Полинг (Pauling), Лайнус Карл

Американский химик Лайнус Карл Полинг родился в Портленде (штат Орегон), в семье Льюси Айзабелл (Дарлинг) Полинг и Хермана Хенри Уильяма Полинга, фармацевта. Полинг-старший умер, когда его сыну исполнилось 9 лет. Полинг с детства увлекался наукой. Вначале он собирал насекомых и минералы. В 13-летнем возрасте один из друзей Полинга приобщил его к химии, и будущий ученый начал ставить опыты. Делал он это дома, а посуду для опытов брал у матери на кухне. Полинг посещал Вашингтонскую среднюю школу в Портленде, но не получил аттестата зрелости. Тем не менее он записался в Орегонский государственный сельскохозяйственный колледж (позже он стал Орегонским государственным университетом) в Корваллисе, где изучал главным образом химическую технологию, химию и физику. Чтобы поддержать материально себя и мать, он подрабатывал мытьем посуды и сортировкой бумаги. Когда Полинг учился на предпоследнем курсе, его как на редкость одаренного студента приняли на работу ассистентом на кафедру количественного анализа. На последнем курсе он стал ассистентом по химии, механике и материалам. Получив в 1922 г. степень бакалавра естественных наук в области химической технологии, Полинг приступил к подготовке докторской диссертации по химии в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене.

Полинг был первым в Калифорнийском технологическом институте, кто по окончании этого высшего учебного заведения сразу стал работать ассистентом, а затем преподавателем на кафедре химии. В 1925 г. ему была присуждена докторская степень по химии summa cum laude (с наивысшей похвалой. – лат.). В течение последующих двух лет он работал исследователем и был членом Национального научно-исследовательского совета при Калифорнийском технологическом институте. В 1927 г. Полинг получил звание ассистент-профессора, в 1929 – адъюнкт-профессора, а в 1931 г. – профессора химии.

Работая все эти годы исследователем, Полинг стал специалистом по рентгеновской кристаллографии – прохождению рентгеновских лучей через кристалл с образованием характерного рисунка, по которому можно судить об атомной структуре данного вещества. Применяя этот метод, Полинг изучал природу химических связей в бензоле и других ароматических соединениях (соединениях, которые, как правило, содержат одно или несколько бензольных колец и обладают ароматичностью). Стипендия Гуггенхейма позволила ему провести учебный 1926/27 г. за изучением квантовой механики у Арнольда Зоммерфельда в Мюнхене, Эрвина Шредингера в Цюрихе и у Нильса Бора в Копенгагене. Созданной Шредингером в 1926 г. квантовой механике, которая была названа волновой механикой, и изложенному Вольфгангом Паули в 1925 г. принципу запрета предстояло оказать глубокое влияние на изучение химических связей.

В 1928 г. Полинг выдвинул свою теорию резонанса, или гибридизации, химических связей в ароматических соединениях, которая основывалась на почерпнутой из квантовой механики концепции электронных орбиталей. В более старой модели бензола, которая время от времени еще использовалась для удобства, три из шести химических связей (связывающих электронные пары) между смежными атомами углерода были одинарными связями, а остальные три – двойными. Одинарные и двойные связи чередовались в бензольном кольце. Таким образом, бензол мог обладать двумя возможными структурами в зависимости от того, какие связи были одинарными, а какие – двойными. Известно было, однако, что двойные связи короче, чем одинарные, а дифракция рентгеновских лучей показывала, что все связи в молекуле углерода имеют равную длину. Теория резонанса утверждала, что все связи между атомами углерода в бензольном кольце были промежуточными по характеру между одинарными и двойными связями. Согласно модели Полинга, бензольные кольца можно рассматривать как гибриды их возможных структур. Эта концепция оказалась чрезвычайно полезной для предсказания свойств ароматических соединений. В течение последующих нескольких лет Полинг продолжал изучать физико-химические свойства молекул, особенно связанных с резонансом. В 1934 г. он обратил внимание на биохимию, в частности на биохимию белков. Совместно с А.E. Мирски он сформулировал теорию строения и функции белка, вместе с Ч.Д. Корвеллом изучал влияние оксигенирования (насыщения кислородом) на магнитные свойства гемоглобина, кислородсодержащего белка в красных кровяных клетках.

Когда в 1936 г. умер Арту Нойес, Полинг был назначен деканом факультета химии и химической технологии и директором химических лабораторий Гейтса и Креллина в Калифорнийском технологическом институте. Находясь на этих административных должностях, он положил начало изучению атомной и молекулярной структуры белков и аминокислот (мономеров, из которых состоят белки) с применением рентгеновской кристаллографии, а в учебном 1937–1938 гг. был лектором по химии в Корнеллском университете в Итаке (штат Нью-Йорк).

В 1942 г. Полингу и его коллегам, получившим первые искусственные антитела, удалось изменить химическую структуру некоторых содержащихся в крови белков, известных как глобулины. Антитела представляют собой молекулы глобулина, выработанные специальными клетками в ответ на вторжение в тело антигенов (чуждых веществ), таких, как вирусы, бактерии и токсины. Антитело сочетается с особым видом антигена, который стимулирует его образование. Полинг выдвинул верный постулат, что трехмерные структуры антигена и его антитела комплементарны и, таким образом, «несут ответственность» за образование комплекса антиген – антитело. В 1947 г. он и Джордж У. Бидл получили субсидию для проведения рассчитанных на пять лет исследований механизма, с помощью которого вирус полиомиелита разрушает нервные клетки. В течение следующего года Полинг занимал должность профессора Оксфордского университета.

Работа Полинг над серповидно-клеточной анемией началась в 1949 г., когда он узнал, что красные кровяные клетки больных этой наследственной болезнью становятся серповидными только в венозной крови, где низок уровень содержания кислорода. На основе знания химии гемоглобина Полинг немедленно выдвинул предположение, что серповидная форма красных клеток вызывается генетическим дефектом в глубине клеточного гемоглобина. (Молекула гемоглобина состоит из железопорфирина, который называется гем, и белка глобина.) Это предположение – наглядное свидетельство удивительной научной интуиции, столь характерной для Полинга. Три года спустя ученому удалось доказать, что нормальный гемоглобин и гемоглобин, взятый у больных серповидно-клеточной анемией, можно различать с помощью электрофореза, метода разделения различных белков в смеси. Сделанное открытие подтвердило убеждение Полинга в том, что причина аномалии кроется в белковой части молекулы.

В 1951 г. Полинг и Р.Б. Кори опубликовали первое законченное описание молекулярной структуры белков. Это был результат исследований, длившихся долгих 14 лет. Применяя методы рентгеновской кристаллографии для анализа белков в волосах, шерсти, мускулах, ногтях и других биологических тканях, они обнаружили, что цепи аминокислот в белке закручены одна вокруг другой таким образом, что образуют спираль. Это описание трехмерной структуры белков ознаменовало крупный прогресс в биохимии.

Но не все научные начинания Полинга оказывались успешными. В начале 50-х гг. он сосредоточил свое внимание на дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК) – биологической молекуле, которая содержит генетический код. В 1953 г., когда ученые в разных странах мира пытались установить структуру ДНК, Полинг опубликовал статью, в которой описывал эту структуру как тройную спираль, что не соответствует действительности. Несколько месяцев спустя Фрэнсис Крик и Джеймс Д. Уотсон опубликовали свою ставшую знаменитой статью, в которой молекула ДНК описывалась как двойная спираль.

В 1954 г. Полингу была присуждена Нобелевская премия по химии «за исследование природы химической связи и ее применение для определения структуры соединений». В своей Нобелевской лекции Полинг предсказал, что будущие химики станут «опираться на новую структурную химию, в т. ч. на точно определенные геометрические взаимоотношения между атомами в молекулах и строгое применение новых структурных принципов, и что благодаря этой технологии будет достигнут значительный прогресс в решении проблем биологии и медицины с помощью химических методов».

Несмотря на то что в юные годы, которые пришлись на первую мировую войну, Полинг был пацифистом, во время второй мировой войны ученый занимал официальный пост члена Национальной научно-исследовательской комиссии по обороне и работал над созданием нового ракетного топлива и поисками новых источников кислорода для подводных лодок и самолетов. В качестве сотрудника Управления научных исследований и развития он внес значительный вклад в разработку плазмозаменителей для переливания крови и для военных нужд. Однако вскоре после того, как США сбросили атомные бомбы на японские города Хиросиму и Нагасаки, Полинг начал кампанию против нового вида оружия и в 1945 – 1946 гг., являясь членом Комиссии по национальной безопасности, читал лекции об опасностях ядерной войны.

В 1946 г. Полинг стал одним из основателей Чрезвычайного комитета ученых-атомщиков, учрежденного Альбертом Эйнштейном и 7 другими прославленными учеными с тем, чтобы добиваться запрещения испытаний ядерного оружия в атмосфере. Четыре года спустя гонка ядерных вооружений уже набрала скорость и Полинг выступил против решения своего правительства о создании водородной бомбы, призвав положить конец всем испытаниям ядерного оружия в атмосфере. В начале 50-х гг., когда и США, и СССР провели испытания водородных бомб и уровень радиоактивности в атмосфере повысился, Полинг использовал свой немалый талант оратора, чтобы обнародовать возможные биологические и генетические последствия выпадения радиоактивных осадков. Озабоченность ученого потенциальной генетической опасностью отчасти объяснялась проводимыми им исследованиями молекулярных основ наследственных заболеваний. Полинг и 52 других нобелевских лауреата подписали в 1955 г. Майнаускую декларацию, призывавшую положить конец гонке вооружений.

Когда в 1957 г. Полинг составил проект воззвания, в котором содержалось требование прекратить ядерные испытания, его подписало более 11 тыс. ученых из 49 стран мира, и среди них свыше 2 тыс. американцев. В январе 1958 г. Полинг представил этот документ Дагу Хаммаршельду, который был тогда генеральным секретарем ООН. Предпринятые Полингом усилия внесли свой вклад в учреждение Пагуошского движения за научное сотрудничество и международную безопасность, первая конференция сторонников которого состоялась в 1957 г. в Пагуоше (провинция Новая Шотландия, Канада) и которому в конечном счете удалось способствовать подписанию договора о запрещении ядерных испытаний. Такая серьезная общественная и личная озабоченность по поводу опасности заражения атмосферы радиоактивными веществами привела к тому, что в 1958 г., несмотря на отсутствие какого бы то ни было договора, США, СССР и Великобритания добровольно прекратили испытания ядерного оружия в атмосфере.

Однако усилия Полинга, направленные на то, чтобы добиться запрета испытаний ядерного оружия в атмосфере, встречали не только поддержку, но и значительное сопротивление. Такие известные американские ученые, как Эдвард Теллер и Уиллард Ф. Либби, оба члены Комиссии по атомной энергии США, утверждали, что Полинг преувеличивает биологические последствия выпадения радиоактивных осадков. Полинг также наталкивался на политические препятствия из-за приписываемых ему просоветских симпатий. В начале 50-х гг. у ученого были трудности с получением паспорта (для выезда за рубеж), и он получил паспорт без всяких ограничений только после того, как был награжден Нобелевской премией.

Как это ни странно, но в тот же самый период Полинг подвергался нападкам и в Советском Союзе, поскольку его резонансная теория образования химических связей считалась противоречащей марксистскому учению (после смерти Иосифа Сталина в 1953 г. эта теория была признана в советской науке). Полинг дважды (в 1955 и 1960 гг.) вызывали в подкомиссию по вопросам внутренней безопасности сената США, где ему задавали вопросы относительно его политических взглядов и политической деятельности. В обоих случаях он отрицал, что когда бы то ни было являлся коммунистом или симпатизировал марксистским взглядам. Во втором же случае (в 1960 г.) он, рискуя вызвать обвинение в презрении к конгрессу, отказался назвать имена тех, кто помог ему собрать подписи под воззванием 1957 г. В конце концов дело было прекращено.

В июне 1961 г. Полинг и его жена созвали конференцию в Осло (Норвегия) против распространения ядерного оружия. В сентябре того же года, несмотря на обращения Полинга к Никите Хрущеву, СССР возобновил испытания ядерного оружия в атмосфере, а на следующий год, в марте, это сделали США. Полинг начал вести дозиметрический контроль над уровнями радиоактивности и в октябре 1962 г. сделал достоянием гласности информацию, которая показывала, что из-за проводимых в предыдущем году испытаний уровень радиоактивности в атмосфере поднялся вдвое по сравнению с предшествующими 16 годами. Полинг также составил проект предлагаемого договора о запрещении таких испытаний. В июле 1963 г. США, СССР и Великобритания подписали договор о запрещении ядерных испытаний, в основе которого лежал проект Полинга.

В 1963 г. Полинг был награжден Нобелевской премией мира 1962 г. В своей вступительной речи от имени Норвежского нобелевского комитета Гуннар Ян заявил, что Полинг «вел непрекращающуюся кампанию не только против испытаний ядерного оружия, не только против распространения этих видов вооружений, не только против самого их использования, но против любых военных действий как средства решения международных конфликтов». В своей Нобелевской лекции, названной «Наука и мир», Полинг выразил надежду на то, что договор о запрещении ядерных испытаний положит «начало серии договоров, которые приведут к созданию нового мира, где возможность войны будет навсегда исключена».

В том же году, когда Полинг получил свою вторую Нобелевскую премию, он вышел в отставку из Калифорнийского технологического института и стал профессором-исследователем в Центре изучения демократических институтов в Санта-Барбаре (штат Калифорния). Здесь он смог уделять больше времени проблемам международного разоружения. В 1967 г. Полинг также занял должность профессора химии в Калифорнийском университете (Сан-Диего), надеясь проводить больше времени за исследованиями в области молекулярной медицины. Спустя два года он ушел оттуда и стал профессором химии Стэнфордского университета в Пало-Альто (штат Калифорния). К этому времени Полинг уже вышел в отставку из Центра изучения демократических институтов. В конце 60-х гг. Полинг заинтересовался биологическим воздействием витамина С. Ученый и его жена сами стали регулярно принимать этот витамин, Полинг же начал публично рекламировать его употребление для предотвращения простудных заболеваний. В монографии «Витамин С и простуда», которая вышла в 1971 г., Полинг обобщил опубликованные в текущей печати практические свидетельства и теоретические выкладки в поддержку терапевтических свойств витамина С. В начале 70-х гг. Полинг также сформулировал теорию ортомолекулярной медицины, в которой подчеркивалось значение витаминов и аминокислот в поддержании оптимальной молекулярной среды для мозга. Эти теории, получившие в то время широкую известность, не нашли подтверждения в результатах последующих исследований и в значительной мере были отвергнуты специалистами по медицине и психиатрии. Полинг, однако, придерживается точки зрения, что основания их контраргументов далеко не безупречны.

В 1973 г. Полинг основал Научный медицинский институт Лайнуса Полинга в Пало-Альто. В течение первых двух лет он был его президентом, а затем стал там профессором. Он и его коллеги по институту продолжают проводить исследования терапевтических свойств витаминов, в частности возможности применения витамина С для лечения раковых заболеваний. В 1979 г. Полинг опубликовал книгу «Рак и витамин С», в которой утверждает, что прием в значительных дозах витамина С способствует продлению жизни и улучшению состояния больных определенными видами рака. Однако авторитетные исследователи раковых заболеваний не находят его аргументы убедительными.

В 1922 г. Полинг женился на Аве Элен Миллер, одной из его студенток в Орегонском государственном сельскохозяйственном колледже. У супругов три сына и дочь. После смерти жены в 1981 г. Полинг жил в их загородном доме в Биг-Сюре (штат Калифорния).

Помимо двух Нобелевских премий, Полинг был удостоен многих наград. В их числе: награда за достижения в области чистой химии Американского химического общества (1931), медаль Дэви Лондонского королевского общества (1947), советская правительственная награда – международная Ленинская премия «За укрепление мира между народами» (1971), национальная медаль «За научные достижения» Национального научного фонда (1975), золотая медаль имени Ломоносова Академии наук СССР (1978), премия по химии американской Национальной академии наук (1979) и медаль Пристли Американского химического общества (1984). Ученому присвоены почетные степени Чикагского, Принстонского, Йельского, Оксфордского и Кембриджского университетов. Полинг состоял во многих профессиональных организациях. Это и американская Национальная академия наук, и Американская академия наук и искусств, а также научные общества или академии Германии, Великобритании, Бельгии, Швейцарии, Японии, Индии, Норвегии, Португалии, Франции, Австрии и СССР. Он был президентом Американского химического общества (1948) и Тихоокеанского отделения Американской ассоциации содействия развитию науки (1942 – 1945), а также вице-президентом Американского философского общества (1951 – 1954).