Рождение науки

Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский заинтересовался мутациями в то время, когда о генетическом действии радиации еще ничего не было известно. Первая его печатная работа посвящена изучению одной новой мутации у дрозофилы - излюбленного генетического объекта, особенно в те годы. А после открытия мутагенного действия радиации он сразу заинтересовался этим явлением и на долгие годы посвятил себя новой, только что зарождавшейся науке - радиационной генетике. В отличие от других биологов Тимофеев-Ресовский с самого начала понял, что в этой области без физики нельзя добиться серьезных успехов. С этого началась его большая дружба с физиками.

Николай Владимирович умеет увлекать людей. Когда в 1947 году я попал в его лабораторию, которая в то время находилась на Урале, то сам еще не совсем хорошо знал, чем хочу заниматься - физикой или биологией. Мне уже пришлось немного заниматься и тем и другим, и меня привлекали обе науки. Генетикой мне заниматься не приходилось, о ней я и не думал, да и не знал как следует. По своим убеждениям я был (стыдно сказать)... неоламаркистом. Когда я учился в МГУ, наша компания состояла из идейных противников дрозофильных генетиков. Мы все были друзьями и часто вместе проводили время, но "по науке" были непримиримы. До поздней ночи спорили о возможности параллельной и соматической индукции, об опытах Вейсмана и Каммерера, Павлова и Моргана. У меня был хорошо подвешенный язык, и в спорах я часто выходил победителем. Во всяком случае, побежденным себя никогда не чувствовал.

Когда я узнал, что мой новый шеф - дрозофилятник, менделист, морганист, то есть антиламаркист, я попытался спорить и с ним. Но это был не спор. Это было избиение, уничтожение. Молодой и элегантный (ему тогда было сорок семь), он энергично бегал по диагонали своего просторного кабинета.

- Бе-ли-бер-да! - кричал он на меня так, как будто перед ним сидел сам Жан Батист Ламарк. - Все подобные доводы проистекают от невежества, от страха перед точной количественной наукой. Вот, скажите, сколько икринок мечет за свою жизнь самка трески Гадус морруа?

- Ну, несколько тысяч, - говорю я, - много тысяч.

- Больше! За один раз треска мечет около десяти миллионов икринок. Но это не столь важно. А теперь вы, математик, скажите, сколько из этих десятков миллионов мальков доживает до состояния половой зрелости?

- Конечно, гораздо меньше.

- А точнее?

Мне неловко, что он назвал меня математиком. Какой я математик! Но неудобно не дать требуемого ответа на явно простой вопрос. Я смотрю в пол. Пол добротно и, видимо, недавно выкрашен. Но в противоположных углах - два пятна, где краска начисто стерлась, даже, кажется, в досках небольшие лунки образовались. С чего бы это? Николай Владимирович, дошедший до угла, - разрешает возникший вопрос. Он резко поворачивается и делает это с такой силой, что из-под ботинка чуть что не дымок идет. Одновременно он, не давая мне подумать, выпаливает ответ на собственный вопрос:

- Ровно два! Если бы пара особей трески оставляла больше двух половозрелых потомков, то за короткое время все водные бассейны были бы доверху забиты треской, а если бы они оставляли меньше двух, то треска вымерла бы. Так что, дорогой Николай Викторович, эта задача имеет абсолютно точное решение - ровно две трески! Одна выживающая особь на несколько миллионов, это такое давление отбора, которое будет эффективным даже при частотах мутаций, в сотни раз меньших, чем наблюдаемые в действительности. Количественные расчеты - это вам не таракан начхал!

Возражать трудно. Да в общем и незачем, потому что все, что он говорит, сильно убеждает. Однако из самолюбия я в течение нескольких дней возражаю, хотя уже полностью согласен со всеми его доводами. А еще через несколько дней мне становится ясно, что я должен стать биофизиком и заниматься радиационной генетикой. Просто удивительно, что я до сих пор не знал о своем призвании, Я начинаю сначала: с варки сред для разведения дрозофилы, с пересадки массовых культур. Но вскоре я получил вопрос для самостоятельного изучения. Начал заниматься анализом механизма хромосомных мутаций и продолжаю это до сих пор... И до сих пор нисколько не жалею, что занялся этим вопросом.

Я - только одна из многочисленных "жертв" Тимофеева-Ресовского. Вероятно, таким же образом он обращал в свою веру и физиков. Наиболее тесный и длительный контакт у него был с Карлом Гюнтером Циммером, которого все биофизики называют по инициалам "Ка-Ге": Циммеров на свете много, и их нужно как-то различать. Вообще ученые часто называют друг друга своего рода уменьшительными именами. Например, Тимофеева-Ресовского за глаза все называют "Колюша". Пошло это от жены, работающей вместе с ним. Она всюду называет его именно так, подавая всем пример. Даже иностранные коллеги, не понимая, вероятно, смысла этого слова, тоже называют его "Кольюша".

Ка-Ге в течение долгих лет был идеальным дополнением к Колюше. Насколько второй был стремительным, горячим, увлекающимся, настолько первый - спокойным, методичным и невозмутимым. Однажды Циммер прошел по коридору обычным для других людей быстрым шагом. Это произвело ошеломляющее впечатление, все решили, что произошло что-то совершенно из ряда вон выходящее. Про его невозмутимость ходило много анекдотов.

Чтобы полет Колюшиной фантазии воплотился в точные цифры, Ка-Ге был незаменим. Он покуривал свою трубку, попивал черный кофе и не спеша конструировал уникальные установки для облучения разными видами лучей, создал методику точного измерения доз облучения в биологических опытах, которая до сих пор остается непревзойденной. Работал он не спеша, но дело шло быстро. А когда опыт был уже проведен, когда цифры лежали на столе, они вместе делали из них выводы. И не всегда сразу соглашались друг с другом. Иногда расходились "на всю жизнь", придя к выводу, что у них нет общего языка, чтобы на следующее утро снова вместе сесть за рабочий стол.

Ка-Ге был экспериментатором. Для обсуждения "безумных идей" были другие друзья - физики-теоретики. Макс Дельбрюк, Паскваль Йордан, Джон Бернал и многие другие, вплоть до папы всех тогдашних физиков - Нильса Бора. Колюша сумел уже в то время увлечь их проблемами генетики (теперь-то это не мудрено; теперь физики увлекают иных биологов проблемами современной биологии). Он был организатором международного биофизического коллоквиума, где с участием крупнейших физиков обсуждались самые животрепещущие проблемы, самые смелые гипотезы. Я просматривал неопубликованные стенограммы этих коллоквиумов, происходивших в Спа и в Гётеборге (продолжение их прервала начавшаяся война). Там порой обсуждались вопросы, которые только сейчас становятся всеобщим достоянием.

Было бы грубой ошибкой считать, что количественная радиационная генетика создана одним Тимофеевым-Ресовским, так же, впрочем, как было бы неправильно считать, что она создана кем-нибудь другим. Открытия в наши дни иногда еще делаются отдельными учеными, но науки единолично уже не создаются. Радиационной генетикой и в те годы занимались многие ученые, и многим из них удалось сделать свой ценный вклад в ее развитие и становление.

Если мы перелистаем старые комплекты "Биологического журнала", то в каждом номере найдем статьи по радиационной генетике. Перед нашими глазами промелькнут десятки имен. Особенно много работ велось в те годы в Советском Союзе и в США. И многие из них до сих под не потеряли своего значения.

Но для многих ученых, использовавших радиацию для вызывания мутаций, она была только средством получения интересующих их форм. Некоторые авторы выпускали интересные количественные работы, хотя главные интересы их лежали в другой области. И только очень немногие в те времена специально занимались, подобно Тимофееву-Ресовскому, радиационной генетикой. Но почти никто не подходил к постановке опытов и к объяснению их результатов с биофизической точки зрения.

Именно поэтому Тимофееву-Ресовскому удалось в отличие от его многочисленных коллег не просто сделать несколько хороших работ, а провести анализ мутационного процесса с начала... Нет, конечно, не до конца. Конца в науке не бывает. Но он довел анализ до того уровня, какой был вообще достижим в те годы. И поэтому, рассказывая о создании количественной радиационной генетики, в первую очередь следует говорить о Тимофееве-Ресовском и его работах.

Больше всего привлекают в работах Николая Владимировича по радиационной генетике их точность и ясность. Он начал с проверки бэтсоновской теории "присутствия - отсутствия". Облучил мух и получил в их потомстве несколько желтоглазых мутаций. Поскольку лучи - разрушающий фактор, то согласно Бэтсону следовало бы считать, что нормальные красные глаза - "присутствие", а желтые - "отсутствие" соответствующего гена. Затем Тимофеев-Ресовский стал облучать полученных желтоглазых мух и в их потомстве получил самых нормальных красноглазых. Отсюда совершенно ясно следует, что ни о каком "присутствии - отсутствии" речи быть не может, что ген может изменяться в разных направлениях. Просто, не правда ли? Но эта простота далась дорогой ценой.

Мутации вполне определенных генов, даже при облучении, происходят крайне редко. В этом опыте было проанализировано в первой части 112 тысяч мух (и найдено 12 желтоглазых), а во второй - 89500 (и найдено 3 красноглазые). Но это только часть опытов по вызыванию обратных мутаций, их небольшая часть, так как они проводились им более чем на двадцати разных генах. Глазные мутации были исследованы особенно подробно. Красные глаза превращались в желтые, желтые - в белые, белые - снова в желтые, а затем в красные. Глаза абрикосового цвета, кораллового цвета, цвета слоновой кости... Была опровергнута гипотеза "присутствия - отсутствия" и доказана возможность мутирования гена в разных направлениях.

В последующих опытах были установлены основные количественные закономерности возникновения генных мутаций под действием ионизирующих излучений:

Число возникающих мутаций прямо пропорционально дозе облучения.

Число мутаций, вызываемых определенной дозой радиации, не зависит от ее распределения во времени (дать ли всю дозу сразу или за несколько минут, или растянуть на несколько суток, или разделить на несколько частей - результат будет один и тот же).

Число мутаций при данной дозе не зависит от жесткости (длины волны) рентгеновых и гамма-лучей.

Быстрые нейтроны при той же дозе вызывают несколько меньше мутаций, чем рентгеновы и гамма-лучи.

Из этих немногих, но очень точно обоснованных выводов вытекал ряд важнейших следствий.

Уже из факта, что число мутаций возрастает прямо пропорционально дозе облучения, следует вывод о том, что абсолютно безопасных доз радиации не существует. Известно, что очень малые дозы некоторых страшных ядов совершенно безвредны. На "радиационный яд" это, к сожалению, не распространяется. А такой вывод имеет прямое отношение не только к ряду практических областей, но, например, и к мировой политике. Советское правительство, требуя полного запрещения ядерных испытаний, исходило, в частности, из того, что совершенно безвредных доз нет. Некоторые американские ученые, работая по контрактам военного министерства США, затратили много сил для того, чтобы опровергнуть вывод Тимофеева-Ресовского. Но этого сделать не удалось.

На основании перечисленных выше закономерностей можно кое-что сказать и о том, как возникают мутации. Из той же линейной зависимости следовал совершенно однозначный вывод: для вызывания одной мутации достаточно одного "попадания" в ген. Но что оно собой представляет? Ведь оно может иметь разную природу. Опыты давали ответ и на этот вопрос. Биофизический анализ данных по зависимости эффекта от длины волны и типа лучей говорил о том, что "попаданием" является одна ионизация - отрыв электрона от одного из атомов.

Но что самое интересное - точные радиационно-генетические опыты дали первый ответ на вопрос, волновавший всех генетиков уже в течение нескольких десятилетий: какова природа гена? Биофизический анализ, в подробности которого мы здесь вдаваться не можем, привел к выводу о том, что ген - это определенная совокупность атомов (молекула, мицелла или часть молекулы - сказать было нельзя). Удалось даже подсчитать, из скольких атомов в среднем состоит один ген. Работы самых последних лет по молекулярной генетике подтвердили вывод, сделанный Тимофеевым-Ресовским почти 30 лет назад.

То, о чем мы рассказали, - основа классической радиационной генетики. Мы перечислили наиболее существенные факты и выводы этой науки. Как видите, на первый взгляд их не так много. Но в науке именно это и является показателем серьезной работы. Крупнейший физик Резерфорд сказал как-то: "Если вы не можете изложить свою работу на одной странице, это значит, что она недоделана и вам нужно еще поработать". А сам Николай Владимирович во время научных дискуссий с "путаниками" частенько приводит свой излюбленный аргумент: "Ведь зарплату-то нам платят не за то, что мы усложняем, а за то, что упрощаем!" И нужно отдать ему справедливость, в радиационную генетику он внес много ясности. На это он затратил около 20 лет.