1983,).
Джекпот в игральном автомате
Порой самые неожиданные явления способны вдохновить мысль ученого. Удивительную историю рассказывает в своих воспоминаниях известный генетик Сальвадор Лурия (1912–1991). Покинув свою родную Италию из-за антисемитских законов Муссолини, он нашел прибежище в Университете Индианы, где занялся изучением генетики бактериофагов. Его исследования оказались весьма успешными, и Лурия вместе с небольшой группой других первопроходцев — среди которых были и его студент Джеймс Уотсон, и Макс Дельбрюк из Калифорнии — заложили основы молекулярной генетики в ее нынешнем виде.
Лурию занимала судьба бактерий, зараженных бактериофагом (это вирус, который атакует бактерию и размножается внутри нее до тех пор, пока его многочисленное потомство не разорвет клетку и не вырвется наружу искать новые жертвы); он заметил, что некоторые колонии бактерий в его чашках с агар-агаром, специальной питательной средой, способны пережить такую атаку. Эти бактерии наверняка мутировали, и вопрос состоял только в том, вызваны ли мутации действием бактериофагов или же они были внезапными и случайными, однако придали бактериям силу, позволившую устоять перед нападением вирусов, — резистивность.
Я бился над проблемой несколько месяцев — главным образом мысленно, но еще успел поставить множество экспериментов. Все было безрезультатно. В конце концов ответ явился в феврале 1943 года в невероятных обстоятельствах — на факультетской вечеринке в Университете Индианы, преподавателем которого я стал пару недель назад.
Когда музыка ненадолго утихла, я оказался у игрального автомата и стал наблюдать за коллегой, бросающим туда одну за одной десятицентовые монеты. Потеряв кучу времени, он внезапно что-то выиграл. Не будучи игроком, я стал убеждать его в неизбежности проигрыша, однако тут он сорвал джекпот — около трех долларов десятицентовиками, — презрительно взглянул на меня, развернулся и ушел. В эту минуту я задумался об истинной математике игральных автоматов; тут меня и осенило, что игральным автоматам и мутациям бактерий есть что позаимствовать друг у друга.
Идея, которая внезапно пришла Лурии в голову, заключалась в том, что джекпот невозможно предсказать — даже если знать, что в среднем он случается, скажем, раз в пятьдесят игр. По той же логике, если мутации, защищающие от фагов, случайность, то колонии резистентных бактерий будут возникать с непредсказуемой частотой. Потомки выживших, тоже резистентные, будут образовывать бурно растущие скопления колоний на пластинке с бактериальной культурой. Если же, наоборот, бактериофаги делают одних устойчивыми, а остальных убивают, то колонии будут разбросаны по пластинке случайным образом по законам статистики. Лурия заключает:
Мгновение, когда я осознал сходство между выигрышами в игральном автомате и скоплениями мутантов, было восхитительным. Я выбрался с вечеринки, как только представилась возможность (собственной машины у меня не было), а ранним утром следующего дня отправился к себе в лабораторию — комнату, которую я делил с двумя студентами и восемнадцатью кроликами. Свою идею я решил проверить опытным путем — с помощью набора одинаковых бактериальных культур, каждая из которых образовалась делением всего нескольких особей. Дождаться, пока культуры вырастут, в это воскресенье было особенно трудно. В Блумингтоне я почти никого не знал, так что просидел большую часть дня в библиотеке, не в состоянии сосредоточиться ни на одной книге. На следующий день, утром в понедельник, каждая культура насчитывала примерно по миллиарду бактерий. Теперь требовалось сосчитать фаг-резистентных бактерий в каждой. Культуры я смешал с фагами на отдельных пластинках. Мне снова предстояло прождать сутки — но сейчас я, по крайней мере, был загружен преподавательскими делами. Вторник был днем триумфа. В среднем я насчитал по десять резистентных колоний на культуру — кое-где был ноль, а кое-где, как я и надеялся, джекпот. Оставалось поставить контрольный опыт. Я взял множество отдельных культур и все смешал, а потом разбил смесь на маленькие порции и сосчитал резистентные колонии в каждой. Вышло как нельзя лучше: на этот раз общее число резистентных колоний было примерно тем же, но теперь числа для отдельных порций подчинялись случайному распределению — уже без джекпотов.
Так была выяснена причина спонтанных мутаций. Метод стал известен под названием “флуктуационный тест”. Он позволил вывести частоту спонтанных мутаций, а также внес ясность в вопрос о том, откуда берутся такие свойства, как устойчивость к антибиотикам.
Lurid Salvador, A Slot Machine, A Broken Test Tube (Harper and Row, New York, 1985).
Сбить Венеру
Вот выдержка из письма Роберта Оппенгеймера, руководившего в Лос-Аламосе атомным проектом, к Элеонор Рузвельт:
В преддверии испытаний первой атомной бомбы все в Лос-Аламосе были в напряжении. Помню, как однажды утром чуть ли не все участники проекта высыпали на улицу и уставились на яркое тело в небе — его разглядывали сквозь очки, бинокли и вообще все, что попалось под руку. Из Киртланд-Филда отрапортовали, что не располагают перехватчиками, которые позволили бы им приблизиться к объекту. Наш директор службы кадров был астрономом и просто мудрым человеком; в конце концов он явился ко мне в кабинет и спросил, когда мы наконец прекратим наши попытки сбить Венеру. Я рассказываю эту историю, только чтобы подчеркнуть, что даже группа ученых не застрахована от ошибок и паники.
Оппенгеймер (1904–1967) — замечательный физик-теоретик, прославившийся невероятным интеллектом. Рассказывают, что он был страшным человеком, пусть и не без привлекательных черт. Вот зарисовка Мартина Кэмена, дружившего с ним во времена своей докторантуры в Калифорнийском университете в Беркли:
Оппи, как его ласково называли, однажды захватил меня с собой на празднование Нового года в Нью-Йорке к Эстер Кэн, пианистке и сестре известного колумниста Херба Кэна. По пути Оппи вспомнил, что не уверен в адресе — зато уверен, что дом находится на Клэй-стрит и что его номер состоит из двух пар десятичных знаков, каждая из которых делится на семь без остатка, — 1428,2128,2821 или что-то в этом духе. Поэтому мы слонялись по Клэй-стрит, разглядывая таблички, пока наконец не увидели дом Эстер под номером 3528.
Rhodes Richard, The Making of the Atomic Bomb (Simon and Schuster, New York, 1986); Kamen Martin D., Radiant Science, Dark Politics (University of California Press, Berkeley, 1985).
Оживление мертвецов
Открытие электричества подтолкнуло некоторых биологов к мысли, что процессы внутри живых организмов как-то с ним связаны. Вот почему Луиджи Гальвани (1737–1798), профессор медицинской школы в Болонье, стал добиваться реакции на электрические импульсы от физиологического препарата — лягушачьих лапок с прикрепленными к ним седалищным нервом и частью позвоночного столба.
Во время такого опыта ассистент случайно коснулся нерва лезвием скальпеля и с удивлением заметил, что мышцы отозвались конвульсивными подергиваниями. Эффект, как оказалось, имел место лишь тогда, когда пальцы ассистента (надо думать, влажные) касались железных гвоздей, которыми лезвие крепилось к костяной ручке, и электрическая цепь между нервом и землей замыкалась. Затем Гальвани решил посмотреть на действие атмосферного электричества, которым Бенджамин Франклин и другие во время грозы заряжали лейденские банки. Гальвани развесил вдоль железной ограды в саду лягушачьи лапки на медных крючках и, к своему восхищению, смог лично наблюдать, как они подергиваются без видимой причины. (Возник слух, что истинным намерением Гальвани было приготовить суп из лягушачьих лапок для жены-инвалида, а знаменитое наблюдение — всего-навсего побочный продукт этой затеи; на самом же деле жена Гальвани, будучи дочерью знаменитого физиолога, наверняка просто участвовала в опытах мужа.) Гальвани пришел к заключению, что открыл “электрический флюид” — родственный, вероятно, источнику “животного магнетизма”, который Франц Антон Месмер (термин “месмеризм” образован от его имени) и другие пытались продемонстрировать во Франции.
В 1791 году Гальвани опубликовал свои наблюдения и их толкование под заглавием De Viribus Electricitas (“Об электрических силах”), после чего его слава быстро распространилась, к возмущению критически настроенных умов. Главным из них был профессор Университета Павии, физик-скептик Алессандро Вольта (1745–1827). Вольта повторил опыты Гальвани, однако догадался, что объяснения последнего абсурдны, а на самом деле электричество порождается сочетанием железа и меди, разделенных проводящим раствором в мускулах. Далее Вольта заметил, что биметаллическая пара способна порождать несильный электрический ток без какой бы то ни было подзарядки извне, и начал объединять такие пары в ряды, разделяя их кусками бумаги, вымоченной в соли. Это и есть вольтова батарея, которая вскоре попала в руки Хэмфри Дэви в Лондоне. С ее помощью Дэви осуществил электролиз воды (т. е. химическое разложение Н20 на газообразные водород и кислород, которые выделяются на электродах).
Гальвани — определенно человек с ограниченным воображением — так никогда и не отказался от веры в животное электричество. Он был озлоблен неприятием своей теории, смертью жены и политическими преследованиями, которые ему пришлось вынести (Гальвани решительно осуждал завоевание Наполеоном севера Италии, который, под названием Цизальпинской республики, сделался французской сатрапией). Зато его наверняка радовало то, что его идеи об электричестве энергично (пусть и в неверном направлении) продвигались его учеником и племянником Джованни Альдини. Альдини дошел до того, что стал подбирать свеже-отрубленные головы возле гильотины и вставлять электроды в мозг. Это, по его сообщениям, приводило к разным гримасам, подергиванию губ и распахиванию глаз. Вольта, со своей стороны, избегал подобной театральности и добился более широкого признания. Он предъявил свою батарею Французской академии наук в присутствии лично императора, а тот по достоинству оценил ее перспективы и наградил изобретателя золотой медалью. Имя Вольты увековечили в названии единицы напряжения, тогда как имя Гальвани — в названии гальванометра и, более того, в эмоционально окрашенном глаголе “гальванизировать”.