Умер первооткрыватель структуры ДНК Джеймс Уотсон. Он был одним из самых знаменитых — и самых скандальных — ученых в мире

Вспоминаем великое открытие — на фоне обвинений в присвоении чужих заслуг, расизме и семейных проблем

7 ноября в возрасте 97 лет скончался Джеймс Уотсон — нобелевский лауреат 1962 года, соавтор открытия двуспиральной структуры ДНК, первый глава проекта «Геном человека» и вообще один из самых известных в мире ученых. Уотсон был последним живым свидетелем научной революции 1950-х. Его друг и соавтор Фрэнсис Крик скончался еще в 2004 году. Тогда же умер третий лауреат Нобеля-1962 Морис Уилкинс. А 10 лет назад из жизни ушел Раймонд Гослинг. Это человек, чьими руками были сделаны все главные эксперименты, что принесли славу лауреатам 1962-го, но кого реже всего вспоминают в связи с их открытием.

В 2007 года Уотсон угодил в громкий расистский скандал — после чего вел уединенный образ жизни. Многие коллеги отказались от общения с ним, его перестали приглашать на выступления — так что в какой-то момент семье пришлось продать нобелевскую медаль (ее купил и затем вернул обратно миллиардер Алишер Усманов). В 2019-м Уотсона лишили даже символической позиции в Лаборатории Колд-Спринг-Харбор — исследовательском центре, которым он руководил почти полвека. Последние дни ученый провел в хосписе. «Медуза» решила вспомнить некоторые эпизоды из противоречивой биографии Уотсона — человека, который успел и вдохновить многих ученых на новые свершения, и незаслуженно оскорбить огромное число людей.

Уотсон не открыл ДНК, не получал ее снимков и не первым догадался, что она похожа на спираль. А за что он тогда получил Нобелевскую премию?

Нобелевская премия 1962 года была присуждена Джеймсу Уотсону, Фрэнсису Крику и Морису Уилкинсу с формулировкой «за открытие молекулярной структуры нуклеиновых кислот в свете их значимости для передачи информации живыми организмами». Другими словами — за прорыв в понимании того, как структура ДНК объясняет передачу биологической информации. То есть не за определение структуры как таковой, а именно за объяснение того, как из этой структуры следует механизм передачи наследственной информации. Этого объяснения — как последнего, но главного кусочка пазла — биологам не хватало до 28 февраля 1953 года, когда его нашел Уотсон. Аналогия с пазлом не случайна: обнаружить недостающий фрагмент ученому удалось с помощью картона и ножниц — на скорую руку он сделал несколько моделей молекул, и они, как оказалось, были способны соединяться друг с другом единственно правильным образом. Из получившегося соединения (Уотсон-Криковского спаривания) родились правильная структура ДНК, объяснение генетического кода — и вообще вся современная биология.

О том, как все это произошло, ярче всего рассказано в «Двойной спирали» — мемуарах Уотсона, которые стали бестселлером и попали во многие списки главных нон-фикшн книг в истории (на русский «Двойную спираль» перевели еще в 1960-х). Более точную и нейтральную историю открытия изложил другой нобелевский лауреат, Аарон Клуг, в статье для Journal of Molecular Biology.

Но не только он

Истории научного прорыва Уотсона и его коллег посвящено огромное число статей и книг, множество документальных фильмов и даже один художественный (второй, рассказывающий историю с точки зрения Розалинд Франклин, которую играет Натали Портман, снимается прямо сейчас).

Если пересказывать события предельно кратко, то история выглядит так.

К 1950-м, когда Уотсон всерьез заинтересовался ДНК, об этой молекуле было известно следующее.

• Во-первых, было ясно, что это биополимер, то есть вещество, длинные нитевидные молекулы которого состоят из однообразных повторяющихся фрагментов. Для подавляющего большинства ученых это было крайне скучное вещество, что-то вроде целлюлозы или хитина. Последние целиком состоят из остатков сахаров. Но в ДНК, помимо сахара (дезоксирибозы, отвечающей за букву Д), были еще азотистые основания, а также остатки фосфорной кислоты (отвечающей за букву К — аббревиатура ДНК склоняется как слово женского рода как раз потому, что в конечном итоге это кислота). Азотистые основания в ДНК — четырех разных видов: они еще известны как «буквы» А, Т, Г и Ц, при этом А и Г немного больше, чем Т и Ц. Было известно, что в ДНК, выделенной из разных источников, все четыре основания присутствовали в сопоставимых, но не вполне равных долях — это стало одним из важных ключей к разгадке.
• Во-вторых, было понятно, что наследственная информация передается от поколения к поколению в генах — неких абстрактных сущностях, которые взаимодействуют друг с другом по сложным законам, поддающимся статистике, но не химическому анализу. Что стоит за этим понятием, было не ясно. Не было понятно даже, одинаково ли устроены гены высших животных и растений и примитивных организмов вроде бактерий или вирусов.
• В-третьих — и это было важнейшим прорывом 1920-х — оказалось, что по крайней мере среди этих самых бактерий некоторые свойства можно передавать не только от поколения к поколению, но и от организма к организму, причем происходит это через некий неживой материальный носитель. Фредерик Гриффит установил, что способность некоторых штаммов стрептококка убивать мышей можно передать другим штаммам с помощью такого носителя — например, если убить вирулентный штамм и получить из него экстракт, который может сделать невирулентный штамм вирулентным. К 1944-му Освальд Эвери с помощью многократной сложной очистки этого экстракта установил, что трансформирующий агент для бактерий — это почти наверняка ДНК. О том же говорили эксперименты Алфреда Херши и Марты Чейз, проведенные на бактериофагах.

Даже обладая всеми этими знаниями к началу 1950-х, большинство биологов все равно не верили, что указания на ДНК как носитель информации — это не ошибка или исключение, справедливое для микроорганизмов. Полностью очистить ДНК от примесей белков тогда было очень сложно, поэтому альтернативные объяснения результатов экспериментов не исключались. Главная же проблема заключалась в том, что ДНК казалась настолько скучной и примитивной молекулой, что представить эту «недоцеллюлозу» в роли материального носителя загадочных генов было крайне трудно.

В своих мемуарах Уотсон постоянно вспоминает, как скептично коллеги относились к их с Криком странному интересу к ДНК, советуя заниматься прямыми обязанностями — исследованием белка миоглобина (в случае Крика) или бактериофагов (в случае Уотсона). Никто вокруг не рвался (по крайней мере, по версии Уотсона) бросить все усилия на раскрытие «секрета жизни» — даже после убедительных экспериментов Гриффита, Эвери, Херши и Чейз. В какой-то момент глава Кавендишской лаборатории даже запретил Крику заниматься ДНК под предлогом того, что его усилия не приносят результата, а в соседнем Университете Лондона ДНК занимаются более подготовленные Морис Уилкинс и Розалинд Франклин. Несмотря на этот запрет, определить структуру ДНК удалось именно Уотсону и Крику.

Раз уж вы вспомнили про Розалинд Франклин — а правда, что Уотсон украл у нее открытие?

Короткий ответ: нет, у Франклин не было как такового открытия, которое бы можно было украсть и выдать за свое. Как свидетельствует анализ рабочих записей ученой, проведенный, в частности, Аароном Клугом, она действительно была очень близка к правильной структуре ДНК и, скорее всего, через какое-то время ее бы установила. Однако Уотсон и Крик сделали это раньше, самостоятельно интерпретировав данные Франклин. Но эти данные — прежде всего легендарный «снимок 51», показывающий рассеяние рентгеновского излучения на препарате ДНК, — никто не крал. Фотографию Уотсону показал Морис Уилкинс, а тому ее добровольно передал автор — Раймонд Гослинг, бывший аспирант Франклин. Сделал это Гослинг без ведома Франклин, но к тому моменту его самого (вместе со всеми данными и снимками) снова передали под руководство Уилкинса (у которого Гослинг уже работал до прихода Франклин), поскольку ученая уходила из лаборатории. В общем, в отношении Франклин ее коллеги и начальство совершили ряд неэтичных поступков, а сама она сделала ряд неудачных выборов в ключевой момент. Но Уотсон и Крик все же не крали и не выдавали открытие ученой за свое — все было сложнее.

Более подробный ответ должен начинаться с фигуры сэра Джона Рэнделла, главы департамента физики Королевского колледжа Университета Лондона. Под его непосредственным руководством работал физик Морис Уилкинс. Он первым из всех обсуждаемых ученых стал заниматься рентгеноструктурным исследованием ДНК. Именно увидев первые снимки Уилкинса на конференции в Неаполе, Уотсон понял, что ДНК имеет довольно регулярную структуру. Значит, ее можно изучать методами, которые раньше считались применимыми лишь к гораздо более простым соединениям (к тому моменту Уотсон не имел представления ни о кристаллографии, ни о физике, да и в биохимии разбирался слабо — о чем откровенно пишет в своей книге).

Рэнделл же пригласил в Королевский колледж Розалинд Франклин и поручил ей заниматься ДНК вместо Уилкинса. До того ученая была далека от биологии и специализировалась на рентгенографических исследованиях угля. Рэнделл при этом посеял между Франклин и Уилкинсом семена раздора: он пообещал первой, что вся тематика ДНК перейдет к ней вместе со всеми образцами ДНК, инструментами и тем самым аспирантом Раймондом Гослингом. Но Уилкинсу об этом решении не сообщили. Он долгое время полагал, что Франклин приглашена в группу в качестве технической ассистентки. И относился к ней соответствующе, что вызывало справедливые протесты с ее стороны.

К 1951 году работа над ДНК в Великобритании разделилась так: Гослинг под руководством Франклин в Лондоне совершенствовал рентгеновские аппараты и пытался получать все более четкие фотографии нитей раствора чистой ДНК; Уилкинс занимался тем же, но не для чистой ДНК, а для ДНК-белковых комплексов (с меньшим успехом). А Уотсон и Крик в сотне километров к северу, в Кавендишской лаборатории в Кембридже, пытались установить структуру молекулы умозрительно, без экспериментов с ДНК и собственных снимков.

Уотсон и Крик тогда находились под впечатлением от успеха американского химика Лайнуса Полинга, который несколькими годами ранее установил строение элементов структуры белков, в частности альфа-спирали, используя только «игрушечные» модели атомов. Полинг собирал физические модели полипептидной цепи, чтобы найти форму, где она выглядела бы естественно и реалистично с точки зрения пространственных ограничений. Он, конечно, опирался и на экспериментальные данные (о рассеянии рентгеновских лучей на кератине, полученные Уильямом Астберри), но те сообщали лишь общие черты структуры и не могли указать точно, какое положение какой атом занимает. В итоге Полингу удалось совершить открытие. И лишь значительное время спустя верность его моделей подтвердили рентгенографическим методом.

Как и строение белков, химическое устройство ДНК к началу 1950-х было давно известно (то есть было понятно, какие атомы соединяются в молекуле друг с другом). Но главное оставалось неясным: какое пространственное положение занимают друг относительно друга разные химические группы (основания, дезоксирибоза и фосфат) — и как все это может объяснить передачу молекулой наследственной информации. Уотсон и Крик рассчитывали, что установят пространственное строение ДНК умозрительно, на основе чужих данных. То есть в целом хотели повторить для ДНК то же, что сделал Полинг для белков. При этом важно было опередить самого Полинга — к тому времени он сам заинтересовался проблемой и мог в любой момент обойти и Уотсона с Криком, и исследователей из Королевского колледжа.

Бесспорно: умозрительно Уотсон и Крик не смогли бы ничего сделать без тех данных, что получили Франклин и Гослинг. Вариантов сборки ДНК в «относительно хорошие» структуры было слишком много; без ограничений, которые давали рентгеновские данные, выбрать правильный путь среди множества потенциально возможных было нельзя. В истории открытия двойной спирали есть яркий эпизод, когда Уотсон и Крик собрали из моделей атомов структуру, показавшуюся им весьма убедительной, и даже пригласили Франклин и Уилкинса приехать в Кембридж на нее посмотреть. Как оказалось, модель совершенно не учитывала поведение ДНК в воде и была полным провалом, после которого Крику и было приказано прекратить нелепые попытки изучения ДНК и заняться миоглобином (что он на время и сделал).

Важность экспериментальных данных и конкретно «снимка 51» ярко иллюстрирует сравнение структур, которые Уотсон создавал в последние дни перед настоящим открытием, в начале февраля 1953-го. Если сравнить спираль, которую он сделал до того, как увидел снимок, и ту, что получилась в результате и оказалась правильной, то нельзя не отметить, как сильно они отличаются. У них не просто разное число нуклеотидов на шаг спирали и разный наклон. Даже нити ДНК идут в исходной структуре в одну сторону — хотя в реальности должны быть антипараллельны друг другу (то есть идти в разных направлениях).

Второй бесспорный факт заключается в том, что «снимок 51» был сделан Гослингом в мае 1952 года — за восемь месяцев до того, как его увидел Уотсон. И за все это время ни сам Гослинг, ни Франклин не придумали правильную структуру, которая бы объясняла экспериментальные данные. Уотсону же понадобился всего один взгляд и пара картонных моделей — без учета сотен неудачных попыток, предпринятых ранее.

О том, почему Франклин не смогла сама разгадать структуру ДНК, можно рассуждать бесконечно — это один из самых интересных и спорных вопросов во всей этой истории. На него частично отвечает уже упоминавшаяся выше статья Аарона Клуга, но исчерпывающий ответ нужно, очевидно, искать не только в области рентгеноструктурного анализа, но и в психологии.

Франклин выбрала исследовательский подход, который оказался крайне трудоемким и медленным. Она не пыталась решить проблему наскоком, как Уотсон и Крик, а подошла со стратегией, похожей на классический «брутфорс»: ее целью было получить как можно более четкие и насыщенные информацией рентгенограммы — и только затем пытаться восстановить трехмерную структуру молекул на этой основе.

По-видимому, из-за этого подхода первой для изучения структуры она выбрала так называемую А-форму ДНК, а не ту, что разгадали Уотсон и Крик — Б-форму. Эти формы дезоксирибонуклеиновая кислота может принимать в зависимости от влажности. А-форма существует при небольшом количестве воды, ее нити в таком случае могут формировать почти строгие кристаллы. Эта форма дает сложную структуру пятен в рентгеновском свете, так как ее основания наклонены относительно главной оси. При высокой влажности А-форма резко переходит в Б-форму, которая не так упорядочена и дает гораздо более простую картинку на снимке — Х-образный крест расходящихся пятен.

Для кристаллографа простая картинка дифракции — обычно свидетельство того, что изучаемые молекулы упорядочены лишь частично, например вытянуты в длину, но свободно вращаются вокруг своей оси. Из простого снимка Б-формы нельзя было извлечь много информации — лишь то, что перед исследователем спиральная структура с определенным периодом и наклоном спирали. Если картина пятен сложнее, из нее можно (с помощью соответствующего математического аппарата) извлечь сложную трехмерную структуру электронной плотности в молекуле, что и раскроет трехмерное расположение атомов.

Именно этим пыталась заниматься Франклин все то время, что Уотсон и Крик возились с моделями, читали все новые статьи о ДНК и спорили о том, смогут ли они обойти в этой гонке Полинга (сам он, судя по всему, о существовании гонки не знал). В какой-то момент изучение А-формы ДНК даже увело Франклин вовсе в сторону от спиральных структур — она стала подозревать, что в А-форме ДНК не имеет спиральной структуры, а во время перехода в Б-форму принципиально меняет конфигурацию. Это оказавшееся ложным предположение стоило многих месяцев работы, однако Франклин добросовестно проверила его — и в конце концов вернулась к спиральной структуре.

Почему она не хотела сразу же заняться Б-формой, в спиральной структуре которой не было никаких сомнений, не известно. Возможно, за этим стояло желание исчерпать все очевидные варианты действий перед тем, как заняться чем-то непривычным. Или ее отпугнул первоначальный провал Уотсона и Крика. Или она чувствовала, что в исключительно мужском мире британских ученых 1950-х ей не простили бы любой ошибки — и она была вынуждена пойти самым трудоемким путем, исчерпав все возможные варианты структуры, прежде чем предложить решение. Так или иначе, мы знаем, что уже после того, как Уотсон и Крик построили свою модель ДНК, Уилкинс с коллегами продолжили работать над получением более качественных снимков, которые должны были независимо проверить правильность теоретической модели. В результате на то, чтобы окончательно установить структуру ДНК способом, который изначально выбрала Франклин, у них ушло еще целых семь лет. Возможно, сама она справилась бы быстрее, но работа все равно заняла бы гораздо больше времени, чем «наскок» Уотсона и Крика с их картонными моделями.

Ситуация с обвинениями Уотсона в недобросовестном заимствовании данных Франклин осложняется тем, что сам он многократно высказывался о ней в откровенно пренебрежительном тоне — как в мемуарах, так и позже. Он комментировал ее внешность, ругал упрямство и независимый нрав, досадовал на нежелание следовать его мудрым советам и редко сожалел о том, что Франклин не удалось дожить до Нобелевской премии (она умерла в 1958 году). Правда, от Уотсона досталось не только ей, но и другим героям книги: в «Двойной спирали» он выставил не очень умными людьми почти всех действующих лиц, не забыв и себя самого. Даже ближайший друг и коллега Крик настолько обиделся на автора, что не разговаривал с Уотсоном долгие годы.

Уотсон сумел обидеть не только друзей и коллег, но и целые группы. Почему его обвиняли в расизме?

В 2007 году в интервью британской газете The Sunday Times Уотсон признался, что «пессимистично относится к перспективам Африки», поскольку «все тесты говорят», что интеллект населения континента «не совсем» равен «нашему». А еще добавил, что, конечно, хотел бы, чтобы все были равными, но «люди, работающие с темнокожими сотрудниками, знают, что это не так». Интервью было дано при несколько странных обстоятельствах: его брала Шарлотта Хант-Грубе, бывшая ассистентка Уотсона, которая долгое время жила в его доме. Жена ученого утверждала, что тот даже не знал, что Шарлотта ведет запись и что его слова попадут в прессу.

Впоследствии Уотсон многократно извинялся за свои высказывания, заверяя, что не хотел никого обидеть. Однако не отказался от утверждения о том, что «между белыми и чернокожими есть разница в тестах на уровень интеллекта», и назвал эту разницу «генетической». В 2019 году он сделал такое заявление в документальном фильме, снятом каналом PBS, — после чего его лишили даже символических постов в академии, которые ученый к тому моменту занимал.

Полноценный разбор утверждений Уотсона с точки зрения современной генетики занял бы слишком много места. Достаточно сказать, что они попросту лженаучны — и сложно объяснить, почему сам он этого не понимал.

• Хотя между популяциями всегда существуют различия по любому количественному признаку, это не значит, что они имеют биологический смысл, когда разница в средних значениях ничтожна по сравнению с различиями внутри сравниваемых популяций.
• Кроме того, ни из чего не следует, что способность проходить формализованные тесты IQ (которую, кстати, можно натренировать, а не унаследовать) измеряет «интеллект» как умение решать жизненные задачи.
• Наконец, поскольку все неафриканские популяции вышли из Африки, генетические различия между современными популяциями на континенте многократно больше, чем различия между всеми остальными людьми. А значит, сравнение африканцев с неафриканцами попросту бессмысленно — руководителю проекта «Геном человека» это должно быть хорошо известно.

Структуру ДНК Уотсон установил в 25 лет. А чем он занимался всю оставшуюся жизнь?

В профессиональном плане главным делом его жизни после открытия структуры ДНК стало руководство Лабораторией Колд-Спринг-Харбор. Уотсон возглавлял ее с конца 1960-х. Под его началом пришедшая в упадок лаборатория превратилась в главный мировой научный центр молекулярной биологии — науки, фактически выросшей из открытия двойной спирали.

Уотсон написал самый известный и, возможно, лучший учебник по этой специальности, который многократно переиздавался с момента публикации и по которому продолжают учить будущих биологов до сих пор.

Он инициировал и возглавил проект «Геном человека», в рамках которого научные центры в разных странах, в том числе в России, совместно секвенировали обобщенный человеческий геном. Впоследствии Уотсон стал вторым человеком в мире, который получил персональную копию личного генома (первым был автор альтернативного частного проекта чтения ДНК Крейг Вентер).

А главной личной трагедией жизни Уотсона стала болезнь сына Руфуса — тому диагностировали шизофрению. И крестовый поход против генетических истоков ментальных заболеваний стал для Уотсона еще одним делом жизни. Он пытался стать главным адвокатом финансирования исследований в этой области, чтобы попытаться найти лекарство или способ профилактики таких заболеваний, как шизофрения. Но этот проект при его жизни успехом не увенчался: хотя генетики сделали большой прогресс в исследовании причин шизофрении, механизмы болезни остаются загадочными, а лекарства против нее нет.

Отдел «Разбор»