Макс Дельбрюк: физик, искавший квантовый скачок жизни

Он учился у Вольфганга Паули (Wolfgang Pauli) и общался с Нильсом Бором (Niels Bohr), и по всем разумным ожиданиям должен был провести свою карьеру, занимаясь теоретической физике. Вместо этого Макс Дельбрюк (Max Delbrück) использовал предположение Бора о том, что квантовая дополнительность может распространяться на живые системы, как повод оставить физику ради изучения вирусов, поражающих бактерии, — это был настолько радикальный переход, что он помог основать молекулярную биологию почти как побочный эффект.

Берлин, физика и судьбоносное предложение

Дельбрюк родился 4 сентября 1906 года в Берлине в семье с глубокими интеллектуальными и политическими корнями: его мать была потомком химика Юстуса фон Либиха (Justus von Liebig), а отец, Ганс Дельбрюк (Hans Delbrück), был профессором истории Берлинского университета. Он изучал астрофизику, а затем теоретическую физику в Гёттингенском университете в период революционного становления квантовой механики, получив докторскую степень в 1930 году. Затем он провел годы постдокторантуры в Англии, Швейцарии и Дании, где встретился с Паули и Бором. Именно идея Бора о том, что принцип дополнительности, управляющий квантовой механикой, может иметь аналог в биологии, направила внимание Дельбрюка на живые системы.

Вернувшись в Берлин в 1932 году, Дельбрюк работал ассистентом Лизы Мейтнер (Lise Meitner) над экспериментами по облучению урана, а в 1935 году в соавторстве с Николаем Тимофеевым-Ресовским (Nikolay Timofeev-Ressovsky) и Карлом Циммером (Karl Zimmer) опубликовал статью, предлагающую физическую модель гена как дискретной молекулярной структуры, подверженной мутациям под воздействием радиации. Статья имела скромное непосредственное влияние, но долгосрочные последствия: Эрвин Шрёдингер (Erwin Schrödinger) напрямую опирался на нее в своей влиятельной лекции и книге 1944 года «Что такое жизнь?» (What Is Life?), что, в свою очередь, помогло привлечь поколение физиков в биологию.

От дрозофилы до бактериофага

Стипендия Фонда Рокфеллера в 1937 году привела Дельбрюка в Калтех (Caltech) для изучения генетики плодовых мушек, но он быстро переключился на бактериофаги — вирусы, поражающие бактерии, — как на более удобную систему для изучения наследственности на молекулярном уровне. Работая с Эмори Эллисом (Emory Ellis), он опубликовал в 1939 году работу «Рост бактериофагов» (The Growth of Bacteriophage), продемонстрировав, что популяции фагов размножаются дискретными синхронными вспышками, а не путем непрерывного экспоненциального роста. Это открытие дало вирусологии первый по-настоящему количественный экспериментальный метод.

Фаговая группа и эксперимент Лурия-Дельбрюка

С 1940 по 1947 год Дельбрюк преподавал физику в Университете Вандербильта, одновременно ведя параллельную программу биологических исследований. В этот период он наладил сотрудничество, которое определило его карьеру: с Сальвадором Лурией (Salvador Luria) с 1941 года и с Альфредом Херши (Alfred Hershey) с 1943 года. В 1942 году Лурия и Дельбрюк опубликовали то, что стало известно как эксперимент Лурия-Дельбрюка. Используя статистический «флуктуационный тест» на бактериальных культурах, они показали, что устойчивость к вирусной инфекции возникает в результате спонтанных, уже существующих мутаций, а не как индуцированный ответ на сам вирус. Это было строгое количественное подтверждение дарвиновской изменчивости на микробном уровне, представленное физиком, применившим статистическое мышление к биологическому вопросу, по которому биологи годами спорили безрезультатно.

В 1945 году Дельбрюк, Лурия и Херши организовали летний курс по генетике бактериофагов в лаборатории Колд-Спринг-Харбор, который стал организационным центром того, что исследователи стали называть «Фаговой группой» (Phage Group) — неформальной, но крайне влиятельной сетью ученых, чьи общие методы и стандартизированные экспериментальные системы, как широко признано, ускорили становление молекулярной биологии как отдельной дисциплины в последующее десятилетие.

Калтех и вторая научная жизнь

Дельбрюк вернулся в Калтех в качестве профессора биологии в конце 1947 года и оставался там до выхода на пенсию в качестве почетного профессора в 1977 году, за исключением периода, когда он также основал и возглавлял институт молекулярной генетики в Кёльнском университете, официально открытый в 1962 году. В свои поздние исследовательские годы он отошел от генетики фагов к сенсорной физиологии, используя гриб Phycomyces в качестве модельного организма для изучения того, как простые биологические системы обнаруживают свет и реагируют на него — это был второй научный поворот, столь же продуманный, как и первый.

Семья, война и потери

Семья Дельбрюка заплатила огромную цену при нацистском режиме: его сестра Эмми (Emmi) вышла замуж за Клауса Бонхёффера (Klaus Bonhoeffer), и Клаус вместе со своим братом Дитрихом Бонхёффером (Dietrich Bonhoeffer) были казнены в 1945 году за участие в заговоре 20 июля против Гитлера, в то время как брат Дельбрюка, Юстус (Justus), погиб в советском заключении в том же году. Сам Дельбрюк покинул Германию до начала самых страшных лет войны и стал гражданином США в 1945 году, построив свою научную жизнь на континенте, где его братья и сестры пожертвовали своими жизнями из-за сопротивления нацизму.

Почему Макса называют гением

Гениальность Дельбрюка основана на необычайно осознанном акте интеллектуального переноса: он не случайно оказался в биологии, а сознательно привнес привычки физики — количественную строгость, статистическое тестирование и дизайн минимальных экспериментальных систем — в область, которая до Фаговой группы часто опиралась на менее строгие методы наблюдения. Нобелевский комитет, присуждая ему в 1969 году премию по физиологии и медицине совместно с Лурией и Херши «за открытия, касающиеся механизма репликации и генетической структуры вирусов», особо отметил его заслугу в превращении исследований бактериофагов «из туманного эмпиризма в точную науку» — формулировка, которая точно называет перенос дисциплины физика в биологию его главным достижением. Избрание иностранным членом Королевского общества и присвоение Центру молекулярной медицины им. Макса Дельбрюка в Берлине его имени отражают этот консенсус. Честная сложность заключается в том, что экспериментальный вклад самого Дельбрюка был относительно скромным, если судить только по количеству открытий; его более долгосрочный вклад был, возможно, институциональным и педагогическим — создание культуры Фаговой группы и подготовка исследователей, совершивших множество последующих прорывов в этой области, — это гениальность метода и наставничества, а не одиночного озарения.

Наследие

Дельбрюк скончался 9 марта 1981 года в Пасадене, штат Калифорния, проведя три десятилетия в Калтехе и помогши заложить фундаментальную методологию целой научной области. Премия Макса Дельбрюка и Центр молекулярной медицины им. Макса Дельбрюка несут его имя в будущее, но его более широкое наследие — это сама рабочая культура современной молекулярной биологии: количественная, минималистичная, статистически строгая, — которую физик, обученный в Гёттингене, пересадил в биологию почти как эксперимент сам по себе.