а затем попытался осмыслить то, что они обнаружили. Во-первых, Дж. К. Трелфолл разработал особенно бережный метод извлечения чистой ДНК из тимуса теленка. Обнаруженные им молекулы ДНК были больше, чем сообщалось ранее, это позволяло предположить, что они ближе к «нативной» форме молекулы в живом ядре. Расчетная молекулярная масса составляла около трех миллионов, а длина молекулы более чем в 700 раз превышала ее ширину.
Во-вторых, Х. Ф. У. Тейлор подверг ДНК воздействию кислот и щелочей. Другие, включая Мишера, делали это уже давно, но Тейлор использовал высокоточный метод (электрометрическое титрование) при большем диапазоне кислотности, чем когда бы то ни было ранее, от pH = 2 (достаточная кислотность для растворения железа) до pH = 14 (средство для очистки труб). Были выявлены признаки того, что ДНК удерживается до этих пор. По-видимому, две отдельные популяции химических соединении скрывались глубоко внутри молекулы ДНК и могли быть выявлены только сильной кислотой или сильной щелочью.
Третий аспирант[771], Майкл Крит, использовал два физических метода для испытания молекулы ДНК в таком широком диапазоне кислотности. Он обнаружил, что обычно вязкий раствор ДНК внезапно становится текучим при тех же критических уровнях pH, при которых были выявлены скрытые химические соединения. Кроме того, Крит зафиксировал изменения показателя преломления (способности преломлять свет), когда растворы ДНК пропускались через узкую стеклянную трубку. У растворов ДНК с нейтральной кислотностью показатель преломления, измеряемый вдоль потока, заметно отличался от измеряемого поперек потока. Вне предельных значений pH эта разница значительно уменьшалась.
Данная Гулландом интерпретация[772] того, что происходило при очень высокой и очень низкой кислотности, отличалась элегантностью. Он предположил, что стандартный раствор ДНК обладает высокой вязкостью, потому что содержит клубок из очень длинных молекул. Когда раствор ДНК вкачивают в узкую трубку, нитеподобные молекулы будут вынуждены распрямиться в направлении потока, словно пучок сырых спагетти, помещенных в банку с ровными стенками. Такая массовая ориентация объясняет своеобразные оптические характеристики текучего раствора. Если мы представим пучок спагетти из примера выше (вдоль потока), а затем посмотрим на него сбоку (поперек потока), мы сможем увидеть, как по-разному преломляется свет в этих случаях.
Гулланд предположил, что такие резкие изменения вязкости и показателя преломления при предельных значениях кислотности были вызваны одним и тем же явлением: разрывом особых связей, которые в нормальных условиях позволяют молекуле ДНК сохранить форму. Разрыв этих связей нарушит форму молекулы ДНК и в то же время обнажит химические соединения, которые обычно скрыты этими связями. Характеристики кривой титрования позволили ему идентифицировать эти ключевые соединения как «водородные связи»[773]. Эта сила, открытая в 1920-е годы, притягивает определенные атомы молекулярной структуры к атомам водорода. Водородная связь слабая – ее можно сравнить с рукопожатием, а ковалентная связь, намертво приковывающая атомы друг к другу, в таком случае будет наручниками, – но она достаточно сильна, чтобы согнуть гибкие молекулы для соединения притягивающихся друг к другу атомов. Гулланд также вычислил, что эти исключительно важные водородные связи должны соединять основания в структуре ДНК, хотя подробности – например, были ли соединены определенные основания – оставались недоступны. Его анализ был огромным скачком вперед, хотя понадобится еще несколько лет, чтобы полностью оценить его значение. Это первое предположение о том, что водородные связи позволяют ДНК удержать свою форму, имело ключевое значение, позволившее начать последний приступ на структуру двойной спирали.
Водородная связь упоминалась в одном из вопросов, заданных после речи Гулланда, – и если бы мы могли перенестись в то время, мы могли бы подумать, что нам предстоит стать свидетелями поворотного момента в науке. Артур Поллистер, коллега Альфреда Мирски[774], для начала обрисовал предпосылки для своего вопроса: недавнее свидетельство того, что хромосомы состоят из туго закрученных нитей нуклеопротеидов. Это подтолкнуло Поллистера порассуждать о том, что «система витков, на самом деле, продолжается вплоть до образования молекулярной спирали». Поскольку ДНК была единственной линейной молекулой в хромосомах, она была очевидным кандидатом. Таким образом, не мог ли д-р Гулланд прокомментировать возможность того, что «ДНК может быть превращена в правильную спираль за счет равномерно расположенных соединений, возможно водородных связей, между различными точками молекулы?»
По-видимому, Гулланд не задумывался о том, может ли ДНК иметь спиральную, а не линейную структуру. Он поблагодарил Поллистера за его «интересное и впечатляющее предположение» и дал туманный ответ, в котором вообще не упоминалась спираль.
Остальная часть лета 1947 года затянула Мэссона Гулланда в водоворот событий, поскольку открылась позиция его мечты – профессор биохимии в любимом Эдинбурге. Вооружившись званием члена Королевского общества и внушительным резюме, он направил всю свою энергию на то, чтобы получить эту кафедру – и был совершенно подавлен, когда на нее назначили кого-то другого. Обычно спокойный и учтивый Гулланд был так возмущен, что совсем забросил научную работу[775]; он ушел с должности профессора в Ноттингеме и переехал в Лондон в качестве первого члена Королевского общества, руководившего исследованиями в Институте пивоварения. Команда Гулланда была потрясена его внезапным уходом. Группа быстро распалась, а трое аспирантов остались дописывать свои диссертации, подыскивая при этом новые места работы. Шесть месяцев спустя ничто в Ноттингемском университете не напоминало о том, что там некогда питали интерес к нуклеиновым кислотам.
К тому времени Мэссон Гулланд вышел из игры из-за жестокого поворота судьбы. Во время войны при исследовании водорослей как источника атмосферостойких материалов он основал Шотландскую ассоциацию по исследованию водорослей. В конце октября он поехал в Шотландию на заседание комитета Ассоциации и очень неудачно выбрал обратный поезд. 27 октября 1947 года в 11:15 поезд, следовавший по маршруту Эдинбург – Лондон (вокзал Кингс-Кросс), сошел с рельсов к югу от Берик-он-Туида; в числе 28 погибших был член Королевского общества профессор Мэссон Гулланд.
Время смерти Гулланда позволило посвятить изданные труды Конференции в Колд-Спринг-Харбор 1947 года памяти «этого самого любезного и обаятельного человека»[776]. Эрвин Чаргафф писал, что смерть Гулланда была «прискорбной и невосполнимой утратой для всех нас»[777] – но наука идет вперед, и прозрения Гулланда относительно водородных связей в молекуле ДНК вскоре были забыты.
А потрясающий порыв вдохновения, охвативший одного из его аспирантов, прошел совершенно незамеченным.
Магия чисел
Когда Андре Буавен покидал Колд-Спринг-Харбор, его плеча тоже коснулись пальцы судьбы. Но пока он вернулся в Страсбург, где он и супружеская пара Роже и Колетт Вандрели занимались вопросом, сколько ДНК в сперматозоиде и яйцеклетке. Если предположить, что
