Я увлекся генетикой, когда учился на третьем курсе в Университете Чикаго. До этого собирался быть натуралистом и планировал, что моя научная карьера пройдет вдали от каменных джунглей Южного Чикаго, где я вырос. Пересмотреть собственные увлечения меня заставила не личность авторитетного педагога, а маленькая книжка, вышедшая в 1944 году. Она называлась «Что такое жизнь?», и написал ее австриец Эрвин Шрёдингер, основатель волновой механики. В основе книги лежали несколько лекций, которые Шрёдингер годом ранее прочитал в Дублинском институте перспективных исследований. Меня заинтриговало, что великий физик нашел время написать книгу по биологии. В те годы я, как и большинство современников, считал химию и физику «настоящими» науками, а физики-теоретики казались мне научными патрициями.

Эрвин Шрёдингер писал, что жизнь можно трактовать как систему хранения и передачи биологической информации. Соответственно, хромосомы считались просто носителями такой информации. Поскольку в каждой клетке приходится укладывать множество информации, она должна архивироваться в виде так называемого шифрованного наследственного кода, внедренного в молекулярную структуру хромосом. Таким образом, чтобы понять жизнь, нужно выделить эти молекулы и взломать их код. Шрёдингер даже полагал, что путь к постижению жизни лежит через поиски гена, это особый путь, который может вывести нас за пределы законов физики в том виде, в каком мы их понимаем. Книга Шрёдингера оказала на нас большое влияние. Многие из тех, кто затем сыграл роли в первом акте великой драмы под названием «молекулярная биология» (в том числе Френсис Крик, сам когда-то изучавший физику), прочли книгу «Что такое жизнь?» и были ею впечатлены.

Книга Эрвина Шрёдингера вызвала у меня самый живой интерес, поскольку я также был заинтригован сущностью жизни. В то время все еще оставались ученые, хотя и в меньшинстве, полагающие, что основа жизни – это жизненная сила, эманация Всемогущего Бога. Но, как и большинство моих учителей, я презирал идею витализма как таковую. Если именно эта «жизненная» сила была движущим механизмом в игре природы, то вряд ли стоило надеяться познать и саму жизнь научным методом. В то же время мне крайне импонировала идея, что жизнь может передаваться как некий секретный код, записанный в виде свода инструкций. Как молекулярный код может быть столь филигранным, чтобы передавать все чудесное многообразие живого мира? И какая молекулярная уловка позволила бы при каждом удвоении хромосом обеспечить точное копирование этого кода?

В тот момент, когда Шрёдингер выступал в Дублине со своими лекциями, большинство биологов полагало, что основными переносчиками генетической информации в конце концов окажутся белки. Белки – это молекулярные цепочки, слагаемые из 20 различных строительных блоков, именуемых аминокислотами. Поскольку варианты перестановки аминокислот в такой цепочке практически бесконечны, белки, в принципе, вполне могли кодировать информацию, обеспечивающую индивидуальность и биоразнообразие. На тот момент ДНК не рассматривалась всерьез как носитель «генетического кода», пусть даже этот код локализовался исключительно в хромосомах (о чем было известно уже около 75 лет). В 1869 году Фридрих Мишер, швейцарский биохимик, работавший в Германии, смог выделить из пропитанных гноем бинтов, добытых в ближайшей хирургической больнице, особое вещество, которое он назвал «нуклеин». Поскольку гной состоит преимущественно из лейкоцитов, в которых (в отличие от эритроцитов) есть ядра и, соответственно, хромосомы, содержащие ДНК, Фридрих Мишер наткнулся на хороший источник ДНК. Открыв впоследствии, что «нуклеин» встречается исключительно в хромосомах, Мишер понял, что совершил по-настоящему крупное открытие. В 1893 году он писал: «Наследственность обеспечивает непрерывную передачу форм от поколения к поколению, и этот механизм работает даже глубже, чем на уровне химических молекул. Он заключен в структурировании атомных групп. В данном случае я также являюсь приверженцем химической теории наследования».

Физик Эрвин Шрёдингер, чья книга «Что такое жизнь?» подвигла меня заняться исследованием генов

Но даже спустя целые десятилетия возможностей химии еще не хватало для анализа колоссальной и невероятно сложной молекулы ДНК. Только в 1930-е годы выяснилось, что ДНК – это длинная по размерам молекула, в которой содержится четыре разновидности химических оснований: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц). Однако на момент дублинских выступлений Шрёдингера по-прежнему было неясно, как устроены химические связи между этими белковыми субъединицами молекулы (так называемыми дезоксинуклеотидами). Также оставалось загадкой, могут ли различаться последовательности четырех оснований в разных молекулах ДНК. Если в ДНК действительно скрывался шрёдингеровский «генетический код», то эта молекула должна была бы существовать в бесчисленно разнообразных формах. Но на тот момент еще продолжала обсуждаться версия о том, что последовательность нуклеотидов вроде А-Г-Т-Ц может повторяться по всей длине ДНК.

ДНК оказалась в центре внимания генетиков лишь в 1944 году, когда из лаборатории Освальда Эвери в Рокфеллеровском институте (Нью-Йорк) пришла новость, что можно менять состав оболочки бактерии пневмококка. Такой результат оказался сюрпризом для Освальда Эвери и его молодых коллег: Колина Маклеода и Маклина Маккарти.

На протяжении более чем десяти лет группа Эвери отслеживала еще одно необычнейшее явление, впервые наблюдать которое удалось в 1928 году Фреду Гриффиту, ученому из британского Министерства здравоохранения. Гриффит интересовался пневмонией и изучал ее возбудителя – пневмококк. К тому моменту было известно, что существуют разные штаммы пневмококка, именуемые «гладкими» (S) и «шероховатыми» (R) – названия дали по внешнему виду колоний стрептококков на питательных средах, видимых под микроскопом. Штаммы микроорганизмов различались не только визуально, но и по признаку вирулентности. Оказалось, что если ввести мыши бактерию S-типа, то через несколько дней мышь гибнет, но после инъекции бактерии R-типа остается здоровой. Выяснилось, что клетки S-бактерий имеют оболочку, не позволяющую факторам иммунной защиты мыши распознать микробное «вторжение». У R-клеток такой оболочки нет, поэтому иммунные клетки мыши с ними легко справляются и уничтожают.

Поскольку Гриффит работал в сфере здравоохранения, он знал, что у конкретного пациента иногда можно найти разные штаммы, поэтому заинтересовался, как эти штаммы могут взаимодействовать друг с другом в организме несчастной лабораторной мыши. Одна из комбинаций микроорганизмов натолкнула его на интересное открытие: если в организм мыши вводили S-бактерии, убитые нагреванием (непатогенные), и обычные R-бактерии (также непатогенные), мышь погибала. Как две непатогенные бактерии могли так «сговориться», чтобы погубить мышь? Ситуация прояснилась, когда ученый выделил бактерии пневмококка из организма погибших мышей и обнаружил живые S-бактерии. Казалось, что живые (непатогенные) R-бактерии что-то позаимствовали у мертвых S-собратьев; что бы это ни было, именно этот ресурс позволял R-бактериям в присутствии убитых нагреванием S-бактерий трансформироваться в живой смертоносный S-штамм. Гриффит доказал, что такие изменения действительно происходят, выведя культуру S-бактерий из нескольких поколений мертвых мышей; бактерия размножалась именно по S-типу точно так же, как размножался бы обычный S-штамм стрептококка, то есть у R-бактерий, введенных мышам, происходили генетические изменения.

Так выглядят под микроскопом кровяные тельца, обработанные специальным веществом для окрашивания ДНК. Задача эритроцитов – переносить кислород; потому, чтобы этот процесс был максимально эффективен, красные кровяные тельца не имеют ядра, а значит, и ДНК. Однако в лейкоцитах, двигающихся в крови в поисках «незваных гостей», есть ядро и хромосомы

Хотя такая трансформация противоречила всем устоявшимся на тот момент взглядам, наблюдения Гриффита поначалу почти не заинтересовали научный мир. Отчасти дело было в том, что Гриффит вел крайне уединенный образ жизни и так сторонился больших собраний, что редко бывал на научных конференциях. Однажды его практически заставили прочитать лекцию. Гриффита усадили в такси и, словно под конвоем, доставили в аудиторию к коллегам. Там он монотонно отбарабанил текст, посвященный какому-то унылому аспекту своих микробиологических исследований, но ни словом не обмолвился о превращениях бактерий. К счастью, прорывное открытие Гриффита не прошло незамеченным.

Освальда Эвери также заинтересовали полисахаридные капсулы пневмококков. Он попытался повторить эксперимент Гриффита, чтобы выделить и охарактеризовать фактор, из-за которого R-клетки «трансформировались» в S-клетки. В 1944 году Эвери, Маклеод и Маккарти опубликовали результаты своей работы. В ходе тщательно спланированного дизайна исследования удалось однозначно продемонстрировать, что в основе бактериальных превращений лежит трансформация ДНК. При выращивании бактерий in vitro, а не в организме живых мышей оказалось гораздо проще идентифицировать химический состав фактора, преобразующего S-клетки, убитые нагреванием. Методично уничтожая один за другим различные химические компоненты S-клеток, убитых нагреванием, Освальд Эвери с коллегами пытались выяснить, блокируется ли трансформация при отсутствии того или иного компонента. Сначала они избавились от полисахаридной капсулы стрептококка S-бактерии. Трансформация не прекращалась, и, следовательно, дело было не в капсуле. Далее они применили смесь двух протеолитических ферментов – трипсина и химотрипсина, разложив с их помощью практически все белки, присутствовавшие в S-клетках. К их удивлению, и это не повлияло на трансформацию. Тогда они взялись за фермент РНКазу, разлагающую РНК (рибонуклеиновую кислоту). Это второй класс нуклеиновых кислот, похожих на ДНК, которые участвуют в синтезе белков. Трансформация опять происходила. Наконец они добрались до ДНК, обработав вытяжки S-бактерий ферментом, разрушающим ДНК. Здесь они «попали в яблочко». Оказалось, что ДНК и есть тот самый преобразующий фактор.

Итоговая статья Эвери, Маклеода и Маккарти, опубликованная в феврале 1944 года, имела все шансы произвести в науке эффект разорвавшейся бомбы и, как любое революционное открытие, вызвала смешанные отклики коллег. Большинство генетиков согласились с выводами Эвери, Маклеода и Маккарти. В конце концов, ДНК находится в каждой хромосоме – почему бы ей не быть носителем генетичекой информации? Большинство биохимиков, напротив, сомневались, что молекула ДНК обладает достаточной сложностью, чтобы в ней могли храниться такие колоссальные объемы биологической информации. Они по-прежнему полагали, что наследственность должна реализовываться через белки, также входящие в состав хромосом. В принципе, как верно отмечали биохимики, обширный корпус сложной информации было бы гораздо проще зашифровать, воспользовавшись «алфавитом» из двадцати аминокислот (входящих в состав белков), нежели четырехбуквенным «алфавитом» нуклеотидов, из которых состоит ДНК. Особенно едко высказывался против генетической природы ДНК коллега Эвери, работавший в том же самом Рокфеллеровском институте, – биохимик, специалист по белкам Альфред Мирски. Правда, к тому времени Эвери уже не занимался наукой. Рокфеллеровский институт вынудил его выйти на пенсию в возрасте 65 лет.

Увы, Освальд Эвери упустил не только возможность защищать свои разработки от нападок коллег; более того, он так и не удостоился Нобелевской премии, которую определенно заслужил за открытие возможностей ДНК. Поскольку Нобелевский комитет публикует свои протоколы спустя 50 лет после награждения, сегодня известно, что кандидатуру Эвери заблокировал шведский специалист по физической химии Эйнар Хаммарстен. Хотя Хаммарстен приобрел солидную репутацию в основном за то, что умел готовить беспрецедентно чистые препараты ДНК, он все равно был убежден, что гены – это белки, относящиеся к какому-то еще не известному ученым классу. Даже после открытия двойной спирали Хаммарстен упорствовал в отношении того, что Эвери не заслуживает Нобелевской премии, и продолжал настаивать на своем до тех пор, пока механизм трансформации ДНК не был детально описан. Освальд Эвери умер в 1955 году – проживи он еще несколько лет, и он определенно стал бы лауреатом Нобелевской премии.

Когда в 1947 году я прибыл в Университет Индианы, планируя писать диссертацию по генетике, в научных беседах то и дело упоминалась статья Эвери. К тому времен никто уже не сомневался в воспроизводимости его результатов, а более свежие работы, выполненные в Рокфеллеровском институте, оставляли все меньше оснований полагать, что превращения бактерий могут быть связаны с действием белков. Наконец-то ДНК превратилась в важную цель для химиков, стремившихся к новым прорывным открытиям. В Англии в Кембридже работал толковый шотландский химик Александер Тодд, попытавшийся идентифицировать химические связи, существующие между нуклеотидами в ДНК. К началу 1951 года результатами исследований, проведенных в лаборатории Тодда, удалось доказать, что эти связи всегда одинаковы и остов молекулы ДНК имеет очень правильную форму. В тот же период беженец из Австрии Эрвин Чаргафф, работавший в Колледже терапии и хирургии при Колумбийском университете, применил новый метод, бумажную хроматографию, чтобы измерить количественное соотношение четырех оснований ДНК в препаратах, взятых у различных позвоночных и бактерий.

В Индиане я присоединился к небольшой компании дальновидных ученых, в основном физиков и химиков, изучавших репродуктивные механизмы вирусов, атакующих бактерии (такие вирусы называются бактериофаги или коротко – фаги). «Группа Фейдж» сформировалась, когда мой научный руководитель врач Сальвадор Лурия, обучавшийся в Италии, и его близкий друг физик-теоретик Макс Дельбрюк, родившийся в Германии, объединились с американцем Альфредом Херши, специалистом по физической химии. В годы Второй мировой войны и Лурия, и Дельбрюк считались «гражданами враждебных государств», поэтому не допускались к участию в военных научных проектах, несмотря на то что Лурия, этнический еврей, был вынужден бежать из Франции в Нью-Йорк, а Дельбрюк покинул Германию, поскольку выступал против нацизма. Оказавшись изгоями, они тем не менее продолжали работать в своих университетских лабораториях – Лурия в Индиане, а Дельбрюк в Университете Вандербильта – и в течение нескольких лет регулярно выбирались летом в Колд-Спринг-Харбор, чтобы совместно поэкспериментировать над фагами. В 1943 году они заключили альянс с блистательным, но немногословным Херши, который в ту пору сам исследовал фаги у себя в Университете им. Вашингтона в Сент-Луисе.

Исследовательская программа группы «Фейдж» основывалась на предположении, что фаги, как и все вирусы, – это фактически «оголенные гены». Такую концепцию впервые предложил в 1922 году одаренный американский генетик Герман Дж. Меллер, который тремя годами ранее показал, что рентгеновские лучи вызывают мутации. Заслуженную Нобелевскую премию он получил в 1946 году, вскоре после того как поступил на работу в Университет Индианы. Именно ради встречи с ним я и приехал в Индиану. Герман Дж. Меллер, который начал научную карьеру под руководством Моргана, лучше кого бы то ни было представлял себе развитие генетики в первой половине XX века, поэтому я был просто очарован его лекциями в первом семестре. Однако его работа с плодовыми мушками (Drosophila) принадлежала скорее к прошлому, чем к будущему. Я недолго раздумывал над тем, стоит ли браться за такие исследования под его руководством, и в результате остановился на фагах Лурии, поскольку фаги размножаются гораздо быстрее дрозофил и поэтому они еще интереснее в качестве объекта для исследования. Результаты скрещивания фагов, проведенного сегодня, можно анализировать уже завтра.

Предлагая мне тему для диссертации, Лурия посоветовал следовать «по его стопам» и изучить, как фаговые частицы гибнут под действием рентгеновских лучей. Изначально я предполагал, что причиной смерти вирусов окажется повреждение ДНК. В итоге пришлось нехотя признать, что мой экспериментальный подход, увы, не дал однозначных результатов на химическом уровне. Я мог делать лишь биологические выводы. Хотя фаги, в сущности, состояли только из нуклеиновой кислоты и капсида, я понял, что более глубокие ответы на возникающие вопросы, которых доискивалась группа «Фейдж», можно получить лишь на уровне изучения сложных химических процессов. Каким-то образом ДНК должна была превзойти свой тогдашний «аббревиатурный» статус и открыться нам как молекулярная структура во всех химических подробностях.

Закончив работу над диссертацией, я не видел иной альтернативы, кроме как отправиться в лабораторию, где мог бы изучать химизм молекулы ДНК. К сожалению, в «чистой» химии я почти не разбирался. Я просто не справился бы с работой в любой лаборатории, где ставились сложные эксперименты по органической или физической химии. Так что осенью 1950 года на докторантскую стипендию я отправился в Копенгаген в лабораторию к биохимику Герману Калькару, который изучал синтез мелких белковых молекул, из которых состоит ДНК, но я быстро понял, что его биохимические методы никогда не помогут нам понять сущность гена. Каждый день, проведенный в его лаборатории, был, по сути, простоем на пути к ответу, как ДНК переносит генетическую информацию.

Тем не менее год, проведенный в Копенгагене, оказался плодотворным. Чтобы не зябнуть там холодной датской весной, в апреле и мае я отправился на зоологическую станцию в Неаполь. Когда шла последняя неделя моей жизни в Неаполе, я побывал на небольшой конференции, посвященной дифракции рентгеновских лучей – методу, позволяющему определять объемную структуру молекул на основе рассеяния рентгеновских лучей кристаллами (или молекулами жидкостей и газов), при котором из начального пучка лучей возникают вторичные отклоненные пучки той же длины волны, появившиеся в результате взаимодействия первичных рентгеновских лучей с электронами изучаемого вещества. Дифракция рентгеновских лучей позволяет изучить атомную структуру любой молекулы, которую можно кристаллизовать. Кристалл бомбардируется рентгеновскими лучами, они отражаются от атомов и рассеиваются. По величине угла рассеивания можно судить о структуре молекулы, но без базовых знаний о самой изучаемой молекуле одного этого метода было недостаточно, чтобы составить целостное представление об изучаемой структуре. Требуется дополнительная информация, так сказать, «детализация фазы», позволяющая судить о волновых свойствах молекулы. Решить проблему детализации было нелегко – в те годы лишь самые отчаянные ученые были готовы подступиться к ее решению, поскольку основные успехи дифракционного метода были достигнуты только на материале относительно простых молекул.

Морис Уилкинс в Кингс-Колледже, Лондон

Я почти ничего не ожидал от этой конференции. Думал, что представление о трехмерной структуре белка или, если уж на то пошло, молекулы ДНК удастся получить не ранее, чем через десятилетие. Первые фотографии ДНК при рентгеновском излучении были удручающими. Стало ясно, что ДНК – особенно крепкий орешек, секреты которого вряд ли удастся открыть таким методом. Результаты казались предсказуемыми, поскольку было ожидаемо, что конкретные последовательности нуклеотидов в ДНК отличаются от молекулы к молекуле. Из-за этого поверхностная конфигурация разных молекул ДНК должна была различаться, что по понятным причинам не позволяло бы длинным и тонким цепочкам ДНК укладываться бок о бок ровным слоем и образовывать правильные узоры, необходимые для успешного анализа методом рентгеновской дифракции.

С учетом вышеперечисленных обстоятельств заключительное выступление о ДНК, сделанное тридцатичетырехлетним англичанином по имени Морис Уилкинс с биологического факультета Кингс-Колледжа в Лондоне, стало для меня удивительно приятным сюрпризом. Уилкинс был физиком, во время войны работал в Манхэттенском проекте. Для него, как и для многих других ученых – участников этой программы, факт атомной бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, по сути, кульминация их работы, привел к полному краху иллюзий. Морис Уилкинс подумывал вообще бросить науку и стать живописцем в Париже, но заинтересовался биологией. Он также читал книгу Шрёдингера и попробовал прозондировать ДНК при помощи методов рентгеновской дифракции.

Пока я продолжал брать то один, то другой ложный след, дома, в Америке, величайший в мире химик Лайнус Полинг, работавший в Калифорнийском технологическом институте, объявил о большом триумфе: он обнаружил, в какой именно последовательности располагаются цепочки аминокислот (так называемые полипептиды) в белках. Эту структуру он назвал α-спираль (альфа-спираль). Никого не удивляло, что такой прорыв совершил именно Полинг: ведь среди ученых он был звездой первой величины. Его книга «Природа химических связей» фактически заложила основы современной химии, а для химиков тех времен была настоящей библией. Полинг рос вундеркиндом: когда ему было девять, его отец-аптекарь писал в газету Oregonian («Орегонец»), какие публикации были бы интересны его начитанному сыну, отмечая, что тот уже прочел Библию и книгу «О происхождении видов» Дарвина. Однако отец Полинга рано умер, оставив семью в бедственном положении, поэтому весьма примечательно, что перспективный юноша смог вообще получить образование.

Вернувшись в Копенгаген, я прочел об α-спирали, открытой Полингом. К моему удивлению, его модель оказалась не дедуктивной экстраполяцией на основе экспериментов с рентгеновской дифракцией. Напротив, Полинг наработал большой опыт в сфере анализа химических структур и, опираясь на этот опыт, попытался описать, какую форму должна иметь спиралевидная укладка полипептидной цепи с учетом базовых химических характеристик молекулы. Полинг по-разному складывал масштабные модели различных частей белковой молекулы, прорабатывая вероятные трехмерные варианты расположения. Как только он сократил проблему до трехмерного пазла – получилось просто и одновременно блестяще.

Теперь оставалось выяснить, насколько α-спираль реалистична – при том что в красоте ей было не отказать. Ответ я нашел уже через неделю. Англичанин Лоуренс Брэгг, изобретатель рентгеновской кристаллографии и лауреат Нобелевской премии по физике 1915 года, приехал в Копенгаген и с воодушевлением сообщил, что его младший коллега, химик австрийского происхождения Макс Перуц, хитроумно использовав синтетические полипептиды, смог подтвердить, что предложенная Полингом форма в виде α-спирали действительно реальна. Для сотрудников Брэгга из Кавендишской лаборатории это был триумф с нотками горечи, поскольку годом ранее они, образно выражаясь, «не попали в цель», опубликовав статью, в которой описывали возможные варианты спиралевидной свертки полипептидных цепей.

Лоуренс Брэгг (слева) рядом с Лайнусом Полингом, который держит модель α-спирали

К тому моменту Сальвадор Лурия уже предварительно договорился, чтобы мне выделили вакансию исследователя в Кавендишской лаборатории. Она находится в Кембридже и является самой знаменитой лабораторией во всей истории науки. Именно здесь Эрнест Резерфорд впервые описал строение атома. Теперь здесь хозяйничал Брэгг, а мне предстояло поступить в обучение к английскому химику Джону Кендрю, который пытался построить трехмерную структуру белка миоглобина. Сальвадор Лурия посоветовал мне как можно скорее появиться в Кавендишской лаборатории. Кендрю был в США, поэтому принять меня в лаборатории должен был Перуц. Ранее Кендрю и Перуц совместно организовали в Кембридже «Лабораторию молекулярной биологии» по изучению структуры биологических систем.

Когда через месяц мы встретились с Перуцем в Кембридже, он заверил меня, что я быстро и без труда смогу освоить теоретический минимум по методам рентгеновской дифракции и легко впишусь в коллектив, уже работающий в этом направлении. К моему облегчению, он не стал отметать мое биологическое образование, равно как и Лоуренс Брэгг, который наведался к нам из своего кабинета, чтобы на меня посмотреть.

Когда я в начале октября вернулся в Кембриджскую лабораторию молекулярной биологии, мне было двадцать три года. Оказалось, что кабинет биохимии мы будем занимать вместе с бывшим физиком Френсисом Криком, которому было тридцать пять. В войну он занимался разработкой магнитных мин для Военно-морского флота. По окончании войны Крик планировал продолжить исследования в области оборонных исследований, но, прочитав книгу Шрёдингера «Что такое жизнь?», сосредоточился на биологии. Теперь он работал в Кавендишской обсерватории и готовил диссертацию, посвященную трехмерной структуре белковых молекул.

Крик при решении проблемы всегда пытался изучить все до тонкостей. В детстве он доводил родителей до изнурения бесконечными вопросами, и они купили ему детскую энциклопедию, надеясь таким образом удовлетворить его любопытство. Но ему от этого стало лишь тревожнее: как-то раз он поделился со своей мамой опасениями, что, пока он вырастет, все уже будет открыто и ему не останется никакой работы в науке. Мама заверила его (и, как оказалось, не ошиблась), что пара интересных открытий на его долю обязательно выпадет.

Френсис Крик с кавендишской рентгеновской трубкой

Крик был словоохотлив и неизменно становился душой любой компании. Его раскатистый смех то и дело сотрясал коридоры Кавендишской лаборатории. Будучи штатным теоретиком в Лаборатории молекулярной биологии, он обычно выдавал блестящую идею не реже раза в месяц и любил подробно объяснять свою свежую идею всем, кто был готов его слушать. В то утро, когда мы познакомились, он просто просиял, узнав, что я приехал в Кембридж с намерением как следует изучить кристаллографию и взяться за изучение структуры ДНК. Вскоре я поинтересовался у Крика, как он смотрит на то, чтобы попытаться воспроизвести эту структуру в духе полинговского моделирования. Придется ли еще много лет заниматься дифракцией, пока эти эксперименты перейдут из теоретической плоскости в практическую? Чтобы мы поскорее набрали темп изучения структуры ДНК, Крик подключил к делу Мориса Уилкинса, с которым дружил еще с военных лет. Он пригласил Уилкинса заглянуть к нам из Лондона на воскресный ланч. Тогда мы и смогли узнать, каких успехов Уилкинс добился уже после лекции в Неаполе.

Уилкинс сказал, что ДНК, на его взгляд, напоминает по форме спираль, состоящую из нескольких цепочек связанных между собой нуклеотидов, закрученных одна вокруг другой. Оставалось выяснить, сколько же этих цепочек. На тот момент Уилкинс полагал, что их три, опираясь на собственноручно полученные данные о плотности молекулы ДНК. Он набрался смелости и сам приступил к моделированию, но вскоре столкнулся с серьезной преградой в лице новой сотрудницы биофизического отделения Кингс-Колледжа Розалинд Франклин.

Розалинд Франклин исполнился тридцать один год; она получила в Кембридже диплом по физической химии. Франклин была патологически профессиональной исследовательницей. Когда ей исполнилось двадцать девять, она попросила на день рождения лишь подписку на отраслевой журнал, посвященный сфере ее научных интересов: Acta Crystallographica. Взвешенная и щепетильная, она терпеть не могла тех, кто такими качествами не обладал. Кроме того, она бросалась резкими характеристиками – так, однажды назвала своего научного руководителя Рональда Норриша, будущего нобелевского лауреата, «тупым, узколобым, вероломным, невоспитанным тираном». Вне лаборатории она была завзятой и энергичной альпинисткой, сама происходила из высших кругов лондонского общества и принадлежала к более элитарному социуму, нежели большинство ученых. По окончании тяжелого рабочего дня она могла непринужденно сменить лабораторный халат на элегантный вечерний туалет и исчезнуть в ночи.

Не успела Франклин вернуться с четырехлетней стажировки из Парижа, где занималась исследованием графита методами рентгеновской кристаллографии, как сразу была назначена в проект по изучению ДНК, в то время Уилкинс некоторое время отсутствовал в Кингс-Колледже. Время показало, к великому сожалению, несовместимость этой пары. Франклин была прямолинейна и придирчиво относилась к фактам, а Уилкинс – сдержан и склонен к теоретизированию. Команды из них не вышло. Незадолго до того, как Уилкинс принял наше приглашение на ланч, они с Розалинд сильно повздорили. Она настаивала, что ни о каком моделировании ДНК и речи быть не может, пока он не соберет более подробной информации методом дифракционного анализа. На тот момент они фактически не общались, и Уилкинс мог узнать о ее достижениях только на лабораторном семинаре, который она назначила на начало ноября. Стало очевидно, что если мы с Криком хотели бы ее послушать, то должны были прибыть туда как гости Уилкинса.

Крик не смог выбраться на этот семинар, поэтому я поехал туда один, а затем вкратце изложил Крику, на мой взгляд, ключевые выводы о кристаллической структуре ДНК. В частности, я по памяти описал результаты Франклин, касавшиеся кристаллографической повторяемости и содержания молекул воды. Поэтому Крик попробовал вычертить на бумаге спиралевидные сети, объясняя, что новая «спиральная» рентгеновская теория, которую он разработал совместно с Биллом Кокрейном и Владимиром Вандом, позволит даже мне, когда-то увлекавшемуся наблюдением за птицами, правильно прогнозировать «дифракционные узоры», соответствующие тем молекулярным моделям, которые мы вскоре станем собирать в Кавендишской лаборатории.

Розалинд Франклин на одной из каникулярных вылазок в горы, которыми она очень увлекалась

Когда мы вернулись в Кембридж, я сделал заказ в кавендишской механической мастерской на изготовление моделей атомов фосфора, нужных нам для сборки азотистых оснований и фосфатных групп остова ДНК. Получив эти модели, мы стали пробовать разные варианты того, как такие цепи могут обвиваться одна вокруг другой в центре молекулы ДНК. Правильная повторяющаяся атомная структура должна была гарантировать, что атомы образуют согласованный регулярный рельеф молекулы. По подсказке Уилкинса мы сосредоточились на моделях, состоящих из трех цепей. Когда одна из них показалась довольно правдоподобной, Крик позвонил Уилкинсу и объявил, что мы, кажется, построили модель, которая может соответствовать структуре ДНК.

На следующий день Уилкинс и Франклин явились посмотреть на результаты наших трудов. Опасаясь конкуренции с нашей стороны, они ненадолго объединились ради общей цели. Франклин не стала размениваться на придирки к нашей базовой концепции. Помню только, она отметила, что вода в кристаллической структуре ДНК практически отсутствует, хотя на самом деле все оказалось в точности наоборот. Я был не слишком подкован в кристаллографии, поэтому перепутал термины «элементарная ячейка» и «независимая область». В действительности кристаллическая ДНК богата водой. Следовательно, сказала Франклин, остов должен располагаться с внешней стороны молекулы, а не в центре нее, хотя бы с учетом того, сколько молекул воды она наблюдала в своих кристаллах.

Этот злосчастный ноябрьский день повлек за собой целый шлейф последствий. Франклин лишь уверилась в своем нежелании заниматься моделированием. Она собиралась продолжать эксперименты, а не играть в конструктор. Хуже того, сэр Лоуренс Брэгг передал нам с Криком, чтобы мы воздержались от всяких попыток собрать модель ДНК. Впоследствии было предписано передать все исследования ДНК в лабораторию Кингс-Колледжа, а в Кембриджской лаборатории сосредоточиться сугубо на работе с белками. Не было смысла в такой конкуренции между двумя подразделениями, финансируемыми Лабораторией молекулярной биологии. Поскольку у нас с Криком не осталось блестящих идей, мы нехотя отступили, по крайней мере на время.

Был не лучший момент, чтобы перебираться в научные дисциплины, смежные с исследованием ДНК. Полинг написал Уилкинсу и попросил у того копию узора кристаллографической дифракции ДНК. Пусть Уилкинс и отказал, сославшись на то, что ему требуется дополнительное время, чтобы самому проанализировать полученные данные, Полинг отнюдь не был обязан, сложа руки, ждать информации из Кингс-Колледжа. При желании он мог и сам приступить к серьезным исследованиям рентгеновской дифракции в Калифорнийском технологическом институте.

Следующей весной я послушно отложил занятия ДНК и принялся за доработку довоенных исследований, посвященных вирусу палочковидной табачной мозаики, вооружившись новым мощным кавендишским генератором рентгеновских лучей. Это была несложная экспериментальная работа, оставлявшая мне массу времени для библиографических поисков в разнообразных кембриджских библиотеках. Так, в зоологическом корпусе я прочел статью Эрвина Чаргаффа, в которой тот описывал свое открытие. Оказалось, что основания аденин и тимин содержатся в ДНК в приблизительно равных объемах и гуанин и цитозин – тоже в приблизительно равных. Крик, узнав об этих соотношениях «1:1», заинтересовался, а могут ли адениновые остатки при репликации ДНК быть комплементарны тимину, и, наоборот, может ли аналогичное сродство существовать между гуанином и цитозином. В таком случае последовательности оснований из «исходных» цепочек (например, А-Т-Г-Ц) должны быть комплементарны последовательностям «конечных» последовательностей (в данном случае Т-А-Ц-Г).

Эти мысли так бы и оставались только теоретическими умозаключениями, если бы Эрвин Чаргафф не заглянул в Кембридж летом 1952 года, направляясь на Международный биохимический конгресс в Париж. Чаргафф расстроился, что ни я, ни Крик даже не пытались определить химический состав этих четырех оснований. Он еще более разочаровался, когда мы сказали, что ведь можно просто проверить их состав по справочнику, если возникнет подобная необходимость. Нам оставалось только надеяться, что данные Чаргаффа окажутся нерелевантны. Однако Крик всерьез собрался поставить несколько экспериментов и поискать молекулярные «сэндвич-структуры», которые могли бы образовываться при смешивании в растворе аденина и тимина (либо, напротив, гуанина и цитозина). Но эти эксперименты не дали результатов.

Полинг, как и Чаргафф, также присутствовал на Международном биохимическом конгрессе, где главной новостью стали последние результаты, полученные группой «Фейдж». Альфред Херши и Марта Чейз из Колд-Спринг-Харбора как раз подтвердили описанный Эвери принцип трансформации: да, наследственная информация передается именно через ДНК! Херши и Чейз доказали, что, как только ДНК бактериофага попадает в бактериальные клетки, белковая оболочка остается снаружи. Стало совершенно очевидно: чтобы докопаться до сущности генов, необходимо понять ДНК на молекулярном уровне. Теперь, когда результаты Херши и Чейз превратились в тему для всеобщего обсуждения, я не сомневался, что Полинг употребит свой интеллект титана науки и мудрость химика на решение проблемы ДНК.

В начале 1953 года Полинг действительно опубликовал статью с описанием структуры ДНК. Прочитав ее взахлеб, я обнаружил, что он предлагает модель из трех молекулярных цепочек с сахарофосфатными остовами, образующими плотное ядро. На первый взгляд, эта модель походила на ту модель, которую мы буквально сотворили «на коленке» и предложили пятнадцатью месяцами ранее. Однако в модели Полинга для стабилизации отрицательно заряженных участков не использовались положительно заряженные атомы, например ионы Mg2+, а было предложено нетривиальное решение: он предположил, что фосфаты удерживаются вместе благодаря водородным связям. Однако мне, биологу, казалось, что такие водородные связи могли существовать лишь в условиях исключительной кислотности, которая никогда не наблюдалась в живых клетках. Я опрометью ринулся в химическую лабораторию Александера Тодда и убедился: да, произошло невозможное. Известнейший, а может, и величайший химик в мире напутал с химией. Фактически Полинг вышиб из ДНК букву «К». Мы исследовали дезоксирибонуклеиновую кислоту, но предложенная Полингом формула даже не была кислотной.

Я прихватил рукопись и поспешил в Лондон, чтобы сообщить Уилкинсу и Франклин, что мы по-прежнему в игре. Франклин была уверена, что ДНК никакая не спираль, и не захотела даже читать статью и забивать себе голову идеями Полинга, несмотря на то что я изложил ей весомые аргументы Крика в пользу спиральности ДНК. А вот Уилкинс живо заинтересовался новостями, которые я привез; теперь он был как никогда уверен в том, что ДНК именно спираль. В качестве подтверждения он показал мне фотоснимок, сделанный более полугода назад аспирантом Франклин по имени Раймонд Гослинг, который облучал рентгеном так называемую В-форму ДНК. Франклин просто отложила в сторону этот снимок, который впоследствии стал известен под названием «Фото 51», и предпочла вплотную исследовать A-форму, которая, на ее взгляд, могла дать больше полезной информации. B-форма в рентгеновских лучах имела отчетливую крестовидную форму. Поскольку Крик и другие исследователи уже определили, что такой рисунок будет давать именно спиралевидная структура, это стало весомым доказательством в пользу того, что ДНК просто обязана быть спиралью! На самом деле, несмотря на сомнения Франклин, никакого сюрприза здесь не крылось. По законам геометрии спираль представлялась наиболее логичным вариантом укладки длинной нити из повторяющихся элементов, таких как нуклеотиды ДНК. Однако мы все еще не знали, как выглядит эта спираль и сколько в ней цепочек.

Настало время вернуться к сборке спиралевидных молекул ДНК. Полинг рано или поздно все равно бы убедился, что ошибся с формой молекулы. Я убеждал Уилкинса не терять времени. Однако он хотел дождаться, пока Франклин вернется из отъезда. Той весной у нее была плановая командировка в другую лабораторию. Она решила продолжать работу там, поскольку в Кингс-Колледже она чувствовала себя некомфортно. Перед отъездом она получила распоряжение приостановить исследования ДНК и уже успела передать Уилкинсу многие из своих дифракционных снимков.

Снимки A- и B-форм ДНК, сделанные в рентгеновском диапазоне соответственно Уилкинсом (слева) и Франклин (справа). Различия в молекулярной структуре обусловлены разным содержанием воды в первой и во второй формах молекулы ДНК

Когда я вернулся в Кембридж и сообщил сенсационные новости о B-форме ДНК, Брэгг уже не видел никаких причин запрещать нам с Криком исследовать эту молекулу. Поэтому мы вернулись к сборке моделей и поиску того, как могут складываться в спираль базовые компоненты ДНК – остов молекулы и четыре разных основания: аденин, тимин, гуанин и цитозин. Я заказал в кавендишской мастерской набор оловянных моделей этих оснований, но мастера не успели изготовить их достаточно быстро; пришлось довольствоваться грубыми вырезками из плотного картона.

К тому моменту я осознал, что результаты измерения плотности ДНК свидетельствуют в пользу двух, а не трех цепочек. Поэтому решил рассмотреть правдоподобные варианты двойных спиралей. Мне как биологу было логичнее представить, что генетическая молекула должна состоять из двух, а не из трех частей. В конце концов, число хромосом (как и клеток) при делении удваивается, а не утраивается.

Я знал об ошибочности нашей предыдущей модели, где остов располагался внутри, а основания торчали от него в стороны. Данные от химиков из Ноттингемского университета, которые я так долго игнорировал, показывали, что основания должны быть сцеплены водородными связями. Они могли складываться на основе таких связей в стройную структуру, соответствующую данным рентгеновской дифракции, лишь если бы находились в центре молекулы. Однако как в таком случае они могли быть парными? На протяжении двух недель я находился в тупике из-за ошибки в учебнике по химии. К счастью, 27 февраля в Кавендишскую лабораторию заехал Джерри Донохью, химик-теоретик из Калифорнийского технологического института. Он и указал мне на ошибку в учебнике. Так что я поменял положения атомов водорода на картонных моделях молекул.

Химический остов ДНК

На следующее утро, 28 февраля, все ключевые компоненты модели ДНК наконец встали на свои места. Две цепочки удерживались вместе благодаря крепким водородным связям между парами оснований аденин – тимин и гуанин – цитозин. Подтвердились выводы, которые сделал Крик еще год назад на основании результатов исследований Чаргаффа. Аденин действительно связывается с тимином, а гуанин – с цитозином, но не плоскими гранями, как булочки в молекулярном «сэндвиче». Прибыл Крик, все это быстро осмыслил и одобрил мою схему парных оснований. Он сразу понял, что в таком случае возникает двойная спираль, нити которой идут в противоположных направлениях.

Это был знаковый момент. Мы чувствовали, что это оно, то самое открытие. Нечто столь простое и красивое должно было оказаться верным. Нас особенно потрясло, как основания из двух цепочек дополняют друг друга. Если знать последовательность, то есть порядок оснований, в одной цепи, то сразу открывается и последовательность оснований в другой цепи. Сразу становилось ясно, что именно эта структура обеспечивает такую точность при репликации хромосом перед делением клеток. Молекула «расстегивается» на две самостоятельные спирали. Каждая одиночная спираль служит своеобразным шаблоном для сборки второй спирали, из одной двойной спирали получаются две.

В книге «Что такое жизнь?» Шрёдингер предположил, что язык, на котором написана жизнь, может напоминать азбуку Морзе, состоящую из точек и тире. Он был почти прав. Код ДНК состоит из линейных последовательностей А, Т, Г и Ц. Точно так же, как при копировании книжной страницы вручную может возникнуть странная опечатка, так и при копировании всех этих А, Т, Г и Ц по всей длине хромосомы изредка вкрадываются ошибки. Это и есть мутации, о которых генетики рассуждали уже почти полвека. Заменим «о» на «ы» – и «дом» превратится в «дым». Заменим «Т» на «Ц» – и основание АТГ в ДНК превратится в АЦГ.

Двойная спираль была логична как с химической, так и с биологической точки зрения. Теперь можно было забыть о шрёдингеровской гипотезе по поводу иных законов физики, которые могли бы понадобиться, чтобы понять, как копируется наследственный генетический код. Гены укладывались в обычную химию. Позднее в тот же день мы обедали в пабе «Игл», буквально примыкающем к Кавендишской лаборатории, и Крик, у которого рот не закрывался, все-таки не удержался и объявил во всеуслышание, что мы открыли «тайну жизни». Меня эта мысль волновала не меньше, но я бы предпочел подождать, пока мы сделаем красивую трехмерную модель и сможем с нею покрасоваться.

Наше озарение, благодаря которому все сложилось: пары оснований комплементарны

Основания и остов на месте: получается двойная спираль. А. Схематичное изображение пар оснований, связывающих нити двойной спирали. B. Масштабная пространственная модель, демонстрирующая атомный состав молекулы

Одним из первых, кто услышал о нашей модели, был Майкл, сын Френсиса Уотсона. Майклу тогда было двенадцать, и он учился в школе-пансионе. Френсис написал Майклу семистраничное письмо о «важнейшем открытии», приложив к нему весьма качественный набросок двойной спирали. Он описал структуру ДНК как «длинную цепочку, из которой торчат пластинки», и предложил Майклу взглянуть на эту модель, когда тот в следующий раз приедет домой. Подписал весточку «сильно-сильно люблю тебя. Папа». (Майкл поступил достойно: он много лет хранил это письмо, а в 2013 году продал с аукциона за рекордную сумму 5,3 миллиона долларов, и половину этой суммы Майкл пожертвовал Институту Солка, где Френсис, скончавшийся в 2004 году, спокойно провел последние годы.)

Среди первых, кому мы показали нашу демонстрационную модель двойной спирали, был химик Александер Тодд. Он одновременно удивился и обрадовался, что ген устроен так просто. Правда, впоследствии он, должно быть, задумывался, почему в его лаборатории, где был определен общий химический состав ДНК, никто даже не попытался построить трехмерную модель укладки цепочек ДНК. Нет, суть молекулы довелось открыть двум парням, биологу и физику, и оба они не владели химией даже на университетском уровне. Однако, как ни парадоксально, отчасти именно этим и объясняется наш успех: мы с Криком первыми докопались до структуры двойной спирали, поскольку большинство химиков считали молекулу ДНК слишком крупной, чтобы подступиться к ней на уровне химического анализа.

За пять недель до того, как модель двойной спирали была опубликована в журнале Nature, Крик признался в нашем открытии своему сыну Майклу в рукописном письме (вы видите отрывки из него). В 2013 году письмо было продано с аукциона за рекордные 5,3 миллиона долларов

В то же время те двое химиков, которые пытались вообразить трехмерную структуру ДНК, допустили крупные тактические ошибки. Розалинд Франклин упрямо не хотела собирать объемные модели, а Лайнус Полинг просто не потрудился почитать имевшуюся литературу по ДНК, в частности данные о составе оснований, опубликованные Чаргаффом. По иронии судьбы, Полинг и Чаргафф отправились через Атлантику на Парижский биохимический конгресс 1952 года на одном и том же корабле, но так и не наладили контакт друг с другом. Полинг привык к тому, что он всегда прав. Считал, что нет такой химической задачи, которую он не смог бы самостоятельно решить, исходя из чисто теоретических принципов. В обычной ситуации такая уверенность была уместна. Во время холодной войны он проявил себя как авторитетный критик американской ядерной программы, и после одной из лекций его даже допросили сотрудники ФБР. Их интересовало, откуда он знает, сколько плутония в атомной бомбе. Полинг ответил: «Никто мне не рассказывал. Сам определил».

В течение нескольких следующих месяцев Крик и я, хотя и в меньшей степени, с упоением хвастались нашей моделью перед любопытными учеными, которые шли к нам сплошным потоком. Однако биохимики из Кембриджа даже не предложили нам выступить с официальной лекцией в биохимическом корпусе. Нас даже прозвали «WC» – подкалывали, ведь такой аббревиатурой в английском языке обозначается туалет. Их раздражало, что мы открыли двойную спираль без всяких экспериментов.

Мы послали рукопись в журнал Nature в начале апреля, но статью опубликовали лишь три недели спустя, 25 апреля 1953 года. Одновременно с нашей работой были опубликованы две более объемные статьи – от Франклин и Уилкинса; обе они в общих чертах подкрепляли нашу модель. Лишь показав им нашу рукопись, мы осознали, что примерно двумя неделями ранее Розалинд принялась пристально исследовать B-форму ДНК и практически сразу пришла к выводу, что эта молекула имеет форму двойной спирали. Но она не догадалась, что такая спираль скреплена парами оснований А – Т и Г – Ц.

В июне я впервые презентовал нашу модель в Колд-Спринг-Харборе на семинаре по вирусологии. Макс Дельбрюк похлопотал, чтобы меня пригласили выступить там. Но позвали в последний момент. Я принес на это крайне интеллектуальное мероприятие объемную модель, собранную в Кавендишской лаборатории. Пары аденин – тимин были красными, а гуанин – цитозин – зелеными.

Коротко и ясно: статья из журнала Nature с анонсом нашего открытия. Той же проблеме были посвящены две более объемные статьи – Розалинд Франклин и Мориса Уилкинса

Расплетаю двойную спираль: моя лекция в лаборатории Колд-Спринг-Харбор, июнь 1953

В аудитории присутствовал Сеймур Бензер, бывший физик, который развивал идеи из книги Шрёдингера. Он сразу же понял всю важность нашего исследования для изучения мутаций у вирусов. Он осознал, что теперь с коротким фрагментом ДНК бактериофага можно сделать то же самое, что ученики Моргана пятьюдесятью годами ранее проделывали с хромосомами дрозофил. Он собирался картировать мутации, то есть определять их последовательность, в рамках гена, так же как первые исследователи плодовых мушек картировали порядок генов в пределах хромосомы. Сеймур Бензер, как и Морган, считал, что каждый новый генетический набор должен образовываться путем рекомбинации. Однако если Морган в своей работе мог опираться на готовый механизм рекомбинации, отвечающий за образование половых клеток у дрозофилы, то Бензеру приходилось запускать рекомбинацию путем введения в бактерию, выступающую в роли клетки хозяина, двух разных бактериофагов, которые бы различались одной или более мутациями в исследуемом фрагменте ДНК. Внутри бактериальной клетки иногда могла происходить рекомбинация – обмен фрагментами молекул – между двумя разными вирусными ДНК. В результате возникали новые наборы мутаций, так называемые рекомбинанты. Всего за один год ошеломительно плодотворной работы в своей лаборатории в Университете Пердью Сеймур Бензер составил карту одного бактериального гена, rII, продемонстрировав, что в вирусной ДНК одна за другой упорядочиваются последовательные мутации, каждая из которых – очередная ошибка в генетическом сценарии. Этот язык оказался простым и линейным, все равно что строка текста на странице.

Репликация ДНК: двойная спираль расстегивается, как молния, и обе нити копируются

Венгерский физик Лео Сцилард отреагировал на мою лекцию о ДНК, прочитанную в Колд-Спринг-Харборе, не столь академично. Он поинтересовался: «Вы можете это запатентовать?» Некоторое время основным источником доходов Сциларда был полученный совместно с Эйнштейном патент, который Сцилард впоследствии безуспешно пытался повторно заявить вместе с Энрико Ферми, – речь шла о ядерном реакторе, который они совместно сконструировали в 1942 году в Университете Чикаго. Однако как тогда, как и сейчас патенты выдавались лишь на те изобретения, которые имели практическую пользу, а в те времена никто не мог даже помыслить, каким образом можно было бы практически применять ДНК.

Однако в головоломке двойной спирали оставался еще один незавершенный фрагмент: нашу версию о том, что ДНК при репликации расстегивается, как молния, предстояло проверить экспериментально. Например, Максу Дельбрюку версия казалась неубедительной. Сама модель двойной спирали ему нравилась, но он опасался, что при расстегивании по принципу молнии она может спутываться в ужасные узлы. Пять лет спустя эти опасения были развеяны после публикации работы Мэтта Мезельсона, бывшего ученика Лайнуса Полинга, и Франка Шталя, молодого перспективного сотрудника группы «Фейдж». Они опубликовали результаты одного очень красивого эксперимента.

Эксперимент Мезельсона – Шталя

Мэтт Мезельсон и Франк Шталь познакомились летом 1954 года в Лаборатории морской биологии в Вудс Холле, штат Массачусетс, где я в ту пору читал лекции, и – после изрядного количества джина с мартини – условились, что им следует вместе заняться наукой. Результат их сотрудничества был охарактеризован как «самый красивый биологический эксперимент».

Они воспользовались методом центрифугирования и смогли отсортировать молекулы по весу, хотя разница и была минимальной. Благодаря вращению центрифуги сравнительно тяжелые молекулы скапливались на дне пробирки, а более легкие – над ними. Поскольку в состав ДНК входят атомы азота (N) и поскольку есть два изотопа азота – один тяжелее, другой легче, – Мезельсон и Шталь смогли пометить сегменты ДНК и таким образом отследить процесс их репликации у бактерий. Исходно все бактерии выращивались в среде, содержащей тяжелый азот, и, таким образом, его атомы встраивались в обе нити ДНК. Ученые взяли образец этой культуры, перенесли его в среду, содержащую только легкие атомы азота, и при репликации в ДНК стал попадать только легкий азот. Если мы с Криком были правы относительно того, что ДНК при репликации расстегивается, как молния, и обе нити копируются, то две образующиеся в результате «дочерние» молекулы ДНК должны бы были получиться гибридными. В каждой была бы одна нить с тяжелыми атомами азота, послужившая шаблоном и взятая из исходной молекулы, и одна нить с легким азотом (собранная уже в новой среде). Центрифугирование, проведенное Мезельсоном и Шталем, дало именно такой результат. В цен-трифужных пробирках они обнаружили три четких слоя ДНК. Молекулы с сочетанием тяжелых и легких атомов азота расположились посередине; над ними были молекулы только с легким азотом, а под ними – только с тяжелым. Репликация ДНК происходила именно так, как описано в нашей модели.

Примерно в то же время биохимический механизм репликации ДНК анализировали в лаборатории Артура Корнберга в Университете им. Дж. Вашингтона в Сент-Луисе. Разработав новую, «внеклеточную» систему синтеза ДНК, Корнберг открыл особый фермент – ДНК-полимеразу, – скрепляющий элементы ДНК и обеспечивающий образование химических связей в остове ДНК. Выполненный Корнбергом синтез ДНК с использованием фермента ДНК-полимеразы оказался столь неожиданным и важным событием, что уже в 1959 году, менее чем через два года после ключевых экспериментов, Корнберг был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине. После объявления о том, что Корнберг стал лауреатом этой премии, он сфотографировался с копией той модели двойной спирали, которую я возил в Колд-Спринг-Харбор в 1953 году.

Артур Корнберг на момент присуждения ему Нобелевской премии

Мэтт Мезельсон с ультрацентрифугой – аппаратом, в котором был проведен «самый красивый биологический эксперимент»

Вошла в роль: Николь Кидман снискала восторженные отзывы за роль Розалинд Франклин в театральной постановке «Фотография 51» компании Уэст-Энд (2015) по одноименной пьесе Анны Циглер (Anna Ziegler). Здесь Кидман рассматривает красивое рентгенографическое изображение, в честь которого и названа пьеса

Лишь в 1962 году Френсис Крик, Морис Уилкинс и я сам получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Розалинд Франклин четырьмя годами ранее безвременно скончалась от рака яичников – ей было всего тридцать семь лет. Незадолго до того они с Криком хорошо сработались и стали настоящими друзьями. После двух онкологических операций, которые так и не остановили рост раковой опухоли, Франклин любила прогуливаться в Кембридже с Криком и его женой Одиль.

В Нобелевском комитете существовало и продолжает соблюдаться строгое правило: никогда не делить одну премию более чем натрое. Если бы Франклин выжила, то возникла бы дилемма, кому присудить часть премии: ей или Морису Уилкинсу. Шведы могли бы решить эту проблему, удостоив в тот год их обоих Нобелевской премии по химии. Однако в данном случае эту премию по химии получили Макс Перуц и Джон Кендрю, выяснившие соответственно объемные структуры гемоглобина и миоглобина.

Меня много критиковали за то, как я охарактеризовал Розалинд Франклин в моей опубликованной в 1968 году книге «Двойная спираль», повествующей о событиях того времени. Хотя Розалинд долгое время отказывалась признавать, что ДНК – это двойная спираль, благодаря ее работе мы получили абсолютно незаменимые научные данные. К счастью, в настоящее время ее заслуги оценены по достоинству, в том числе и с моей стороны, в послесловии к книге «Двойная спираль». Бренда Мэддокс написала о ней душевную биографическую книгу «Розалинд Франклин: темная леди ДНК». Не менее талантливо образ Розалинд воссоздала Николь Кидман, завораживающе сыгравшая ее в пьесе «Фотография 51» (компания Уэст-Энд, 2015). Так называлась одна из фотографий B-формы ДНК, полученных методом рентгеновской дифракции, которые сделал Раймонд Гослинг, аспирант Розалинд (о нем я рассказывал на с. 62). Этот снимок позволял предположить, что молекула имеет спиралевидную форму. Розалинд отложила этот снимок в сторону в мае 1952 года, а Морис Уилкинс показал мне его только в январе 1953 года. Честно говоря, ей он в этом так не признался. Вообще-то вся эта история с ДНК развивалась в духе «рыцарей плаща и кинжала».

Открытие двойной спирали стало последним гвоздем, забитым в гроб витализма. Серьезные ученые, даже разделявшие религиозные взгляды, осознали, что для полного понимания жизни не потребуется открывать никаких новых законов природы. Жизнь оказалась просто делом физики и химии, хотя и совершенно филигранно организованных. Теперь перед нами стояла следующая задача: понять, как реализуется на практике заложенный в ДНК «генетический код». Как молекулярные клеточные механизмы считывают информацию из молекул ДНК? В следующей главе будет рассказано, сколь неожиданно сложным оказался такой механизм считывания и какие удивительные подсказки о возникновении самой жизни он нам преподнес.