Самая важная научная публикация 20 века, по мнению некоторых ученых

Некоторые исследователи говорят, что публикация, о которой пойдет дальше речь, является наиболее значимой научной работой 20 века. Другие скажут, что ничего в написанном нет особенного, третьи даже и знать не будут, о чем я говорю. Тем не менее в контексте всей серии эссе об эволюции научной мысли рассказ о Dreimännerwerk, или как его еще называют “Работа трех мужчин”1, будет ярчайшим примером того, почему “специализация — удел насекомых” и как одна идея может вызревать десятилетиями.

Я совершенно случайно наткнулся на упоминание книги. Когда начал разбираться, что в ней “такого” особенного написано, ненадолго потерял дар речи от одного из “трех мужчин”, биографию2 которого прочитал с огромным удовольствием и вам рекомендую.

Тремя мужами, написавшими “Зеленую тетрадь”, были: Николай Тимофеев-Рессовский3, основоположник молекулярной биологии, радиационной генетики и современной теоретической биологии; Карл Циммер, ядерный физик; и Макс Дельбрук, теоретический физик. Вот казалось бы, что эти три совершенно разных человека нашли друг в друге4, что решились написать научную работу, которая через 185 лет благодаря стараниям Эрвина Шрёдингера6 7 оказала влияние на Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика и привела к открытию двойной спирали ДНК.

Но обо всем по порядку…

В 1925 году Николая Тимофеева-Рессовского по рекомендации Вавилова и Кольцова командировали в Бух, пригород Берлина, учить местных ученых генетике. Николай Владимирович был выдающимся человеком, личностью экстраординарной, человеком максимально широких взглядов. Он мог поддержать разговор на ЛЮБУЮ тему, от биологии, экспертом в которой он являлся, до искусства, философии, психологии, литературы.

Он был известен во всем мире благодаря чистоте своих экспериментов и “громкому” голосу, считаться с которым приходилось всем. Когда приехал он в Бух, вот как говорил о тамошней профессуре, которую его отправили учить:

Quote

Ну, мы их проиохочивали к самоварному застолью на свой манер. Хошь не хошь — ходили. В генетике они невинные были, приходилось приучать размышлять. А это куда как трудно. Чтобы взрослого человека, да еще считающего себя ученым, заставить думать — легче кошку выдрессировать.

– Николай Тимофеев-Ресовский, лаборатория Буха, пригород Берлина, 1925 год.

Приохочивал Энве к самовару в том числе и Карла Циммера, немецкого физика-ядерщика и по совместительству радиационного химика8. Он работал в том же институте, что и Энве. Исследование Циммера “Теория попаданий” внесло наиважнейший вклад в развитие генетики. Как ни странно, вот вроде бы физик, а генетике “помог”, опять же человек широких взглядов.

Он доказал, что для того, чтобы “случилась” мутация, недостаточно “облучать” как попало — нужно, чтобы “заряженная” частица попала в цель, то есть в клетку. Именно благодаря ему биологи поняли, что “мишенью” является ген, который имеет физический размер и структуру, но до этого открытия с момента написания “теории попаданий” еще 20 лет.

Когда Тимофеев-Рессовский работал в Москве, он часто устраивал для своих студентов и коллег неформальные мероприятия, так называемый “лабораторный треп”, который еще имел второе название “Дрозсоор”, образовавшееся от двух слов: дрозофила и орать, потому что обсуждения и “треп” проходили очень бурно и эмоционально. Ученые, которые приходили на “дрозсоор”, рассказывали о своих экспериментах, идеях, а остальные всячески проверяли, критиковали, тем самым помогали найти лучшее решение, спроектировать “чистый” эксперимент и так далее. Те самые “самоварные” застолья в Бухе были аналогом “дрозсоора”. И вот третьим частым гостем подобных “научных” посиделок был Макс Дельбрук, ученик Нильса Бора.

В этой троице мужей, опубликовавших “Зеленую тетрадь”, он был чистым теоретиком. В отличие от Циммера и Энве, его мало интересовало, что они там “куролесили” с радиацией и какие бесчинства творили над полчищами мух9. Его волновал один вопрос: “почему ген настолько стабилен10 при облучении радиацией” и может ли квантовая механика11 объяснить причины стабильности.

Обобщить теорию, которую вывел Дельбрук, можно тремя пунктами:

  1. Ген – это огромная молекула.
  2. Ген стабилен благодаря квантовым связям между атомами.
  3. Мутация – это квантовый скачок, при котором молекулы “прыгают” из одного состояния в другое.

И вот собрались эти три мужа, подозреваю, что за самоваром у Энве дома, и “договорились” написать что-то о том, что знают они, но другие не знают.

“Зеленая тетрадь”, как можно догадаться, состоит из четырех частей: каждый автор написал о своем, но с общим заключением. И вот как они аргументировали свою позицию относительно описанной Дельбруком теории.

Энве “издевался” как мог над мухами, изменял дозы радиации, исследовал потомство и вывел “закон” мутации, если можно так выразиться: темпы мутации генов пропорциональны дозе радиации. Не существует никакого механизма, ограничивающего мутацию. Размер дозы пропорционален мутации, линейная зависимость.

В 21 веке “это и так понятно”, но в 30-е годы 20 века подобное открытие означало, что не существует “безопасной” дозы, но также что мутация клеток под воздействием радиации — “строго учитываемое событие”, а не процесс неконтролируемого химического распада.

Циммер формализовал находку Энве во вполне конкретную физическую модель, в которой каждая мутация каждой клетки “попадала” в цель (отдельно взятую, случайную хромосому). Рассчитав силу облучения и степень мутации, любой, у кого есть базовые знания в математике, может “прикинуть” размер цели, в которую “засветили”. И снова про “специализацию” насекомых. Циммер не биолог, ему просто стало интересно и любопытно применить ядерную физику к биологии.

Квантовая модель гена и Дельбрук — наверное, самый сложный для понимания12 аспект “Зеленой тетради” и самая важная ее часть. Дельбрук рассчитал с помощью “теории попадания” Циммера, что размер цели исключительно мал. Облучению подвергался крошечный объем, в котором может уместиться не более 1000 атомов13.

Дельбрук спросил себя: как что-то настолько крошечное может обладать такой стабильностью14? В поисках ответа он пришел к квантовой механике и сделал вывод, что ген имеет определенную форму и обладает стабильностью, а “энергетический барьер” спасает его от распада. Спонтанные мутации являются “квантовым скачком” из одного состояния в другое, вызванным случайным “пробитием” энергетического барьера; следовательно, ген — это не химическое явление, а устойчивая квантовая система.

“Работа трех мужчин” являлась первой в истории серьезной попыткой применить знания из физики, квантовой механики, термодинамики, методов статистического анализа15 к проблеме наследования признаков. Биология и физика начиная с 19 века развивались независимо друг от друга, а три мужа16 создали условия в одной лаборатории в Бухе для диалога наук.

А теперь внимание, вопрос: почему настолько фундаментальная работа оставалась долгое время незамеченной?

Тимофеев-Рессовский, Циммер и Дельбрук опубликовали “Зеленую тетрадь” в 1935 году в, конечно, уважаемом, но крайне узкоспециализированном журнале на немецком языке. Объем публикации был 55 страниц, сама работа требовала от читателя исключительного знания темы17, а содержание находилось на пересечении дисциплин: генетика, радиационная биология и теоретическая физика. Ни биологи, ни физики не могли понять, что в ней написано, потому что нужна была широта взгляда, а не “специализация насекомого”.

Генетики не понимали квантовой механики, немецким физикам было наплевать, о чем пишут генетики, и… “Зеленая тетрадь” не нашла своего читателя. Слишком сложно, слишком технично. Никто не обладал таким набором компетенций одновременно18. Кроме одного человека…

Эрвин Шрёдингер19 сделал то, что не удалось Тимофееву-Рессовскому, Циммеру и Дельбруку: он написал благодаря “Зеленой тетради” книгу “What is life”, которая была “доступной” читателю. Однако Шрёдингер “перевел” работу трех мужей настолько по-своему, что Дельбрук потом сказал – Шрёдингер понял их публикацию неправильно. Тем не менее прочитав именно “неправильный” перевод Уотсон и Крик открыли структуру ДНК, но об этом в следующем эссе про Шрёдингера и его “перевод”.

BIO

🧠 theBrain mapping

ID: 202604041636 Source:: Friend:: Child:: Next:: Сказ о том как Шредингер биологам помог

Footnotes

  1. Ее еще называют “Зеленая тетрадь”, потому что она была опубликована в тетрадках Гёттингенского научного сообщества (Grünes Pamphlet) ↩

  2. Гранин Д. А. Зубр / Д. А. Гранин, Москва: АСТ, 2023. ↩

  3. Или Энве, как называли Николая Владимировича его студенты ↩

  4. А еще они работали и писали в уже “поднимающей” голову нацистской Германии. Самое интересное, что Энве проработал в Германии ВСЮ Великую Отечественную, и никто русского биолога в Германии не трогал. Правда, его сына убили в гестапо, но это совсем иная история, грустная. ↩

  5. «What Is Life?» Эрвина Шрёдингера вышла в 1944 году, через 9 лет после публикации “Зеленой тетради”, а Уотсон и Крик открыли структуру ДНК в 1953 году, через 18 лет. ↩

  6. Да, все люди, о которых пойдет дальше речь, знали друг друга. А еще в тусовку Тимофеева-Рессовского входили Бор, Планк, Вавилов, Герман Мёллер, Кольцов и другие выдающиеся ученые, чьи имена сейчас мне сложно вспомнить. ↩

  7. А вы, кстати, заметили в прошлой сноске, что в этом списке много русских фамилий? Знаете почему? Потому что русские биологи самые-самые-самые в мире, именно они “двигали” биологическую науку. К сожалению, погасил их запал некий Лысенко, но это совсем иная история. ↩

  8. В то время наука была еще молодая и границы между химией и физикой (ядерной) были крайне несущественны. ↩

  9. Муха дрозофила — удивительное создание, подарок любому генетику. Срок жизни 50 дней, потомство выводят за 5–12 дней, цикл очень удобный, чтобы наблюдать за наследственностью и мутациями. ↩

  10. В то время среди физиков был консенсус относительно того, что малые группы атомов ДОЛЖНЫ быть нестабильны из-за теплового движения, однако гены наследуются из поколения в поколение, не меняясь (почти) ↩

  11. Мы скоро дойдем до квантовой картины мира. В этом или следующем эссе на сцену взойдет, “тот самый”, с кошкой. ↩

  12. Мной, по крайней мере ↩

  13. Циммер вычислил размер мишени. Дельбрюк перевёл это в число атомов — получилось около тысячи. Для сравнения: капля воды содержит триллионы триллионов атомов. Тысяча — это ничтожно мало. И по законам классической физики такая крошечная структура должна разваливаться от тепла тела. Но гены стабильны. Парадокс. ↩

  14. В классической физике объект из 1000 атомов при температуре 37 градусов должен быть нестабильным. Тепловые колебания постоянно “бодрят” атомы. А гены не только стабильны, но и копируются из поколения в поколение ↩

  15. К слову, методы статистического анализа в то же время в СССР применял в биологии другой русский биолог — Любищев А. А. ↩

  16. Есть мнение, что это заслуга Тимофеева-Рессовского как того, кто руководил лабораторией и устраивал дрозсооры (еженедельные сборища ученых, во время которых они, как сегодня модно говорить, “питчили” результаты своих исследований). Дрозсооры, регулярными посетителями которых были не только Циммер и Дельбрук, но и, например, Планк и Бор. ↩

  17. Я ее не осилил, все написанное “собрано” благодаря мемуарам и поиску в интернете. ↩

  18. Сомневаюсь, что сейчас найдется такой человек. Те трое, что написали, обладали. ↩

  19. Да, эксперимент с котом придумал он, а еще он “отец-основатель” (один из) квантовой механики. ↩