Александр Китайгородский - Физика – моя профессия

Разумеется, биологи не могли проходить мимо этих наблюдений. Не все им было понятно: результаты получали физики, а с языком их биологи только начинали знакомиться. Тут-то и возникала нужда в помощи физиков. По старой дружбе часто за объяснениями обращались ко мне, приходилось даже делать доклады по предмету, в общем от меня далекому.

Шло время, и вот несколько лет назад директор Института биофизики Глеб Михайлович Франк пригласил меня на доклад английского исследователя Перутца. Не помню, было это до или после присуждения Нобелевской премии этому ученому за его замечательный титанический труд, продолжавшийся примерно четверть века: им впервые была определена во всех атомных деталях структура молекулы одного из белков.

Я следил за работами Перутца по журналам, но тем не менее было интересно послушать его итоговый доклад. Как я и ожидал, доклад этого скромного, небольшого роста брюнета, по-деловому изложившего свою работу, произвел на слушателей огромное впечатление. Речь шла о том, чтобы найти последовательность в структурных элементах белка; показать, с каким изгибом один элемент следует за другим. А этих элементов в молекуле, которую изучал Перутц, ни больше, ни меньше, как 574. С чем бы сравнить эту задачу так, чтобы почувствовать сложность этого беспримерного труда? Представьте себе запутаннейший лабиринт внутри известной пирамиды Хеопса. Лабиринт состоит из 574 колен, изогнутых и переплетенных самым причудливым способом. И перед вами ставится задача – подробно описать лабиринт, не взламывая пирамиды. Можете простукивать, прослушивать, просвечивать рентгеновыми лучами, словом, исследовать по косвенным признакам.

Мой интерес к работе Перутца был тем более велик,что вся работа производилась теми самыми методами, которые были развиты для таких неживых объектов, как каменная соль, кальцит или нафталин.

Но более замечательным оказалось вот что. В результате работы Перутца, да и вообще всех работ, посвященных изучению структуры биологических объектов, выяснилось, что законы построения биологических веществ ни в чем не отличаются от правил построения объектов неживой природы. Те же расстояния между химически связанными атомами, те же законы припасовки молекул друг к другу. Молекулы соприкасаются на тех же расстояниях и с соблюдением тех же правил упаковки, которые были найдены ранее для простых кристаллов, не связанных с биологией.

Все это еще раз подтверждало непрерывность научного фронта, в которой убедились уже многие ученые. Исследования в, казалось бы, далекой кристаллографии совершенно неожиданно оказались нужным элементом в исследовании структуры белковых молекул. А эта работа, в свою очередь, явилась звеном в цепи проблем, открывающих тайны процессов, протекающих в живом организме.

По мере накопления материала о структуре молекул и укладке молекул в биологически важных объектах крепла уверенность в том, что одинаковыми для живых и неживых объектов должны оказаться не только законы архитектуры, но и законы, управляющие процессами. Становилось несомненным, что все биологические явления окажется возможным описать как процессы перемещения, слияния, разлома молекул тем самым способом, который был разработан физикой для веществ, не имеющих отношения к живому. Структурные исследования не оставляли места для особой биологической субстанции и толкали исследователей на все более смелое подведение физического фундамента под здание биологии.

Не моя цель рассказывать здесь о разнообразных достижениях этого важнейшего направления современной науки. Но чтобы тезис о физике, как основе всего современного естествознания, был воспринят читателем без сопротивления, стоит привести один довольно яркий пример.

Как-то зашел ко мне знакомый биолог, и между нами произошел такой разговор.

– Почему бы вам не заняться нуклеиновыми кислотами? – предложил гость.

– А что это такое?

– Вы про молекулу ДНК слыхали?

– Что-то смутно помню.

– Есть подозрение, что в этой молекуле заложен секрет деятельности клетки.

– Эта молекула – ядро клетки?

– Да нет, она составная часть ядра; я вижу, ваши сведения из биологии довольно скромные.

– Не спорю, напомните, пожалуйста, – ответил я.

– Наш организм построен из клеток, – начал мой собеседник.

– Можете не начинать с азов, – перебил его я. – Это мне, слава богу, известно, и вирховский принцип «клетка из клетки» мне не так давно напомнили наши газеты. Знаю я и то, что клетки бывают разные – клетка мускулов, клетка мозга или печени – все они различаются.

– Очень хорошо. Но чтобы подвести вас к теме нашего разговора, мы должны, напротив, поинтересоваться тем, что является общим для всех клеток.

– Что же это?

– Все клетки напоминают маленькую капсулку с жидкостью. Жидкость заселена самыми разнообразными молекулами и скоплениями молекул, образующих замечательно интересные постройки. Мы еще далеки от понимания функций этих молекул и телец, но уже сейчас ясно, что клетка – это маленькая фабрика, получающая приказы к действию, которые могут приноситься ей либо пришедшими из других частей организма молекулами, либо могут быть переданы по телеграфу нервной системы.

– Но фабрика нуждается в энергии!

– Верно, энергия для работы по выполнению приказов получается клеткой за счет солнечной энергии или пищи.

– Вы знаете, как это происходит? – теперь уже задал вопрос я.

– В общих чертах нам это известно. Но не будем отклоняться от темы. Если вас все это заинтересует, я вам принесу почитать популярные статьи. Сейчас же скажу, что, повинуясь приказам и за счет полученной энергии, клетка способна производить самую различную работу – механическую, химическую, электрическую.

– А умственная деятельность?

– Ну, разумеется, тоже клетки; все бесконечное разнообразие жизненных процессов осуществляется совокупными действиями мириад клеток, из которых построен наш организм.

– Не могу сказать, чтобы мне было все ясно, кроме общих идей.

Биолог засмеялся.

– Поверьте, и мы еще очень далеки от понимания механизма большинства жизненных процессов, но огромным достижением сегодняшней биологии является открытие некоторых общих закономерностей. К ним принадлежит точно установленный факт, что основная работа клетки состоит в производстве разного сорта белковых молекул.

– Я где-то читал о бесконечном разнообразии молекул белков.

– Не совсем так. Хотя клетка производит больше сортов молекул, чем любая пуговичная фабрика сортов пуговиц, типы производимых молекул вполне определенные. Фабрика-клетка работает по разнообразным, но раз навсегда утвержденным чертежам. Так вот, в последние годы мы нашли главного конструктора фабрики. Это особая молекула, которая сокращенно называется ДНК.