Происхождение эволюции. Идея естественного отбора до и после Дарвина

Рентгеновские лучи были открыты в 1895 г., но поначалу их природа оставалась загадкой. Никто точно не знал, состоят ли они из потока частиц, наподобие электронов, или из электромагнитных волн, как свет, но с гораздо более короткой длиной волны[47]. Важный прорыв произошел в 1912 г., когда группа ученых под руководством Макса фон Лауэ (1879–1960) из Мюнхенского университета открыла дифракцию рентгеновских лучей при прохождении их сквозь кристаллы. Когда свет пропускается через две узкие щели на экране, его волны по другую сторону экрана образуют череду светлых и темных полос, интерференционный узор. Фон Лауэ выяснил, что атомы кристалла сульфида цинка находятся на нужном расстоянии, чтобы обеспечить «щели» подходящего размера для создания сходного эффекта при прохождении рентгеновских лучей. Проведя эксперимент, его команда обнаружила очень сложную дифракционную картину, которую было трудно объяснить, но она явно свидетельствовала о волновой природе рентгеновского излучения. На фотопластинке проявилось множество отдельных пятен, которые были организованы в виде пересекающихся друг с другом кругов, расположенных вокруг центрального пятна от основного луча. В 1914 г. фон Лауэ получил Нобелевскую премию по физике «за открытие дифракции рентгеновских лучей на кристаллах». Тем временем другая команда ученых уже значительно приблизилась к пониманию подробностей этого процесса.

К тому моменту Уильям Генри Брэгг (1862–1942) был всеми уважаемым физиком и работал в Лидском университете. Его сын Уильям Лоуренс Брэгг (1890–1971; его всегда называли Лоуренс) был физиком начинающим и работал в Кембридже. Поначалу Уильям попытался объяснить полученную немецкими коллегами дифракционную картину, считая свет потоком частиц, но вскоре убедился, что она имеет волновое происхождение. Отец с сыном обсудили значение этого открытия и пришли к выводу, что, скорее всего, можно спланировать эксперимент в обратном порядке и определить строение самого кристалла, проанализировав расположения темных и светлых пятен на дифракционной картине. Лоуренс разработал ряд правил, которые определяли местоположение темных и светлых пятен, когда пучок рентгеновских лучей с определенной длиной волны проходил через кристалл с определенным расстоянием между атомами. Это стало называться законом Брэгга. Закон работал в обоих направлениях. Если вы знаете расположение атомов в кристалле, то можете использовать дифракцию для измерения длины волны рентгеновских лучей. Если же вам известна длина волны, то вы можете использовать дифракцию, чтобы определить расположение атомов в кристалле. Лоуренс применил свой закон для интерпретации дифракционных картин, полученных в Мюнхене, но для детальных расчетов ему не хватало информации о длине волны рентгеновских лучей, которые его коллеги использовали в ходе экспериментов. Поэтому Уильям провел собственные опыты и изобрел первый рентгеновский спектрометр, прибор для точного измерения длины волны рентгеновских лучей. К данным этих экспериментов был применен закона Брэгга. Как только было точно доказано, что рентгеновские лучи ведут себя как волны, их можно было использовать для анализа строения кристаллов, и именно поэтому они важны для истории изучения ДНК.

Повести анализ такой сложной структуры, как ДНК, состоящей из множества различных типов атомов, чрезвычайно трудно. Но с менее сложными кристаллами работать проще, и вскоре с помощью этого метода было, например, установлено, что кристаллы хлорида натрия (пищевой соли, NaCl) состоят не из отдельных молекул NaCl, но из трехмерной решетки атомов натрия (Na) и хлора (Cl), регулярно чередующихся друг с другом. Свои исследования Брэгги описали в книге «Рентгеновские лучи и строение кристаллов» (X-rays and Crystal Structure), изданной в 1915 г., когда Лоуренс служил в британской армии во Франции. В том же году они с отцом получили Нобелевскую премию по физике «за заслуги в исследовании кристаллов с помощью рентгеновских лучей». На тот момент Лоуренсу было всего 25 лет, и он стал самым молодым нобелевским лауреатом по физике за всю историю премии. В своей нобелевской лекции он сказал: