52 упрямые женщины. Ученые, которые изменили мир

В похожих на пещеры помещениях цокольного этажа Музея Оксфордского университета электрические кабели свисали с потолка, как высоковольтная сеть рождественских гирлянд. Единственное готическое окно облагораживало пространство лаборатории, но находилось так высоко, что нужна была лестница, чтобы увидеть дневной свет. За двадцать четыре года, что Дороти Ходжкин руководила лабораторией рентгеноструктурного анализа, по крайней мере один человек получил удар тока в 60 000 вольт, к счастью не смертельный. Лаборатория недофинансировалась, а саму Ходжкин слишком мало ценили, но она продолжала работать. Несмотря на нищенские условия, блестящие способности Дороти вознесли ее на вершину в своей области знания.

Рентгеноструктурный анализ получил статус научного метода в 1912 г., когда Макс фон Лауэ обнаружил, что дифракционная картина рентгеновских лучей может немало рассказать ученым об атомной структуре молекулы. Начнем с того, что молекулы образуют структуру с единым повторяющимся рисунком, которую мы называем кристаллом. Если направить на кристалл рентгеновские лучи, то они подвергнутся дифракции и получающийся рисунок отобразится на фотопластине. Изображение полно подсказок, позволяющих ученым судить о трехмерной структуре молекулы. Их расшифровка до появления компьютеров была настоящей головоломкой, требующей долгих лет вычислительной практики и исключительного терпения. Дороти была асом в этом деле.

В начале 1930-х гг., в первые годы ее карьеры, расшифровка кода даже простейшего кристалла требовала десятков тысяч математических вычислений, выполнявшихся на ручной счетной машине. С помощью уравнений составлялась так называемая карта распределения электронной плотности, напоминавшая топографическую. Она показывала, где электроны кристалла особенно густо сконцентрированы. Весь процесс, от рентгеновского излучения до определения структуры, мог занимать месяцы и даже годы.

В 1936 г. вычисления стали немного проще, поскольку Ходжкин стала счастливой обладательницей двух ящиков, заполненных тонкими листами бумаги в количестве 8400 штук. Так называемые штрипсы Биверса – Липсона служили кристаллографам своеобразной картотекой. Карточки были сверху донизу заполнены дотошно упорядоченными тригонометрическими величинами, сократившими время работы Ходжкин над расчетами.

В конце 1930-х гг., когда она начала расшифровку молекулы холестерина, большинство ее коллег утверждали, что эта задача неразрешима методами кристаллографии. Однако Ходжкин, получившая от друга прозвище «тихий гений»[42], облучила кристалл холестерина рентгеновским излучением и уселась за вычислительную машину. Там, где представители традиционной химии потерпели крах, кристаллограф добилась успеха.

Слухи о ее выдающихся способностях к построению карт распределения электронной плотности распространились, и Ходжкин стала магнитом для неразгаданных кристаллических структур. Когда кому-то нужно было выяснить структуру молекулы, образец кристалла высылался ей. За годы работы она получила их десятки, в том числе кристалл пенициллина.

К 1941 г. пенициллин уже показал свою способность предотвращать бактериальные инфекции у людей – громадное преимущество в годы войны. Ученые надеялись, что понимание его структуры позволит производителям лекарств наладить массовый выпуск препарата. Однако структуру молекулы пенициллина никак не удавалось расшифровать. Во-первых, американские и британские кристаллографы работали над кристаллами разной формы, даже не подозревая об этом. Никто не знал, что кристалл пенициллина имеет несколько разновидностей. Во-вторых, из-за особенностей строения молекулы фотопластина не давала ясной картины.

Наконец, словно мало было этих проблем, Ходжкин и ее оксфордский аспирант решили расшифровать структуру молекулы пенициллина, ничего не зная о его радикалах. Дороти шутила, что эта задача казалась им «в самый раз для новичка»[43].

Работа Ходжкин по расшифровке показала, что части молекулы пенициллина связаны друг с другом крайне необычным образом. Один химик был так ошеломлен, что поставил всю свою карьеру на то, что она ошибается, поклявшись, что займется выращиванием грибов, если ее предположения окажутся правильными. (Несмотря на подтвержденные результаты, скептик обещание не сдержал.) В 1946 г., когда Ходжкин поняла, что проблема с пенициллином наконец решена, то запрыгала по комнате, радуясь, как ребенок. Работа отняла у нее четыре года. Открытие вылилось в появление новых полусинтетических пенициллинов и их повсеместную разработку.

Однако пройдет еще одиннадцать лет, прежде чем Оксфорд сделает ее своим штатным профессором. Переоснащения лаборатории пришлось ждать двенадцать лет.

В следующей молекулярной головоломке было в шесть раз больше атомов, не являющихся атомами водорода, чем вообще всех атомов в молекуле пенициллина. Хотя другие ученые заявили, что В12 не по зубам рентгеновской кристаллографии, Ходжкин взялась за дело.