Пока американское законодательство в области безопасности пищевых продуктов и лекарств шаг за шагом, закон за законом, двигалось вперед, экологическому движению еще только предстояло развернуться. Границы США окончательно установились в 1890 г., и до этого времени и еще достаточно долго после него огромная территория страны не давала повода задуматься о возможности панконтинентального загрязнения. На пороге XX в. звучали лишь отдельные голоса энтузиастов, радеющих о дикой природе, в том числе президента Теодора Рузвельта, его главного советника Гиффорда Пинчота и Джона Мьюра, основателя Sierra Club. Йеллоустонский национальный парк – первый в стране – был основан всего за 28 лет до начала ХХ в., в 1872 г. До осознания того, что какие-либо химические вещества могут так изменить среду, что это повлияет на весь североамериканский континент, оставалось еще не одно десятилетие. Даже после официального закрытия западной границы огромные просторы казались бесконечными.

Так же как и в области безопасности пищевых продуктов и лекарств, поворотным моментом для экологического движения стала Вторая мировая война. Промышленная мобилизация в годы войны повлияла на производство не только лекарств, например пенициллина, но и на производство пестицидов, в частности ДДТ, о чем уже говорилось выше. По окончанию войны рост производства хлорорганических пестицидов продолжался практически бесконтрольно.

В начале 1960-х гг. морской биолог Рэйчел Карсон начала писать «Безмолвную весну», которая теперь считается книгой, давшей толчок экологическому движению. Карсон создавала ее в весьма неспокойной социальной и политической обстановке. В послевоенный период американцев все больше волновали проблемы радиации, рака и перспективы ядерной войны. Атомные бомбы, которые США сбросили на Японию, и неизбежные случаи рака, вызванные облучением, а также угроза войны с Советским Союзом оказали очень сильное влияние на психику американских граждан. Рэйчел Карсон это понимала, и в своей книге связала страх перед радиацией с проблемой чрезмерного использования пестицидов. Весьма примечательно, что в книге, посвященной химическому загрязнению, слово «радиация» появляется не менее 50 раз, а слово «рак» – более 110. «Безмолвная весна» обратилась к общественной тревоге, связанной с радиационным загрязнением, и направила ее на проблему повсеместного использования пестицидов.

Карсон обращает особое внимание на три хлорорганических вещества: ДДТ, альдрин и дильдрин. Эти пестициды являются представителями группы токсичных веществ, получивших название стойких органических загрязнителей, или СОЗ. СОЗ липофильны и устойчивы к биотрансформации; в природе они задерживаются в липидных средах, в первую очередь в органических водных отложениях или в самих организмах. Попав в организм, СОЗ обычно аккумулируются в жировой ткани, где могут сохраняться без изменений долгое время. Когда такой организм становится частью пищевой цепи и его съедает другое животное, происходит биоаккумуляция СОЗ. В результате в тканях крупных хищников, например орлов или скоп, птиц, которые занимают высшее положение во многих водных пищевых цепях, эти вещества накапливаются в очень высокой концентрации. Именно снижение численности популяций этих прекрасных птиц привлекло внимание Рэйчел Карсон и многих других. В конечном итоге полное исчезновение хищников стало главной проблемой расцветшего в 1960-х гг. экологического движения. Подобно ранним эпидемиологическим исследованиям Персиваля Потта и других ученых, экотоксикология родилась благодаря очевидному задокументированному событию – исчезновению крупных хищных птиц.

Когда Рэйчел Карсон писала «Безмолвную весну», идея биоаккумуляции была еще непривычной по двум основным причинам. Первая: в то время токсикологи занимались в основном острой реакцией животных на высокие концентрации токсичных веществ, которые давали явный и сильный эффект, нередко летальный. Во времена Рэйчел Карсон использование диких животных для оценки долгосрочного влияния неблагоприятных экологических факторов было еще в зародышевом состоянии. Даже опыты по подтверждению химической канцерогенности на лабораторных моделях начались всего лишь за 45 лет до «Безмолвной весны». В этих экспериментах крыс, мышей и кроликов напрямую подвергали воздействию больших доз канцерогенов в течение длительного времени, но даже при таком мощном воздействии было сложно установить связь между веществом и развитием рака. Чтобы диким животным показать, что с природой что-то не в порядке, они должны были начать в буквальном смысле падать с неба. Что в случае с хищными птицами, отравленными ДДТ, фактически и произошло.

Вторая причина описывается афоризмом: «Проблема загрязнения решается разбавлением». В классических случаях воздействия токсичных веществ необходим прямой контакт с их источником. Если животное не умерло в результате этого воздействия, предполагалось, что концентрация токсина в его организме упадет в результате секвестрации (в безвредной инертной форме), метаболизма или экскреции. Казалось просто невозможным, что концентрация токсина может повышаться при «разбавлении» в процессе потребления пищи в пищевой цепи.

«Безмолвная весна» произвела эффект разорвавшейся бомбы. К 1964 г., когда Рэйчел Карсон безвременно скончалась, книга стала бестселлером, в тот год было продано более миллиона экземпляров. Президент Джон Кеннеди проявил интерес к этой книге, предписав Президентскому Совету по науке внимательно ее изучить. Совет подтвердил утверждение Карсон о том, что неконтролируемое использование пестицидов наносит большой урон окружающей среде путем биоаккумуляции веществ в пищевых цепях. Работа Карсон оказалась приговором для трех пестицидов, которых она «прославила» в своей книге: использование ДДТ было запрещено в Штатах в 1972 г., а альдрина и дильдрина – в 1974 г. Кроме того, «Безмолвная весна» стала катализатором для важных законодательных мер: «Закона о чистоте воздуха» 1963 г., основания Американского управления охраны природы в 1970 г. и «Закона о чистоте воды» 1972 г.

История СОЗ вполне могла бы завершиться благодаря «Безмолвной весне», если бы не еще одно любопытное свойство этой группы веществ: они путешествуют. Осознание этого факта начало распространяться в мире почти сразу же после публикации книги, хотя изначально внимание обратили не на СОЗ, а на уголь – давно знакомого токсичного врага. В 1960-х гг. тепловые электростанции континентальной Европы, работавшие на угле, выбрасывали в атмосферу большой объем соединений серы. В 1970-х гг. были проведены исследования, показавшие, что эти загрязнители могут перемещаться на огромные расстояния – до многих тысяч километров. Такое положение дел означало, что для адекватного решения проблем, связанных с загрязнением воздуха, необходимо международное сотрудничество, и эта потребность предопределила Женевскую конвенцию 1979 г. «О трансграничном загрязнении воздуха».

На самом деле по воздуху путешествует не только диоксид серы, но и некоторые металлы и СОЗ. В 1998 г. члены Европейской экономической комиссии ООН подписали «Протокол о стойких органических загрязнителях» как дополнение к Конвенции 1979 г. В протоколе говорится о запрете на выброс в окружающую среду 16 СОЗ, в том числе 11 пестицидов, двух промышленных соединений и трех промышленных побочных продуктов. Также он запрещает производство и использование некоторых СОЗ (альдрина, дильдрина), вводит график исключения из производства других (гексахлорбензола, полихлорированных дифенилов (ПХД)) и ограничивает использование третьих (ДДТ). Конвенция была расширена в 2000 г., когда представители 122 стран подписали соглашение о контроле СОЗ. Это соглашение было признано международным законом на Стокгольмской конференции по СОЗ в 2001 г. Закон уделял основное внимание 12 веществам, в том числе ДДТ, альдрину и дильдрину, которые получили прозвище «грязной дюжины». С тех пор в список были включены и другие вещества, отобранные по критериям устойчивости, способности к биоаккумуляции в пищевых цепях, атмосферному переносу на большие расстояния и негативному влиянию на здоровье человека.

Термин «стойкие органические загрязнители» не появился в «Безмолвной весне», и Карсон не предполагала, что токсичные вещества могут путешествовать на огромные расстояния. Ее обвинение пестицидам было основано на фактах острого воздействия высоких концентраций, приводящего к быстрой гибели, – тех, что наиболее очевидны для любого. Она не знала о том, что эти вещества могут в исходной форме распространяться глобально. В своей книге она пишет:

«В анализах жировой ткани у некоторых эскимосов были обнаружены незначительные следы ДДТ (от 0 до 1,9 частей на миллион). Причина совершенно очевидна. Эти анализы брали у людей, которые попали в больницы Анкориджа для проведения хирургических операций. Это был цивилизованный современный город, и больничная пища содержала не меньше ДДТ, чем продукты в других крупных городах. За свое короткое обращение к цивилизации эскимосы поплатились попаданием яда в их организмы».

Карсон не приходило в голову, что аборигены Арктики не обязательно должны были приезжать в Анкоридж за дозой ДДТ; ДДТ мог сам добраться до их родных стойбищ.

Как же происходит такой перенос, и почему загрязнители обнаруживаются в самых отдаленных уголках мира, а отнюдь не только в самых населенных или самых загрязненных? Это происходит благодаря так называемой глобальной дистилляции, или «эффекту кузнечика». СОЗ частично летучи, то есть способны испаряться и попадать в атмосферу при теплой погоде. При охлаждении воздуха вещества конденсируются и выпадают из атмосферы обратно на землю. Миграция веществ из одного региона в другой – медленный процесс, состоящий из множества циклов испарения – конденсации, поэтому эффект кузнечика возникает только в том случае, когда вещество устойчиво к деградации, что и свойственно СОЗ. Если вещество попадает в регион, где холодно всегда, как в Арктике и Антарктике, оно там и остается, закрепляясь в конденсированной форме, и уже не может вернуться в атмосферу и продолжить свои странствия по земному шару. Загрязнение Арктики СОЗ – это очень серьезная проблема, так как их химические свойства обусловливают их накопление на крайнем Севере в организмах высших хищников: морских рыб, птиц и млекопитающих. Эффект кузнечика позволяет загрязняющим веществам перемещаться по миру, а устойчивость к деградации не дает распадаться в процессе перемещения. Достигая полярных регионов они благодаря своей липофильности попадают в биоту, а не остаются в воде. Липофильные загрязнители концентрируются в организмах и биомагнифицируются, поднимаясь по пищевой цепи к высшим хищникам.

Еще один фактор, способствующий аккумуляции СОЗ в Арктике – это сама ее экосистема. Она характеризуется низким уровнем продуктивности растений, малым разнообразием видов и относительно простыми пищевыми цепями. Арктическая пищевая цепь начинается с фитопланктона, одноклеточных фотосинтезирующих растений, которые превращают углекислый газ в более сложные органические вещества. Этих одноклеточных поедает зоопланктон – разнообразные мельчайшие животные, в том числе рачки копеподы и амфиподы. Зоопланктоном питается рыба, в том числе арктическая треска – один из самых распространенных в Арктике видов, составляющий важную часть добычи морских обитателей. Эта недолго живущая рыба держится подо льдом, поедая ракообразных и концентрируя в себе СОЗ. Арктические кольчатые нерпы ловят рыбу, в том числе треску, а на них, в свою очередь, охотятся высшие хищники Арктики – белые медведи. В пищевой цепи треска – нерпа – медведь был обнаружен очень высокий уровень биоаккумуляции ПХД в жировых тканях – от 0,0037 до 0,68 и до 4,50 мг/кг соответственно.

Обычно СОЗ в большей степени концентрируется в организме самцов морских млекопитающих, чем самок. Например, в тканях самцов кольчатой нерпы содержится в два раза больше ДДТ и ПХД, чем в тканях самок, а в тканях самцов белых медведей ПХД на 50 % больше, чем у самок. У людей, населяющих этот регион, обнаруживается та же тенденция. Анализы крови инуитов, проживающих на острове Бротон на Северо-Западной территории Канады, показали, что концентрация ПХД увеличивается с возрастом и выше у мужчин, чем у женщин.

Более низкая концентрация загрязнителей в организме самок объясняется лактацией – выработкой жирного молока; однако, хотя концентрация СОЗ в организме самки из-за этого снижается, эти вещества передаются потомству. В грудном молоке инуитских женщин, питающихся «местной пищей» (традиционными продуктами питания, добываемыми в местной экосистеме), содержится вдвое больше СОЗ, чем у женщин из современных поселений, питающихся магазинными продуктами. По содержанию СОЗ молоко инуитских женщин примерно соответствует молоку китов-белух и в семь раз превосходит жировую ткань арктического гольца. Не будет преувеличением сказать, что верхнее положение в арктической пищевой пирамиде занимают детеныши млекопитающих, питающиеся материнским молоком, будь то белые медвежата, зубатые киты или человеческие дети.

Главная тема «Безмолвной весны» – чрезмерное использование хлорорганических пестицидов, легко перемещающихся по земному шару, пока не достигнут холодной и богатой жиром среды, где они могли бы осесть. Но заслуга книги не только в этом; она стала толчком для развития современной экотоксикологии. Хотя Карсон неправильно интерпретировала обнаруженные в организме эскимосов СОЗ, «Безмолвная весна» открыла глаза обществу (в том числе молодым перспективным ученым) на то, что тенденции, наблюдаемые в живой природе, можно рассматривать как прогноз будущих экологических проблем.

Публикация «Безмолвной весны» совпала с существенным изменением парадигмы в экотоксикологии. В книге, вероятно, впервые в истории было показано, что влияние человека на природу далеко не всегда позитивно, человек способен изменять целые экосистемы путем чрезмерного выброса промышленных химикатов. Более того, проведя анализ многочисленных исследований, Карсон извлекла суть из разрозненных обрывков информации и смогла на их основе сделать очень важное, хотя и пугающее, заключение. В своей книге она коснулась таких перспективных направлений, как трансгенерационная токсикология, репродуктивная токсикология, использование организмов-индикаторов, смешивание химических веществ в окружающей среде, приводящее к непредвиденным последствиям для здоровья человека, подверженность аборигенов приполярного региона воздействию СОЗ, различная чувствительность к пестицидам и эндокринные нарушения, вызванные гормональными канцерогенами. Окончание Второй мировой войны предопределило наступление новой химической эры, а «Безмолвная весна» предопределила наступление современной эры понимания воздействия на природу новых искусственных химических веществ. С точки зрения экологии современный подход к токсикологии и окружающей среде восходит именно к этой судьбоносной книге.