За океаном, в США, в Калифорнийском технологическом институте, структурой биологических макромолекул занимался Лайнус Полинг, считавшийся величайшим химиком в мире. В 1951 г., располагая полным доверием и поддержкой Фонда Рокфеллера, группа Полинга обошла Кавендишскую лабораторию, открыв спиральную конфигурацию в структуре белков{19}. В 1953 г. роли переменились: Полинг выдвинул гипотезу о структуре ДНК, оказавшуюся ошибочной, а в Кембридже вышли на верную дорогу.
Через пятнадцать лет после открытия структуры ДНК Уотсон рассказал об этом в неотразимо убедительной книге воспоминаний. Читателю может показаться, что она написана им еще в молодости, но Уотсон работал над книгой, будучи уже почти 40-летним профессором в Гарвардском университете. И в 1968 г. вышел в свет эпохальный бестселлер «Двойная спираль. Воспоминания об открытии структуры ДНК»{20}. Как описание научного расследования «Двойная спираль» шедевр и гарантия того, что в дальнейшем в любой истории о ДНК голос Уотсона окажется самым громким. А если вернуться к аналогии с Голливудом, то сюжет книги Уотсона можно резюмировать, скажем, так: парни знакомятся с девушкой, терпят от нее унижение, твердо решают победить и побеждают.
16 мая 2016 г. светила молекулярной биологии собрались в Колд-Спринг-Харборской лаборатории на мероприятии под названием «Чествование Фрэнсиса Крика», которое проводилось в связи со столетием со дня его рождения (он умер в возрасте 88 лет 28 июня 2004 г.). В этом научном комплексе, спрятавшемся среди деревьев на северном побережье Лонг-Айленда, исследовали генетические аспекты жизни и болезней. Самое высокое здешнее здание часовая башня из красного кирпича и терракоты с винтовой лестницей. На каждой из четырех стен башни прикреплены таблички из зеленого коннемарского мрамора с буквами a, t, g, c, обозначающими азотистые основания ДНК аденин, тимин, гуанин и цитозин. Это, в сущности, памятник Уотсону. Правда, он был недоволен тем, что строители использовали строчные буквы вместо прописных, как принято делать после опубликования статьи Уотсона и Крика с описанием их открытия в журнале Nature за 25 апреля 1953 г.
Открыл встречу в Колд-Спринг-Харборе, устроенную в красивой новой аудитории, 88-летний Джеймс Уотсон, к которому, как к «королю Джеймсу», было приковано внимание публики. Колд-Спринг-Харборская лаборатория была его никем не оспариваемым научным царством.
Уотсон начал речь с истории о пабе Eagle, повторив то, что рассказано в знаменитой книге «Двойная спираль». Однако на сей раз он признался, что для драматического эффекта выдумал восклицание Фрэнсиса Крика о разгадке тайны жизни{21}. Через два года летом, сидя в тени часовой башни с ее «двойной спиралью» лестницы, он пояснил: «Фрэнсис мог бы сказать именно так и сказал бы. То, что я написал, было совершенно в его духе, и любой согласится с этим»{22}.
Но первое заявление об одном из величайших научных достижений XX в. было сделано не в той форме, в которой его представляют по книге. Этот мифический эпизод, как и многие другие детали эпохального поиска структуры ДНК, долго приукрашивался, видоизменялся и шлифовался. В ворохе воспоминаний, биографий и журналистских пересказов история открытия ДНК преподносится с точки зрения то одного, то другого участника, так что к настоящему времени она уже превратилась в подобие фильма «Расёмон». Мнение дилетанта во многом зависит от того, чью версию событий он узнал последней.
Джеймс Уотсон часто отмахивался от своих хулителей, саркастически замечая: «Есть лишь молекулы. Все остальное социология»{23}. Однако череда поступков человека редко следует в столь ограниченном русле. В молодые годы этими увлеченными блестящими учеными сделано множество шагов: какие-то из них в свое время казались ключевыми, тогда как другие преходящими или несущественными, однако были признаны важными много лет спустя. Стечения обстоятельств становились определяющими, а обстоятельства, долгое время бывшие в центре внимания, в конечном счете не имели значения. На этом пути случайно сходились нужные люди в нужное время и поднималась радостная шумиха или же попадались не те люди не в то время и воцарялось уныние. Были вспышки побед и бесплодные периоды неудач, проявления дружбы и мелкие распри. Кроме того, вокруг открытия строения ДНК прослеживается цепь событий, движимых не самыми благовидными поступками ее участников, боровшихся за первенство{24}. Погребенное под напластованиями толкований, объяснений и заблуждений установление молекулярной структуры ДНК один из самых запутанных сюжетов в истории науки.
Пора наконец рассказать, как все было на самом деле.
[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.{25}
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 огурцы{26}. Его главной гордостью был горох, разросшиеся стебли которого всевозможных форм, размеров и оттенков образовывали живое подобие решетки Пеннета{27}.
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 университете{28}. 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 скрещиваниях{29}. 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 желчи{30}. 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 признаков{31}.
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 Менделя{32}. 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 Менделя{33}. 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 гистологии{34}.
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.