Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях - Уолтер Гратцер

Ничего стоящего так и не случилось, но какое-то время спустя мы поднялись попить чаю и рассказали Максу Перутцу и Джону Кендрю про письмо. Там мы заметили Брэгга (директора лаборатории), однако никто из нас не решился ему рассказать, что американцы, похоже, в очередной раз обставят английских исследователей. Пока мы поглощали шоколадные бисквиты, Джон пытался приободрить нас, уверяя, что Лайнус может и ошибаться. В конце концов, тот ни разу не видел картинок Мориса и Рози (фотоснимков рентгеновского рассеяния, полученных в Королевском колледже). Сердце, однако, подсказывало нам обратное.

И вот наступила развязка: в феврале Полинг дописал свою статью и направил копию в Кембридж. Уотсон от ожидания был уже на грани нервного срыва.

На самом деле, в Кембридж пришли два экземпляра: один сэру Лоуренсу (Брэггу), другой — Питеру. Первым импульсом Брэгга было отложить статью. Не зная, что Питер получил другой экземпляр, он долго колебался, прежде чем отнести свой в лабораторию Максу. Там ее мог увидеть Фрэнсис — и затеять новую охоту за дикими гусями. Согласно графику, насмешки Фрэнсиса предстояло выносить еще восемь месяцев. Разумеется, если тот завершит свою диссертацию в срок. Затем на год (если не больше) Крик отправится в бруклинское изгнание (в Политехнический институт, где ему предстояло работать), а тут воцарятся мир и спокойствие.

Пока сэр Лоуренс колебался, стоит ли отвлекать Фрэнсиса от его диссертации, Фрэнсис и я сосредоточенно изучали копию, которую после обеда принес нам Питер. Лицо Питера, когда он переступил порог, выдавало нечто важное, и у меня заныло в животе от предчувствия, что все потеряно. Видя, что ни Фрэнсис, ни я не в состоянии дальше ждать, Питер немедленно сообщил нам, что модель — трехцепочечная спираль с сахарно-фосфатной связью посередине. Это выглядело настолько похоже на наши прошлогодние изыскания, которые было решено прервать, что я сразу подумал: не осади нас Брэгг, мы уже прославились бы, сделав великое открытие. Не оставляя Фрэнсису ни шанса выпросить статью, я выудил ее из кармана куртки Питера и стал читать. Потратив меньше минуты на выводы и введение, вскоре добрался до рисунков с расположением ключевых атомов.

И сразу почувствовал: что-то тут не так…

Модель Полинга противоречила экспериментальным данным: Фрэнсис и Крик были с ними знакомы, а Полинг — нет. Что еще хуже, модель была неправильной с химической точки зрения. Считаные недели спустя Уотсон и Крик определили структуру ДНК. Их модель была убедительной до мельчайших деталей — сомнений в ее правильности практически не оставалось.

Случай, о котором говорит Уотсон, — когда американцы обставили английских ученых — связан с выяснением структуры полипептидной цепи, то есть структуры белка. Данные рентгеновского рассеяния говорили, что нерастворимый белок кератин (вещество волос, ногтей и наружного слоя кожи) обладает регулярной структурой, почти наверняка спиральной. Несколько лабораторий выдвигали предположения о том, какую форму может принимать эта упорядоченная структура. Брэгг, Перутц и Кендрю напечатали статью со своими гипотезами, которые, как вскоре выяснилось, были неверны.

Окончательную ясность внес Полинг. В 1948 году он в качестве приглашенного профессора работал в Оксфорде. В послевоенные годы университет был местом унылым и безрадостным. Полинг серьезно простудился и заразился синуситом, который приковал его к постели. “В этот день я впервые открыл детектив, — писал он позже, — я просто старался не чувствовать себя несчастным. На второй день было все то же самое. В конце концов такое положение дел меня утомило, и я подумал: “Почему бы мне не поразмышлять о структуре белков?” Взяв ручку, карандаш и бумагу, он набросал полипептидную цепь с линейной геометрией. Значительную часть своей жизни Полинг посвятил измерению и истолкованию длин химических связей между атомами углерода и азота, углерода и кислорода и т. д., а также углов между такими связями; поэтому для него не составило труда извлечь эти числа из своей обширной памяти. Нарисованную цепь он вырезал и завернул, а потом, принимая во внимание, что атомы углерода при азоте будут образовывать водородные связи (слабое, но важное взаимодействие второго порядка) с кислородными атомами других аминокислот в цепи, он попытался выстроить регулярную структуру.

Вскоре Полинг нашел спиральную конформацию, которая выглядела весьма убедительно; тогда он подозвал жену и попросил принести транспортир, чтобы измерить у спирали геометрические параметры. Чтобы структура повторяла себя, требовалось 18 аминокислотных остатков, и эти остатки образовывали пять витков спирали. От радости Полинг забыл о своих бедах. Об открытии своем он никому не рассказал, поскольку оно не слишком хорошо согласовывалось с экспериментом: уже интервалы между аминокислотными остатками, критические для всей теории величины, отличались от данных рентгеноструктурного анализа. Впрочем, сворачивая бумагу, Полинг в конце концов обнаружил знаменитую структуру, которую мы знаем под названием альфа-спирали. Брэгг с коллегами упустили ее, поскольку ограничили себя требованием, чтобы на каждый виток приходилось целое число аминокислотных остатков. Когда Полинг предъявил структуру с 18 остатками на 5 витков, кембриджская группа была потрясена.

Макс Перутц описывает свою реакцию на выход статьи Полинга — это случилось, когда он субботним утром копался в библиотеке. Перутца откровение Полинга поразило как удар молнии, в смятении он сел на велосипед и отправился домой обедать. Раздосадованный упущением и явным расхождением модели с рентгенограммами, он внезапно вспомнил свой визит к человеку, который эти рентгенограммы сделал, — Уильяму Эстбури из Лидса. И тут Перутц понял: конструкция прибора Эстбури просто не позволяла разглядеть пятно от рентгеновских лучей в том месте, где, согласно Паули, оно должно было быть.

В сумасшедшем оживлении я поехал обратно в лабораторию и отыскал лошадиный волос, который хранился в ящике. Закрепив его в гониометрической головке (это устройство для точного выставления углов) под углом в 31° относительно падающего рентгеновского пучка, я заменил плоскую пластинку, какой пользовался Эстбури, свернутой в цилиндр пленкой — она позволяла фиксировать все рассеянные лучи под брэгговыми углами (это углы между падающим и рассеянным рентгеновскими лучами, отвечающие разным симметриям переноса в структуре) до 85° Через пару часов, когда я проявил пленку, сердце мое готово было выскочить наружу. Как только я вынес пленку на свет, то обнаружил ярко выраженный сигнал, отвечающий расстоянию в 1,5 ангстрема — как раз той величине, что соответствовала а-спираль Полинга и Кори.

Утром в понедельник, когда Перутц появился перед своим начальником, сэром Лоуренсом Брэггом, на его лице можно было увидеть и досаду, и торжество. Когда Брэгг поинтересовался, как идея эксперимента пришла ему в голову, Перутц ответил, что всему виной их неумение увидеть то, что увидел Полинг, — это его и разозлило. Брэгг отреагировал фразой: “Лучше бы я разозлил вас раньше” Под таким заголовком и вышла книга Перутца, в которой он рассказывает эту историю.

Версия Джеймса Д. Уотсона истории об открытии ДНК изложена в его классической книге: James D. Watson, The Double Helix (Weidenfeld and Nicolson, London, 1968), а воспоминания Перутца — в книге: Max Perutz, I Wish I Made You Angry Earlier (Cold Spring Harbor Laboratory Press / Oxford University Press, Oxford, 1998). Cm. также интервью И. Харгиттаи с Лайнусом Полингом в Chemical Intelligencer, 4, 34 (1996).

Когда б мы знали, из какого сора…

Ричард Фейнман настаивал, что физика для него как игра: если задача бросает вызов его интеллекту или подстегивает его любопытство, приходится за нее взяться. Академическая карьера Фейнмана началась в Университете Корнелла в 1945 году: молодого профессора все время принимали за студента. Ниже он показывает, насколько непредсказуемые плоды могут давать исследования:

Спустя неделю после прибытия в Университет Корнелла я зашел в кафетерий. Там какой-то парень, дурачась, подбрасывал тарелку в воздух. Подымаясь в воздух, тарелка начинала колебаться. Я заметил, как красный медальон, — символ Корнелла, ходит в ней по кругу. Причем быстрее, чем тарелка колеблется.

Делать мне было нечего, так что я начал прикидывать, как движется вращающаяся тарелка. Я обнаружил, что, когда угол наклона невелик, медальон оборачивается вдвое быстрее, чем происходит колебание — два к одному. Это вытекало из сложного уравнения! Затем я подумал: “Нет ли способа получить это более фундаментальным способом, исходя из сил или из динамики. Почему тут именно два к одному?"

Не помню, как я это проделал, но в конце концов я вывел уравнение движения массивной частицы и понял, как должны быть сбалансированы ускорения, чтобы выходило два к одному.