Теодор Сведберг: химик, который заставил молекулы вращаться до полной остановки

При 42 000 оборотах в минуту, создавая силы в сто тысяч раз превышающие земную гравитацию, ультрацентрифуга Теодора Сведберга (Theodor Svedberg) могла делать то, что не мог сделать ни один микроскоп той эпохи: сортировать молекулы по весу, наблюдая за их оседанием в растворе в режиме реального времени и впервые показав, что белки — это не просто рыхлые химические агрегаты, как предполагали многие ученые, а точные, однородные молекулы с определенной молекулярной массой.

Быстрый старт в Уппсале

Теодор Сведберг родился 30 августа 1884 года в Вальбо (Valbo), Швеция. Он поступил в Уппсальский университет (Uppsala University) в 1904 году, и его карьерный рост там был поразительно быстрым: он получил степень бакалавра в 1905 году, магистра в 1907 году и степень доктора философии в 1908 году — завершив свою докторскую диссертацию примерно через три года после начала обучения — прежде чем стать доцентом, а затем, в 1912 году, заведующим кафедрой физической химии. К двадцати восьми годам он стал полным профессором, что для такой должности было необычно молодым возрастом, и оставался заведующим кафедрой физической химии в Уппсале до 1949 года.

Коллоиды, броуновское движение и новый вид машины

Первоначальная научная репутация Сведберга была построена на коллоидной химии — изучении мелкодисперсных частиц, взвешенных в другом веществе, таких как дым в воздухе или белки в воде — области, которая в начале двадцатого века была еще плохо изучена. Его экспериментальная работа над коллоидными системами помогла предоставить подтверждающие доказательства теорий броуновского движения, которые Альберт Эйнштейн (Albert Einstein) и Мариан Смолуховский (Marian Smoluchowski) математически разработали несколькими годами ранее, связав хаотичный танец микроскопических частиц с реальностью молекул и атомов в то время, когда их существование все еще эмпирически доказывалось. Эта база в коллоидной науке привела непосредственно к его знаковому изобретению. Во время профессорства в Висконсинском университете в Мадисоне (University of Wisconsin–Madison), начавшегося в 1923 году, Сведберг разработал аналитическую ультрацентрифугу, машину, которая вращала образцы с чрезвычайной скоростью, чтобы разделять и измерять частицы в зависимости от того, как быстро они оседали под воздействием огромной центробежной силы. Работая со скоростью до 42 000 оборотов в минуту и создавая силу, примерно в 100 000 раз превышающую земную гравитацию, инструмент позволил Сведбергу измерять молекулярную массу и форму с точностью, которой ранее не достигала ни одна методика, и он использовал ее, чтобы доказать, что чистые белки можно отличить друг от друга по их различному поведению при седиментации — доказательство того, что белки были дискретными, четко определенными молекулами, а не переменными коллоидными агрегатами, как предполагали некоторые химики.

Нобелевская премия за весь комплекс работ

Королевская шведская академия наук (The Royal Swedish Academy of Sciences) присудила Сведбергу Нобелевскую премию по химии в 1926 году за его работу по дисперсным системам — в широком смысле коллоидной химии и химии белков. Сам Сведберг позже с некоторой двойственностью отзывался о широте этой формулировки, отмечая, что премия признала не одно единственное открытие, а, как он выразился, «более или менее весь мой комплекс работ». Эта широта сама по себе является показателем того, насколько центральными стали его экспериментальные методы для физической химии менее чем через два десятилетия после получения им докторской степени. Единица, позже принятая для измерения скорости седиментации частиц в центрифуге — сведберг (svedberg), сокращенно S, равная десяти в минус тринадцатой степени секунды — была названа в его честь и до сих пор остается стандартной в биохимии, наиболее привычно при наименовании субъединиц рибосомной РНК, таких как субъединицы 30S и 50S бактериальных рибосом.

Поздняя карьера и поворот к ядерной химии

После ухода с поста заведующего кафедрой химии в Уппсале в 1949 году Сведберг не ушел на пенсию, а перенаправил свою энергию на ядерную науку, руководя Институтом Густава Вернера (Gustaf Werner Institute) — исследовательским центром, построенным вокруг одного из первых в Швеции ускорителей частиц — до 1967 года, когда ему было уже за восемьдесят. По пути он получил дальнейшее международное признание, включая избрание иностранным членом Королевского общества (Royal Society) в 1944 году, членство в Национальной академии наук США (United States National Academy of Sciences) в 1945 году и медаль Франклина (Franklin Medal) в 1949 году, в дополнение к шведской премии Бьёркена (Björkénska prize), которую он получал трижды за свою карьеру. Коллеги, работавшие с ним, описывали его как методичного, технически изобретательного ученого, больше заинтересованного в экспериментальной точности и воспроизводимости, чем в абстрактном теоретизировании, с международным кругозором, который помог его методам быстро распространиться за пределы Швеции.

Жизнь вне лаборатории

Личная жизнь Сведберга была такой же нетрадиционной, как и его выдающаяся карьера: он был женат четыре раза и в общей сложности стал отцом двенадцати детей. Вне химии он серьезно увлекался живописью, ботаникой и фотографией, выставляя акварельные пейзажи и природные этюды, созданные во время его путешествий по Швеции и Южной Америке — интересы, которые свидетельствуют о наблюдательном темпераменте, перенесенном из лаборатории в естественный мир.

Почему Теодора называют гением

Основания Сведберга считаться гением целиком основаны на создании инструментов, а не на чистой теории: он не вывел новый закон природы, а изобрел машину, достаточно точную, чтобы позволить природе показать химикам то, что они иначе не могли увидеть. Вращение образца с достаточной скоростью и достаточно точное измерение его поведения для сортировки молекул по весу требовали как необычного понимания физической химии, так и настоящей инженерной настойчивости — ультрацентрифуга прошла через годы механических усовершенствований, прежде чем стала надежным научным инструментом. Это гениальность метода и точности, а не единичного концептуального прорыва, и показательно, что даже формулировка Нобелевского комитета охватывала всю его исследовательскую программу, а не одно изолированное открытие, — широта, которую сам Сведберг находил слегка неудобной для принятия. Честная сложность заключается в том, что Сведберг опирался на существующие теоретические основы, заложенные Эйнштейном и Смолуховским в отношении броуновского движения, а не сам создал фундаментальную физику; его уникальный вклад заключался в переводе этой теории в работающую, повторяемую экспериментальную технику, которая превратила химию белков в количественную науку. Это мастерство и строгость на самом высоком уровне, а не единичная вспышка озарения.

Наследие

Сведберг скончался 25 февраля 1971 года в Коппарберге (Kopparberg), Швеция, проведя последние два десятилетия в руководстве ядерными исследованиями после четырех десятилетий преобразования физической химии. Лаборатория Сведберга (The Svedberg Laboratory) в Уппсальском университете носит его имя сегодня, а единица сведберг, которую он дал биохимии, остается в ежедневном использовании в лабораториях по всему миру — небольшой, но постоянный след от машины, которая впервые позволила ученым наблюдать, как молекулы сортируют себя по весу.