Физика – моя профессия

С биологами физики стали общаться уже давно. Можно привести пример организованного в начале тридцатых годов Всесоюзного института экспериментальной медицины (ВИЭМ). В состав института входили такие отделы, как биофизика, светобиология, биологическая физическая химия. В этих отделах работало много физиков, но роль их была вспомогательная. Биологи часто беседовали с физиками о возможности применения физических методов для своих целей. Но не более того. Словом, взаимоотношения были дружеские, однако биологи и физики жили скорее как соседи по квартире, а не как члены одной семьи.

После войны биологическая физика начала новую жизнь в стенах Академии наук, и перечень вопросоз, с которыми биологи обращались к физикам, переменился.

Исследователи-"структурщики" стали подбираться к сложным объектам. Методы рентгеноструктурного анализа с успехом решали вопросы взаимного расположения атомов в молекулах, принимающих участие в биологических процессах. Объектом исследования стали и молекулы белков, своего рода «атомы» жизни. Сначала физики научились примерно оценивать их размеры, затем форму, а потом взялись и за выяснение их внутренней структуры.

Электронная микроскопия прогрессировала гигантскими шагами. С каждым годом граница невидимого отодвигалась все дальше; за увеличениями в тысячи раз пошли десятки тысяч, затем и сотни тысяч. На подложку – вроде предметного стекла обычного микроскопа – удавалось поместить не только клетки, но и отдельные их части. Раскрыли свою тайну вирусные частицы, стали непосредственно видны крупные молекулы, из которых они построены.

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.