Розалинд Франклин и Photo 51: что произошло на самом деле

Розалинд Франклин и Photo 51 давно стали символом несправедливости в науке. Историю часто пересказывают просто: Франклин получила фотографию двойной спирали, Джеймс Уотсон увидел её без разрешения, а затем вместе с Фрэнсисом Криком присвоил открытие. В этой версии есть реальный конфликт, но сама наука была сложнее.

Photo 51 не была фотографией молекулы ДНК, на которой можно сразу увидеть две переплетённые цепи. Это рентгеновская дифракционная картина — узор, возникающий, когда рентгеновские лучи рассеиваются на упорядоченных волокнах вещества. Чтобы превратить такой снимок в модель молекулы, требовались расчёты, химические данные и пространственное моделирование.

Снимок получили Розалинд Франклин и её аспирант Рэймонд Гослинг в Королевском колледже Лондона. Экспозиция началась 2 мая 1952 года и продолжалась в общей сложности 62 часа. На фотопластинке появился характерный крест из тёмных пятен — один из самых известных научных образов XX века.

Что действительно показала Photo 51

Крестообразный рисунок был убедительным признаком того, что молекула имеет спиральную организацию.

Расстояния между пятнами позволяли оценить повторяющиеся размеры структуры: полный виток спирали составлял примерно 34 ангстрема, или 3,4 нанометра. Однако снимок сам по себе не давал готовой двойной спирали. По нему нельзя было сразу установить, сколько цепей образуют молекулу, в каких направлениях они идут, где находятся фосфатные группы и каким образом соединяются азотистые основания.

Франклин получила особенно качественные изображения благодаря точному контролю влажности образцов. Она установила, что ДНК может находиться по меньшей мере в двух состояниях. Более сухая A-форма давала сложную и богатую деталями дифракционную картину.

Более влажная B-форма, к которой относилась Photo 51, создавала менее резкий, но гораздо более очевидный спиральный рисунок. Основное внимание Франклин долгое время уделяла A-форме. Это не означало, что она не понимала значения Photo 51.

Для специалиста по рентгеновской дифракции более упорядоченная A-форма выглядела перспективнее: её данные могли позволить провести строгий структурный анализ, а не просто предположить наличие спирали. Осторожность Франклин иногда ошибочно представляют как неспособность увидеть очевидное. На самом деле она не хотела строить окончательную модель, пока экспериментальные данные не позволяли надёжно проверить её детали.

Как данные попали к Уотсону и Крику

В январе 1953 года Морис Уилкинс показал Photo 51 Джеймсу Уотсону.

Франклин при этом не присутствовала, и её прямого разрешения на показ снимка не запрашивали. Обстоятельства передачи фотографии остаются предметом споров: к этому времени Франклин готовилась покинуть Королевский колледж, а Гослинг должен был продолжить работу под руководством Уилкинса. Увидев характерный крест, Уотсон сразу понял, насколько убедительно снимок поддерживает идею спирали.

Но Photo 51 не раскрыла ему всю структуру. Уотсон и Крик уже рассматривали спиральные модели и нуждались прежде всего в точных размерах и ограничениях, которым такая модель должна была соответствовать. Ещё более важную информацию они получили из внутреннего отчёта подразделения Совета медицинских исследований.

Макс Перуц передал его Крику, не считая документ конфиденциальным. В отчёте содержались неопубликованные результаты Франклин: размеры элементарной ячейки, содержание воды, расположение фосфатных групп снаружи молекулы и данные о симметрии структуры. Эти сведения помогли Крику понять, как должны располагаться цепи.

Но Франклин не знала, что её расчёты передали кембриджской группе и используют при построении модели. Поэтому историю трудно честно свести к одной из двух крайностей. Уотсон и Крик не скопировали готовое открытие с фотографии.

Однако доступ к неопубликованным данным Франклин дал им существенное преимущество, а использование этих результатов происходило без прозрачного обсуждения с их автором. Правильная модель возникла из соединения нескольких линий доказательств. Уотсон и Крик использовали рентгеновские данные лондонской группы, известное химическое строение нуклеотидов, соотношения оснований, установленные Эрвином Чаргаффом, и физические модели молекул.

Решающим шагом стало понимание, что аденин образует пару с тимином, а гуанин — с цитозином. Такие пары имели одинаковую ширину и позволяли разместить две цепи внутри спирали, оставив сахарофосфатный каркас снаружи. Комплементарность оснований сразу подсказывала и возможный механизм копирования генетической информации.

Что успела понять сама Франклин

К началу 1953 года Франклин вновь анализировала B-форму.

В её рабочих записях появляется идея двухцепочечной спирали, хотя окончательное расположение цепей она ещё не установила. Она также понимала, что последовательность оснований может меняться, не разрушая общий каркас ДНК, а значит, именно последовательность могла нести биологическую информацию. До полного решения она не дошла.

Франклин не сформулировала комплементарное спаривание оснований и не построила окончательную модель с двумя противоположно направленными цепями. Уотсон и Крик завершили эту работу раньше. 25 апреля 1953 года Nature опубликовал три статьи подряд.

Сначала появилась работа Уотсона и Крика с моделью двойной спирали, затем статья Уилкинса, Алека Стокса и Герберта Уилсона, а за ней — работа Франклин и Гослинга с Photo 51. Такой порядок создавал впечатление, будто две экспериментальные статьи лишь подтверждали модель, уже независимо построенную в Кембридже. В действительности экспериментальные данные Королевского колледжа не только подтвердили двойную спираль, но и помогли определить ограничения, без которых правильную модель было бы намного труднее построить.

В своей статье Уотсон и Крик упомянули, что их стимулировало знание общей природы неопубликованных результатов Франклин, Уилкинса и их коллег. Однако конкретное значение этих данных стало широко обсуждаться значительно позже. В 1962 году Нобелевскую премию по физиологии или медицине получили Уотсон, Крик и Уилкинс.

Франклин умерла от рака яичников в 1958 году, в возрасте 37 лет, за четыре года до награждения. Но сводить её наследие только к пропущенной Нобелевской премии тоже неверно. После перехода в Биркбек-колледж Франклин создала исследовательскую группу и внесла значительный вклад в изучение структуры вируса табачной мозаики и других вирусов.

Её работы стали частью становления структурной вирусологии. Photo 51 была одним из ключевых доказательств спирального строения ДНК, но не содержала готового ответа. Настоящий вклад Франклин заключался в значительно большем: в подготовке качественных образцов, разделении A- и B-форм ДНК, точных измерениях и структурных выводах, которыми воспользовались другие исследователи.

Это не история одного украденного озарения. Это история коллективного открытия, неравного доступа к информации и научного признания, которое распределилось между участниками далеко не так прозрачно, как могло бы.