и инфракрасный спектроскопы, чем пытаться создать туннелирующий. Когда я разговаривал с Яклевичем о тех временах, он спросил, почему меня, биолога, это интересует, и я объяснил, что вижу в этом потенциальную связь с запахами. «О, – воскликнул он, – мы думали об этом!» В этот момент я, слегка обидевшись на то, с какой легкостью он это произнес, признался, что весьма удивлен. Яклевич очаровательно ответил: «Видишь ли, мы были весьма сообразительны, и эта мысль как-то сама возникла в ходе дискуссии». И что было дальше? Яклевич вспоминает: «У Форда были три химические лаборатории, и мы часто общались с соседями. Мы обсуждали с ними этот вопрос, и кто-то сказал, что запах молекулы может зависеть от ее формы».
Но они все-таки решили пойти дальше и заказали себе некоторое количество дейтерированной уксусной кислоты, чтобы проверить, действительно ли она пахнет иначе, чем обычная. Может, пахла, может, и нет, во всяком случае они бросили эту идею, которая все равно не входила в сферу их интересов и не имела никакой пользы для Форда. Историю с запахами они обсуждали с другими учеными на первой международной конференции по туннелированию в 1969 г. Но они никогда не слышали про Райта, равно как и он про них, хотя все публиковались в самых распространенных научных журналах мира – в Nature и Physical Review! Яклевич и Ламбе с удивлением узнали от меня, что их идея, в конце концов, могла оказаться правильной. Если бы о ней знал Райт, он бы сразу увидел, что а) это механизм, предназначенный для наноразмерных устройств, таких как белки, поскольку туннелирование действует исключительно на расстояниях, сопоставимых, в частности, с размерами молекул запаха, и б) клетки омываются потоками электронов, а энзимы предназначены для их транспортировки, а таким образом создание биологического спектроскопа одним махом переходит из состояния невозможного во вполне вероятное. Остается только заполнить промежутки (сейчас это реально, как мы увидим дальше). Жаль только, что я не имел возможности сообщить ему эту новость десять лет назад.
Клифтон Мелоэн
Я узнал о работе Клифтона Мелоэна всего несколько лет назад, читая обзор одного глубокого ученого[74], взявшего на себя труд прошерстить все возможные материалы о биологическом влиянии изотопов (и случайно обнаружившего вопиющую ошибку в одной из моих статей). Мелоэн сейчас вышел в отставку, но всю свою профессиональную жизнь проработал химиком-аналитиком в Манхэттене, штат Канзас – городе, который очаровательно позиционирует себя как «Маленькое яблоко». Он располагается среди невысоких кремнистых холмов в центральном Канзасе и славится своим университетом. Мелоэн начал работать в Канзасском университете в 1959 г., и дослужился до должности профессора аналитической химии; в его лаборатории всегда занималась большая группа аспирантов. Как-то в начале 1970-х гг. один аспирант по ходу беседы поинтересовался у него, какова может быть заветная цель любого химика-аналитика. Мелоан, немного подумав, сказал, что, возможно, такой целью может быть обнаружение наличия молекулы в живой клетке без разрушения той и другой. В то время наиболее чувствительным детектором молекул был детектор Холла[75] с разрешением до 10-15 молей, или приблизительно 100 миллионов молекул. Аналитическим химикам еще было куда стремиться. Совершенно случайно вскоре после этого разговора Мелоэн со своими студентами отправился в Калтех послушать лекцию о брачном поведении непарного шелкопряда. Мелоэн был в потрясении: какое-то мелкое насекомое способно распознавать гораздо меньшие частицы вещества. Мелоэн предварительно оценил восприимчивость шелкопряда к «гормону любви» в 10-21 молей, или 100 молекул – в миллион раз лучше того, на что были способны он или его коллеги.
Мелоэн забавно вспоминает, что испытал тогда чувство унижения перед способностями непарного шелкопряда и на еженедельном собрании лаборатории поставил перед группой аспирантов задачу провести эксперименты, чтобы понять этот поразительный феномен. Аспиранты не проявили энтузиазма: основным направлением работы Мелоэна была чистая аналитическая химия, и они были, естественно, более склоны заниматься мейнстримными проектами. Первой проявила инициативу Сьюзен Альбрехт, и они вместе отправились к его другу-энтомологу Чарли Питтсу, работавшему в том же университете. Питтс сказал Мелоэну, что феромоном шелкопряда заниматься бесперспективно, поскольку этим уже давно занимаются «десятки людей, у которых больше денег, лучше оборудование и более сообразительные ученики». Вместо этого он предложил подключиться к своей нерешенной проблеме местного происхождения, связанной с насекомыми, а именно с полевыми мухами. Полевые мухи – противные существа, похожие на домашних мух, постоянно садящиеся на глаза, носы и морды домашних животных, приводя их в неистовое раздражение. В худших случаях полевые мухи досаждают скотине так, что она перестает есть и теряет до 30 % своей массы. В сельскохозяйственном Канзасе это равносильно объявлению войны.
Мух привлекает коровий навоз, с которого они и перемещаются на животных. Питтс показал Мелоэну результаты потрясающего эксперимента. Он собрал испарения над свежими коровьими лепешками в сосуд, охлажденный жидким азотом, повторно растворил их в растворителе и опрыскал полученной жидкостью половинку старой, засохшей лепешки, которая не интересовала полевых мух. Результат оказался ожидаемым: все мухи, кроме одной, сосредоточились над опрысканной частью. Мелоэн очень увлекся экспериментом и решил выделить аттрактант. Криво усмехаясь, он вспоминает: «Чарли Питтс забыл сказать мне одну вещь: это был единственный эксперимент за восемь лет, который удался». Им нужны были коровы, питающиеся обычным кормом, поэтому они отправились на близлежащую государственную ферму, научились, как заставить коров облегчаться в большой гомогенизатор Уоринга, с которым поспешили к себе в лабораторию. Гомогенизированный навоз потом подвергли медленному нагреванию, летучую фракцию собрали и пропустили через газовый хроматограф. Оказалось, что в ней содержится пятьдесят две различных молекулы!
Мелоэна это не обескуражило. Он со своей группой разделил эту фракцию надвое. Они взяли двугорлую стеклянную колбу, в каждом горлышке поместили блоттер с определенной фракцией и стали наблюдать, какая из них окажется более привлекательной для мух. Затем взяли ту фракцию, которая оказалась привлекательной, поделили ее опять надвое и опять понаблюдали за поведением мух. После нескольких недель работы они сузили диапазон до четырех компонентов. Потом собрали большое количество свежего навоза и провели последний эксперимент, который так нравится химикам-аналитикам. Они пропустили сотни небольших порций вещества через ГХ и вычленили интересующие пики, понемногу за один раз, чтобы ГХ не задохнулся. Постепенно у них образовался примерно миллиграмм нужного вещества, который пропустили через спектрометр ядерного магнитного резонанса. Тот работал всю ночь, чтобы выделить чистый спектр из миллиона побочных шумов. На следующее утро результат был получен: м-ксилол. «М» означает «мета», а в целом это молекула, в которой два атома углерода выступают из кольца на четыре и двенадцать часов. На два часа называется «орто», на шесть часов – «пара», соответственно, о-ксилол и п-ксилол. Они испытали два последних на мухах, которые их проигнорировали. Мух интересовал только м-изомер.
Это поставило их в тупик. Мелоэн ознакомился со всеми теориями запаха относительно формы и прочего (существовало много разных, с различной степенью невероятности). Теория, основанная на форме, требовала, чтобы молекулы несли химические группы, способные взаимодействовать с рецепторами, «магниты», о которых мы уже говорили. У ксилола нет хороших магнитов: бензольное кольцо не несет заряда, а метилы – скользкие, бесформенные комки, которые не проявляют особой готовности вступать в связи с чем бы то ни было. Тем не менее Мелоэн испробовал множество вариантов, добавляя в разные места атомы углерода. Какие-то привлекали мух, другие – нет, но четкого представления, почему это происходит, не получилось.
В этот момент Мелоэн и один из его студентов, Джон Блаха, отвлеклись на другое направление. Мелоэн хотел выяснить, какие части усиков полевой мухи чувствительны к ксилолу. Под микроскопом усики насекомого выглядят как невероятно сложные механизмы с отверстиями в кутикуле, которые ведут в полости, связанные с клетками рецепторов; внутренняя поверхность усиков оснащена разного рода проводами и вспомогательными клетками. Энтомологи достаточно хорошо продвинулись вперед в понимании того, какие части за что отвечают; для этого они затыкали разные отверстия микроскопическими капельками воска и проверяли, как действует обоняние мух. Мелоэн решил пойти дальше и на самом деле выяснил, как далеко по усику путешествует ксилол. В это время в Национальном бюро стандартов (НБС) создали прибор, сочетающий в себе микроскоп и рамановский спектроскоп, в котором лазер высвечивает конкретную точку и выдает сведения, какие молекулы вибрируют там, куда направлен микроскоп.
Наблюдение Джона Блахи
Блаха взял с собой мух и химические соединения и отправился с ними в НБС проводить дальнейшие эксперименты. Разумеется, он смог определить ксилол и другие молекулы в усике по их колебаниям, но в способности различных соединений проникать в усик нельзя было увидеть существенной разницы. Затем Блаха с волнением позвонил Мелоэну сообщить о странном наблюдении. Он искал рамановский спектр соединений в усике, и нечто привлекло его внимание. Соединения, которые привлекали мух, имели между собой нечто общее: интенсивные колебания в диапазоне чуть ниже 1000 волновых чисел. Мозг Мелоэна, напичканный вычитанными сведениями, незамедлительно увидел соответствие: теория Райта![76]