Что за безумное стремленье!

Теория рентгеновской дифракции на кристаллах проста – настолько, что большинство современных физиков считают ее довольно скучной. Хотя в ней необходимо владение алгебраическими расчетами, я вскоре обнаружил, что могу решить многие математические проблемы благодаря комбинации картинок и логики, не продираясь предварительно сквозь математику.

Несколько лет спустя, когда к нам в Кавендишскую лабораторию пришел Джим Уотсон, я использовал кое-что из этих визуальных методов с более глубоким привлечением математики, чтобы обучить его основам рентгеновской дифракции. Я даже собирался написать по этой теме небольшое учебное пособие, под заголовком «Преобразования Фурье для орнитологов» (Джим стал биологом потому, что с детства любил наблюдать за птицами), но меня в ту пору слишком многое отвлекало, и книга так и не была написана.

Тогда не было общедоступных учебников в этой области. В литературе того времени применялся поэтапный метод, основанный преимущественно на законе Брэгга и последующих разработках темы. Для таких, как я, это лишь затрудняло работу и безусловно делало ее более занудной, поскольку простейший метод часто вызывает у ученика вопросы на более глубоком уровне, и подобная неудовлетворенность может помешать обучению. Зачастую лучше, по крайней мере для талантливых учеников, перейти сразу к более сложной работе и попытаться преодолеть более влиятельный педантизм, одновременно пытаясь проникнуть в суть того, что происходит. В моем случае выбора не было, кроме как обучиться рентгеновской дифракции самостоятельно. Это оказалось полезным, поскольку я приобрел достаточно глубокое и близкое знакомство с предметом. Более того, поскольку Перуц изучал стадии усыхания кристалла, состоящего из крупных молекул, я выучился работать с дифракцией на отдельных молекулах и только потом собирать их в правильную кристаллическую решетку, вместо того чтобы следовать более традиционному методу и начинать с решетки. Впоследствии этот навык оказался для меня ценным.

Вооруженный этим новым знанием, я перечел статьи Перуца и провел некоторое время в размышлениях над тем, как разрешить загадку структуры белков. Перуц спекулятивно предполагал, что форма молекулы чем-то напоминает дамскую шляпную картонку старых времен, и в своей первой статье нарисовал такую схему. (Кстати, схемы моделей часто бывает трудно нарисовать как следует, поскольку, если не проявлять дисциплинированности, они выражают больше, чем запланировано.) По ряду причин я полагал, что модель «шляпной картонки» неправдоподобна, и попытался добыть свидетельства в пользу других возможных форм.

Напомню, что конкретные данные о дифракции сами по себе не говорят нам ничего о форме, но любая гипотетическая форма может быть использована для расчетов дифракции. Форма влияет лишь на те немногие отражения рентгеновских лучей, которые соответствуют общей структуре кристалла. Их интенсивность зависит от контраста между высокой электронной плотностью белка и низкой электронной плотностью воды (в действительности раствора солей) в промежутках между молекулами. Даже если бы можно было получить изображение электронной плотности в этом низком разрешении, оно не показало бы непосредственно форму отдельной молекулы, поскольку молекулы белков то тут, то там тесно сближаются. Нельзя различить, где заканчивается одна молекула и начинается другая. К счастью, Перуц изучал ряд сходных структур упаковки – несколько стадий усыхания, – и при допущении, что молекулы белка достаточно стабильны и просто упакованы немного иначе на разных стадиях, можно было сузить круг возможных форм.

Я добился некоторых успехов в решении главной задачи, но потом застрял. Тем временем Брэгг независимо от меня задумался над ней. В то время как я увяз, он делал стремительные успехи. Он сделал смелое допущение, что форму можно в грубом приближении свести к эллипсоиду – простейшему типу искаженной сферы. Затем он обратился к тем немногим сведениям, которыми мы располагали, о кристаллах гемоглобина других видов животных, предположив, что молекулы всех типов гемоглобина, вероятно, примерно одинаковы по форме. Более того, его не обескураживало, если данные не соответствовали его модели в точности, поскольку молекула вряд ли представляла собой точный эллипсоид. Иными словами, он делал смелые, упрощающие допущения, обращался к максимально широкому спектру данных и, в отличие от меня, относился критически, но не педантично, к соответствию между моделью и экспериментальными фактами. Он додумался до формы, которая в итоге оказалась неплохим приближением реальной формы молекулы, и они с Перуцем опубликовали об этом статью. Результат не имел первостепенного научного значения – хотя бы потому, что метод был косвенным, – и нуждался в подтверждении более прямыми методами, но для меня этот пример стал откровением, как надо проводить научное исследование и, что еще важнее, как этого делать не надо.