистично. И это при том, что, развивая с виду бурную деятельность, они не подают сколько-нибудь заметных признаков приближения к цели. Некоторые разделы теоретической нейробиологии, по-моему, именно таковы.

К счастью, изучение структуры белков методом рентгеновской дифракции оказалось не столь бесперспективным, как представлялось иным из нас. В 1962 г. Макс Перуц и Джон Кендрю совместно получили Нобелевскую премию по химии за исследования структуры гемоглобина и миоглобина соответственно. Мы с Джимом Уотсоном и Морисом Уилкинсом разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в тот же год. Как гласит решение комитета, «за их открытия в том, что касается молекулярной структуры нуклеиновой кислоты и ее значения для передачи информации в живой материи». Розалинда Франклин, которая проделала такую замечательную работу по рентгеновской дифракции на нитях ДНК, умерла еще в 1958 г.