Тайна жизни: Как Розалинд Франклин, Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик открыли структуру ДНК
Шрифт:
Принимаясь за еду, Фрэнсис решил: как только они вернутся в лабораторию, возьмутся за моделирование всерьез. Прежде всего следовало определиться, сколько полинуклеотидных цепей содержит спиральная структура – одну, две, три или четыре. На тот момент они предположили, что цепей три и они связаны солевыми мостиками, в которых двухвалентные катионы, например магния (Mg2+), удерживают вместе две или более фосфатные группы {682} . Крик считал, что скреплять сахаро-фосфатный остов молекулы могут ионы кальция. Это было чистейшей фантазией: ни Франклин, ни Уилкинс или Алек Стоукс никогда не говорили о двухвалентных катионах в ДНК. Уотсон признал, что, выбрав этот вариант, они дали маху. А ведь уже было известно, что солевые мостики в ДНК могут образовывать ионы натрия. Поглощая крыжовенный пирог, Уотсон и Крик высказали надежду, что ионы магния или кальция придают сахаро-фосфатному остову красивую, а значит, неоспоримую конфигурацию {683} .
682
Watson, The Double Helix, 55.
683
Watson, The Double Helix, 56.
Трехцепочечное чудовище Уотсона и Крика выглядело как угодно, только не красиво. В их модели три цепи переплетались с регулярностью 27 A. Не слишком привлекательная конструкция из металлических шариков и проволоки неловко держалась на штативе, позаимствованном в соседней лаборатории. Многие соседние атомы располагались слишком близко друг к другу, чтобы удовлетворять химическим соображениям. Хотя авторы модели понимали, что она выглядит сомнительно, они закрывали глаза на то, что все дальше уходят по неверному пути.
Сделав перерыв на обед в доме Крика, они рассказали Одиль, чем занимаются. Та страшно обрадовалась, полагая, что их открытие принесет какие-то деньги на опустошенный счет мужа в банке и они смогут купить новую машину или переехать в дом побольше. Вообще-то Уотсон считал, что обсуждать с супругой Крика какие-либо научные темы – пустая трата времени, потому что при ее монастырском воспитании она имела своеобразные представления о мире: например, она утверждала, что сила тяготения перестает действовать в трех милях над земной поверхностью {684} .
684
Watson, The Double Helix, 42, 57.
На следующее утро Уотсон и Крик еще немного повозились со своей моделью, удовлетворившись тем, что она соответствует тому, что Уотсон вынес из выступления Франклин. Теперь-то легко видеть, что их модель была безнадежно неполной и неверной. Но, как справедливо заметил Крик, на переднем рубеже науки исследователь всегда «в тумане» {685} .
К счастью, у нас есть не только документированные мысли Франклин о ДНК от 21 ноября 1951 г., но и первое описание того, над чем трудились Крик и Уотсон в последнюю неделю того же месяца. Авторучкой с широким пером Крик написал восемнадцать страниц, авторами которых указал: «Крик и Уотсон» (потом зафиксировался иной порядок – «Уотсон и Крик»). Строчки так и скачут, словно темно-синим чернилам не терпелось излиться из пера бурным потоком идей. Крик написал, что исходя из результатов сотрудников Королевского колледжа Лондона, доложенных на коллоквиуме 21 ноября 1951 г., они попытались найти некие общие принципы, на которых может основываться структура ДНК, используя минимум экспериментальных данных {686} .
685
Francis Crick, What Mad Pursuit: A Personal View of Scientific Discovery (New York: Basic Books, 1988), 35.
686
Francis Crick and James D. Watson, "A Structure of Sodium Thymonucleate: A Possible Approach," 1951, FCP, PP/CRI/H/1/42/1, box 72.
26 ноября Крик, закончив последнюю страницу, поправил в металлической модели ДНК кое-что по своему усмотрению, после чего взялся за телефон и попросил оператора Кавендишской лаборатории соединить его с Морисом Уилкинсом в Лондоне. Он с уверенностью заявил Уилкинсу, что они с Уотсоном смоделировали ДНК, и, не дожидаясь ответа, предложил ему как можно быстрее приехать в Кембридж. Позднее в тот же день к ним в кабинет зашел Джон Кендрю и дипломатично поинтересовался, как Уилкинс воспринял новости. Крик, поглощенный потенциальным открытием, понятия об этом не имел и объявил: «Уилкинса вроде бы не занимает, что мы тут делаем» {687} . Сейчас в это невозможно поверить. Уилкинсу было довольно трудно мириться с тем, что Франклин ведет исследование, пересекающееся с его работой, в его же собственной лаборатории. Его не могла не бесить перспектива быть обойденным кем-то из Кембриджа. Скорее всего, новости из Кавендишской лаборатории привели его в крайнее раздражение.
687
Watson, The Double Helix, 57.
Нелепо думать, будто Уилкинса не интересовало моделирование ДНК. Он занимался собственной моделью тройной спирали одновременно с Уотсоном и Криком. На следующий день после доклада Франклин австралийский физик Брюс Фрейзер, один из самых молодых в команде Королевского колледжа, заглянул в кабинет Уилкинса, таинственно улыбаясь, и попросил Уилкинса зайти в его лабораторию за соседней дверью. Фрейзер и его руководитель, биофизик Уильям Прайс, анализировали ДНК методом инфракрасной спектроскопии. Об этом эпизоде Уилкинс написал в своих мемуарах: «Взаимодействие группы Прайса и нашей было еще одним прекрасным примером духа сотрудничества в лаборатории» {688} .
688
Wilkins, The Third Man of the Double Helix, 164–65.
Жестом скульптора, срывающего покров со своего последнего творения, Фрейзер продемонстрировал Уилкинсу модель ДНК из трех скрученных в спираль цепей, удерживаемых вместе водородными связями между плоскими азотистыми основаниями, располагавшимися друг над другом стопкой в середине спирали {689} . Фрейзер построил эту модель на основании данных, которые представила Франклин, и общего направления мыслей в лаборатории. Кроме того, Фрейзер (как и Уилкинс) позаимствовал кое-что из работы Джона Галланда, выполненной в Ноттингемском университете, в которой было показано, как цепи ДНК соединяются друг с другом водородными связями между азотистыми основаниями, а также у норвежского физика Свена Фурберга {690} . В 1949 г. Фурберг в своей диссертации, сделанной под руководством Дж. Бернала в Беркбек-колледже Лондонского университета, предложил одноцепочечную структуру ДНК, которую назвал зигзагообразной, а несколько позже писал о спиральной конфигурации нуклеиновых кислот; впоследствии выяснилось, что одноцепочечная ДНК нестабильна {691} . Фурберг установил важный факт: плоскости азотистых оснований почти перпендикулярны плоскости, в которой лежит большинство атомов сахарных остатков {692} .
689
Wilkins, The Third Man of the Double Helix, 165.
690
Wilkins, The Third Man of the Double Helix, 165–66; 6; J. M. Gulland, D. O. Jordan, and C. J. Threlfall, "212. Deoxypentose Nucleic Acids. Part I. Preparation of the Tetrasodium Salt of the Deoxypentose Nucleic Acid of Calf Thymus," Journal of the Chemical Society 1947: 1129–30; J. M. Gulland, D. O. Jordan, and H. F. W. Taylor. "213. Deoxypentose Nucleic Acids. Part II. Electrometric Titration of the Acidic and the Basic Groups of the Deoxypentose Nucleic Acid of Calf Thymus," Journal of the Chemical Society 1947: 1131–41; J. M. Creeth, J. M. Gulland, and D. O. Jordan, "214. Deoxypentose Nucleic Acids. Part III. Viscosity and Streaming Birefringence of Solutions of the Sodium Salt of the Deoxypentose Nucleic Acid Thymus," Journal of the Chemical Society 1947: 1141–45.
691
Sven Furberg, "An X-ray study of some nucleosides and nucleotides," PhD diss., University of London, 1949; Sven Furberg, "On the Structure of Nucleic Acids," Acta Chemica Scandinavica 6 (1952): 634–40.
692
Уотсон также отметил, что Фурберг, не зная деталей экспериментов, проведенных в Королевском колледже, предполагал лишь одноцепочечные структуры, поэтому в Кавендишской лаборатории его идеи о структуре всерьез не рассматривались. The Double Helix, 54.
В молекулярной модели Фрейзера был ряд структурных проблем, в первую очередь – трехцепочечность молекулы. В этой модели три цепи находились на равном расстоянии друг от друга, что не соответствовало ни дифракционным картинам, ни соотношению пуринов и пиримидинов 1:1, установленному биохимиком Эрвином Чаргаффом из Колумбийского университета в Нью-Йорке. В итоге Фрейзер и Уилкинс оказались в тупике {693} .
Будучи враждебно настроенным к Франклин, Уилкинс приписывал ей неприятие спиральной структуры и предположение о трехцепочечности ДНК {694} . В действительности же Розалинд в материалах к своему докладу и в отчете о проделанной работе предполагала «2, 3 или 4 коаксиальные полинуклеотидные цепи в спиральной структуре» {695} . В конечном счете Уилкинсу пришлось согласиться с Франклин, настаивавшей на том, что нет никакого смысла строить новые модели, пока не появится больше данных, чтобы на них опираться. Однако он продолжал обвинять ее в том, что она сбила его с верного пути: «Утверждение, что цепей три, совершенно не давало нам двигаться вперед. Нашей главной ошибкой было то, что мы придавали слишком большое значение экспериментальным данным» {696} .
693
Wilkins, The Third Man of the Double Helix, 166.
694
Wilkins, The Third Man of the Double Helix, 166.
695
Rosalind Franklin, "Interim Annual Report: January 1, 1951–January 1, 1952," Wheatstone Laboratory, King's College, London, February 7, 1952. RFP, FRKN 4/3.
696
Wilkins, The Third Man of the Double Helix, 166.
Через считаные минуты после телефонного звонка Крика Уилкинс уже сообщил всем о приглашении в Кембридж. Призвав свои войска к оружию, он уведомил Фрэнсиса, что прибудет в среду 27 ноября на поезде отправлением в 10:10 и что Франклин с Гослингом будут тем же поездом, а также Фрейзер и Уилли Сидз. Уотсон отметил этот коллективный энтузиазм, объяснив его их заинтересованностью {697} .
На следующее утро пятеро ученых из Королевского колледжа встретились на огромном вокзале Кингз-Кросс. По пути Уилкинс делал неуклюжие попытки вести беседу, но Франклин это никак не поддерживала, уставившись в окно, за которым проносились сельские просторы с фермами, пастбищами, стогами сена и сонными коровами. Все пятеро были взволнованы и напряжены. «Мы знали, что Фрэнсис и Джим очень талантливы, – сказал Уилкинс, описывая эту часовую поездку, – и гадали, к чему же они пришли» {698} .
697
Watson, The Double Helix, 58.
698
Wilkins, The Third Man of the Double Helix, 171.
Когда поезд прибыл в Кембридж, коллегам пришлось решать, как добираться несколько миль до Кавендишской лаборатории. Уилкинс предложил взять такси, поделив стоимость проезда. Франклин настаивала на автобусе. Нетрудно себе представить, как неловко ей было бы тесниться на заднем сиденье такси с четырьмя мужчинами.
Так или иначе, все в итоге очутились на Фри-Скул-лейн и, ведомые Уилкинсом, проследовали в Остиновское крыло Кавендишской лаборатории. Уилкинс ненужной болтовней пытался поддержать дух своей команды – ведь, судя по всему, их вот-вот обойдет пара конкурентов, которые даже не экспериментаторы. Игнорируя его оживление, Франклин сосредоточила внимание на Гослинге, а тот чувствовал себя все более неуютно между ними {699} .
699
Watson, The Double Helix, 58.
По воспоминаниям Уотсона, Уилкинс, войдя со всей компанией в помещение № 103, полагал, что поначалу несколько минут пройдут без научных разговоров, но Франклин хотела сразу же узнать, как обстоят дела {700} . Макс Перуц и Джон Кендрю поприветствовали прибывших и откланялись, так что Фрэнсис Крик оказался в центре внимания. Уотсон и Крик собирались сначала рассказать о теории дифракции на спиралях и о применении функций Бесселя, затем обрисовать свою модель, после чего настал бы черед дружеской трапезы в пабе Eagle. Наконец, все вернулись бы в лабораторию и вместе обсудили бы дальнейшие шаги {701} . Действительно, началось с того, что Крик стал говорить о дифракции на спиральных структурах, но Уилкинс его прервал, заявив: «Стоукс решил задачу в поезде, возвращаясь однажды вечером домой, и на следующее утро создал теорию на маленьком листке бумаги» {702} .
700
Watson, The Double Helix, 58.
701
Watson, The Double Helix, 58.
702
Watson, The Double Helix, 59.