6

Наследие

Розалинд Франклин, мастер кристаллографии, стояла на башне поколений, когда первой из людей увидела секрет жизни.

В начале ХХ века о кристаллах почти ничего не было известно, но они были предметом научного любопытства по крайней мере с конца 1610 года, когда немецкий математик Иоганн Кеплер задумался, почему у снежинки шесть углов. Он написал трактат «О шестиугольных снежинках», в котором выдвинул предположение, что разгадка снежинки, или «снежного кристалла», позволит «воссоздать целую Вселенную».

Многие пытались понять устройство снежинки, в том числе и Роберт Гук, адресат ньютоновского письма о плечах гигантов. На протяжении трех веков ученые чертили и описывали модели снежинки, распределяя их по категориям, но так никто и не смог их объяснить. Никто не понимал, что это такое, потому что никто не мог разобраться, что такое кристалл, — просто никто не знал физику твердого тела.

Тайны кристаллов невидимы человеческому глазу. Чтобы их увидеть, Франклин потребовался инструмент из эпохи Кеплера: рентген.

Если интерес Кеплера к снежинкам имеет очевидную связь с кристал­лами, то рентген возник не таким явным способом: все началось с усовершенствования технологии воздушного насоса, благо­даря которому ученые смогли создать вакуум. Англо-ирландский физик Роберт Бойль пытался с помощью вакуума понять электричество. Другие ученые продолжили исследования Бойля, и спустя две сотни лет немецкий стеклодув Генрих Гейслер создал так называемую трубку Гейслера, которая представляла собой бутылку, частично с вакуумом: когда ей по капилляру с электродами сообщался разряд, она начинала светиться. Изобретение Гейслера было не­обычным и при его жизни воспринималось как «забавная научная игрушка», но спустя несколько десятилетий стало осно­вой для неонового освещения, ламп накаливания, а вакуумная трубка оказалась важным компонентом ранних радиоприемников, телевизоров и компьютеров.

В 1869 году английский физик Уильям Крукс воспользовался идеей Гейслера и создал свою трубку, которая была более совершенной. С ее помощью были открыты катодные лучи, позже переименованные в электронные.

В 1895 году немецкий физик Вильгельм Рентген заметил странное мерцание, возникшее в темноте при работе с трубкой Крукса. Он ел и спал в лаборатории на протяжении шести недель, исследуя необычное явление, но однажды попросил жену поместить руку на фотопластинку и направил на нее трубку Крукса. Когда он показал результат — изображение ее костей, первый снимок живого скелета, та произнесла: «Я увидела свою смерть». Рентген назвал свое открытие символом, которым обозначается нечто неизвестное: «Х-лучи».

Но чем же были эти неизвестные лучи? Частицами, как электроны, или волнами, как свет?

Немецкий физик Макс фон Лауэ нашел ответ на этот вопрос в 1912 году. Лауэ поместил кристаллы между Х-лучами и фотопластинками и обнаружил, что рентгеновское излучение оставило после себя интерференционный узор. Из этого физик сделал вывод, что Х-лучи — это волны.

Молодой английский физик Уильям Брэгг услышал о работе Лауэ и через несколько месяцев смог продемонстрировать, что интерференционные узоры также отражают структуру кристалла. В результате Брэгг, которому в 1915 году исполнилось всего 25 лет, был удостоен Нобелевской премии в области физики за свое открытие, став самым молодым лауреатом в истории. Его отец, также физик по имени Уильям, тоже был удостоен премии, но это был исключительно эффект Матфея. Брэгг-старший не сыграл почти никакой роли в достижении сына.

Работа Брэгга преобразила подход к изучению кристаллов. До него кристаллография была одним из направлений минералогии — частью науки о горных породах и их добыче, и в основном эта работа состояла в сборе и каталогизации образцов. После открытия Брэгга эта сфера стала называться рентгеновской кристаллографией — неизведанной областью физики, населенной учеными, которые стремились узнать тайны твердой материи.

Внезапные изменения породили значимые и неожиданные последствия: женщины-ученые получили возможность продвинуться по карьерной лестнице. В конце XIX века университеты начали принимать женщин на научные специальности, пусть и нехотя. Кристаллография, относительно непопулярная область знаний, была той научной областью, в которой женщины могли состояться по завершении учебы. Одна из них, американский геолог Флоренс Бэском, преподавала геологию в Колледже Брин-Мор в Пенсильвании, пока Брэгг получал свою Нобелевскую премию. Бэском стала первой женщиной со степенью PhD, полученной в Университете Джонса Хопкинса, где ей приходилось слушать лекции, сидя за специальной ширмой, чтобы «не отвлекать мужчин». Она также стала первой женщиной-геологом, принятой в члены Геологического общества Америки, а также освоила науку о кристаллах задолго до того, как ими заинтересовались физики.

Когда исследование кристаллов перешло от изучения их поверхности, что было задачей минералогии и химии, к внутреннему устройству, чем занималась физика твердого тела, Бэском последовала за тенденцией, поманив за собой студентов-женщин.

Одной из ее учениц была Полли Портер, которой родители запретили посещать школу, так как считали, что девочкам не стоит получать образование. Когда Портер исполнилось пятнадцать, ее семья переехала из Лондона в Рим. Пока братья учились, она гуляла по городу, собирая фрагменты древних камней и составляя каталог своих находок. В этом каталоге отразилась одержимость Римской империи импортным мрамором из Африки, Азии и Греции. Когда семья переехала в Оксфорд, Полли и там нашла частички Рима: в Музее естественной истории при Оксфордском университете была коллекция древнеримского мрамора, которому требовались чистка и каталогизация. Генри Майерс, первый профессор минералогии в Оксфорде, заметил частые визиты Портер в музей и нанял ее перевести каталог, а также поручил ей реорганизацию собрания камней. Благодаря Майерсу она открыла для себя кристаллографию. Профессор сказал родителям Портер, что им следует разрешить девушке поступить в университет, но они не хотели и слышать об этом.

Вместо этого Портер занялась вытиранием пыли. Но не простой, а пыли в лаборатории химика Альфреда Таттона, который был кристаллографом в Королевской горной школе в Лондоне. Он научил Полли выращивать и измерять кристаллы. Затем семья Портеров переехала в США, так что девушка продолжила заниматься каталогами камней сначала в Смитсоновском институте, а затем в Колледже Брин-Мор, где ее и нашла Флоренс Бэском. Она же убедила суфражистку и наследницу железной дороги Мэри Гарретт выделить средства на обучение Портер. Там Полли пробыла до 1914 года, когда Брэгг получил Нобелевскую премию, а кристаллография перешла из задворок геологии в самостоятельную область науки. Тогда Бэском написала швейцарскому минералогу Виктору Гольдшмидту, который работал в Гейдельбергском университете в Германии:

Дорогой профессор Гольдшмидт,

я давно планировала написать вам с целью заинтересовать вас мисс Портер, которая с этого года работает в моей лаборатории и которая, надеюсь, получит место в вашей лаборатории в следующем году. Она нацелена на изучение кристаллографии, поэтому ей следует примкнуть к источнику вдохновения.

Обстоятельства мисс Портер нельзя назвать обычными, поскольку она никогда не училась в школе или колледже. По этой причине в ее образовании присутствуют значительные пробелы, особенно в области химии и математики, но невероятная сообразительность и страстная любовь к предмету компенсируют эти недостатки. Мне бы хотелось предоставить ей те возможности, в которых ей долгое время отказывали. Я одновременно преисполнена честолюбием и верю в ее успех.

С уважением,

Флоренс Бэском

Гольдшмидт принял Портер на работу в июне 1914 года.

В следующем месяце началась Первая мировая война.

Портер достигла успеха в изучении искусства кристаллографии, несмотря на трудности военного времени, депрессию и отвлеченность самого Гольдшмидта, и спустя три года получила ученую степень в Оксфорде. Она осталась там, продолжая изу­чать кристаллы и обучая студентов науке о них вплоть до ухода на пенсию в 1959 году. В числе ее заслуг есть одна выдающаяся: она вдохновила и убедила заниматься наукой одного из величайших кристаллографов в истории и наставника Розалинд Франклин — Дороти Ходжкин.

На заре кристаллической революции Ходжкин была еще ребенком. Когда Брэгг изобрел рентгеновскую кристаллографию, ей было два года; когда Брэгг с отцом получили Нобелевскую премию, ей исполнилось пять; а когда ей было пятнадцать, она посетила рождественскую лекцию для детей Брэгга-старшего в Королевском институте Великобритании. В Англии эти лекции, начало которым положил Майкл Фарадей в 1825 году, стали такой же неотъемлемой частью сезона, как застолья и рождественские гимны. В 1923 году Брэгг прочитал серию из шести лекций под названием «Природа вещей», в которых рассказывал о внутриатомном мире.

Он отмечал, что «за последние двадцать пять лет мы увидели много нового. Открытие радиоактивности и рентгена изменили положение вещей, и именно поэтому для лекций была выбрана эта тема. Теперь мы можем понять столько всего, о чем раньше не имели и представления. Перед нами открывается прекрасный новый мир, который ждет, чтобы его исследовали».

Три лекции Брэгга были посвящены кристаллам. Он объяснил их притягательность следующим образом: «Кристалл обладает определенной привлекательностью отчасти потому, что блестит и сверкает, и отчасти благодаря правильности его формы. Мы чувствуем, что эта загадочность и красота лежат в основе свойств, которые удовлетворяют наш взор, и это действительно так. Через кристалл мы рассматриваем первую природную структуру».

Лекции вдохновили Дороти Ходжкин стать кристаллографом, но в Оксфорде ее ждало разочарование, потому что кристаллические структуры были лишь небольшой частью университетской научной программы. Только в последний год обучения она познакомилась с Полли Портер, которая преподавала кристаллографию и проводила исследования по классификации каждого кристалла в мире. Портер вновь вдохновила Ходжкин и, возможно, отговорила ее менять направление. Дороти писала: «Существовало такое необъятное количество материалов о кристаллических структурах, доступных к изучению, о которых мне не было известно, поэтому я на секунду усомнилась, что могу найти новое в этой сфере, и постепенно осо­знала ограничения настоящего, которые мы могли бы преодолеть».

Ходжкин раньше остальных ученых осознала возможность применения рентгеновской кристаллографии в изучении не только горных пород, но и живых молекул с целью раскрытия тайн самой жизни. В 1934 году, вскоре после окончания университета, она решила доказать свою гипотезу путем анализа кристаллического гормона инсулина человека. Молекула не поддавалась технологиям 1930-х годов. В 1945 году Дороти определила кристаллическую структуру холестерина. Это оказалась первая биомолекулярная модель, которую удалось распознать, или «решить». Затем она открыла структуру и второй биомолекулы, пенициллина. В 1954 году Ходжкин установила структуру витамина B₁₂, за что была удостоена Нобелевской премии.

В том же году японский физик Укисиро Накайя раскрыл секрет снежинки. Кристаллы, которые образуются при температуре выше –40 градусов Цельсия, не полностью состоят из воды. Они образуются вокруг другой частицы, почти всегда биологического происхождения, обычно бактерии. Это очень красивое совпадение, что жизнь в форме бактерии становится ядром для многообразных кристаллов снега, а кристалл, ДНК, служит ядром изобильной жизни. Накайя также объяснил, почему снежинки имеют шести­угольную форму: потому что они образуются из кристаллов льда, а его структура имеет форму шестиугольника.

Когда Розалинд Франклин начала анализировать ДНК с по­мощью рентгеновской кристаллографии, она унаследовала технологию, впервые представленную Дороти Ходжкин, которую вдохновила Полли Портер. Та была протеже Флоренс Бэском, в свою очередь проложившей женщинам путь в науку как продолжение дела Уильяма Брэгга. Он же вдохновился Максом фон Лауэ, который шел за Уильямом Рентгеном — последователем Уильяма Крукса, продолжившим изыскания Генриха Гейслера, чья работа основывалась на работе Роберта Бойля.

Даже величайший вклад отдельно взятого человека на самом деле лишь небольшой шаг на пути человечества. Мы почти всем обязаны другим. Поколения также служат источниками идей. Смысл плода в дереве, а смысл дерева — в плоде.

Сегодня весь мир зиждется на плечах Розалинд Франклин. Каждый пользуется плодами ее работы, ведь она стала связующим звеном, которое привело, среди прочего, к возникновению вирусологии, исследованию стволовых клеток, генной терапии и анализу ДНК в криминалистике. Влияние Франклин, Брэгга и Рентгена, а также всех остальных распространилось даже за пределы нашей планеты. Марсианская научная лаборатория NASA «Кьюриосити» анализировала поверхность Марса находящейся на борту установкой для рентгеновской кристаллографии. Азотистые основания — необходимые компоненты ДНК — были найдены в метео­ритах, а в четырехстах миллионах световых лет от нас обнаружен гликольальдегид — молекула, похожая на сахар и содержащаяся в РНК. Именно потому, что мы нашли эти кирпичики так далеко от нас, теперь кажется вполне вероятным, что жизнь не редкое явление, наоборот — она повсюду. Жизнь была загадкой, когда Франклин впервые ее сфотографировала. Сегодня же мы понимаем ее так хорошо, что можем с уверенностью предполагать: Вселенная наполнена ею.

Розалинд Франклин скончалась из-за своего ДНК. Она была из евреев-ашкенази, потомков мигрантов со Среднего Востока к берегам европейского Рейна в Средние века. Фамилия ее семьи когда-то звучала как Френкель, а предки были родом из Вроцлава, теперь входящего в Польшу. Тогда он был столицей Силезии. У Розалинд в основном европейские корни, нежели азиатские: ашкенази появились, когда евреи-мужчины обратили европейских женщин в свою веру и запретили вступать в брак с представителями не своей группы. У троих из этого сообщества имелись генетические недостатки: двое были носителями гена-супрессора опухоли молочной железы первого типа, или гена BRCA1; у другого была мутация 6174delT в гене-супрессоре опухоли молочной железы второго типа, или гена BRCA2. Франклин, скорее всего, унаследовала один из мутировавших генов. У женщин с мутацией BRCA2 в пятнадцать раз выше риск заболеть раком яичников, а мутация BRCA1 увеличивает вероятность до тридцати раз. Розалинд Франклин умерла от рака яичников.

Невозможно было бы и мечтать о получении подобных данных без фотографии ее ДНК. Сегодня женщины-ашкенази, каждая из которых вправе считать себя родственницей Розалинд Франклин, могут пройти обследование и узнать, есть ли у них мутировавшие BRCA1 или BRCA2, чтобы предпринять превентивные меры. Они довольно радикальны и предполагают удаление обеих грудей, чтобы снизить риск заболевания раком молочной железы, а также удаление яичников и маточных труб, чтобы снизить риски развития опухолей яичников. Но в ближайшем будущем, скорее всего, будут разработаны методы прицельной терапии, с помощью которой станет возможным предотвратить развитие новообразований из-за мутаций без оперативного вмешательства. Таким же образом будут предупреждаться и другие типы мутаций, рака и прочие болезни. Франклин не сумела спасти собственную жизнь, но она могла сохранить и действительно сохранила жизни десяткам тысяч женщин, которые родились после ее смерти и многие из которых никогда не узнают ее имени.

Это вовсе не произошло бы или случилось гораздо позже, если бы женщин до сих пор не допускали до науки. Не из-за того, что они женщины, а потому, что они люди и, таким образом, как и все остальные, могут творить, изобретать и совершать открытия. То же самое можно сказать и об этнических группах и сексуальных меньшинствах. Вид, который выживает за счет созидания, не должен ограничивать отдельных представителей в творчестве. Чем больше творцов, тем больше плодов их творчества. Равенство приносит справедливость некоторым — и процветание всем.

Отправить