В переписке между Сайр и Норришем Франклин называют "очень умной… и готовой сделать себе имя в науке", но также "упрямой, неуправляемой" и, что важнее всего, "неспособной к сотрудничеству". По мнению Мэддокс, "если бы Розалинд захотела, она могла бы вить из Уилкинса веревки". Проблема была лишь в том, что она вообще не хотела иметь с ним дела. Уилкинс остался один и переметнулся в Кембридж к Крику и Уотсону. Кроме того, и сама Франклин оказалась в изоляции. Для здравомыслящего Крика этот фактор мог оказаться ключевым, когда дело дошло до совместной работы над структурой ДНК. "Наше преимущество заключалось в том, что мы сумели разработать… успешные способы сотрудничества, которых недоставало лондонской группе".
В тот же год, когда Франклин получила место в отделе, Уилкинс перед отъездом в Штаты попросил своего коллегу Алекса Стоукса, еще одного кембриджского профессора, подумать о том, какой дифракционный паттерн могла бы оставить на рентгеновской пластине спиральная молекула ДНК. Для того чтобы провести математические расчеты, Стоуксу потребовалось всего 24 часа, причем в основном он размышлял над этой задачей в поезде по дороге из лаборатории домой в Уэлин-Гарден-Сити. Спиралевидная молекула оказалась очень похожа на изображение, полученное Гослингом и Уилкинсом с помощью дифракции. Судя по всему, если бы кто-то обнаружил, что ДНК имеет спиралевидную структуру, он должен был бы включить в соавторы своей работы Уилкинса, Гослинга и Стоукса. Впоследствии Стоукс даже жаловался, что ему причитается 1/5000 от Нобелевской премии.
В ноябре 1951 года Уилкинс рассказал Уотсону и Крику, что располагает убедительными доказательствами спиралевидной структуры ДНК. Незадолго до этого Уотсон слышал, как на собрании в Кингс-колледже Франклин говорила что-то похожее. Это вдохновило Крика и Уотсона на создание первой пробной трехмерной модели ДНК.
Но с чего начать? Следуя примеру Лайнуса Полинга, Уотсон и Крик решили попробовать построить трехмерную физическую модель атомов и молекул, входящих в состав ДНК, а также соединяющих их ковалентных и водородных связей. На первый взгляд эта структура должна была состоять из довольно небольшого числа элементов: четырех нуклеотидов (гуанина, аденина, цитозина и тимина), молекулы сахара дезоксирибозы и молекулы фосфата. Последний играл поддерживающую роль, вероятно, скрепляя молекулу воедино (примерно так же, как он делает это в позвоночнике, обеспечивающем поддержку всему телу). Уотсон посетил коллоквиум в Кингс-колледже, но ему было настолько скучно, что он совершенно упустил важное замечание Франклин: фосфатно-сахарные "оси" должны были находиться снаружи молекулы, а кодирующие нуклеотиды (ГАЦТ) - внутри. Записей он, как всегда, не делал. Уотсона беспокоило лишь то, что коллеги из Кингс-колледжа, похоже, совершенно не интересовались технологией создания моделей, которой так гордился Полинг.
Судя по всему, в 1952 году Франклин резко изменила свое мнение относительно структуры ДНК. В ее распоряжении оказалось великолепное отчетливое изображение молекулы, сделанное Гослингом, на котором была явно видна спиралевидная структура. Франклин назвала ее "влажной формой", или В-формой, ДНК. Однако у нее имелись и более четкие рентгенограммы той же молекулы в "сухой", или А-форме, в которых спираль не прослеживалась. Из-за различия между двумя формами Франклин начала сомневаться, действительно ли молекула ДНК имеет спиралевидную структуру. Есть предположение, что она обратилась за советом к опытному французскому коллеге, который посоветовал сделать ставку на вариант, подкрепленный более четким изображением. Вероятно, ей также было известно мнение, которое высказал ее отринутый научный партнер Уилкинс. К сожалению, она отказалась от работы с В-формой и больше года работала над А-формой молекулы.
Ранее в том же году Уотсон и Крик предприняли первую попытку создать трехнитевую спиральную модель ДНК с центральной осью, состоящей из сахара и фосфата. Когда Уилкинс привел Франклин и Гослинга в Кембридж, чтобы показать результаты своей работы, те расхохотались. Модель была абсолютно неверной и совершенно не соответствовала результатам рентгеновской дифракции. Из-за рассеянности Уотсона и отсутствия каких-либо записей с семинаров Франклин он сделал огромную ошибку - поместил конструкцию из фосфата и сахара в самый центр спирали, а не снаружи, как предлагали Франклин и Гослинг.
Сайр в своих попытках противопоставить что-то карикатурному описанию Франклин, приведенному в книге Уотсона, совершенно забывает о вкладе Уилкинса и Гослинга. Франклин и Гослинг действительно получили одно из самых четких изображений В-ДНК, настолько совершенное, что практически полностью передало ее истинную молекулярную структуру. Но затем Франклин, сбитая с толку кажущимися различиями между А и В-формами, отказалась от своих более ранних выводов и в течение года придерживалась мнения, что ДНК вообще не имеет спиралевидной структуры. Сайр пыталась опровергать это, но Гослинг впоследствии подтвердил воспоминание Уилкинса о том, что 18 июля 1952 года Франклин отправила ему приглашение на поминки. В записке с прискорбием сообщалось о смерти спирали (кристаллической структуры) ДНК в результате затянувшейся болезни, а также имелась приписка: "Мы надеемся, что доктор М. Х. Ф. Уилкинс прочтет речь в память о покойной". На тот момент Уилкинс предположил, что это была шутка Гослинга, однако через много лет он узнал, что приглашение было написано Франклин. Таким образом, подтвердился ее отказ от идеи спиралеобразной молекулы ДНК.
* * *
В середине 1952 года Крик разговорился с молодым математиком валлийского происхождения Джоном Гриффитом, с которым он познакомился после лекции астронома Томаса Голда в Кавендишской лаборатории. Голд поразил воображение Крика понятием "идеального космологического принципа". Задумавшись о том, может ли существовать какой-либо аналогичный биологический принцип, Крик рассказал Гриффиту, который интересовался репликацией генов, о работе американского химика Эрвина Чаргаффа, открывшего, что нуклеотиды в ДНК формируют горизонтальные связи. Это очень напоминало труды Полинга, в которых также упоминались двумерные связи на плоскости, формируемые аминокислотами, которые составляют первичные протеиновые цепочки (так называемые пептидные связи). В сознании Крика возникла идея, что это открытие может иметь отношение к самовоспроизведению ДНК, и он попросил Гриффита выяснить, как именно четыре нуклеотида попарно соединяются между собой. Гриффит подтвердил, что Ц, скорее всего, находится в паре с Г, а А - с Т. Но и тогда Крик не понял, что перед ним лежит разгадка.
Эрвин Чаргафф был одним из австрийских ученых, покинувших Европу до начала Второй мировой войны и перебравшихся в США. В Америке он стал профессором биохимии в Колумбийском университете и занялся изучением нуклеиновых кислот. Возможно, читатель помнит, что недоверие научного сообщества к открытию Эвери базировалось на сбившей генетиков с толку "тетрануклеотидной гипотезе" Левина, которая предполагала, что ДНК состоит из повторяющегося одинакового кластера, сформированного четырьмя нуклеотидами. Такая простая формула не могла бы обеспечить огромный объем памяти, необходимый молекуле наследственности. Вот почему считалось, что ДНК не может быть ответом на загадку генов.
Но Чаргаффу было совершенно безразлично, что генетики думают об Эвери, и он был глубоко потрясен его открытиями. Если Эвери был прав и ДНК действительно являлась молекулой наследственности, то последовательности ДНК, например, у лошади, кошки, мыши и человека, должны отличаться. Чаргафф писал: "Между [их] дезоксирибонуклеиновыми кислотами должны существовать очевидные химические различия". Эти различия должны были проявлять себя в сочетаниях четырех нуклеотидов. Может показаться, что четырехбуквенного кода недостаточно, чтобы записать все то огромное разнообразие генов, которое существует в природе. Но если рассматривать нуклеотиды как буквы короткого алфавита, то гены станут словами, которые могут иметь любую длину. Этого достаточно, чтобы обеспечить необходимый уровень сложности.
В конце 1940-х - начале 1950-х годов технологические возможности науки были ограниченны. Чаргафф модифицировал методику, называемую бумажной хроматографией, для чтения различных пропорций четырех нуклеотидов в любом заданном образце ДНК.
После четырех лет лабораторных экспериментов с использованием ДНК дрожжей, бактерий, быков, овец, свиней и человека Чаргафф получил ответ: четыре нуклеотида, которыми записывается слово-ген, не присутствовали в них в равных пропорциях, как можно было бы ожидать в соответствии с гипотезой Левина. Например, человеческая ДНК, полученная из вилочковой железы, содержала 28 % аденина, 19 % гуанина, 28 % тимина и 16 % цитозина. От тетрануклеотидной гипотезы можно было смело отказаться. Но Чаргафф пошел еще дальше. Он доказал, что процентное содержание нуклеотидов варьируется между видами, но при этом остается неизменным у представителей одного вида, а также в органах и тканях одного организма. Кроме того, он заметил, что общая сумма молекул аденина и тимина соответствовала сумме молекул цитозина и гуанина. Это был настоящий прорыв.
В мае 1952 года по невероятному стечению обстоятельств Чаргафф прибыл в Кембридж, где Кендрю за обедом представил его Уотсону и Крику. Чаргафф был обижен тем, как мало им известно о его работе. Ему показалось, что эти двое вообще ничего не знают о химии нуклеотидов. Впоследствии Чаргафф рассказывал Джадсону: "Я объяснил наш вывод о том, что аденин комплементарен тимину, а гуанин - цитозину". Но, насколько он мог понять, Уотсона и Крика интересовала только победа в гонке против Полинга и создание модели спирали ДНК в ответ на его модель белка. Уотсон вспоминал, как Чаргафф открыто упрекал их с Криком за то, что они "знали так мало и стремились к столь многому".
В целом оценка, которую Чаргафф дал знаниям Крика и Уотсона в области биохимии на то время, была правильной. Крик вообще ничего не знал о Чаргаффе и не понимал, что нуклеотиды соединяются между собой не ковалентными химическими связями, характерными для стабильных молекул, а более слабыми водородными связями. Что он мог вынести из объяснений Чаргаффа о равном процентном соотношении цитозина к гуанину и аденина к тимину?
Но тут Крика посетило озарение: что, если это означает наличие между нуклеотидами естественного химического притяжения? Может ли оно играть важную роль в копировании изначальной нити ДНК на дочернюю? Каждый Ц притягивает Г, а каждый А в дочерней последовательности совмещается с Т. Затем при репликации дочерней нити материнская последовательность воспроизводится заново. Крик сделал следующий шаг. Что, если ДНК состоит из двух нитей, дополняющих друг друга подобным образом? Возможно, если эти нити разделяются и копируют сами себя, из них получается вторая идентичная цепочка.
Казалось невероятным, что огромную и недоступную тайну наследования можно объяснить этими простыми химическими парами и притяжением между ними.
Затем Крик и Уотсон сделали ошибку - не научную, а человеческую. Они начали размышлять о том, что им известно, даже не попытавшись создать новую модель. Этот просчет едва не стоил им дела всей жизни. В декабре 1952 года Питер Полинг, сын Лайнуса, работавший магистрантом в Кавендишской лаборатории, рассказал Уотсону, что недавно получил письмо от отца, в котором тот сообщал, что раскрыл структуру ДНК. В течение следующего месяца Полинг показывал всем желающим предварительную версию статьи, которая должна была выйти в феврале 1953 года в Proceeds of the National Academy of Sciences . Позднее Уотсон и Крик признавались, что читали эту работу с замиранием сердца. Полинг предлагал тройную спираль с фосфатно-сахарной осью в центре. Некоторое время они были попросту ошарашены и сомневались, так ли верна их собственная модель, которую отрицали Уилкинс и Франклин. Затем они осознали, что все претензии, высказанные им кристаллографами, были применимы и к модели Полинга. На этот раз промах допустил великий химик.
Гонка за правильной структурой ДНК началась снова. Ранее кембриджский дуэт отказывался от работы с ДНК, но теперь Уотсон был уверен, что если они продолжат в том же духе, Полинг их обойдет.
Через несколько дней после прочтения работы Полинга Уотсон отвез ее в Кингс-колледж, где, если верить его биографии, он первым делом обсудил ее с Франклин. По словам Уотсона, она была в ярости. Уотсону показалось, что вспышка была вызвана критикой ее неприятия спиралевидных структур. Однако, судя по всему, он сам спровоцировал подобную реакцию: "[Поняв, что] Рози не собирается играть со мной в игрушки, я рискнул вызвать огонь на себя. Я прямо предположил, что она неправильно интерпретировала рентгеновские изображения".
Ничего удивительного, что Франклин так разъярилась.
Тот факт, что Уилкинс, не посоветовавшись с Франклин, показал Уотсону фотокопию полученной год назад особо четкой рентгенограммы влажной формы ДНК, точно подтверждавшей наличие у молекулы ДНК спиралевидной структуры, наделал много шума. На самом деле Уотсон, Крик и Уилкинс уже давно были уверены, что ДНК имеет форму спирали. В своей биографии, опубликованной в 2003 году, всего за год до смерти, Уилкинс утверждает, что рентгенограмма, которой хвастался Уотсон, была не украдена, а получена от Гослинга, который, собственно, и сделал ее и полагал, что, учитывая уход Франклин, она не будет против. Гослинг все еще занимался написанием докторской диссертации, и уход Франклин означал, что он остался бы без куратора. Следовательно, у него были все основания показать результаты своего труда директору отдела, который должен был бы занять ее место. Сам Гослинг подтверждает, что "Морис имел все права на эту информацию". Очевидно, Гослингу надоела вражда, спровоцированная нежеланием Франклин работать с Уилкинсом. Он с тоской вспоминал, что до прихода Розалинд в Кингс-колледже царил застой.
В то время Франклин готовилась покинуть Кингс-колледж и перейти в Лабораторию биомолекулярных исследований Биркбек-колледжа в Лондоне под руководством Дж. Д. Бернала. К ее чести, за два года в Кингсе она сделала ряд оригинальных открытий, касающихся ДНК. Благодаря исследованиям Франклин ученые узнали, что ДНК существует в двух формах, которые она отметила буквами А и В; что одна форма может превращаться в другую и что фосфатная основа молекулы находится снаружи, чему у нее имелись неоспоримые доказательства. Последний факт, в свою очередь, объяснял, почему ДНК охотно присоединяет к себе молекулы воды, которые создают вокруг нее защитную оболочку внутри ядра, предотвращают ее столкновения с соседними молекулами и облегчают ее растяжение.
Устроившись в Биркбеке, Франклин начала работать в дружественной и продуктивной атмосфере со своим начальником Берналом и магистрантом Аароном Клугом. Здесь она переключилась с волокон ДНК на молекулярное зондирование вирусов, в результате чего были написаны ее лучшие работы. Франклин умерла рано и трагически, завещав все свое состояние Клугу и его семье. Некролог, написанный Берналом с восхищением и уважением, был опубликован в The Times и научном журнале Nature :
Ее жизнь была примером полной преданности научным поискам… Как ученый мисс Франклин отличалась ясным пониманием и совершенными решениями всех стоящих перед ней задач. Ее фотографии - одни из самых прекрасных рентгенограмм химических веществ, когда-либо сделанных человеком.
Ни Франклин, ни Уилкинс не знали, что на тот момент, когда Уотсон ворвался к ним, размахивая работой Полинга, они с Криком уже были готовы создать новую трехмерную модель молекулы ДНК. После провала с тройной спиралью Брэгг запретил им любые работы в этой области. Уотсон очень хорошо описывает эмоции, захлестнувшие в этот момент его и коллег. Из этого описания очевидно, что Уотсон сообщал группе из Кингс-колледжа о выводах, сделанных вместе с Криком, и пытался донести до Франклин содержание статьи, написанной потенциально сильным соперником. Следует отметить, что до последнего эксперимента по расшифровке структуры ДНК Уотсон, Крик и Уилкинс открыто общались друг с другом. Если Франклин не присутствовала при этих обсуждениях, то лишь по собственному выбору. Ни в одной из биографий Франклин не говорится, что ее вдохновляла книга Шрёдингера или его теория апериодического кристалла. Она не выбирала ДНК темой своего исследования самостоятельно - ее предложил Рэндалл, хотя Франклин, очевидно, видела в ней вызов, брошенный ее растущему увлечению и мастерству рентгеновской кристаллографии.
Полные энтузиазма относительно моделирования, Уотсон и Крик объяснили методику Уилкинсу. Передавая ему бразды правления исследованиями ДНК, они даже одолжили ему свои детали, из которых собирались важные элементы моделей. Но не только Франклин отказалась работать с Уилкинсом - группа из Кингс-колледжа проигнорировала возможность применить на практике технику моделирования, разработанную Полингом. И вот теперь, в этот критически важный момент, Крик и Уотсон обнаружили, что Франклин покидает Кингс-колледж и оставляет работу над волокнами ДНК, а Уилкинс также прекращает всякую исследовательскую деятельность (по его словам, чтобы выждать, пока осядет пыль после отъезда Франклин, и начать все заново).
Уотсон имел все основания полагать, что Полинг, уязвленный собственной ошибкой с тройной спиралью ДНК, теперь занимался этой проблемой с удвоенной силой и наверняка работал над новым молекулярным подходом. После жаркого спора в Кингс-колледже Уилкинс и Уотсон отправились пообедать и выпить бутылочку шабли, но их застольная беседа не стала ни для одного из них источником вдохновения. Для Уотсона ключевой теоретический вопрос заключался не в том, является ли молекула ДНК спиралью, а в том, состоит она из двух или трех цепочек. Уилкинсу все еще больше нравился второй вариант, но, насколько понимал Уотсон, его рассуждения не были идеально верными. Поздно вечером Уотсон доехал на велосипеде от железнодорожной станции до Кембриджа и перелез на территорию колледжа через задние ворота. Тогда он уже принял решение построить модель из двух цепочек. Судя по всему, его веселый настрой на следующее утро передался и Крику, который, согласившись с этим планом, отметил, что важные биологические объекты всегда ходят парами.
Именно этого озарения (а решение Уотсона о концентрации усилий на двойной спирали трудно объяснить чем-то еще) и не хватало для интерпретации данных Чаргаффа и идей Крика о саморепликации ДНК. Учитывая положение дел в Кингс-колледже, даже Брэгг посчитал разумным разрешить этим непослушным молодым ученым вернуться к работе над загадкой гена, так как это могло принести группе победу над его собственным академическим противником Полингом.