Рентгеноструктурный анализ получил статус научного метода в 1912 г., когда Макс фон Лауэ обнаружил, что дифракционная картина рентгеновских лучей может немало рассказать ученым об атомной структуре молекулы. Начнем с того, что молекулы образуют структуру с единым повторяющимся рисунком, которую мы называем кристаллом. Если направить на кристалл рентгеновские лучи, то они подвергнутся дифракции и получающийся рисунок отобразится на фотопластине. Изображение полно подсказок, позволяющих ученым судить о трехмерной структуре молекулы. Их расшифровка до появления компьютеров была настоящей головоломкой, требующей долгих лет вычислительной практики и исключительного терпения. Дороти была асом в этом деле.
В начале 1930-х гг., в первые годы ее карьеры, расшифровка кода даже простейшего кристалла требовала десятков тысяч математических вычислений, выполнявшихся на ручной счетной машине. С помощью уравнений составлялась так называемая карта распределения электронной плотности, напоминавшая топографическую. Она показывала, где электроны кристалла особенно густо сконцентрированы. Весь процесс, от рентгеновского излучения до определения структуры, мог занимать месяцы и даже годы.
В 1936 г. вычисления стали немного проще, поскольку Ходжкин стала счастливой обладательницей двух ящиков, заполненных тонкими листами бумаги в количестве 8400 штук. Так называемые штрипсы Биверса – Липсона служили кристаллографам своеобразной картотекой. Карточки были сверху донизу заполнены дотошно упорядоченными тригонометрическими величинами, сократившими время работы Ходжкин над расчетами.
В конце 1930-х гг., когда она начала расшифровку молекулы холестерина, большинство ее коллег утверждали, что эта задача неразрешима методами кристаллографии. Однако Ходжкин, получившая от друга прозвище «тихий гений»[42], облучила кристалл холестерина рентгеновским излучением и уселась за вычислительную машину. Там, где представители традиционной химии потерпели крах, кристаллограф добилась успеха.
Слухи о ее выдающихся способностях к построению карт распределения электронной плотности распространились, и Ходжкин стала магнитом для неразгаданных кристаллических структур. Когда кому-то нужно было выяснить структуру молекулы, образец кристалла высылался ей. За годы работы она получила их десятки, в том числе кристалл пенициллина.
К 1941 г. пенициллин уже показал свою способность предотвращать бактериальные инфекции у людей – громадное преимущество в годы войны. Ученые надеялись, что понимание его структуры позволит производителям лекарств наладить массовый выпуск препарата. Однако структуру молекулы пенициллина никак не удавалось расшифровать. Во-первых, американские и британские кристаллографы работали над кристаллами разной формы, даже не подозревая об этом. Никто не знал, что кристалл пенициллина имеет несколько разновидностей. Во-вторых, из-за особенностей строения молекулы фотопластина не давала ясной картины.