Трагедия «широких линий» ЭПР

Трагедия «широких линий» ЭПР

Заголовок этого раздела нуждается в пояснении. Слово «трагедия» относится к судьбе ученого. Но не в том печально известном из нашей истории случае, когда некомпетентные политические руководители государства и их «ученые» приспешники из идеологических соображений или поверив завистливой клевете объявляют некоторую область науки «лженаукой». С весьма серьезными «оргвыводами» в отношении ученых, работающих в этой области. Я расскажу о более глубокой трагедии, когда ученый, сделавший важное открытие, оказывается в столь прочном плену предложенной им трактовки этого открытия или, того хуже, разработанной на ее основе теории, что когда они оказываются «некорректными», дискредитируется и само открытие.

О «широких линиях» будет рассказано ниже.

ЭПР расшифровывается как «электронный парамагнитный резонанс». В приборе ЭПР используется постоянное магнитное поле и электромагнитное поле сверхвысокой частоты (СВЧ). С помощью этого прибора можно изучать роль химически активных «свободных радикалов» в химической реакции. Магнитное поле должно быть очень сильным. Поэтому создающий его электромагнит весит около тонны. СВЧ-радиоволны относятся к трехсантиметровому радиолокационному диапазону. Свободные радикалы наблюдаются на экране монитора в виде узких пиков. Исследуемый препарат помещают в «резонатор» СВЧ-системы. Прибор ЭПР представляет собой большую машину, где, кроме огромного электромагнита, размещаются мощный выпрямитель тока для его питания, источник, волноводы и резонатор СВЧ, многоступенчатый усилитель резонансного «сигнала» и масса прочей вспомогательной электроники.

Первый прибор ЭПР был построен основателем казанской школы физиков академиком Е. К. Завойским еще в 44-м году. Но, как у нас часто случается, это достижение не было оценено. Коммерческое производство приборов ЭПР в США было освоено в конце 50-х годов. Такого рода сложная научно-исследовательская аппаратура, ввиду того, что она непрерывно совершенствуется, выпускается сериями по несколько десятков штук — малыми предприятиями с очень высококвалифицированными рабочими. Практически вручную. Поэтому приборы эти очень дорогие. Насколько я помню, стоимость американского прибора ЭПР в то время была порядка двухсот, если не трехсот, тысяч долларов. У нас до сих пор нет такого рода малых предприятий. В Институте химической физики Академии наук сумели разработать отечественную конструкцию ЭПР-прибора. В превосходных мастерских этого Института был построен первый опытный экземпляр. Никакой перспективы передать его малосерийное производство советской промышленности не было. ИХФ довольствовался тем, что изготовил светокопии всех чертежей и электронных схем прибора, которые мог получить любой из научных институтов Академии. Свой же экземпляр руководство Института передало для использования доктору физматнаук, профессору Льву Александровичу Блюменфельду. Прежде чем приступить к рассказу о дальнейших драматических событиях, хочу познакомить читателя с их героем, имя которого только что появилось.

Льву Александровичу в то время (начало 60-х годов) не исполнилось и сорока лет. Он был высокого роста, по-спортивному худощав. Лицом некрасив. Кожа на впалых щеках негладкая, большой нос походил на мощный орлиный клюв, высокий лоб плавно перетекал в обширную залысину, за которой начинались черные, всегда спутанные волосы. Но эта некрасивость была оригинальна и на редкость обаятельна. Густые черные брови козырьками нависали над поразительно живыми глазами — умными и добрыми. Когда он улыбался, лицо словно освещалось доброжелательностью к собеседнику.

В научной среде Блюменфельд уже пользовался репутацией очень талантливого химика и физика-теоретика. Был талантлив и в отношениях с людьми — все, кто соприкасался с ним близко, его любили. И... в поэзии! Стихи начал писать еще в школе, писал и на фронте, с которым прошел от начала войны почти до самого ее конца — до тяжелого ранения, уже в Румынии.

За два года нашего близкого знакомства мне как-то не пришло в голову спросить Л. А., из каких соображений он однажды поместил в СВЧ-резонатор своего ЭПР-прибора высушенные после бурного роста дрожжи. Он это сделал, и тут случилось нечто совершенно неожиданное. Вместо обычных острых «пиков», указывающих наличие в препарате свободных радикалов, на экране монитора появилась очень широкая «полоса» поглощения СВЧ-энергии. Такая полоса характерна для ферромагнитных материалов, например железа. Не атомарного, в составе других молекул (например, в гемоглобине), а в виде частиц металла, пусть и микроскопических размеров. Эти результаты были опубликованы в начале 61-го года, но в узком кругу молекулярных биологов стали известны годом раньше.

В соответствующей статье осторожно говорится, что «с точки зрения магнитных свойств интенсивно растущие дрожжевые клетки аналогичны нативным нуклеиновым кислотам...» При устных обсуждениях Блюменфельд уверенно говорил, что «ферромагнетизм» присущ именно ДНК. Поэтому во всех последующих обсуждениях фигурировало упрощенное выражение «широкие линии ДНК» при ЭПР-исследованиях. Итак, ДНК обладает свойствами ферромагнетика! Это была сенсация! Сравнительно недавно вошедшие в обиход магнитофоны тут же подсказали неискушенной публике, в первую очередь жадным до сенсаций журналистам, «идею»: вот разгадка таинственного механизма памяти! Образы и впечатления, хранящиеся в памяти человека, «записаны» на его ДНК, подобно тому, как звук записывается на магнитофонную ленту (ох, уж это «подобно тому»!).

«Идея» была настолько соблазнительна, что увлекающийся и импульсивный директор Института химической физики Академии наук, нобелевский лауреат Николай Николаевич Семенов поддержал ее как возможную гипотезу, и не где-нибудь в научно-популярном журнале, а в большой статье, напечатанной высшим авторитетом того времени, газетой «Правда». Торопясь продемонстрировать выдающийся успех советской науки всему цивилизованному миру, Министерство иностранных дел поспешило разослать текст статьи Семенова во все советские посольства для перевода и публикации...

Бог им судья с этой «магнитофонной лентой» (память человека бесспорно связана с мозгом, а ДНК, причем точно такая же по составу, есть даже в прямой кишке). Но само по себе обнаружение ферромагнитных свойств у ДНК было великим открытием. Зачем они? Приоткрывается завеса, скрывающая какую-то тайну природы! Что это за тайна? Куда приведут дальнейшие исследования, связанные с необыкновенным эффектом, обнаруженным Блюменфельдом?..

Не прошло и недели после публикации статьи Семенова, как меня вызвал Энгельгардт и предложил построить ЭПР-прибор, дабы и ученые нашего Института смогли включиться в раскрытие этой тайны. Благо, никакого биохимического оборудования для этого, очевидно, не требуется.

Хорошенькое дело! Одному человеку построить — пусть по готовым чертежам и электронным схемам — прибор, который, наверное, не зря стоит двести тысяч долларов! В «Химфизике» его построили. Но это давно существующий, огромный институт с мощной производственной базой. А у нас никакой, хотя бы крошечной, мастерской еще нет. Но молодости все кажется возможным. Она легкомысленно берется за выполнение явно невыполнимых заданий и иногда с ними справляется.

Я прибор построил! Меньше чем за год. Все элементы металлических конструкций удалось заказать в мастерских нескольких крупных академических институтов — официально с оплатой по договорам. Сборку их мы вели вдвоем с моим бывшим техником в Институте физиологии Толей Гришиным, которого по моему настоянию зачислили в наш штат. Огромный электромагнит, в порядке научного сотрудничества, изготовили для нас в Институте атомной энергии (спасибо протекции Гаврилова!). Для такого гиганта, который сам для себя строил атомные реакторы, это было делом пустяковым. Они не только изготовили электромагнит весом в 950 килограмм, но привезли его и вмонтировали в каркас нашего прибора. Волноводы, резонатор, всю СВЧ-линию лично для меня изготовил в ФИАНе Дима Бардин. Здесь я нелегально расплачивался спиртом. Дима не был каким-то «алкашом», а как раз наоборот — рабочим высочайшей квалификации. Страстный охотник! Спирт ему нужен был с собой, когда он во время отпуска уезжал на охоту в сибирскую тайгу. А всю электронику мы с Толей на равных — в четыре руки и два паяльника — монтировали сами.

Одновременно с постройкой прибора мы с Элей, моей единственной лаборанткой, осваивали микробиологическую кухню наращивания большой массы бактерий «кишечной палочки». Когда наш ЭПР-прибор был готов, мы его испытали и отладили по... сгоревшей спичке, поскольку в ее твердом остатке есть свободные радикалы. Получили нормальный «узкий сигнал» ЭПР...

Бывают в жизни странные совпадения по времени важнейших событий. 30 сентября 1960-го года, в день смерти Николая Сергеевича Родионова, Эля впервые зарегистрировала «широкую линию» сигнала ЭПР для высушенного препарата синхронно растущих бактерий. Результат Блюменфельда был, таким образом, повторен для совсем других организмов. Это было важно не только самим этим фактом, но и указанием на то, что «ферромагнитные свойства» вещества наследственности, по-видимому, связаны с самой структурой молекул ДНК, которая, как уже было известно, одинакова у всех живых организмов. Энгельгардт был очень доволен. Так же, как и Блюменфельд, которому я немедленно показал наши результаты. С этого момента я стал частым гостем в бывшей церквушке близ проспекта Мира, где располагалась небольшая лаборатория Льва Александровича. Подружился не только с ним, но и с его ближайшими сотрудниками: Сашей Калмансоном и Олей Самойловой...

Но почему Блюменфельд, а за ним и я приписали «широкие линии» ЭПР именно ДНК? Ведь ни он, ни я не выделяли ее из выращенных нами клеток. А в них содержится множество других компонентов и структур. Ну ладно, я — новичок в биохимии и безоглядно верю авторитету Льва Александровича. Сам он, хотя и крупный ученый, но все-таки тоже не биохимик. Но «широким линиям ДНК» было посвящено специальное заседание заинтересованных делегатов Международного биохимического конгресса, который происходил в Москве летом 61-го года. Почему никто из них не задал этого простого вопроса? Я думаю, потому, что все мы находились тогда под гипнозом недавно понятой ключевой роли ДНК в жизнедеятельности клетки.

Впрочем, кое-какие основания для отнесения «широких линий» к ДНК у Блюменфельда все-таки были. Работая над рукописью книги, я не поленился разыскать (и критически проанализировать) эти основания в старых журналах. Оказалось, что до работы с дрожжами Лев Александрович наблюдал сигналы ЭПР-поглощения на «чистой» ДНК — в готовых, коммерчески доступных препаратах от различных зарубежных фирм. Результаты оказались противоречивыми. Они были опубликованы еще в 59-м году в Докладах Академии наук.

Большинство готовых препаратов ДНК «широкой линии» не обнаруживало вовсе или они были очень слабы. Единственным исключением, давшим интенсивный широкий сигнал, был некий «английский» препарат ДНК (фирма не указана). Его Блюменфельд посчитал хорошим, а остальные деполимеризованными, хотя это и не проверялось, да и методы такой проверки еще не были разработаны. Но... возможно и обратное предположение: «хороший» английский препарат был плохо очищен от других клеточных материалов или был загрязнен извне при выделении. Не прояснив досконально причины различия в поведении разных препаратов ДНК, авторы статьи в ДАН, тем не менее, в заключении написали:

«Мы убеждены, что обнаруженное нами явление играет существенную роль в придании биологическим структурам специфических свойств (направленный синтез, передача наследственной информации, выработка иммунитета, память)».

Я тоже убежден (это уже, увы, нельзя проверить), что слово «память» в этот перечень было вставлено по настоянию представлявшего статью в ДАН академика Семенова. Это слово чуть не погубило Блюменфельда благодаря поднятой вокруг него шумихи. Как нередко случается в науке, на радужный горизонт нового открытия поднялась темная туча. На этот раз она несла с собой события воистину драматические.

Одновременно со мной создавали свой (третий в СССР) ЭПР-прибор и в биологическом отделе Института атомной физики. Я их немного обогнал, но спустя несколько недель на своем семинаре они сообщили, что повторили опыт Льва Александровича на дрожжах, но никаких «широких линий» не обнаружили. А потому уверены, что сотрудники Блюменфельда наблюдали «грязь» — наличие ничтожных, но достаточных для ферромагнитного эффекта загрязнений своих препаратов железом. Эта информация немедленно распространилась в научных кругах Москвы. О моих опытах тогда широко известно не было. Не обнаружение некоторого эффекта не есть доказательство его отсутствия. Оно может быть обусловлено плохой постановкой эксперимента. Я поставил своеобразный «контрольный опыт». Взял немного соли из солонки, стоявшей на столе в нашей институтской столовой, и поместил ее в резонатор прибора. К стыду сотрудников Института, из этой солонки в течение дня десятки человек брали соль руками, часто немытыми. Всяческой, в том числе железной «грязи» они в нее вносили заведомо больше, чем могло попасть в культуру дрожжей или бактерий. Никакого намека на широкие линии ЭПР соль не дала.

Между тем потенциальная значимость «ферромагнитного эффекта», связанного с ДНК, была столь велика, что организаторы Московского биохимического конгресса решили назначить вне основного расписания его сессий отдельное заседание для желающих обсудить проблему «широких линий ДНК». Назревал скандал, который мог оказаться особенно неприятным для академика Семенова. И вот... представьте себе: в один прекрасный день мне, младшему научному сотруднику, позвонили в лабораторию, и милый женский голос, убедившись, что я и есть Остерман, произнес: «Сейчас с Вами будет говорить академик Николай Николаевич Семенов». После чего отнюдь не милый мужской голос, без какого-либо приветствия спросил: «Вы ставили опыты по обнаружению широкого сигнала ЭПР от ДНК?» Я ответил, что да, ставил на бактериях. Результаты полностью подтвердили данные Блюменфельда, полученные на дрожжах. А заведомо грязная поваренная соль в контрольном опыте широкого сигнала не обнаруживает. Мой именитый собеседник без излишних слов благодарности, повесил трубку. Думаю, что мой твердый ответ спас тогда Льва Александровича от очень серьезных неприятностей, которые, ввиду известной импульсивности Семенова, могли с ним случиться...

Наступило лето. Отдельное заседание для обсуждения вопроса о «широких линиях ДНК» состоялось. Блюменфельд сделал краткое сообщение. Кто-то из сотрудников Гаврилова изложил их аргументы в пользу предположения о «грязи». Потом я сообщил о наблюдении нами широкого сигнала ЭПР в случае бактериальной ДНК и о нашем «контроле». Народу на заседание пришло много. Кое-кто из иностранцев выступил в дискуссии с сомнениями о возможности «ферромагнетизма», обусловленного структурой ДНК. Но не более того! Обсуждение закончилось «вничью». Блюменфельд сохранил свои позиции в «Химфизике». Но решил доказать теоретически, опираясь только на то, что было известно о двунитевой спирали ДНК, возможность эффекта «ферромагнитного» резонансного поглощения СВЧ-энергии в самой ее структуре. Его теория использовала сложный, мне недоступный математический аппарат. Еще менее она была доступна Энгельгардту, а может быть, и Семенову (оба не математики). Но... не исключено, что именно по их просьбе теория Блюменфельда была поставлена на обсуждение семинара у Капицы, в его Институте физических проблем. В качестве оппонентов теорию критиковали такие крупные физико-химики, как Сыркин и Дяткина.

В преддверии этого обсуждения я поставил решающий, на мой взгляд, эксперимент. Получив надежный широкий сигнал ЭПР от препарата моих высушенных бактерий, я начал постепенно нагревать его. Сначала осторожно — увеличивая температуру скачками по 10 градусов. Потом по 50, потом по 100. К сожалению, у меня не было возможности нагреть препарат (точнее, измерить температуру в тигле, где я его нагревал) выше 500° и, следовательно, достигнуть температуры точки Кюри (753^о), когда железо теряет ферромагнитные свойства. Однако и при достигнутых температурах ДНК явно теряла свою структуру — бактерии превращались в угольную пыль. А широкий сигнал ЭПР оставался без изменений (что, хотя я этого тогда не знал, противоречило результатам Блюменфельда для препаратов чистой ДНК, опубликованным в 59-м году, где широкий сигнал исчезал при 200°).

Я рассказал Льву Александровичу о своем опыте и убеждал отказаться от его теории. «Это все-таки железо, — сказал я, — но не «грязь», а железо, находящееся в клетках. Железо ведь хорошо представлено в любом живом организме. Не исключено, что железо связывается с ДНК в ее сложно упакованной нативной структуре в виде небольших конгломератов. Если это так, то функция железа в связи с ДНК может оказаться очень важной. В этом направлении можно вести исследования».

Лев Александрович задумался, потом сказал: «Нет! Возможно, что при сжигании ДНК широкий сигнал ЭПР дает совокупность свободных радикалов, образующихся в процессе ее сгорания. Один широкий сигнал переходит в другой». Я хотел было возразить, что в этом случае форма сигнала должна бы как-то измениться, а она сохранялась. Но тут бы я вступил в область мне неизвестную. Кроме того, я понял, что Лев Александрович не может расстаться со своей теорией. Ушел ни с чем.

Семинар у Капицы состоялся. Я на него не пошел. Во-первых, потому, что в споре математиков не понял бы ничего, а во-вторых, потому, что предчувствовал печальный результат дискуссии. Действительно, как мне потом рассказывали физики-теоретики, концепцию Блюменфельда разнесли в пух и прах. Это имело катастрофические последствия для всей проблемы «широких линий» ЭПР-сигнала от быстро растущих микроорганизмов. Особенно на фоне некоторого сомнения в чистоте экспериментов (кто станет принимать всерьез подтверждения эффекта, полученного каким-то младшим научным сотрудником?). Крушение теории привело к дискредитации всей проблемы в целом. В течение почти тридцати последующих лет в научной литературе она не упоминалась. Мне Энгельгардт предложил передать ЭПР-прибор в недавно созданную лабораторию М. В. Волькенштейна для использования по прямому назначению — обнаружению свободных радикалов.

Так для меня закончилась эпопея с «широкими линиями ДНК». Ввиду прекратившегося научного сотрудничества стали редкими и наши встречи со Львом Александровичем. Хотя взаимное уважение, насколько я могу судить, сохранилось с обеих сторон. Я дарил ему все мои выходившие в недавние годы книги, он мне — свои. В том числе и замечательно честную, превосходную повесть о войне «Две жизни», напечатанную под псевдонимом Лев Александров.

Между тем после огромного перерыва «широким линиям ЭПР» в биологических объектах суждено было вновь привлечь внимание ученых. В 89-м году Блюменфельд с соавторами в том же журнале «Биофизика» опубликовали статью под названием «Закономерности магнитных характеристик дрожжей S.cerevisia на разных стадиях роста культуры». В ней было подтверждено мое предположение об участии внутриклеточного железа в явлении «ферромагнитного резонанса». В конце своих «Выводов» авторы написали: «Таким образом, можно полагать, что наблюдаемые нами сигналы ЭПР обусловлены парамагнитными центрами, собранными в структуры кластерного типа (возникающими на определенных стадиях клеточного цикла) и связаны с перераспределением внутриклеточного железа»...

Если бы такой вывод был сделан 30 годами раньше, то мы за эти годы, может быть, узнали много интересного о роли железа в жизнедеятельности микроорганизмов. Недаром в августе 2001 года в Австралии состоялся международный Симпозиум по роли железа в биологии. Не знаю, приглашали ли на него Блюменфельда. Он в это время уже был тяжело болен и в следующем году ушел из жизни.

В дополнение к этой теме могу добавить, что, насколько мне известно, микроскопические частицы железа были недавно обнаружены в бактериях и в самых различных частях тела у птиц. Есть даже предположение, что они могут как-то участвовать в ориентации их сезонных перелетов, которые во многих случаях идут вдоль магнитных меридианов Земли.