Некоторые исследователи говорят, что публикация, о которой пойдет дальше речь, является наиболее значимой научной работой 20 века. Другие скажут, что ничего в написанном нет особенного, третьи даже и знать не будут, о чем я говорю. Тем не менее в контексте всей серии эссе об эволюции научной мысли рассказ о ==Dreimännerwerk==, или как его еще называют “Работа трех мужчин”[1], будет ярчайшим примером того, почему “специализация — удел насекомых” и как одна идея может вызревать десятилетиями.
Я совершенно случайно наткнулся на упоминание книги. Когда начал разбираться, что в ней “такого” особенного написано, ненадолго потерял дар речи от одного из “трех мужчин”, биографию[2] которого прочитал с огромным удовольствием и вам рекомендую.
Тремя мужами, написавшими “Зеленую тетрадь”, были: Николай Тимофеев-Рессовский[3], основоположник молекулярной биологии, радиационной генетики и современной теоретической биологии; Карл Циммер, ядерный физик; и Макс Дельбрук, теоретический физик. Вот казалось бы, что эти три совершенно разных человека нашли друг в друге[4], что решились написать научную работу, которая через 18[5] лет благодаря стараниям Эрвина Шрёдингера[6] [7] оказала влияние на Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика и привела к открытию двойной спирали ДНК.
Но обо всем по порядку…
В 1925 году Николая Тимофеева-Рессовского по рекомендации Вавилова и Кольцова командировали в Бух, пригород Берлина, учить местных ученых генетике. Николай Владимирович был выдающимся человеком, личностью экстраординарной, человеком максимально широких взглядов. Он мог поддержать разговор на ЛЮБУЮ тему, от биологии, экспертом в которой он являлся, до искусства, философии, психологии, литературы.
Он был известен во всем мире благодаря чистоте своих экспериментов и “громкому” голосу, считаться с которым приходилось всем. Когда приехал он в Бух, вот как говорил о тамошней профессуре, которую его отправили учить:
[!quote]
Ну, мы их проиохочивали к самоварному застолью на свой манер. Хошь не хошь — ходили. В генетике они невинные были, приходилось приучать размышлять. А это куда как трудно. Чтобы взрослого человека, да еще считающего себя ученым, заставить думать — легче кошку выдрессировать.
– Николай Тимофеев-Ресовский, лаборатория Буха, пригород Берлина, 1925 год.
Приохочивал Энве к самовару в том числе и Карла Циммера, немецкого физика-ядерщика и по совместительству радиационного химика[8]. Он работал в том же институте, что и Энве. Исследование Циммера “Теория попаданий” внесло наиважнейший вклад в развитие генетики. Как ни странно, вот вроде бы физик, а генетике “помог”, опять же человек широких взглядов.
Он доказал, что для того, чтобы “случилась” мутация, недостаточно “облучать” как попало — нужно, чтобы “заряженная” частица попала в цель, то есть в клетку. Именно благодаря ему биологи поняли, что “мишенью” является ген, который имеет физический размер и структуру, но до этого открытия с момента написания “теории попаданий” еще 20 лет.
Когда Тимофеев-Рессовский работал в Москве, он часто устраивал для своих студентов и коллег неформальные мероприятия, так называемый “лабораторный треп”, который еще имел второе название “Дрозсоор”, образовавшееся от двух слов: дрозофила и орать, потому что обсуждения и “треп” проходили очень бурно и эмоционально. Ученые, которые приходили на “дрозсоор”, рассказывали о своих экспериментах, идеях, а остальные всячески проверяли, критиковали, тем самым помогали найти лучшее решение, спроектировать “чистый” эксперимент и так далее. Те самые “самоварные” застолья в Бухе были аналогом “дрозсоора”. И вот третьим частым гостем подобных “научных” посиделок был Макс Дельбрук, ученик Нильса Бора.
В этой троице мужей, опубликовавших “Зеленую тетрадь”, он был чистым теоретиком. В отличие от Циммера и Энве, его мало интересовало, что они там “куролесили” с радиацией и какие бесчинства творили над полчищами мух[9]. Его волновал один вопрос: “почему ген настолько стабилен[10] при облучении радиацией” и может ли квантовая механика[11] объяснить причины стабильности.
Обобщить теорию, которую вывел Дельбрук, можно тремя пунктами:
-
Ген – это огромная молекула.
-
Ген стабилен благодаря квантовым связям между атомами.
-
Мутация – это квантовый скачок, при котором молекулы “прыгают” из одного состояния в другое.
И вот собрались эти три мужа, подозреваю, что за самоваром у Энве дома, и “договорились” написать что-то о том, что знают они, но другие не знают.
“Зеленая тетрадь”, как можно догадаться, состоит из четырех частей: каждый автор написал о своем, но с общим заключением. И вот как они аргументировали свою позицию относительно описанной Дельбруком теории.
Энве “издевался” как мог над мухами, изменял дозы радиации, исследовал потомство и вывел “закон” мутации, если можно так выразиться: темпы мутации генов пропорциональны дозе радиации. Не существует никакого механизма, ограничивающего мутацию. Размер дозы пропорционален мутации, линейная зависимость.
В 21 веке “это и так понятно”, но в 30-е годы 20 века подобное открытие означало, что не существует “безопасной” дозы, но также что мутация клеток под воздействием радиации — “строго учитываемое событие”, а не процесс неконтролируемого химического распада.
Циммер формализовал находку Энве во вполне конкретную физическую модель, в которой каждая мутация каждой клетки “попадала” в цель (отдельно взятую, случайную хромосому). Рассчитав силу облучения и степень мутации, любой, у кого есть базовые знания в математике, может “прикинуть” размер цели, в которую “засветили”. И снова про “специализацию” насекомых. Циммер не биолог, ему просто стало интересно и любопытно применить ядерную физику к биологии.
Квантовая модель гена и Дельбрук — наверное, самый сложный для понимания[12] аспект “Зеленой тетради” и самая важная ее часть. Дельбрук рассчитал с помощью “теории попадания” Циммера, что размер цели исключительно мал. Облучению подвергался крошечный объем, в котором может уместиться не более 1000 атомов[13].
Дельбрук спросил себя: как что-то настолько крошечное может обладать такой стабильностью[14]? В поисках ответа он пришел к квантовой механике и сделал вывод, что ген имеет определенную форму и обладает стабильностью, а “энергетический барьер” спасает его от распада. Спонтанные мутации являются “квантовым скачком” из одного состояния в другое, вызванным случайным “пробитием” энергетического барьера; следовательно, ген — это не химическое явление, а устойчивая квантовая система.
“Работа трех мужчин” являлась первой в истории серьезной попыткой применить знания из физики, квантовой механики, термодинамики, методов статистического анализа[15] к проблеме наследования признаков. Биология и физика начиная с 19 века развивались независимо друг от друга, а три мужа[16] создали условия в одной лаборатории в Бухе для диалога наук.
А теперь внимание, вопрос: почему настолько фундаментальная работа оставалась долгое время незамеченной?
Тимофеев-Рессовский, Циммер и Дельбрук опубликовали “Зеленую тетрадь” в 1935 году в, конечно, уважаемом, но крайне узкоспециализированном журнале на немецком языке. Объем публикации был 55 страниц, сама работа требовала от читателя исключительного знания темы[17], а содержание находилось на пересечении дисциплин: генетика, радиационная биология и теоретическая физика. Ни биологи, ни физики не могли понять, что в ней написано, потому что нужна была широта взгляда, а не “специализация насекомого”.
Генетики не понимали квантовой механики, немецким физикам было наплевать, о чем пишут генетики, и… “Зеленая тетрадь” не нашла своего читателя. Слишком сложно, слишком технично. Никто не обладал таким набором компетенций одновременно[18]. Кроме одного человека…
Эрвин Шрёдингер[19] сделал то, что не удалось Тимофееву-Рессовскому, Циммеру и Дельбруку: он написал благодаря “Зеленой тетради” книгу “What is life”, которая была “доступной” читателю. Однако Шрёдингер “перевел” работу трех мужей настолько по-своему, что Дельбрук потом сказал – Шрёдингер понял их публикацию неправильно. Тем не менее прочитав именно “неправильный” перевод Уотсон и Крик открыли структуру ДНК, но об этом в следующем эссе про Шрёдингера и его “перевод”.
Ее еще называют “Зеленая тетрадь”, потому что она была опубликована в тетрадках Гёттингенского научного сообщества (Grünes Pamphlet) ↩︎
Гранин Д. А. Зубр / Д. А. Гранин, Москва: АСТ, 2023. ↩︎
Или Энве, как называли Николая Владимировича его студенты ↩︎
А еще они работали и писали в уже “поднимающей” голову нацистской Германии. Самое интересное, что Энве проработал в Германии ВСЮ Великую Отечественную, и никто русского биолога в Германии не трогал. Правда, его сына убили в гестапо, но это совсем иная история, грустная. ↩︎
«What Is Life?» Эрвина Шрёдингера вышла в 1944 году, через 9 лет после публикации “Зеленой тетради”, а Уотсон и Крик открыли структуру ДНК в 1953 году, через 18 лет. ↩︎
Да, все люди, о которых пойдет дальше речь, знали друг друга. А еще в тусовку Тимофеева-Рессовского входили Бор, Планк, Вавилов, Герман Мёллер, Кольцов и другие выдающиеся ученые, чьи имена сейчас мне сложно вспомнить. ↩︎
А вы, кстати, заметили в прошлой сноске, что в этом списке много русских фамилий? Знаете почему? Потому что русские биологи самые-самые-самые в мире, именно они “двигали” биологическую науку. К сожалению, погасил их запал некий Лысенко, но это совсем иная история. ↩︎
В то время наука была еще молодая и границы между химией и физикой (ядерной) были крайне несущественны. ↩︎
Муха дрозофила — удивительное создание, подарок любому генетику. Срок жизни 50 дней, потомство выводят за 5–12 дней, цикл очень удобный, чтобы наблюдать за наследственностью и мутациями. ↩︎
В то время среди физиков был консенсус относительно того, что малые группы атомов ДОЛЖНЫ быть нестабильны из-за теплового движения, однако гены наследуются из поколения в поколение, не меняясь (почти) ↩︎
Мы скоро дойдем до квантовой картины мира. В этом или следующем эссе на сцену взойдет, “тот самый”, с кошкой. ↩︎
Мной, по крайней мере ↩︎
Циммер вычислил размер мишени. Дельбрюк перевёл это в число атомов — получилось около тысячи. Для сравнения: капля воды содержит триллионы триллионов атомов. Тысяча — это ничтожно мало. И по законам классической физики такая крошечная структура должна разваливаться от тепла тела. Но гены стабильны. Парадокс. ↩︎
В классической физике объект из 1000 атомов при температуре 37 градусов должен быть нестабильным. Тепловые колебания постоянно “бодрят” атомы. А гены не только стабильны, но и копируются из поколения в поколение ↩︎
К слову, методы статистического анализа в то же время в СССР применял в биологии другой русский биолог — Любищев А. А. ↩︎
Есть мнение, что это заслуга Тимофеева-Рессовского как того, кто руководил лабораторией и устраивал дрозсооры (еженедельные сборища ученых, во время которых они, как сегодня модно говорить, “питчили” результаты своих исследований). Дрозсооры, регулярными посетителями которых были не только Циммер и Дельбрук, но и, например, Планк и Бор. ↩︎
Я ее не осилил, все написанное “собрано” благодаря мемуарам и поиску в интернете. ↩︎
Сомневаюсь, что сейчас найдется такой человек. Те трое, что написали, обладали. ↩︎
Да, эксперимент с котом придумал он, а еще он “отец-основатель” (один из) квантовой механики. ↩︎