Мир вокруг нас полон тайн и чудес, а человека всегда влекло необъяснимое и неизведанное… Удивительные факты, поразительные загадки, потрясающие открытия и самые смелые гипотезы — для всех, кто ищет истину!
Человек, Земля, Вселенная… Что знаем мы о мире, в котором живем? Здесь вы найдете ответы на вопросы, которые давно себе задавали.
— Как появилась жизнь на Земле?
— Какими могут стать люди в далеком будущем?
— Отчего случаются землетрясения, цунами и извержения вулканов?
— Как возникла Вселенная и что было, когда ее еще не было?
— Что будет, если Солнце потухнет?
— Есть ли жизнь на других планетах?
— Что такое черные дыры и имеет ли вес пустота?
Чудеса жизни
Жить или не жить — вот в чем вопрос
Нам, землянам, чрезвычайно повезло с планетой. Подходя к вопросу и общекосмологически, то есть в масштабе Вселенной, и частноастрономически — в масштабе Солнечной системы и ближайших звезд, и геологически — в масштабе одной известной планеты, мы могли бы и должны констатировать: наш мир представляет собой великую удачу для жизни. Почему? Просто потому, что жизнь на Земле зародилась, она имеет место, она идет! Жизнь на нашей планете, в нашей галактике, в нашей части Вселенной состоялась. А этого могло бы (очень-очень даже могло бы) и не быть!
Можно говорить о четырех масштабных факторах жизни.
Масштаб планетарный, малый универсум жизни. Планеты служат для жизни домом. Они — то лоно, «родовое место», в уютных пределах которого может возникнуть и эволюционировать живое.
Второй масштаб — звездный. Важность звезд очевидна: они являются источником энергии, необходимой для биологической эволюции. Еще одна, но не менее значительная и фундаментальная роль звезд состоит в том, что они образуют тяжелые элементы, тяжелее гелия: углерод, кислород, кальций и другие ядра, из которых составляются известные нам формы жизни.
Третий масштаб — галактический. Галактики важны не менее, а то и более, чем звезды, хоть это и не столь очевидно. Без связующего влияния галактик тяжелые элементы, производимые звездами, — строительные кирпичики, из которых состоят как планеты, так и все, что на них может жить, — рассеялись-развеялись бы по всему пространству Вселенной. Галактики с их колоссальными массами и сильным гравитационным притяжением удерживают от рассеивания химически обогащенный газ, оставшийся после гибели звезд. Впоследствии этот газ включается в постройку будущих поколений звезд, планет и… биологической жизни. Гравитационное притяжение галактик обеспечивает доступность тяжелых элементов для последующих поколений звезд и для образования каменистых планет типа нашей Земли.
Что такое жизнь
Что такое жизнь? Мы затрудняемся дать точное определение жизни, однако все точно могут различить живое и неживое. Как говорится, за живую и за мертвую лошадь дают разную цену.
Действительно, интуитивно мы все понимаем, что живо и что — мертво, но вот точно сформулировать различие обычно затрудняемся. Известно много попыток дать дефиницию, определение понятия «жизнь», но все они оказываются неидеальными. Поэтому умные люди вообще отказываются от определения, подменяя его тавтологией. Живое — это живое, то, в чем есть жизнь, что устроено как живое. «Жизнь — это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка». Такое определение дает Фридрих Энгельс — не так уж давно оно было у нас очень популярным. Что ж, не такое уж и плохое определение. Однако достаточно ли оно? Сам Энгельс так не думал. Для него обмен веществ — лишь существенный, но не единственный критерий жизни. Он может быть присущ и неживым объектам. Допустим, у нас есть два непрозрачных ящика с дырками «на входе» и «на выходе». Что внутри — неизвестно. Но мы можем производить измерения состояния воздуха у входного и выходного отверстий. Измерения показывают, что в обоих случаях мы имеем на выходе дефицит кислорода, повышенную концентрацию углекислого газа и водяных паров. Меряем температуру и видим, что на выходе воздух теплее, чем на входе. Мы вправе заключить, что в каждом ящике содержится система, способная к обмену веществ с окружающей средой. Вскрываем ящики и обнаруживаем… в одном из них живую мышь, а в другом — горящую свечу. Критерий обмена веществ здесь не срабатывает, не позволяет отличить живое от неживого, отличить процесс горения от процесса дыхания.
Если мы перекроем кран поступления воздуха, мышь погибает. Однако и мертвые организмы могут обмениваться веществами с окружающей средой. На этом, в частности, основан процесс образования окаменелостей: остатки животных и растений в слое горной породы отдают окружающей среде органику, и ее место занимают минералы. Особенно удивительны окаменевшие деревья: внешне они до мельчайших деталей сохраняют структуру древесины, однако она миллионы лет назад заместилась кремнеземом и окислами железа.
Какой вывод можно сделать из этого? Обмен веществ — это необходимое условие, если мы говорим о живом состоянии. Но одного обмена веществ недостаточно для определения жизни! Нужно еще что-то.
Попробуем еще раз. Во-первых, жизнь характеризуется активностью. Жизнь действует. Даже если она находится «в пассиве», приспосабливается к условиям (то есть «страдает»: «страдание» у Аристотеля — это категория подчинения, категория, противоположная действию: actio — passio), все равно сохраняется активная составляющая, самостоятельный акт как бы «из себя и для себя». Эта активность обязательно происходит с затратой энергии в системе: чтобы жить, тратятся силы! Во-вторых, жизнь — это поддержание и воспроизведение всегда конкретного порядка, определенной, специфической структуры. Именно специфической. Вот на что энергия-то идет и силы тратятся!
Биосфера
По мысли академика В. И. Вернадского, развитие человеческого мышления и все возрастающее его воздействие на окружающую среду — через технику и технологии — следует рассматривать как природное явление, как неизбежное следствие того, что называют «цефализацией» — то есть «оразумливанием» земной биоты. Эти процессы привели к формированию техносферы — создаваемой самим человеком среды его обитания. Взаимоотношения биосферы и техносферы, в связи с грозящим Земле экологическим кризисом, являются сейчас объектом пристального внимания самых разных специалистов.
Итак, биосферой мы будем называть всю населяющую Землю биоту (то есть совокупность всех микроорганизмов, грибов, растений и животных) и среду ее обитания, включая почвенный покров и содержащие признаки жизни слои атмосферы. Накануне появления человека биосфера по своим основным параметрам вряд ли существенно отличалась от нынешнего ее состояния. Более того, ее основные характеристики, такие как общая масса живого вещества (порядка 2,4 × 1018 г), элементарный состав биомассы, содержание кислорода в атмосфере, количество достигающей Земли солнечной энергии и прочие условия — сохранялись неизменными на протяжении сотен миллионов лет. Система была стабильной. Но появился человек разумный, и многое изменилось.
Биосферу в целом можно подразделить на косные и живые компоненты. Косные компоненты — это химические соединения и физические тела, не входящие в данный момент времени в состав живых организмов. Это, прежде всего, газы, находящиеся в свободном состоянии (в атмосфере) или растворенные в водных бассейнах, вода в виде водяного пара, рек, озер, морей, океанов и ледников, различные неорганические и органические соединения, растворенные в этой воде и накапливающиеся в донных отложениях и почве, еще не претерпевшие полной деструкции отмершие компоненты живых организмов (листья, сучья, сброшенная при линьке шерсть и т. п.) и трупы самих этих организмов (от вирусов и бактерий до слонов и баобабов). По самой приблизительной оценке косные компоненты составляют более 99 %, а живые — менее 1 % общей массы биосферы. Косные компоненты распределены по всей биосфере относительно равномерно. Значительное количество их включено в постоянный биологический круговорот, то есть периодически входит в состав живого. Химические соединения, выходящие из биологического круговорота и слагающие, например, мощные осадочные породы, не включают в понятие биосфера.
В отличие от косных компонентов, живые компоненты биосферы четко структурированы. Элементарными структурами биосферы являются биоценозы (так в науке называются биосистемы), слагаемые, в свою очередь, взаимодействующими популяциями, состоящими из отдельных индивидуумов.
Круговорот живого
Биосфера не остается неизменной. Она ведь живая! Она изменяется, находится в движении, ее составляющие обмениваются между собой веществом и энергией. Особенностью биосферы, ее элементного состава является постоянный круговорот, то есть переход из косного в живое и обратно. Различные химические элементы, захваченные в период становления биосферы вихрем этого круговорота, иногда медленно вырываются из него, устремляясь в космическое пространство (молекулы газов) или выделяясь в виде водонерастворимых соединений, слагающих осадочные породы (известняки, сланцы), а также в виде залежей угля, нефти и некоторых рудных месторождений. Столь же медленно им на смену в биосферу включаются новые атомы, извлекаемые хемотрофами из основных пород. Многократное «пропускание» через биологические компоненты одних и тех же атомов вещества — один из основных законов функционирования биосферы. Но общее количество вещества, находящегося в «обороте», ограничено. Именно это, как считают ученые, налагает основные ограничения на изменения количества живого вещества на нашей планете, определяя его постоянство.
Круговорот атомов в биосфере определяется тремя основными факторами: метаболизмом организмов, их размножением и их отмиранием. Во время становления биосферы, когда биомасса живого вещества возрастала, стремясь к своему пределу (на котором находится и по сей день), размножение, в общем, преобладало над гибелью и сопровождалось ростом дифференциации организмов по их трофическим функциям, то есть увеличением количества видов. Этот период характеризовался вовлечением все большего количества атомов косного вещества в биологический круговорот. Однако по мере формирования биосферы, наряду с продолжающимися сменами ее видового состава и формированием все новых вариантов биоценозов, общая масса биоты возрастала все медленнее и наконец стабилизировалась на современном уровне. Произошло это не менее 2–3 млрд лет тому назад.
Чем было обусловлено окончание этого процесса? Был ли достигнут предел возможности использования солнечной энергии или предел доступности первичных источников атомов? Или это — гигантское равновесие химических реакций, когда количество вновь синтезируемого продукта сравнивается с количеством разрушающегося? Или — результат насыщения «емкости» жизненного пространства? Как бы то ни было, можно полагать, что стабилизация количества биомассы на Земле была тесно связана с ускорением образования новых видов, то есть с ускорением процесса эволюции.
Эволюционирующими единицами являются не отдельные индивиды. Это слишком малые части живого целого, они ничего не решают. Действующими агентами биоэволюции являются популяции. Они образуют так называемые информационные системы 2-го рода.
Жизнь — в многообразии
Биомасса
Жизнь на планете Земля — это мощный бушующий ураган. Жизнь кипит, отвоевывает территории у неживого. Жизнь настаивает, упорствует в жажде жить.
Сколько видов животных на Земле? Точно этого не знает никто. Ученые насчитывают до 3500 видов млекопитающих и более 850 000 видов насекомых. Несмотря на то, что в течение многих веков исследуется растительный и животный мир, ежегодно публикуются сообщения об открытии новых видов (особенно это касается насекомых), которые обнаруживают даже в давно обжитых и исследованных районах. Наименее изучена жизнь в мировом океане, где сейчас нередко делаются сенсационные открытия.
Особенно велико богатство жизни в субтропической и тропической зонах. Тропики — настоящий рай для земной жизни! Круглогодичное обилие тепла способствует бурному развитию живой природы. Так, в районе реки Амазонки насчитывают около 15 тыс. видов различных животных.
Как установили ученые, на участке тропического леса площадью 3–5 км
2
может произрастать до 400 видов только древесных пород и еще до 30 видов растений-эпифитов (лиан и др.). Во влажном тропическом лесу на площади 1 га растет 400–700 экземпляров деревьев, относящихся к 100 различным видам. В тропических районах Америки насчитывают до 50 тыс. видов различных растений, а в лесах Африки насчитывают до 130 тыс. видов только цветковых растений. На острове Ява растет около 1,1 тыс. различных видов деревьев, на острове Цейлон — около 1,5 тыс. видов, на Филиппинах — до 10 тыс. видов растений, а в бассейне р. Амазонки — до 2,5 тыс. древесных пород.
Очень старые, очень большие и толстые
Любители деревьев не устают рассказывать о самых высоких деревьях, самых толстых и о самых старых. И тема эта никогда не исчерпывается, потому что их рассказы никогда не совпадают.
В Сенегале были найдены деревья, чей возраст насчитывает более 5 тыс. лет! Одно из таких деревьев видел исследователь Мишель Адансон, когда путешествовал по Сенегалу в 1794 году. Он измерил диаметр дерева — получилось более 9 м, и определил его возраст как 5150 лет. Растения рода «адансония», названного в его честь, обычным людям знакомы как баобабы. Нам они известны по детским стихам Корнея Чуковского и по смешным, но недетским песенкам Владимира Высоцкого. Подтверждать возраст баобабов — сложная научная задача, ведь годовых колец, как у других деревьев, у них нет. Но ученые справляются. Самым знаменитым среди адансоний является африканский баобаб. Именно он тиражируется в сознании людей как «классический баобаб». Это определенная, вполне специфическая и уникальная внешность. Высота относительно небольшая — 12–20 м. Зато толщина ствола — вне всякой конкуренции и впечатляет: в поперечнике она достигает у африканской адансонии 10 м, а окружность ствола — 30–40 м. В Книге рекордов Гиннесса есть упоминание о баобабе обхватом 54,5 м. По легендам бушменов, безумным «садовником», впервые посадившим баобаб «вверх ногами» — не кроной, а корнями к солнцу, был не иначе, как черт, злой дух.
Древесина баобабов мягкая и пористая. В сезон дождей она накапливает огромное количество воды — до 120 тыс. л! Из-за этого слоны почти целиком поедают удивительные деревья, получая при этом и корм, и воду. Когда начинается засуха, баобаб «худеет» по мере расходования накопленной жидкости. Вследствие этого внутри дерева образуются многочисленные, довольно крупные лакуны. Местные жители приспособили эти полости под кладовки, склады, а иногда и под жилища. Что делать, квартирный вопрос во все времена был одним из главных — так, кажется, замечал булгаковский Воланд? Случается, что для особо крупных полых экземпляров баобаба придумывают и более оригинальное применение. Например, в одном из поселков Северной Австралии и в местечке Касане (Республика Ботсвана) дупла зеленых гигантов использовались как тюрьмы. В Республике Зимбабве баобаб служил автобусной остановкой (он вмещал до 40 человек). А в Намибии в полом стволе живого растения устроили баню, со всеми удобствами.
За год зеленые исполины становятся толще примерно на 3 см. Они на редкость живучи: корни баобаба в поисках воды проникают вглубь земли на сотни метров, содранная кора нарастает снова, а при уничтожении сердцевины гиганта он не гибнет. Даже если дерево повалится на землю, но при этом хоть один его корень сохранит контакт с почвой, оно будет продолжать расти.
Аборигены находят применение любой части баобаба. Кору, листья, плоды и семена растения употребляют в пищу, из них изготавливают специи, прохладительные напитки, посуду, кофе, мыло, пищевое масло, репелленты, краски, клей, лекарства, ткани, нитки, струны, рыболовные сети и веревки. Последние, кстати, настолько прочны, что их не может разорвать даже слон!
«Глупые и странные» корни
Обычный человек, как мы с вами, даже если он имеет сад, полагает, что корни всех деревьев начинаются где-то под стволом и уходят вниз, глубоко в землю. Но и то и другое оказывается неверным. Деревья, как и люди, бывают странными. Есть корни, которые растут прямо вверх, есть и такие, которые разрастаются вокруг веток и ствола дерева, а не углубляются в землю. Короче говоря, корни могут возникнуть где угодно и расти почти как угодно! Например, Ficus religiosa и Ficus benghalensis: именно они изображены на культовых рисунках и скульптурах в индийских храмах как бы вверх тормашками. А они просто так и выглядят — они могли бы сказать о себе: «Корни вверх!»
Многие растения имеют воздушные корни. У эпифитных орхидей бывают корни-прицепки на всех ветках, а кроме того, более или менее прямые корни, врастающие в перегной из опавших листьев, который скапливается среди листьев орхидеи. То же бывает и у эпифитных папоротников. Вслед за этими растениями сбиваются с пути истинного и деревья. У многих пальм короткие питающие корни прорастают из почвы вверх, в перегной, окружающий растение, и даже в воздух. Корни пальм рафия (Raphia ruffia) развиваются между сухими черешками опавших листьев. Они загибаются вверх и, как полагают, функционируют в качестве дыхательных органов. Обычные корни растут вниз под влиянием силы тяжести и благодаря действию гормонов роста ауксинов. Стебли, наоборот, растут вверх — также под влиянием силы тяжести и, по-видимому, благодаря действию тех же гормонов. Корень и стебель ведут себя диаметрально противоположным образом, реагируя на один и тот же стимул — как два неодинаковых грузика, подвешенные к пропущенной сквозь блок веревке, движутся в противоположных направлениях под воздействием одной и той же силы — силы тяжести.
Однако всякое обобщение заставляет нас тут же указать на исключения. У некоторых пальм (так называемых «бесстебельных бразильских пальм») стебель растет вниз и, таким образом, играет роль корня. По мере углубления стебля в землю почка выгибается вверх, но сам стебель пальмы оказывается перевернутым. А вот дыхательные корни черных мангров (Avicennia nitida) прорастают сквозь ил в воздух и ведут себя словно стебли.
Дерево, у которого всего два листа
В Африке произрастает дерево, которое в течение всей жизни обходится одними и теми же двумя листьями. Не всякий человек назовет вельвичию деревом, так как ее ствол едва достигает в высоту 30 см. Однако этот ствол может иметь в диаметре метр и больше, его древесина так же плотна и тверда, как у самой высокой секвойи, а живет вельвичия не одну тысячу лет.
Сколько листьев на «нормальном» дереве? У вельвичии их… два. Листья появляются на свет из глубоких борозд в широком приземистом стволе, они, как и полагается, очень невелики. По мере роста они становятся широкими, толстыми, кожистыми и ребристыми. Идут годы, столетия и даже тысячелетия, а они продолжают расти, громоздясь бесчисленными складками на песке. Их зеленовато-коричневый цвет не меняется, они не опадают. Со временем ветер пустыни распарывает их вдоль, но все те же два листа продолжают и продолжают расти на стволе.
Методом радиоактивного углеродного анализа было установлено, что, во всяком случае, одна вельвичия имеет возраст в 2 тыс. лет (экземпляры помоложе можно увидеть во многих ботанических садах). Эти любопытные растения, количество которых очень ограниченно, были открыты около ста лет назад в песках безводных областей Юго-Западной Африки, где почти не выпадает дождей. Местные жители называют это растение «отджи-тумбо», что значит «большой господин». Открыл его немецкий ботаник Фридрих Вельвич, и в науке закрепилось Welwitschia mirabilis.
У себя на родине «тумбо» выпускает твердый темный стержневой корень, иногда метров на пять в глубину почвы. Ствол растет преимущественно в ширину и в конце концов приобретает сходство с круглым растрескавшимся столом больше метра в поперечнике. Один наблюдатель сравнил его с пригоревшим караваем. Рваные листья, грудой лежащие на песке пустыни, придают старому дереву сходство с кучей мусора. А влагу эти растения получают исключительно из африканских туманов.
История ядов
Сок «дерева-людоеда» смертельно ядовит. Поэтому анчар нередко называют именно так. Но это — лишь одно из тысячи деревьев, чей сок способен убивать. Растительные яды издавна использовались для приготовления отравленных стрел и дротиков.
Десятки деревьев содержат в себе наркотические или одурманивающие вещества, и жители областей, где еще сохраняется первобытная культура, используют их для ловли рыбы. В речную заводь бросают толченые листья или кору таких растений, и одурманенная рыба всплывает вверх брюхом прямо в ожидающие ее руки. Неподобранная рыба быстро оживает, а использованное наркотическое средство никак не влияет на съедобность добычи.
Детьми мы любили совать в рот всякие неизвестные листья, соцветия и плоды. Потом, правда, у нас болели животы и расстраивался кишечник. Однако иногда опасным может быть даже соприкосновение с едким соком и слишком близкое соседство деревьев, пыльца которых может вызывать кожные сыпи или раздражение дыхательных путей. Скорлупа орехов Anacardium occidentale (это наши любимые орехи кешью) очень ядовита, если ее хорошенько не прожарить, а испарения, поднимающиеся от жарящихся орехов, вызывают сильное раздражение дыхательных путей и могут даже привести к смерти. Плоды манго (Mangifera indica) очень вкусны, но их кожица, сок дерева и запах цветков вызывают у многих людей сильнейшие аллергические реакции. К этому же семейству принадлежит сумах (Rhus). Некоторые его родственники-деревья смертельно опасны. Бирманское лаковое дерево (Melanorrhoea usitata) принадлежит к числу тех пяти деревьев, которых особенно опасаются жители лесов Юго-Восточной Азии. Почему же? Потому что их пыльца и легко испаряющийся сок вызывают очень сильные сыпи, сопровождающиеся болями и повышением температуры, а иногда и смерть.
Человек
Горизонты жизненного пространства
Так получилось, что мы принадлежим к той части живых существ, которые 400 млн лет назад приняли довольно поспешное, но смелое решение выползти из моря на твердь земную и дышать кислородом. В результате, согласно одной из оценок, нам закрыт доступ не менее чем в 99,5 % обитаемого пространства. Но не только потому, что мы не можем дышать в воде, а в силу того, что мы не смогли бы выдержать ее давление. Из-за того, что вода в 800 раз тяжелее воздуха, давление при погружении быстро растет: приблизительно на одну атмосферу каждые десять метров глубины. Если на суше мы поднимемся на вершину 358-метровой горы Меганом в Крыму, то никакого изменения давления не ощутим.
Однако на такой же глубине под водой наши вены сплющились бы, а легкие сжались до размеров столового стакана. Поразительно, что люди по собственной воле, ради интереса, без аппаратуры для дыхания ныряют на эти глубины. Есть даже специальное название для таких забав — фри-дайвинг. Видимо, ощущение, как собственные внутренние органы грубо деформируются, вызывает приятное возбуждение (и надо полагать, ощущения еще интереснее, когда они возвращаются к первоначальным размерам при подъеме на поверхность). Однако чтобы достичь таких глубин, ныряльщикам нужно погружаться довольно быстро. Для этого используют различные приспособления: лебедки, грузила. Без них самое глубокое самостоятельное погружение, после которого ныряльщик остался в живых, чтобы потом об этом рассказывать, составляет порядка 80 м. По меркам перемещений на поверхности — что такое 80 м? На поле такой длины играют в футбол. «По морю плавать — не по суше гулять», — как поется в одной песенке! В море у человека минимум возможностей, и выглядит он там беспомощно. Вот вам и «царь природы»!
Многие морские обитатели справляются с давлением на глубине много лучше, хотя как это им удается, остается тайной. Самой глубокой точкой является, как известно нам из школьного курса географии, Марианская впадина в Тихом океане. Там, на глубине приблизительно 11,3 км, давление достигает более 1,1 т на квадратный сантиметр. Лишь однажды удалось на короткое время опустить на эту глубину человека, естественно, не «голого», а в прочнейшем батискафе. А между тем, там прекрасно себя чувствуют колонии бокоплавов. Это такие прозрачные ракообразные, похожие на черноморских креветок. И ни в каких толстых панцирях они не нуждаются. Конечно, большинство океанов намного мельче, но находиться на обычной океанской глубине в 4 км равносильно тому, что на вас наехало разом полтора десятка груженых самосвалов!
Почти все, включая авторов некоторых популярных книг по океанографии, полагают, что человеческое тело в таких условиях будет смято чудовищным давлением океанских глубин. В действительности, похоже, все не совсем так. Дело в том, что мы сами состоим в основном из воды. А почему работают гидравлические приспособления? Потому что вода практически несжимаема, и значит, в теле поддерживается то же самое давление, что и в окружающей воде. Поэтому ничто нас на глубине не раздавит в лепешку. Причиной неприятностей служит не вода — она людей не губит, несмотря на то, что так поется еще в одной старой песенке. Причина в газах, находящихся внутри человеческого тела, особенно в легких. Это они сжимаются, хотя на какой стадии сжатие становится фатальным, неизвестно. До недавнего времени считалось, что любой ныряющий на глубину 100 м или около того погибнет в мучениях, когда сожмутся легкие или будет раздавлена грудная клетка, однако ныряльщики неоднократно доказывали обратное. У людей больше сходства с китами и дельфинами, чем мы думаем.
Родословие человеческое
Если бы ваши родители не вступили в связь именно в тот момент — возможно, в пределах секунды, даже наносекунды, — вас бы здесь не было. И если бы их родители не вступили в связь точно вовремя, вас тоже бы не было. Если бы не получилось подобным же образом и у родителей этих родителей и у тех, которые были до того, и так далее до бесконечности, то вас бы на этом свете не было. Продвигайтесь сквозь время в обратном направлении, и эти обязательства предков перед вами будут возрастать. Вернитесь назад всего на восемь поколений, примерно в то время, когда родился Чарльз Дарвин, и вы уже насчитаете более 250 человек, от своевременной интимной встречи которых зависит ваше существование. Двигайтесь дальше, во времена Шекспира, и у вас будет не менее 16 поколений предков, ревностно обменивавшихся генетическим материалом таким образом, что в результате, в конечном счете, чудесным образом появились вы. Двадцать поколений назад количество лиц, производивших потомство ради вас, возрастает до 1 048 576 человек. Еще пять поколений до этого — и получаем 33 554 432 мужчин и женщин, от чьих любовных игр зависит ваше существование. К тридцати поколениям назад общее количество предков — имейте в виду, это не кузены, тетушки и другие второстепенные родственники, а только родители и родители родителей в родословной, неотвратимо ведущей к вам, — превышает миллиард. А если подобным образом дойти до шестидесяти четырех поколений, до времен римлян, количество людей, от чьих совместных усилий в конечном счете зависит ваше существование, возрастет до числа с 18 нулями, что в несколько миллиардов раз превышает общее количество людей, когда-либо живших на свете.
Очевидно, с нашей математикой что-то не так. Ответ заключается в том, что ваша родословная не является чистой. Вас бы не было, не будь некоторой доли кровосмешения — в действительности довольно значительной, хотя на генетически благоразумном отдалении. При таком множестве миллионов предков неизбежно наблюдалось обилие случаев, когда какой-нибудь родственник по вашей материнской линии произвел потомство в паре с отдаленной кузиной, числившейся по отцовской линии. Фактически, если вы со своим партнером или партнершей одной расы и жители одной страны, у вас отличные шансы быть в той или иной степени родственниками. Вообще-то если вы оглянетесь вокруг в автобусе, парке, кафе или другом людном месте, большинство окружающих вас людей, по всей вероятности, являются родственниками. Если кто-нибудь похвастается, что он потомок Ярослава Мудрого или Вильгельма Завоевателя, отвечайте не задумываясь: «Я тоже!» В самом буквальном, самом прямом смысле все мы — одна семья.
Мы также поразительно похожи. Сравните свои гены с генами любого другого человека, и в среднем они будут примерно на 99,9 % одинаковыми. Это то, что делает нас видом. Незначительные различия в остающейся 0,1 % — приблизительно одно нуклеотидное основание на тысячу, — это то, что наделяет нас индивидуальностью.
Биоsoftware: ДНК и гены
Даже сегодня нам едва понятно очень многое из того, что относится к ДНК. Например, то, почему значительная ее часть, как представляется, остается не у дел: 97 % нашей ДНК не содержат ничего, кроме длинных последовательностей бессмысленного биохимического «мусора», или «некодирующих фрагментов», как предпочитают выражаться биохимики. Только в отдельных местах каждой нити то тут, то там находятся участки, управляющие жизненными функциями и организующие их. Это и есть те удивительные гены. Именно поэтому они так долго ускользали от обнаружения.
По сути, гены — это не больше и не меньше, чем инструкции по синтезу белков. И эту функцию они осуществляют с неизменной цифровой точностью. Гены довольно похожи на клавиши или лады музыкального инструмента: каждая клавиша, каждый лад издает одну ноту и только ее — бом, бом, бом. Но комбинируйте гены, как клавиши, и вы получите бесконечное разнообразие мелодий. Соедините все эти гены, и получите красивую симфонию — под названием «геном». Геном хорошо сравнить с программным протоколом — набором программных инструкций для компьютера.
Как всем известно, молекула ДНК формой походит на винтовую лестницу или на скрученную веревочную лесенку — знаменитая двойная спираль: вертикальные «нитки» и горизонтальные «перекладины». Вертикальные элементы этой структуры состоят из разновидности сахара, дезоксирибозы, а вся спираль представляет собой нуклеиновую кислоту — отсюда и ее название. Перекладины образуются соединениями нуклеотидов: гуанин (Г) всегда соединяется с цитозином (Ц), тиамин (Т) — всегда с аденином (А). Последовательность, в которой эти буквы появляются, если двигаться вверх или вниз по лестнице, составляет генетический код. Именно его точным считыванием занят международный проект «Геном человека».
Самая же яркая особенность ДНК заключается в способе ее самовоспроизведения. Когда приходит время создавать новую молекулу ДНК, обе нити расходятся, подобно молнии на куртке, и половинки разделяются, чтобы образовать новую компанию. По большей части наша ДНК самовоспроизводится со строжайшей точностью, но изредка — примерно один раз из миллиона — буква становится не на то место. Эти явления известны как однонуклеотидный полиморфизм, или SNР. Биохимики немного фамильярно называют их снипами. Они обычно теряются в некодирующих звеньях ДНК и не вызывают заметных последствий для организма, но порой оказываются важными. Они могут сделать нас предрасположенными к какому-нибудь заболеванию, но в равной мере могут даровать какое-нибудь небольшое преимущество, например более эффективную защитную пигментацию или способность вырабатывать больше красных кровяных телец, эритроцитов — у кого-нибудь, обитающего на высокогорье. Со временем эти небольшие изменения накапливаются и в индивидуумах, и в популяциях, способствуя отличиям тех и других.
Антропометаморфозы
«Мы узнали, что в Равенне родилось чудовище, изображение которого прислали сюда: на голове у него торчит рог — прямой, как меч, вместо рук — два крыла, как у летучей мыши, на уровне груди с одной стороны рубец в виде буквы «У», с другой — крест, а ниже, у талии, — две змеи. Это гермафродит, на правом колене у него глаз, а левая ступня — как у орла. Я видел, как его рисовали, и всякий, кто пожелает, может посмотреть на этот рисунок во Флоренции». Так писал в своем дневнике флорентийский аптекарь по имени Лука Ландуччи. Шел март 1512 года…
Ландуччи в действительности никогда не видел монстра: того уморили голодом по приказу Папы Римского Юлия II. Рассказ же основан рисунке, выставленном на публичное обозрение во Флоренции. Свидетельства, рассказы, пересказы, аллегории… Под этим пологом трудно распознать, кем же в действительности был монстр. Вероятно, это был просто ребенок, родившийся с тяжелым, редким, но отнюдь не загадочным генетическим расстройством. Скорее всего, у него был синдром Робертса — уродство, встречающееся у детей, родившихся с исключительно вредоносной мутацией. Это, по крайней мере, объясняет аномалии конечностей и половых органов, а также появление двух змей на талии и лишнего глаза на колене.
В XVI и XVII веках уроды встречались не так уж редко. Правители коллекционировали их, натуралисты каталогизировали, теологи использовали для религиозной пропаганды. Ученые мужи рисовали карты их распространения и включали пассажи об их значении в изысканно иллюстрированные книги.
То, что для людей средневековой и классической эпохи было «монстрами» и «необыкновенными рождениями», для нас является частью спектра биологических форм вида homo sapiens. За прошедшие двадцать лет этот спектр, как никогда ранее, исследовался и изучался. По всему миру ученые выявляли людей, в той или иной степени отличающихся от обычных по своим физиологическим или внешним особенностям. Составлялись их списки, накапливались фотографии, выяснялись родословные. Таких людей находили в Ботсване и Бразилии, Балтиморе и Берлине. У них брали образцы крови и отправляли в лаборатории для анализов. Их биографии, анонимные и сведенные к простым биологическим фактам, заполняли научные журналы. И они стали, вряд ли о том догадываясь, исходным материалом для грандиозного биомедицинского предприятия, возможно, величайшего в наше время, в котором коллективно задействованы десятки тысяч ученых и которое имеет целью ни много ни мало — выяснение законов развития человеческого организма.
Игры разума
«Капитал-то у маво Вани в голове!»
Речь пойдет о нашем видовом отличии, нашей гордости, о том, из-за чего мы считаем себя венцом творения (или биологической эволюции), — да, да, о нашем биологическом капитале. Мы разрезаем поперек кочан цветной капусты, и вот — voilá! — так же выглядит горизонтальное сечение человеческого мозга.
Успехи в изучении мозга, достигнутые за последние пятьдесят лет, позволили узнать о нем значительно больше, чем удалось выяснить за весь предшествующий период развития науки. Особенно заметны успехи в изучении деятельности самой маленькой структурной единицы мозга — нейрона. Открытия, сделанные на нейрональном и молекулярном уровнях, позволили понять самые общие, основные механизмы функционирования мозга и перейти к расшифровке механизмов элементарных психических реакций у животных с наиболее просто устроенной нервной системой.
Мозг человека содержит более 100 млрд нейронов. Каждый нейрон соединен с 25 тыс. других нейронов. Во время внутриутробного развития у эмбриона ежеминутно образуется 250 тыс. новых нейронов.
Сейчас уже не приходится сомневаться в том, что мы сумеем разобраться в тонкостях работы несложного нервного ганглия моллюска, но мозг человека имеет массу своих специфических тайн и секретов.
Мозг разделен на две половины: левое и правое полушария. Их связывает мозолистое тело. Поверхность мозга чрезвычайно складчатая — таким образом увеличивается площадь наружного слоя мозга, или известной всем коры.
Мозг и тело
Взаимоотношения между телом и сознанием интересовали человека на протяжении столетий. Много лет западная медицина, уходящая корнями в естественные науки, рассматривала физические недомогания как биологическое явление, узнаваемое по аномальным признакам. Эмоции в практике медиков до сих пор не принимались во внимание. Заболевание без аномальных признаков до сих пор приводит врачей в недоумение. Однако заявления о «необъяснимых с медицинской точки зрения симптомах», то есть тех, конкретную причину которых найти невозможно, представляют как минимум 30 % среди всех обращений к врачам. Примеры этих болезненных состояний — хроническая усталость, хроническая боль и синдром раздраженного кишечника.
Сегодня исследователи наконец осознали, что необходимо разобраться во взаимоотношениях между телом и сознанием и тем самым пролить свет на факторы здоровья и источники заболеваний, понять, как сознание (мышление, воображение, чувства и память) может менять физические процессы в мозге и влиять на тело (и наоборот). Последствия открытий в этом направлении для медицины просто невероятны, и они уже вносят свой вклад в создание новых способов сохранения здоровья.
Мозг, как мы уже знаем, состоит из 10 млрд специализированных клеток — нейронов. Нейронная связь (передача информационных импульсов) осуществляется с помощью особых веществ — нейротрансмиттеров. Такие нейротрансмиттеры, как серотонин, адреналин и дофамин, оказывают влияние на многие физические и психологические функции, влияя на настроение, аппетит, энергию, сексуальное влечение, сон и поведение. Уровень нейротрансмиттеров зависит от генофонда человека и его жизненного опыта (мыслей, настроения, поведения, отношений и т. д.). Связь между мозгом и телом может быть и гормональной. Мозг посылает сигналы о необходимости выделения гормонов, которые попадают в кровь и участвуют в различных функциях организма.
Некоторые из этих систем регуляции нарушаются под воздействием стресса и депрессии. Изменения могут повлиять на синтез таких веществ, как адреналин и кортизол, а также на иммунную систему и функцию нейротрансмиттеров (например, серотонина). Нарушение баланса половых гормонов влияет не только на активность мозга, но и на его структуру. Постоянные гормональные нарушения оказывают негативное воздействие на мозг и тело.
Открытие цитокинов — информационных молекул, регулирующих межклеточные и межсистемные взаимодействия, определяющих выживаемость клеток и работу иммунной системы — произвело революцию в понимании связи между сознанием и телом. Цитокины регулируют размножение нервных клеток, влияют на гормональный уровень и на иммунную систему. Найдено более сотни цитокинов, и на многие из них оказывают воздействие стресс, тревога и депрессия.
Шизо
«Что такое норма? — заметил в беседе с автором этих строк один хороший врач. — Ни один человек не похож на другого. У одного на щеке есть родинка, а у другого нет. И спрашивается, кто из них нормален? В медицине норма — это не определенный набор качеств и состояний, а широкий интервал: от сих до сих — нормальные, среди которых нет ни одного, схожего с прочими». Действительно, кто из нас нормален? Мы просто разные, мы отличаемся друг от друга. Кто-то весел, кто-то задумчив, кто-то решителен, кто-то осторожен, кто-то любит апельсины, а кто-то — свиной хрящик! А это значит, что и мозг (причем, в первую очередь мозг, именно мозг) у нас, разных, работает по-разному. Вполне нормальное положение дел.
Однако мозг тоже болеет. Иногда болеет тяжело. Здесь речь о серьезных сбоях, о дисфункции всей системы личности. Собственно «мозговых», «нетелесного» происхождения болезней довольно много. Для примера мы рассмотрим самую известную и, одновременно, самую неизвестную — шизофрению.
Большинство людей очень мало знают о том, что такое шизофрения, что ее вызывает и как ее лечить. Также существует множество заблуждений, когда шизофренией называют то, что не относится к этому заболеванию. Шизофрения — это не «расщепление личности». Шизофрению не вызывает плохое отношение родителей, личные слабости или человеческая несостоятельность. Чаще всего это заболевание понимают неправильно, что ставит его на первое место среди самых осуждаемых недугов. Шизофрения встречается в пять раз чаще рассеянного склероза. Она поражает примерно одного человека из ста, а это значит, что в Украине, например, ею страдает примерно полмиллиона человек!
Шизофрения — прогрессирующее заболевание, которое сопровождается психотическими симптомами: извращением процессов мышления и нарастающими изменениями личности в виде замкнутости, нарушения связности мышления и речи. Искажение чувства не позволяет пациенту ясно различать реальное и воображаемое — он испытывает галлюцинации, слышит «голоса». Больной убежден, будто люди слышат его мысли, говорят о нем всякие гадости. Это приводит к потере концентрации и уверенности в себе, к увольнению с работы, уходу от друзей и из семьи. Многие больные испытывают такое напряжение, что начинают пить и принимать наркотики, чтобы облегчить свое состояние. Если ничего не предпринимать, проблемы только усилятся, и очень важно как можно раньше обратиться за помощью, поскольку лечение вполне возможно.
