химия и жизнь
12
/ 2020
Химия и жизнь
Ежемесячный научно-популярный журнал
12
/2020
Никогда такого не было, и вот опять! В.С. Черномырдин
Зарегистрирован в Комитете РФ по печати 19 ноября 2003 года, рег. ЭЛ № 77-8479
ISSN 1727-5903 НОМЕР ПОДГОТОВИЛИ: Главный редактор Л.Н. Стрельникова Художники А.В. Астрин, А. Кук Редакторы и обозреватели Е.В. Клещенко, Л.А. Ашкинази, В.В. Благутина, Ю.И. Зварич, С.М. Комаров, В.В. Лебедев, Н.Л. Резник, О.В. Рындина Ответственный за соцсети Д.А. Васильев Подписано в печать 17.01.2021 Типография «Офсет Принт М.» 123001, Москва, 1-й Красногвардейский пр-д, д. 1 Адрес редакции 119991, Москва, Ленинский просп., 29, стр. 8 Адрес для переписки 119071, Москва, а/я 57 Телефон для справок: 8 (495) 722-09-46 e-mail: redaktor@hij.ru http://www.hij.ru Соцсети: https://www.facebook.com/khimiyaizhizn https://vk.com/khimiya_i_zhizn https://ok.ru/group/53459104891087 https://twitter.com/hij_redaktor https://www.instagram.com/khimiya_i_zhizn/ При перепечатке материалов ссылка на «Химию и жизнь» обязательна На журнал можно подписаться в агентствах «Роспечать» — каталог «Роспечать», индексы 72231 и 72232 «Арзи» — Объединенный каталог «Пресса России», индексы — 88763 и 88764 (рассылка — «Арзи», тел. (495) 443-61-60) Каталог «Почта России», индексы П2021 и П2017. «Информсистема» — (495) 127-91-47 «Урал-Пресс» — (495) 789-86-36
© АНО Центр «НаукаПресс»
Генеральный спонсор журнала Компания «БИОАМИД»
Содержание Колонка главного редактора «ХИМИЯ И ЖИЗНЬ» ПОПРЕЖНЕМУ ПЛОДОНОСИТ! Л.Н. Стрельникова .........................................................................55, 61
Лаборатория ХИМИКИ И НАНОМЕДИЦИНА. Н. Маркина .............................................. 2
Полвека тому вперед МЫ ОБЯЗАНЫ БЫЛИ ПОПРОБОВАТЬ. Н. Самойлова .............................16
Технология и природа ЖИВАЯ АНТИНЕФТЬ. С.М. Комаров .......................................................20
А почему бы и нет? СЕРНЫЙ ПРИЛИВ. В. Кальменс..............................................................26
Технологии и природа СВИНЬЯ БЕЗ САХАРА. Е. Клещенко ........................................................34
Проблемы и методы А ЧЕГО ОН ДРАЗНИТСЯ? Н. Резник ........................................................40
Панацейка ЗИМНИЙ ГРИБ. Н. Ручкина .....................................................................47
Фантастический год Я БУДУ ПИСАТЬ ЛЖИВО. А. Речкин ........................................................50
Фантастика ПОСЛЕ ПОБЕДЫ. А. Кузнецов .................................................................56 НА ПЕРВОЙ СТРАНИЦЕ ОБЛОЖКИ рисунок Александра Кука НА ВТОРОЙ СТРАНИЦЕ ОБЛОЖКИ работа Nicholas Di Genova. Борьба в мире за безопасность идет по самым разным направлениям. Особенно важны в этом отношении продукты питания. Об этом читайте в статье «Свинья без сахара»
Нанофантастика КРУПИЦА НАДЕЖДЫ. В. Кашпур ............................................................64 Результаты: алгоритмы и роботы
31
Короткие заметки
62
Пишут, что…
62
2018 год, фото из архива лаборатории
Лаборатория
Надежда Маркина Фото: Дмитрий Васильев
Химики и наномедицина В названии «Лаборатория химического дизайна бионаноматериалов» на Химфаке МГУ имени М.В. Ломоносова все слова модные, кроме «химического». А между тем это слово ключевое, поскольку в основе любых материалов и препаратов, как бы они ни назывались, лежит химия. В этой лаборатории химики работают с химическими объектами — молекулами разных лекарственных белков, которые упаковывают в специальные контейнеры, чтобы лекарства в организме попадали точно по адресу и всегда лечили, но не калечили. Лаборатория основана в 2010 году по программе мегагрантов. В ней работают 12 сотрудников, 8 аспирантов и 8 студентов. Каждый год лаборатория выпускает 12—14 научных статей. Источники финансирования после окончания мегагранта — гранты РФФИ, РНФ, молодежные гранты.
2
Комнаты лаборатории расположены на нескольких этажах четырехэтажного здания кафедры химической энзимологии, оно стоит особняком от главного здания Химфака. Место это не случайное. Здесь сформировалась и продолжает жить школа химической энзимологии, созданная выдающимся специалистом по биокатализу И.В. Березиным. И здесь же 30 лет назад Александр Викторович защитил докторскую диссертацию. К тому же главный объект исследований в лаборатории — ферменты, упакованные в мицеллы, которые теперь зачислены в разряд «нанообъектов». Впрочем, настоящих химиков этими словами не удивить. Уж они-то понимают, что химия — это фундамент нанотехнологий.
Н.Л. Клячко и аспирант Максим Веселов демонстрируют А.В. Кабанову работу новой магнитной установки, сконструированной Ю.И. Головиным
А.В. Кабанов, Н.Л. Клячко и аспирант Антон Лопухов обсуждают статью
фото: Иван Шинкарин
Л
абораторию создал в 2010 году Александр Викторович Кабанов, выпускник и профессор Химического факультета МГУ, членкорреспондент РАН, а также заслуженный профессор и директор Центра нанотехнологий для доставки лекарств, содиректор Института наномедицины Университета Северной Каролины. Оказавшись среди победителей первого конкурса мегагрантов, А.В. Кабанов получил возможность открыть на Химическом факультете МГУ лабораторию мирового уровня — и по целям и решаемым задачам, и по тактике научных исследований, и по их обеспечению новейшим оборудованием. Во всех мегагрантах написано, чем должна заниматься новая лаборатория. В случае с лабораторией А.В. Кабанова это «создание нового поколения бионаносистем для медицинского применения на основе ферментов, полимерных покрытий и магнитных наночастиц». Иными словами, сотрудники лаборатории должны разрабатывать системы доставки лекарств в специальных упаковочных наноконтейнерах к клеткаммишеням. В роли лекарства часто выступают ферменты, которые применяют для лечения разнообразных биохимических сбоев в работе организма.
«Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
3
СХЕМА СИНТЕЗА НАНОЗИМА Рисунок Дарьи Филоновой, Университет Северной Каролины
Ковалентные сшивки Поликатион
Полиэтиленгликоль
Ковалентно прошитый нанозим
4
Сотрудник лаборатории Максим Веселов исследует, как меняются оптические свойства суспензии наночастиц под действием магнитного поля
Пандемия всем спутала карты. Александр Викторович в США, и когда ему удастся вырваться в Россию — пока неизвестно. Поэтому мы беседуем по Zoom.
С чего начиналась наномедицина Путь в науке А.В. Кабанова, приведший его к наномедицине, начинался именно на этой кафедре химической энзимологии, где его учителями были замечательный чешский ученый Карел Мартинек, который 30 лет проработал в Советском Союзе, и его сотрудник, профессор Андрей Вадимович Левашов. Конечно, большое влияние на Александра Викторовича оказал и его отец, академик Виктор Александрович Кабанов, известный химик полимеров. И хотя сын очень любил отца, он все же хотел идти в науке своим путем. Первую научную задачу перед ним поставил профессор Левашов: придумать, как доставить фермент через клеточную мембрану. Александр, будучи студентом четвертого курса, предложил соединить фермент
с жирной кислотой, которая выступит в роли «якоря», и тогда фермент прицепится к липидной мембране. Потом выяснилось, что подобный механизм использует природа, о чем они тогда не подозревали. Поскольку присоединить к белку жирную кислоту очень сложно, Александр стал модифицировать белки жирными кислотами в системе обратных мицелл. Мицелла — это частица, образованная молекулами липида или поверхностно-активного вещества, у которых есть полярная часть и неполярная — жирный хвост. В обычных мицеллах жирные хвосты направлены внутрь (так устроено мыло), в обратных, или обращенных, мицеллах — наоборот. В полость внутри этой мицеллы и помещали фермент. А затем стали смотреть, как такая модификация влияет на каталитическое поведение фермента, как фермент с липидным якорем ведет себя в «микрогетерогенной среде», когда его молекулы заключены во множество мельчайших капелек, плавающих в органическом растворителе. Итогом была серия научных статей о «Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
5
На этот чип из тончайшего слоя золота помещают молекулу белка-токсина, для которого Антон Лопухов и другие сотрудники Лаборатории создают полимерную ловушку
превращении и поведении ферментов в системе обращенных мицелл. «Я начал свой путь химика в биологии, а это исключительно тяжелый путь, потому что приходится работать на чужом поле», — вспоминает мой собеседник. Затем была работа в Институте прикладной молекулярной биологии у Евгения Сергеевича Северина, где, оказавшись среди биологов, Александр Кабанов вплотную занялся проблемой доставки лекарств в организме. Вместе с Валерием Алаховым и Владимиром Чехониным они придумали, как протащить лекарство в головной мозг. Для этого лекарство помещали внутрь мицеллы, а снаружи пришивали антитело к определенному веществу в мозге. Антитело служило вектором, своего рода паровозиком. Таким образом удалось преодолеть гематоэнцефалический барьер. Это была первая в мире работа по использованию полимерных мицелл для доставки лекарств. Там же, в институте у Северина, Кабанов и его коллеги придумали использовать поликатионы (положительно заряженные полимеры) для транспор-
6
тировки нуклеиновых кислот — ДНК и РНК. Эти подходы привели к созданию многих терапевтических наноматериалов, в том числе нанозимов, о которых мы расскажем чуть позже. «Это было потрясающее время упоительной работы, дружбы и веры в будущее, — вспоминает мой собеседник. — Я побывал во Франции в Институте Пастера, где познакомился со многими выдающимися биологами, и в Университете Страсбурга у нобелевского лауреата по химии Жан-Мари Лена. Защитил докторскую диссертацию в 28 лет, и казалось, что теперь могу свернуть горы. Но тут прекратил свое существование Советский Союз, и в одночасье, 1 января 1992 года, у нас не стало денег, совсем. Работать было невозможно: мы смотрели, как фермент проникает внутрь клетки, снимали процесс на цветную пленку, а пленку для проявки приходилось отправлять во Францию, в тот самый Институт Пастера, потому что в Москве не было соответствующих реактивов». Александр Кабанов попытался вместе с Валерием Алаховым организовать научный бизнес в Москве,
Рисунок Дарьи Филоновой, Университет Северной Каролины
Схема строения нанозима (слева) и полимерной наночастицы с лекарством (справа)
Ксения Власова проверяет, как ведут себя нанопрепараты, созданные в лаборатории, в живых клетках
«Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
7
Фото предоставлено Университетом Северной Каролины
Руководитель лаборатории Александр Викторович Кабанов
чтобы внедрить свои разработки, но основать биотехнологическую компанию им удалось только в Канаде. Потом случился переезд в США. Почти 18 лет Александр Кабанов проработал в Медицинском центре университета Небраски, где также занимался проблемой лекарственной доставки и основал первый в США центр наномедицины. Здесь он наряду с созданием новых наноматериалов продолжил использовать полимерные мицеллы для транспортировки лекарств. Мицелла строится из молекул блок-сополимера: ее ядро состоит из гидрофобных цепей, а гидрофильные окружают его в виде внешней «опушки». В ядро такой полимерной мицеллы можно помещать нерастворимые лекарственные вещества. Сегодня эта технология вошла в мировую практику. Работа продолжилась в Университете Северной Каролины, где Александру Викторовичу предложили позицию именного профессора и директора Центра нанотехнологий по доставке лекарств. «В живой системе все работает не так, как в химической лаборатории, — говорит Кабанов. — Например, оказалось, что многие из хорошо известных полимеров, такие как полоксамеры (плюроники) или даже полиэтиленгликоль, могут взаимодействовать с биологическими мембранами, меняя ответы этих мембран на разные воздействия. Валерий Алахов впервые обнаружил, что, если полоксамеры добавить к клеткам, обладающим множественной лекарственной устойчивостью, они эту устойчи-
8
вость выключают. Мы детально разобрались, как эти удивительные полимеры работают. Например, в устойчивых к лекарству раковых клетках образуются насосы, которые выбрасывают лекарство наружу. Так вот, наши полимеры блокировали действие этих насосов и полностью меняли энергетику клеток, обращая их преимущество в слабость». Это относится и к раковым клеткам, и к здоровым, например, гематоэнцефалического барьера или клеткам кишечного эпителия, которые стараются не пропустить внутрь ничего чужого. Таким образом, эти полимеры могут облегчить как доставку лекарства в мозг, так и всасывание его в кишечнике. Сейчас в мире зарегистрировано более 30 нанопрепаратов, это без учета вакцин от COVID-19. Их можно разделить на два класса. Первый класс — это липосомальные препараты, в которых вещество упаковано в липосому, к ним относится, например, пэгилированный липосомальный Доксорубицин, или «Доксил». Второй, пока еще меньший, класс — это полимерные препараты, в которых блок-сополимеры образуют полимерные мицеллы, предложенные Кабановым. Александр Викторович упоминает еще один класс — твердые наночастицы на основе нерастворимого, но биоразлагаемого полимера. Их пока не одобрили к применению, однако исследователи активно работают с ними. В таких частицах лекарство высвобождается за счет разрушения химической связи. Наконец, появились нанопрепараты для доставки нуклеиновых кислот, и самое значимое
применение этой технологии — вакцины от COVID-19, созданные компаниями Pfizer/Biontech и Moderna. «Две наиболее прорывные вакцины сделаны на липидных катионных наночастицах, стабилизированных оболочкой из полиэтиленгликоля. Это большой успех наномедицины», — считает Александр Викторович. Еще один свежий пример — это средство от коронавируса ремдесевир. Он одобрен к применению, но его нельзя использовать в виде таблеток — в этом случае он не достигнет цели, поскольку расщепится в печени.Лекарство сейчас приходится вводить в кровь: для этого действующее вещество связывают с растворяющим агентом по объему в десятки раз больше, чем само лекарство тоже не вариант: в этом случае действующее вещество нужно связать с растворяющим агентом по объему в десятки раз больше, чем лекарство. Но главное, желательно, чтобы противовирусный препарат ловил вирус в самом начале его пути в организме.
Значит, оптимально вводить ремдесевир не в вену, а в дыхательные пути в виде аэрозоля. Разработкой такой аэрозольной наноформы ремдесевира и других противовирусных агентов занимаются специалисты Центра по доставке лекарств в Университете Северной Каролины. Собственно, эта задача решена в принципе, но результат еще не оформлен в виде статей и патента. Как пришла идея подать на конкурс мегагрантов? «Когда в 2006 году умер мой отец, я ощутил страшную пустоту. Мы с ним все время сотрудничали, обсуждали научные проблемы, и через него я чувствовал связь с научной жизнью в России, — рассказывает Александр Викторович. — Когда его не стало, эта связь оборвалась. Я даже подумывал, не вернуться ли в Россию, но старшая дочь и ближайший друг сказали — не стоит. Через четыре года появилась программа мегагрантов. За неделю до дедлайна мне предложила подать на конкурс Наталья Львовна Клячко, с которой я работал
Студентка Тамара Якимова исследует методом высокоэффективной жидкостной хроматографии раствор потенциального лекарственного вещества для лечения рака молочной железы
«Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
9
С помощью анализатора поверхностного плазмонного резонанса Антон Лопухов ведет поиск веществ, способных убирать из организма токсины
еще со студенческих времен. Я подал и был уверен, что не получу, претенденты были сильными, а конкурс огромный. Но неожиданно увидел свою фамилию среди 40 ученых, выигравших конкурс».
Нанонаука на Химфаке МГУ «Началось с того, что мы получили грант в октябре или ноябре 2010 года и надо было срочно купить оборудование, то есть успеть потратить 30 млн рублей до конца года. Иными словами — сделать невозможное. Я поговорил с проректором МГУ, академиком Алексеем Ремовичем Хохловым, и он сказал, что этот вопрос может решить только Государственная дума. Как?! Я был ошарашен. Связался с другими мегагрантниками, и выяснилось, что такая проблема есть у всех. Мы написали письмо министру образования и науки А.А. Фурсенко, и, пока я летел из Америки в Москву, в самолете собирал подписи. Тут-то я и понял, что
10
мегагрантники — это сила, что у нас появилось сообщество свободных, независимых и успешных людей, думающих по-русски, но по-западному. Фурсенко меня пригласил, мы поговорили, и вопрос о переносе денег на следующий год был решен, правда, не без участия тогдашнего премьер-министра. Конечно, я был поражен, что в России премьер-министр должен заниматься такими вопросами». Что касается научной работы, в новой лаборатории, образованной на Химфаке МГУ, начались исследования полимерных мицелл и электростатических комплексов для доставки различных молекул, в том числе ферментов и других белков. К тому времени в США мы уже научились делать нанозимы — упаковывать ферменты в поликомплексные наноконтейнеры. А в МГУ мы применили этот подход для многих ферментов, предназначенных для лечения различных патологий: воспалительных заболеваний глаз, спинного мозга и других.
За окном пандемия и уже наряжают елки, но лаборатория работает и даже принимает журналистов, со всеми предосторожностями, разумеется. Поэтому мы здесь. Наш гид — заместитель А.В. Кабанова и его коллега по многолетней совместной работе, доктор химических наук, заслуженный профессор МГУ Наталья Львовна Клячко. «Я работала с наноструктурами еще тогда, когда их не называли “нано”, — рассказывает Наталья Львовна. — Здесь, на кафедре химической энзимологии, мы впервые показали, что ферменты могут встраиваться в наноразмерные агрегаты из липидов и поверхностно-активных веществ. И более того — меняя параметры липидных матриц, можно целенаправленно регулировать свойства биомолекул. Первая же наша публикация на эту тему буквально открыла новое направление в науке, которое получило название “Мицеллярная энзимология”. Внутрь мицеллы можно поместить фермент или другой биополимер. Выяснилось, что подобные структуры образуются при переносе некоторых веществ через клеточные мембраны. Сегодня, на волне интереса к нанотехнологиям, наши мицеллы перешли в разряд модных наноструктур, а мы оказались на передовом крае науки». Липидные мицеллы стали отличной упаковкой для лекарств, обеспечивающей их адресную доставку. От липидных мицелл ученые перешли к полимерным наночастицам, и здесь первопроходцем был Александр Викторович Кабанов. При конструировании таких наночастиц используют способность разных зарядов притягиваться друг к другу: если молекула фермента несет положительный заряд, ее окружают слоем отрицательно заряженных молекул полимера. Чтобы фермент прочнее сидел в этом контейнере, его пришивают дополнительными химическими связями. «Некоторым ферментам не нужно выходить из контейнера, они могут работать и внутри него, — объясняет Наталья Львовна. — Например, так работает фермент супероксиддисмутаза: он взаимодействует с супероксидрадикалом, который настолько мал, что может проходить через мельчайшие “дырочки” внутрь контейнера. Фермент (энзим), упакованный в наночастицу, мы назвали “нанозим” (NanoZYME). Правда, сейчас это название в литературе стали использовать и в другом значении — модель фермента из материалов небиологической природы».
откликаются на магнитное поле. Если поле появляется, то частица начинает колебаться, работа ферментов может замедляться и совсем останавливаться или, наоборот, ускоряться, а ее оболочка из-за колебаний будет разрушаться, открывая выход для молекул лекарства. Множество приборов в лаборатории предназначено для генерации магнитного поля и исследования его влияния на поведение наночастиц. Есть даже прибор в форме круглой кастрюли, который умеет генерировать вращающееся вихревое поле в форме восьмерки. Сотрудник лаборатории Максим Веселов, главный здесь специалист по магнитным приборам, показывает, как они работают. Пробирку с суспензией наночастиц помещают в прибор, который генерирует магнитное поле заданных параметров, и выдерживают определенное время. Затем суспензию помещают в спектрометр и измеряют ее оптические свойства (поглощение, флуоресценцию, люминесценцию и другие), которые изменяются под действием магнитного поля. В приборе следующего поколения генератор магнитного поля совмещен со спектрофотометром и флуориметром, так что можно отслеживать изменение оптических свойства образца «Музейный экспонант» — самый первый прибор для генерации магнитного поля, который сотрудники лаборатории сделали своими руками
Магнитное поле управляет наночастицами Важная составная часть разрабатываемых в лаборатории систем доставки лекарств — это низкочастотное магнитное поле порядка 50 Гц, безопасное для организма, которое управляет поведением наночастиц. Чтобы придать им магнитные свойства, ученые используют частицы магнетита Fe3O4 — подшивают их к наноконтейнеру. Ферменты, присоединенные к магнитной частице, «Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
11
Фото предоставлено Университетом Северной Каролины
На семинаре в Университете Северной Каролины. Александр Кабанов представляет приглашенного докладчика, профессора университета Пенсильвании Владимира Музыкантова
в реальном времени. Почему меняются оптические свойства? Как объясняет Максим, энергия магнитного поля преобразуется в движение молекул. В липосомальных наночастицах с лекарством внутри нарушается целостность оболочки, и лекарство выходит в объем растворителя. Поскольку молекулы лекарства в эксперименте окрашены либо флуоресцируют, по изменению оптических свойств можно определить количество вышедшего в раствор лекарства и скорость выхода. Если же фермент под действием магнитного поля изменил свою конформацию и каталитическую активность, то по изменению оптической плотности или флуоресценции раствора можно судить о скорости протекания химической реакции с участием этого фермента. На мониторе мы видим динамику измеряемых показателей. Все приборы для лаборатории сделали физики из Тамбовского государственного университета и компании «Наноматериалы», которые также разрабатывают теоретические модели магнитомеханических воздействий. «Наш главный рычаг в экспериментах, связанных с магнитным полем, — профессор Юрий Иванович Головин, который помогает в создании приборов, в развитии теоретической базы и в интерпретации результатов», — говорит Наталья Львовна. А вот с этого прибора все начиналось. Максим
12
Веселов достает «музейный экспонат» — деревянный щит с магнитными катушками и проводами, который сотрудники сделали своими руками, когда не было еще ничего другого. И ведь работало! «Когда-то давно у меня появилась идея воздействовать на что-то в клетке с помощью магнитного поля, но тогда я это так и не сделал, — рассказывает А.В. Кабанов. — А продолжение этой идеи возникло, когда мы с Андреем Гудковым, известным в мире исследователем рака, обсуждали науку, гуляя у Ниагарского водопада. С помощью магнитного поля можно нагревать объект, и я подумал, что если присоединить к магнитной наночастице молекулу фермента и нагреть эту конструкцию, то можно изменить конформацию и активность фермента. Мы купили коммерчески доступную установку для магнитной гипертермии, которая использует относительно высокочастотные поля в 100—300 кГц, и поставили первые эксперименты по «выключению» фермента. Но что именно при этом происходит, я не понимал. У нас в Небраске был очень сильный центр по магнитным наноматериалам, но их интересовало поведение таких материалов при низких температурах типа жидкого азота и ниже — там, где нет биологии. Я мыкался, советовался с Алексеем Ремовичем Хохловым, пытался найти партнера в Москве. А когда получил мегагрант, встретился с физиком Юрием Ивановичем Головиным, пригласил его приехать
вместе с Наташей Клячко в Омаху. Мы обсудили наши результаты, и Головин сказал, что гипертермия здесь ни при чем. Заодно он раскритиковал нашу установку и сказал, что эффекты будут наблюдаться и при гораздо более низких частотах. Вернувшись в Тамбов, он построил тот самый генератор, который вы видели. Мы стали работать с низкочастотным полем, и выяснилось, что конформацию фермента можно менять путем магнитомеханического воздействия. И все стало развиваться в этом направлении». Впрочем, в лаборатории есть и классические приборы аналитической химии. Студентка четвертого курса Тамара Якимова показывает устройство для высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), на этом приборе она анализирует раствор потенциального лекарственного вещества. «Есть фармакологическая молекула, которая помогает лечить трижды негативный рак молочной железы (это разновидность рака, невосприимчивого к препаратам гормональной и таргетной терапии). Но эта молекула — сложный комплекс, содержащий ион меди, и она нерастворима в воде, — рассказывает Тамара. — А врачам нужен раствор для внутривенного введения. Мы пытаемся загрузить эту молекулу в липосому, чтобы сделать водный раствор липосом». Однако надо не только загрузить молекулу в липосому, но и выгрузить ее, для этого применяется магнитное поле. Если в растворе присутствуют ионы меди, значит, лекарственная молекула вышла из липосомы. Ученым удалось с помощью ВЭЖХ отделить целые липосомы с лекарственной начинкой от лекарственных молекул, вышедших в раствор. Присутствие последних определяется по ионам меди с помощью специального детектора, который входит в прибор. Размер наночастиц и их концентрацию с точностью «в штуках» в миллилитре здесь измеряют на анализаторе наночастиц (NTA, NanoTracking Analysis), который отслеживает траектории их движения по рассеянию лазерного луча в суспензии. Максим показывает на монитор: «Здесь мы видим, сколько и каких наночастиц размером от десяти нанометров до одного микрона есть в анализируемой суспензии».
Ловушка для токсинов Сотрудник лаборатории Антон Лопухов рассказывает о методике, основанной на поверхностном плазмонном резонансе. «Она позволяет изучать взаимодействие веществ, например рецептора с лигандом, непосредственно, без всяких ухищрений вроде навешиваемых на молекулы меток. Так можно подбирать новые вещества для взаимодействия с интересующей нас молекулой». Внутри прибора находится чип из тончайшего слоя золота. Если облучать слой этого металла светом с определенной длиной волны, электроны в металле начинают синхронно колебаться, создавая единую волну. Такое синхронное колебание и называется плазмоном. В эксперименте на золотой чип помещают молекулу белка и пропускают через прибор исследуемое ве-
щество. Если произошло взаимодействие вещества с белком, прибор его зафиксирует и даже посчитает константу связывания. «Этот прибор мы используем в новом проекте РНФ, в котором разрабатываем системы, убирающие из организма токсины, — дополняет Наталья Львовна Клячко. — Мы хотим подобрать полностью синтетический полимер-ловушку, который будет захватывать и нейтрализовывать целевую молекулу. Интересно сделать платформу, которая позволит подбирать такие ловушки для любых токсинов, попадающих в организм человека. Совместно с Тимуром Меджитовым из Казанского федерального университета и его коллегами мы пытаемся использовать информационные технологии, чтобы улучшить такой поиск. Эксперименты по связыванию, которые делает Антон, дают пищу для теоретического анализа. Мы надеемся, что этот анализ подскажет нам, какие структуры из тысяч возможных мы должны попробовать следующими при синтезе лучшей ловушки». По проекту, ученые должны были работать с фрагментом (субъединицей ) холерного токсина, но, пока его не доставили, используют модельный белок — асиалогликопротеиновый рецептор. Анализатор поверхностного плазмонного резонанса купили по Программе развития Московского университета. Это один из тех приборов, которые находятся в распоряжении лаборатории, но служат приборами коллективного пользования — для всех, кому он потребуется. Однако сейчас в лаборатории химического дизайна бионаноматериалов его используют по полной. «Здесь мы видим, — Антон показывает на экран, — что связывание происходит. Оно не такое прочное, как антиген-антитело, но от него уже можно отталкиваться, чтобы добиться лучшего связывания, отбирать кандидатов для нашей полимерной ловушки токсинов».
От химии к живым клеткам Из физико-химической зоны мы переходим в биологическую — здесь сотрудник лаборатории Ксения Власова работает с живыми клетками. «Обязательный этап разработки любого лекарственного препарата — его тестирование на клеточных культурах. Здесь мы проверяем, как ведут себя нанопрепараты в живой системе». В этой «чистой» комнате культивируют клетки, чаще всего раковые: рака молочной железы человека и мыши, рака простаты — это наиболее ходовые клеточные линии; есть и здоровые клетки, для контроля. Здесь же стоит мощный генератор переменного и постоянного магнитного поля: Ксения исследует, как магнитное поле воздействует на клетки и на наночастицы с лекарственными веществами, помещенными в культуральную жидкость. Под микроскопом можно следить за тем, что происходит с клетками: доходит ли до них помещенное в наноконтейнеры цитотоксичное вещество, как оно накапливается, что происходит с клетками под действием вещества или самого магнитного поля. Специальные красители или флуоресцентные «Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
13
маркеры помечают только живые клетки, их можно увидеть под микроскопом, а можно посчитать количество живых клеток в специальном приборе методом проточной цитофлуориметрии. Еще одна «биологическая» зона лаборатории — это помещение для работы с бактериальными клетками, где тестируются те же самые воздействия, но уже на бактерии. Лаборатории исполнилось всего десять лет. Но за это не столь большое по меркам науки время сотрудники создали несколько нанопрепаратов для медицины, которые находятся на разных стадиях испытаний. Один из «нанозимов» успешно прошел доклинические исследования в сотрудничестве с Институтом глазных болезней имени Гельмгольца (над этим работали Наталья Клячко, Ольга Кост, Александр Ванеев и профессор-офтальмолог Наталья Чеснокова). Это капли для лечения воспалительного заболевания глаз под названием «увеит». В основе лекарства — антиоксидантный фермент супероксиддисмутаза, помещенный в полимерный наноконтейнер. В экспериментах на кроликах нанолекарство показало себя очень хорошо, так что сейчас идет поиск партнеров для клинических испытаний. Другой нанопрепарат на основе супероксиддисмутазы и каталазы предназначен для лечения травм спинного мозга. Его исследования на животных проводили в Национальном медицинском центре имени Сербского под руководством академика В.П. Чехонина. В месте нанесения экспериментальной травмы спинного мозга всегда развивается воспалительный процесс, при котором образуются избыточные количества свободных радикалов. У животных, получивших такую травму и нанопрепарат, рана успешно заживала и никак не сказывалась на дальнейшей работе спинного мозга. Ученые собираются продолжать эту работу с использованием не только ферментов, но и других белков — факторов роста сосудов и нервов, упакованных в наноконтейнеры. Здесь также разрабатывают химические средства борьбы с бактериями — пытаются улучшить работу ферментов типа лизоцима, который разрушает бактерии, и выделяют ферменты из бактериофагов, которые умеют разрушать бактериальную клетку изнутри. Теперь исследователи пытаются заставить их работать снаружи — пройти всю внешнюю защиту и атаковать бактерию извне. Кроме того, в лаборатории создали нанозим для детоксикации фосфорорганических соединений, из которых делают пестициды и боевые отравляющие вещества. Сотрудники кафедры, Елена Николаевна Ефременко и ее группа, давно уже работали с ферментом, который умеет это делать. Но это фермент бактериальный, и его нельзя было использовать в животном организме из-за сильного иммунного ответа. Так появилась задача изготовить для него полимерную оболочку, которая позволит ферменту работать, увеличит время его циркуляции в организме и снизит иммунный ответ. Фермент отличался неравномерным распределением заряда, и контейнер для него надо
14
было сделать асимметричным. Получилось! Эту разработку проверяли в военно-медицинском учреждении и убедились, что нанозим защищает крыс от поражения как токсичными пестицидами, так и боевым отравляющим веществом. Фермент в наноконтейнере показал фантастические результаты: все мыши выжили после многократной смертельной дозы ФОС. Мегагрант давно закончился, но лаборатория продолжает работать, получает гранты РНФ, РФФИ, участвует в российско-американском проекте по онкологии, молодые сотрудники выигрывают молодежные гранты. Есть новые идеи, например, как приблизиться к живой природе, не используя животных: для этого ученые пытаются работать не с монослоем клеток, а с клеточными сфероидами. Они также пробуют экспериментировать с разными формами наночастиц, например не с шариками, а с палочками. Оказывается, палочки лучше поворачиваются в магнитном поле и высвобождают лекарство. «Наши неформальные традиции? — Наталья Львовна задумывается. — Раньше на старый Новый год весь коллектив собирался у меня дома, человек тридцать, и это было нечто, что мы до сих пор вспоминаем. А сейчас мы несколько раз выезжали на природу, обычно после защиты дипломов, играли в футбол, волейбол, и это тоже уже традиция».
Культурная валентность На вопрос, отличается ли научная молодежь в Америке и в России, Александр Викторович отвечает так: «Везде есть сильные ребята и послабее. Сейчас в США у меня их поровну, и это неплохо. В Москве приблизительно так же. Основная разница заключается в разнообразии людей в коллективе. В МГУ все в основном выпускники с хорошей химической подготовкой, а в Северной Каролине мы нанимаем специалистов из самых разных областей науки и разных мест, поэтому у них гораздо менее однородные знания, но значительно выше готовность браться за весьма разнообразные вещи. Российские ребята хорошие, но их нужно больше переучивать. Есть еще культурное разнообразие. Когда-то мои сотрудники говорили, в общей сложности, на 15—25 языках, да и сейчас у меня есть выпускники из Южной Кореи, Китая, Индии, Израиля, Египта, Ирана и, конечно же, США. Мои московские ученики более однородны, и это накладывает отпечаток на их систему взглядов, на общение. Важен и личный опыт. Хотя сейчас в России появилось больше возможностей, но в Америке разнообразие международного и всякого опыта гораздо больше. К сожалению, попрежнему в России есть оторванность мироощущения и мышления от реалий окружающего мира. Она была свойственна и мне как советскому человеку, но в России она, к сожалению, сохранилась. Более того, в последнее время это ощущение усилилось из-за международной изоляции страны». В условиях работы в США и в России ученый отмечает колоссальную разницу. Главным образом,
в том, что в России исследователь сталкивается с непреодолимыми административными барьерами (пример — решение вопроса о переносе денег по гранту на уровне премьер-министра). Очень много времени и сил приходится тратить на такие вещи, как закупка всего необходимого. «Хотя в этом экстремальном году проблемы появились и здесь, в США, — замечает Александр Викторович. — Многие наши сотрудники работают с коронавирусом, они безумно заняты, они ставят множество экспериментов, и им стало не хватать… наконечников для пипеток! Настолько большой объем работы. Помню, как в Советском Союзе из-за дефицита мы эти наконечники мыли и сушили, но при сушке они теряют форму и, соответственно, точность». Я не могла не спросить Александра Викторовича о Российско-американской научной ассоциации (RASA), президентом которой он был до недавнего времени. Идея объединения русскоязычных ученых, работающих на Западе, возникла в 2008 году у нескольких ученых, работавших в Европе и США. Сейчас подобные объединения ученых есть и в странах Азии, но американская RASA самая большая и сильная. Кабанова избрали президентом RASA в 2017 году, когда, к сожалению, российско-американские отношения значительно осложнились. Зачем нужна такая ассоциация? Она нужна в первую очередь для самой русскоязычной научной диаспоры. Успешные люди, состоявшиеся в науке и вполне интегрированные в зарубежную жизнь, но имеющие российские корни, нуждаются в заполнении некой «культурной валентности». Ассоциация этому помогает. Замечательна по своей идее ежегодная конференция RASA, которая собирает русскоязычных ученых со всего мира, работающих в разных областях. «В свое время в СССР физики приглашали на свои семинары биологов, которых преследовали сподвижники Т.Д. Лысенко. А сейчас в Америке, да и в современной России, такие междисциплинарные встречи не приняты. Но мы решили попробовать, и получилось хорошо, — говорит Александр Викторович. — Это очень полезно — раз в год рассказать о своих исследованиях умным людям, специалистам в других областях». В этом году конференция прошла онлайн, было более 100 докладов, участвовали не только ученые с мировым именем, но и молодежь, а на трансляцию зарегистрировались около 700 человек. Используя преимущества онлайна, организаторы решили не прерываться и провести марафон — лекции продолжались в течение 30 часов (!), несмотря на разницу во времени. «Конференция началась в субботу 5 декабря в 12:00 на восточном побережье Соединенных Штатов и дальше покатилась, как волна, на запад. В какой-то момент мы пошли спать, и тут началась японско-азиатская сессия, роль ведущих перешла к работающим там русскоязычным ученым. Это был большой праздник интеллекта, “думающего по-русски”». На вопрос о перспективах науки в России Александр Викторович Кабанов отвечает, что, к сожалению, Россия
все больше оказывается в изоляции от остального мира, и это очень влияет не только на развитие науки, но и на менталитет: «Россия, конечно, изолирована самим масштабом своей территории, и начинает казаться, что за пределами этой территории ничего нет, а там — живой динамичный мир, весь земной шар, и надо вариться в этом большом мире», чтобы быть по-настоящему «на острие». Конечно, молодые сотрудники Лаборатории химического дизайна бионаноматериалов стремятся расширять свой научный опыт. Во время работы над мегагрантом они ездили в лабораторию в Северной Каролине, делали там какие-то части работы. Антон Лопухов, например, собрал там линию по производству полимеров, которую теперь планирует сделать на кафедре в МГУ. К сожалению, возможность ездить в американские лаборатории сейчас сильно уменьшилась из-за общей ситуации. Но есть научное сотрудничество и с европейскими коллегами в Бельгии, Франции; одна сотрудница, Мария Ефремова, выиграла стипендию Гумбольдта и сейчас работает в Германии. «Исключительно позитивно! — так ответил Александр Викторович на вопрос об отношении к российской программе мегагрантов, которой уже десять лет. — За эти десять лет состояние науки в России стало существенно менее архаичным. Мегагранты сильно способствовали преодолению оторванности российских ученых от мирового научного процесса. Они дали импульс целому ряду вещей. Первая группа мегагрантников была потрясающая — Павел Певзнер, Алексей Кондрашов, Станислав Смирнов, Борис Животовский, Юрий Кившарь, Владимир Захаров, Сергей Никитов, Василий Студитский, Клаус Петер Колтерман, будущий Нобелевский лауреат Жерар Муру… Всего 39 человек, и все исключительно яркие личности. Мы держались вместе, и с первых дней, с истории с закупками, у нас сложилось междисциплинарное научное братство. Мегагранты стали тем “ледоколом”, который пытался разбить лед, сковавший российскую науку, раскачать эту лодку. Российские ученые часто нас не воспринимали, Академия наук поначалу даже считала нас “антиакадемическим проектом”. Хотя, когда стали реформировать РАН, мы написали письмо-обращение с подписями почти сорока мегагрантников в поддержку Академии, и оно было небесполезно. Мы многое поменяли. Мы начали проводить конференции “Наука будущего”, которые стали площадкой для взаимодействия ученых с руководителями российской научной политики. Мегагрантники дважды встречались и с Владимиром Путиным, итогом первой встречи стала Президентская программа поддержки молодых ученых в РНФ». Десять лет назад о наномедицине в нашей стране практически ничего не знали, сейчас в мире больше тридцати зарегистрированных нанопрепаратов, но среди них нет ни одного российского. Однако они обязательно появятся, и можно не сомневаться, что в них будет вложен труд сотрудников лаборатории Александра Викторовича Кабанова на Химфаке МГУ, с которой мы познакомились. «Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
15
Фантастический год
Продолжаем печатать работы победителей конкурса научнофантастической журналистики «Полвека тому вперед», посвященные описанию событий 2070 года. Второе место — у интервью, подготовленного Наталией Самойловой.
Наталия Самойлова
Мы были обязаны попробовать Филиппа Пешалу (родился в 1990 году в Париже) называют человеком, остановившим глобальное потепление. Вместе с коллегами Пешала создал в тасманском поселке Каута-Рокс знаменитую Синюю станцию для засевания океана генномодифицированным фитопланктоном, а для того, чтобы распространить его на большую площадь, — приманили в район станции усатых китов. Наш корреспондент поздравил Филиппа с 80-летием и поговорил с ним о первых годах работы станции, невмешательстве в природу и о том, каково это: спасать мир вместе с бывшей женой. 16
«Раз никто не занимался этим, значит, займусь я» — Если вы не возражаете, давайте начнем с самого начала, с ваших первых шагов в науке. Вы ведь начинали не с морской биологии? Диссертацию писали об ускорении фотосинтеза у кукурузы? — Начинал я на самом деле с молекулярной биологии, изучал мембраны, даже поступил в аспирантуру, в парижскую Политехническую школу. Фотосинтезом заинтересовался в 25 лет, и это решение было вызвано эмоциями. Знаете, я тогда следил за новостями науки — не только биологией, за физикой тоже следил, за химией, и меня такая злоба разбирала (улыбается). Столько умнейших людей, прекрасных
ия Александра Кука
специалистов, а время тратят на какую-то, простите, ерунду: запускают ракеты с платформ, гаджеты какие-то изобретают, много болтают. Никто почти не занимался по-настоящему важными вещами. — Вы имеете в виду глобальное потепление? — Да, конечно. И я подумал, ну раз никто из ученых не хочет с ним бороться, значит, этим займусь я. Потом, может быть, в старости, вернусь к своим мембранным системам, если все будет хорошо, — так я тогда думал. Как видите, не вернулся. — Киты не отпустили? — Нет, не отпустили. — Но к китам вы пришли не сразу? — Да, не сразу. Я начал действительно с ускорения фотосинтеза, защитил диссертацию по мо-
дификации рубиско-фермента, который отвечает за связывание углекислого газа. Это было не столько про экологию, сколько про сельское хозяйство, но знания, которые я получил, мне потом очень пригодились.
«Мы были готовы к провалу» — Вы помните, как появился проект Синей станции? Как вы придумали приманивать китов? — Не могу вспомнить конкретный момент, да его и не было, пожалуй. Картинка складывалась постепенно. Началось все не с китов, конечно, — с планктона. Кормить фитопланктон железом — это ведь не я придумал, это стали делать еще в начале двад-
«Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
17
цатого века. Чем больше мы кормим фитопланктон, тем сильнее он размножается и поглощает больше углекислого газа, фотосинтезирует — казалось бы, очень просто. Потом выяснилось, так делать нельзя. Оказывается, есть предел усвоения железа, после него лишнее железо уже никак фотосинтезу не помогает, наоборот — начинаются цветение воды, ядовитые приливы, прочие страшные вещи. В десятых и двадцатых годах об этом много писали, окончательно решили, что засевать океан железом нельзя. Ну, молодцы, конечно, а что делать-то теперь? Как нам бороться с углекислым газом в атмосфере? Вот тогда я и решил, что нужно модифицировать фитопланктон, повысить скорость фотосинтеза и заодно и усвояемость железа поднять. Мы хотели вывести такого универсального солдата, который мог конкурировать с ядовитыми водорослями, но сам бы не был ядовит. Первая задача показалась мне вполне посильной, по поводу второй тоже были идеи. Можно сказать, что я начал искать там, где светлее, — как в анекдоте. Потом стало ясно, что надо подкармливать фитопланктон не только железом, — мы нашли соединения, которые повышают его усвояемость. Ну и, наконец, киты. Киты и планктон — это как сыр и вино, одно невозможно без другого. Люди, кстати, не сразу это поняли. Сначала считалось, что, наоборот, киты вредны для климата, надо убить всех китов, тогда станет больше планктона и мы спасемся. Но это не так, конечно. Киты для планктона очень полезны. Во-первых, они не так уж любят фитопланктон, предпочитают более сытный зоопланктон. Во-вторых, киты распространяют питательные вещества. В их, простите, фекалиях и моче много азота и железа — киты разносят эти элементы по океану. В-третьих, когда киты ныряют и всплывают, они перемешивают фитопланктон — нижние слои, которым не доставалось солнца, поднимаются наверх и фотосинтезируют. А главное, киты помогают регулировать численность фитопланктона: сам по себе он им не очень интересен, но там, где такого планктона избыток, киты его тоже неизбежно проглатывают. В общем, они помогают распределить планктон по всему океану равномерно — чтобы не было областей с цветением и не было районов совсем без планктона. Я много читал про это и понял, что киты нам нужны! Если мы хотим вытеснить старый планктон новым, без них точно не обойтись. Вот такая у меня была цепь умозаключений. Каждый шаг в ней был вполне логичен, но когда я приходил в лабораторию, скажем, к зоолингвисту и говорил: «У нас тут проект против глобального потепления. Мы хотим засеять океан ГМ-планктоном, удобрить железом и фульвокислотами. А потом приманить китов. Ты нужен нам, чтобы объяснить китам, где мы приготовили для них планктон» — это звучало диковато (смеется). Немудрено, что многие отказывались.
18
— А как вы выбрали место? — Место выбрал не я. Первые эксперименты с планктоном я делал в своем институте, в бельгийском Лёвене, где тогда работал. К концу двадцатых годов я понимал, что это должен быть междисциплинарный проект: нужны биологи, специалисты по поведению китов, лингвисты, физики. Экологи, конечно. И что нужно делать эксперименты в открытом море. И что денег почти нет, поэтому нужно искать энтузиастов. Выбор места мы в итоге доверили экологам. КаутаРокс оказался лучшим вариантом. — Вы были уверены в успехе? — О нет! Наоборот, мы были абсолютно готовы к провалу, но были обязаны попробовать. Я не знаю, что сейчас думают люди вашего возраста про двадцатые и тридцатые годы, однако это было странное время. Разумом тогда все уже понимали, что климатическая угроза реальна. Но вот эмоционально… Наверное, это можно назвать стадией отрицания. Многие люди отрицали. При этом я понимал, что на торг и гнев и — что там дальше? депрессия? — времени у нас уже не будет. — Какие сомнения у вас были? — Много разных. Сложнее всего было с китами. Мы ведь хотели приманить китов, в том числе самок с детенышами. Хотели сообщить им, что здесь у нас безопасно, здесь есть еда. Главная проблема была в том, что мы вообще не знали, готов ли кит, скажем так, от нас такое принять. Плюс у нас не было гарантии, что мы в принципе сумеем с китами общаться. По сути, мы просто пытались обработать голоса китов через нейросеть, работали довольно грубыми методами. Плюс разные виды китов. В общем, мы продвигались очень медленно. А вот отпугнуть косаток, кстати, оказалось очень легко. С первого раза все получилось. — А косаткам вы что сообщали? — Косаткам ничего не сообщали, наши сигналы просто вызывали у них тревогу. Но ни одна косатка не пострадала, они просто не охотились в нашем районе. — Вы отпугивали косаток, поскольку это естественные враги китов? — Скорее китят. Взрослому киту они почти ничего сделать не могут, а вот маленького китенка или подростка от матери отбивают. Поэтому мы их отпугивали. Впрочем, главный враг китов — это, конечно, не косатки. — Люди? — Разумеется. — От людей вам тоже приходилось защищаться? — К счастью, нет. Международная китобойная комиссия в то время уже достаточно строго следила за охотой на китов. К тому же получилось так, что мы приманили китов в новое место, а те немногие браконьеры, что еще оставались в морях, просто не успели так быстро сориентироваться.
«С китами у нас будут рабочие отношения» — В связи с вашей работой часто возникает вопрос о праве человека модифицировать экосистему. — Если вы говорите с этической точки зрения, то я не тот человек, с кем стоит это обсуждать. Я ведь биолог, не философ. Если же рассматривать это с точки зрения рисков, то риски, разумеется, были. Мы постарались их учесть, насколько это было возможно. — Как биолог вы не жалеете о том, что немодифицированный фитопланктон оказался полностью вытеснен? — Как биолог я всегда больше переживал за свой собственный вид (смеется). А первозданность природы? Зачем это? Как будто бы к нам прилетят инопланетяне, а мы должны будем им предъявить планету в первозданном виде. Опять-таки, что значит в первозданном? Мезофауну тоже? И динозавров? В общем, нет, невмешательство — это не моя тема. Кстати, недавно смотрел фильм BBC обо мне — там все совершенно неправильно. Они очень много снимали китов и всю эту историю закрутили вокруг них. Я там такой любитель природы, кормлю китов с руки, обмазываюсь планктоном, это было смешно. Красивый фильм, но вообще не про меня. Я человек, в целом, очень прагматичный. Сразу решил, что с китами у нас будут рабочие отношения: мы вам — пищу и безопасность, вы нам — перемешиваете океан, распространяете железо.
«Там, где светло» — Не могу не спросить про Нину Жилину. (Нина А. Жилина, 1995—2068, специалист по психолингвистике китообразных, сотрудница Синей станции в 2028—2041 годах, соавтор 24 публикаций Пешала.) Вы были женаты, потом развелись и все это время работали над проектом вместе? — Мы даже дважды были женаты. — Дважды? — Да, первый раз поженились фиктивно еще в двадцать восьмом — иначе Нине не давали визу. Проект тогда еще не был оформлен юридически, мы не могли ей сделать рабочее приглашение. В тот момент мы даже близкими друзьями не были, просто коллеги. Там забавно вышло на самом деле. Мы в первый раз развелись в тридцать первом году, в сентябре. Перед этим, весной, мы совершили, как мы его называли тогда, «каминг-аут» — показали часть нашей работы на Международном экологическом форуме. Неожиданно нас встретили очень хорошо, у нас появилось финансирование. Нина смогла устроиться официально, надобность в нашем фиктивном браке отпала. И вот мы на станции отмечали конец сезона и наш развод заодно — устроили большую
вечеринку. Там были какие-то дурацкие конкурсы. Наш коллега Джун Мелвин раздобыл где-то опросник спецслужб, по которому якобы они определяют — фиктивный брак у людей или нет. Приставал к нам весь вечер с этими вопросами, мы вдвоем бегали от него. Можно сказать, сплотились в тот момент против общего врага. После этого у нас все и началось. Второй раз мы поженились в тридцать четвертом, развелись в сороковом. — Я читал, что в момент развода вы не разговаривали друг с другом, но над проектом продолжали работать — это правда? — Правда. Я не знаю, может быть, ваши читатели думают, что ученые — люди очень рациональные и правильные, но, увы, это не так. С Ниной под конец брака у нас было очень много взаимных обид, мы буквально не могли разговаривать спокойно. При этом покинуть станцию Нина не могла, вся секция по работе с китами была на ней. У нас тогда был трудный момент — уровень углекислого газа внезапно резко упал. Нас обвиняли в том, что мы необратимо изменили состав атмосферы, что теперь люди умрут уже не от глобального потепления, а от отравления кислородом. Или там другие варианты были, не помню уже. В общем, обстановка на станции и так была тяжелая. Нина поняла все раньше меня. Собрала вещи, переехала в свой рабочий кабинет, написала мне, что отныне мы общаемся только через ее ассистента. — И сколько длилась молчанка? — Семь месяцев. Она заговорила со мной в тот день, когда в «Science» написали, что уровень CO2 вернулся к норме. Счастливейший день моей жизни. — Вы не помирились потом? — Нет, мы развелись через месяц. Но после развода сумели остаться друзьями. До самой ее смерти были очень близки, я хорошо знал ее второго мужа. Сам я, как вы знаете, больше не женился. — Работа всегда была для вас на первом месте? Для Нины тоже? — Про Нину я не могу сказать, простите, а про меня... (пауза.) Вы, наверно, ждете ответа «Да», но на самом деле я не уверен. Мне кажется, работа просто у меня лучше получалась. Я всю жизнь в какой-то степени искал там, где светло. Так уж вышло, что руководить китами оказалось для меня проще, чем жить в браке с живой женщиной.
«Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
19
Фото: flickr| Ken Schwartz
Технологии и природа
Кандидат физико-математических наук
С.М. Комаров
Живая антинефть В полку борцов с мировой нефтяной олигархией прибавление: к линии фронта подтягиваются водоросли. Нет, речь не идет об их переработке на топливо. Все гораздо хитрее: китайские и британские химики создали из хлореллы и кишечной палочки фактически искусственные существа — они вырабатывают водород из воды и солнечного света. Белки и жирные кислоты оказываются побочными продуктами такого производства. 20
Подход к биотопливу Отказ от использования ископаемого топлива климатологи считают необходимым условием спасения цивилизации в том виде, как мы ее знаем. Однако пока что попытки заменить ископаемое топливо на нечто сделанное здесь и сейчас, хоть машинами, хоть живыми организмами, оказываются не очень успешными. Первым технологичным подходом, если не принимать во внимание отопление дровами или кизяком, можно считать идею собрать солнечный свет листьями растений и сконцентрировать его в виде энергии
Вольвокс — это, с одной стороны, колония-сфероид, состоящая из слабосвязанных клеток, а с другой — единое живое существо. Биологи считают вольвокс существом, сидящим на пороге между мирами одноклеточных и многоклеточных. Не исключено, что человек при создании искусственных существ идет по пути, проверенному эволюцией
химических связей в молекулах горючей органики — растительного масла и сделанного из него биодизеля, или сахара и, соответственно, спирта. С точки зрения химии это не составляет труда. Проблемы начались на практике: способность растений к такой концентрации оказалась низкой, поэтому площади для изготовления углеводородной пищи машинам потребовались огромные. В результате сахароносы и масличные растения стали конкурировать за пространство как с культурными растениями, дающими пищу людям, так и с дикими. Последнее оказалось особенно печальным: польстившись на дотации развитых стран, страны слаборазвитые стали распахивать свои леса. И по иронии судьбы это оказались леса тропические, согласно распространенному мнению защитников климата — легкие планеты. На их место пришли плантации масличных пальм, что оказалось дважды плохо. Ведь масличная пальма не растет абы на какой почве, ей нужна почва, богатая перегноем. И вот этот перегной, десятилетиями копившийся под пологом леса, пошел в оборот. То есть на пищу машинам опять пошли ископаемые ресурсы с известным негативным эффектом для энергобаланса планеты. Ну и гибель тропического леса внесла свою лепту. В общем, идея с биодизелем и биоэтанолом ситуацию не сильно облегчила, несмотря на большие затраты денег. Казалось бы, может помочь генетическая модификация растений, но, видимо, у нее есть ограничения, поэтому создания искусственных растений с десятикратным ростом производства масла или спирта с тех же площадей никто не ожидает.
Закачаем энергию в топливо! Вторая попытка предполагает отказаться от услуг растений: собирать энергию солнечными панелями или ветряками, тратить ее на получение водорода электролизом воды, углекислый газ концентрировать специальными установками и превращать оба вещества в топливо с помощью химического реактора. Теоретически можно обойтись и одним водородом, правда, нужно решить немало проблем, не решаемых десятилетиями. Таким, электролизным, системам не нужны плодородные почвы, их можно размещать на неудобьях, где и так ничего не растет, а энергия имеется, то есть в пустынях или в Арктике/Антарктике. Однако тут опять
получается зависимость от машин, а это разрушает саму основу идеи жить в согласии с природой. Кроме того, у возобновляемой энергетики есть свой неизбывный дефект: ограниченность сырья для производства ее компонентов. Конечно, когда Солнце дает всего несколько процентов вклада в энергобаланс цивилизации, это ограничение незаметно. Но если речь идет о столь значительном деле, как полный отказ от ископаемого топлива, то возникают сомнения: а есть ли на планете сырье в необходимом количестве? Попутно возникает и проблема отходов: солнечные батареи и ветряки через не очень продолжительное время надо как-то утилизировать. Неочевидно, что проблема их сбора и утилизации, особенно когда энергостанции стоят в труднодоступных местах (скажем, на Северном полюсе, где китайцы планируют разместить мощные ветряки), имеет хорошее решение. Как же приспособить к этому процессу живых существ, которые вполне себе вписаны в природу, не требуют дефицитных металлов и утилизируются природными экосистемами? Оказывается, ситуация не безнадежна. Основные затраты энергии при изготовлении пищи для машин приходятся на разложение воды и получение водорода — именно в реакции с ним из углекислого газа получаются горючие углеводороды. И очень привлекательно использовать солнечную энергию напрямую, а не через преобразование ее в электричество, которое потом пойдет на электролиз воды: так потери драгоценной энергии могут стать меньше. И вот тут для живой материи появляется новое окно возможностей.
Гипоксичный водород Еще в 1942 году перуанской немец Ганс Гаффрон, работая с Джеком Рубиным на кафедре химии Чикагского университета, обнаружил интересное явление. Оказывается, некоторые одноклеточные водоросли, лишенные доступа к кислороду, примерно за один час перестраивают свой метаболизм и начинают вырабатывать водород. Считается, что он нужен клетке для восстановления углекислого газа. Интересно, что выделение водорода не прекращается и при отключении света — Гаффрон предположил, что в нем участвует какая-то ферментативная система, дополняющая фотосинтетическую. В 1942 году, видимо, до такого экзотического способа получения водорода никому не было дела, скажем, тогда же и в том же университете Энрико Ферми собирал первый атомный реактор. Поэтому Гаффрону за интереснейшее открытие нового пути метаболизма у водорослей Нобелевскую премию не дали, да и особого внимания коллеги не обратили. Однако после того, как была объявлена общепланетарная климатическая тревога, о нем вспомнили. В 2000 году в журнале «Trends in Biotechnology» вышла обзорная статья Марии Жирарди из Национальной лаборатории возобновляемой энергии США с коллегами из Калифорнийского университета и «Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
21
Nature Communications, 2020, 11: 5985
Водоросли
Бактерии Для изготовления живого сфероида, способного вырабатывать водород, нужно создать эмульсию из капелек гидрогеля, в которых соберутся клетки водоросли (а). Если вытянуть из капелек воду, получатся плотные сфероиды (б). Внутри них клетки будут лишены доступа к кислороду, они перестроят свой метаболизм и перейдут на разложение воды (в). Если ту же процедуру провести со смесью клеток водоросли и бактерий, то получатся водорослевые сфероиды с бактериальной кожей (нижний ряд). Они станут делать водород интенсивнее, чем лишенные кожи
Ок-Риджа, в которой они предложили использовать водоросли для изготовления водорода. И не просто предложили, а провели первые опыты, чтобы оценить перспективность своего предложения. В ходе работы они сделали биореактор в небольшой колбе объемом 850 мл. В нее налили культуру одноклеточных водорослей, хламидомонад, поставили под лампу, и за 100 часов работы реактор выдал почти 100 мл водорода. Такая производительность была столь значима, что опыты продолжили в разных лабораториях.
Водород из аскорбинки Вскоре возникло мнение, что живые водоросли не самый удобный объект для такого рода деятельности, и последователи Жирарди начали придумывать полуживые машины для прямого производства водорода из
22
воды с помощью света. Чтобы этого добиться, биотехнологи стали извлекать из водорослей элементы фотосинтетической машины, соединяли их с металлическим катализатором разложения воды и смотрели, что произойдет. Например, Барри Брюс с Ифейной Ивучукву и другими коллегами из Теннессийского университета, а также Ок-Риджа (Nature Nanotechnology, январь 2009 года) использовали фотосинтетический центр цианобактерии, который прикрепили к наночастице платины. Свет падал на это устройство, выбивал электрон из фотоцентра, и тот через платину восстанавливал водород из воды. Для работы этой системы, впрочем, требовалось каждый раз восстанавливать фотоцентр: пришлось добавить белок-цитохром, а также расходный материал — аскорбат натрия, у которого отбирали потраченный электрон. Фактически система превращала аскорбат в водород, что не свидетельствует о ее устойчивости:
кто-то этот аскорбат должен делать. Зато, когда аскорбат периодически добавляли в колбу, все работало устойчиво и долго: опыт длился три месяца, и водород шел как днем, так и ночью, хотя ночью похуже. А что с производительностью? Брюс с коллегами придумали такую единицу — микромоли водорода на один миллиграмм хлорофилла в час; в их работе выходило 5,5 мкМ. Много это или мало? Брюс пишет примерно так. Представим, что мы сделали коллектор глубиной 10 см и площадью в один акр (0,4 га), в который залили раствор с этими наночастицами и нагрели все до 55 оС. За год он выдаст какое-то количество водорода. Теперь представим, что мы засеяли гектар некой энергетической культурой, собрали урожай и сделали из зерна топливо, которое по энергетической емкости пересчитаем на бензин. Его объем теперь разделим на число дней, которые земля была в эксплуатации. Так вот, произведенный упомянутым коллектором водород по энергетической ценности окажется таким, будто мы каждый день с гектара получали 300 литров бензина! Это в десятки раз больше, чем реальный выход жидкого топлива с различных плантаций. Так, кукуруза дает 5,43 литра спирта с гектара в день, соя — 1,43 литра биодизеля, а рекордсмен среди энергетических трав — просо прутьевидное — 12,1 литра спирта.
Живые сфероиды Несмотря на блестящий расчет Брюса и тот факт, что некоторым удается при схожем подходе добиваться десятикратно больших выходов водорода, технология полуживых водородвыделяющих машин пока не нашла применения. Видимо, сказывается отсутствие водородной энергетики как таковой. Однако когда запрос на массовое производство топлива из неископаемых источников сформируется, такая технология может пригодиться. При условии, что полуживым машинам к тому времени не составят конкуренции искусственные существа. А первое из них уже появилось. Вот как его сделали Хуан Синь из Харбинского технологического института и Стефан Манн из Бристольского университета со своими коллегами (Nature Communications, 2020, 11: 5985). Ход их мысли, воплотившейся в изящный эксперимент, был примерно таким. Как создать водоросли гипоксию для выполнения условия Гаффрона? Нужно сформировать из ее клеток плотный сфероид. Тогда к клеткам, оказавшимся внутри, кислород станет поступать гораздо хуже, чем к внешним, и они перейдут на выработку водорода. Однако нельзя делать сфероид слишком большим, ведь свет должен проникать на всю глубину, иначе никакого фотосинтеза не будет. Значит, придется играть с размерами в поисках оптимума, поэтому сначала нужно научиться делать гидрогелевые сфероиды как таковые, а потом заселить их водорослями. Сырьем для изготовления гидрогеля послужила смесь растворов полисахарида декстрана с
денатурированным белком альбумином. Его аккуратно выливали в раствор полиэтиленгликоля, и получалась эмульсия. Заселить хлореллой капельки декстрано-альбуминового геля, плавающие в полиэтленгликоле, оказалось совсем не трудно — достаточно было размешать ее культуру в декстране, и клетки водоросли охотно распределились по капелькам эмульсии непосредственно в момент ее приготовления. А вот чтобы создать им гипоксию, пришлось применить изворотливость: капельки перенесли в более концентрированный раствор полиэтиленгликоля, он вытянул воду из гидрогеля, тот сжался вместе со своим содержимым, и получились плотные хлорелльные сфероиды. Эта система при естественным освещением заработала: через 12 часов концентрация кислорода упала, началось производство водорода, и через 48 часов его концентрация в колбе застабилизировалась на уровне 0,5 мкМ. Интересно, что ни в свободной культуре хлореллы, ни в хлорелльных сфероидах до их сжатия никакого водорода не наблюдали. Успех был достигнут — принцип сработал.
Кожа да кости Как известно, нет предела совершенству. Почему производство столь маломощно? Очевидно, часть водорода, выделенного внутренними слоями сфероида, соединяется с кислородом внешних слоев и дает воду. Нужно организовать какой-то сток для кислорода. Почему бы не использовать бактерии? Они фотосинтезу не обучены, а кислород для дыхания им нужен. Выбор пал на кишечную палочку. Правда, ее пришлось модифицировать — обработать сложным эфиром, фрагментом молекулы которого служил полиэтиленгликоль. Эти бактерии смешали с водорослями и опять сделали сфероиды. Кишечная палочка, обретшая сродство к полиэтиленгликолю, расположилась на границе между ним и декстраном; таким образом у сфероида появилась живая кожа. Она перекрыла доступ кислорода снаружи, усиливая гипоксию водорослей, и в то же время поглощала тот кислород, что могли выделять поверхностные слои сфероида. Заодно бактерии и водоросли стали обмениваться продуктами своей жизнедеятельности, кормя друг друга; примерно так ведут себя гриб и водоросль, сформировавшие лишайник. Покрытие водорослевого сфероида бактериальной кожей подняло производительность водорода почти до 2 мкМ. В работе с живой материей есть свои нюансы. В частности, всегда надо иметь в виду, что она никогда не бывает стационарной, а меняется каждое мгновение. Так вышло и с живыми сфероидами: водоросли исправно фотосинтезировали нужные им вещества, и в конце концов их клетки делились. В результате плотность населения росла, ему в рамках сфероида становилось все теснее и теснее, силы гидрогеля, поддерживающие стабильность, иссякали: сфероид разрушался. Это случалось на 72-м часу его жизнеде«Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
23
ятельности, после чего выработка водорода падала, ведь клетки водорослей получили доступ к кислороду. Однако этот процесс удалось замедлить. В альбуминовый гидрогель добавили декстран, к которому были пришиты альгинатные хвостики. Они послужили застежками, соединившими молекулы белка в трехмерную сетку. Так у сфероида возник пусть мягкий, но все же скелет, который обеспечил длительное сохранение его целостности. Теперь разрушение происходило уже через 168 часов, и производство водорода поднялось выше 4 мкМ. Если пересчитать это на единицы, придуманные Брюсом, то выйдет 0,2 мкМ на миллиграмм хлорофилла в час, то есть в 25 раз меньше, чем в его опытах с фотоцентром, прикрепленным к платиновой наночастице и подкармливаемым аскорбатом. Однако даже это значение уже выше, чем выход энергии от энергетических растений. А ведь сделан только первый шаг. В арсенале сфероидотворцев имеется много возможностей для совершенствования: это и выбор мутантных водорослей с лучшими антеннами для фиксации света, и манипулирование с химическим составом среды для их содержания, и генетическая
модификация для получения более эффективных ферментов, производящих водород, и много чего еще. Наверняка можно поработать и с внутренней структурой сфероида, и с количеством видов живых существ, участвующих в его формировании, еще добавить специализированные клетки. Интересно, что, поскольку хлорелла может служить полноценным питанием млекопитающих, бонусом к получению водорода оказываются белки и жирные кислоты, если их, конечно, удастся извлечь после распада сфероидов. Самое же интересное, что в ходе работы фактически человек по своим лекалам создал первое искусственное многоклеточное существо. Пусть оно недолговечно и не умеет производить себе подобных. Но у него есть кожа, скелет и рабочее тело, выполняющее порученную человеком работу. Можно быть уверенными, что это не последнее такое существо — авторы работы уже сделали по технологии живых сфероидов аналогичное существо из дрожжей: в анаэробных условиях оно гораздо лучше перерабатывает сахар в спирт. Что же касается нефтяников, то завтра подобные искусственные существа им, несомненно, не угрожают. А вот за послезавтра никто поручиться не может.
Размышления
Конфликт цивилизаций и искусственные существа
Б
орьба с изменением климата постепенно становится атакой на саму технологическую цивилизацию машин со стороны двух других — биологической и ментальной. Как следует из произведений фантастов, весьма глубоко за XX век изучивших будущее, в биологической цивилизации наличие машин сведено к минимуму, механизмы если и есть, то наполовину живые, ископаемые ресурсы не используют, а общество гармонично вписано в окружающую среду, впрочем, должным образом преобразованную. В ментальной цивилизации для гармонизации окружающего пространства вместо эксплуатации машин или других живых существ используют сверхспособности самого человека. Наличие последних современная наука отрицает, поэтому здесь и сейчас упор сделан на сверхспособности искусственного интеллекта и более или менее частичную замену настоящей реаль-
24
ности людей на виртуальную реальность их цифровых образов. Виртуализация реальности — это предмет отдельного содержательного разговора, поэтому обратимся к фронту противостояния биологической и технологической цивилизаций. Однажды, в начале Нового времени, биологическая цивилизация, связанная с сельским хозяйством, уже потерпела фиаско, проиграла промышленному капитализму и стала со своими коровами, овцами, гусями и пчелами жалкой падчерицей в мире машин. Шансов изменить ситуацию у нее не видно: в большинстве развитых стран сельское хозяйство экономически несостоятельно и держится благодаря сложной системе дотаций. Поэтому при новом раунде противостояния вернуть себе место под солнцем биологическая цивилизация может лишь с помощью искусственных существ.
Почему так, зачем они нужны? Казалось бы, на планете имеется огромное число вполне природных видов. Однако на практике они не могут тягаться с машинами ни в скорости движения, ни в производительности: если инженер захочет, он всегда создаст машину, делающую то же самое, что и живое существо, но гораздо лучше. Для победы биологической цивилизации искусственные существа, идущие на смену машинам, должны многократно превосходить по эффективности имеющихся существ, сделав их забавным атавизмом, историческим наследием древней цивилизации животных, которая не смогла совладать с цивилизацией машин. Как это может быть? За примером далеко ходить не надо, в этот пример можно в буквальном смысле впиться зубами: речь идет об искусственном мясе. Фактически уже сейчас для получения бифштекса не нужны коровы, хлева, пастбища, заводы по производству кормов, бойни. Достаточно биореактора, набора культуральных сред и сфероидов из клеток мышц, выращенных в специализированной лаборатории (см. «Химию и жизнь», 2020, 2). Такие сфероиды — не в полном смысле слова живые существа, но назвать их косной материей никак нельзя. Эффективность производства такого мяса многократно превосходит традиционное сельскохозяйственное производство по всем параметрам: от использования земли и воды до затрат энергии и рабочей силы. При этом, однако, никакой машине, никакой химической технологии не угнаться за таким элементом биологической цивилизации. У машины есть неизбывный недостаток: ее огромная мощность требует гораздо большей концентрации энергии в потребляемой ею пище, нежели питание живого существа. И сейчас самым массовым таким концентрированным питанием для машин служат ископаемые углеводороды. А это плохо, ведь в них накоплена та энергия, что давным-давно попала на планету от светила; ее высвобождение ведет к нарушению глобального энергобаланса. Поэтому производство искусственного мяса или замена синтеза химического продукта биосинтезом — это не главное направление, где биологическая цивилизация может дать бой цивилизации машин. Напротив, свое главное слово она может сказать при поиске решения главной задачи современного человечества — стабилизации климата. Если гипотетические искусственные существа сумеют концентрировать энергию не хуже, чем она сконцентрирована в ископаемом топливе, причем делать с более эффективным использованием площади Земли, чем установки альтернативой энергетики, человечество в самом деле сможет обойтись без машин. Тогда с помощью живых существ удастся без отказа от того, что называется благами цивилизации, замкнуть планетарный углеродный цикл и на долгие десятилетия, а то и навсегда, забыть о климатической катастрофе.
Реклама
ни
н я н и
н я
Легко ли плыть в сиропе? Откуда берутся странные научные открытия Генрих ЭРЛИХ, Сергей КОМАРОВ Альпина нон-фикшн, 2021
ИЗ КНИГИ ВЫ УЗНАЕТЕ: — ЗАЧЕМ годами смотреть на каплю битума, считать сперматозоиды в кока-коле, коллективно думать о мире или выбирать начальника жребием?
— ПОЧЕМУ настоящий ученый не побоится влезть в шкуру козла, заселить клещей в свое ухо, полвека хрустеть пальцами одной руки или жалить себя пчелами в самые разные места? — КАК работают приманиватель молодежи, отпугиватель голубей, переводчик со звериного, поцелуи, мнимые числа и, вообще, легко ли плыть в сиропе… Покупайте в нашем электронном киоске www.hij.ru Цена 620 руб. с учетом доставки по РФ.
С.М. Комаров «Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
25
Источник Ульяна Бакуменко/ТАСС
А почему бы нет?
Владимир Кальменс
Серный прилив В самом конце сентября 2020 года на Камчатке, в районе популярного у местных жителей Халактырского пляжа, что на берегу Авачинского залива, случилось бедствие. Сначала любители серфинга стали жаловаться на раздражение глаз, вплоть до ожога роговицы. Потом ныряльщики заметили массовую гибель обитателей дна океана. Ну а в начале октября катастрофу увидели все — пляж оказался засыпан водорослями, мертвыми морскими звездами, крабами, моллюсками, а также клочками плотной пены желтоватого цвета. 26
Э
ксперты сразу отметили странности случившегося. Например, Сергей Коростелев, доктор биологических наук, координатор программы по устойчивому морскому рыболовству WWF России, так прокомментировал снимки с места происшествия: «На фото присутствуют красные водоросли. Они обитают на большой глубине (от 15 метров), и шторма им не страшны. Оказаться на берегу они могут только в крайне редком случае и уж точно не в таких количествах. Лично мне никогда не доводилось видеть их на берегу. Это же можно сказать и о брюхоногих моллюсках, раковины которых обычно на берег выносит уже пустыми. Здесь же мы видим раковину с погибшим моллюском внутри». У защитников природы сразу возникли две версии. Первая: какое-то судно, гражданское или военное, слило нефтепродукты, благо судоходство вдоль берега Камчатки активное, да еще примерно в это время там проходили флотские учения. Вторая: утечка ядовитых веществ с расположенных неподалеку полигонов химотходов, прежде всего Козельского полигона сельскохозяйственных ядохимикатов. Он находится у подножия вулкана Козельский в девяти километрах от океана, а в километре от него протекает река с говорящим на-
Катастрофа в октябре 2020 года случилась на побережье Авачинского залива
Погибли обитатели глубин
званием Мутнушка. Она впадает в реку Налычева, вода в которой в период бедствия показалась наблюдателям излишне мутной. Хотя устье реки находится в тридцати километрах на север от пляжа, язык мутности, как видно на космических снимках, протянулся на значительное расстояние к нему. Впрочем, такие языки на космоснимках видны и в предыдущие годы. Увы, обе эти версии не подтвердились. Химанализ проб воды из океана показал повышенное содержание в ней нефтепродуктов и фенола, но их оказалось недостаточно, чтобы вызвать массовую гибель обитателей океанического дна. Так, содержание фенола в девять раз превышало норму, однако и стократное превышение не губит животных. Впрочем, судно, предположительно вылившее фенол и нефтепродукты, так и не нашли. Обследование Козельского и расположенного неподалеку Радыгинского военного полигонов показало, что никаких следов разрушений или эрозии почвы на их территориях не наблюдается. В реках Мутнушке, а также ручьях Козельский и Ржавый, куда должны были попасть ядовитые вещества с полигонов на пути к океану, нет и следов загрязнений, а молодь лосося чувствует себя прекрасно. Как выяснилось, река Налычева помутнела из-за обильных дождей, и в ней также
есть молодь лосося. Содержание железа в воде рядом с Халактырским пляжем оказалось высоким — в семь с лишним раз больше нормы, высоким было и содержание фосфатов. Однако и это не могло привести к фатальным последствиям. Тогда защитники природы выдвинули версию о попадании в океан особо ядовитого вещества, действующего в столь малой концентрации, что определить его невозможно ни в воде, ни в тканях погибших животных. Вот как говорит Алексей Книжников, директор программы WWF России по экологической ответственности бизнеса: «Такой ущерб вряд ли может быть результатом шторма или загрязнения акватории нефтепродуктами. Это с большой вероятностью высокотоксическое загрязнение. Об этом свидетельствуют и последствия, которые ощутили на себе серфингисты. Судя по тому, что на берег в больших количествах выносит донные виды животных и растений, можно сделать предварительный вывод: загрязнен не поверхностный слой воды, как это было бы в случае с разливом нефтепродуктов, а и и и
и
www.hij.ru
27
вся ее толща. Говорить о том, каковы будут последствия, равно как и судить о масштабах загрязнения, можно будет только после получения результатов экспертизы образцов воды и погибших морских животных». А специалисты кафедры гидрологии суши Геофака МГУ имени М.В. Ломоносова, которые провели расследование на месте, предположили, что все дело в красном приливе. Так называют массовое размножение одноклеточных микроорганизмов: при этом вода обедняется кислородом, вызывая замор, а сами они могут выделять токсины, в том числе обладающие нервно-паралитическим действием на высших животных и людей. Из-за этих микроорганизмов, по версии гидрологов, и могли погибнуть те морские обитатели, которые неспособны быстро сменить место жительства. А птицы, рыбы и млекопитающие практически не пострадали, вовремя убравшись из опасной зоны. В районе Камчатки красные приливы давно известны; раньше они случались осенью, но с начала 80-х годов области скопления микроорганизмов существуют там круглогодично, что связывают с загрязнением океана: то, что мы считаем загрязнителями, микроорганизмы используют как пищу. Порой они начинают активно размножаться, окрашивая в красный цвет огромные водные просторы. За прошедшее десятилетие красные приливы в Авачинской бухте, где
28
стоит Петропавловск-Камчатский, случались дважды — в 2011 и 2017 годах. У этой версии есть свои слабые стороны. Вопервых, красные приливы в районе Петропавловска-Камчатского вызывают, как правило, инфузории Mesodinium rubrum. Это очень интересные животные, способные к фотосинтезу. Как им такое удается? Одно время существовало мнение, что за счет симбиоза с водорослями, но сейчас выяснен другой механизм. Инфузория питается водорослями, но переваривает их не полностью и оставляет органеллы, способные к фотосинтезу. Поскольку эти органеллы нуждаются в ферментах, выработкой которых заведует ядро клетки съеденной водоросли, инфузория и его не сразу переваривает, а дает некоторое время поработать. На этом приключения обломков водоросли не прекращаются: инфузорию может съесть другой представитель планктона, динофлагеллят. И по аналогичному механизму обретет способность к фотосинтезу. Динофлагелляты также могут вызывать красные приливы. Однако по воздействию на живых существ они с инфузориями сильно различаются. Инфузории, чрезмерно размножившись, приведут разве что к замору за счет повышенного потребления кислорода. И действительно, во время приливов 2011 и 2017 годов никаких катастроф на берегу Авачинской бухты никто не
Никакой шторм, никакой красный прилив не мог погубить этих мидий
Анализ пены, затянувшей побережье в месте катастрофы, не выявил никаких существенных особенностей
наблюдал. А вот динофлагелляты бывают ядовитыми: именно они вырабатывают нервно-паралитический токсин. Поэтому если динофлагелляты участвуют в красном приливе, даже вызванном инфузориями, то приводят к массовой гибели прежде всего питающихся планктоном рыб, которые в этом случае могут завалить своими мертвыми телами все побережье. Однако дохлых рыб на побережье Авачинского залива в октябре 2020 года не было, были моллюски, в том числе мидии. Но мидиям яд динофлагеллятов, похоже, нипочем: известно, что во время красных приливов этих моллюсков есть нельзя, поскольку яд в них накапливается и может вызвать смерть человека. Погибни мидии от яда — эта проблема не возникла бы: дохлых моллюсков люди не едят. Октябрьские анализы выброшенных на пляж мидий показали, что в них действительно есть опасный токсин. Однако в сентябре-октябре 2020 года никто из туристов, посещавших Авачинский залив, не отравился. Кстати, неясно, с чего мидии, прочно прикрепленные ко дну, без участия шторма могли оказаться на берегу в заметном количестве. Еще один факт против красного прилива состоит в том, что серфингисты Флориды, попадавшие в него, жаловались на тошноту и головную боль, а не на ожог глаз, что логично, учитывая нервно-паралитическое действие токсинов динофлагеллятов. Может быть, красный прилив не причина гибели морских обитателей,
а следствие того явления, что вызвало эту гибель? Рыбы же и прочие шустрые животные, почувствовав неладное, мигрировали из опасного района еще до массового размножения ядовитых динофлагеллятов. А отчего вода у побережья Авачинского залива вообще могла зацвести и где это началось? На космических снимках видно, что темное, загрязненное пятно воды распространяется вдоль побережья примерно от Шипунского полуострова на юг (этот полуостров находится в 30 км севернее устья реки Налычева и в 60 км от Халактырского пляжа). Такое движение не случайно — вдоль побережья Авачинского залива проходит Восточно-Камчатское течение, направленное как раз с севера на юг. Так что красный прилив должен был начаться где-то севернее устья реки Налычева и затем перемещаться к Халактырскому пляжу, вызывая по пути гибель животных и образование пены. И место его зарождения можно найти! Для этого пригодится карта температуры воды вдоль берега Авачинского залива в сентябре 2020 года, которую составил Владимир Коломойцев из Петропавловска-Камчатского. На ней хорошо видна аномалия с повышенной на 1,5—2оС температурой. А самая горячая зона аномалии простирается на север от устья реки Налычева до Шипунского полуострова. Природу этой аномалии специалисты не обсуждают, поэтому вполне уместно выдвинуть гипотезу, которая позволит состыковать все детали случившегося на Камчатке происшествия. В сентябре 2012 года в «Химии и жизни» я опубликовал гипотезу, которая позволила связать разлив нефти 2010 года в Мексиканском заливе с чрезвычайно холодной зимой в Европе через два года. Напомним, тогда, в феврале 2012 года, покрылись льдом не только Дунай, но и северная часть Черного и Азовского морей. Согласно предположению, причиной этой аномалии стала пленка, которая накрыла Гольфстрим. Она затруднила испарение воды и обеспечила формирование в Северной Атлантике необычайно устойчивого антициклона, который перекрыл западно-восточную циркуляцию воздуха. А возникла эта пленка, видимо, из-за того, что сообщество донных микроорганизмов получило мощный источник питания в виде тяжелой нефти. Они стали массово размножаться и гибнуть, а выделившиеся при распаде клеток липиды всплыли и сформировали пленку жира на огромной площади. Можно также предположить, что для удобства переработки донной нефти микробы выделяют поверхностно-активные вещества; они облегчают формирование пленки. Не исключено, что и к происшествию на Камчатке причастно аналогичное сообщество микроорганизмов, только механизм иной. Видимо, неподалеку от берега Авачинского залива между устьем реки Налычева и Шипунским полуостровом произошло извержение подводного гейзера, которое нагрело воду. В результате придонная морская вода обогатилась питательными веществами, железом и прочими минералами из подземных вод; их потом и найдут в пробах воды. Эти минералы активизировали деятельность обитающих у дна микроорганизмов, которые и и и
и
www.hij.ru
29
1640E
1620E
1600E
1580E 2
0,5 0,5
510N 0,5
1
520N
1
0,5 0,5
530N 0,5
0
1
540N -1 550N
0 1
560N
разлагают органику. Не исключено, что в водах гейзера присутствовала и нефть — именно она стала источником загадочного фенольного и нефтяного загрязнения вод залива. Откуда там возьмется нефть? Ответ прост: согласно гипотезе доктора химических наук Ю.М. Королёва, ведущего научного сотрудника Института нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН (см. «Химию и жизнь», 2005, 6), нефть образуется не миллионолетиями, а практически мгновенно. Для этого нужно нагреть залежь органики до температуры 400оС. На усыпанной вулканами Камчатке с таким нагревом не должно быть проблем, ведь всего-то нужно, чтобы магма поднялась и близко подошла к месту залегания богатых органикой осадочных пород, которые как раз и должны лежать на дне океана. Поднявшаяся магма вполне могла вызвать извержение упомянутого гейзера. Приняв это объяснение, все детали происшествия становятся понятными. Подводное извержение, как и многократно усиленная им деятельность донных микроорганизмов по утилизации органики, несомненно, привело к эрозии дна. Из-за этого водоросли, мидии и прочие оседлые обитатели лишились в прямом смысле почвы под ногами и, следуя течению, оказались на пляже. Сформировавшаяся на поверхности воды пленка из бактериальных липидов воспрепятствовала остужению воды, а поверхностно-активные вещества в ней обеспечили появление стойкой пены. Теплая вода и размножившиеся переработчики нефти обеспечили развитие хищников — инфузорий и динофлагеллятов, которые вызвали красный прилив.
30
-2
Карта распределения температур в интересующем районе. Обращает внимание тепловая аномалия у основания Шипунского полуострова. Подготовлено Владимиром Коломойцевым
Вместе с подземными водами из толщи осадочных пород, несомненно, вырвались и содержащиеся там газы: сероводород и серный ангидрид. Первый, распространяясь по дну, вызвал замор: кислород связывается сероводородом, именно это явление убивает биоту дна Черного моря. Мощные выбросы сероводорода и сернистого газа бывают, в частности, на недалеком от места замора озере Банное. Обнаруженные в пробах воды фосфаты — неизбежный след замора, минерализации мертвечины. А пузырьки серного ангидрида, путешествуя с течением и выходя на поверхность, могли породить аэрозоль серной кислоты, от него-то и пострадали глаза серфингистов. Тем более что член сборной РФ по серфингу Майя Рудик, признанная решением суда главной потерпевшей, тренировалась на том самом Халактырском пляже. Естественно, что во время тренировок она много времени проводила в море, могла заплывать далеко и вероятность попасть под выброс аэрозоля у нее была велика. Оба этих газа, очевидно, ко времени забора проб воды исчезли без следа, породив гипотезу о загадочном яде. Возможно, у воды повысилась кислотность, но неизвестно, была проведена проверка или нет. Скорее всего, это было единичное событие, и повторения такой катастрофы в ближайшее время ждать не следует. Однако изучить влияние вулканической активности на воду Авачинского залива с учетом этой гипотезы было бы интересно. Равно как и проверить наличие ископаемых углеводородов на дне залива в районе реки Налычева и Шипунского полуострова.
Фото: Сергей Комаров
Ставшая обыденной аббревиатура ИИ, то есть «искусственный интеллект» — это дословный перевод понятной всему англоговорящему миру AI (artificial intelligence). На русском она описывает нечто рукотворное, что обладает способностью мыслить, подобно человеку или животным. В английском это понятие не имеет отчетливого биологического оттенка, а объединяет широкий круг искусственных, в том числе виртуальных, устройств, способных к принятию целесообразных решений и совершению рациональных действий. О них и пойдет речь ниже.
Коронный рентген интеллекта
Ч
исло погибших от коронавируса на планете исчисляется миллионами. И оно будет расти, несмотря на то что передовая медицина сильно продвинулась в лечении ковида. Один из путей сдерживания эпидемии ― это быстрое и массовое выявление заболевших, желательно дешевыми методами. Общепринятые методы: полимеразную цепную реакцию и компьютерную томографию, которые де-факто стали диагностическими стандартами, нельзя отнести к экспресс-тестам. Их доступность для
большинства населения мира под вопросом, они дороги, требуют времени. Поэтому врачи одного из чикагских госпиталей в сотрудничестве с учеными Северо-Западного университета Иллинойса разработали пакет программ ИИ под названием DeepCOVID-XR. По обычному рентгеновскому снимку грудной клетки он выявляет изменения в легких, вызванные коронавирусом. Это первый алгоритм ковид-диагностики по снимкам, отвечающий всем требованиям медицинской статистики к надежности результатов. Сначала ИИ обучили на массиве данных пятнадцати тысяч пациентов, из которых примерно треть больны. Затем алгоритм и группа «Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
31
опытных врачей независимо оценивали снимки трехсот пациентов, у половины из которых ранее диагностировали вирус. В этих тестах ИИ выявил 82% заболевших, что на 5% эффективнее консилиума из пяти опытных радиологов-пульмонологов и на 11% эффективнее одного такого врача. По утверждению руководителя проекта профессора Аггелоса Катсаггелоса, на анализ одного снимка у ИИ уходило всего несколько секунд, что на порядок превысило скорость работы врачей. Это существенное достижение, особенно если учесть, что большинство терапевтов и рентгенологов, обычно анализирующих снимки пациентов, не обладают опытом пульмонологов, а вирусные патологии легких для неопытного глаза похожи на обычную пневмонию или другие заболевания. Авторы работы отмечают, что их алгоритм можно использовать для быстрого и массового скрининга пациентов или персонала больниц. Очевидно, в странах с неразвитой медициной такой ИИ способен качественно изменить диагностическую ситуацию, ведь его можно использовать везде, где есть рентген. При недостатке оборудования стандартный рентген легких и анализ снимков можно быстро организовать с помощью передвижных и переносных установок, как, например, мобильную флюорографию. Алгоритм послужит и для дистанционной диагностики коронавируса по снимкам, переданным через Интернет. Пакет программ ИИ открыт и выложен авторами в сеть для всеобщего пользования (Radiology, 24 ноября 2020 года).
Альцгеймер в глазах
Б
олезнь Альцгеймера, которой особо страдает стареющее население развитых стран, вызывает необратимые изменения мозга. Диагностика болезни дорога, трудоемка и не всегда надежна. Часто она еще и
32
опасна, поскольку в дополнение к изучению клинических симптомов использует инвазивные методы, к примеру пункцию спинномозговой жидкости или введение маркирующих веществ в кровь. Поэтому междисциплинарная команда неврологов и биоинформатиков из Медицинского центра Университета Дюка в Северной Каролине задалась целью выявлять опасное заболевание бесконтактными методами. Их ИИ способен диагностировать болезнь по изменениям сетчатки глаза и ее сосудов. Чтобы обучить ИИ, ученые под руководством доктора медицины Шэрон Фекрат использовали стандартные оптические измерения и тесты, которые широко применяют в офтальмологии. Работа возникла не на пустом месте. Ранее та же группа установила, что у страдающих болезнью Альцгеймера снижена плотность капиллярной сети в центральной области сетчатки, расположенной напротив зрачка. ИИ тренировали на четырех типах изображений сетчатки глаз ста пятидесяти девяти пациентов, из которых тридцать шесть были больны. Лучший результат показали алгоритмы, дополненные клиническими данными пациентов. Однако и чисто офтальмологические алгоритмы вели себя неплохо, что дает надежду на создание эффективной экспресс-диагностики в будущем. Исследователи планируют не только увеличить число пациентов для тренировки ИИ, но и расширить их разнообразие. Следующий этап работ предполагает обучение ИИ с участием пациентов разных рас, а также учет данных больных глаукомой и диабетом, у которых тоже изменена структура сетчатки и сосудов глаза. Сейчас ученые проводят исследования по сравнению нового метода диагностики с традиционными. Однако уже понятно, что создан новый и относительно дешевый метод выявления болезни Альцгеймера (British Journal of Ophthalmology, 2020-317659).
Числа из пробирки
П
ередача больших массивов информации требует эффективного шифрования, которое невозможно без надежных и быстрых генераторов случайных чисел. Для генерации обычно используют различные физические явления, например дробовой шум резистора, радиоактивный распад либо изощренные математические алгоритмы создания псевдослучайных последовательностей. Последние не дают идеального результата и в принципе могут быть взломаны. Это сегодня может коснуться буквально каждого. Банковские системы безналичных расчетов, например, не могут обойтись без генераторов случайных чисел. Прорыв в получении истинно случайных чисел недавно совершила группа ученых под руководством Роберта Грасса из Высшей технической школы Цюриха. Они приспособили для этого стандартный, но слегка модифицированный процесс синтеза ДНК. По заявке ученых две коммерческие фирмы из смеси четырех нуклеотидов синтезировали цепочки в 105 нуклеотидов; они содержали в себе затравочные последовательности (праймеры) и полностью случайные участки из 64 нуклеотидов. Поскольку каждому нуклеотиду можно приписать цифру, получались совершенно случайные числа из 64 разрядов. Исследователи получили три заказанные порции сухого вещества по две десятых миллиграмма каждая и стандартным образом секвенировали молекулы этих порций, то есть прочитали нужные им последовательности нуклеотидов. Оказалось, что средние содержания разных нуклеотидов в цепочках разных порций слегка различны. Были обнаружены и другие слабые, но систематические отклонения от стохастичности; видимо, они связаны с особенностями технологий и методов проведения реакций синтеза. После преобразования нуклеотидной последова-
тельности в ряды нулей и единиц к ним был применен алгоритм сжатия фон Неймана, который устранил слабые отклонения. Полученные двоичные последовательности, подвергли анализу на случайность с помощью общепринятого пакета программ, реализующего пятнадцать различных тестов для анализа статистических свойств таких последовательностей. Результат оказался блестящим. Новый метод позволяет получать в одном синтезе семь миллионов гигабайт случайных чисел, которые могут быть прочитаны стандартными технологиями со скоростью триста килобит в секунду. Уже единичный синтез дает рекордный запас сравнительно быстро извлекаемых истинно случайных чисел. Емкость с молекулами можно долго хранить, так как молекула ДНК очень устойчива. «Миллиграммы» чисел, которые нельзя воспроизвести, занимают минимальный по сравнению с другими методами объем. Изначально ученые планировали лишь изучить принципы нового биохимического формированию массивов случайных чисел из нуклеотидных последовательностей. Однако оказалось, что уже сейчас его можно применять на практике (Nature Communications, 11(1), 2020).
Грамматика роботов
В
начале нынешнего века конструирование роботов получило настолько широкое распространение, что робототехника стала школьным предметом. Сегодня стоит задача разрабатывать их наименее затратными и оптимальными способами, а также, по возможности, автоматизировать процесс создания новых моделей. Для решения этой задачи исследователи Массачусетского технологического института создали блок дизайнерских программ RoboGrammar, ведущим разработчиком которых стал аспирант институт-
ской лаборатории искусственного интеллекта и компьютерных наук Аллан Жао. Пакет программ позволяет с нуля спроектировать робота из готовых элементов в зависимости от требований к поверхности, по которой тот будет двигаться. Это может быть пересеченная местность, скользкий грунт, лестница, их комбинация и прочее. RoboGrammar конструирует роботов из заданных элементов: конечностей, суставов, моторов. Элементы конструкции нельзя соединить произвольно, поэтому, подобно грамматике языка, определяющей правила согласования слов, в программе заданы ограничения на связи элементов робота. Принципы, заложенные в программу, исследователи позаимствовали у различных многоногих насекомых, пауков, ракообразных, чье движение тщательно изучили. Их тела состоят из сегментов и к некоторым из них «приделаны» конечности. Тем же способом разработчики описали «конструкцию» четвероногих. В пакет программ также была добавлена возможность прикреплять колеса вместо ног. Как заявляют авторы, программа рождала самые разнообразные конструкции, напоминающие гоночные автомобили, пауков, собак. С помощью RoboGrammar дизайнер получает не только оптимальную конструкцию робота, но и программное обеспечение к нему — пакет выдает программуконтроллер, управляющую согласованной работой его моторов. В неё авторы «зашили» приоритет быстрого перемещения вперед. На конечном этапе разработки ИИ с помощью нейронных сетей совместно оптимизирует дизайн и контроллер новой модели. После этих виртуальных действий уже можно приступать к сборке конструкции. Команда ученых запланировала реализовать «в железе» особо выдающиеся виртуальные экземпляры. RoboGrammar стал венцом четвертьвекового опыта экспериментов по созданию автоматизирован-
ных систем дизайна роботов. Блок программ может быть модифицирован для разработки устройств, перемещающихся в других средах. Помимо реальных приложений, есть надежда, что роботы, созданные программой, смогут заселить виртуальные миры компьютерных игр. Одним из сюрпризов стало то, что в большинстве оптимальных проектов робот имеет четыре ноги, а не шесть или восемь как у насекомых или пауков. Эту установленную эмпирически тенденцию еще предстоит осмыслить (Пресс-релиз Массачусетского технологического института 30-11-2020).
Робот от Роберта
Н
едавно ученые Корнеллского университета, который занимается сельским хозяйством и науками о жизни, получили двухмиллионный грант Национального научного фонда США на исследования свойств почвы, ее микробного состава и корневой структуры растений. Как оказалось, для успеха им нужны механизмы, способные автоматически собирать данные под землей. Поэтому семьсот пятьдесят тысяч долларов другого гранта передали доценту инженерного колледжа университета Роберту Шепарду на разработку прототипа роботачервяка. Согласно заявке, робот длиной около полуметра сможет сверлить почву и, подобно дождевому червю, раздвигать ее, удлиняя и сокращая свое тело. Робота планируют оборудовать различными датчиками для изучения жизнедеятельности корней кукурузы. Более широкая научная задача робота — исследование взаимодействия корней растений и окружающей их почвы при непрерывно изменяющейся влажности и температуре (Агентство NewsWise, 24 ноября 2020 года).
Выпуск подготовил Александр Гурьянов
«Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
33
Проблемы и методы науки
Е. Клещенко
Свинья без сахара 34
Это событие взорвало бы общество, если бы диванные эксперты по вопросам биологии не были заняты коронавирусом и вакцинами. Управление по контролю продуктов и лекарств США (FDA) одобрило свиней с измененным геномом для употребления в пищу, а в перспективе — для производства биомедицинской продукции. Свиньям не вставили ген апельсина, или рыбы, или еще чего-нибудь неприемлемого. Наоборот, в их тканях отсутствует компонент, вызывающий аллергию.
ия Сергея Тюнина
Путь от овцы до свиньи Свиньи созданы в компании «Revivicor Inc.» из штата Виргиния. Это дочерняя компания «United Therapeutics», которая, среди прочего, занимается искусственными органами и регенеративной медициной, в том числе пересадкой органов от животных. Кроме того, «Revivicor» — спин-офф (выделенная организация) шотландской биотехнологической компании «PPL Therapeutics». А PPL навсегда останется в истории биологии. Овечка Долли, первое в мире млекопитающее, кло-
нированное из неполовой (соматической) клетки взрослого животного, появилась на свет 24 года назад благодаря Киту Кэмпбеллу, Иэну Уилмуту и другим сотрудникам Рослинского института, а также «PPL Therapeutics». Компания наряду с британским Министерством сельского хозяйства финансировала работы. Рон Джеймс, управляющий директор «PPL Therapeutics» так рассказывал о Долли: «Она примадонна — знает, что знаменита, и позирует перед камерами. Она начинает сердито блеять, когда вы поворачиваетесь к ней спиной, чтобы посмотреть на других животных». «Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
35
Фото: James Gathany | CDC | Michael L. Levin
Клещ «одинокая звезда» — переносчик аллергии на мясо
Не все помнят, что PPL занималась производством лекарственных рекомбинантных белков — в частности, трансгенные овцы должны были давать молоко, содержащее белок AAT (альфа-1-антитрипсин) для лечения муковисцидоза и других состояний, связанных с разрушением соединительной ткани. Для клонирования взяли клетку эпителия молочной железы овцы, потому что в компании исследовали способы повысить экспрессию белков в молоке, — именно эти клетки оказались под рукой в нужный момент. За Долли и другими овечками в 1998 году последовала клонированная корова, затем клонированные поросята (кстати, генномодифицированные). Ткани свиней, созданных в компании «Revivicor», не содержат углевода альфа-гал, с которым связаны аллергические реакции на мясо. Бывает и такая аллергия, и с ней отдельная непростая история.
36
Клещ — переносчик вегетарианства Начиная с 2008 года в научной литературе появляются публикации о необычном явлении. После того как человек съел говядину, баранину или свинину, у него развивается анафилактическая реакция — крапивница, отеки, бронхоспазм. Необычным было то, что симптомы появлялись не сразу, а через три — шесть часов. Поэтому причинно-следственную связь установили с трудом: если вы начнете задыхаться ночью, то вряд ли подумаете, что это из-за гамбургера, который съели на ужин. Аллергия на пчелиный укус, на лекарство, на кошек — это понятно, но на красное мясо? Да еще спустя часы, когда во всех медицинских справочниках пишут, что анафилаксия — реакция немедленного типа. Оказалось, что в крови таких пациентов присутствуют антитела IgE (иммуноглобулины Е; класс антител, ко-
торые участвуют в аллергических реакциях и ответе на паразитарные инфекции) к углеводу — дисахариду из двух молекул галактозы, соединенных определенным образом. Этот дисахарид называется галактоза-альфа1,3-галактоза, он же альфа-гал, или антиген Галили, в честь одного из первооткрывателей.
курица, утка и индейка аллергикам не запрещены. (Как и мясо обезьян, но это плохая идея не только потому, что приматы слишком разумны для употребления в пищу: у них могут быть опасные для человека вирусы.) Справедливости ради: не все случаи аллергии на мясо связаны с клещами. Например, она встречается на Гавайях, где клещи не водятся. Да, так почему аллергия на красное мясо развивается спустя часы? Видимо, из-за того, что аллергенный сахар «спрятан» в липидах (жирах) и медленно поступает в кровоток.
Не только мясо Альфа-гал присутствует в мембранах клеток большинства млекопитающих. Только у обезьян Старого Света и у людей его нет, то есть этот углевод для нас чужой. Иммунная реакция на него вносит вклад в отторжение органов и тканей, пересаженных от животных. Однако употребление пищевых продуктов, содержащих альфагал, не вызывает проблем у подавляющего большинства людей. Что же пошло не так у людей с аллергией? Американские исследователи обратили внимание, что случаи синдрома альфа-гал чаще встречаются в юго-восточных районах США. Стали искать фактор среды и нашли. По удивительной случайности, один из ведущих исследователей, Томас Платс-Милс из университета штата Виргиния, после лесной прогулки нашел на себе клещей, и у него поднялся уровень тех самых антител IgE к альфа-гал, которые они изучали. Исследователи начали опрашивать пациентов, не кусали ли их клещи незадолго до появления аллергии, — и 90% ответили утвердительно! Причиной аллергии у американцев оказались укусы Ambylomma americanum — клеща, который поанглийски называется Lone Star, «одинокая звезда», из-за яркого белого пятнышка на туловище. В слюне клеща, который ранее сосал кровь другого млекопитающего, содержится альфа-гал, и, когда он попадает в кровь человека, может произойти сенсибилизация: иммунная система запоминает этот углевод как чужеродный и с этого момента будет на него реагировать. Опасны не только «одинокие звезды», но и другие виды клещей, и болеют не только американцы. Синдром альфа-гал зарегистрирован в 17 странах на всех континентах, причем наиболее распространен в Австралии. Австралия, как обычно, страдает из-за конфликтов между видами-вселенцами и видами аборигенными. Попытка восстановить экологическое равновесие дала неожиданный побочный эффект. Завезенные в Австралию лисы уничтожали бандикутов, но когда сократили численность лис — расплодились бандикуты, а на них, как выяснилось, живут клещи… Научные журналисты уже не раз шутили, что эти клещи — проект тайной могущественной организации веганов. Чем больше укусов, тем меньше в супермаркетах красного мяса, вредного для здоровья и глобального климата! Хотя, скорее, это проект производителей птичьего мяса: оно не содержит альфа-гал, так что
То, что люди с синдромом альфа-гал вынуждены заказывать в «Макдоналдсе» куриные крылышки вместо гамбургеров, печально, но не трагично. Хуже другое: этим людям нельзя назначать лекарства на основе белков, созданные биотехнологическими методами. Такие лекарства производятся в культурах клеток. И когда мы говорим «белок» — подразумеваем «гликопротеин»: ферментативная система клетки млекопитающего навешивает на белок углеводные цепочки, и среди этих углеводов есть тот самый аллерген. Кстати, Платс-Милс с коллегами изначально исследовали не аллергию на мясо, а аллергию на противораковый препарат Эрбитукс (цетуксимаб) — моноклональное антитело против рецептора фактора роста; то, что за аллергией на мясо стоит аналогичный механизм, выяснилось в процессе. Эта ситуация уже совершенно не смешная: человеку со смертельным заболеванием назначают лекарство, а оно вызывает аллергию. О ксенотрансплантации — пересадке хотя бы лоскута кожи от животного — лучше и не думать. И здесь мы возвращаемся к свиньям от компании «Revivicor». Органы и ткани этих свиней, которым дали название GalSafe, не содержат альфа-гал. У них поврежден ген фермента GGTA1, который производит этот углевод. Кстати, тот же ген потеряли люди и обезьяны, лишенные альфа-гал, так что свиньи GalSafe биохимически немного ближе к нам, чем их обыкновенные сородичи. Эти свиньи — не только безопасная для аллергика отбивная, но еще и потенциальный источник лекарств и органов для пересадки. Они могут служить источником материалов для медицинских продуктов, свободных от альфа-гал, например гепарина — препарата, который препятствует свертыванию крови. Человеку с аллергией такие продукты могут спасти жизнь. Ткани и органы свиней GalSafe, возможно, решат проблему иммунного отторжения при трансплантации пациентам с альфа-гал-синдромом. Американская компания «XenoTherapeutics» уже начала клинические исследования кожных трансплантатов от модифицированных свиней: их пересаживают пациентам с ожогами и аллергией на альфа-гал. Пока в исследованиях участвуют три человека, планируется привлечь еще троих. Возможно, такие трансплантаты будут лучше приживаться и у людей без аллергии? «Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
37
Процедурные вопросы В новостях пишут, что «FDA одобрило генно-модифицированных свиней». Однако в документе FDA используется другой термин — «преднамеренное изменение генома» (intentional genomic alteration, IGA). Определение ему дается такое: «изменения, сделанные с использованием современных молекулярных технологий, которые могут включать случайные или целевые изменения последовательности ДНК, в том числе вставки, замены или делеции нуклеотидов, или другие технологии, которые вносят определенные изменения в геном животного». Необходимость в новом термине возникла, очевидно, с появлением новых технологий, таких как редактирование геномов с помощью CRISPR. Законодатели разных стран начали обсуждать, подпадают ли животные и растения с отредактированными геномами под те же ограничения, что и ГМО. Большинство ГМ организмов содержат гены, отсутствующие у прародителя, а при генном редактировании с помощью CRISPR некий существующий ген выводится из строя или редактируется один нуклеотид. (Технически с помощью CRISPR можно и вставить новый ген в геном, однако эту группу методов редактирования регуляторы рассматривают отдельно.) Но кроме того, существует опасность нецелевого редактирования, когда «генетические ножницы» по ошибке повреждают другой сходный участок генома и это влияет на признаки организма. Так или иначе под определение «преднамеренного изменения генома» подпадает любой из существующих методов, а также те, что еще не изобретены. При этом новый термин не несет такой негативной нагрузки, как ГМО. Пока не несет: со временем противники современных биотехнологий выучат аббревиатуры IGA/ПИГ и перепечатают свои буклеты. FDA заключило, что употребление в пищу мяса свиней GalSafe безопасно для животных и людей. Речь идет о населении в целом. Поскольку заявка компании не включала данные об устранении или предотвращении пищевой аллергии, FDA не оценивало отдельно безопасность для людей с аллергией на альфа-гал. Но коль скоро идут клинические испытания с пересадкой кожных лоскутов, можно с уверенностью предположить, что мясо GalSafe безопасно и для них. Никаких разрешений на медицинские продукты пока не выдано, подчеркивается в пресс-релизе FDA. Продукты должны пройти испытания, разработчики подадут заявку, которая будет рассмотрена в соответствии с правилами, только тогда гипоаллергенный гепарин и кожные лоскуты для трансплантации поступят в клинику. Также FDA проанализировало возможное влияние, которое свиньи GalSafe окажут на экологическую обстановку, и постановило, что оно не больше, чем у обычных свиней. При этом условия, в которых будут содержаться модифицированные свиньи GalSafe, контролируются гораздо строже, чем в обычных свиноводческих хозяйствах. Не ожидается проблем ни для окружающей среды,
38
ни для самих свиней, кроме тех, что уже известны. Животное может быть продуктом высоких биотехнологий, но свиной навоз остается свиным навозом. Отдельно FDA оценило, насколько опасны новые свиньи с точки зрения воздействия на микрофлору, например, не будут ли они способствовать появлению устойчивых к антибиотикам бактерий. Этот риск также сочли низким. Таким образом, компании «Revivicor» разрешено продавать свинину GalSafe. Компания сообщает, что мясо можно будет получить по почте, в магазинах оно не появится. Если человек с аллергией захочет отметить день рождения свиной вырезкой, теперь у него будет такая возможность.
Пятое животное До настоящего времени FDA одобрило для пищевого и биомедицинского использования пять животных с изменениями в геноме; свинья GalSafe — пятое, и первое среди съедобных наземных. Теоретически в США разрешен лосось AquAdvantage производства компании «AquaBounty». Это атлантический лосось Salmo salar, в геноме которого содержится ген гормона роста лосося чавычи, а синтез его управляется промотором «белка-антифриза» из генома американской бельдюги. Этот белок помогает рыбе выживать при низких температурах, и промотор («включатель») его гена активен постоянно. Поэтому генно-модифицированный лосось, в отличие от обычного, растет круглый год, а не только весной и летом, и достигает размеров, превосходящих самые смелые рыбацкие рассказы. Компания «AquaBounty» выращивает своих лососей на предприятии в штате Индиана. К проблеме биобезопасности подходят серьезно. Растят на продажу только стерильных триплоидных самок: икру обрабатывают при повышенном давлении и температуре, чтобы сделать икринки триплоидными, то есть содержащими три набора хромосом, а не два. Такие рыбы стерильны, и, даже если они вдруг вырвутся на волю, у них не может появиться потомства от обыкновенных лососей. Самцов используют для получения икры и держат исключительно в наземных пресных водоемах, откуда они не попадут в океан. Так почему «теоретически»? Потому что продуктов из лосося AquAdvantage в настоящий момент нет на американском рынке. В Канаде он тоже одобрен регуляторами и довольно активно продается, а вот в США — нет. Он получил разрешение FDA в ноябре 2015 года, и на это ушли десятилетия, однако через два месяца конгресс запретил его ввоз из Канады до тех пор, пока не будет принято решение по маркировке ГМ-продуктов. Лишь в марте 2020 года компании разрешили выращивать лосося в Индиане и продавать… но в ноябре 2020 года по решению федерального суда разрешение признали незаконным и нарушающим собственные процедуры FDA: недостаточно хорошо просчитаны риски для окружающей среды.
У «AquaBounty» есть еще быстрорастущие форель и тилапия, но продвигать их в США она даже не пытается. Два года назад были сообщения, что тилапию рассматривают в Аргентине, и, поскольку она создана с использованием технологий редактирования генома, рассмотрение может пойти быстрее, чем для ГМО. Пока новостей оттуда нет. Остальные IGA-животные одобрены для биомедицинских применений: козы, производящие молоко с белком-антикоагулянтом (2009), куры, яйца которых содержат фермент для лечения редкого заболевания (2015), и кролики — производители фактора свертывания крови VII, опять-таки в молоке (2019). В этот список не входят декоративные и лабораторные линии животных. Лабораторных, конечно, много. А в 2003 году FDA одобрило генно-модифицированных рыбок данио-рерио, экспрессирующих флуоресцентные белки, — знаменитый бренд GloFish. Данио практически несъедобны и не могут выжить на территории США за пределами аквариума, но это решение все равно вызвало большую тревогу как нежелательный прецедент. Уже сейчас под брендом GloFish создаются другие виды светящихся рыбок. А что, если появится флуоресцентный карась или карп?
! Лосось с сахаром Рецепт от «AquaBounty» Компания, которая продает ГМ-лосося, хорошо понимает психологию потребителя: на сайте много рецептов рыбных блюд. Они вполне подойдут и для простого российского лосося, выращенного в пруду. Разогрейте духовку до 200 градусов. Выстелите форму для запекания или противень пергаментной бумагой. В небольшой миске смешайте коричневый сахар, оливковое масло, сок лайма и чеснок. Положите лосося на противень. Приправьте солью и перцем. Распределите смесь по поверхности филе и оставьте на 10 минут. Жарьте в течение 12—15 минут или до готовности (филе должно легко разламываться вилкой). При желании в конце приготовления поджарьте на сильном огне 1—2 минуты, чтобы коричневый сахар карамелизовался. Пока лосось жарится, взбейте венчиком кленовый сироп, горчицу, оливковое масло и чесночный порошок. Подавайте с зеленью и кленово-горчичным соусом.
Ингредиенты На 128 г (4,5 унции) филе — 2 столовые ложки коричневого сахара, 2 1/2 столовой ложки оливкового масла, 1 столовая ложка сока лайма, 1 чайная ложка нарезанного чеснока, 1/2 чайной ложки соли, 1/4 чайной ложки черного перца, 2 столовые ложки кленового сиропа, 2 столовые ложки дижонской горчицы, 1/4 чайной ложки чесночного порошка; петрушка или кинза.
Реклама
В
книге члена редколегии журнала «Химия и жизнь» и автора множества научно-популярных статей Елены Клещенко рассказывается об идентификации человека по его генетическому материалу, то есть по ДНК. Постоянные читатели «Химии и жизни» встретят в этой книге знакомые истории и знакомые лица. Некоторые главы ее выросли из статей, написанных для журнала, часто по горячим следам событий. Но, разумеется, они были переработаны и заняли свои места в общей картине, ведь у каждой истории в мире есть предыстория и продолжение. Невозможно объяснить, как сэр Алек Джеффрис придумал ДНК-дактилоскопию, а Кэри Муллис — полимеразную цепную реакцию, без рассказа о строении ДНК, о методах ее «чтения», об устройстве генов и разнообразии геномов. А без Джеффриса и Муллиса не было бы и ДНК-анализа в криминалистике. Значительную часть книги составляют детективные истории, от попытки разгадать тайну Джека-потрошителя до современных уголовных дел, раскрытых благодаря ДНК-анализу. Есть в ней и увлекательные исторические расследования: кем был Рюрик — славянином или скандинавом, много ли потомков оставил Чингисхан, приходился ли герцог Монмут сыном королю Англии. И конечно, исследование останков Николая II и его семьи: почему специалисты уверены в точности идентификации и по каким причинам сомневаются неспециалисты. А из заключительных глав читатель узнает, почему нельзя изобрести биологическое оружие против определенной этнической группы, можно ли реконструировать внешность по ДНК и опасно ли выкладывать свой геном в Интернет.
Книгу можно купить в наше киоске www.hij.ru. Цена — 600 рублей с доставкой по РФ.
«Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
39
Фото Millard H. Sharp/Science source
Проблемы и методы науки
Кандидат биологических наук
Н.Л. Резник
А чего он дразнится? Посреди народа вертелас бол ша обез на и забавл ла всех. Обез на та корчилас , пр гала, делала смешн е рожи, передразнивала л дей, и видно б ло — она знала, что е забавл тс , и оттого еще бол ше расходилас . Л. Толстой. Пр жок
40
Вот зачем она кривлялась, обезьяна эта? Самоутвердиться хотела в человеческом обществе, оказаться в центре внимания, позабавить всех? Позабавить в итоге не удалось. Дело, как вы помните, происходило на корабле. Сначала матросы действительно веселились, но мальчик, у которого обезьяна утащила шляпу, рассердился и полез за ней на мачту. Все выше и выше. «На палубе все смотрели и смеялись тому, что выделывали обезьяна и капитанский сын; но как увидали, что он пустил веревку и ступил на перекладину, покачивая руками, все замерли от страха». Мальчик едва не погиб, и тут уж конечно все и думать забыли о недавнем веселье.
Фото The Gorilla Foundation Фото Harald Knitter/Wilhelma
Мать и дитя бонобо игриво поддразнивают друг друга Франсин Патерсон и Коко — полное взаимопонимание
Эмоции играют большую роль в жизни животных. В парке приматов Апенхёль в Нидерландах 11-летней самке орангутана Самбодже показывают фотографии возможных партнеров — участников международной программы разведения больших обезьян. Женихи живут далеко, перевозить их сложно. Если Самбоджа заранее выберет того, кто ей больше нравится, это облегчит дело
Палка о двух концах Толстой описал классическую сцену дразнения, один участник которой подстрекает и раззадоривает другого. Существенную роль в успехе этого занятия играют наблюдатели. Если бы матросы, вместо того чтобы веселиться, вовремя остановили мальчика, не пришлось бы ему с риском для жизни прыгать с мачты в море. Дразнение — явление сложное, отчасти агрессия, отчасти игра, и исход процесса зависит от того, какие элементы преобладают. Когда человек дразнится, он демонстрирует свою силу и статус, потому что самому затюканному члену группы никто не позволит обзываться и передразнивать других. Если же в этом занятии больше игры и юмора и нет намерения оскорбить, его называют поддразниванием; оно может быть приятным для всех участников и даже поспособствовать их сближению.
Приведу еще пример из русской классики, из повести Куприна «Яма». Студентам хочется посетить публичный дом, однако неловкость мешает им окончательно решиться. Один из компании отговаривает остальных, и они воспользовались ситуацией: «Студенты, смеясь и толкаясь, обступили Ярченко, схватили его под руки, обхватили за талию. Всех их одинаково тянуло к женщинам, но ни у кого, кроме Лихонина, не хватало смелости взять на себя почин. Но теперь все это сложное, неприятное и лицемерное дело счастливо свелось к простой, легкой шутке над старшим товарищем. Ярченко и упирался, и сердился, и смеялся, стараясь вырваться… Они двинулись гурьбою вперед. Ярченко начинал понемногу смягчаться». Поддразнивать человека сложнее, чем дразнить, потому что дразнящий должен предвидеть реакцию «Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
41
Фото MPI-EVA (Институт вол ционной антропологии Макса Планка)
Чтобы удержать обезьяну перед монитором, ей предлагают пососать сок через трубочку
объекта (вдруг он не засмеется, а обидится или рассердится), а дразнимый — понимать дружелюбный настрой шутника. Люди обучаются этому не сразу, годам к 10—12. Маленькие дети воспринимают только негативные стороны поддразнивания. Бывает, что взрослый дразнит ребенка, как ему кажется, вполне дружелюбно, а малыш обижается. Тем не менее малютки, не достигшие года и не овладевшие речью, охотно поддразнивают взрослых. Специалисты выделили три основных типа младенческого поддразнивания. Тип первый — предложить и не дать, например протянуть родителю игрушку, а когда родитель к ней потянется, отдернуть руку. Есть еще провокационное действие: малявка делает то, что нельзя, или не делает того, что нужно, скажем, сует в рот губку. И наконец, младенцы мешают другим — отбирают предметы, отвлекают. Обычно они повторяют свои действия несколько раз, при этом смотрят на родителя и улыбаются, ожидая, что на них обратят внимание, улыбнутся, поиграют. Если такое поведение не понравилось, малыши его редко повторяют. Следовательно, они уже в таком возрасте понимают настроение другого человека и предвидят его реакцию. Так, они ожидают, что родитель не только потянется за предложенной игрушкой, но и удивится, если вдруг ее не получит. То-то весело! Эти крохи и сами готовы посмеяться над хорошей шуткой,
42
когда мама, к примеру, делает вид, что пьет из детской бутылочки. И раз их смешат абсурдные поступки, они уже понимают, каким должен быть истинный порядок вещей. Но если бессловесные младенцы могут и шутить, и оценить чужую шутку, значит, язык им для этого не нужен. Так, может быть, шутливое поддразнивание присуще и животным, в том числе обезьянам? И поскольку ученых всегда интересует, откуда что берется, сразу возникает вопрос об эволюционных корнях игривого поддразнивания и чувства юмора. Человекообразные обезьяны дразнятся весьма разнообразно, но игривое поддразнивание описано довольно плохо, что удивительно, учитывая, сколько исследований посвящено играм животных. Очевидно, ученые, интересовавшиеся дразнением, сконцентрировались исключительно на его агрессивном аспекте. Так, голландский ученый Отто Аданг, работавший в 1980-х годах в Утрехтском университете, наблюдал за поведением молодых шимпанзе в зоопарке города Арнема. Он видел, как во время игры или в конфликтной ситуации шимпанзе швыряют предметы в других обезьян, не входящих в их компанию. Это была безусловная агрессия, и Аданг предположил, что шимпанзе таким образом устанавливают иерархию доминирования или прощупывают границы собственных возможностей. При этом ученый намеренно исключил из анализа все действия, совершенные обезьянами с
Фото W. H. Calvin
Человекообразным обезьянам по силам даже такая сложная задача, как изучение языка. Бонобо Канзи и Панбаниша и исследовательница Сью Сэвидж-Рамбо с лексиграммами
характерным выражением лица — рот открыт, лицевые мышцы расслаблены, — которое служит признаком игрового поведения. Тем не менее некоторые сведения о поддразнивании в литературе обнаружить можно, чем и занялись исследовательницы Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе под руководством доцента Эрики Картмил. Начали они с поиска упоминаний о тех трех формах игрового поддразнивания, свойственных младенцам.
Действия Случаев, когда одна обезьяна предлагает что-нибудь другой, а потом не дает, описано много. Шимпанзе и орангутаны разных возрастов протягивают друг другу мячики, палочки, собственные руки. Один самец орангутана в зоопарке просовывал палочку самке, которая сидела в соседней клетке, отделенная сетчатой стенкой. Как только самка пыталась схватить палочку, шутник ее отдергивал. Так они забавлялись довольно долго, им не надоедало, и самка не сердилась. Интересный эксперимент поставили в 2018 году американские исследователи под руководством Брайана Хэйра, профессора эволюционной антропологии в университете Дьюка. Их интересовало, передаст ли
бонобо палку человеку, который об этом просит. Напомним, что бонобо (Pan paniscus) — человекообразная обезьяна, более миролюбивая и социальная, чем другой вид шимпанзе, Pan troglodytes. Эксперимент выглядит следующим образом. Бонобо сидит в комнате с сетчатыми стенками и видит, как в соседнем помещении один человек демонстративно крадет у другого палку, выходит с ней из комнаты и запирает дверь. Затем обидчик подсовывает палку под стенку обезьяньей комнаты, рядом с ней кладет кусочек банана и уходит. Запертый и ограбленный человек хнычет, трясет дверь, бросает выразительные взгляды на палку и на бонобо, словом, всячески демонстрирует желание получить свое сокровище назад — сам он до палки дотянуться не может. Бонобо в такой ситуации всегда начинали с того, что съедали банан. Затем они вытаскивали палку из-под сетки (иногда), но практически никогда ее не передавали. Дети и шимпанзе в подобных экспериментах возвращали ограбленному его имущество примерно в половине случаев, а бонобо всякие орудия почему-то передают неохотно. Камнем для колки орехов не поделятся, зато орехами угостят, значит, не жадничают. И желание человека понимают прекрасно, потому что дразнятся. Шестеро бонобо из восемнадцати протягивали ограбленному палку и отдергивали, причем такое поведение повторялось регулярно. Исследователи истолковали его как попытку инициировать контакт. «Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
43
В Киотском университете снимают тестовый фильм для обезьян. Кинг-Конг прячет, человек ищет, обезьяна должна догадаться, где он будет искать. Справа актер в костюме Кинг-Конга. В левом верхнем углу изображение обезьяны перед экраном. Красная точка показывает направление взгляда животного
Вторая форма поддразнивания — провокационное поведение (животное делает то, что не положено, или не делает того, что надо). Его сложно выявить, потому что провокацию легко спутать с нежеланием. Например, обезьяна не возвращает данный ей предмет, и поди разбери, в чем дело: она не понимает, чего от нее ждут, не хочет расставаться с предметом или завязывает социальный контакт? По-видимому, животные все-таки устраивают провокации, хотя таких случаев описано мало. Горилла Коко, которую научили языку жестов, регулярно давала неправильные ответы, хотя правильные, безусловно, знала. С Коко работала зоопсихолог Франсин (Пенни) Патерсон. На вопрос: «Чем Пенни чистит твои зубы?» Коко отвечала: «Ногой». А что Пенни кладет на твою зубную щетку? Нос! И поднимает ногу к носу, демонстрируя игривое лицо. Однако случаи, когда обезьяны специально употребляют неправильные слова, трудно интерпретировать, потому что обученных языку животных невольно очеловечивают. Мешают ли животные друг другу? О, да! Но опятьтаки, мотивация такого поведения может быть разной: привлечь внимание, отвлечь внимание, побудить к действию. Наконец, помехи могут быть случайными. Понять их подоплеку помогают сопутствующие признаки, позволяющие истолковать поведение животного как игру. Дикие детеныши шимпанзе часто пристают к взрослым обезьянам, кусают или теребят, и взрослые в ответ либо играют с детенышами, либо отталкивают, но агрессии не проявляют. То же происходит и в неволе. Исследователи наблюдали, как орангутан, живущий в зоопарке
44
Туайкросса, пихал своих соседей по клетке или дергал за волосы, пока кто-нибудь не прерывал своего занятия и не начинал с ним шутливо возиться. В этих случаях мы имеем дело с дружелюбным взаимодействием.
Понимание и предвидение Чтобы поддразнивание не воспринималось как агрессия, шутник должен понимать, что думает и чувствует объект шутки. Это умение (его назвали теорией разума) не следует путать с эмпатией — способностью разделять чувства другого человека, смеяться или горевать вместе с ним. Наблюдения показывают, что теорией разума обладают не только люди, в том числе и младенцы, но и обезьяны. Показательны результаты исследования, которое провели специалисты Киотского и Кентского университетов. Двух шимпанзе, чаще мать и дитя, помещали в соседние кабинки, разделенные прозрачной перегородкой. В перегородке, в метре от пола, есть маленькое отверстие. Шимпанзе в это отверстие не пролезет, но может передать предмет. Одной из обезьян предлагали сок, который можно добыть, либо высосав через соломинку, пропущенную через отверстие в перегородке, либо пододвинув упаковку палкой. Задача несложная, но у шимпанзе не было ни палки, ни соломинки. Зато обезьяне в соседней кабинке давали набор из семи предметов: палка, соломка, шланг, цепь, веревка, кисть и ремень. Пока она перебирала это богатство, шимпанзе
с соком тянул руки через окошечко и хлопал в ладоши, привлекая к себе внимание. В подавляющем большинстве случаев сосед откликался на просьбу и подавал соломинку или палку, в зависимости от того, что требовалось в данный момент — сквозь прозрачную стенку хорошо видно, как именно можно добыть сок. Но если перегородка непрозрачна, помощи ждать не приходится, потому что владелец инструментов не понимает цели соседа, и простирание рук через окошечко не поможет. Только шимпанзе Аюма не ленился заглядывать в окошечко, оценивал ситуацию и подавал то, что требуется (в соседней кабинке находилась его мама). Много экспериментов с шимпанзе провели исследователи разных стран под руководством Майкла Томаселло, профессора Института эволюционной антропологии Макса Планка. Они выяснили, что шимпанзе понимают не только цель другой обезьяны или человека — например, подают ему оброненную палку, до которой он не дотягивается, но и намерения. В одном из экспериментов человек сидел на табуретке и угощал шимпанзе виноградом через окошечко в перегородке. Время от времени он вставал и переходил к другому окошечку в нескольких метрах от первого и там предлагал этой же обезьяне виноград из другого ведра. На одном месте шимпанзе угощали от одного до трех раз подряд, так что он не мог предвидеть, когда человек сменит позицию. В эксперименте участвовало несколько обезьян, все они быстро привыкли к такому порядку и, когда экспериментатор вставал, перемещались к другому окну, чтобы продолжить пиршество. Но иногда рядом со вторым ведром звонил телефон или помощник бросал туда блокнот, тогда человек шел подобрать блокнот или ответить на звонок. Обезьяны прекрасно понимали, зачем он встает, к другому окошку не бросались и ждали, не вернется ли кормилец на прежнее место. В другой серии экспериментов Томаселло с коллегами доказали, что человекообразные обезьяны правильно оценивают чужую осведомленность. Не думайте, что это просто, дети такую премудрость осваивают не сразу. Малышам показывают небольшой спектакль, в котором кукла Салли прячет некий предмет. Потом она выходит из комнаты, а другая кукла тем временем эту вещь перепрятывает. Когда детей спрашивали, где будет Салли искать свое сокровище, когда вернется, малыши указывали на то место, где предмет находится в данный момент, и только дети старше четырех лет понимали, что Салли не догадывается о коварстве другой куклы и рассчитывает найти предмет там, где оставила. Чтобы проводить подобные исследования с обезьянами, ученые используют трекеры, позволяющие следить за движениями глаз животных. Эту технологию разработал в Киотском университете исследователь психологии приматов Фумихиро Кано. Когда обезьяна смотрит фильм, ее взор направлен туда, где что-то происходит или должно произойти, а ученые с помощью трекера узнают, чего обезьяна ожидает. Вот, например, остросюжетное видео о конфликте человека и Кинг-Конга, роль которого исполнял костюмированный актер. Соперники разделены решеткой. Кинг-Конг
отнимает у человека камень, прячет его в коробку и прогоняет человека. Затем он перепрятывает камень в другую коробку, а потом вообще уносит. Возвращается человек и хочет достать камень. Поскольку он по другую сторону решетки, ему нужно подтянуть к себе платформу с обеими коробками, взявшись за ручку, расположенную посередине. На этом видео заканчивается, и обезьяна так и не узнает, какой выбор сделал человек. Подсказок тоже нет: человек двигался к центру площадки и смотрел прямо перед собой. Ни жестом, ни взглядом он не дал понять, какая из двух коробок его интересует. Тем не менее обезьяны (в эксперименте участвовали шимпанзе, бонобо и орангутаны) смотрели туда, где, по их мнению, человек рассчитывал найти камень. Взгляд обезьяны опережал движения человека, и большинство животных правильно определили, что он откроет коробку, в которую на его глазах прятал камень Кинг-Конг. Если бы животные просто смотрели видео, то следили бы за актером, но их интересовало, что он предпримет, и они смотрели на предполагаемую цель, угадав ее правильно. Авторы исследования подчеркивают, что обезьяны никогда раньше не видели, как обманывают человека, так что не могли опереться на личный опыт. Они действительно предвидели действия человека, понимая, что он введен в заблуждение. При таких способностях им раз плюнуть воспользоваться чужим неведением. Сидят, например, два шимпанзе, главный и подчиненный, доминант и субординат, в разных отсеках, откуда им видно друг друга и третий отсек, в котором экспериментатор раскладывает кусочки банана. Потом экспериментатор уходит, в отсек запускают обезьян, и доминант съедает все. Подчиненная обезьяна, даже если войдет первой, не посмеет лакомиться, иначе ей попадет от доминанта. Поэтому она предпочитает вообще не входить в комнату и бананы не брать. Ситуация меняется, если часть обзора загорожена ширмочками и доминант не видит, что куда-то положили банан. А субординат все видит и, если у него появится возможность закусить безнаказанно, своего не упустит. И еще один пример того, как шимпанзе предвидят действия другого существа и сообразуют с ними свои собственные. На глазах обезьяны в прозрачный бокс помещают два куска банана. Один кладут на стол и прикрывают непрозрачной дощечкой, отчего дощечка наклоняется. Второй кусочек прячут в отверстие в столе и тоже прикрывают дощечкой, но она лежит ровно, заслоняя отверстие и банан. Потом обезьяне загораживают обзор и дают выбрать кусок другому шимпанзе, который не видел, как раскладывают еду. Перед этим шимпанзе стол и на нем две дощечки: одна лежит ровно, другая наклонно, что за ней — ему не видно. У этой обезьяны одна попытка. Потом наступает очередь первого шимпанзе. У него тоже одна попытка. Он не видел, что взял конкурент, и не видит, как сейчас лежат дощечки. Непрозрачный экран загораживает обзор, шимпанзе может только протянуть правую или левую руку сбоку от экрана. В такой ситуации при«Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
45
ходится соображать, что предпринял конкурент. А он, по-видимому, выбрал лакомство из-под наклонной дощечки, поскольку не подозревает о тайнике в столе. Следовательно, в тайнике банан должен остаться. И шимпанзе тянется к тайнику. Где предвидение, там и обман, которым обезьяны тоже пользуются. Например, одна обезьяна пристально смотрит вдаль, остальные глядят туда же, а обманщица тем временем что-нибудь стащит. Или другая ситуация. Взрослая самка павиана кормится на участке разрыхленного дерна. Юному павиану не по чину есть рядом с ней — взрослая самка не позволит. Прогнать ее он тоже не может. И тогда нахал поднимает крик: на него напали, его обидели! На эти вопли прибегает взрослый самец, прогоняет самку, потому что маленьких обижать нехорошо, а манипулятор получает, что хотел. Так что же, если обезьяны действуют, как веселящиеся младенцы, предвидят поведение другой особи и даже в состоянии им управлять, могут они друг друга поддразнивать или нет? Теоретически — да. А чтобы выяснить это наверняка, нужно больше наблюдать и экспериментировать, обращая внимания на признаки шутливого поддразнивания. Один из таких признаков — смех, которым часто сопровождаются шутки и развлечения людей. Человекообразные обезьяны, когда в шутку борются или гоняются друг за другом, также издают звуки, похожие на смех. Общий смех сплачивает и улучшает настроение, смеющиеся шимпанзе играют дольше. Однако пока никто не отмечал, что обезьяны смеются во время поддразнивания. Если окажется, что все-таки смеются, значит, действительно шутят. Другая особенность игрового поддразнивания заключается в том, что обезьяна не получает от него немедленной выгоды. Например, шуточные бои. Исследователи наблюдали поединки горилл: одна нападает и сразу убегает. Другая бросается в погоню, стукает напавшего и сама убегает. Так они и носятся друг за другом. Подобные игры укрепляют социальные связи и доставляют удовольствие участникам, но при одном условии — они должны быть необидными. По мнению Эрики Картмил, вопрос о поддразнивании приматов нуждается в систематическом изучении. Так получилось, что мы больше знаем о том, кто дразнит, а о поведении и реакции того, кого дразнят, почти ничего не известно. Если прояснить отношения между дразнящим и дразнимым, например родство или иерархию, установить, как меняются с возрастом частота и формы поддразнивания и в каком контексте оно происходит (скука/нейтральные отношения или активные действия), какие эмоции при этом испытывают обе стороны, то можно будет определить различные типы дразнения. А когда ученые выяснят, как и зачем дразнятся обезьяны, они надеются понять, почему это явление так распространено у людей и какова роль шутливого поддразнивания в появлении чувства юмора. Потому что ученые всегда зрят в корень.
46
Реклама
Мы все едоки, и если хоть отчасти верно, что человек — это то, что он ест, эта книга про нас. А о себе всякому читать интересно.
О
сновой книги постоянного автора журнала «Химия и жизнь» Натальи Резник «Что мы едим? Непростые ответы на простые вопросы» послужили статьи, опубликованные в разные годы на страницах журнала, переработанные и дополненные последними научными данными. В итоге получились 39 рассказов с замечательными иллюстрациями Натальи Колпаковой.
Все рассказы посвящены известным продуктам, правда, многие из них популярны за пределами нашего Отечества: в лесах Амазонки, полупустынных нагорьях Китая или на берегах африканских озер. Однако в ближайшем будущем они могут приобрести планетарное значение. Продовольственный кризис и глобализация уже делают свое дело, и некоторые экзотические для нас культуры постепенно проникают на прилавки российских магазинов. К этому нашествию нужно подготовиться. Современному человеку следует знать, как правильно есть акрид, что заменит россиянам сою, каковы на вкус «бедра нимфы Авроры» и в каких краях эти нимфы водятся, и не путать батат с картофелем.
Купить книгу можно в нашем киоске www.hij.ru. Цена — 425 рублей с доставкой по РФ.
Панацейка Иллюстрация Петра Перевезенцева
Зимний гриб
И
зимой можно ходить за грибами. С первыми осенними холодами на мертвых и ослабленных деревьях появляются густые куртинки Flammulina velutipes — фламмулины бархатистоножковой. Ножка у нее действительно бархатистая, темнокоричневая, а шляпка желто-оранжевая, довольно мясистая и покрыта слизистой пленкой. Мякоть тоже желтоватая. Фламмулина растет до декабря, а если зима мягкая, то и до февраля. Впервые гриб описал британский ботаник и энтомолог Уильям Кёртис (1746—1799) и дал ему латинское название Agaricus velutipes. Исследователь отмечал, что вкус у этого гриба довольно приятен и лишен горечи. С того времени гриб несколько раз менял названия и обрел наконец современное. Японцы называют фламмулину «снежным пиком», китайцы — энокитаке, а россияне — зимним грибом или зимним опенком.
«Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
47
Зимний опенок, выращенный в бутылке, совсем непохож на своего вольного соседа
Холода для зимнего гриба — сигнал к образованию плодовых тел, он выдерживает морозы до минус 8°С и растет там, где бывают настоящие зимы: в Европе, Северной Америке, северных областях Японии, Китая и Кореи. В Европе и Америке зимний гриб собирают в лесу, в Азии выращивают. Раньше фламмулину растили на бревнах лиственных пород (в естественных условиях она предпочитает вязы), а с 1928 года — в бутылках. Бутылочную технологию разработали в Японии, в префектуре Нагано, где зимы очень снежные, поэтому грибные плантации переместились со двора под крышу, в темные, холодные помещения. Сейчас, когда температуру в комнате можно регулировать, зимний гриб выращивают круглый год. Делают это так. Пластиковые бутылки с отрезанным горлышком набивают смесью опилок, воды и рисовых отрубей, добавляют грибной мицелий и помещают в темноту при температуре 10—12°С, чтобы образовались плодовые тела. Как только они покажутся на поверхности субстрата, температуру снижают до 3—5°С. В таких условиях ножки гриба вытягиваются, а шляпки практически
48
не растут. Выросшие в темноте грибы белого цвета выглядят совсем не так, как собранные в лесу, но в Азии популярен именно такой вариант. Бледную фламмулину добавляют в супы и салаты. Сейчас в бутылках выращивают более 60 тысяч тонн грибов в год, причем львиная доля этого количества приходится на Японию. Зимний гриб — один из самых культивируемых грибов. Он вкусен, ароматен и полезен. В нем много белка, причем качественного — он содержит все незаменимые аминокислоты. Жиров, напротив, мало, они в основном полиненасыщенные, и среди них незаменимая линоленовая кислота, из которой у млекопитающих синтезируются важные медиаторы воспаления. Есть и углеводы, в том числе полисахариды и низкомолекулярный бета-глюконпротеиновый комплекс. В мякоти зимнего опенка много калия и мало натрия, поэтому гриб полезен тем, кому вредна соль, в том числе гипертоникам и другим сердечникам. Считается, что калий из фруктов и овощей снижает давление. Из витаминов достойны упоминания токоферолы, аскор-
биновая кислота, бета-каротин и пигмент ликопин. Конечно, содержание питательных веществ зависит от места произрастания, вида субстрата, спелости и условий хранения грибов после сбора урожая. Однако гриб действительно полезный, и шансов оказаться вне списка народных лекарственных средств у него не было. В Китае энокитаке в этом качестве использовали еще в начале IX века. В таежных регионах России зимним опенком тоже лечились: и свежими грибами, и порошком из высушенных плодовых тел, а также отварами и настойками. Перечень целебных свойств, которые приписывают зимнему опенку, немаленький. Это антимикробное средство и адаптоген, позволяющий переносить физические нагрузки и снимающий утомление. Он лечит болезни печени и язвы желудка, атеросклероз и тромбоз, снижает уровень холестерина в крови и улучшает память, регулирует работу иммунной системы и подавляет воспаление, а главное — помогает при раке. В пользу противоопухолевого действия зимнего опенка свидетельствуют эпидемиологические иссле-
дования, которые провел японский ученый Тэтсуро Икэкава. Проанализировав данные за 1972—1986 годы, он выяснил, что фермеры-грибоводы и члены их семей умирали от рака на 39% реже, чем другие жители префектуры Нагано. Исследователь связал этот факт с тем, что фермеры едят свою продукцию чаще и в бóльших количествах. Эксперименты показали, что экстракт зимнего гриба в сочетании с хирургией и химиотерапией увеличивает время выживания больных мышей. Естественно, исследователей интересуют соединения, ответственные за лечебный эффект. Из мицелия выделили гликопротеин профламин, обладающий антираковой активностью. Но главную роль в борьбе с раком ученые отводят полисахаридам. Полисахариды некоторых грибов стимулируют иммунную систему, которая подавляет рост злокачественных опухолей. В Японии, Корее и Китае уже проводят клинические испытания грибных полисахаридов лентинана из шиитаке Lentinula edodes, шизофиллума из щелелистника обыкновенного Schizophyllum commune, грифона D из грифолы курчавой Grifola frondosa. Зимний гриб до клинических испытаний не дошел, действие его полисахаридов исследовано лишь на клеточных культурах и в единственном эксперименте на мышах. Высокомолекулярным грибным гликопротеинам приписывают антивирусное действие: они связываются с клетками, которые заражены вирусом, и привлекают к ним естественные клетки-киллеры (NK-клетки) иммунной системы. А вирусы могут быть самые разные: и онкогенные, и вирус гриппа, и коронавирус. Увы, остальные полезные свойства зимнего гриба не подтверждаются даже эпидемиологическими наблюдениями, не говоря уже о клинических испытаниях — их просто не проводили. Все ожидания связаны с результатами экспериментов in vitro и немногочисленных опытов на животных, хотя биологически активных белков, полисахаридов и фенольных соединений из зимнего опенка навыделяли много. Так, грибной иммуномодулирующий белок (fungal immunomodulatory
protein, FIP-fve) из F. velutipes предупреждает активизацию иммунной системы грызунов при пищевых аллергических заболеваниях и аллергической астме. Пептиды зимнего гриба усиливают синтез гамма-интерферона, смягчают воспаление у мышей, зараженных респираторносинцитиальным вирусом, который вызывает инфекции нижних дыхательных путей, особенно у новорожденных и детей. Исследователи надеются, что препараты из зимнего опенка помогут больным детям, но до этого еще очень далеко. Не только малым, но и старым может быть полезен зимний гриб. Для изучения старения часто используют D-галактозную животную модель. Крысам несколько недель делают внутрибрюшинные инъекции раствора D-галактозы, и в их организме во множестве образуются активные формы кислорода, снижающие активность антиоксидантных ферментов в разных органах. Клетки, беззащитные перед окислительным стрессом, разрушаются, функции органов слабеют, и у животных в тканях возникают такие же дегенеративные изменения, как при настоящем старении. Так, после восьминедельного курса D-галактозы грызуны заметно отощали, усохли крысиные мозг, печень и почки. Полисахариды F. velutipes и их сульфаты, проявившие себя в пробирке как сильные антиоксиданты, успешно противостояли старению. Грызуны, получавшие одновременно с D-галактозой грибные полисахариды, почти не похудели. А в Цзилиньском институте (Китай) инъекциями D-галактозы вызвали у крыс нейродегенеративное расстройство. У животных разрушились нейроны гиппокампа и ослабли когнитивные способности (их проверяли в лабиринте Морриса, предназначенном для исследования пространственной памяти). Грибные полисахариды и в этом случае помогли. Они защитили нейроны от разрушения, укрепили память и восстановили активность антиоксидантных ферментов. Еще лучше проявляет себя сочетание полисахаридов с гинсензоидами (сапонинами женьшеня). Китайская традиционная медицина любит совмещать разные средства, чтобы
повысить их действенность и уменьшить побочные эффекты. Кстати, об эффектах. Продукт, который веками едят без вредных последствий, считается безопасным. Однако исследователи нашли в зимнем грибе ядовитые соединения. Фламмутоксин, например, связывается с ионными каналами и нарушает нормальную работу сердца, снижает кровяное давление, вызывает гемолиз эритроцитов, легочное кровотечение и дыхательную недостаточность. Но при тепловой обработке токсин разрушается, к тому же его концентрация в грибах незначительна и для человека не опасна. Исследователи из нескольких финских университетов напоминают об опасности рабдомиолиза. Это тип грибного отравления, при котором у отравленного усиливается активность фермента креатинкиназы, разрушающего поперечно-полосатую мускулатуру. Скармливая крысам порошок сушеного зимнего опенка в дозах 6—9 г/кг/день, ученые добились умеренного повышения активности креатинкиназы, однако никаких видимых изменений мышечной ткани не обнаружили. Впрочем, время от времени встречаются единичные сообщения об отравлении F. velutipes. Как-то раз после еды почувствовал себя плохо взрослый мужчина; к счастью, он отделался желудочно-кишечным расстройством и слабостью. Поскольку трапеза была не только грибной, медики не исключают влияние алкоголя. У семнадцатилетней японки наблюдали анафилаксию — девушка поела сукияки, в состав которого входят говядина, свинина, тофу, овощи и зимний гриб. Она и раньше ела сукияки без вреда для себя. Исследования показали, что пищевую аллергию вызвали именно белки зимнего гриба. Все эти случаи — редчайшие исключения. Зимний гриб вкусен и полезен. Конечно, не мешало бы его исследовать получше и узнать побольше о его свойствах.
Н. Ручкина
«Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
49
Фантастический год
Иллюстрация Петра Перевезенцева
Александр Речкин
50
«Я буду писать лживо»: фантастика Лукиана Самосатского
Многие критики и историки научной фантастики, пытаясь обнаружить истоки жанра, перелопачивали горы древних свитков и ветхих книг. После продолжительных раскопок в поисках прародителя они иногда натыкались на сочинения «Правдивая история» и «Икароменипп, или Заоблачный полет» античного писателя Лукиана из Самосаты.
Б
удущий греческий ритор и писатель Лукиан родился около 125 года в городе Самосате сирийской провинции Римской империи. Это город на западном берегу Евфрата; роман Фейхтвангера «Лже-Нерон» сделал название этого города узнаваемым. Большая часть жизни Лукиана пришлась на золотую эпоху процветания и стабильности в период правления императоров из династии Антонинов: Адриана, Антония Пия и Марка Аврелия (это его позже назвали «философ на троне»). Лукиан много путешествовал и побывал в самых великолепных городах империи — Риме, Антиохии и Афинах. Поездки, общение с философами в центрах эллинистической и римской культуры расширили его кругозор и обогатили жизненный опыт. В молодости Лукиан учился в Ионии (сегодня — западное побережье Турции) и стал профессиональным оратором (ритором). Примерно до сорока лет он зарабатывал на жизнь произнесением речей в судах, а позже, видимо испытав кризис среднего возраста, взялся за стилус и начал сочинять комические, сатирические и пародийные диалоги и трактаты. Исследователям не удалось установить время его смерти, но это произошло после 180 года. На протяжении последующих веков отношение к сочинениям Лукиана колебалось. Исследователи сходятся во мнении, что его современники и преемники относились к Лукиану с большим уважением. Ранние христианские мыслители не слишком восхищались Лукианом, его сатирической и языческой (у них это было ругательством) литературой. Однако ко времени Возрождения он вновь завоевал благосклонность ученых людей. Итальянские гуманисты перевели его сочинения с греческого на латынь, затем последовали переводы на другие европейские языки. На русский фрагменты Лукиана впервые перевел М.В. Ломоносов. Многочисленные сочинения Лукиана, дошедшие до нас во многих списках и отрывках, разнообразны. Тут и юмор, и ядовитая сатира (в адрес разных философов и различных религиозных систем), и исследование серьезных философских вопросов морали и политики. А еще это фантастика, его «Правдивая история» — не только первое подробное повествование о
Вымышленный портрет Лукиана. Художник Уильям Фэйторн, Англия, XVII в.
Лучшим способом отдохновения является такое чтение, которое не только доставит приятное развлечение.
путешествии на Луну, но и, возможно, самое странное. На лунной поверхности Лукиана, куда попадает рассказчик вместе с командой своего корабля благодаря сильному порыву ветра, мы встречаем причудливых зверей: трехголовых конекоршунов, на которых верхом ездят воины лунян, огромных блох, комаров и других гигантских насекомых. Создается впечатление, что Рабле вдохновлялся «Правдивой историей» во время рассказа о Гаргантюа в стране великанов. Фантазия Лукиана отнюдь не ограничивается гигантоманией, он уделяет особое внимание инновационным методам воспроизводства, необходимым в стране, лишенной женщин, которой является Луна. В одной части Луны младенцы появляются из распухших икр мужчин. У народа, известного как «древесники», существует другой способ: у человека отрезают правую половую железу, сажают ее в грунт, и из нее вырастает «огромное мясистое дерево», напоминающее символ Приапа, а из его плодов, огромных желудей, «вылупляются» люди. Лунная интерлюдия — лишь один эпизод в большом перипатетическом произведении. Вернувшись на Землю, путешественники попадают на съедение «Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
51
Памятник Лукиану Самосатскому в немецком «Версале» — Нордкирхене, Германия. Находится он там, скорее всего, потому, что часть паркового комплекса украшалась в духе и стиле античного искусства, и среди иных статуй и скульптур стоит и памятник Лукиану. Примерно так, как у нас в Пушкине, рядом с Екатерининским дворцом, расположена целая галерея бюстов великих греков и римлян
52
Философы презирают всех людей, о богах толкуют самым неприличным образом и окружают себя молодежью, легко поддающейся обману.
к огромному киту и живут в его брюхе два года; они посещают острова, на которых молоко течет, как вода; видят народы, живущие на поверхности океана, опираясь на ноги, сделанные из пробки вместо плоти; побывают со знаменитыми мертвецами — героями Троянской и других войн — на острове блаженных. Фантазия Лукиана кажется безграничной. Для читателей II века путешествие на Луну было фантастическим, особенно если прибавить столь забавный бестиарий, включенный в повествование, поэтому история явно не «правдивая». Название книги провоцирует читателя и отсылает к парадоксу древнегреческого философа VII века до н. э. Эпименида Критянина. Он сформулировал, что «все критяне лжецы», следовательно, если он говорит правду, то он лжет, но если он лжет, то он говорит правду. Так что, когда Лукиан называет свою фантастическую историю (которая высмеивает лжецов) «Правдивой историей», он ссылается на один из ключевых парадоксов философии. В прологе Лукиан исследует проблему авторитета повествования — ключевую проблему для литературной критики ХХ века. С очевидной ссылкой на Эпименида, Лукиан провозглашает: «Одно я скажу правдиво: я буду писать лживо. Это мое признание должно, по-моему, снять с меня обвинение, тяготеющее над другими, раз я сам признаю, что ни о чем не буду говорить правду». Поскольку его текст разворачивается на фоне парадокса, Лукиан мешает читателю обрести какую-либо точку опоры, с которой можно объективно судить об истинностной ценности повествования. Его утверждение напоминает эпосы Гомера и «Историю» Геродота, а также диалоги Платона. Он также предвосхищает невозможность клятвы Руссо в честности в начале его «Исповеди» столетия спустя; парадокс Эпименида применим почти к любому художественному произведению, которое претендует на то, чтобы излагать правду. «Правдивая история» высмеивает философские школы, обманутые их собственной некритической самонадеянностью, когда дело доходит до утверждения и оценки истины. В том, как Лукиан раскрывает способ растворения литературно-критических терминов друг в друге, его сатира имеет много общего с постмодернистским мировоззрением, потому что художественная литература говорит «правду», но она объявляет себя «выдуманной»; и наоборот, «история» считается «истинной», но также имеет тенденцию быть «выдуманной», потому что авторитет автора всегда ставится под сомнение, как и надежность любого ис-
точника. Эти вопросы — прямой путь к Ницше и его французским последователям. Лукиан делает проблему еще более актуальной, вставляя в вымышленное повествование утверждения, которые не противоречат реальности. Включение научных фактов и правдоподобных интерпретаций физических явлений во многом способствует установлению такого рода правдоподобия, которое придает любому вымыслу убедительность. Но оно может убедить читателя в том, что граница между правдой и вымыслом в лучшем случае размыта. Например, упоминание Лукианом Венеры, или «утренней звезды», как места битвы между Луной и Солнцем соответствует современным ему греческим знаниям о затмении Венеры Луной и о прохождении Венеры через Солнце. Наиболее вероятным источником некоторых правдоподобных аспектов работы Лукиана является труд Плутарха «О лике, видимом на диске Луны». Трактат Плутарха — сборник представлений о лунной поверхности и фазах Луны во времена Плутарха. Знакомство с этим сочинением полезно для понимания текстов Лукиана потому, что Плутарх предлагает взгляд на Луну как на подобие Земли во многих отношениях, тем самым придавая достоверность описаниям Луны в «Правдивой истории» как обитаемого мира.
Мы натолкнулись на удивительный род виноградных лоз: начиная от земли ствол был свеж и толст, выше же он превращался в женщин.
Лукиан также использует сатиру, чтобы высмеять псевдонауку и суеверия, особенно когда он пишет: «Каждый из рассказов содержит тонкий намек на одного из древних поэтов, историков и философов, написавших так много необычайного». Хотя поэты, такие как Гомер, и историки, такие как Геродот, также страдают от сатирической плети Лукиана, но всерьез он нападает лишь на философов. Лукиан критикует лицемерие тех, кто возводит себя в ранг арбитров истины и лжи, в то же время прибегая к «фикциям» — например, к аллегории пещеры Платона. Он пишет: «Я не ставлю всем этим рассказчикам вымыслы в особую вину, потому что мне приходилось видеть, как сочинительством занимаются также люди, посвящающие свое время, как они говорят, только философии». «Правдивая история» высмеивает, а местами пародирует Гомера (Лукиан отправляет Одиссея на Луну), Геродота, Ксенофонта, Фукидида и других авторов, чьи произведения были утеряны, таких как Ямбул. Парусник Лукиана отнюдь не космический корабль. Его искатели приключений не собираются лететь на Луну, и цель автора не в том, чтобы сделать такое
«Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
53
Люди распределились на школы, придумали самые разнообразные лабиринты рассуждений и называют себя стоиками, академиками, эпикурейцами, перипатетиками и другими еще более забавными именами.
путешествие правдоподобным или размышлять о том, что мы могли бы обнаружить на естественном спутнике Земли, если бы действительно смогли совершить такое путешествие. Но, как считают многие историки фантастики, парусный корабль не так уж сильно отличается от воздушного шара Эдгара Аллана По или пушечного снаряда Жюля Верна, и эту историю, вероятно, читали (или слушали) в основном из-за ее приключений и изобретательности рассказчика. И наконец, способ, которым Лукиан заканчивает свою «Правдивую историю», также является издевкой над философами, поскольку Лукиан обещает то, что он не может и не имеет никакого намерения выполнить, — полноту или завершение. Лукиан дразнит читателя заключительной строкой второй части книги: «Что же касается моих приключений на материке, то о них я поведаю в следующих книгах». Напоминает знаменитый слоган «продолжение следует», однако комментаторы Лукиана указывают: «Это самая большая ложь из всех». Общепринятая точка зрения такова — автор не намеревался заканчивать «Правдивую историю». Говоря языком современного Интернета, Лукиан «потроллил» своих читателей. Следующая работа Лукиана, озаглавленная «Икароменипп, или Заоблачный полет», также включает путешествие на Луну, хотя, в отличие от «Правдивой истории», это более явная сатира. «Икароменипп» представляет собой диалог между Мениппом и его другом, в котором первый рассказывает, как он прикрепил орлиное крыло к правой руке и крыло коршуна к левой и использовал их, чтобы взлететь в небеса (на манер легендарных Дедала и Икара; отсюда и название). Диалог начинается с представления Мениппа, недовольного уровнем своих знаний: «Наиболее непонятным и загадочным представлялось мне все, что касалось Луны, многообразие ее видоизменений, казалось мне, вызывается какою-то тайною причиной». Поэтому он решает обратиться к философам «Я выбрал среди них лучших — если свидетелями достоинства считать угрюмое лицо, бледный цвет кожи и густую бороду, — и действительно, на первый взгляд они показались мне людьми красноречивыми и знакомыми с небесными явлениями». Однако ответы, которое они дали, — не более чем вымысел, «не будучи в состоянии ответить даже на такой простой вопрос, какое расстояние от Мегар до Афин, они точно знают,
54
каково расстояние между Луною и Солнцем». Поэтому Менипп, разочарованный противоречивыми спорами земных философов, каждый из которых претендует на непогрешимость и знание истины, решает спросить Зевса на небесах о реальном положении дел. Сначала он взлетает на Луну, где получает великолепный наблюдательный пункт, с которого может обозревать Землю. Затем он пролетает мимо Солнца и поднимается к самому небу, чтобы посоветоваться с Зевсом. Сочетание философских рассуждений и сатиры стало жанром, который позже получил название «мениппова сатира». Как и в «Правдивой истории», философы несут основную тяжесть сатирического остроумия Лукиана, и диалог достигает своего апогея, когда Зевс клянется Мениппу, что «все философы вместе с их диалектикой будут истреблены». В «Икаромениппе» внимание Мениппа привлекают мелкие слабости человечества: скрытые мотивы и тайное лицемерие, неразличимые на Земле, которые можно обнаружить с наблюдательного пункта на Луне. Более того, цари так же греховны и подвержены разврату, как и простые люди — ни один класс людей не является образцом морального поведения. На протяжении всей истории западной литературы многие писатели будут использовать устройство путешествия на Луну или другую планету, чтобы получить перспективу, с которой можно оглянуться назад на Землю и высмеять ее гордых обитателей. Однако Лукиан был первым, кто это сделал. С Луны Менипп видит мир как маленький и хрупкий объект, на поверхности которого войны и империи кажутся абсурдными: «Бросил я взгляд и на Пелопоннес и, заметив Кинурию, вспомнил, как много аргивян и лакедемонян пало в однодневной битве за обладание клочком земли размером не более зерна египетской чечевицы». Лукиан выразил чувство, которое испытывал почти каждый человек, которому посчастливилось побывать в космосе и посмотреть на Землю, — глубокое и почти религиозное чувство хрупкости нашей планеты, нашей «бледно-голубой точки», как назвал ее Карл Саган, и глупость конфликтов между странами, разделенными произвольными линиями, нарисованными на картах. Как говорит Менипп, «я смеялся над теми, которые спорят о границах своих владений и гордятся тем, что обрабатывают равнину Сикиона, владеют землею у Марафона, в соседстве с Эноей, и обладают тысячью плефров в Ахарнах». Чтобы добиться успеха, сатира должна преподать какой-то нравственный урок, преследовать какуюто дидактическую цель. Откровения о путешествиях Лукиана на Луну кажутся довольно простыми, однако древний автор говорит нам, что мы не должны воспринимать все слишком серьезно, особенно когда речь заходит о философии.
«
и и м и Х жизни» и
! т ле
Но она
у м 5 е 5 о-прежн плодо п
носит!
«Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
56
Фантастический год
Александр Кузнецов ия Сергея Дергачева
Т
емный Властелин сопротивлялся отчаянно. Да и меч у него был тоже не из простых. Но похуже светлого. «Какое счастье, что добрый волшебник Бамбрус дал мне перед путешествием этот меч, — думал сэр Арчибальд, наращивая темп ударов. — Темный Властелин прекрасно сражается. Пожалуй, равным оружием на турнирном поле я мог бы ему и проиграть… Но, к счастью, у меня волшебный меч, и скоро все завершится…» Сияющий меч сам собой сделал какой-то хитрый финт, отбил меч противника в сторону, и следующим резким ударом сэр Арчибальд снес Темному Властелину голову вместе со шлемом. Тяжело дыша, сэр Арчибальд вытер меч и наконецто толком осмотрелся. Тронный зал Темного Властелина поражал своей мрачностью и величественностью. Отделанные черным мрамором стены, гигантский железный трон, от которого так и веяло холодом… Впрочем, теперь все это было нестрашным. Труп Темного Властелина лежал у ног светлого рыцаря. — Зло повержено! — торжествующе провозгласил в подкупольную высь сэр Арчибальд. — Навсегда! После этих слов двери со всех сторон внезапно распахнулись, и в зал на коленях вползли чудовища — мерзкие порождения галлюцинаций обнюхавшихся зеленой пыльцой малевальщиков. У кого-то на широченных плечах торчала бычья голова, кто-то скрежетал саблевидными клыками, за кем-то волочились кожаные крылья. Предводитель чудовищ сверху до пояса выглядел седым благообразным мужчиной в черном сюртуке, а ниже… В общем, он полз на толстенном змеином хвосте. «Наги, — вспомнил классификацию монстров сэр Арчибальд и решительно сжал сияющий меч. — Вот эти, полузмеи, называются наги».
Чудовища все так же, на коленях, подползли к рыцарю. Седой наг поднял отрубленную голову Темного Властелина, стряхнул с нее шлем и снял с головы тонкую черную корону, украшенную рубинами. — Благородный воин… простите, не имею чести знать вашего имени… — Сэр Арчибальд Пресветлый, странствующий рыцарь. — Замечательно. Сэр Арчибальд, мы, клевреты и приспешники Темного Властелина, смиренно просим вас принять эту корону и власть над Темной Империей. — Что-о-о-о?? — Рыцарь задохнулся от негодования. — Повторить? — невозмутимо предложил предводитель темных клевретов. — Вы… вы… предлагаете мне… переметнуться… на сторону Тьмы? Ни за что!! — То есть вы не желаете становиться Темным Властелином? — Нет!! — А зачем тогда прежнего убили? — Зло должно быть уничтожено! — торжественно произнес благородный сэр Арчибальд. Седой наг сокрушенно покачал головой и вздохнул: — Чувствую, беседа у нас будет долгой. Позвольте представиться. Лорд Гадьюк, глава департамента безопасности Темной Империи. Разрешите спросить, сэр Арчибальд, что вы собирались делать дальше? Рыцарь недоуменно поднял брови: — В смысле? — Ну вот убили вы Темного Властелина. Ваши дальнейшие конкретные действия? — Домой вернусь, разумеется. — Ага. Объявите там всем, что Темный Властелин повержен, обретете славу великого героя, почет и восхищение, так? — Ну, в общем, да… — Сэр Арчибальд, давайте я расскажу вам, что произойдет потом. Как только вы скроетесь за этими дверьми, мы, клевреты и приспешники Темного Властелина, тут же устроим между собой безобразную драку за обладание короной. Правильно, господа? Чудовища согласно закивали. Лорд Гадьюк продолжил: — Победит, несомненно, лорд Бугайя. Все, включая сэра Арчибальда, посмотрели на огромного минотавра. Шипастый доспех едва не трескался изнутри под напором чудовищных мышц. — На следующий же день его отравит лорд Мышьякки. Вышеуказанный лорд так ласково заулыбался своей крысиной мордочкой, что стало ясно — обязательно отравит. — Потом за дело придется взяться мне. Лорд Мышьякки исчезнет при загадочных обстоятельствах, и корону надену я. Разумеется, через какое-то время меня тоже убьют, но это не имеет значения. Вы поняли принцип, сэр Арчибальд? Корона ни в каком случае не останется бесхозной. Не успеете вы отъехать за преде«Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
57
лы столицы, как на троне уже будет восседать новый Темный Властелин. А вы ведь собираетесь рассказывать в Светлых Землях, что вы его уничтожили, не так ли? Светлый рыцарь стиснул рукоять меча и угрожающе нахмурился. — Я убью вас всех! — Без сомнения. Хоть сию минуту. А дальше? У каждого из нас есть заместители, заместители заместителей и так далее. В конце концов, любой армейский офицер, любой десятник городской стражи не откажется примерить корону. Так что вы будете делать? Ночевать и жить здесь, в тронном зале, с мечом в руках, пытаясь не допустить коронации нового правителя? — Если понадобится, то да! Лорд Гадьюк осмотрелся по сторонам, поднял перевернутое кресло, поставил возле рыцаря и заботливым жестом пригласил присесть. — Итак, сэр Арчибальд, я продолжаю. Значит, нового императора в стране нет. Никто никому не подчиняется, структура государственного управления разрушена, транспортные системы и связь не функционируют. Службы правопорядка бездействуют. Торговля сворачивается, снабжение провинций прекращено. Пока все так? — Так. — В городах начинается голод. Преступники бегут из тюрем. Солдаты выходят из казарм и идут искать себе пропитание. Стихийно возникшие банды мародеров и грабителей рыщут с той же целью. Начинается общая смута, резня, насилие, пожары, эпидемии. Сельское хозяйство приходит в упадок. Как итог — подавляющее большинство населения вымирает, и Темная Империя прекращает существовать вообще. Так? Рыцарь порывисто вскочил: — Это же прекрасно! Я уничтожу Темную Империю целиком! Это больше, чем я смел надеяться! — Гм… Сэр светлый рыцарь, а за что вы с нами так? — Обители Зла не место на земле! — Сэр Арчибальд, простите. Кто, по-вашему, населяет Темную Империю? — Э-э-э… Ну, ясное дело, чудовища всякие, орки, тролли… Седой наг вздохнул: — Что касается чудовищ. Собственно, практически всех вы видите перед собой. Мы — немногие удачные результаты магических экспериментов. Да, у нас есть некоторые способности, благодаря которым мы и пробились в ближайшее окружение Властелина. Но что касается количества… Несколько десятков чудовищ по сравнению с общим населением империи — это капля в море. Несерьезно. В расчет нас можно не брать. — А тролли и орки? — Тролли, значит. Давайте я начну издалека. Сэр Арчибальд, как вы думаете, что мы едим? Сформулирую по-другому: чем мы вообще живем? Рыцарь презрительно фыркнул: — Войнами, грабежами и набегами, без сомнения. — Да? Когда Светлые Земли в последний раз воевали с Темной Империей, не подскажете?
58
— Ну-у-у… где-то лет сто назад. — Сто двадцать семь, точнее. Численность населения Темной Империи — около десяти миллионов. Вы всерьез считаете, что мы тогда награбили у вас консервов и последние сто лет питаемся ими? — Э-э-э… — Сэр Арчибальд, у нас самое обычное сельское хозяйство, понимаете? Пшеница, рожь, ячмень, овес, овощи, коровки, кабанчики, курочки… Кто все это выращивает? Тролли? — Э-э-э… — Давайте подробнее. Тролли и орки у нас, разумеется, есть. Но, видите ли… Сражаются они неплохо, потому из них армия и состоит. Но вот в хозяйстве толку от них никакого. Попробуйте представить себе орка, пашущего землю. Или тролля… ну, я не знаю… шьющего куртку, например. Рыцарь честно попытался представить себе эту картину. Не получилось. Лорд Гадьюк согласно кивнул, читая мысли сэра Арчибальда по его честному лицу. — Вот-вот. Поэтому, повторю, орки и тролли служат в армии. Ну раз войны нет, как служат? Сидят в казармах, иногда тренируются, регулярно три раза в день едят. А кто их кормит? — М-м-м … — Крестьяне, сэр Арчибальд. Самые обычные люди. Вот они-то и составляют девяносто процентов населения Темной Империи. Ага, вижу. Извините, сэр Арчибальд. Девяносто процентов — это девять десятых. Еще проще — на каждого тролля приходится девять человек. Показать вам прошлогоднюю перепись населения? — Не надо. — Возвращаюсь к описанной мной картине разрухи, смуты и междоусобицы. В результате этого в первую очередь погибнут именно крестьяне. Простые и хорошие люди. Вместе с ласковыми женами и славными детишками. Те самые обычные мирные люди, покой и безопасность которых вы, как светлый рыцарь, обязаны хранить. Погибнут в количестве сотен тысяч и даже миллионов. По вашей вине. Вы возьмете на себя ответственность за такое количество смертей, светлый рыцарь? Сэр Арчибальд думал. Скрип мозгов был слышен на весь тронный зал. — Получается, без императора никак? — жалобно спросил он. — Если хотите сохранить в стране спокойствие и процветание — никак. — Но я не хочу быть Темным Властелином! — Тогда уезжайте. Темный Властелин образуется сам собой, без вас. Единственное, напомню — а зачем было прежнего убивать? Сэр Арчибальд подумал еще. — Но ведь необязательно называться Темным Властелином? — Разумеется. Как прикажете. Издайте указ — и мы будем звать вас Белоснежным Самодержцем или как вам угодно. Сэр Арчибальд взял корону в руки.
— А знаете, — сказал он, — я изменю все в лучшую сторону. — Как прикажете. — В моей империи никто не будет голодать. — Как прикажете. У нас, правда, и так с голоду не мрут. — И никаких набегов! — Как прикажете. — И никаких казней и пыток! — Как прикажете, будущий повелитель. Светлый рыцарь выдохнул и решительно надел черный обруч на голову. — Да здравствует Властелин! — хором рявкнули клевреты и приспешники. Сэр Арчибальд с опаской прислушался к себе. Нет, корона не изменила его. К тьме и всяческому злу светлого рыцаря совершенно не тянуло. — Я счастлив служить вам, повелитель! — облегченно вздохнул лорд Гадьюк. — Завтра же организуем торжественную коронацию, не извольте беспокоиться. А пока нижайше осмелюсь просить вас уделить немного времени государственным делам. Рядовая рутина, ничего особенного. — Ну, давайте, что там у вас, — кивнул сэр Арчибальд. Седой наг извлек из кармана свиток: — Требуется ваша подпись, повелитель. Распоряжение о казни. Сэр Арчибальд возмущенно вытаращил глаза. — Ну уж нет! — твердо сказал он. — Я же сказал: никаких казней! Глава департамента безопасности вытянул из воздуха тоненькую канцелярскую папку. — Гырг Вааз, орк. Служил в городской страже, рядовой. По окончании дежурства пошел с напарником в таверну. Во время распития произошла ссора, Гырг схватил со стола нож и убил товарища. Поняв, что произошло, попытался бежать. Был задержан в дверях подоспевшим нарядом стражи. В ходе задержания выхватил у дежурного стражника меч, сопротивлялся отчаянно, пытаясь прорваться к окнам. Результат — два убитых стражника и пятеро посетителей таверны. У всех остались вдовы и дети, общим количеством двадцать девять человек. Лорд Гадьюк замолчал. — Ну, пусть пожизненно в тюрьме сидит, — резюмировал сэр Арчибальд. Лорд Гадьюк вынул из воздуха вторую папку. — Самгиас Крогген, человек. Как установлено целителями в ходе следствия, психически нездоров. Ночью забрался через окно в дом ювелира с целью кражи. Проснувшегося от шума хозяина убил топором, после чего прошел по дому и зарубил всю семью из восьми человек, включая двух служанок. После чего, забрав с прикроватного столика немного мелочи, скрылся с места преступления. К вечеру следующего дня был арестован и препровожден в тюрьму. Этого тоже будем пожизненно содержать? — А если это не он убил?
— По невероятной случайности у хозяина дома был включенный магический шар. Все происходящее записалось. Не извольте сомневаться, убийца самый настоящий. — А почему вы сами не подписываете эти распоряжения? — Как прикажете. Только потом не удивляйтесь, когда узнаете, что я пытаю своих личных врагов для развлечения и посылаю на плаху богатых купцов с целью завладения их состоянием. Кстати, я могу, у меня морально-этических проблем не возникнет. Именно, чтобы этого не происходило, прерогатива распоряжений о казни принадлежит исключительно Властелину. — А может, все-таки пожизненное? — Повелитель, в столице каждый день происходит одно-два убийства. В империи, естественно, больше. Будем строить каждый год новую тюрьму? За счет налогоплательщиков? То есть за счет оставшихся без мужей вдов, которые теперь будут надрываться, чтобы прокормить не только своих детей, но и до конца жизни содержать убийц? У сэра Арчибальда выступила испарина на лбу. Там же поползли непривычные морщины. — В конце концов, повелитель, вы же воин и не раз видели смерть, — помог ему седой наг. Сэр Арчибальд медленно взял свиток и подписал. — На этом, надеюсь, все? — буркнул он. — С казнями на сегодня все, повелитель. Вот, осмелюсь предоставить вам на подпись распоряжение о пытке. — Вот только не надо рассказывать мне о государственной необходимости пыток! — взвился сэр Арчибальд. — Статья «Некромантия», повелитель, — многозначительно заметил лорд Гадьюк. — И что? У вас… у нас в Темной Империи этих некромантов небось как блох на собаке! — Некромантия запрещена на всей территории Темной Империи под страхом смертной казни. Вы вообще представляете, к чему это приводит, повелитель? Вижу. Сейчас объясню. Рыцарь заерзал в кресле, устроился поудобнее. — Ну, расскажите. — Чем занимается некромант, повелитель? Поднимает мертвых. С одной стороны, это, может быть, и неплохо. Мертвецу можно приказать работать. Ну, то же поле пахать. Но проблема в том, что некромант должен контролировать поднятого. А некромант всего лишь человек и рано или поздно заснет. И контролировать поднятого не сможет. И у того вступают в действие инстинкты. А какие у трупа инстинкты? Поддерживать свою псевдожизнь. А для этого ему нужна витальная… Вижу, повелитель, извините. Ему нужна жизненная энергия живого существа. И вот он идет и кусает ближайшую живность. Человека, корову, кошку — не важно. И укушенный сам тут же становится псевдотрупом, которому требуется что? Жизненная энергия. И вся эта эпидемия разрастается мгновенно. Ближайшая «Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
59
деревня становится сборищем ходячих мертвецов за пару часов. И они идут дальше, к следующей деревне… Термин «зомби-апокалипсис» слышали? Мрачное выражение лица светлого рыцаря подтверждало, что с термином он знаком. — Так что любой некромант это прямая угроза империи. — Казнить! — Непременно, повелитель. Но сначала придется пытать. — Зачем? — Неизвестно, были ли у него ученики. Может, он передал кому-то записи, как именно проводить ритуал. Да и сам ритуал надо знать в деталях. — Зачем? — Любое магическое действие имеет… как бы выразиться… свою неповторимую вибрацию, которую можно ощутить в магическом эфире. Собственно, подавляющее большинство магов моего департамента занимается именно этим — прослушивает магический эфир на предмет запрещенных ритуалов. Как только будет установлено, где именно проводится некромантский обряд — туда высылаются войска и оцепляют район. От этого зависят десятки и сотни тысяч жизней. Все очень серьезно, повелитель. — А сам он отказывается говорить? — Практически все некроманты наполовину психи. Наш обвиняемый сейчас гордо сидит в камере, клянется, что мы все еще пожалеем о том, что осмелились его арестовать, пытается найти хоть какую-нибудь дохлую крысу, чтобы запустить эпидемию… Сложный клиент, короче. Не извольте беспокоиться, наши палачи его разговорят. Подпишете распоряжение? Сэр Арчибальд решительно черкнул завитушку на свитке. — Благодарю вас, повелитель. — На этом, надеюсь, все? Лорд Гадьюк аккуратно убрал свиток в карман сюртука. — Со всякой незначительной мелочью, повелитель, все. А вот следующий вопрос, который я хочу с вами обсудить, гораздо серьезнее. Вам приходилось болеть хрипухой? Светлый рыцарь фыркнул: — Разумеется. Покажите мне человека, который ею не болел. Такого в музее показывать можно. А какие проблемы? Она же лечится одной пилюлей витадона. В каждой аптеке полно. — А если не лечить? Знаете, как процесс развивается дальше? Не знаете, потому что всегда вовремя лечились. Сами говорите — в каждой аптеке полно. А бывает так, что лекарства нет. Не всегда, конечно, но в большинстве случаев человек, болеющий хрипухой более недели, слепнет. А болезнь эта, сами знаете, сезонная и заразная, так что риск массовой эпидемии… — У нас что, витадона нет? — В точку, повелитель. Запасы кончаются. Те самые, награбленные в прошлой войне. — Так приказываю изготовить!
60
— Основным компонентом витадона, повелитель, являются перья феникса. — И что? — Нет у нас фениксов, повелитель! Не гнездятся они у нас и вообще не выживают! Вот так природа-мачеха распорядилась. Светлые Земли они предпочитают. Так что на витадон у светлых, можно сказать, монополия. — Так надо закупить! — Мы бы купили, повелитель… Золота у нас хватает. А не за золото, так камни есть, редкости всякие. Нашли бы, на что обменять. Так кто же нам продаст? — Ах, ну да… — пробурчал сэр Арчибальд. — С порождениями тьмы дел не иметь, разговоров не разговаривать… — Вот именно. Нужный компонент для лекарства нам светлые не продадут. Контрабандисты, конечно, привозят немного, но это не выход. Нужна большая партия. Чтоб лет на десять хватило. Иначе, сами понимаете, люди начнут болеть… Сэр Арчибальд глубоко задумался. — Я могу намекнуть, повелитель… — доверительно понизил голос седой наг. — Одна из фениксовых ферм находится не так далеко, в южных областях Светлых Земель. Если скрытно отправить отряд и сопровождение с обозом… — То есть, лорд, вы предлагаете грабительский набег? — По правде сказать, да, повелитель. Светлый рыцарь замолчал и прикрыл глаза, думая. От непривычной работы по его виску скатилась тяжелая капелька пота. — А вы знаете, лорд, — неожиданно сказал сэр Арчибальд, — мне нравится ваше предложение. Набег — это как-то… честно, что ли. Глаза старого нага заблестели влагой. — Повелитель… — И вообще! — рявкнул сэр Арчибальд. — Что эти светлые о себе возомнили? Седой лорд склонился перед рыцарем в глубочайшем, искреннем поклоне. — Как я счастлив, что мы не ошиблись в вас, повелитель! Мы все будем вам преданнейшими слугами! О небо, каким же вы станете замечательным Темным Властелином… Понял, повелитель. Белоснежным, Белоснежным, разумеется…
Колонка главного редактора
Дорогие друзья! Спасибо, что вы до сих пор с нами. И спасибо нашему спонсору, биотехнологической компании «Биоамид», которая позволяет нам оставаться с вами и продолжать делать «Химию и жизнь». Открою вам финансовую тайну. Средств, которые мы получаем от подписки на журнал, хватает только на типографские расходы. Все остальное мы оплачиваем благодаря регулярным взносам нашего спонсора. Прошедший год навредил всем. Мы сильно выбились из графика, но постараемся его наверстать в ближайшие месяцы. Так что «Химия и жизнь» продолжает выходить, и это, на самом деле, чудо. Помню, в начале 2000-х я читала прогноз американских аналитиков по поводу судьбы бумажных СМИ. Прогноз обещал, что их жизнь закончится к 2023 году. Похоже на правду. Эпоха бумажных изданий действительно заканчивается. Очень жаль, ведь бумага — идеальный носитель информации. Рукописи, книги, журналы живут тысячелетиями и пока что никакие диски не могут их заменить, потому что они со временем, причем коротким, безвозвратно выходят из строя. Я уже не могу скачать информацию со старых дискет и дисков, их просто даже некуда вставить. Впрочем, можно сколько угодно убеждать себя и окружающих, что бумажные издания нужны, что это в интересах цивилизации. Жизнь все равно распорядится по-своему. Надо признать — время изменилось радикально. В большинстве почтовых ящиков лежат не долгожданные газеты и журналы, а только мусорная реклама и счета. День начинается не с газеты, а с новостей из Интернета. Библиотеки заменил Интернет. Мы даже телевизор уже не смотрим. Очень скоро никто не будет покупать бумажные журналы, а значит — и печатать их. Это реальность, которую надо признать и принять. Но признавая и принимая эту реальность, мы все равно будем выпускать бумажную «Химию жизнь», пока она будет нужна читателям и пока наш спонсор поддерживает нас. А параллельно — совершенствовать электронную версию журнала. Кстати, все, кто выписывают бумажную версию, могут получить бесплатный доступ к электронной версии «ХиЖ» — она цветная. Для этого пришлите электронное письмо в редакцию (redaktor@hij.ru), в котором укажите индекс подписки и срок. С Новым годом, дорогие друзья! Пусть он приносит только хорошие новости.
Л.Н. Стрельникова «Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
61
художник Coco
Пишут, что...
Короткие заметки
Береги грачей, спасай соколов! Кобчик — сокол небольшой, размером несколько меньше голубя. Однако ужас на обитателей полей он наводит не меньший, чем ударный беспилотник на участников современного боя. Казалось бы, ползет по дороге какая-то жужелица, по своим делам переползает с одной части поля на другую. И вдруг из поднебесья на ее голову сваливается крылатая беда. Оказывается, пока жук выползал из травы на оперативный простор, за ним следило недреманное око кобчика. А он-то уж вкусненького жука не упустит. Впрочем, не только жука — и кузнечика, и стрекозу. Однако теперь стало нелегко жить кобчику, падает его поголовье, и вот уже оказался он в приложении к Красной книге России и в Красной книге Евросоюза. Отечественные ученые предполагают: виной тому пестициды — мол, жуки травятся, а вместе с ними и кобчики. Но вот их венгерские коллеги, подготовившие в 2009 году для Еврокомиссии План действий по защите кобчика, считают: не пестициды виноваты, а изменение практики земледелия. Например, многократное снижение поголовья скотины увеличивает высоту травостоя на лугах, и кобчик не может разглядеть добычу. Еще хуже действуют бескрайние поля высокорослых культур: кукурузы, подсолнечника; они надежно скрывают жуков, кузнечиков и даже мышей от парящего в небе хищника. Но фатальной для кобчика оказывается борьба с врановыми, особенно с грачами, которых принято даже отстреливать, например, в Румынии и на Украине. Дело в том, что кобчики живут колониями по сотне птиц, а селятся они как раз в грачевых колониях; занимают гнезда, освободившиеся после вылета птенцов. Нет грачей — кобчикам негде селиться, и они перестают размножаться. А с грачами и жизнь у кобчиков веселее, хотя, казалось бы, обе птицы едят одних и тех же насекомых и должны конкурировать. Вот так выходит, что, потянув за одну ниточку, можно вызвать целую лавину последствий, одним необдуманным движением нарушить хрупкое равновесие: казалось бы, чем насекомоядные грачи могут кому-то мешать? А что это мы в январе вспомнили о маленьком соколе, который прилетит к нам из Африки лишь в мае? Да потому, что Союз охраны птиц России объявил его птицей 2021 год, года Кобчика.
С.М. Комаров
62
…ученые из университета Осаки описали трехмерные недифракционные оптические волновые пакеты, известные как «световые пули», скорость которых можно контролировать («Communications Physics», 2020, 3, 211; doi: 10.1038/ s42005-020-00481-4)… …немецкие химики синтезировали молекулу, в которой содержится атом кремния с четырьмя ковалентными связями, расположенными в одной плоскости («Journal of the American Chemical Society», 2020; doi: 10.1021/ jacs.0c11628)… …возрастание частоты и силы штормов, вызванное изменением климата, резко снижает соленость прибрежных вод, а это, в свою очередь, провоцирует смертельные заболевания кожи у дельфинов во всем мире («Scientific Reports», 2020, 10, 21979; doi: 10.1038/s41598020-78858-2)… …разработан интерфейс, который позволяет мышам управлять курсором с помощью активности их мозга; если мышь помещает курсор в определенное место, она получает награду («Neuron», 2020; doi: 10.1016/j.neuron.2020.12.001)… …беспрецедентное по продолжительности (четыре месяца) и интенсивности истощение стратосферного озона над Арктикой наблюдалось с января по апрель 2020 года («Доклады Академии наук. Науки о Земле», 2020, 495, 2, 36—40)… …знакомство белки с другими белками, обитающими по соседству, повышает ее шансы на выживание и успешность размножения, а проживание рядом с родственниками не влияет на эти параметры («Current Biology», 2020; doi: 10.1016/j.cub.2020.10.072)…
…предложен метод выявления начальных параметров движения, приводящих к столкновению астероида с Землей, в доверительном эллипсоиде, определяемом в результате коррекции орбиты астероида по данным наблюдений («Астрономический вестник», 2020, 54, 6, 560—566)… …метод радиоуглеродного датирования поставил точку в споре о времени возникновения поселения Гнёздовского археологического комплекса, крупнейшего и лучше всего сохранившегося памятника эпохи образования Древнерусского государства, — это произошло не позднее последней четверти VIII в. («Российская археология», 2020, 4, 70—86)… …самое маленькое наземное млекопитающее, этрусская бурозубка, зимой ради экономии энергии уменьшает на 28% размер соматосенсорной коры мозга, которая обрабатывает сигналы от усов («Proceedings of the National Academy of Sciences», 2020, 117, 50, 32136—32144; doi: 10.1073/ pnas.1922888117)… …российские ученые исследовали геном бделлоидных коловраток — пресноводных беспозвоночных, самцов, которых никто никогда не видел, — и доказали, что половой процесс у них все-таки есть («Nature Communications», 2020, 11, 6421; doi: 10.1038/s41467-02019614-y)… …в Московской области впервые замечен инвазионный вид жукадолгоносика Polydrusus formosus, широко распространенный в Центральной и Южной Европе; в России встречался лишь в Крыму, но в 2015 году был обнаружен в Летнем саду Санкт-Петербурга («Энтомологическое обозрение», 2020, 99, 4, 975)…
жни Forchner
Пишут, что...
Короткие заметки
Тренируйся на холоде Физическая нагрузка — непременное средство борьбы как за общее здоровье, так и с избыточным весом. Понимание тонкостей такой борьбы становится особенно актуальным в мире, переживающем виртуальную трансформацию, когда многие переходят на дистанционную работу. При этом сознание уходит в виртуальное пространство, а тело прочно прилипает к дивану и порой неделями не покидает этого насиженного места. И вот, оказывается, зима — самое время, когда можно эффективно расправляться с нарастающим от такого образа жизни жирком. Это выяснили канадские исследователи из Лаврентийского университета, что в провинции Онтарио, во главе с Домиником Ганьоном Journal of Applied Physiology, 3 декабря 2020 года. Интересно, что они не заставляли участников эксперимента выполнять какие-то изматывающие упражнения. Всего-то надо было вечером десять раз по минуте крутить педали велотренажера на максимальной скорости, а потом полторы минуты отдыхать. Причем скорость определяли точно — по потреблению кислорода, соответственно 90 и 30% от пикового значения, ранее выявленного в лаборатории для каждого участника. Между прочим, каждый теперь, в связи с пандемией ковида, может купить такие измерители, например, через Сеть. А при чем тут холод? При том, что четверть часа до начала упражнений участники охлаждались в комнате с температурой 0оС. Ну и сами упражнения проводили на холоде. Результат оказался потрясающим — переработка жира выросла в три с лишним раза по сравнению с упражнениями в теплой комнате. Подробное изучение путей метаболизма показало: сгорал тот жир, что находится в мышечных тканях. Однако благотворное влияние холодная тренировка оказывала лишь сама по себе: жир сгорал во время упражнений. Когда участники эксперимента с утра съедали плотный завтрак с жирной пищей, вечернее упражнение никак не сказывалось на углеводно-жировом обмене. А вот теплая вечерняя тренировка хоть и сжигала меньше жира, зато после завтрака уровень сахара в крови рос не столь сильно, а уровень триглицеридов даже падал. Впрочем, физиологи только начали задумываться о различии этих двух феноменов и пока объяснить, что более и кому полезно, не могут. Отсюда мораль: если стараться сжигать жир, одной холодной тренировкой не обойтись, нужно проявить силу воли и уменьшить поглощение пищи, в первую очередь жирной. Ну а если привыкнуть к такому образу жизни зимой, глядишь, и летом будет привычнее крутить педали настоящего велосипеда: получится сезонное чередование холодной и теплой тренировок.
С. Анофелес «Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
63
Нанофантастика
Валерий Кашпур Иллюстрации Елены Станиковой
Крупица надежды
Т
яжелый грузовик компании «Лунный титан» осторожно пробирался меж кратерами по отчаянно петляющей дороге из спекшегося реголита. Молодой водитель до боли в глазах всматривался в пляску длинных теней на многочисленных проплешинах заделанного наспех покрытия. Его наставник, пожилой усач, расслабленно откинувшись на сиденье, подремывал, лишь изредка давая отрывистые советы: «Не гони», «Дай газку на подъеме», «За кратером яма будет, не прозевай». Маршрут за многие годы работы въелся ему в спинной мозг, поэтому в зрении он особо не нуждался. Внезапно ожившая рация грузовика заставила водителя вздрогнуть. Хриплый голос запел под гитару: «С вами я вместе в лунной пыли. Ждут меня дети на небе вдали». — Это что еще за нах? — спросил водитель. — Рулем не виляй. Это попрошайка Том. Здесь его любимое место. Сейчас справа из-за скалы Земля покажется, он начнет давить на жалость. Действительно, как только голубоватый диск Земли выкатился из-за серой громады, динамик воззвал: «Дайте кредит мне, один или пять, очень хочу я Сьюзи обнять». — Он что, безногий? — озадаченно спросил водитель, заметив на обочине фигуру с протянутой рукой. Лишенный ног торс в скафандре покоился на прямоугольной платформе из серебристого металла. Пятна пыли на амуниции, исцарапанное стекло шлема действительно навевали неземную тоску. — Ага. Психолог, мля. Косит под памятник жертве рудника, — прокомментировал наставник. — Так ему на руднике ноги отчекрыжило? — Ну да. Он техником был. Чего-то перемудрил с взрывчаткой. Пособие дали, чтоб не сдох, а билет на
64
Землю не хотят оплачивать. Типа сам нарушил технику безопасности, сам и выживай. — Тут же запретная зона, до поселка три километра. — Он вообще-то парень толковый: переделал под культяпки скафандр, телегу себе соорудил, чтобы воздуха побольше с собой таскать. Как-то пробирается сквозь периметр. У него там внизу этой байды колесики выпускаются, руками отталкивается и катит себе, — пожал плечами наставник. — Охрана его изредка гоняет, но особо не прессует, может, он им часть бабла откатывает. — Я думал, такая жесть только на Земле бывает. — Водитель приложил палец к зажегшейся на бортовом экране пиктограммке нищего. — Кину ему пару кредов. — Угу, он на это и рассчитывает. — Наставник закрыл глаза. — Как только молодняк выруливается на обкатку, он тут как тут.
Т
ом вернулся из путешествия к рудничной дороге совершенно разбитым. Руки висели как плети после бесчисленных толчков по проклятому реголиту. Дома он с трудом вылез из скафандра. Дожил. Подсобка заброшенного химического склада уже «дом». Нет, никогда бетонная конура с обшарпанными стенами
и койкой в углу не станет ему домом! С фотографии над большим баком промышленного пылесоса ему улыбнулась Лорен. Жена отводила назад качели, словно собираясь запустить страшно довольную Сью ему в руки: «Лови ее, Том!» Он выберется, он обязательно выберется из этой дыры! Подтягиваясь на руках, Том переполз к пылесосу, подсоединил толстый шланг к патрубку своей дорожной тележки. Аппарат утробно взвыл, втягивая ее содержимое. Белесая пыль заструилась под прозрачным пластиком трубы. Без малого тридцать два фунта собрано на обочине! Том добавил в приемный бункер карбонат натрия, запустил миксер. Теперь в печку эту смесь, пусть расплавится. Тело отчаянно чесалось и требовало душа, но он упрямо смотрел, как в жару образуется черный сироп. Потом долго прокаливал варево на большом противне, выжигая примеси. Наградой его усилиям стал крошечный шарик из сплава тугоплавких металлов на дне огнеупорного тигля. Дополнительное прокаливание до определенной температуры, затем растворение в хлориде аммония и осаждение. Том трудился как одержимый, забыв об усталости. Горошина платины упала на панель электронных весов. Еще одна крупица в копилку его надежды. «Химия и жизнь», 2020, № 12, www.hij.ru
ВСЕРОССИЙСКАЯ ПРЕМИЯ «ИСТОК» ИМЕНИ АКАДЕМИКА И.В. ПЕТРЯНОВАСОКОЛОВА
ЕЖЕГОДНАЯ ПРЕМИЯ ПРИСУЖДАЕТСЯ УЧИТЕЛЯМ ФИЗИКИ, ХИМИИ И БИОЛОГИИ ЗА ВЫДАЮЩИЕСЯ ЗАСЛУГИ В ОБЛАСТИ ПОДГОТОВКИ БУДУЩИХ ИССЛЕДОВАТЕЛЕЙ, ИНЖЕНЕРОВ И ТЕХНОЛОГОВ ВРУЧЕНИЕ ПЕРВЫХ ПРЕМИЙ «ИСТОК» СОСТОИТСЯ 5 ОКТЯБРЯ 2021 ГОДА В НИЖНЕМ НОВГОРОДЕ
ВСЕРОССИЙСКУЮ ПРЕМИЮ «ИСТОК» УЧРЕДИЛИ ПРЕЗИДЕНТ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК И ГУБЕРНАТОР НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ