ГРАНИЦА ЖИЗНИ

О том, как как «отец квантовой механики» физик Шрёдингер семьдесят лет назад написал ошибочную книгу по биологии, которая, не смотря на свою ненаучность, тем не менее не только внесла огромный вклад в развитие современной генетики, но и повлияла на многие другие аспекты нашей современной жизни, в том числе и цифровой мир. Так он воссоздал своего знаменитого кота в бумажном виде, когда книга оказалась бессмысленной и полезной одновременно.

Возможно, основой научных открытий являются мечты и целенаправленные размышления. Но так как на человека влияет абсолютно все, что он видит / слышит / ощущает — то трудно сказать, как на самом деле зарождается новая теория. Ведь очень сложно проследить, что конкретно повлияло на воображение и какие «яблоки» от чужих идей прилетели очередному первооткрывателю на макушку, повлияв на его собственный мыслительный процесс.

Молодой ученый Френсис Крик, скорее всего был романтиком, потому что только такие люди могут думать над тем, как устроен живой мир в центре бури Второй Мировой Войны. Во время Битвы за Британию бомба попала в крышу лаборатории, в которой он пытался собрать материал для своей докторской работы по физике и разрушила его экспериментальную установку.

Крик не пострадал и, кажется, не очень расстроился. Как он позже писал о том эксперименте — это была «самая неинтересная научная проблема». Скучной для него было и проектирование новых типов подводных мин, над которыми он был вынужден работать вместо университета в военное время: он мечтал изучать живое, а не убивать его.

В его желании не было никакого религиозного подтекста, а скорее научный интерес. В детстве родители часто ходили с маленьким Фрэнсисом в церковь, но в двенадцать лет он отказался посещать церковь и молиться. Свой поступок он объяснил тем, что только развитие науки поможет найти ответы на все вопросы, а религиозная вера — нет.

По его словам, после окончания войны в 1947 году в возрасте 31 года он «родился заново», бросил науку, которой посвятил десятилетие, и внезапно начал изучать новую: «физика уже и так достигла больших высот, и необходимо было развитие биологических дисциплин».

Фрэнсис Крик

Крику пришлось перейти от «элегантности и глубокого понимания» физики на «сложные химические механизмы, естественный отбор которых развивался в течение миллиардов лет».

Есть вероятность, что по ироничной случайности на внезапное решение начать с нуля изучать генетику повлияли гены: его дедушка, Уолтер Крик, был биологом, геологом и палеонтологом. Он дружил с Чарльзом Дарвином и даже написал с ним несколько совместных публикаций. Может быть поэтому ещё в раннем возрасте его внук Фрэнсис уже интересовался естественными науками?

Что есть граница между живым и не живым в клетке тела?

Крика заинтересовали две основные нерешенные проблемы в биологии: как молекулы позволяют осуществить переход от неживого к живому, и каким образом мозг осуществляет мышление. Он понимал, что его положения в научном обществе недостаточно для проведения серьезных исследований во второй области, поэтому он приступил к раздумьям о над первой.

По словам Фрэнсиса, вдохновением ему была книга Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь?» — того самого, который так нежно любил котиков, что мысленно закрывал их в герметичных коробках со смертельным ядом, объясняя таким образом парадоксы поведения частиц.

Эрвин Шрёдингер

В своем труде про жизнь «отец квантовой теории» размышлял о том, как физика и химия могут языком формул объяснить, что происходит внутри живого организма.

Строго говоря, книга Шрёдингера, была вполне логична, но не являлась сколько-нибудь достойным фактическим руководством для биолога, хотя и популяризировала идеи генетики.

Лауреат Нобелевской премии Макс Перуц писал: «…то, что было правильным в его [Шрёдингера] книге, не было оригинальным, а большая часть оригинального, как было известно ещё к моменту написания книги — не было правильным. Более того, книга игнорирует некоторые решающие открытия, которые были опубликованы перед тем, как она отправилась в печать.»

Тем не менее, Шрёдингера в тот момент читали все физики, и многих он вдохновил заняться биологией. Оказывается, иногда даже чьи-то ошибки могут вдохновлять создавать новое знание*.

* ps. В этом плане будет логичным использовать ментальную модель с ориентацией на развитие (Growth mindset), который маркирует любую неудачу не как провал (свершившееся негативное событие, влекущее чувство вины), а как «еще одна гипотеза проверена и опровергнута» и «работа еще не завершена» (но завершена с успехом часть работы по опровержению гипотезы).

Итак, проходит лишь два года с начала изучения Криком новой науки, а он уже изучает в лаборатории в Кэмбридже биологию и органическую химию, а в 1949 переходит в Кавендишскую лабораторию, которая являлась мировым центром молекулярной биологии.

На новом месте он знакомиться с молодым американским биологом Джеймсом Уотсоном. В свои двадцать три года юный Уотсон уже обладал докторской степенью и считался сильным биологом. Он изучал структуру белков. В 1952 они начинают работать над моделированием структуры ДНК и за год завершают её, собрав макет из проволоки, шариков, кусков картона и металических пластинок. Эта работа ровно через десять лет в 1962 году принесет им Нобелевскую Премию.

Уотсон и Крик

Удивительно, что Уотсон тоже неоднократно упоминает Шрёдингера и его книгу, как источник вдохновения для своих размышлений.

Реконструированная модель ДНК Уотсона и Крика, которая содержит некоторые оригинальные металические пластины, созданные учеными в 1952 году. Хранится в Музее Науки в Лондоне.

К слову, сам Шрёдингер (по его словам) написал свою книгу под глубоким впечатлением от совместного исследования Тимофеева-Ресовского,  Дельбрюка и Циммера о влиянии рентгеновского излучения на генетические мутации, о которых физик прочитал в 1935 году.

Любопытно, что это же исследование влияния радиации на живое несколько ранее, в 1931 году достигло берегов Америки и его использовала другая будущая Нобелевская лауреатка Барбара Мак-Клинток (историю которой мы подробно рассмотрели ранее в другой статье). Она, мучала рентгеном свою любимую кукурузу, открыв благодаря этому транспозоны, за что и получила Нобелевскую.

Кстати, Барбара провела половину 1933 года в Берлине, где уже пять лет совместно работали ученые, вдохновившие её облучать растения рентгеном и побудившие Шрёдингера написать свою книгу.

В конце 30-х в Берлине, кажется, находился один из центров мировой науки. И все ученые друг-друга знали и общались, пересекаясь по всему земному шару и дальше — во время и после окончания войны.

Например, Уотсон в 1948 году несколько раз встречался с Дельбрюком в лаборатории Колд Спрингс Харбор, где в то же самое время работала и Мак-Клинток. Тогда Уотсон еще не знал, что ровно через двадцать лет он станет директором лаборатории, затем ее президентом и канцлером, а докторантуру при лаборатории назовут в его честь.

Вернемся к ДНК, молодым Уотсону и Крику. Не смотря на разницу в возрасте в двенадцать лет, они легко нашли общий язык. То ли повлияла общая нелюбовь к религии, то ли обожание книг, а может нечто другое.

Уотсон

Уотсон, тоже не сразу пришел в генетику. Строго говоря, он любил птиц, мечтал заниматься орнитологией, выиграл американскую версию передачи «умники и умницы» и в пятнадцать лет начал учиться в Чикагском университете, окончив его потом бакалавром зоологии.

В своей автобиографии «Избегайте скучных людей» Уотсон описал этот университет как «замечательное академическое учреждение, в котором ему прививали способность критически мыслить и не страдать от дураков, которые мешали поиску истины».

Возможно, это и есть универсальный рецепт успеха для всех, кто чего-то добился на научном поприще?

Прекрасный навык «не страдать от дураков» много раз помогал Уотсону по жизни. Например, получив отказ о принятии на магистратуру в калифорнийский технологический университет, он спокойно и без драмы отправляется в Индианский.

Но Уотсона тоже «нашла» та самая книга Шрёдингера и, как и Крика — вдохновила поменять область науки с зоологии на генетику.

Поэтому в 1950 году в возрасте двадцати трех лет он становится доктором философии, написав диссертацию о воздействии рентгеновских лучей (снова они!) на размножение бактериофагов, Юный доктор наук переезжает в новую лабораторию и начинает работать с Криком.  

Сальвадор Лурия

Эта история изобилует любопытными совпадениями и вот еще одно. Руководителем докторской работы Уотсона был итальянский ученый-рентгенолог Сальвадор Лурия, который в последствии тоже получит Нобелевскую премию на семь лет позже своего ученика за совместную работу все с тем же Максом Дельбрюком (который вдохновил и Мак-Клинток и Шрёдингера).

Столько лауреатов на один квадратный метр? Кажется, все они все заразились каким-то вирусом изобретательства, а можно научились друг у друга думать по-новому «в масштабах нобелевки».

Вручение Нобелевской премии Уотсону и Крику, Осло, 1962 г.

Создание Криком и Уотсоном трёхмерной модели ДНК вместе с другими двумя ученым из конкурирующей лаборатории было оценено научным сообществом как одно из наиболее выдающихся биологических открытий века для разгадки механизма контроля и переноса генетической информации. 

Кто же третий герой этой повести? Морис Уилкинс тоже изначально не очень интересовался биологией. Уилкинс, как и Крик, был физиком, но он пошел дальше своего коллеги и получил докторскую степень по физике в 1945 году и после нее даже работал работал над разделением изотопов в «Проекте Манхэттен» в Калифорнийском университете в Беркли.

В Беркли его пригласил его преподаватель Марк Олифант, открывший тритий вместе с Резерфордом. Олифант фактически создал манхэттенский проект, где работал несколько лет во время войны, занимаясь обогащением урана-235. После взрыва ядерного оружия над Хиросимой, Олифант стал публичным противником ядерного оружия и вернулся вместе со своим учеником из Америки обратно на Туманный Альбион.

В Англии Уилкинс вместе с руководителем своей докторской работы Джоном Рэндаллом создали первое в мире отделение биофизики в Королевском колледже Лондонского университета.

Четвертым человеком, которой могли дать Нобелевскую премию за это открытие была Розалинд Франклин. Сделанные ею снимки отличались особой чёткостью и подготовили почву для выводов о структуре ДНК для других ученых. К сожалению, Розалинд умерла за четыре года до вручения премии своим коллегам.

Уотсон и Крик

Когда Уотсон и Крик опубликовали свое открытие, их идею игнорировали еще пять лет. «Едва ли было больше пяти ссылок за все пять лет на нашу работу, нас никто не замечал, но мы продолжали трудиться,» — скажет он позже в одном из выступлений. Однако упорство всегда приносит свои плоды, они просто занялись исследования дальше, расширяя и создавая новое знание.

Тайна книги жизни

Что же такого вдохновляющего написал Шрёдингер в своем «ошибочном» и противоречивом труде, что так повлияло на будущее науки?

Задавая вопрос в названии своей книги «Что такое жизнь?», физик сам отвечал в своих размышлениях: «ОСНОВА ЖИЗНИ — ЭТО ИНФОРМАЦИЯ

Точнее, это информация в наших хромосомах, и она хранится в молекуле ДНК, копируется, переписывается и передается. Она реагирует на окружающую среду, перестраивается и видоизменяется в ответ.

Американский химик Лайнус Полинг сказал, что «Шрёдингер несёт основную ответственность за современную биологию

Поэтому не случайно Нобелевская Премия тройке генетиков была присвоена с формулировкой «за открытия, касающиеся передачи информации в живой материи

Похоже, не только биология изменилась благодаря его идеям. Возможно ли, что его работа, выпущенная в 1944 повлияла еще на кого-то, связанного с информацией?

Создатель теории информации Клод Шеннон считается «отцом информационного века». Удивительно, но американский инженер, криптоаналитик и математик Шеннон написал докторскую диссертацию, близкую к биологии, назвав её «Алгебра теоретической генетики» (случайность?), которую завершил весной 1940 года. Одновременно с докторской степенью по математике Шеннон получает и степень магистра по электротехнике. После этого он не возвращался к исследованиям в биологии, но знаний не растерял. И было бы удивительно, если бы ему на глаза не попала та самая книга Шрёдингера.

Шеннон так же несколько раз встречался с Альбертом Энштейном, который близко дружил с Шрёдингером. Именно в письме Энштейну в 1935 году Шрёдингер и рассказал другу свой знаменитый мысленный эксперимент с котом. Какова вероятность, что Энштейн в беседах с Шенноном упоминал своего лучшего друга? Можем ли мы говорить, что размышления Шрёдингера о природе жизни и её связи с информацией повлияли и на Шеннона?

Кто на кого повлиял — сложный вопрос. К слову, Шеннон дружил с Тьюрингом, а Тьюринг в свою очередь посещал лекции Витгенштейна, с которым он постоянно спорил. Но это уже совсем другая история.

Другой известный немецкий физик того времени, тоже эмигрировавший в военное время в Америку— Рольф Ландауэр говорил, что “вся информация является физической“, то есть она не абстрактна, а воплощена в физических вещах или процессах, их описывает, о них говорит и тд., но это не означает, что все физические вещи сводимы к информации. И это не означает, что вселенная и мир сводимы к физическим вещам.

Попытка Ландауэра связать математику с физикой сталкивается с вопросом, каким образом можно связать бесконечности в математике с конечностью вселенной. Так же как и генетики, Шрёдингер или многие другие ученые, Ландауэр задается вопросом, где проходит граница между живым и не живым, между физическим и абстрактным, между материей и сознанием. Об этом человеку ещё предстоит поразмышлять и понять.


Еще одна статья из цикла о генетике, открытиях и майнинге знаний: Барбара Мак-Клинток


Узнавать о новых статьях удобно через канал Телеграмм (@inspireMeToFly). Там еще бывают краткие заметки и мысли, которые больше нигде не публикуются.


Дополнительно: