Они предположили, что рисунок, полученный на фотопластинках, был результатом отражения рентгеновских лучей от плоскостей атомов в кристалле. Рассуждая от противного, Брэгги предположили, что по этому дифракционному рисунку можно определить расположение атомов или ионов в кристалле. Если атомы объединены в молекулы, то рентгеновские лучи могут помочь установить их структуру.
Для наглядности представим себе следующую аналогию: рассмотрим тень, которую отбрасывает освещенный лучом света предмет неизвестной формы, помещенный в темную комнату. Изменяя положение источника света, можно менять форму тени, отбрасываемой предметом. Собрав все изображения теней, можно, путем расчетов восстановить трехмерную форму изучаемого предмета. Такова, в упрощенном виде, основная идея, лежащая в основе «рентгеновской кристаллографии», одного из мощнейших методов аналитической техники. Сведения о точной молекулярной структуре вещества являются ключом к предсказанию его химических и биологических свойств.
Этот рассказ подвел нас вплотную к «тайне жизни», которая заключается в ДНК и ее знаменитой двойной спиральной структуре. Определение этой структуры стало фундаментом открытия тайны генетики, открыло путь к технологиям рекомбинантной ДНК и к потенциальной возможности замены химиотерапии целенаправленными манипуляциями с генами. Имена Фрэнсиса Крика и Джеймса Уотсона неразрывно связаны с открытием структуры ДНК, так как это именно они впервые использовали шарики и стержни для построения точной трехмерной модели молекулы. Не так широко известно, что Крик и Уотсон разделили Нобелевскую премию с физиком Морисом Уилкинсом, который первым высказал мысль о возможности рентгеноструктурного исследования ДНК, и чья лекция направила интерес Уотсона на исследование ДНК.
Еще меньше известна критически важная роль, которую сыграла в этих исследованиях Розалинд Франклин, коллега Уилкинса по Корорлевскому Колледжу в Лондоне. Именно Розалинд Франклин впервые получила фотографию № 51, фотографию дифракционной рентгеноструктурной решетки молекулы ДНК, фотографию, которая стала ключом к построению Криком и Уотсоном трехмерной молекулярной модели. Уилкинс показал эту фотографию Уотсону без разрешения Франклин, что привело к сильным трениям между ними. Франклин умерла от рака яичников в возрасте 37 лет в 1958 году, за четыре года до вручения Нобелевской премии Крику, Уотсону и Уилкинсу. Розалинд Франклин не могли номинировать на премию, потому что по статуту премии ее не присуждают посмертно.
Отец и сын Брэгги получили Нобелевскую премию по физике за 1915 год за «их заслуги в анализе кристаллических структур с помощью рентгеновских лучей». Эту премию отец и сын не разделили ни с кем, а Макс фон Лауэ опередил их, получив Нобеля 1914 года за «открытие дифракции рентгеновских лучей». Столетие этого события побудило Организацию Объединенных Наций объявить 2014 год «Международным годом кристаллографии». В этом же году исполнилось пятьдесят лет с тех пор, как Нобелевскую премию вручили Дороти Ходжкин за рентгеноструктурный анализ строения таких важных биомолекул, как пенициллин и витамин B12.
Мой хрустальный «кристальный» шар говорит мне, что за достижения в области кристаллографии ученым вручат еще много Нобелевских премий, учитывая, что пока не определены структуры белков клеточных мембран, играющих важную роль в биологических функциях клеток, белков, которые станут мишенью действия лекарств будущего.
Если вы сомневаетесь, то могу поклясться, что у меня действительно есть кристальный шар, хотя он, конечно, сделан из стекла. Настоящие кристальные шары делают из кварца – минерала, который так же, как стекло, состоит из кремния и кислорода, но эти атомы в кварце упакованы в упорядоченные трехмерные структуры. Изготовляют их так: берут большой кусок кварца, придают ему приблизительную шарообразную форму, а затем полируют в цилиндрическом контейнере с помощью абразивной пленки до нужной гладкости. Я попросил прислать мне такой шар. Он, конечно, не позволит мне заглянуть в будущее, но зато будет «живым» свидетельством торжества кристаллографии.
Освежим в памяти историю зубной щетки
«Где мне найти «природную» зубную щетку?» С таким вопросом однажды обратилась ко мне встревоженная женщина, опасавшаяся подставлять свой рот действию «токсичных химикатов», которые могут выделяться из пластиковых зубных щеток. После того, как я объяснил ей, что ничего вредного не может возникнуть на нейлоновых щетинках или на полиэтиленовых, или на полиэфирных рукоятках, я шутливо заметил, что зубные щетки не растут на деревьях, и поэтому даме придется сильно постараться, чтобы найти «природную» версию зубной щетки. Оказалось, однако, что я был не совсем прав. На самом деле, существует «щеточное дерево», известное ботаникам как Salvadora persica, корни которого издревле использовались в качестве зубных щеток в Азии и Африке, и использовать их так начали не позднее 5 тысяч лет до н. э.
Корни сальвадоры разрезают на короткие отрезки, называемые «мисваками». Затем кусочки пропитывают водой, и с одного конца сдирают кору. Древесные волокна разделяются, и на конце корешка образуется некое подобие щетки. После того, как эти волокна изнашиваются, сдирают следующий участок коры и снова получают щетку. Палочки мисвака чистят зубы не только благодаря абразивному эффекту. Корень выделяет антимикробные вещества, уничтожающие микроорганизмы, вызывающие зубной кариес, а некоторые исследования показывают, что применение мисвака уменьшает образование бляшек на зубах. Чистка зубов мисваком особенно широко распространена в мусульманских странах, так как пророк Мухаммед советовал мисваком очищать рот перед молитвой. Палочки мисвака можно заказать даже на «Амазоне», так что я был неправ, сказав, что зубные щетки не растут на деревьях.
Но, конечно, подавляющее большинство современных зубных щеток – это изделия сложного пластмассового производства. Своей формой они напоминают первые промышленно изготовленные зубные щетки в мире. Делать их начали около 700 г. н. э., в Китае, во времена династии Тан. Щетинки, выдранные из холки кабана, вставляли в щель расколотого бамбукового побега и закрепляли шнурком. Европейцы, если они вообще заботились о чистоте зубов, протирали их тряпочками, смоченными растворами солей или золы. Затем, в 1780 году, торговец тряпьем Вильям Эддис «заново изобрел» зубную щетку и начал с успехом продавать новое изделие.
Согласно легенде, которая может оказаться и правдой, идея зубной щетки посетила Эддиса в тюрьме, куда он попал, якобы, за организацию уличных беспорядков. Мучаясь в камере от отвратительного вкуса во рту, он заметил в углу швабру и подумал, что миниатюрная копия этого приспособления могла бы с успехом
