Павел Власов - Беседы о рентгеновских лучах

Но Левенгук.. Этот привратник из Дельфта проник в новый фантастический мир мельчайших существ, которые жили, рождались, боролись и умирали, совершенно незримые и не известные никому от начала времен""" _ писал П. де Крюи в книге "Охотники за микробами".

А Рентген? 220 лет спустя этот профзссор из Вюрцбурга проник в новый фантастический мир... В мир таинственных невидимок, оказавшийся необъятным, простирающимся от атомных недр до космических глубин.

Икс-лучи позволили заглянуть внутрь любого непрозрачного вещества и живого существа, не нарушая его целостности, и уже одно это говорит о непреходящем значении их открытия. Но еще в начале XX века обнаружилось, что они способны на большее, чем просто делать прозрачными непрозрачные предметы.

...Мюнхен, 1912 год. В кафе Хофгартен ежедневно встречаются физики, химики, кристаллографы. Это своеобразный клуб, возникший по инициативе А. Иоффе и Э. Вагнера, сотрудников В. Рентгена. Вдохновитель бесед - П. Дебай. Среди их участников - М. фон Лауэ, В. Фридрих, П. Книппинг...

И вот на одном из таких симпозиумов разгораются дебаты вокруг идеи, выдвинутой М. фон Лауэ: нельзя ли икс-лучами исследовать внутреннее строение кристаллов? Первый, кто не верит в ее реализацию, - Э. Вагнер. Его сомнения небезосновательны. Еще В. Рентген в своих знаменитых опытах искал новые эффекты, пропуская открытую им радиацию через кристаллы, но бгзуспешно.

М. фон Лауэ понимает, что его мысль не вполне оригинальна, мало того, она не нашла подтверждения в экспериментах самого В. Рентгена. Но не сдается, имея на то свои основания. Действительно, не исключено, что кристалл можно все-таки прощупывать икс-лучами. Его решетка геометрически правильная структура, своего рода ажурная конструкция из атомов, расположенных рядами и разделенных пустотой. Оказалось, что расстояния между соседними рядами того же порядка, что и длина волны рентгеновской радиации.

Известно и другое. Если пропустить обычный свет через узкую щель (шириной с длину его волны), то можно наблюдать его дифракцию. Он даст радужную картину, разложившись без призмы. Ибо составляющие его лучи, огибая края такой щели, отклоняются неодинаково: красные, например, иначе, чем желтые или синие. Кроме того, накладываясь друг на друга, они взаимно усиливаются или, напротив, ослабляются. И на экране появляются чередующиеся темные и светлые разноцветные полоски. По расстоянию между ними, которое легко измерить, и по заранее известной ширине щели нетрудно рассчитать длину волны прошедшего через отверстие света.

По предположению М. фон Лауэ, нечто подобное должно получиться и с рентгеновской радиацией, если пропустить ее через кристалл, где пустые промежутки между шеренгами атомов напоминают щели.

Было заключено пари на коробку шоколада. Чтобы разрешить спор, В. Фридрих поставил на пути икс-лучей кристалл и рядом, сбоку, фотопластинку, чтобы зарегистрировать их, когда они отклонятся под прямым углом.

Рентгеновская трубка трещала день за днем, но безрезультатно. Она мешала работавшему в том же помещении П. Книппингу, и он изменил положение пластинки, поставив ее не сбоку, а за кристаллом, дабы на ней ну хоть что-нибудь запечатлелось. И тогда все с удивлением увидели симметричный узор из темных пятен.

"Великое открытие свершилось, - вспоминал впоследствии академик А. Иоффе. - Так появилась знаменитая работа Лауэ, Фридриха и Книппинга. Вагнер был посрамлен, хотя его скепсис немало способствовал быстрой постановке эксперимента".

Так, в 1912 году родился рентгеноструктурны и анализ. Поначалу он ограничивался получением и изучением лауэграмм. Это снимки с дифракционной картиной, которая отражает строение того или иного монокристалла - одного более или менее крупного целостного образования (такого, как драгоценный камень). Она позволяет обнаружить дефекты решетки, внутренние напряжения и тому подобное.

Но в 1916 году П. Дебай и его коллега П. Шеррер приспособили метод для изучения поликристаллических материалов (таких, как порошки, состоящие из разнокалиберных мелких крупиц минерала, или сплавы, характеризующиеся обычно неоднородностью структуры). Новые разновидности рентгенограмм были названы дебаеграммами. По ним опре; деляют строение и состав образцов, размеры и ориентацию вкрапленных в них зерен или иных включений.

Постепенно выяснилось, что так можно исследовать и не обладающие геометрически правильной структурой материалы, частично упорядоченные и даже аморфные объекты. Причем не только твердые, но также жидкие и газообразные. Что дал этот "всевидящий глаз" науке и технике, лучше всего проиллюстрировать работами, заложившими краеугольные камни молекулярной биологии.

В 30-е годы настоящую сенсацию вызвала находка Д. Бернала и Д. Кроуфут-Ходжкин. На удивление коллегам, английские ученые взялись за рентгеноструктурный анализ веществ, для которых он казался неприменимым, белков. Считалось, что эти длинные органические молекулы, сворачиваясь в клубки, образуют бесформенную, бесструктурную массу. И вот сюрприз:

съемка обнаружила у них столь ярко выраженную внутреннюю упорядоченность, что заставила говорить об их кристаллоподобном состоянии.

Но когда английский биохимик М. Перуц в 1937 году вознамерился разобраться таким путем в "архитектуре"

гемоглобина, эта затея прослыла бесперспективной. "Мои товарищи не могли смотреть на меня без сожаления, - вспоминает ученый. - В ту пору самым сложным органическим веществом, чье строение было установлено с помощью рентгеноструктурного анализа, оставался краситель фталоцианин, состоящий из 58 атомов. Как мог я надеяться выяснить расположение тысяч атомов в молекуле гемоглобина?"

Проблема оказалась действительно архитрудной, но все же была решена, хотя и не скоро, через 20 с лишним лет. Так появилась широкоизвестная ныне трехмерная модель этого важного биополимера, состоящего из 10 тысяч атомов водорода, углерода, азота, кислорода, серы и железа. Оправдалась ставка на рентгеноструктурный анализ; собственно, он только и подавал надежды на удачу.

Благодаря ему стала возможной и пространственная модель ДНК дезоксирибонуклеиновой кислоты, содержащей сотни тысяч атомов. Эту знаменитую "двойную спираль" предложили в 1953 году Д. Уотсон и Ф. Крик, воспользовавшись исключительно четкими дифракционными картинами ДНК, полученными М. Уилкинсом. Именно тогда, по мнению специалистов, произошел "гигантский взрыв, изменивший лицо генетики":

была установлена молекулярная природа наследственности.

В 1962 году все трое, а заодно с ними М. Перуц и Д. Кендрю, расшифровавший структуру миоглобина (мышечного белка), удостоились Нобелевской премии.