Тайна жизни: Как Розалинд Франклин, Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик открыли структуру ДНК E-Book

Ховард Маркел

• Herausgeber: Альпина нон-фикшн / Alpina Non-Fiction
• Kategorie: Sachliteratur, Reportagen, Biografien
• Sprache: Russisch

Seitenzahl: 746

Veröffentlichungsjahr: 2023

Beschreibung

Открытие Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком в 1953 г. структуры двойной спирали ДНК лежит в основе практически всех достижений современной генетики и молекулярной биологии. Но как ученые пришли к этому результату и почему успех принадлежит именно Уотсону и Крику? В повествовании Маркела, одного из ведущих мировых специалистов по истории медицины, за величайшим научным прорывом стоят имена пяти (а не двух!) ученых, каждый из которых достоин славы и бессмертия: Джеймс Уотсон, Фрэнсис Крик, Розалинд Франклин, Морис Уилкинс и Лайнус Полинг. Блестящие умы, сильные личности, они оказались и соратниками, и конкурентами. При этом главной героиней автор делает Розалинд Франклин, поднимая таким образом, помимо других важных тем научного мира, вопросы мужского шовинизма, антисемитизма и несправедливости. Автор увлекает читателя в интеллектуальное путешествие, воссоздавая напряженную погоню за истиной и сложную картину личных взаимоотношений, деликатно затрагивая тайны жизни, выходящие далеко за рамки биологии.

Leseprobe

Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.

Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.

Рекомендуем книги по теме

От атомов к древу. Введение в современную науку о жизни

Сергей Ястребов

Мальчик, который не переставал расти… и другие истории про гены и людей

Эдвин Кёрк

Евангелие от LUCA. В поисках общего предка всего живого

Максим Винарский

Воля и самоконтроль. Как гены и мозг мешают нам бороться с соблазнами

Ирина Якутенко

Памяти посвятившей себя науке М. Деборы Гордин Маркел (1 августа 1958 г. —16 октября 1988 г.), жизнь которой трагически рано оборвал рак

[1]

Часть I

Пролог

Все древние летописи, как заметил один из наших блестящих умов, всего лишь ходячие побасенки.

Вольтер[2]1

Как мне представляется, лучше всем заинтересованным лицам оставить прошлое истории, тем более что я сам намерен ее написать.

Уинстон Черчилль2

[ 2 ]

Монах и биохимик

Законы, управляющие наследственностью, по большей части неизвестны. Никто не может сказать, почему одна и та же особенность у различных особей одного и того же вида или у различных видов иногда наследуется, а иногда нет; почему у ребенка часто наблюдается возврат к некоторым признакам деда, бабки или еще более отдаленных предков; почему какая-нибудь особенность часто передается от одного пола обоим или только одному и чаще всего, хотя и не исключительно, тому же полу[8].

Чарльз Дарвин, 1859 г.1

Все началось в аббатстве, воздвигнутом на вершине холма в моравском городе Брюнн (теперь Брно в Чешской Республике). В 1352 г. монахи-августинцы выстроили для монастыря оштукатуренное каменное двухэтажное здание в форме буквы Г, увенчанное остроконечной крышей с оранжевой глиняной черепицей. В центре первого этажа расположились трапезная и библиотека, над ними находился длинный открытый дормиторий для братии. Эти помещения выходили окнами одной стороны на слияние рек Свитавы и Свратки, а другой — на готическую базилику Вознесения Девы Марии, построенную из красного кирпича. Тогдашние власти назвали монастырь аббатством Св. Фомы в честь апостола, который сначала усомнился в воскресении Иисуса Христа (отсюда выражение «Фома неверующий»).

В залах и галереях здания царила необыкновенная тишина, нарушаемая лишь чириканьем птиц, которых держали на территории аббатства в клетках из проволочной сетки для защиты от хищников. Из расположенной по соседству пивоварни «Старобрно», утолявшей жажду местных жителей с 1325 г., несло ароматами кипящего сусла, хмеля и дробины. В углу центрального двора поместился тщательно возделываемый садик, окруженный ухоженным газоном. Здесь монах по имени Грегор Мендель выращивал помидоры, фасоль и огурцы2. Его главной гордостью был горох, разросшиеся стебли которого всевозможных форм, размеров и оттенков образовывали живое подобие решетки Пеннета3.

Иоганн Мендель (имя Грегор он принял, когда вступил в орден августинцев) родился в 1822 г. в семье фермера, которая возделывала участок земли возле границы Моравии и Силезии. В детстве Менделю нравилось работать в саду и ухаживать за пчелами. Он сменил несколько школ в своем районе и в 1840 г. поступил в университет в близлежащем Оломоуце. Через три года ему пришлось бросить учение, потому что денег было мало, а плата оказалась высокой.

В 1843 г. Мендель с намерением продолжить учебу оставил мирские блага и начал монашескую жизнь в аббатстве Святого Фомы. В ночных молитвах он благодарил Бога за то, что не нужно больше ломать голову над тем, как свести концы с концами или выплатить семейные долги. У него была удобная кровать и достаточно пищи. Аббатство в ту пору было интеллектуальным центром Брюнна, и Мендель в 1851 г. убедил настоятеля найти средства оплатить его обучение в Венском университете4. Там Мендель преуспел в изучении физики, агрономии, биологии и в исследованиях врожденных признаков растений и овец. Обладавшего выдающимися умственными способностями Менделя можно уподобить не Фоме неверующему, а подвижнику и провидцу святому Антонию.

В 1853 г., когда брат Грегор вернулся в Брюнн, настоятель поручил ему преподавать физику в местной школе, хотя тот дважды завалил устный экзамен на получение диплома учителя. Менделю больше нравилось ухаживать за садом, чем выполнять обязанности в приходе. На крохотном клочке земли он взрастил современное учение о наследственности. Ежедневно Мендель тщательно записывал свои наблюдения за семью изменчивыми признаками в последовательных поколениях самоопыляющегося гороха: высотой растений, формой и окраской стручков, формой и окраской горошин, расположением и окраской цветков.

Вскоре после того, как Мендель начал скрещивать высокорослые растения с низкорослыми, он заметил, что все растения в следующем поколении вырастают высокими. Он назвал высокорослость доминантным признаком, а низкорослость — рецессивным. Но в поколении, полученном от гибридных растений, наблюдались оба признака: имелись и высокорослые экземпляры, и низкорослые в соотношении 3:1. Мендель обнаружил это устойчивое соотношение также для других доминантных и рецессивных признаков гороха. В итоге он вывел математическую формулу, предсказывающую проявление этих признаков в последующих поколениях и скрещиваниях5. Он полагал, что наблюдаемые им явления обусловлены некими невидимыми факторами — ныне известно, что это гены.

Брат Грегор рассказал о своих исследованиях на двух вечерних собраниях брюннского Общества естествознания 8 февраля и 8 марта 1865 г. Сегодня на научном семинаре странно было бы увидеть монаха в черной шерстяной рясе до щиколоток и с островерхим капюшоном, свисающим на спину. А тогда Общество естествознания нередко посещали обитатели аббатства, приходили туда также горожане-интеллектуалы и даже интересующиеся фермеры из соседних сел. У Менделя были лишь доска и мел, чтобы представить свои сложные формулы; делая доклад, он почти шептал — сказывались долгие годы монастырского молчания, — но тем не менее и впечатлил, и озадачил сорок с лишним присутствующих.

Позднее в том же году Мендель опубликовал свои сообщения в Verhandlungen des naturforschenden Vereines in Brünn — печатном издании Общества естествознания. К сожалению, оно не пользовалось широкой известностью, и открытия Менделя не всколыхнули мир. Их по́зднее признание часто объясняют малозаметностью публикации, но дело не только в этом. Идея Менделя о дискретности наследственности — о передаче потомству предсказуемых элементов — противоречила господствовавшему в ту эпоху представлению о функционировании и размножении живых организмов. Считалось, что деятельность органов и даже особенности личности ребенка определяются соотношением четырех жидкостей тела: крови, слизи, желтой желчи и черной желчи6. Эта многовековая теория была совершенно неверна, но, чтобы опровергнуть ее, понадобилось еще несколько десятилетий научного поиска. Кроме того, математические методы, к которым прибег Мендель для анализа полученных данных, были чужды мышлению биологов и натуралистов того времени, многим было еще трудно хотя бы постичь теорию Дарвина, если уж не принять; они привыкли лишь собирать, описывать и классифицировать различные виды исходя из морфологических признаков7.

К сожалению, последние семнадцать лет жизни Мендель являлся настоятелем аббатства Св. Фомы и тратил время на многочисленные служебные обязанности, увязая в спорах о налоговых обязательствах монастыря с бюрократическим аппаратом Австро-Венгерской империи. Он умер в 1884 г. в возрасте 62 лет от хронической болезни почек. Лишь через шестнадцать лет после его смерти, в 1900 г., голландский ботаник Хуго де Фриз, австрийский агроном Эрих фон Чермак-Зейзенегг, немецкий ботаник Карл Корренс и американский специалист по экономике сельского хозяйства Уильям Спиллман независимо друг от друга экспериментировали со скрещиванием и получили данные, сходные с менделевскими, а также обнаружили затерявшуюся в архивной пыли статью Менделя8. Только самые одержимые темой наследственности помнят сегодня этих четырех ученых, потому что они благородно (и честно) признали первенство Грегора Менделя. В последние годы высказывалось предположение, что Мендель выдумал свои данные, потому что математические соотношения, которые он привел в своей статье, слишком точны, чтобы быть достаточно вероятными со статистической точки зрения. Однако множество биологов и специалистов по биостатистике решительно встали на защиту Менделя9. Теперь превалирует мнение, что данные Менделя вполне корректны и он был честен в описании своих опытов.

Повторное открытие законов Менделя, управляющих передачей простых рецессивных и доминантных признаков, заложило основу современной генетики. С тех пор он обрел заслуженное бессмертие как отец классической генетики. Но в этой системе понятий есть серьезная проблема: большинство наследуемых признаков не являются простыми, будучи обусловлены взаимодействием нескольких генов, экспрессия которых может также изменяться под влиянием средовых, социальных и иных факторов.

Через три года после выхода статьи Менделя в свет, осенью 1868 г., в Тюбингене Фридрих Мишер собирал гной с бинтов хирургических больных. Новоиспеченный швейцарский врач (он получил степень доктора медицины в Базеле в 1868 г.), Мишер происходил из почтенной и состоятельной семьи. Его отец, Иоганн Фридрих Мишер, был профессором физиологии, а дядя, Вильгельм Гис, — профессором анатомии в Базельском университете; Гис сделал немало открытий в нейробиологии, эмбриологии и гистологии10.

Мишер с детства плохо слышал из-за хронической инфекции в сосцевидном отростке. Это мешало ему сначала в годы учебы, затем при работе с больными, осложняя общение с ними. Отец и дядя Мишера сочли, что ему лучше не приступать сразу к клинической практике. Благодаря своим связям они устроили его в лабораторию профессора Феликса Гоппе-Зейлера в Тюбингенском университете. Гоппе-Зейлер — один из основателей современной биохимии; помимо прочего, он открыл функцию красных кровяных телец (эритроцитов), которая состоит в переносе кислорода белком гемоглобином, и роль железа в этом процессе.

Лаборатория Гоппе-Зейлера располагалась в подвальных помещениях замка Хоэнтюбинген. Она представляла собой ряд тесных помещений с глубоко утопленными в стены арочными окнами, выходившими на реку Неккар и долину реки Аммер. Мишер полюбил это место, где под руководством Гоппе-Зейлера занялся изучением состава нейтрофилов и других белых кровяных телец (лейкоцитов), циркулирующих в кровяном русле и нейтрализующих чужеродные клетки и частицы, тем самым препятствуя инфекциям. Лейкоциты были выбраны потому, что они содержатся в крови, а не в более плотных тканях организма, и, следовательно, их легче выделить и очистить. Кроме того, у этих клеток относительно крупное ядро, хорошо видное в световой микроскоп, а ядро — это, можно сказать, центр управления клетки.

Оказалось, что лучше всего получать лейкоциты из серо-зеленых, пропитанных гноем бинтов с ран хирургических пациентов. В середине XIX в. хирурги считали, что гной как побочный продукт заживления операционной раны имеет доброкачественный эффект и чем больше образуется гноя, тем выше шансы на выздоровление. Как теперь известно, нагноение чаще всего возникает из-за нечистых рук и инструментов, а избыточное выделение гноя приводит к послеоперационной инфекции. Нередко из-за «доброкачественного» гноя инфекция распространялась с кровотоком по всему организму и развивалось смертельно опасное состояние — сепсис.

Как часто случается в научном поиске, Мишеру сыграло на руку появление новой технологии, разработанной другим исследователем, а именно Виктором фон Брунсом, возглавлявшим хирургическую клинику Тюбингенского университета. Профессор фон Брунс придумал хлопковый тканый материал с высокими абсорбирующими свойствами, которому дал название «ватный хлопок» (теперь он называется марлей). Вместе с послеоперационными инфекциями этот новый перевязочный материал, впитывающий жидкости как губка, ежедневно обеспечивал Мишера гноем11.

Со временем Мишер нашел наилучший способ отделять нежные лейкоциты от жидкой части гноя из перевязочного материала, не повреждая и не убивая их, что было непростой задачей. К счастью, с его, как говорится, легкой руки появился метод, который позволил получить в осажденном виде ранее не описанное вещество с высоким содержанием фосфора, проявлявшее свойства кислоты. Мишер установил, что это вещество содержится только в ядре клетки, и назвал его нуклеином (от латинского nucleus — «ядро»). В наше время обнаруженное Мишером вещество называется дезоксирибонуклеиновой кислотой, сокращенно ДНК12. Зачастую ошибочно говорят, будто Уотсон и Крик открыли ДНК. В действительности они открыли молекулярную структуру вещества, которое Фридрих Мишер выделил и охарактеризовал химически на восемьдесят четыре года раньше — в 1869 г.

В 1871 г. Мишер перебрался из Тюбингена в Лейпциг, где стал работать под руководством прославленного физиолога Карла Людвига13. В том же году он подготовил статью о своих исследованиях нуклеина, и после тщательной проверки результатов, отличавшихся высокой воспроизводимостью, Феликс Гоппе-Зейлер согласился опубликовать ее в престижном журнале Medicinisch-chemische Untersuchungen, редактором которого являлся. В редакционном предисловии к статье Мишера Гоппе-Зейлер авторитетно подтвердил научную новизну открытия нуклеина14.

В следующем году Мишер вернулся в родной Базель проходить хабилитацию — читать лекции и готовиться к занятию академической должности согласно процедуре, принятой для молодых врачей Германии, Австрии и Швейцарии в XIX в.15 В возрасте 28 лет он получил предложение возглавить кафедру физиологии и занять должность профессора в Базельском университете. Поскольку в этом учебном заведении высокие посты принадлежали его отцу и дяде, коллеги-завистники безосновательно жаловались на кумовство. Мишер, став блестящим исследователем, доказал, что они ошибаются.

Поскольку Базель раскинулся на берегах Рейна, одной из важнейших отраслей хозяйства в городе была ловля лосося. А сперматозоиды лосося легко выделить и очистить даже теми методами, которые были известны во времена Мишера. Кроме того, эти клетки имеют очень крупное ядро, так что из них получается много нуклеина, пригодного для исследований. И Мишер взялся за рыбалку, чтобы обеспечить себе неиссякаемый источник молок лосося. Химический анализ тогда был очень трудоемким и долгим, к тому же поначалу образцы нуклеина бывали загрязнены белками и входящей в их состав серой, но в конце концов Мишер установил, что нуклеин состоит из углерода, фосфора, водорода, кислорода и азота.

В 1874 г. Мишер опубликовал сообщение о том, что ядра клеток различных видов позвоночных имеют много общего, но и несколько различаются. В частности, в этой статье есть сформулированное довольно сдержанно, но по сути сенсационное предположение, что если конкретной причиной оплодотворения является индивидуальное вещество, то следует рассматривать в первую очередь нуклеин16. Однако Мишер не мог объяснить, каким образом столь сложным процессом, как репродукция, может управлять единственное химическое соединение с таким ограниченным разнообразием, и сделал вывод, что, как он выразился, «не существует конкретного вещества, определяющего оплодотворение»17.

Как и Грегор Мендель, Мишер был вынужден заниматься административными делами, теряя на них время, которое лучше было бы посвятить размышлениям. Он умер от туберкулеза в 1895 г. на 52-м году жизни. В его честь назван Институт медико-биологических исследований Базельского университета. Однако за пределами Базеля лишь немногие помнят имя и труды Мишера. Прошло больше полувека, прежде чем удалось выяснить функции и роль ДНК. К сожалению, до этого в академических кругах понимание природы наследственности было далеко от истины.

[ 3 ]

До двойной спирали

С конца 1880-х гг. и особенно в первые три десятилетия XX в. многие белые мужчины-англосаксы из высших слоев общества (а также их жены и дети) весьма беспокоились о будущем генофонде своего народа1. Их страхи опирались на псевдонаучную схему, предложенную в 1883 г. британским натуралистом Фрэнсисом Гальтоном, который приходился двоюродным братом Чарльзу Дарвину. Гальтон предложил концепцию, названную им евгеникой (от греческого корня εύγενής — «хорошего рода, благородный от рождения»), и план улучшения здоровья населения, заключавшийся в том, чтобы предоставить более годным расам больше возможностей быстро достичь численного превосходства над менее годными2. Евгеника со скоростью лесного пожара распространилась среди белых интеллектуалов Европы, проникнув и в Америку.

В Соединенных Штатах Америки в 1900–1920 гг., когда царил прогрессивизм, поколение реформаторов стремилось противостоять актуальным социальным проблемам, в том числе положению городской бедноты, неграмотности, ассимиляции огромного множества мигрантов, прибывающих на берега Северо-Американского континента, а также демографическим проблемам, включая эпидемии, высокую детскую смертность и прирост населения. Эти реформаторы часто прибегали к ошибочным положениям евгеники применительно к людям, которых считали нежелательными: к умственно неполноценным (врачи и психологи обозначали их терминами «имбецилы», «идиоты» и «дебилы»), слепым, глухим, психически больным, инвалидам, эпилептикам, сиротам, матерям-одиночкам, представителям коренных народов Америки, афроамериканцам, иммигрантам, обитателям городских трущоб, неимущим жителям Аппалачей и ко множеству других «аутсайдеров». По утверждению прогрессивистов, все эти низшие группы населения представляли экзистенциальную угрозу экономическому, политическому и нравственному здоровью американского общества.

Евгеника дала американским властным структурам авторитетную наукообразную основу для расовых предрассудков в отношении тех, кого они считали опасными. Решение проблем нашли в том, чтобы изолировать нежелательных лиц, отгораживаться от них и не позволять им загрязнять господствующую «высшую расу» — урожденных белых американцев3. «Высших» с точки зрения евгеники, а именно белых англосаксов-протестантов, поощряли к размножению — этот подход получил название позитивная евгеника. Людям, которые считались носителями худших, «низших» генов, то есть практически всем остальным, активно препятствовали в продолжении рода мерами негативной евгеники, например государственными законами о стерилизации умственно отсталых, ограничениями на заключение межрасовых и других смешанных браков, обязательным анализом крови на венерические заболевания для получения разрешения на брак, методами контроля рождаемости и строгими нормами права на усыновление. К еще более угрожающей социальной политике вели призывы местных уроженцев к ограничению въезда иммигрантов, рассматриваемых ими как неспособных к ассимиляции. Используя евгеническую пропаганду для создания доказательной базы, Конгресс США принял в 1924 г. закон, ограничивающий въезд иностранцев на сорок с лишним лет. Эта политика обрекла на смерть миллионы евреев в Германии в Восточной Европе, лишив их возможности спастись от гитлеровских зверств путем эмиграции в Соединенные Штаты4.

Эпицентром американского евгенического движения были Станция экспериментальной эволюции и Бюро регистрации евгенических исследований (Eugenics Record Office, ERO) в Колд-Спринг-Харбор на Лонг-Айленде, которым руководил Чарльз Бенедикт Давенпорт, учившийся в Гарвардском университете и принятый в престижную Национальную академию наук США5. ERO было основано в 1910 г. на средства, завещанные Мэри Гарриман — женой железнодорожного магната Эдварда Генри Гарримана, а также на пожертвования Института Карнеги в Вашингтоне (округ Колумбия), Джона Рокфеллера — младшего и Джона Харви Келлога, который изобрел кукурузные хлопья и возглавлял санаторий в Баттл-Крик. Сейчас на месте ERO располагается Колд-Спринг-Харборская лаборатория, где долго директорствовал, расширяя и популяризируя ее, Джеймс Уотсон, пока из-за расистских высказываний его не освободили от этой должности6. Аспиранты Школы биологических наук Колд-Спринг-Харборской лаборатории до сих пор живут в мрачном викторианском общежитии, где когда-то обитал Чарльз Давенпорт.

В годы переоткрытия законов Менделя на основе его суждений развернулась масса дискуссий в обществе, которые в ERO были, как нигде, плодотворными и масштабными. А евгенисты распространили выводы, сделанные Менделем из опытов с растением гороха, на сложные социальные проблемы. Давенпорт объявил войну всем, кого считал угрозой чистоте генофонда нации7. В 1910 г. на собрании комитета по евгенике Американской ассоциации селекционеров он провозгласил: «Общество должно защищать себя; как оно требует лишить жизни убийцу, так может уничтожить и отвратительную гадину безнадежно дурной протоплазмы»8.

К тому времени Давенпорт руководил целой армией социальных работников, исполнителей полевых исследований, социологов и биологов, составлявших длинные сводки результатов изучения родословных, которые ошибочно трактовались с целью оценки наследственных основ различных национальных особенностей, например сладострастия и преступных наклонностей, характерных, по мнению Давенпорта, для итальянцев; неврастении, туберкулеза и деловой хватки, свойственных евреям; слабоумия, носившего повальный характер среди живущих в беспросветной нищете обитателей Аппалачей; склонности цыган и бомжей к бродяжничеству и даже врожденной любви к морю — талассофилии — у моряков.

Давенпорт считал, что евреи из Восточной Европы являли собой особенно серьезную угрозу для американского общества. 7 апреля 1925 г. Давенпорт заявил, обращаясь к своему другу Мадисону Гранту: «Наши предки переселили в Род-Айленд баптистов из Массачусетс-Бей, но у нас нет места, куда привезти евреев. Да, тогда жгли ведьм, но сейчас было бы против моральных норм сжечь сколько-нибудь существенную часть населения»9. Грант — консерватор, юрист, попечитель Американского музея естественной истории — тоже был видным сторонником евгеники. В 1916 г. он написал книгу «Конец великой расы» (The Passing of the Great Race), в которой продвигал меры против иммиграции, сегрегацию нежелательных рас и — поскольку считал, что множество американцев имеют «низкое» происхождение, — принудительную стерилизацию. Эта книга имела самые мрачные последствия в нацистской Германии. Адольф Гитлер называл главный труд Гранта «моя библия», когда разрабатывал печально известные программы расовой гигиены, уничтожившие шесть миллионов евреев и миллионы гомосексуалов, цыган, инвалидов, политических и религиозных заключенных и других людей, казавшихся фюреру непригодными для Третьего рейха10.

Далеко не все ученые тогда запятнали себя евгеникой. Были и те, кто упорно трудился, закладывая основы современной генетики. Самый важный вклад внесли исследователи, доказавшие, что нитевидные структуры в клеточном ядре, называемые хромосомами, содержат частично или полностью генетический материал живого организма — то, что мы теперь называем генами. В нескольких лабораториях были разработаны методы, позволившие установить, что хромосомы состоят из белков и дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Работы других ученых сформировали новую область науки — популяционную генетику, изучающую наследственную изменчивость внутри различных групп особей одного вида и между группами11.

Для них всех, однако, оставался загадкой биологический механизм воспроизводства живых существ. Прежде чем стало бы возможным искать ответ на этот принципиальный вопрос, должна была возникнуть совершенно новая наука — молекулярная биология. Следовало определить структуру генов на уровне молекул и атомов, и только после этого можно в полной мере понять, как они функционируют. Продвижение вперед по этому пути задерживали ожесточенные споры о том, что собой представляет генетический материал: ДНК, белок или и то и другое. В первую половину XX в. казалось более надежным (но, как выяснилось позже, ошибочным) делать ставку на белки, молекулы которых устроены значительно сложнее нуклеиновых кислот. А ДНК отводили пассивную роль опоры для генов12.

Эти споры были особенно напряженными в стенах Института медицинских исследований Рокфеллера в Нью-Йорке, созданного в 1901 г. одноименным фондом на средства богатейшей нефтяной монополии Standard Oil. Этот институт, позже получивший название Университета Рокфеллера, был первым в США независимым, полностью обеспеченным финансами исследовательским центром в этой области знаний. Отец и сын Рокфеллеры сделали свое детище безусловным лидером медицинских исследований13. Понимая, что для крупных научных работ нужна крупная недвижимость, они в 1903 г. купили на Манхэттене за колоссальную сумму в 650 000 долларов 13 акров земли на берегу Ист-Ривер между 64-й и 68-й улицами. Институт обосновался на этом участке земли в мае 1906 г., а четыре года спустя открылась еще и больница на 60 коек, где бесплатно лечили всякого, кто страдал одним из пяти заболеваний, изучаемых в институте: полиомиелитом, ишемической болезнью сердца, сифилисом, целиакией и очень распространенной крупозной пневмонией. Со временем клинические задачи больницы расширялись. Рокфеллеры гордились тем, что снабжают «своих» ученых всеми нужными ресурсами, и надеялись, что их щедрость приведет к множеству выдающихся открытий. Стареющий нефтяной магнат говорил сыну: «У нас есть деньги, но это ценно для человечества, только если мы сумеем найти способных людей с идеями, воображением и смелостью, которые обеспечат им дельное применение»14.

Одним из самых продуктивных сотрудников Института Рокфеллера был медик по образованию Освальд Теодор Эвери. Он родился в городе Галифакс провинции Новая Шотландия в Канаде в семье священника. В 1887 г. Эвери переехал в Нью-Йорк и прожил там всю дальнейшую жизнь. Смолоду отличаясь чопорностью и суровым видом, он обладал недюжинными познаниями и способностями. Его яйцевидную голову венчала обширная лысина, переносицу длинного носа сжимало пенсне. Ростом он был мал, говорил негромко, держался вежливо и всегда безупречно одевался. Студенты величали его «профессор»15 со смесью почтения и язвительности.

В медицинской практике и исследованиях Эвери центральное место занимал микроорганизм, называемый пневмококком, — бактерия Streptococcus pneumoniae, вызывающая большинство случаев внебольничной пневмонии. До изобретения антибиотиков от пневмонии умирало более сотни из каждых ста тысяч американцев ежегодно16. Когда был установлен возбудитель этого заболевания, предпринимались попытки получить сыворотку из лейкоцитов и других иммунокомпонентов крови больных пневмонией. Такую сыворотку вводят в кровяное русло заболевшему, и таким образом он пассивно обретает иммунную защиту. Направленность научных исследований начала меняться с 1928 г., после того как английский бактериолог и санитарный врач Фредерик Гриффит заметил, что убитые воздействием тепла болезнетворные пневмококки при добавлении к невирулентному штамму превращают его в вирулентный17. Дальнейшие исследования, проведенные в начале 1930-х гг. в Институте Рокфеллера и Колумбийском университете, продемонстрировали, что при смешении культур вирулентного пневмококка типа III, клетки которого покрыты полисахаридной капсулой и поэтому его колонии гладкие (штамм S[9]), и невирулентных клеток типа II, не имеющих оболочки и образующих, соответственно, шероховатые колонии (штамм R), невирулентный штамм превращался в вирулентный18.

Оставалось неизвестным, каков активный фактор трансформации, то есть чем передается вирулентность от одного штамма бактерий другому, и из чего он состоит. По одному из предположений, полисахаридная капсула пневмококка действует как самовоспроизводящаяся матрица. Согласно другой гипотезе, активным фактором является белково-полисахаридный антиген, находящийся внутри бактериальной клетки. В 1935 г. Эвери поставил перед собой задачу ответить на эти вопросы. Совместно с двумя более молодыми коллегами — Колином Маклаудом и Маклином Маккарти — он нашел решение. По мнению многих, их скрупулезная, точная и убедительная работа заслуживала Нобелевской премии, но, хотя с 1932 по 1948 г. этих исследователей номинировали более десяти раз, в Стокгольме это проигнорировали19.

Сам чем-то напоминающий монаха, Эвери холил и лелеял свой микробиологический «сад». Он много лет посвятил разработке методов выращивания, обработки и центрифугирования больших объемов культур пневмококка. По большей части работа не приносила успеха. «Разочарование — мой хлеб насущный, но я наслаждаюсь им», — часто говорил упорный исследователь. В особенно тяжелые дни он бывал более откровенен: «Часто мы готовы просто вышвырнуть все в окно»20. Но в конце концов удалось добиться надежных и воспроизводимых методик выделения и анализа «трансформирующей субстанции».

Словно недостаточно было множества технических трудностей, которые требовалось преодолеть в лаборатории, у Эвери началось тяжелое аутоиммунное заболевание (болезнь Грейвса), сопровождающееся гипертиреозом и проявляющееся, помимо поражения щитовидной железы, депрессией и раздражительностью, с которыми ему не всегда удавалось совладать. Пришлось удалить щитовидную железу (в 1933 или 1934 г., больничные архивы не сохранились). Хотя здоровье Эвери в значительной степени восстановилось, он часто оправдывал болезнью свое стремление свести к минимуму социальные обязательства, уклониться от участия в ученых собраниях и более полно отдаться работе21.

К началу 1943 г. Эвери убедился, что трансформирующей субстанцией является дезоксирибонуклеиновая кислота. В мае того года глубокой ночью он написал о своем открытии брату Рою, биохимику в Университете Вандербильта. Это письмо на четырнадцати страницах — один из эпохальных документов в истории ДНК.

Кто бы мог подумать? Насколько я знаю, этот тип нуклеиновой кислоты до сих пор у пневмококков не обнаруживали, хотя находили у других бактерий… Похоже на вирус, может быть, ген… Это касается генетики, энзимологии, клеточного метаболизма, синтеза углеводов и т.д. Сейчас нужно много документированных убедительных доказательств того, что натриевая соль дезоксирибонуклеиновой кислоты, не содержащая белков, возможно, обладает такой биологической активностью и специфическими свойствами, и эти доказательства мы пытаемся получить. Надувать пузыри очень весело, но разумнее проколоть их самому, прежде чем это попытается сделать кто-то другой… Опасно действовать сгоряча: будет стыдно, если придется идти на попятный22.

Статья, которую Эвери опубликовал в 1944 г., основывалась на результатах применения широкого спектра различных биохимических, микробиологических и иммунологических методов исследования, в частности электрофореза, ультрацентрифугирования, очистки и инактивации. Он установил, что трансформирующая субстанция состоит из углерода, водорода, азота, кислорода и фосфора, что характерно для нуклеиновых кислот. Субстанция была активной при разведении 1:100 000 000 и инактивировалась ферментами, расщепляющими ДНК, но на нее не влияли ферменты, воздействующие на рибонуклеиновую кислоту (РНК), белки или полисахариды. Кроме того, она поглощала свет той же длины волны, что и нуклеиновые кислоты. Методом исключения, которым пользуются врачи при диагностике, Эвери пришел к выводу: «представленные данные поддерживают предположение, что нуклеиновая кислота, содержащая дезоксирибозу, является основной составляющей трансформирующего начала Pneumococcus типа III»23. В 1946 г. Эвери и Маккарти опубликовали две дополнительные статьи об усовершенствовании выделения трансформирующей субстанции с еще более уверенным утверждением того, что гены состоят из ДНК24. Однако Эвери не выяснил механизм функционирования ДНК и ее молекулярную структуру. Как и труды Менделя и Мишера, его работа не привела к немедленному изменению научной картины.

Дело в том, что весьма влиятельные ученые упрямо держались убеждения о главенстве белков в наследственности. В 1945–1950 гг. они всячески оспаривали доклады Эвери на научных конференциях. Пожалуй, самым непримиримым противником Эвери был его коллега из Института Рокфеллера, биохимик мирового уровня Феб (Фибус) Левен, считавший, что ДНК недостаточно сложна и разнообразна, чтобы нести генетическую информацию, поскольку в ней имеется лишь четыре варианта азотистых оснований (аденин, гуанин, цитозин и тимин). По мнению Левина, основой наследственности должен быть белковый компонент хромосом, в составе которого много разных аминокислот. Его главный аргумент казался убийственным: как Эвери может быть уверен, что в его образцах для исследования совершенно отсутствуют следы белков и что не эти следы есть истинная причина трансформации?25

В ряде сделанных задним числом историографических исследований утверждалось, что работа Эвери была преждевременной и не удостоилась внимания большинства ученых, включая генетиков, отчасти, возможно, из-за ее публикации в Journal of Experimental Medicine, который читали больше врачи, чем ученые26. Однако это широко известный и очень авторитетный научный журнал, основанный в 1896 г. Уильямом Генри Уэлчем из Больницы Джонса Хопкинса и издаваемый Институтом Рокфеллера. Он есть в библиотеке любого университета как в США, так и в других странах. Если уж удалось «откопать» результаты Менделя в малоизвестном издании, то научным сотрудникам, просматривавшим литературу по своей области, наверняка попалась бы статья Эвери.

В действительности начиная с середины 1940-х и на протяжении большей части 1950-х гг. данные, полученные Эвери, активно обсуждались на научных конференциях с участием специалистов по молекулярной биологии, биофизике и генетике микроорганизмов. В 1944 г. английский физик Уильям Астбери, который в 1930-е гг. первым применил метод рентгеновской кристаллографии к изучению структуры ДНК, с восхищением назвал работу Эвери одним из самых выдающихся открытий современности27. Биохимик Герман Калькар из Копенгагенского университета в Дании, у которого был аспирантом Уотсон, утверждал, что знал об исследованиях Эвери с 1945 г.28 В 1946 г. Эвери выступал на главном собрании генетиков того времени — летнем семинаре «Наследственность и изменчивость у микроорганизмов» в Колд-Спринг-Харбор.

Джошуа Ледерберг, который в 1958 г. удостоился Нобелевской премии в области физиологии и медицины, а в 1978 г. стал ректором Рокфеллеровского университета, прочел статью Эвери, как только она вышла в свет. Он назвал ее поразительным ключом к разгадке химической природы гена29. Ледерберг часто ссылался на работу Эвери в своих публикациях 1940–1950-х гг. На всем протяжении своей научной деятельности Ледерберг вежливо, но твердо оспаривал утверждение о якобы безвестности открытия Эвери. В 1973 г. в письме редактору журнала Nature он заявил, что представление, будто «работа Эвери о трансформации пневмококка не была в достаточной мере признана генетиками в первое десятилетие после публикации 1944 г., не вполне согласуется с моими собственными воспоминаниями и опытом»30.

Нобелевский лауреат биофизик Макс Дельбрюк всецело соглашался с Ледербергом. В 1941 или 1942 г. он посетил лабораторию Эвери в Рокфеллеровском институте и изучил его работу, опубликованную в Journal of Experimental Medicine31. Через тридцать лет Дельбрюк вспоминал, как трудно было в 1940-е гг. оспаривать господствовавшие тогда взгляды Левена: «Любого, кто изучал этот вопрос и размышлял о нем, поражал парадокс: с одной стороны, был получен специфический эффект с ДНК, а с другой стороны, считалось, что ДНК, будучи тетрануклеотидом, является примитивным веществом, не способным действовать специфически. Одно из этих положений должно было быть ошибочным»32.

Часть II

Клуб игроков

Человек часто бывает не самим собой, а кем-то другим. Мысли большинства людей —это чьи-то чужие мнения, их жизнь —подражание, их страсти —заемные страсти.

Оскар Уайльд[10]1

[ 4 ]

«Возьмите меня в Кавендишскую лабораторию»

Я никогда не видел, чтобы Фрэнсис Крик держался скромно.

Джеймс Уотсон[11]1

Первое предложение «Двойной спирали» Джеймса Уотсона задевало Фрэнсиса Крика и в то же время идеально его описывало. В отличие от того, с каким чувством Уотсон описал Розалинд Франклин, он не имел в виду ни малейшего неуважения в адрес Крика. Он лишь хотел сказать, что Фрэнсис так блистателен, что ему незачем скромничать. Однако Крику не слишком нравилась эта фраза. Вскоре после прочтения рукописи книги Уотсона Крик объединился с Морисом Уилкинсом и еще несколькими учеными, оскорбленными этим текстом. Они подали прошение ректору Гарвардского университета Натану Пьюзи, желая, чтобы он велел независимому университетскому издательству не публиковать эту книгу. Крик выиграл битву, но проиграл войну. Издательство Harvard University Press в 1967 г. отвергло книгу Уотсона, но его редактор Томас Уилсон перебрался из Кеймбриджа (штат Массачусетс) в нью-йоркское издательство Atheneum, имея при себе рукопись Уотсона2. В следующем году «Двойная спираль» стала международным бестселлером и с тех пор разошлась в количестве свыше миллиона экземпляров3.

Фрэнсис Крик родился 8 июня 1916 г. в деревне Уэстон-Фавелл близ Нортгемптона на востоке Центральных графств Англии. Его родители Гарри и Энни Крик были состоятельными людьми, так как у Гарри и его брата были обувная фабрика и несколько магазинов. Юный Фрэнсис поглощал научные книги и энциклопедии, превосходно их запоминая. Однажды он посетовал матери, что к тому моменту, когда он вырастет, все открытия уже будут совершены4.

Окончив среднюю школу в Нортгемптоне, Крик поступил в лондонскую школу Милл-Хилл, где блестяще проявил себя в математике, физике, химии — и в розыгрышах. Однажды он устроил так, чтобы радио, которое запрещалось слушать в часы вечерних занятий, автоматически включалось, если заведующий пансионом обходил залы, и выключалось, когда он входил в комнату Фрэнсиса в поисках источника шума. Еще он испортил отношения с педагогами, наполнив бутылку различными взрывчатыми веществами, чтобы сделать «бомбу».

В 1934 г. Крик провалил вступительные экзамены и в Оксфордский, и в Кембриджский университеты, после чего поступил в Юниверсити-колледж Лондонского университета. Он изучал физику и окончил обучение в возрасте 21 года, получив степень бакалавра с отличием второго класса. Любопытно, что Морис Уилкинс и Розалинд Франклин также завершили бакалавриат с отличием второго класса, а это сулило им второразрядную карьеру в науке. Однако они стали примечательным исключением5. Крик пошел по пути наименьшего сопротивления: будучи студентом, он вел исследовательскую работу[12] под руководством профессора Эдварда Невилла да Коста Андраде в Юниверсити-колледже и жил в Лондоне на деньги своего дяди Артура Крика, у которого мальчиком научился стеклодувному делу и фотографии. У да Коста Андраде Фрэнсис занимался определением вязкости воды под давлением при температуре от 100 до 150 оС, что казалось ему скучнейшим делом6.

К счастью для будущего биологии, в 1939 г. немецкая бомба уничтожила лабораторию, где трудился Крик, и его тщательно подобранное оборудование, положив конец этим его исследованиям. С 1940 г. Крик шесть лет служил в Военно-морском министерстве, работая над магнитными и акустическими минами, взрывающимися без непосредственного контакта с объектом поражения, что многократно повышало эффективность по сравнению с минами старого образца. По окончании войны было подсчитано, что новые британские мины потопили или повредили не меньше тысячи вражеских морских судов7.

Личная жизнь Крика в это время была весьма запутанной. Его первая жена Рут Дорин Додд была его сокурсницей по Лондонскому университету, где изучала английскую литературу, особенно увлекаясь плутовскими романами Тобайаса Смоллетта. Когда разразилась Вторая мировая война и все способные работать понадобились в военных интересах, она отодвинула в сторону книги и стала служить в Министерстве труда8. Пара сочеталась браком в 1940 г., через девять месяцев родился их сын Майкл. В 1946 г. Крик влюбился в француженку Одиль Спид, приехавшую в Англию в 1930-х гг. изучать английский язык и изобразительное искусство. Во время войны она вступила в ряды Женской вспомогательной службы военно-морских сил. В 1947 г. Фрэнсис развелся с Рут, после чего, в сущности, не занимался воспитанием сына. В 1949 г. он женился на Одиль. Этот брак был очень счастливым: Бог благословил их двумя дочерьми и супруги не расставались до самой смерти Крика.

Под конец войны Крик задумался, не станет ли гражданская служба в правительственном аппарате наилучшим выбором для него при не слишком высоких результатах в бакалавриате, незаконченной диссертации и уже не юном возрасте. Министерские чины, впрочем, сомневались в своем желании и дальше обеспечивать работой этого говорливого молодого человека. После второго собеседования под председательством физика, химика, а впоследствии писателя и государственного деятеля Чарльза Сноу Крику предложили работу. Однако к этому времени он решил, что не хочет потратить остаток жизни на создание оружия, и отклонил это предложение9.

Крик подумывал заняться научной журналистикой и попытался устроиться в редакцию журнала Nature, но снял свою кандидатуру, потому что осознал: он хочет заниматься собственными научными изысканиями, а не редактировать и описывать чужие труды. В свободное время Крик внимательно следил за литературой по химии и однажды прочел превосходную книгу о природе химических связей в органических соединениях, написанную Лайнусом Полингом. Он также читал работы Эдгара Эдриана «Механизм нервной деятельности: изучение нейрона электрическими методами» (The Mechanism of Nervous Action: Electrical Studies of the Neurone) и Сирила Хиншелвуда «Химическая кинетика бактериальной клетки» (The Chemical Kinetics of the Bacterial Cell)10.

По замечанию журналиста Мэтта Ридли, Крик был полон решимости не просто ворваться в науку, но и совершить в ней нечто героическое, а главное — раскрыть какую-нибудь важную тайну природы11. Прорывы, к которым он стремился, следовало искать в изучении функционирования человеческого мозга или же в выяснении молекулярных механизмов наследственности. Однако как осуществить такие смелые планы?12

К счастью, наставником Крика в Военно-морском министерстве оказался английский физик австралийского происхождения Гарри Стюарт Уилсон Мэсси, в 1945 г. ставший деканом физического факультета Юниверсити-колледжа Лондонского университета. Как-то Мэсси дал Крику почитать книгу Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь?». Другой экземпляр этой книги Мэсси одолжил Морису Уилкинсу, который был правой рукой Джона Тертона Рэндалла, возглавлявшего отдел биофизики Совета по медицинским исследованиям в Королевском колледже Лондона13. По совету Мэсси Крик свел знакомство с Уилкинсом и подружился с ним. Они были сверстниками (и скончались оба в 2004 г.), каждый из них развелся с первой женой и отказался от забот о первенце-сыне, и мысли обоих занимали структура и функционирование генов. Однажды Крик попросился работать в лаборатории Рэндалла, но тот решительно отказал. Крика не принял и Джон Десмонд Бернал, занимавшийся рентгеновской кристаллографией в той самой лаборатории Беркбек-колледжа Лондонского университета, в которую в 1949 г. не взяли Розалинд Франклин (правда, ее-то весной 1953 г. все-таки пригласили туда)14.

Затем Крик попытался получить стипендию для завершения диссертации под эгидой Совета по медицинским исследованиям. Его заявка начиналась изложением масштабных и блестящих планов. Конкретной областью, наиболее его увлекавшей, он назвал разницу между неживым и живым на примере белков, вирусов и бактерий, а также структуру хромосом, конечной же целью — описание этих биологических объектов в аспекте пространственного распределения атомов, из которых они состоят. В заключение Крик предлагал назвать очерченное им направление исследований химической физикой биологии15.

Чтобы получить стипендию, Крик прошел собеседование с работавшим в Кембридже Арчибальдом Хиллом, который занимался физиологией мышечной деятельности и в 1922 г. получил Нобелевскую премию в области физиологии и медицины. Хилл горячо одобрил его кандидатуру и устроил Крику встречу с могущественным секретарем Совета по медицинским исследованиям Эдвардом Мелланби16, открывшим витамин D и его роль в предотвращении рахита. Того тоже впечатлили энергия и широта познаний молодого человека. Проговорив с Криком меньше часа, он посоветовал ехать в Кембридж, где найдется соответствующий ему уровень17. После собеседования Мелланби начертал на заявлении Крика в Совет по медицинским исследованиям: «Мне очень понравился этот человек»18.

Первые два года в Кембридже (1947–1949) Крик работал в Лаборатории Стрейнджуэйса — так стали называть Кембриджскую научно-исследовательскую клинику, основанную врачом-патоморфологом Томасом Стрейнджуэйсом для изучения ревматоидного артрита. Там занимались в основном культурами тканей и органов, а также гистологией и цитологией. На тот момент, когда Крик пришел в Лабораторию Стрейнджуэйса, ее возглавляла выдающийся зоолог Хонор Фелл — одна из немногих женщин, занимавших руководящую научную должность в Великобритании того времени19. По воспоминаниям Крика, там он занимался физическими свойствами цитоплазмы. «Меня не особенно интересовала эта проблема, — признавал он, — но это был идеальный вариант, поскольку разбирался я только в магнетизме и гидродинамике». В итоге его работа оказалась достаточной для публикации в журнале Experimental Cell Research; так появились две первые научные статьи Крика, в одной из которых описывались эксперименты, а другая была теоретической20.

На второй год работы Крика в Лаборатории Стрейнджуэйса Фелл предложила ему выступить с небольшим докладом о наиболее важных проблемах молекулярной биологии перед группой исследователей, прибывших в Кембридж. «Гости собрались, в ожидании навострив ручки и карандаши, — вспоминал он, — но по мере того, как я говорил, отложили их. Очевидно, они сочли то, что я рассказывал, недостаточно серьезным, не более чем ненужными домыслами. Однако в какой-то момент они все-таки кое-что записали, а именно, когда я сообщил нечто фактическое — что воздействие рентгеновского излучения вызывало резкое уменьшение вязкости раствора ДНК». Пересказывая эту историю в возрасте 72 лет, Крик не был уверен, что может доверять своей памяти. Никаких записей от того выступления не сохранилось, и Крику осталось лишь предполагать, что он говорил о важной роли генов в репродукции, о необходимости установить их молекулярную структуру, о том, что они, вероятно, состоят из ДНК (по меньшей мере частично) и что гены могли бы управлять синтезом белков, возможно, при посредничестве РНК21.

Диплом Кембриджского университета являлся для Крика последним и единственным шансом стать великим ученым, и он преисполнился решимости выжать из этого шанса все возможное. Понимая, что у него нет будущего в Лаборатории Стрейнджуэйса, Крик убедил Э. Мелланби в необходимости перехода в другое место. Несколько телефонных звонков — и его перевели в биофизический отдел Кавендишской лаборатории под руководство Макса Перуца и его помощника Джона Кендрю22. Крику поручалось участвовать в определении молекулярной структуры гемоглобина и миоглобина; в свою очередь, Перуц брался содействовать Крику в получении степени PhD[13]23.

Первое посещение Криком Кавендишской лаборатории началось обескураживающе. Поезд долго тащился из Лондона, и Крик, спрыгнув наконец с платформы крохотной железнодорожной станции Кембриджа, вознаградил себя тем, что взял такси. Его переполняло воодушевление серьезного студента на пороге настоящей научной карьеры. При мысли о том, что ему предстоит работать в лучшем в мире научном учреждении, участился пульс. Уложив саквояж и устроившись на сиденье, Крик сказал таксисту: «Отвезите меня в Кавендишскую лабораторию». Таксист обернулся и воззрился на него через стекло, отделявшее место водителя от салона: «Где это?» Крик растерялся и не сразу понял, что далеко не все так же увлечены наукой, как он. Порывшись среди бумаг в своем потрепанном портфеле, он отыскал листок с адресом и сообщил, что им надо на улицу Фри-Скул-лейн. Водитель сообразил, что это недалеко от Рыночной площади, развернулся в нужном направлении и поехал к месту назначения24.

С конца XIX до середины ХХ в. физикой занимались всерьез в первую очередь в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, а все остальные возможности были равно второсортными25. Резонно считать, что современная физика началась в Кембридже. В Тринити-колледже учился и долгие годы работал Исаак Ньютон, написавший знаменитый труд «Математические начала натуральной философии» (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica), где сформулированы закон всеобщего тяготения и другие основы классической физики. В 1874 г. здесь устроили лабораторию и назвали ее в честь гениального затворника Генри Кавендиша (1731–1810), который открыл «горючий воздух» (то есть водород), измерил силу взаимного притяжения масс и получил точное значение гравитационной постоянной.

Первым руководителем Кавендишской лаборатории был шотландец Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879). Впечатляющие седоватые бакенбарды и жесткая раздвоенная борода придавали ему вид диккенсовского персонажа. Еще во время учебы Максвелл решил посвятить себя изучению физического мира, несмотря на то что для этого пришлось отказаться от христианских догматов, сформировавших его мировоззрение26. На этом пути ему удалось многое. В частности, он математически описал, как электрические заряды и токи создают электрические и магнитные поля; эти формулы известны под названием «уравнения Максвелла». Также его исследовательский подход вернул в физику аристотелевский мысленный эксперимент; позже в работах Эйнштейна, Бора, Гейзенберга, Шрёдингера и других ученых этот метод, ставший своего рода искусством, создал основу теоретической физики27.

Студенты Кембриджского университета называли Кавендишскую лабораторию «центр всего физического». Она занимала трехэтажное здание из известняка, кирпича и сланца с множеством готических арок и узких лестниц. Внутри размещались лекторий с крутым амфитеатром на 180 мест, профессорские кабинет и лаборатория, а также мастерская; этажом выше — тесное помещение для оборудования и студенческая лаборатория; на верхнем этаже было помещение для экспериментов с электричеством28.

Максвелла, скончавшегося в возрасте 48 лет, сменил в 1879 г. Джон Уильям Стратт, лорд Рэлей, который в 1904 г. получил Нобелевскую премию по физике за исследование плотности наиболее распространенных газов и за открытие аргона. Денежную составляющую премии он пожертвовал на восстановление обветшавшей Кавендишской лаборатории. В 1882 г. Стратт ввел знаменательное новшество — разрешил посещать занятия женщинам. Через полвека этот шаг к равноправию сыграет огромную роль в жизни Розалинд Франклин.

В 1884 г. очередным профессором Кавендишской лаборатории был назначен Джозеф Джон Томсон. Худощавый, с залысинами и растрепанными моржовыми усами, внешне он больше походил на банкира, чем на физика. Этот пост он занял в возрасте всего лишь 28 лет. Увы, выдающийся ученый был очень неуклюжим, и его сотрудникам приходилось прилагать большие усилия, чтобы защитить от шефа хрупкое лабораторное оборудование. Томсон открыл электрон и установил его массу и заряд, что было огромным достижением, заложившим основы понимания химических связей на молекулярном и атомном уровнях. На работах Томсона базируется разработка множества современных вещей: источников питания, искусственного освещения, радио, телевидения, телефона, компьютера и интернета.

В 1919 г. Томсона сменил «отец ядерной физики» Эрнест Резерфорд, приехавший в Кембридж из Новой Зеландии. Он открыл искусственное расщепление атома и протон, создал концепцию радиоактивности, сформулировал закон радиоактивного распада. Человек богатырского здоровья, он за работой насвистывал, а в моменты особого воодушевления напевал гимн «Вперед, Христово воинство» Артура Салливана29. В честь Резерфорда назван 104-й элемент Периодической системы химических элементов (таблицы Менделеева). И Томсон, и Резерфорд удостоились Нобелевской премии по физике (1906 и 1908 гг. соответственно). Примерно в то же время Джеймс Чедвик, руководивший колледжем Гонвилл-энд-Киз Кембриджского университета и работавший в Кавендишской лаборатории, открыл нейтрон. Он стал нобелевским лауреатом по физике в 1932 г.

Из руководителей Кавендишской лаборатории для изучения ДНК наибольшую роль сыграл Уильям Лоуренс Брэгг, возглавлявший ее с 1938 по 1953 г. Он был приглашен в Кембриджский университет в возрасте 39 лет, но на тот момент не имел опыта ни преподавания физики, ни руководства крупным подразделением30. Совместно со своим отцом, Уильямом Генри Брэггом, он заложил основы нового аналитического метода — рентгеновской кристаллографии, за что в 1915 г. они получили Нобелевскую премию по физике (единственный случай, когда эту честь разделили отец и сын)31. Дифракция рентгеновского излучения на кристалле описывается уравнением Брэгга[14]. В Кембридже ему была поручена модернизация Кавендишской лаборатории, чего не удалось осуществить Резерфорду. С учетом интересов Уильяма Лоуренса Брэгга фокус исследований сместился с ядерной физики к рентгеноструктурному анализу. Он стал превосходным администратором, прославившись как тактичностью, так и лидерскими качествами. Несмотря на последствия Великой депрессии и две мировые войны, Брэгг преобразовал Кавендишскую лабораторию в научный центр мирового класса32.

Первым делом Брэгг занялся изношенным и устаревшим оснащением лаборатории. К концу 1930-х гг. там было слишком много сотрудников и недостаточно места для экспериментов. В 1936 г. Брэгг сумел убедить автомобильного магната Герберта Остина пожертвовать 250 000 фунтов на постройку нового крыла, которое за это назвали в его честь. Остиновское крыло представляло собой сугубо утилитарную четырехэтажную коробку из светлого серо-коричневого кирпича. Невзрачное с виду здание дало лаборатории 90 новых помещений, в том числе 31 для исследований и 13 под кабинеты; там также имелись стеклодувный цех, механическая мастерская, библиотека, комната отдыха («чайная») и специальная мастерская для тонких операций, требующих высочайших технических навыков33. Именно в этом здании Уотсон и Крик работали над структурой ДНК в 1951–1953 гг.

Прямолинейному оптимисту Крику не хватало тормоза между великолепными мозгами и говорливым ртом. В нем сочетались остроумие Оскара Уайльда, авторитарность профессора Генри Хиггинса из «Пигмалиона» Бернарда Шоу и — для полноты картины — чуть-чуть гениальности Альберта Эйнштейна34. По словам биографа Розалинд Франклин Энн Сейр, самомнение Крика было сверхчеловеческим35. Легко терявший интерес и склонный переходить от одного проекта к другому, не делая ничего существенного для своей диссертации, он не мог не навлечь на себя недовольство Брэгга. Крик почти всегда доминировал в разговоре бесконечным потоком свободных, в духе Джойса, ассоциаций, идей и теорий. Он потрясающе разбирался в биофизике, в том числе на молекулярном уровне. Часто он с такой точностью и решительностью набрасывался на проекты других исследователей, что многие опасались обсуждать с ним свою работу, чтобы он не присвоил их интеллектуальную собственность. Фрэнсис причислял себя к теоретикам, выдвигающим великие идеи, а не к экспериментаторам, которых считал поденщиками, существующими лишь для того, чтобы доказывать великие идеи гениев вроде него. Мало кто из коллег Крика был способен достаточно внимательно выслушивать его бесконечные научные монологи, молча вникать в них и выуживать удачные мысли. Как отметил в 1963 г. писатель Ангус Уилсон, «все эти бесконечно множащиеся безумные предположения, нескончаемые часы утомительного слушания и напряженного несогласия в конце концов чудесным образом становятся невероятно ценными, когда такой человек, как Крик, постепенно приходит к одной из величайших революционных теорий столетия»36.

В июле 1951 г. Крик устроил семинар для сотрудников Кавендишской лаборатории. Джон Кендрю предложил Крику озаглавить свой доклад строчкой из первой строфы стихотворения Джона Китса «Ода к греческой вазе»: What Mad Pursuit[15]. В своем выступлении Крик затронул все способы интерпретации данных рентгеновской кристаллографии, включая метод Паттерсона, фурье-преобразующие линзы, подход Перуца, примененный им к белкам, разработки Брэгга и фасеточные линзы «мушиный глаз». Выписывая математические формулы на доске с таким нажимом, что в воздухе висело меловое облачко, Крик демонстрировал бесполезность каждого из них и смело заключил: «Большинство предположений, выдвинутых в этих статьях, не подкреплялись фактами». Единственным исключением — по его мнению, с которым соглашался Перуц, — являлся метод изоморфного замещения, в котором атомы изучаемой молекулы замещаются другими атомами без изменения молекулярной структуры37