Казанский университет всегда славился своим химическим отделением, которое потом стало называться факультетом. Здесь работал химик Карл Карлович Клаус, который таким образом переделал на русский лад свое имя Карл-Эрнст, — по происхождению Карл Карлович был остзейским, то есть прибалтийским, немцем. Больше года изучая состав руды из платинового месторождения, он выделил новый химический элемент, который назвал рутением в честь России, которую считал своим Отечеством. Да, собственно, Россия и была его Отечеством, остзейские немцы были едва ли не более русскими, чем уроженцы Вологды или Курска, а уж сколько сделали для своего Отечества! Генерал-фельдмаршал Барклай-де-Толли, открыватель Антарктиды Крузенштерн, генерал Врангель и мореплаватель Врангель, мореплаватель же Коцебу, арктический исследователь Эдуард Толль и еще десятки блестящих имен!

 

История с Арбузовым

Впрочем, мы отвлеклись. Добавим только, что Ruthenia — это и есть Россия по-латыни и что Карл Карлович имел обыкновение пробовать химические вещества на вкус и как-то две недели провалялся в постели, надышавшись парами четырехокиси осмия. В том же Казанском университете работал, и даже два срока был его ректором, создатель теории строения органических соединений Александр Михайлович Бутлеров. В победный 1945-й год в Казани был организован Казанский филиал Академии наук СССР, который возглавил блестящий химик Александр Ерминингельдович Арбузов. Работал на химическом факультете университета и его сын, тоже академик Борис Александрович Арбузов, который и рассказал потрясающую историю про своего отца, Марию Кюри и элемент радий.

В начале прошлого века супруги Кюри Мария и ее муж Пьер открыли новый элемент, названный ими радием. Этим элементом с весьма необычными свойствами заинтересовались химики со всего света, в том числе и из Казани. Времена были простые, чуть ли не все химики мира знали друг друга и общались, лично или эпистолярно. Вот и Александр Ерминингельдович написал Марии Кюри письмо с просьбой прислать ему образец радиоактивного элемента. Мадам залила в стеклянную ампулу несколько кубиков раствора хлористого радия, запаяла, завернула ампулу в вату, уложила в фанерную коробочку и отправила в Казань обычной почтой. Будущий академик Арбузов что-то там поизмерял, поэкспериментировал, снова запаял ампулу и запихнул коробочку с ней в нижний ящик своего письменного стола.

В 1921 году Владимир Иванович Вернадский в Петрограде основал Радиевый институт для изучения радиоактивности. Во время войны Радиевый институт, как и многие другие, был эвакуирован из Ленинграда на химфак Казанского университета, где размещением сотрудников и оборудованием лабораторий занимался как раз Арбузов. Война закончилась, институты начали возвращаться в Ленинград, уехали и сотрудники Радиевого института со всеми приборами. Однако они довольно здорово загрязнили факультет своими радиоактивными препаратами, а к тому времени уже было известно об опасности радиации: Мария Кюри умерла именно от лейкемии, вызванной продолжительной работой с радием без каких-либо мер предосторожности. Поэтому после реэвакуации Радиевого института на химическом факультете провели дезактивацию помещений, постоянно проверяя уровень радиоактивности. Поразительно, но самым «фонящим» участком на факультете оказался нижний ящик стола академика Арбузова, который ежедневно проводил за ним несколько часов. Все эти 40 с лишним лет там пролежала ампула с радием, но академик скончался только в 1968 году в возрасте 91 года. Его сын и тоже академик Борис Александрович Арбузов также имел дело с радиоактивными веществами и тоже прожил долгую жизнь — 88 лет. По-видимому, устойчивость к действию радиоактивности имеет генетический характер.

 

Запретный полоний

А вот Мария Склодовская-Кюри, как мы уже говорили, такой устойчивостью не обладала. Впрочем, и работала она с радиоактивными элементами гораздо более плотно, чем отец и сын Арбузовы. Радий Мария с мужем открыли, когда ими же было установлено, что отходы после извлечения из руды элемента урана показывают не меньший уровень радиоактивности, а, как ни странно, больший. Они догадались, что в этих отходах есть что-то такое, что «светит» сильнее урана, перелопатили десять тонн урановой руды (смеси оксидов урана, так называемой урановой смолки) и выделили соль металла, который впоследствии они и назвали радием (от латинского radius — луч). Именно Мария Кюри придумала термин «радиоактивность».

Вскоре они открыли и еще один радиоактивный элемент, который назвали полонием — в честь Польши, родины Марии Склодовской-Кюри. В некотором смысле это было вызовом царскому правительству. Дело в том, что подданная Российской империи Мария Склодовская родилась в 1867 году в Варшаве, столице будущего польского государства, но тогда никакой Польши не было, и родной город Марии Склодовской входил в Варшавское генерал-губернаторство Российской империи. Даже само это слово — «Польша» — употреблять не рекомендовалось.

Поскольку в те времена женщине получить образование в России было довольно-таки затруднительно, Мария уехала во Францию, поступила в парижскую Сорбонну и закончила ее с очень хорошими оценками. Вскоре она вышла замуж за Пьера Кюри и, прибавив фамилию мужа к своей, стала Склодовской-Кюри, хотя во Франции все звали ее просто мадам Кюри. Через несколько лет после открытия сразу двух химических элементов ее знаменитый муж погиб как простой парижский булочник — он был сбит конным экипажем. За три года до трагедии Пьер вместе с женой получил Нобелевскую премию по физике. А Мария Склодовская-Кюри является единственной женщиной, дважды получившей Нобелевскую премию, причем вторую уже не по физике, а по химии.

Одна из двух дочерей Марии и Пьера Кюри, Ирен, пошла по стопам матери и вместе со своим мужем, Фредериком Жолио-Кюри, также получила Нобелевскую премию за исследования радиоактивности. Ирен и Фредерик, как и великая мадам Кюри, умерли от последствий лучевой болезни: Ирен — в возрасте 59 лет, Фредерик — в возрасте 58 лет. Оба супруга работали и с радием, и с полонием, причем однажды Ирен по неосторожности пролила раствор соли полония себе на руки. Можно сказать, что Ирен Жолио-Кюри — первая в мире жертва отравления полонием.

Сейчас полоний в микроколичествах получают из урановой руды, а в граммовых количествах — в ядерных реакциях с участием висмута. Все изотопы полония радиоактивны, изотоп Ро-210 используется для лабораторного получения нейтронов. Изотоп является источником излучения альфа-частиц, которое можно преобразовать в электрический ток, поэтому на основе Ро-210 изготавливают батарейки сравнительно длительного срока службы для космических аппаратов — период полураспада этого изотопа составляет 138 дней. (Напомним, что период полураспада — время, за которое распадается лишь половина радиоактивного вещества. Об этом почему-то часто забывают, а ведь полный распад элемента происходит за время 5–6 полупериодов. Так, наибольшую опасность для человека после Чернобыльской аварии представляют изотопы цезия-137 и стронция-90 с периодом полураспада около 30 лет, и это означает, что опасность исчезнет только лет через 150 (5 × 30).

Полоний и его соли являются чрезвычайно ядовитыми веществами. После введения полония в организм человека резко изменяется состав крови, катастрофически нарушается деятельность печени и почек. Известно, что радиоактивное облучение может привести и к онкологическим заболеваниям, а может и подавлять рост злокачественных опухолей. Все зависит от мощности излучения, точности в выборе мишени и так далее, но полоний, в отличие от кобальта-60, медицинского применения пока не нашел. Зато случаи предумышленного отравления полонием известны.

Мария Склодовская-Кюри умерла от рака крови в 1934 году, в возрасте 68 лет. Она не просто работала с радиоактивными препаратами, но даже носила на груди ампулу с раствором соли радия. Впрочем, это последнее скорее всего легенда, но вот что известно совершенно точно: страницы рабочего блокнота с записями Марии Склодовской-Кюри об открытии полония и радия до сих пор, через сто с лишним лет, проявляют заметную радиоактивность. В честь Кюри названа внесистемная единица кюри (Ки), соответствующая радиоактивности 1 грамма радия — это бешеная активность. Для биологических исследований с помощью «меченых атомов» используют препараты, активность которых составляет тысячные доли Ки. Метод «меченых атомов», использование химических соединений, в которых какой-либо элемент заменен на его радиоактивный изотоп, позволяет установить, например, в каком именно органе человеческого тела концентрируется данное соединение, то есть где сидит рак. А на измерении содержания изотопа углерода-14 в органических артефактах прошлого основан метод радиоуглеродного датирования.

 

Радиоуглеродный метод

Метод радиоуглеродного датирования основан на следующем физико-химическом принципе: элемент углерод имеет три изотопа — стабильный углерод-12 в количестве почти 99 % от общего содержания изотопов, примерно 1 % углерода-13 и 10–10 % радиоактивного изотопа углерод-14. Этот изотоп образуется в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей на атмосферный азот и имеет период полураспада 5750 лет.

Соотношение углерода-12 и углерода-14 в атмосфере и в биосфере (в живых организмах) примерно одинаково из-за активного перемешивания и участия всех живых организмов в углеродном обмене. Круговорот углерода в природе связан с усвоением углеродсодержащей пищи животными, а также гниением и выделением при этом углекислого газа, а он в процессе фотосинтеза поглощается растениями, которые в конце концов и поедаются животными. Особенно вкусные части растений (да и животных) поедает человек.

Но после смерти живого организма углеродный обмен прекращается. Стабильный углерод-12 как был, так и остается в мертвой плоти, а вот радиоактивный углерод распадается, то есть с каждым годом его становится все меньше и меньше, а соотношение углерод-12 / углерод-14 непрерывно возрастает. Это соотношение можно измерить, причем очень простыми методами, хоть тем же дозиметром, а затем сравнить с современной величиной соотношения. Поскольку период полураспада углерода-14 известен, можно легко рассчитать, сколько прошло времени после того, как древний грек срубил эту оливу и изготовил из нее деревянную ложку, которая чудом не сгнила и была найдена в археологическом раскопе. Или выяснить, когда именно убили «альпийского человека» Этци, мумия которого была вморожена в альпийский лед и тоже отлично сохранилась.

За разработку радиоуглеродного метода Уиллард Либби получил в 1960 году Нобелевскую премию. Сейчас мы можем определять возраст образца до 60 тысяч лет, то есть до десяти времен полураспада углерода-14, содержание которого за это время уменьшилось в тысячу раз. Самым знаменитым и самым оспариваемым примером применения радиоуглеродной датировки является установление возраста Туринской плащаницы, в которую по легенде был завернут Иисус Христос после смерти на кресте. В трех независимых лабораториях слепым методом было установлено, что плащаница изготовлена в XIII веке и не имеет никакого отношения к Иисусу Христу.

Однако этот вывод оспаривают многие верующие в плащаницу и Иисуса Христа, причем они имеют для этого некоторые основания: у радиоуглеродной датировки, как и любого другого научного метода анализа, имеются недостатки. Хотя правильнее их было бы называть проблемами. А дело вот в чем: очень непросто правильно отобрать образец для анализа. Та же плащаница за долгие годы хранения могла быть засорена другим органическим материалом, она горела в пожаре XVI века, а он мог «омолодить» волокна ткани. Однако независимые лаборатории использовали не саму ткань, а извлеченную из нее неповрежденную целлюлозу, молекулы которой ничем не изменишь. Так что выводы о XIII веке, похоже, неопровержимы.

Кстати, о древних плащаницах. Не так давно в иерусалимском захоронении нашли похоронный саван, предположительно I века нашей эры. На Святой Земле уже неоднократно находили остатки саванов, в которые заворачивали умерших в I веке, однако в самом Иерусалиме это произошло впервые. Саван хорошо сохранился, потому что погребальная камера в пещере, где находились завернутые в саван останки, была тщательно запечатана известковым раствором. Это сразу дало возможность археологам заподозрить, что умерший страдал какой-то заразной болезнью, вероятно, туберкулезом.

Радиуглеродный анализ костей показал, что умерший скончался в начале I века нашей эры — в тот самый период, когда, согласно Новому Завету, был распят Иисус Христос. Вот с этим радиоуглеродным анализом не станут спорить даже сильно верующие. Вскрытая пещера находится в Хиннонской долине, где, согласно Евангелию от Матфея, находится та самая «земля горшечника», которая была куплена за 30 Иудиных сребреников для похорон странников. Так что, возможно, в найденном захоронении погребены останки какого-нибудь больного паломника, пришедшего в Иерусалим в надежде на исцеление. Саван состоит из двух частей: одной накрывали голову, другой — остальную часть тела; делалось это для того, чтобы вдруг оживший мертвец мог закричать — в те времена впавших в летаргический сон часто принимали за умерших. Сама ткань соткана путем простого двустороннего переплетения нитей, а не диагонального, которое использовано в знаменитой Туринской плащанице. Но возникает вопрос: захотят ли верующие признать в простом туберкулезнике Христа?

 

Шотландский виски, голландский гений

Есть и совершенно неожиданные примеры применения радиоуглеродного метода. Например, отличить поддельный виски от настоящего коллекционного помогли испытания ядерного оружия 50-х и 60-х годов прошлого века.

Стоимость бутылки этого замечательного напитка, произведенного несколько десятилетий назад, может достигать нескольких тысяч фунтов стерлингов. А за виски позапрошлого века коллекционеры платят уже десятки тысяч фунтов. Разумеется, на этом своеобразном и многомиллионном рынке то и дело появляются подделки, которые довольно трудно отличить от оригинала. Искусственно состарить бутылку не так уж трудно, методы безупречной фальсификации стекла, бумаги этикетки и пробки давно и хорошо разработаны. Казалось бы, нужно провести анализ содержимого — обычного деревенского самогона, который шотландцы сумели всучить всему миру как качественный и элитарный «виски», — однако дегустаторы с трудом отличают старый напиток от сравнительно нового, поскольку при хранении виски в бутылке, в отличие от хранения в бочке, никаких особых изменений состава напитка не происходит.

Но специалисты из оксфордского Центра по радио углеродной датировке с помощью ускорителя догадались, что изготовленный в середине прошлого века виски делали из ячменя, произраставшего на полях с радиоактивными осадками от многочисленных испытаний атомных и водородных бомб. А значит, в конечном продукте содержание изотопа углерода-14 должно быть выше, чем в современной подделке, изготовленной после прекращения испытаний. Предположение блестяще подтвердилось, и теперь в Институте шотландского виски (надо же, есть и такой!) отбирают пробу напитка, выпаривают, сухой остаток помещают в ускоритель и измеряют содержание углерода-14.

В этой забавной организации уже научились определять время изготовления и гораздо более старого виски — если не год, то, во всяком случае, столетие. И в результате совсем недавно с аукциона «Кристи» была снята бутылка подделки, выдававшей себя за коллекционный Macallan Rare Reserve 1856 года. Оказалось, что виски, на который была установлена первоначальная цена 20 тысяч фунтов, изготовлен почти на сто лет позже, в 1950 году. Кстати, виски 1950 года тоже весьма недешевый напиток!

Напрашивается аналогия: поддельный Вермер работы фальсификатора ван Мегерена стоит намного дороже иных подлинных «малых голландцев». Эта история тоже связана с развитием химического анализа. Некий голландец Хан ван Мегерен во время оккупации Голландии гитлеровской Германией продал самому Герману Герингу картину «Христос и судьи», которую он выдавал за подлинник Вермера Делфтского (середина XVII века), причем продал за баснословную по тем временам сумму — полтора миллиона гульденов. Разумеется, картину он нарисовал сам, будучи вполне мастеровитым художником, — правда, его собственные работы признания у публики не нашли. Впрочем, Геринг, этот известный ценитель прекрасного, после сделки не обнищал — он был далеко не бедным человеком, да и те деньги наверняка украл у какого-нибудь репрессированного еврея.

После победы над нацистами в 1945 году голландцы решили осудить ван Мегерена за сотрудничество с оккупантами, но тут-то он и сознался в своих фальсификациях, а для доказательства предложил нарисовать — при свидетелях — еще одного «Вермера». Через полтора месяца появилась его последняя прекрасная картина «Юный Христос, проповедующий в храме». Теперь уже никто не сомневался, что ван Мегерен не запятнал себя коллаборационизмом, но ему все-таки присудили год тюремного заключения — за подделку произведений искусства. В камере он провел всего один день — после всего пережитого умер от сердечного приступа.

А между тем краска и холсты подозрительных картин, связанных так или иначе с именем ван Мегерена и украшавших лучшие европейские собрания, были проанализированы, в том числе с использованием измерения времени жизни радиоактивных изотопов, входивших в состав краски. Вскоре фальшивые «малые и большие голландцы» кисти гениального фальсификатора были удалены из художественных галерей и частных коллекций. Но прошло совсем немного времени, и они снова поступили на аукционы! Картины-то замечательные, да еще с такой захватывающей историей. И некоторые из них стоят подороже подлинников голландских художников того времени, хотя, конечно, не Вермера.

 

Запрещенный Рапопорт

Все хорошо знают, что работа с радиоактивными веществами не способствует здоровью их исследователей. Наверное, пагубное воздействие радиации не прошло бы даром и для мужа Марии Кюри Пьера, однако в 1906 году ученого сбил конный экипаж и колесо раздавило ему голову. Смерть под колесами, — правда, не экипажей, а автомобилей, — более типична для второй половины автомобильного XX века, Пьер Кюри и здесь опередил свое время. Точно так же, не из-за облучения, а в результате наезда автомобиля, погиб и наш соотечественник Иосиф Абрамович Рапопорт, выдающийся исследователь явлений, связанных с влиянием на живые организмы не только радиоактивности, но и химических соединений.

Однажды, когда в каком-то из отделов кадров его фамилию написали через два «п» — фамилия Раппопорт встречается гораздо чаще, — Иосиф Абрамович возмущенно заявил, что у него только один глаз и только одно «п». Второй глаз он потерял на фронте во время Великой Отечественной войны, на которой был дивизионным разведчиком. Надо же было командованию назначить в разведку, где легче всего попасть в плен к немцам, именно еврея! Но Рапопорт выжил и был даже несколько раз представлен к званию Героя Советского Союза, однако звания этого не получил: бумаги во всех случаях таинственным образом пропадали. Еще во время войны, в госпитале, он защитил докторскую диссертацию по генетике и в 1948 году уже известным ученым присутствовал на печально знаменитой, разгромившей отечественную генетику сессии ВАСХНИЛ (Всесоюзная Академия сельскохозяйственных наук имени Ленина).

Рапопорт стал единственным, кто открыто выступил против Трофима Лысенко, стремившегося ликвидировать не только генетику, но и самих генетиков, дабы избавиться от образованных конкурентов. В пухлом томе стенографического отчета о сессии есть такая лапидарная запись: «Рапопорт, с места: „Мракобесы!“ Его выводят». Иосиф Абрамович был исключен из партии, и можно сказать, что это было минимальным из возможных наказаний за его антипартийное и антисоветское поведение. Нелепейшим образом пострадала и выдвигавшаяся вместе с ним на Нобелевскую премию англичанка Шарлотта Ауэрбах: по правилам Нобелевского комитета номинируются либо оба исследователя, либо ни один. Кстати, выдающийся генетик еврейка Шарлотта Ауэрбах начинала свою исследовательскую деятельность в Германии, у нашего великого ученого Н. В. Тимофеева-Ресовского, который во время войны спас ее от нацистского концлагеря.

Только через 9 лет Рапопорту удалось вернуться к работе по химическому мутагенезу, когда директор Института химической физики лауреат Нобелевской премии академик Н. Н. Семенов создал для него в своем институте специальный секретный отдел, до которого не могли дотянуться лапы Лысенко. Здесь Рапопорт и открыл свои супермутагены, химические вещества, изменяющие состав наследственной молекулы ДНК, а следовательно, и свойства организмов с этой ДНК, причем, как показали его эксперименты, частота мутаций с использованием супермутагенов возрастает по сравнению с природной раз в 50. В результате получается новый сорт пшеницы или какой-нибудь гречки, либо обладающий большей урожайностью, либо приобретающий какое-нибудь иное полезное свойство, например устойчивость к полеганию или несъедобность для насекомых-вредителей. И все это происходит с помощью супермутагенов, к примеру этиленимина, диметилсульфата и боевого отравляющего вещества иприта (см. главу 5).

Рапопорт придумал и сам термин «супермутагены» и показал, что некоторые из них обладают даже большей мутационной активностью, чем такой признанный мутаген, как радиоактивное излучение. А этиленимин начал использоваться для получения мутантов не только растений, но и представителей «третьего царства» — грибов, продуцирующих антибиотики. Рапопорт создал около 400 новых высокопродуктивных сортов основных сельскохозяйственных культур; как мы уже говорили, в 1962 году он был выдвинут на Нобелевскую премию. После скандала с Нобелевской премией Бориса Пастернака шведы осторожничали и в случае с Рапопортом запросили согласия у Советского правительства. Условием получения премии советское начальство поставило вторичное вступление Рапопорта в партию. Рапопорт отказался, и в том году премию получили Френсис Крик, Джеймс Уотсон и Морис Уилкинс за открытие структуры молекул нуклеиновых кислот — да-да, это та самая знаменитая структура ДНК и, наверное, самая знаменитая Нобелевская премия по физиологии и медицине. Поразительное совпадение.

Классическая селекция, которой занимался и наш Мичурин, производится так: среди выросших уже колосьев пшеницы выбирают те, которые лучше всего удовлетворяют требованиям селекционера. Например, наиболее устойчивые к полеганию — совершенно случайно, под действием самых разнообразных природных факторов, именно в семенах этих будущих колосков произошла подходящая мутация. Следующей весной селекционер высаживает эти семена и осенью отбирает из урожая наиболее стойкие колоски. На следующий год высаживает их семена и так далее. Лет через десять появляется новый сорт с низкой полегаемостью. Рапопорт же создал совсем новый метод: теперь генетики обрабатывают семена сильным мутагеном и уже в первый год выбирают растения, у которых мутация привела к появлению нужного свойства.

 

Пища богов и Франкенштейна

В конце прошлого века успехи генетики привели к очередной революции в селекции. Расшифровав генетический аппарат множества растений и животных, генетики научились, во-первых, определять ген, ответственный за появление нужного свойства, и, во-вторых, встраивать его в наследственный аппарат другого растения или животного. В результате, например, картофель с внедренным геном токсичности из бактерии Bacillus turingensis не поедает колорадский жук, определяемый этим геном токсин для жука убийствен. Такой способ селекции называется генной модификацией.

Казалось бы, все замечательно. Но на генную модификацию яростно набросились зеленые. Что же их так взволновало? А дело в том, что методами генной модификации выведены и выводятся сорта растений, устойчивых к вредителям. И соответственно поля больше не нужно обрабатывать пестицидами и прочей ядовитой и для человека «химией». А рынок средств защиты растений — это миллиарды долларов. Вот и компании, занимающиеся их производством, сильно озадачились своим будущим и принялись изо всех сил обрабатывать зеленых, ну а те завопили, что еда из генно-модифицированных продуктов — это «пища Франкенштейна». И помидоры с внедренным геном холодоустойчивой североатлантической рыбешки, которые в результате получили свойство устойчивости к заморозкам, являются мерзкими богопротивными гибридами растения и животного. Господь до такого не додумался, и, значит, эти помидоры — жуткая отрава, и еще неизвестно, что будет с будущими поколениями людей, поедавших рыбопомидоры.

Но человек, изучавший в школе биологию, по идее должен понимать, что любые гены — и природные, и искусственно внесенные в генетический код растения, — а также соответствующие им белки в нашем организме будут прежде всего и обязательно расщеплены на аминокислоты и благополучно переварены. А аминокислоты все одинаковы! И изменить что-то в генах человека чужие гены не могут. Критики генной модификации просто обманывают людей. Один ученый уже давно предложил премию в 10 тысяч долларов тому, кто предоставит статью о вреде для человека картофеля, устойчивого к колорадскому жуку, но никто за премией так и не пришел. Мы веками едим икру, а это почти чистый генетический материал белуги или севрюги, а в последнее время все увлеклись суши и едят сырую рыбу. Но почему-то ни у кого жабры не выросли. Кроме того, критики забывают, что мы на самом деле уже давным-давно используем генно-инженерные лекарства, витамины и вакцины, пьем вино и пиво, которое сбраживают генно-инженерные дрожжи, едим йогурты, которые сквашивают генно-инженерные лактобактерии, и никаких неприятных последствий не наблюдается.

Аргумент насчет рыбопомидора также не выдерживает никакой критики. Дело в том, что генетическая информация и растений, и животных содержится в одной и той же молекуле ДНК. Только «буквы» этой информации, нуклеотидные основания, расположены по-разному. Молекула ДНК очень длинная (ее можно даже увидеть в обычный оптический микроскоп), и сочетание «букв», приводящее к появлению гена морозоустойчивости, наверняка можно встретить и во множестве растений и животных. Просто природа сочла, что помидору, изначально выращиваемому только в жаркой Центральной Америке, морозоустойчивость не нужна и перевела этот ген в разряд «молчащих».

Молчит этот ген и у бамбука. А ведь бамбук можно было бы использовать как исходное сырье для производства биотоплива. Сейчас взамен природных углеводородов используют этиловый спирт из кукурузы и сахарного тростника, растительное масло из рапса заливают в дизельные двигатели, из отходов на свалках получают биогаз. Однако стоимость биотоплива часто оказывается выше цены на нефть, а главное, при выращивании растений все равно приходится сжигать углеводороды, требующиеся тракторам, комбайнам и на фабриках по производству пестицидов.

Хорошей заменой кукурузы и тростника могла бы стать обычная древесина, которую можно использовать и для микробиологического производства того же спирта, и просто в качестве дров. Но тут появляется фактор времени: быстрее всего растет бамбук, но не в российском климате. Поэтому ученые из Иркутска постарались получить быстрорастущие осины и пирамидальные тополя. Они выделили из кукурузы ген, который управляет гормоном быстрого роста, и внесли его в почку осины. В результате опытные образцы росли в 7–8 раз быстрее обычных видов и за два года из саженца вырастало четырехметровое дерево.

Теперь, после получения необходимых разрешений, эти генно-модифицированные растения переводят на плантации. Через несколько лет деревья срубают, измельчают и путем брожения получают этиловый спирт. Но еще проще использовать их в качестве дров — в последнее время этот вид топлива перестали считать примитивным и устаревшим и отапливают им не только избы в деревнях, но и коттеджи, и даже многоэтажные дома. И это понятно — сидеть у камина совсем не то, что у батареи центрального отопления.

 

Иммунная коза

Сейчас проводят генную модификацию не только растений, но и животных. Делается это не потому, что, как говорил Станислав Ежи Лец, «чем больше мы заботимся о животных, тем они вкуснее», а с целью получения особо необходимых человеку веществ. Например, белка лактоферрина. Это белок, присутствующий в материнском молоке и обеспечивающий новорожденному ребенку еще не сформировавшийся у него иммунитет. Лактоферрин защищает от болезней, стрессов, холода и жары — от всего, что может повредить младенцу. А при встрече с инфекциями работает как природный антибиотик, уничтожая бактерии, вирусы и грибки.

Известно, что дети, находящиеся на искусственном вскармливании, лактоферрин не получают, а потому чаще болеют; среди них значительно выше заболеваемость и смертность. Чтобы им помочь, разумно, казалось бы, использовать грудное донорское молоко, но его мало, к тому же оно может быть источником опасных вирусов и бактерий, вот почему использование донорского молока в качестве источника лактоферрина в России запрещено. Но методами генной инженерии можно заставить животных, дающих молоко, производить лактоферрин в необходимых количествах.

Такие работы идут во многих странах мира, в России их начали ученые из Института биологии гена РАН. Поначалу идеи наших генетиков не нашли поддержки на родине, тогда не было в нашей стране ни чистопородных коз, ни денег. Зато понимание, финансовую поддержку и породистых коз ученые нашли в союзном государстве Россия-Белоруссия. За прошедшие годы им удалось создать генно-инженерные конструкции, позволяющие внедрить ген человеческого белка лактоферрина в организм животных. Их испытали на мышах, а потом внедрили в яйцеклетки коз. Получили козлов-производителей, а от них потомство козочек, которые дают молоко с уникальным человеческим белком.

Лактоферрин нужен не только детям, он эффективен и в лечении онкологических и многих других заболеваний, не случайно один его грамм на мировом рынке стоит до трех тысяч долларов. Во многих странах мира уже вывели трансгенных коров, чье молоко содержит человеческий лактоферрин.

Однако наши ученые не случайно выбрали коз. Во-первых, коровье молоко переносят далеко не все дети, существует и аллергия на коровье молоко, и непереносимость молочного сахара лактозы, а козье молоко издавна применяется в лечебном питании. Во-вторых, высокоудойная коза дает до тонны молока за год. Еще недавно острили, что коза — это корова социализма, поскольку голодная и худосочная колхозная буренка давала молока едва ли не меньше, чем ухоженная коза частника. В-третьих, выделенный из коровьего молока белок надо зарегистрировать как препарат, что требует времени, а козье молоко можно просто пить и детям, и взрослым. В-четвертых, содержание в нем лактоферрина в среднем в 10 раз выше, чем в женском грудном молоке, и он полностью идентичен человеческому.

Идеи ученых поддержали и российские фермеры. Две козьи фермы для получения лечебного молока уже построены — в Подмосковье и рядом с Великим Новгородом. Фермеры готовы наладить производство молока и различных продуктов из него, а генетики создали технологию выделения из молока лечебного лактоферрина и разделения человеческого и собственного белка животных. Предлагаю только целебный козий лактоферрин зеленым и противникам генной модификации не продавать!

Еще одним интересным примером генной модификации животных является выведение китайскими учеными хрюшек, которые производят жир с «рыбными» омега-3-кислотами. Эти кислоты являются основой витамина F, содержащегося в рыбьем жире. Китайские генетики встроили в ДНК свиньи ген рыб, ответственный за выработку омега-3-кислот, и родившийся у свинки поросенок приобрел замечательное качество — его жир и сало стали так же полезны, как рыбий жир. При этом исследователи утверждают, что шашлык из такого поросенка не имеет рыбного привкуса — надо сказать, обнаружилось это только после триумфального завершения эксперимента.

Успех китайских генетиков позволяет сделать некоторые предсказания по поводу «изготовления» новых видов животных. Например, рыбий жир содержит не только полезные омега-3-кислоты, но и богат витамином D (а также А). Напрашивается введение в ДНК свинки гена, вызывающего выработку этих витаминов. Другое направление исследований — выведение генетическим методом свиней, которые «жуют жвачку» и соответственно могли бы употребляться в пищу иудеями и мусульманами. Разведение «чистых» свиней в мусульманских странах с общим населением более 1 миллиарда человек спасло бы человечество от грядущего продовольственного кризиса.

До окончательного торжества селекции и генной модификации Иосиф Абрамович Рапопорт не дожил. Он погиб под колесами сбившего его грузовика. Работы по химическому мутагенезу тем не менее продолжаются, у этого метода остаются еще некоторые преимущества перед генной модификацией. И разумеется, огромные средства тратятся на изучение радиоактивности, открытой Беккерелем и впервые подробно изученной семейством Кюри. И конечно, самым главным событием в ее истории было обнаружение деления урана, наиболее наглядно продемонстрированное при бомбардировке Хиросимы и Нагасаки атомными бомбами.

 

«Малыш» и «Толстяк» летят на Японию

Первая атомная бомба, взорванная в испытательных целях 16 июля 1945 года в пустынной местности американского штата Нью-Мексико, была изготовлена с использованием плутониевого заряда. Элемент плутоний (изотоп плутоний-238) был впервые искусственно получен еще в 1941 году, но в атомной бомбе используется другой изотоп — плутоний-239. Испытания этой первой бомбы, называвшейся тогда просто Gadget, «Устройство» (английское слово «гаджет» со значением «приспособление» ныне вошло в русский язык), с точки зрения разработчиков прошло вполне удачно. Однако некоторые присутствовавшие при испытаниях американские военные выражали недоумение по поводу огромных затрат на создание бомбы и не слишком эффектного взрыва — и действительно, последствия взрыва в пустыне не были столь наглядны, как последующие результаты применения атомного оружия в Хиросиме и Нагасаки.

Несмотря на успех испытания плутониевой бомбы, на японский город Хиросима была сброшена бомба «Малыш» с зарядом не из плутония, а из изотопа урана-235. Еще до бомбардировки американские физики знали о сравнительно малой эффективности этой бомбы, связанной с расщеплением всего лишь пары процентов заряда. Однако и этого количества (речь идет о нескольких килограммах смеси изотопов урана) вполне хватило для полного уничтожения города и большинства его обитателей. Нельзя не признать, что выбор уранового заряда взамен плутониевого был обусловлен еще и чисто научным интересом разработчиков первых атомных бомб, фактически бомбардировка Хиросимы стала вторым испытанием этого оружия после взрыва в Нью-Мексико.

«Успех» плутониевой бомбы был закреплен при бомбардировке города Нагасаки. Из-за специфики географического расположения города и характера застройки, а также вследствие меньшей мощности, чем у урановой бомбы, здесь было гораздо меньше жертв и разрушений, чем в Хиросиме, однако плутониевая бомба «Толстяк» полностью подтвердила свою «работоспособность». (В настоящее время атомные бомбы изготавливают именно из так называемого оружейного плутония. С ним гораздо удобнее работать, ведь при использовании урана приходится разделять изотопы в природном уране и выделять уран-235, а это сложная и дорогостоящая операция).

В качестве целей американские военные и правительство для начала определили города Киото, Хиросиму, Иокогаму и городок Кокура, пригород Китакюсю. Впоследствии Киото и Иокогама были заменены на Ниигату и Нагасаки, причем Киото потребовал исключить из списка министр обороны США, который полюбил этот город после пребывания там во время своего медового месяца. Иокогаму решили не трогать из-за близости к Токио и возможности уничтожения императора Японии, которому предстояло еще подписать указ о капитуляции.

С самого начала была отвергнута идея бомбардировки отдельно стоящих промышленных объектов Японии, так как ядерное бомбометание представляло собой не просто часть военных действий, а было призвано продемонстрировать населению Японии фантастические возможности нового оружия, оказать психологическое давление и принудить правительство страны к капитуляции. Хиросима оказалась весьма подходящей для этого целью — на 90 % город состоял из деревянных одноэтажных построек, имел довольно большую площадь и был окружен холмами, которые могли бы усилить поражающее действие ударной волны. Слово «Хиросима» означает «широкий остров», лежащий вблизи невысокой горной гряды, причем скорее даже не остров, а просто ограниченная чем-то территория. Аналогом в данном случае может служить Лосиный остров в Москве, вовсе не окруженный водой. (Кстати, слово «Фукусима», название места, где в 2011 году произошла страшная авария на атомной станции, означает «счастливый остров».) Население Хиросимы в тот момент достигало 250 тысяч человек, среди которых были и американские военнопленные; лагеря для военнопленных располагались и в других городах Японии — заключенных использовали в качестве дармовой рабочей силы.

Справедливости ради отметим, что за десять дней до бомбардировки Хиросимы американцы передали по радио и сбросили с самолетов в виде листовок текст Потсдамской декларации, в которой были сформулированы условия капитуляции Японии и сделан достаточно «толстый» намек на обладание союзниками невиданным по мощности оружием. Хотя про конкретно атомное оружие там и не говорилось, оно все еще было секретным. Японское правительство отвергло декларацию.

Надо добавить, что подвергнутые бомбардировке города Хиросима и Нагасаки находятся вдали от густонаселенного центра Японии, атака на который привела бы к гораздо большему числу жертв среди мирного населения.

Разумеется, помимо ударной волны, светового и ионизирующего излучения при взрыве бомбы происходит еще и радиоактивное заражение местности, однако в случае сброшенных на Хиросиму и Нагасаки бомб действие этого фактора было не слишком велико, поскольку массы ядерных зарядов в обоих случаях исчислялись килограммами. Конечно, в момент взрыва и годы спустя тысячи японцев умерли от лучевой болезни, однако после взрыва 4-го реактора Чернобыльской АЭС значительно большая площадь подверглась радиоактивному заражению и значительно большее количество людей заболели. Это объясняется тем, что при взрыве реактора в атмосферу были выброшены не килограммы радиоактивных веществ, а тонны ядерного топлива, зато практически отсутствовало поражение ударной волной и световым излучением, поскольку при аварии произошел не ядерный, а тепловой взрыв, то есть не было расщепления ядер. Авария на Чернобыльской АЭС была не первой в ряду таких происшествий с атомными электростанциями, но самой крупной и серьезной. При всех сложностях, связанных с использованием атомной энергии, мы без нее не обойдемся. И именно АЭС представляют собой наиболее важное практическое применение явления радиоактивности, открытой Анри Беккерелем. А вовсе не атомная или водородная бомба.

 

Едоки радиации

Сегодня, казалось бы, всем совершенно очевидна вредоносность радиоактивного излучения, но удивительное дело — некоторые живые организмы буквально «питаются» радиацией. Например, в почве вблизи объекта «Укрытие» (бетонного саркофага над 4-м реакторным блоком ЧАЭС) и даже в самом этом объекте расплодились микроскопические грибы. Надо отметить, что исторически лишь недавно грибы были выделены из царства растений — они образуют «третье царство» природы, после растений и животных. С растениями их сближает привязанность к месту произрастания и рост в течение всей жизни, а с животными — отсутствие фотосинтеза и питание уже готовым органическим материалом. Грибы неприхотливы, растут где угодно, в самых, казалось бы, не приспособленных для жизни условиях. Cladosporium sphaerospermum, Cryptococcus neoformans и Wangiella dermatitidis, живущие на ЧАЭС, с успехом используют для своего роста бета-распад радиоактивного цезия-137.

Слишком большой опасности для человека цезий-137 не представляет, поскольку излучает лишь электроны (это и есть бета-распад), которые поглощаются даже листом бумаги. Все три вида грибов в присутствии цезия-137 развиваются гораздо быстрее и наращивают значительно большую массу, чем без него. Более того, микроскопические грибы тянутся к источнику излучения, как подсолнух к солнцу, при этом у них ускоряется выработка пигмента меланина. Меланин в грибах является некоторым аналогом хлорофилла, с помощью которого под действием света происходит соединение углекислого газа воздуха с водой (фотосинтез) и образование «тела» растения. Однако в грибах фотосинтез не идет, и роль излучения цезия-137 сводится, по-видимому, к активации образования меланина и увеличения массы гриба.

Таким образом, грибы не просто выживают, а наслаждаются своими невероятными условиями проживания. Никаких других живых существ в горячей зоне Чернобыльского реактора нет. Вообще воздействие радиации на животных и человека далеко не всегда смертоносно. Некоторые японцы, пережившие атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, уже поставили рекорды продолжительности жизни в своей стране, которая и так занимает первое место в мире по этому важнейшему показателю. Более того, существует теория о появлении homo sapiens в результате мутации человекоподобной обезьяны под действием природного ядерного реактора, работавшего в Габоне миллионы лет тому назад. Открыт был этот реактор, когда дотошные французские аналитики измерили содержание изотопов уран-235 и уран-238 в руде, привезенной из рудника около местечка Окло. Урана-235 оказалось как-то маловато, причем следует отметить, что это «маловато» проявилось не то в третьем, не то в четвертом знаке после запятой — вот каковы сейчас методы анализа. Куда же делся уран-235? Скорее всего, выгорел в ходе работы природного реактора, который включился из-за большой концентрации урана в этом месторождении.

Проблема появления разума у нашего предка, которому в принципе для пропитания и продолжения рода разум был не нужен, решается в этой теории на генетическом уровне. Случайная мутация — а ведь это химическая реакция! — привела к увеличению массы и числа извилин в мозгу нашего предка, благодаря чему тот наловчился охотиться на первобытного кролика.

Нобелевскую премию по физике за 1903 год Анри Беккерель разделил с супругами Кюри. Забавно, что он получил премию «за открытие самопроизвольной радиоактивности», хотя сам-то Беккерель таинственное излучение никак специально не называл, а другие физики тогда использовали термин «лучи Беккереля». То есть супруги Кюри «отняли» именной термин у Беккереля, открывшего новое явление, и присвоили лучам имя, производное от их радия. Зато история открытия Беккереля, как и истории других случайных, но потрясающих открытий, вполне достойна отдельной главы.