| |
 |
Глава 8. Щепотка жизни (1)
(1) впервые опубликовано в World от 5 марта 1957 года.
Из предыдущей главы уже можно понять, что живая материя – тончайшее и сложнейшее явление, для постижения которого потребуется весь человеческий гений, а может быть, и его не хватит. Так из чего же состоят живые существа, какой же материал делает возможным существование этого величайшего феномена - жизни?
Если человеческое тело разложить на атомы и посмотреть состав получившейся смеси, то сразу выяснится, что:
1) почти все атомы будут принадлежать к одному из не более, чем полудюжины элементов;
2) в эти полдюжины войдут самые распространенные на Земле элементы.
Самую значительную часть тела человека составляет вода, а каждая молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Кроме воды, живой организм состоит по большей части из органических (то есть углеродосодержащих) веществ. Самые важные органические вещества – это белки, в состав которых входят атомы азота, водорода, кислорода и углерода.
Неорганических, то есть минеральных, веществ в организме человека больше всего в костях. Самыми распространенными в их составе атомами, помимо вышеперечисленных, являются кальций и фосфор.
Итак, атомно-пропорциональный состав человеческого организма из расчета на десять тысяч атомов можно представить так:
6300 атомов водорода;
2550 атомов кислорода
940 атомов углерода
140 атомов азота
30 атомов кальция
21 атом фосфора
19 атомов других элементов.
Выглядит крайне банально. Кислород – это самый распространенный элемент на Земле. Кальций, углерод и фосфор тоже входят в дюжину самых распространенных элементов – по крайней мере, в земной коре. Из водорода состоит большая часть океана, а из азота – большая часть атмосферы.
Но давайте на секунду отвлечемся от этих полудюжины атомов – они представляют собой основу жизни. Для чего же в таком случае нужны оставшиеся 19 из десяти тысяч? Если 9981/10000 живого организма можно собрать из шести элементов, то так уж необходимы ли эти жалкие 19/10000?
Да, они необходимы. Природа – как хороший повар, который знает, что при готовке торта из муки, молока и яиц, надо не забыть добавить по щепотке того и этого.
Давайте же рассмотрим поподробнее, что это за «дополнительные» элементы. Для этого рассчитаем пропорции в более представительных масштабах – из расчета не на десять тысяч атомов, а на миллион. Среди них будет:
998100 атомов шести вышеперечисленных элементов;
570 атомов калия;
490 атомов серы;
410 атомов натрия;
260 атомов хлора;
130 атомов магния;
38 атомов железа;
2 атома других элементов.
Вот у нас и получилась вторая полудюжина. Эти элементы присутствуют в организме в объеме «средних щепоток». Каждый из них необходим для жизни.
Атомы серы – важная составляющая практически всех белков организма, без которых жизнедеятельность невозможна.
Натрий, калий и хлор присутствуют в организме в виде атомов, несущих электрический заряд («ионов»), растворенных в жидкой среде организма. Ионы калия и натрия несут положительный заряд. Ион натрия встречается чаще всего в межклеточной жидкости, а ион калия – во внутриклеточной. Ионы хлора несут отрицательный электрический заряд; их именуют также зачастую хлорид-ионами. Хлорид-ионы встречаются как во внутриклеточной, так и в межклеточной жидкости, уравновешивая таким образом положительные заряды как ионов натрия, так и ионов калия.
Помимо прочего, эти положительные ионы отвечают и за электрические явления организма. Изменения в распределении ионов натрия и калия внутри и снаружи нервных клеток приводят к возникновению слабых электрических токов, сопровождающих нервные импульсы. Без этих токов не будет и самих нервных импульсов, а без нервных импульсов не будет и самой жизни.
Около половины магния, содержащегося в организме человека, входит в состав костей. Остальной магний в виде положительно заряженных ионов растворен в жидкой среде. Магний участвует в энергетических реакциях организма. Небольшие объемы химической энергии передаются от одного соединения к другому, как правило – с помощью вещества, известного под сокращенным названием АТФ (полностью расшифровывающимся, как аденозинтрифосфат). Для каждой реакции с участием АТФ требуется присутствие магния – таким образом, магний необходим для энергообмена, а значит – и для самой жизни.
В каждой молекуле гемоглобина содержится четыре атома железа. Гемоглобин – растворенное в крови вещество, подхватывающее в легких кислород и переносящее его ко всем остальным клеткам тела. Именно атом железа и является непосредственно задействованным в транспортировке, так что без железа жизнь невозможна.
На примере гемоглобина и АТФ легко понять, почему некоторые элементы требуются организму в совсем небольшом количестве. Каждая молекула гемоглобина переносит из легких к клеткам организма по четыре атома кислорода, а затем – возвращается за новой порцией. Каждая молекула АТФ тоже передает только один пакет энергии, а затем видоизменяется таким образом, чтобы отправиться за следующим.
Вспомните, как строители по кирпичику возводят стену дома: ведь для строительства не требуется по отдельному рабочему для каждого кирпича! Один строитель может уложить миллион кирпичей, если будет работать достаточно долго. Даже если вам нужно уложить очень много кирпичей, для этого потребуется всего несколько строителей.
Так же и здесь: организму требуется очень много кислорода, но для его переноски хватает небольшого количества атомов железа; энергии требуется тоже много, но с этой задачей справляется небольшое количество атомов магния – присутствующих в составе соответственно гемоглобина и АТФ.
Конечно, нам не во всех случаях известно, почему для той или иной работы используется именно тот или иной элемент. К примеру – почему именно ион магния? Почему в АТФ не может использоваться, к примеру, ион кальция (имеющий практически те же химические свойства)? Вопрос интересный, но ответа на него нет.
Аналогию со строителями можно использовать и дальше – применительно к другим элементам, тоже необходимым для жизни, но в еще меньших количествах, чем даже железо. Это так называемые «рассеянные элементы», или «микроэлементы».
Давайте теперь рассмотрим пропорциональный химический состав живого организма еще масштабнее – из расчета не на десять тысяч или миллион атомов, а на миллиард. Мы получим:
999 998 000 атомов вышеперечисленных элементов;
1500 атомов цинка;
170 атомов марганца;
170 атомов меди;
125 атомов фтора;
20 атомов йода;
10 атомов молибдена;
5 атомов кобальта.
Практически весь фтор в организме входит в состав зубов. Этот элемент, в общем-то, не является необходимым для жизни в строгом смысле – лишь для здоровья зубов. Все остальные же микроэлементы – да, жизненно необходимы.
Атомы йода входят в состав молекул гормонов щитовидной железы. Эти гормоны управляют скоростью производства и использования организмом энергии. Самого гормона требуется для этого очень мало – ведь одного крошечного термостата достаточно, чтобы управлять огромной печью. Йод необходим для производства гормона щитовидной железы – а значит, и для жизни.
Из всех жизненно необходимых элементов в природе йод встречается реже всех. Он требуется нам в крошечных количествах, но в почве многих регионов его все равно не хватает – а значит, не хватает и в выращенных на этой почве растениях, и в мясе питающихся этими растениями животных. Поэтому бывает необходимо искусственно добавлять йод в городской водопровод и изготавливать иодизированную поваренную соль.
Марганец, медь, цинк, молибден и кобальт входят в состав ферментов, необходимых организму для катализа той или иной реакции (см. предыдущую главу). Раз для жизнедеятельности необходимы сами ферменты, то необходимы и входящие в их состав элементы.
Вы можете удивиться – какую пользу организм вообще может получить от кобальта, если его всего пять атомов на миллиард?
Но давайте подумаем, пять атомов на миллиард – так ли это мало в действительности? По приблизительным подсчетам, организм человека состоит примерно из пятидесяти триллионов клеток. Но атом – гораздо меньше клетки, и в каждой клетке, как бы мала она ни была, может содержаться не менее ста триллионов атомов.
Если из каждого миллиарда этих атомов пять – атомы кобальта, то получается, что в каждой клетке содержится в среднем по 500 000 атомов кобальта. Выходит, даже самая маленькая щепотка – не так уж мала.
Итак, теперь в нашем распоряжении – рецепт приготовления человека, где расписаны все ингредиенты. Так, может быть, стоит нам взять все эти элементы в нужной пропорции, смешать, и…
Но об этом – в следующей главе.
Глава 9. Создать человека
В сентябре 1965 года собравшиеся на 150-е национальное собрание Американского Химического Общества химики услышали из уст своего президента доктора Чарльза Прайса следующий призыв:
- Я хотел бы заблаговременно поднять вопрос, имеющий огромное общественное значение, которому и научное сообщество, и правительство должны уделить серьезное внимание. Следует поставить национальной целью искусственный синтез живой материи! (…) Мне кажется, что сейчас мы отстоим от синтеза, по крайней мере частичного, живых систем, не дальше, чем в 1920-х отстояли от высвобождения энергии атомного ядра, а в
1940-х – от появления человека в космосе.
Только представьте себе – синтезировать жизнь! Этому стремлению человека столько же лет, сколько самой цивилизации.
В древности, если верить Гомеру, были некие «златые девы», помогавшие Гефесту, греческому богу-кузнецу, ковать доспехи для Ахилла. В средневековье бытовала легенда о Големе, роботоподобном глиняном существе, в которого вдохнул жизнь пражский рабби Лёв с помощью неизрекаемого имени Божьего. Из более современных сюжетов можно вспомнить сказку о Пиноккио – ожившей деревянной кукле.
Осуществится ли вековая мечта человечества, или навсегда останется в области фантастики?
Именно этот вопрос и обсуждался в 1960 году на собрании ученых, посвященном данной проблеме. Ученые – люди осторожные, и некоторые из них утверждали, что синтез живой материи станет возможен лишь тысячи лет спустя; другие, более смелые, называли сроки в сотни лет. Несколько дерзких оптимистов оперировали десятилетиями будущего.
Но когда этот же вопрос задали нобелевскому лауреату генетику Герману Мюллеру, он четко ответил: «Это произошло пять лет назад!»
Понятно, что утверждение о том, что живая материя была синтезирована в 1955 году, звучит несколько странновато. Что же Мюллер имел в виду?
Что ж, если слова Мюллера звучат и двусмысленно, то причина этой двусмысленности – в двусмысленности самого определения живой материи, в открытости вопроса о том, насколько простой по строению объект можно уже называть живым.
Обычный человек, не имеющий отношения к науке, назовет «живой» только достаточно сложную систему. В первую очередь, конечно, при слове «живое существо» в голову приходит ни кто иной, как сам человек, и стоит задаться целью представить себе искусственно созданное живое существо, как воображение услужливо подсовывает образы типа чудовищ Франкенштейна. Самая напрашивающаяся в таком случае картинка – распростертое на операционном столе совершенное тело мужчины или женщины, над которым колдует ученый, занимаясь «вдыханием» в тело жизни с помощью какого-то хитрого излучения или химического вещества.
Разумеется, живое существо никогда не будет создано именно таким образом.
Стоит ли стараться собрать сразу целого человека – со всеми костями, мышцами, мозгом, железами и кровеносными сосудами? Ведь даже природа так не делает! Никто не вступает в жизнь готовым взрослым человеком. Все живые организмы, сколь угодно сложные, в том числе и сам человек, строят себя сами, начиная с очень простой формы (по крайней мере, по сравнению с окончательным результатом).
Живые организмы состоят из клеток – крошечных (как правило – микроскопических) пузырьков жизни. В организме человека в среднем насчитывается примерно 50 триллионов клеток, но существуют и очень простые формы жизни, состоящие всего из одной клетки – например, амеба.
Но даже и те организмы, что разрастаются до триллионов клеток, начинают свое существование с одной-единственной клеточки – оплодотворенной яйцеклетки. Целый человек получается всего-навсего из крошечного пузырька живой массы, из пузырька, который еле-еле можно разглядеть невооруженным глазом при хорошем освещении и стопроцентном зрении. Из этой оплодотворенной яйцеклетки в тепличных условиях плаценты в матке матери в течение девяти месяцев формируется ребенок, в состав которого входят уже около двух триллионов клеток.
Получается, что для того, чтобы создать живого человека, достаточно всего лишь синтезировать одну клеточку – оплодотворенную яйцеклетку. Это чрезвычайно сложно, но все же проще, чем синтезировать взрослый организм целиком и сразу. Стоит только синтезировать эту яйцеклетку, и дальше все пойдет само. Конечно, надо еще обеспечить оплодотворенной яйцеклетке необходимые условия для развития, но эта задача, возможно, скоро войдет в число решаемых.
Биологи могут достаточно долго поддерживать в живом состоянии отдельные органы и куски живой ткани. Еще перед Второй Мировой войной известный хирург Алексис Кэрелл сумел отщипнуть кусок сердечной ткани от эмбриона цыпленка и продержать его в живом и растущем состоянии на протяжении более 32 лет (чрезмерно разрастающуюся ткань периодически приходилось обрезать). Тогда это было очень сложно сделать хотя бы потому, что ученому пришлось предпринять очень много усилий, чтобы предохранить живую ткань от заражения бактериями. Сейчас же, после изобретения антибиотиков, бактериальное заражение уже не представляет из себя особой опасности, и поддерживать ткани в живом состоянии в лаборатории стало гораздо проще.
Проделать нечто подобное с человеческими тканями не дают сейчас проблемы лишь этического, а не технического характера. В 1961 году доктор Дэниэль Петруччи из итальянского города Болонья, заявил, что сумел оплодотворить донорскую яйцеклетку в пробирке, в которой некоторое время после этого жил и развивался эмбрион. (1)
(1) В настоящее время по законодательству большинства стран опыты по искусственному созданию эмбрионов разрешаются до достижения эмбрионом возраста 14 дней, после чего эмбрион должен быть разрушен – прим. пер.
Часто звучат предложения о том, чтобы замораживать сперму великих людей и помещать ее в криохранилище с целью передать выдающиеся гены как можно большему количеству потомков. Оплодотворенные яйцеклетки с той же целью тоже можно пересаживать суррогатным матерям – тогда генетическая мать сможет производить в год по 13 детей со своими генами. К тому же у молодой и энергичной суррогатной матери дети получатся более здоровые, чем получились бы у более старой генетической.
Но есть ли необходимость в суррогатных матерях вообще? Предположим, что банки спермы и яйцеклеток будут использовать в качестве источников биологического материала, а яйцеклетки будут оплодотворять и выращивать в синтетической матке, где будут искусственно воспроизводиться все необходимые условия – температура, давление, возможно, даже звуки и вибрации сердцебиения матери.
До сих пор, насколько известно, оплодотворенные яйцеклетки удавалось провести вне материнской утробы только через самые ранние стадии развития. Процесс замирал еще до того, как начинали формироваться какие-либо органы. Но если удастся изобрести какой-то аналог плаценты, то станет возможным искусственное воспроизведение всего процесса выращивания человека из яйцеклетки и сперматозоида. Ученые уже придумали для этого особый термин – «эктогенез».
Эктогенетическое развитие, конечно, будет крайне ценно для науки, поскольку позволит нам путем непосредственного наблюдения узнать многое о развитии жизни.
Да и общество, признавшее и допустившее эктогенез, получит много преимуществ от того, что эмбрионы будут развиваться в людей в идеальных условиях – избегая болезней, ударов, нехватки питательных веществ и прочих ненужных случайностей, которым они могут подвергнуться, находясь в утробе живой матери.
В условиях перенаселенности нашего мира особую важность приобретает вопрос о необходимости технологий поддержания численности населения на управляемом уровне. В условиях эктогенетического размножения людей это делать будет гораздо проще. Разумеется, к сексуальной жизни людей эктогенез не будет иметь никакого отношения – ведь и сейчас люди далеко не всегда занимаются сексом с целью заведения детей.
Кроме того, и сами эмбрионы в условиях эктогенеза станут гораздо более доступны для пристального изучения, и можно будет давать развиваться лишь тем из них, которые пройдут проверку на наличие физических или биохимических отклонений, что невозможно сделать, когда ребенок с самого начала развития находится в глубине материнской утробы.
Полное размежевание секса и размножения произведет революцию в общественном отношении к первому. Секс утратит свое значение, как элемент противопоставления добра и зла и займет, наконец, свое законное место естественного человеческого инстинкта, перестав быть вечным источником неврозов.
Разумеется, есть у такого будущего и антиутопические стороны. Кто будет выбирать генетических родителей для потомства? На какой основе будет производиться выбор? Сейчас мы еще не можем сказать, насколько безопасным окажется эктогенетическое общество. Остается надеяться, что к тому моменту, как создание такого общества окажется технически возможным, мы уже будем это знать.
<<... предыдущая стр. :: следующая стр...>>
п»ї1 :: 2 :: 3 :: 4 :: 5 :: 6 :: 7 :: 8 :: 9 :: 10 :: 11 :: 12 :: 13 :: 14 :: 15 :: 16 :: 17 :: 18 :: 19 :: 20 :: 21 :: 22 :: 23 :: 24 :: 25 :: 26 :: 27 :: 28 :: 29 :: 30 :: 31 :: 32 :: 33 :: 34 :: 35 :: 36 :: 37 :: 38 :: 39 :: 40 :: 41
| |
| |
|
|
|
