Происхождение эволюции. Идея естественного отбора до и после Дарвина - [70]

. Его очень интриговала возможность использовать свои познания в химии для определения строения биомолекул, и он позже вспоминал, как «потратил все лето 1937 года на поиски способа скрутить полипептидную цепь в трех измерениях в соответствии с данными, полученными Астбери в ходе экспериментов с рентгеновским излучением»^{38}. Сначала он хотел решить эту задачу, выяснив, могут ли атомы за счет своих квантовых свойств сцеплять между собой компоненты молекулы, но эта попытка окончилась неудачей, и поэтому он решил начать с основ и изучить строение аминокислот, которые являются звеньями полипептидной цепи, прежде чем определить, как они укладываются одна к другой. Но это был не единственный проект, которым он занимался в 1940-е гг.; как многим ученым, ему помешала Вторая мировая война, и он завершил его очень нескоро.

Он начал с изучения снимков рентгеновской дифракции отдельных аминокислот. Полинг работал в Калифорнийском технологическом институте вместе с Робертом Кори (1897–1971), и ему очень пригодились познания Кори в области квантовой физики. Многие химические связи позволяют прокручиваться атомам или химическим группам по обе стороны от этой связи. Но Полинг и Кори обнаружили, что пептидная связь между углеродом и азотом (отсюда и название «полипептиды») зафиксирована из-за квантового явления, которое называется «резонанс». Звенья цепочки не могут вращаться вокруг таких связей, и поэтому отдельные части цепочки жестко зафиксированы[50]. Это ограничивает способность всей цепочки изгибаться и сворачиваться. Она состоит из двух гибких звеньев, затем одного жесткого, затем опять двух гибких, затем еще одного жесткого и т. д. Но Полинг все равно не мог придумать, как сложить цепочку так, чтобы она соответствовала фотографиям Астбери, и поэтому отложил эту головоломку в сторону до тех пор, пока в 1948 г. на него не снизошло озарение.

В 1948 г., хотя его основным местом работы являлся Калифорнийский технический институт, Полинг отправился в Англию, в Оксфордский университет. Весной он сильно простудился и был прикован к постели и, когда ему наскучило читать фантастику и детективы, он решил предпринять еще одну попытку определить строение кератина.

Не имея под рукой практически никаких инструментов, Полинг просто нарисовал длинную полипептидную цепочку на длинной полоске бумаги. Он помнил расстояния между ее компонентами и углы, под которыми они располагались относительно друг друга. Но оказалось, что цепочку с этими параметрами невозможно воспроизвести на прямом и плоском листе бумаги. Одно конкретное звено, которое снова и снова повторялось в разных местах на протяжении всей цепи, всегда выглядело неправильно. Положение этого звена, которое должно было располагаться под углом 110 градусов, нельзя было изменить, потому что оно было зафиксировано квантовым резонансом между атомами углерода и азота. Чтобы соответствовать этому углу, цепочка не могла быть прямой. Тогда Полинга озарило, и он смял полоску бумаги, согнув ее в тех местах, где находились эти ключевые звенья, чтобы получить верный угол в 110 градусов. Согнутая полоска бумаги теперь стала похожа на штопор с повторяющимися звеньями, которые располагались в пространстве подобно спирали. Более того, верные углы позволили азотно-водородной группе одной пептидной связи оказаться рядом с атомом кислорода, прикрепленным к углероду, который располагался в цепочке на четыре звена дальше. И так происходило по всей длине цепочки. Атомы кислорода и водорода обладают определенным сродством, вызванным квантовыми эффектами, и притягиваются друг к другу посредством так называемой водородной связи. Эти водородные связи помогают зафиксировать спиралевидную структуру, которую обнаружил Полинг.

После возвращения Полинга в США его команда с помощью рентгеновской дифракции провела дальнейшие исследования, которые подтвердили, что в основе структуры волоса лежит такая однонитевая спираль. Проделав колоссальную работу, Полинг и его коллеги опубликовали в 1951 г. семь научных статей, в которых строение волос, перьев, мышц, шелковых волокон, рогов и других фибриллярных белков было описано с применением того, что Полинг, позаимствовав терминологию Астбери, назвал альфа-спиралью. Но все эти детали менее важны по сравнению с тем, как именно был сделан этот прорыв. Открытие Полинга заставило ученых задуматься о спиралях в контексте биологических молекул, а также продемонстрировало возможности анализа по принципу «от малого к большому», когда создатели моделей могли путем подбора сочетаний простейших строительных блоков биологического материала найти комбинации, соответствующие данным рентгеноструктурного анализа. Всего два года спустя этот подход позволил сорвать главный приз в истории молекулярной биологии — установить структуру ДНК.

Даже в конце 1940-х гг., несмотря на работы Освальда Эвери и его коллег, по-прежнему часто считалось, что носителями генетической информации являются белки, а не ДНК. Но затем были проведены эксперименты, которые убедили даже отъявленных скептиков в том, что ДНК и есть «та самая» молекула жизни.