Жанр: Энциклопедия
СТО ВЕЛИКИХ ученых
...гковую машину круто занесло. Удар встречного
грузовика пришелся сбоку, и всю его силу испытал сидевший у дверцы
пассажир. Первое воскресное утро нового года ознаменовалось для русской и мировой науки трагическим событием. Физики перезванивались,
ошеломленные слухами о несчастье с академиком Ландау. Все проверяли
достоверность случившегося. Для всех абсурдно звучало краткое:
Дау без
сознания!
Он был воплощенным сознанием. Творящим сознанием. Но свершилось чудо — Ландау выжил! И это чудо сотворили вместе с врачами физики. Летчики международной авиации включились в эстафету передачи в
Москву
г-ну Ландау
необходимых срочно препаратов. Лекарства летели
из Америки, Англии, Бельгии, Франции, Чехословакии. Академики Николай Семенов и Владимир Экогельгардт в первое же злосчастное воскресенье, 7 января, синтезировали и стерилизовали вещество против отека
мозга. Готовая ампула из Ленинграда их опередила. Но каков был деятельный порыв двух семидесятилетних коллег пострадавшего!
В течение шести недель он оставался без сознания и почти три месяца
не узнавал даже своих близких. По состоянию здоровья Ландау не мог
отправиться в Стокгольм для получения Нобелевской премии 1962 года,
которой он был удостоен
за основополагающие теории конденсированной материи, в особенности жидкого гелия
. Премия была вручена ему в
Москве послом Швеции в Советском Союзе. Ландау прожил еще шесть
лет, но слишком много было тяжелейших травм и повреждений. Жестокие боли долго и почти постоянно мучали Ландау. И к занятиям наукой
он вернуться не смог.
576
Ландау сказал перед смертью:
Я неплохо прожил жизнь. Мне всегда
все удавалось
. Лев Давидович умер 1 апреля 1968 года.
Помимо Нобелевской и Ленинской премий Ландау были присуждены
три Государственные премии СССР. Ему было присвоено звание Героя
Социалистического Труда. В 1946 году он был избран в Академию наук
СССР. Своим членом его избрали академии наук Дании, Нидерландов и
США, Американская академия наук и искусств, Французское физическое
общество. Лондонское физическое общество и Лондонское королевское
общество. Ему присуждались медаль имени Макса Планка, премия имени
Фрица Лондона.
ФРЭНСИС КРИК ДЖЕЙМС УОТСОН
(род. в 1916 г.) (род. в 1928 г.)
Английский специалист в области молекулярной биологии Фрэнсис
Харри Комптон Крик родился 8 июня 1916 года в Нортхемптоне и был
старшим из двух сыновей Харри Комптона Крика, зажиточного обувного
фабриканта, и Анны Элизабет (Вилкинс) Крик. Проведя свое детство в
Нортхемптоне, он посещал среднюю классическую школу. Во время экономического кризиса, наступившего после первой мировой войны, коммерческие дела семьи пришли в упадок, и родители Фрэнсиса переехали в
Лондон. Будучи студентом школы Милл-Хилл, Крик проявил большой
интерес к физике, химии и математике. В 1934 году он поступил в Университетский колледж в Лондоне для изучения физики и окончил его через три года, получив звание бакалавра естественных наук. Завершая образование в Университетском колледже, молодой ученый рассматривал
вопросы вязкости воды при высоких температурах; эта работа была прервана в 1939 году разразившейся второй мировой войной.
В 1940 году Крик женился на Рут Дорин Додд; у них родился сын. Они
развелись в 1947 году, и через два года Крик женился на Одиль Спид. От
второго брака у него было две дочери.
В военные годы Крик занимался созданием мин в научно-исследовательской лаборатории Военно-морского министерства Великобритании.
В течение двух лет после окончания войны он продолжал работать в этом
министерстве и именно тогда прочитал известную книгу Эрвина Шрёдингера
Что такое жизнь? Физические аспекты живой клетки
, вышедшую в
свет в 1944 году. В книге Шрёдингер задается вопросом:
Как можно пространственно-временные события, происходящие в живом организме,
объяснить с позиции физики и химии?
Идеи, изложенные в книге, настолько повлияли на Крика, что он,
намереваясь заняться физикой частиц, переключился на биологию. При
поддержке Арчибалда В. Уилла Крик получил стипендию Совета по медицинским исследованиям и в 1947 году начал работать в Стрэнджвейской
лаборатории в Кембридже. Здесь он изучал биологию, органическую химию и методы рентгеновской дифракции, используемые для определения
пространственной структуры молекул.
Под руководством Макса Перуца Крик исследовал молекулярную структуру белков, в связи с чем у него возник интерес к генетическому коду
последовательности аминокислот в белковых молекулах. Около двадцати
важнейших аминокислот служат мономерными звеньями, из которых построены все белки. Изучая вопрос, определенный им как
граница между
живым и неживым
. Крик пытался найти химическую основу генетики,
которая, как он предполагал, могла быть заложена в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК).
В 1951 году двадцатитрехлетний американский биолог Джеймс Д Уотсон пригласил Крика на работу в Кавендишскую лабораторию.
Джеймс Девей Уотсон родился 6 апреля 1928 года в Чикаго (штат
Иллинойс) в семье Джеймса Д. Уотсона, бизнесмена, и Джин (Митчелл)
Уотсон и был их единственным ребенком. В Чикаго он получил начальное
и среднее образование. Вскоре стало очевидно, что Джеймс необыкновенно одаренный ребенок, и его пригласили на радио для участия в программе
Викторины для детей
. Лишь два года проучившись в средней школе,
Уотсон получил в 1943 году стипендию для обучения в экспериментальном четырехгодичном колледже при Чикагском университете, где проявил интерес к изучению орнитологии. Став бакалавром естественных наук
в университете Чикаго в 1947 году, он продолжил образование в Индианском университете Блумингтона.
К этому времени Уотсон заинтересовался генетикой и начал обучение в
Индиане под руководством специалиста в этой области Германа Дж Меллера и бактериолога Сальвадора Лурия. Уотсон написал диссертацию о влиянии рентгеновских лучей на размножение бактериофагов (вирусов, инфицирующих бактерии) и получил в 1950 году степень доктора философии.
Субсидия Национального исследовательского общества позволила ему продолжить исследования бактериофагов в Копенгагенском университете в
Дании. Там он проводил изучение биохимических свойств ДНК бактериофага. Однако, как он позднее вспоминал, эксперименты с фагом стали
его тяготить, ему хотелось узнать больше об истинной структуре молекул
ДНК, о которых так увлеченно говорили генетики.
Генетика как наука возникла в 1866 году, когда Грегор Мендель сформулировал положение, что
элементы
, названные позднее генами, определяют наследование физических свойств. Спустя три года швейцарский
биохимик Фридрих Мишер открыл нуклеиновую кислоту и показал, что
ФРЭНСИС КРИК, ДЖЕЙМС УОТСОН
она содержится в ядре клетки. На пороге нового века ученые обнаружили,
что гены располагаются в хромосомах, структурных элементах ядра клетки. В первой половине XX века биохимики определили химическую природу нуклеиновых кислот, а в сороковых годах исследователи обнаружили, что гены образованы одной из этих кислот, ДНК. Было доказано, что
гены, или ДНК, управляют биосинтезом (или образованием) клеточных
белков, названных ферментами, и таким образом контролируют биохимические процессы в клетке.
К 1944 году американский биолог Освальд Авери, работая в Рокфеллеровском институте медицинских исследований, представил доказательства,
что гены состоят из ДНК. Эта гипотеза была подтверждена в 1952 году
Альфредом Херши и Мартой Чейз. Хотя было ясно, что ДНК контролирует
основные биохимические процессы, происходящие в клетке, но ни структура, ни функция молекулы не были известны.
Весной 1951 года, во время пребывания на симпозиуме в Неаполе,
Уотсон встретил Мориса Г.Ф. Уилкинса, английского исследователя. Уилкинс и Розалин Франклин, его коллега по Королевскому колледжу Кембриджского университета, провели рентгеноструктурный анализ молекул
ДНК и показали, что они представляют собой двойную спираль, напоминающую винтовую лестницу. Полученные ими данные привели Уотсон к
мысли исследовать химическую структуру нуклеиновых кислот. Национальное общество по изучению детского паралича выделило субсидию.
В октябре 1951 года ученый отправился в Кавендишскую лабораторию
Кембриджского университета для исследования пространственной структуры белков совместно с Джоном К. Кендрю. Там он познакомился с
Фрэнсисом Криком, физиком, интересовавшимся биологией и писавшим
в то время докторскую диссертацию.
Впоследствии у них установились тесные творческие контакты. Начиная с 1952 года, основываясь на ранних исследованиях Чаргаффа, Уилкинса и Франклин, Крик и Уотсон решили попытаться определить химическую структуру ДНК.
Им было известно, что существует два типа нуклеиновых кислот —
ДНК и рибонуклеиновая кислота (РНК), каждая из которых состоит из
моносахарида группы пентоз, фосфата и четырех азотистых оснований:
аденина, тимина (в РНК — урацила), гуанина и цитозина. В течение последующих восьми месяцев Уотсон и Крик обобщили полученные результаты с уже имевшимися, сделав сообщение о структуре ДНК в феврале
1953 году. Месяцем позже они создали трехмерную модель молекулы ДНК,
сделанную из шариков, кусочков картона и проволоки.
Согласно модели Крика-Уотсона, ДНК представляет двойную спираль, состоящую из двух цепей дезоксирибозофосфата, соединенных парами оснований аналогично ступенькам лестницы. Посредством водородных связей аденин соединяется с тимином, а гуанин — с цитозином. С
помощью этой модели можно было проследить репликацию самой молекулы ДНК.
Модель позволила другим исследователям отчетливо представить репликацию ДНК. Две цепи молекулы разделяются в местах водородных связей наподобие открытия застежки-
молнии
, после чего на каждой половине прежней молекулы ДНК происходит синтез новой. Последовательность оснований действует как матрица, или образец, для новой молекулы.
В 1953 году Крик и Уотсон завершили создание модели ДНК. Это
позволило им вместе с Уилкинсом через девять лет разделить Нобелевскую премию 1962 года по физиологии и медицине
за открытия, касающиеся молекулярной структуры нуклеиновых кислот и их значения для
передачи информации в живых системах
.
А.В. Энгстрём из Каролинского института сказал на церемонии вручения премии:
Открытие пространственной молекулярной структуры
ДНК является крайне важным, т к. намечает возможности для понимания в мельчайших деталях общих и индивидуальных особенностей всего
живого
. Энгстрём отметил, что
расшифровка двойной спиральной структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты со специфическим парным соединением азотистых оснований открывает фантастические возможности
для разгадывания деталей контроля и передачи генетической информации
.
После опубликования описания модели в английском журнале
Нейче
в апреле 1953 года тандем Крика и Уотсона распался.
Через год с небольшим Уотсон был назначен старшим научным со- !
трудником кафедры биологии Калифорнийского технологического инсти- !
тута в Пасадене (штат Калифорния). В 1955 году, когда он работал ассис-1
тентом профессора биологии в Гарвардском университете Кембриджа (штат 1
Массачусетс), судьба вновь свела его с Криком, с которым он проводил |
совместные исследования до 1956 года. В 1958 году Уотсон был назначен
адъюнкт-профессором, а в 1961 году — полным профессором.
В 1965 году Уотсон написал книгу
Молекулярная биология гена
,
ставшую одним из наиболее известных и популярных учебников по молекулярной биологии.
С 1968 году Уотсон — директор лаборатории молекулярной биологии
в Колд-Спринг-Харборе (Лонг-Исланд). Отказавшись от должности в Гарварде в 1976 году, он посвятил себя руководству исследованиями в лаборатории Колд-Спринг-Харбор. Значительное место в его работе заняли нейробиология и изучение роли вирусов и ДНК в развитии рака.
В 1968 году Уотсон женился на Элизабет Леви, ранее работавшей ассистентом в лаборатории. У них родились два сына; семья живет в построенном в XIX веке доме на территории университетского городка.
Что касается Крика, то в 1953 году он получил степень доктора философии в Кембридже, защитив диссертацию, посвященную рентгеновско
ФРЭНСИС КРИК, ДЖЕЙМС УОТСОН 581
му дифракционному анализу структуры белка. В течение следующего года
он изучал структуру белка в Бруклинском политехническом институте в
Нью-Йорке и читал лекции в разных университетах США. Возвратившись в Кембридж в 1954 году, он продолжил свои исследования в Кавендишской лаборатории, сконцентрировав внимание на расшифровке генетического кода. Будучи изначально теоретиком, Крик начал совместно с
Сиднеем Бреннером изучение генетических мутаций в бактериофагах (вирусах, инфицирующих бактериальные клетки).
К 1961 году были открыты три типа РНК: информационная, рибосомальная и транспортная. Крик и его коллеги предложили способ считывания генетического кода. Согласно теории Крика, информационная РНК
получает генетическую информацию с ДНК в ядре клетки и переносит ее
к рибосомам (местам синтеза белков) в цитоплазме клетки. Транспортная
РНК переносит в рибосомы аминокислоты. Информационная и рибосомная РНК, взаимодействуя друг с другом, обеспечивают соединение аминокислот для образования молекул белка в правильной последовательности. Генетический код составляют триплеты азотистых оснований ДНК и
РНК для каждой из 20 аминокислот. Гены состоят из многочисленных
основных триплетов, которые Крик назвал колонами; кодоны одинаковы
у различных видов.
В 1962 году Крик стал заведующим биологической лаборатории Кембриджского университета и иностранным членом Совета Солковского
института в Сан-Диего (штат Калифорния). В 1977 году он переехал в
Сан-Диего, получив приглашение на должность профессора. В Солковском институте Крик проводил исследования в области нейробиологии, в
частности, изучал механизмы зрения и сновидений.
В 1983 году совместно с английским математиком Грэмом Митчисоном он предположил, что сновидения являются побочным эффектом процесса, посредством которого человеческий мозг освобождается от чрезмерных или бесполезных ассоциаций, накопленных во время бодрствования. Ученые выдвинули гипотезу, что эта форма
обратного учения
существует для предупреждения перегрузки нервных процессов.
В книге
Жизнь как она есть: ее происхождение и природа
Крик
отметил удивительное сходство всех форм жизни.
За исключением митохондрий, — писал он, — генетический код идентичен во всех живых объектах, изученных в настоящее время
. Ссылаясь на открытия в молекулярной биологии, палеонтологии и космологии, он предположил, что жизнь
на Земле могла произойти от микроорганизмов, которые были рассеяны
по всему пространству с другой планеты; эту теорию он и его коллега
Лесли Оргел назвали
непосредственной панспермией
.
МАРРИ ГЕЛЛ-МАНН
(род. в 1929 г.)
Марри Гелл-Манн родился 15 сентября 1929 года в Нью-Йорке и был
младшим сыном эмигрантов из Австрии Артура и Полин (Райхштайн)
Гелл-Манн. В возрасте пятнадцати лет Марри поступил в Йельский университет. Он окончил его в 1948 году с дипломом бакалавра наук. Последующие годы он провел в аспирантуре Массачусетсского технологического института. Здесь в 1951 году Гелл-Манн получил докторскую степень
по физике. После годичного пребывания в Принстонском институте фундаментальных исследований (штат Нью-Джерси) Гелл-Манн начал работать в Чикагском университете с Энрико Ферми, сначала преподавателем
(1952—1953), затем ассистент-профессором (1953—1954) и адъюнкт-профессором (1954-1955).
Основная область научных интересов молодого ученого, физика элементарных частиц, в пятидесятые годы находилась в стадии формирования. Основными средствами экспериментальных исследований в этом
отделе физики были ускорители,
выстреливавшие
пучок частиц в неподвижную мишень: при столкновении налетающих частиц с мишенью
рождались новые частицы. С помощью ускорителей экспериментаторам
удалось получить несколько новых типов элементарных частиц, помимо
уже известных протонов, нейтронов и электронов. Физики-теоретики
пытались найти некоторую схему, которая позволила бы классифицировать все новые частицы.
Учеными были обнаружены частицы с необычным (странным) поведением. Скорость рождения таких частиц в результате некоторых столкновений свидетельствовала о том, что их поведение определяется сильным взаимодействием, для которого характерно быстродействие. Силь
МАРРИ ГЕЛЛ-МАНН 583
ное, слабое, электромагнитное и гравитационное взаимодействия образуют четыре фундаментальных взаимодействия, лежащих в основе всех явлений. Вместе с тем странные частицы распадались необычно долго, что
было бы невозможно, если бы их поведение определялось сильным взаимодействием. Скорость распада странных частиц, по-видимому, указывала на то, что этот процесс определяется гораздо более слабым взаимодействием.
На решении этой труднейшей задачи и сосредоточил свое внимание
Гелл-Манн. Исходным пунктом своих построений он избрал понятие,
известное под названием зарядовой независимости. Суть его состоит в
определенной группировке частиц, подчеркивающей их сходство. Например, несмотря на то что протон и нейтрон отличаются электрическим
зарядом (протон имеет заряд -+- 1, нейтрон — 0), во всех остальных отношениях они тождественны. Следовательно, их можно считать двумя разновидностями одного и того же типа частиц, называемых нуклонами,
имеющих средний заряд, или центр заряда, равный '/^ Принято говорить,
что протон и нейтрон образуют дублет. Другие частицы также могут быть
включены в аналогичные дублеты или в группы из трех частиц, называемые триплетами, или в
группы
, состоящие всего лишь из одной частицы, — синглеты. Общее название группы, состоящей из любого числа
частиц, — мультиплет.
Все попытки сгруппировать странные частицы аналогичным образом
не увенчались успехом. Разрабатывая свою схему их группировки, ГеллМанн обнаружил, что средний заряд их мультиплетов отличается от среднего заряда нуклонов. Он пришел к выводу, что это отличие может быть
фундаментальным свойством странных частиц, и предложил ввести новое
квантовое свойство, названное странностью. По причинам алгебраического характера странность частицы равна удвоенной разности между средним зарядом мультиплета и средним зарядом нуклонов + '/,. Гелл-Манн
показал, что странность сохраняется во всех реакциях, в которых участвует сильное взаимодействие. Иначе говоря, суммарная странность всех частиц до сильного взаимодействия должна быть абсолютно равна суммарной странности всех частиц после взаимодействия.
Сохранение странности объясняет, почему распад таких частиц не
может определяться сильным взаимодействием. При столкновении некоторых других, не странных, частиц странные частицы рождаются парами.
При этом странность одной частицы компенсирует странность другой.
Например, если одна частица в паре имеет странность +1, то странность
другой равна —1. Именно поэтому суммарная странность не странных
частиц как до, так и после столкновения равна 0. После рождения странные частицы разлетаются. Изолированная странная частица не может распадаться вследствие сильного взаимодействия, если продуктами ее распада должны быть частицы с нулевой странностью, так как такой распад
нарушал бы сохранение странности. Гелл-Манн показал, что электромагнитное взаимодействие (характерное время действия которого заключено
между временами сильного и слабого взаимодействий) также сохраняет
странность. Таким образом, странные частицы, родившись, выживают
вплоть до распада, определяемого слабым взаимодействием, которое не
сохраняет странность. Свои идеи ученый опубликовал в 1953 году.
В 1955 году Гелл-Манн женился на Дж. Маргарет Доу, которая была
археологом. У них родились сын и дочь. Жена ученого умерла в 1981 году.
В 1955 году Гелл-Манн стал адъюнкт-профессором факультета Калифорнийского технологического института; в следующем году он уже полный профессор, а в 1967 году занял почетный профессорский пост, учрежденный в память Роберта Э. Милликена.
В 1961 году Гелл-Манн обнаружил, что система мультиплетов, предложенная им для описания странных частиц, может быть включена в гораздо более общую теоретическую схему, позволившую ему сгруппировать все сильно взаимодействующие частицы в
семейства
. Свою схему
ученый назвал восьмеричным путем (по аналогии с восемью атрибутами
праведного жития в буддизме), так как некоторые частицы были сгруппированы в семейства, насчитывающие по восемь членов. Предложенная им
схема классификации частиц известна также под названием восьмеричной симметрии. Вскоре независимо от Гелл-Манна аналогичную классификацию частиц предложил израильский физик Ювал Нееман.
Восьмеричный путь американского ученого часто сравнивают с периодической системой химических элементов Менделеева, в которой химические элементы с аналогичными свойствами сгруппированы в семейства.
Как и Менделеев, который оставил в периодической таблице некоторые
пустые клетки, предсказав свойства неизвестных еще элементов, Гелл-Манн
оставил вакантные места в некоторых семействах частиц, предположив,
какие частицы с правильным набором свойств должны заполнить
пустоты
. Его теория получила частичное подтверждение в 1964 году, после
открытия одной из таких частиц.
В 1963 году, находясь в качестве приглашенного профессора в Массачусетсском технологическом институте, Гелл-Манн обнаружил, что детальная структура восьмеричного пути может быть объяснена, если предположить, что каждая частица, участвующая в сильном взаимодействии,
состоит из триплета частиц с зарядом, составляющим дробную часть электрического заряда протона. К такому же открытию пришел и американский физик Джордж Цвейг, работавший в Европейском центре ядерных
исследований. Гелл-Манн назвал частицы с дробным зарядом кварками,
заимствовав это слово из романа Джеймса Джойса
Поминки по Финнегану
(
Три кварка для мистера Марка!
). Кварки могут иметь заряд +2/;, или
—'/д. Существуют также антикварки с зарядами —2/, или +1/,. Нейтрон, не
имеющий электрического заряда, состоит из одного кварка с зарядом +2/ и
МАРРИ ГЕЛЛ-МАНН 585
двух кварков с зарядом —'/у Протон, обладающий зарядом +1, состоит из
двух кварков с зарядами +2/, и одного кварка с зарядом -і/,. Кварки с
одним и тем же зарядом могут отличаться другими свойствами, т.е. существуют несколько типов кварков с одним и тем же зарядом. Различные
комбинации кварков позволяют описывать все сильно взаимодействующие частицы.
В 1969 году ученый был удостоен Нобелевской премии по физике
За
открытия, связанные с классификацией элементарных частиц и их взаимодействий
. Выступая на церемонии вручения премии, Ивар Валлер из
Шведской королевской академии наук отметил, что Гелл-Манн
на протяжении более чем десятилетия считается ведущим ученым в области теории элементарных частиц
. По мнению Валлера, методы, предложенные
им,
принадлежат к числу наиболее мощных средств дальнейших исследований по физике элементарных частиц
.
Среди других вкладов Гелл-Манна в теоретическую физику следует
отметить предложенное им совместно с Ричардом П. Фейнманом понятие
токов
слабых взаимодействий и последующее развитие
алгебры токов
.
Гелл-Манн любитель наблюдать за птицами, пеших прогулок. Еще одно
его увлечение — бывать в местах, не тронутых цивилизацией. В 1969 году ученый помог организовать программу исследования окружающей среды,
финансируемую Национальной академией наук США. Интересуется он и
исторической лингвистикой.
Гелл-Манн состоит членом Американской академии наук и искусств,
а также иностранным членом Лондонского королевского общества. За свои
заслуги пред наукой он удостоен премии Дэнни Хейнемана Американского физического общества (1959), премии по физике Эрнеста Орландо Лоуренса Комиссии по атомной энергии Соединенных Штатов (1966), медали
Франклина Франклиновского института (1967) и медали Джона Дж. Карги Национальной академии наук США (1968).
Закладка в соц.сетях
