Сайт: Электронная библиотека НиТ
После окончания грюнвальдской гимназии в 1924 г. Д. был зачислен студентом в университет Тюбингена для изучения астрономии, но после первого семестра он перешел в Берлинский университет, где был освобожден от платы за обучение, т. к. его отец входил в профессорско-преподавательский состав. Он перешел в университет в Бонне, затем вернулся в Берлинский университет и в конце концов обосновался в университете Гёттингена, где проучился три года. В Гёттингене Д. начал писать диссертацию о возникновении новых звезд, но, не имея возможности читать литературу по специальности на английском языке и из-за недостаточных знаний математического раздела астрофизической теории, он отказался от работы над диссертацией. В это время Гёттинген был ведущим центром квантовой механики, здесь Д. встретился с Е.Р. Вигнером и Максом Борном, которые работали на факультете университета. Используя одну из теорем Борна в качестве основной для своей диссертации, Д. разработал математические доказательства химического связывания лития, в связи с чем получил в 1930 г. докторскую степень по физике.
Стипендия позволила Д. в течение полутора лет проводить исследования в Бристольском университете в Англии. Там он работал вместе с Сесил Ф. Пауэлл и подружился с П.М.С. Блэкеттом, П.А.М. Дираком и другими учеными, которые вскоре внесли основной вклад в развитие физики XX в. Работа Д., написанная в Бристоли, в значительной степени теоретическая, включала две статьи по квантовой механике. Субсидия Рокфеллеровского фонда дала ему возможность в течение последующих шести месяцев работать в университете в Копенгагене под руководством Нильса Бора, а следующие полгода – в Цюрихском университете под руководством Вольфганга Паули. В Копенгагене Д. установил дружеские отношения не только с Бором, но и с физиками Джорджем Гамовым и Виктором Вейсскопфом. Теория комплементарности Бора основательно изменила представления Д. о биологии и генетике. Согласно концепции комплементарности, волновая и квантовая теории выражают различные аспекты электромагнитного взаимодействия, а следовательно, и различные аспекты физической реальности. Предположение Бора, что этот физический феномен будет также обнаружен в биологических явлениях, сильно повлияло на дальнейшие исследования Д.
После возвращения в Берлин в 1932 г. Д. начал работать ассистентом Лизы Мейтнер, которая вместе с Отто Ганом изучала эффект излучения ураном нейтронов. В эти годы Д. часто встречался с физиками и биологами, интересующимися проблемами генетики. Незадолго до этого Герман Мёллер доказал, что ионизирующее излучение вызывает генетические мутации. Это подтвердило мнение берлинских ученых о том, «что гены имеют такую же стабильность, как и молекулы химической природы». В середине 30-х гг. гены «использовались в качестве алгебраических единиц в сложных исследованиях генетиков и отождествлялись с молекулами, при анализе которых применялась терминология структурной химии». В своей известной работе, написанной в 1937 г., Д. предложил рассматривать гены как молекулы, а «репликацию вирусов – как особую форму примитивной репликации генов... ». «Такая точка зрения, – сказал он, – означает значительное упрощение вопроса о происхождении многих чрезвычайно сложных и специфических молекул, обнаруживаемых в каждом организме... и необходимых для осуществления наиболее простого обмена веществ».
В 1937 г. Д. получил вторую стипендию Рокфеллеровского фонда, которую использовал для изучения биологии и генетики в Калифорнийском технологическом институте (Калтех) в Пасадене. Работая там с Томасом Хантом Морганом, он исследовал генетику плодовой мушки (Drosophila melanogaster), распространенного в генетических исследованиях организма, имеющего короткую продолжительность жизни и многочисленное потомство. В то время как Морган и другие генетики изучали дрозофилу с целью выяснения состояния хромосом и их изменений, Д. заинтересовался генетикой бактериофага, разновидностью вируса, поражающего бактериальные клетки. Бактериофаги (как и все вирусы) являются простейшей формой жизни и состоят из расположенной в центре нуклеиновой кислоты и наружной белковой оболочки. В настоящее время известны три возможных результата проникновения бактериофага в бактериальную клетку. Он может воздействовать на биохимический аппарат клетки, репликацию и вызывать деструкцию (лизис) клетки, высвобождая новые частицы фага. С другой стороны, бактериофаг может включиться в ДНК бактериальной клетки; в этом случае возникающий профаг передается к клеткам-потомкам в ходе клеточного деления аналогично бактериальному гену. Если профаг активируется (например, ультрафиолетовым облучением), он может снова вести себя как автономный бактериофаг и вызвать лизис бактериальной клетки. Третья возможность заключается в разрушении бактериофага ферментами бактериальной клетки. Д. и биолог Эмори Эллис разработали экспериментальные методы изучения бактериофагов, а также математическую систему для анализа результатов своих экспериментов. В первой работе, написанной в 1939 г., они рассматривали одиночный цикл размножения фага в отдельных клетках; работа положила начало новой эре в исследованиях вирусов.
Когда началась вторая мировая война, Д. остался в США. Поступив на должность преподавателя физики в Университет Вандербильта в Нашвилле (штат Теннесси), он продолжал изучение бактериофагов в течение последующих семи лет.
В 1940 г. на заседании Американского физиологического общества в Филадельфии Д. встретил Сальвадора Лурия, который проводил исследования бактериофага в колледже врачей и хирургов Колумбийского университета в Нью-Йорке. Обнаружив общие интересы в исследовательской работе, Д. и Лурия начали обсуждение результатов своих экспериментов, используя переписку и эпизодические встречи. Результаты их исследований свидетельствовали, что ДНК бактериальной клетки подвергается спонтанным мутациям, что влияет на иммунитет клетки, или, другими словами, ее резистентность по отношению к лизису бактериофагами. Эти наблюдения, опубликованные в 1943 г., стали образцом для анализа и обобщения результатов экспериментальных генетических исследований. Представляя первое доказательство передачи наследственности у бактерий через гены, их статья опровергла господствующее мнение о приобретении генетических черт и положила начало эре бактериальной генетики и молекулярной биологии.
В 1943 г. Д. начал сотрудничать в исследовании бактериофагов с Алфредом Херши, микробиологом из Вашингтонского университета (штат Луис). Л., Херши и Лурия организовали группу по изучению фага, составив план исследований. Через неофициальные встречи с другими исследователями члены этой группы направляли их работу на изучение семи бактериофагов, которые инфицируют кишечную бациллу Escherichia соli линии В, для того чтобы можно было сравнить экспериментальные данные из различных лабораторий. Двумя годами позже Д. организовал первые курсы по изучению бактериофагов в лаборатории Колд-Спринг-Харбора в Нью-Йорке. Эти курсы, на которых рассматривались количественные и статистические методы исследования, проводились каждое лето до 1971 г. и привлекли внимание биологов, генетиков и физиков со всего света. В 1947 г. Д. был назначен профессором биологии в Калтехе и двумя годами позже избран в Национальную академию наук.
Работая независимо друг от друга, Д. и Херши в 1946 г. выявили возможность обмена генетической информацией (генами) между двумя различными линиями бактериофагов, если одна и та же бактериальная клетка инфицируется несколькими бактериофагами. Этот феномен, который они назвали генетической рекомбинацией, был первым экспериментальным доказательством рекомбинации ДНК в вирусах. Позднее, в 1952 г., Херши и его коллега Марта Чейз подтвердили, что гены состоят из ДНК. В следующем году Фрэнсис Крик и Джеймс Д. Уотсон определили трехмерную (пространственную) структуру ДНК; Уотсон изложил первые данные о двойной спиральной структуре ДНК в письме к Д. В 50-х и 60-х гг. лаборатория Д. была местом встреч многих исследователей – включая Уотсона и Франсуа Жакоба, – обсуждавших экспериментальные замыслы, проблемы решения генетического кода и другие текущие вопросы генетических исследований.
Д., Херши и Лурия разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1969 г. «за открытия, касающиеся механизма репликации и генетической структуры вирусов». «Главная заслуга принадлежит Д., который перенес исследования бактериофага из области блуждающего эмпиризма в точную науку, – сказал Свен Гард из Каролинского института при вручении награды. – Он проанализировал и сформулировал условия для точного измерения биологических эффектов. Вместе с Лурия он тщательно разработал количественные методы и определил статистические критерии для оценки, что позволило проводить дальнейшие углубленные исследования».
После второй мировой войны Д. поступали приглашения на работу в разные институты, и в конце 1946 г. он по предложению Джорджа У. Бидла был принят руководителем биологических исследований в Калтех. Начав работу в 1947 г., он оставался там до своей отставки в 1977 г., когда его избрали членом правления института. В последние годы Д. заинтересовался молекулярной биологией чувственного восприятия и изучал Phycomyces – простейший гриб, реагирующий на свет и двигающийся в его направлении. Во время отпуска, взятого за свой счет с 1961 по 1963 г., он работал приглашенным профессором в университете Кёльна в Западной Германии, оказывая помощь в создании Института генетики при университете.
В 1941 г. Д. женился на Мари Аделине Брюс, которую он встретил в Калтехе.
У них родилось четверо детей. Студенты и коллеги Д. ценили не только его организаторские способности, но также остроумие и пренебрежение правилами этикета. Иногда он устраивал вечеринки, предлагая некоторым гостям одеться официально, другим же явиться в одежде для тенниса; сам появлялся в одежде разных стилей. Д. проявлял большой интерес к философии, музыке и литературе и был очень огорчен тем обстоятельством, что ему не удалось послушать лекцию, посвященную немецкому поэту Райнеру Мария Рильке в Центре поэзии в Нью-Йорке, помешала болезнь: в 1978 г. у Д. была обнаружена злокачественная опухоль костного мозга, которая вместе с побочными явлениями химиотерапии ограничивала его активность. Он умер в Пасадене 10 марта 1981 г.
Награды и премии Д. включают почетные степени университетов Копенгагена, Чикаго, Гейдельберга, Гарварда и Гёттингена, а также колледжа Густава Адольфа и университета Южной Калифорнии. Он получил Кимберовскую награду по генетике Национальной академии наук (1964), премию Грегора Менделя Германской академии естествоиспытателей «Леопольдина» (1967) и премию Луизы Гросс-Хорвиц Колумбийского университета (1969). Д. был членом Национальной академии наук, Американской академии наук и искусств, Королевской академии Дании, Лондонского королевского общества и Академии наук Франции
