Главная задача этой книги – рассказать о моем опыте до и во время классического периода молекулярной биологии, который длился с 1953 года, когда была открыта двойная спираль ДНК, примерно до 1966-го, когда был окончательно выяснен генетический код – словарь перевода с «языка» нуклеиновых кислот на «язык» белков.
Для начала я дам краткое вступление, уточняющее некоторые подробности моего воспитания и образования, в том числе мое религиозное образование в детстве, а затем расскажу, как я (после Второй мировой войны) выбрал область науки, которой буду заниматься, опираясь на «критерий сплетни»[3]. Я также завершаю книгу эпилогом, в котором обзорно рассказываю о том, чем я занимался после 1966 года.
Характер научной работы, о которой говорится в основной части книги, и той, которая затронута в эпилоге, существенно различается. В первом случае мы с достаточной долей уверенности знаем, каковы верные ответы (исключение – проблема сворачивания белковых молекул). В эпилоге – мы еще не знаем, как все обернется (исключение в этом случае – двойная спираль). По этой причине многие из моих высказываний в эпилоге – не более чем личное мнение. Мои соображения в основной части книги имеют больший вес. Одна из удивительных особенностей современной науки в том, что она часто развивается так быстро, что исследователю бывает вполне понятно, какие из прежних представлений – его самого или его современников – оказались верными, а какие – неверными. В прошлом такая возможность представлялась редко. И в наши дни это проблема в тех областях знания, которые развиваются медленно.
Я не стремился охватить всё, чем занимался с научной точки зрения в эти замечательные годы, а тем более рассказать об огромной работе, проделанной другими. Например, я почти не упоминаю о том, как мы с Джимом Уотсоном обсуждали строение вируса, или о моем сотрудничестве с Алексом Ричем в исследовании разнообразных молекулярных структур. Вместо этого я включил в книгу только те примеры, которые, как мне представляется, интересны широкому читателю или дают общее представление о том, как происходит процесс научного исследования и каких ошибок при этом следует избегать – особенно таких, которые наиболее характерны для биологии. Ради этого я уделяю больше внимания как раз ошибкам, чем успехам.
В 1947-м, в возрасте тридцати одного года, я отправился в Кембридж. Проработав два года в лаборатории Стрэнджвейз (это лаборатория тканевых культур), я перешел в Кавендишскую лабораторию, физическую. Там я снова поступил в аспирантуру. Я пытался разобраться в трехмерной структуре белков, изучая закономерности дифракции рентгеновских лучей на белковых кристаллах. Именно тогда я впервые познакомился с методами научного исследования. И как раз тогда, еще в мои аспирантские годы, мы с Джимом Уотсоном совместно выдвинули гипотезу о том, что ДНК имеет форму двойной спирали.
Мне было непросто написать что-то по-настоящему новое о событиях, которые привели к открытию двойной спирали, поскольку об этом уже немало написано книг и снято фильмов. Вместо того чтобы повторять всем известное, я решил, что лучше осветить различные аспекты этого открытия, а также поговорить о документальном фильме BBC «История жизни», посвященном этой теме. Аналогичным образом я не углубляюсь в детали того, как именно расшифровывали генетический код – это можно прочесть в большинстве современных учебников. Я размышляю главным образом о взлетах и падениях теоретического подхода, поскольку, как мне кажется, мало кто представляет себе, до какой степени ошибочными оказались все теоретические построения относительно генетического кода.
Так как меня занимают в первую очередь идеи, а не люди, я не стал включать в книгу подробные личностные характеристики своих друзей и коллег, в основном потому, что не готов писать откровенно о близких личных отношениях с теми, кто еще жив. Однако там и сям я привожу множество мелких анекдотических происшествий, чтобы дать хотя бы некоторое представление о том, какой это народ – ученые, и чтобы сделать чтение более увлекательным. Немногие читатели по доброй воле станут продираться сквозь сплошную интеллектуальную дискуссию, растянувшуюся на целую книгу, если только они не специально интересуются ее темой. Короче говоря, моя главная цель состояла в том, чтобы изложить некоторые идеи и открытия в занимательной – как я надеюсь – форме.
Я пишу как для своих коллег-ученых, так и для широкой публики, но уверен, что неподготовленный читатель в состоянии понять большую часть того, что обсуждается в моей книге. Временами дискуссия приобретает несколько специальный характер, но даже в таких случаях, думаю, общее направление идеи уловить достаточно легко. Кое-где я добавил краткие замечания с более профессиональной точки зрения в квадратных скобках. В помощь читателям, у которых нет подготовки в области молекулярной биологии, я привожу на фронтисписе таблицу приблизительных размеров молекул, хромосом, клеток и т. д., а также два приложения: в первом дается краткий обзор основ молекулярной биологии, а во втором – развернутые сведения о генетическом коде. Большинство читателей (не считая химиков) не переносят химических формул, так что я практически изгнал их из первого приложения.
При всем моем стремлении писать ясно, для неподготовленного читателя некоторые части глав 4, 5 и 12 могут показаться сложными при первом чтении. Советую читателю, застрявшему на подобном месте, либо напрячь усилия, либо пролистать это место и перейти к следующей главе. Большая часть книги читается достаточно легко. Не сдавайтесь только потому, что некоторые абзацы показались трудноватыми.
Важнейшая тема книги – естественный отбор. Как я демонстрирую, именно в этом ключевом механизме кроется отличие биологии от других наук. Конечно, сам принцип этого механизма доступен для понимания каждому (хотя и удивительно, насколько мало людей его в самом деле понимают). По-настоящему удивительны, однако, результаты этого процесса, действующего на протяжении миллиардов поколений. Сам облик организмов, которые получаются таким образом, непредсказуем даже в общих чертах. Естественный отбор практически всегда надстраивается над тем, что уже имелось, поэтому простой по сути процесс обрастает многими добавочными приспособлениями. По остроумному выражению Франсуа Жакоба, «эволюция – кустарь». На выходе это и дает ту сложность, из-за которой происхождение биологических организмов оказывается чрезвычайно запутанным вопросом.
В этом биология резко отличается от физики. Основные законы физики, как правило, имеют точное математическое выражение и, скорее всего, одинаковы во всей Вселенной. Напротив, то, что называют законами в биологии, чаще всего лишь широкие обобщения, поскольку они описывают довольно сложные химические механизмы, сложившиеся в ходе естественного отбора на протяжении миллиардов лет.
Биологическая репликация, на которой основан процесс естественного отбора, дает множество точных копий почти бесконечного разнообразия сложных химических молекул. Ничего подобного не бывает в физике и смежных с ней дисциплинах. Это одна из причин, по которым иным людям живые организмы кажутся бесконечно маловероятными.
Все это затрудняет физику участие в биологическом исследовании. Элегантность и простота, обычно выраженные в весьма абстрактной математической форме, – полезные критерии в физике, но в биологии подобный интеллектуальный инструментарий может завести в ложном направлении. Поэтому теоретику в биологии приходится гораздо больше полагаться на данные эксперимента (какими бы туманными и путаными они ни были), чем обычно считается достаточным для физика. Более подробно эти соображения изложены в главе 13 («Выводы»).
Сам я до тридцати с лишним лет был знаком с биологией очень слабо, разве только в самых общих чертах, поскольку свою первую диссертацию защищал по физике. Понадобилось некоторое время, чтобы освоить принципиально другой способ мышления, необходимый для биолога. Это было все равно что родиться заново. И все же подобное преображение не так уж трудно совершить, и оно безусловно стоит затраченных на него усилий. Чтобы рассказать о своем пути в науке, для начала мне следует бегло очертить историю моего детства и юности.