Шон Б. Кэрролл

Закон «джунглей». В поисках формулы жизни

Посвящается животным и людям, которые о них заботятся

Предположим, было бы доподлинно известно, что жизнь и благосостояние каждого из нас рано или поздно будет зависеть от выигрыша или проигрыша в шахматы. Разве мы не решили бы, что в первую очередь необходимо как минимум выучить названия фигур и разобраться, как они ходят? Но очевидная и элементарная истина заключается в том, что жизнь, удача, счастье каждого из нас, а также, в той или иной мере, наших близких зависит от игры гораздо более сложной и затейливой, нежели шахматы. Это игра, которая разворачивается целую вечность… Шахматная доска – это мир, фигуры на ней – явления природы, а правила игры – так называемые законы природы. Томас Г. Гексли. Общее образование (1868)

Введение. Чудеса и диковины

Разбитая грунтовая дорога, официально именуемая Танзанийское шоссе B144, – ухабистый зубодробительный тракт для путешественников с хорошим мочевым пузырем, пролегающий между двумя великими чудесами Африки. Восточная оконечность шоссе упирается в величественные зеленые склоны кратера Нгоронгоро. Это гигантская кальдера шириной более 17 км, образовавшаяся в результате обрушения одного, а возможно, нескольких вулканов Великого Африканского рифта (или Восточно-Африканской рифтовой долины). В ней обитают более 25 000 крупных млекопитающих. Западнее простираются бескрайние равнины Серенгети, куда мы и направлялись в этот безоблачный день, просившийся на открытку.

Наш маршрут резко отличался от роскошных возвышенностей Нгоронгоро. Никаких источников воды не видать. Мы проезжали мимо мужчин и мальчишек из племени масаи в ярко-красных накидках-шуках; они пасли свой скот на любой ботве, какую только можно отыскать, даже самой выгоревшей. Но стоило нам миновать первые безыскусные ворота парка Серенгети, как пейзаж изменился. Масаев не видно, вместо бесплодных пустошей вокруг расстилаются желтовато-зеленые саванны, а вместо коров и коз пасутся газели Томпсона, поглядывающие, кто это поднимает тучи пыли, нарушая их трапезу.

В нашем «лэндкрузере» все оживляются. Где есть газели, там в высокой траве могли притаиться и другие звери. Мы открываем люк на крыше, выпрямляемся. У меня в голове звучат африканские ритмы из альбома Graceland Пола Саймона. Я начинаю осматриваться. Это мой первый визит в Серенгети, что в переводе с языка масаи означает «бесконечные равнины». В этом паломничестве в легендарное святилище дикой природы меня сопровождает семья, точно как в песне Саймона.

Поначалу я озадачен: где же вся живность? Да, стоит засушливый сезон, но тут слишком сухо. Не обманет ли это место наших ожиданий?

Куда ни глянь, повсюду высокотравная степь, в которой кое-где виднеются невысокие скалистые сопки. Взобравшись на их гранитные склоны, животные (или туристы) могут осмотреться на несколько километров вокруг. Есть здесь серые и красноватые термитники, возвышающиеся над травой на несколько метров. Взгляд непроизвольно цепляется за их контуры.

«Что там?» – спрашивает кто-то в салоне.

Мы берем бинокли и присматриваемся к одинокому холмику в паре сотен метров.

«Лев!»

Действительно, на холмике стоит золотистая львица и осматривает окрестности, возвышаясь над травой.

«Допустим, они тут есть, – бормочу я себе под нос. – Но это что, и есть тот самый знаменитый Серенгети?»

В самом деле, будет нелегко разглядеть что-либо в такой высокой траве. Я – единственный биолог из всей компании, не могу же я надеяться, что кому-то захочется заниматься этим «разглядыванием» дни напролет.

Мы едем дальше, кое-где попадаются островки зеленой травы и рощицы знаменитых акаций с плоскими кронами. Между зелеными полянками петляет русло ручья, воды в нем много. Мы поднимаемся на небольшую возвышенность, минуем излучину и тормозим: дальше не проехать, куда ни глянь – одни зебры и гну. Самое настоящее полосатое море. У большого водопоя собрались порядка 2000 животных, а то и больше: шум и гвалт. Крик зебры напоминает тявканье и смех: «куа-ха, куа-ха». А гну просто ворчат: «хух». Эти стада – отголосок величайшей миграции животных на планете, когда миллион гну, 200 000 зебр и десятки тысяч других животных устремляются вслед за дождями на север, к зеленым пастбищам.

Из-за возвышенности слева от нас к водопою пожаловало стадо взрослых слонов, за которыми пристроился молодняк. Стада других животных расступаются перед ними.

Отсюда Серенгети выглядит как бесконечное полотно со множеством зверей всевозможных размеров, форм и мастей. Тут и мелкие серые бородавочники, их задранные хвосты напоминают радиоантенны; не два-три, а как минимум девять видов антилоп: крошечный дик-дик, массивная канна, импала, топи, водяной козел, конгони, газель Томпсона и более крупная газель Гранта, а также вездесущие гну. Здесь и чепрачный шакал, и высоченный масайский жираф, и, конечно же, в этот день нам повстречались целых три вида больших кошек: несколько львов, разлегшийся на дереве леопард и гепард, стоявший в паре метров от дороги… Хотя я и видел много картинок и фильмов, но оказался совершенно не готов к таким завораживающим сценам, поэтому испытал подлинный трепет.

Когда я оглядываю широкую зеленую долину, полную разнообразных животных, и куда ни глянь – повсюду акации, солнце постепенно садится, и от окружающих холмов падают длинные тени, меня охватывает странное, но приятное чувство: я впервые в Танзании, но я почувствовал себя дома.

Действительно, это дом. Вдоль всего Восточно-Африканского рифта разбросаны кости наших пращуров и прапращуров. Между кратером Нгоронгоро и Серенгети вклинилось Олдувайское ущелье – извилистый лабиринт бесплодных земель, протянувшийся на 40 км. Именно на выветренных склонах Олдувая (всего примерно в 4 км от нынешней трассы B144) Мэри и Луис Лики (и их сыновья) после многолетних поисков открыли не один, не два, а три вида ископаемых гоминид, обитавших в Восточной Африке 1,5–1,8 млн лет назад. В 40 милях к югу, в Летоли, Мэри и ее группа открыли отпечатки ног, оставленные 3,6 млн лет назад нашим предком – австралопитеком афарским. Мозг австралопитеков еще был мал, но они уже стали прямоходящими.

Эти добытые тяжким трудом кости гоминид были драгоценными иголками в целом стоге окаменелостей других животных. Поэтому мы знаем, что, хотя действующие лица и изменились, развернувшаяся тогда драма продолжается и сегодня, на наших глазах. Резвые травоядные стремятся уберечься от разнообразных коварных хищников. Эта борьба продолжается тысячелетиями. Вокруг Олдувая обнаружены кучки древних каменных орудий, а на разбросанных здесь костях остались рубцы от разделки. Таким образом, наши предки были не просто зрителями, а активными участниками этого действа.

* * *

Человеческая жизнь за минувшие тысячелетия невероятно изменилась, но наиболее стремительные перемены пришлись на последнее столетие. На протяжении почти всей двухсоттысячелетней истории нашего вида Homo sapiens мы оставались во власти биологии: собирали плоды, орехи и растения; охотились и рыбачили; подобно гну и зебрам, откочевывали на новое место, когда на прежнем ресурсы начинали иссякать. Даже с возникновением земледелия и цивилизации, с развитием городов мы по-прежнему оставались очень уязвимы для капризов погоды, страдали от голода и эпидемий.

Но всего за пару сотен лет мы переломили ход событий и одолели биологию. Вирус оспы, погубивший в первой половине XX в. не менее 300 млн человек (гораздо больше, чем погибло во всех войнах вместе взятых), был не только укрощен, но и практически стерт с лица земли. Туберкулез – бактериальное заболевание, которым в XIX в. инфицировались 70–90 % всех горожан. Туберкулез убивал по меньшей мере каждого седьмого американца, а сегодня в развитых странах он почти искоренен. В настоящее время существует более двух десятков вакцин от заболеваний, которые когда-то поражали, калечили и убивали людей миллионами, в том числе вакцины от полиомиелита, кори и коклюша. Смертельные заболевания, которые в XIX в. еще не существовали, – например, ВИЧ/СПИД – уже сегодня отступают перед инновациоными препаратами.

Заготовка пищи преобразилась не менее радикально, чем медицина. Древнеримский крестьянин вполне узнал бы крестьянский инвентарь, использовавшийся в 1900 г., – плуг, мотыгу, борону, грабли, – но и помыслить не мог о той революции, которая впоследствии произошла. Всего за 100 лет средний урожай кукурузы увеличился более чем вчетверо – с 22 до 97 центнеров с гектара. Аналогичный прирост был достигнут для пшеницы, риса, арахиса, картофеля и других культур. Благодаря развитию биологии с появлением новых сортов зерновых, пород скота, инсектицидов, гербицидов, антибиотиков, гормонов, удобрений, а также благодаря механизации прежние сельскохозяйственные угодья позволяют прокормить увеличившееся вчетверо население. Однако при этом в сельском хозяйстве занято менее 2 % трудоспособного населения, тогда как 100 лет назад более 40 % людей трудились на земле.

Медицинские и агротехнические достижения прошлого века оказали колоссальный суммарный эффект на биологию человека. Население планеты стремительно увеличилось с 2 млрд человек в начале прошлого века до сегодняшних более чем 7 млрд. Человечеству понадобилось 200 000 лет, чтобы превысить численность в 1 млрд (это произошло в 1804 г.), а теперь каждые 12–14 лет число людей увеличивается на 1 млрд. Ожидаемая продолжительность жизни американцев, родившихся в 1900 г., составляла 46 лет для мужчин и 48 – для женщин. Для тех, кто родился в 2000 г., эти показатели равны соответственно 74 и 80 годам. По сравнению с темпами изменений в дикой природе такой двукратный прирост за столь краткий период ошеломителен.

Как верно отметил Пол Саймон, «настали времена чудес».

Законы и правила

Нашим господством, нашей властью над растениями, животными и человеческим телом мы обязаны тому, что научились контролировать биологию на молекулярном уровне, и число этих знаний и сегодня растет лавинообразно. Однако самый важный усвоенный нами урок о человеческой жизни на молекулярном уровне таков: все подчинено правилам. Вот что имеется в виду под данным общим тезисом.

• Все молекулы в организме – от ферментов и гормонов до липидов, солей и других соединений – присутствуют в определенной концентрации. Так, некоторые молекулы встречаются в крови в 10 млн раз чаще молекул других веществ.

• Все виды клеток в организме – эритроциты, лейкоциты, клетки кожи, слизистая оболочка кишечника, а также клетки еще более чем 200 других тканей – порождаются и существуют в организме в определенном количестве.

• Все процессы в организме – от деления клеток до расщепления сахара, овуляции и сна – регулируются определенным веществом или набором веществ.

Оказывается, что большинство болезней возникают в результате сбоя этих процессов, когда возникает недостаток или избыток тех или иных веществ. Например, когда поджелудочная железа синтезирует слишком мало инсулина, возникает диабет. А когда в крови накапливается слишком много «вредного» холестерина, может начаться атеросклероз и случиться сердечный приступ. Когда выходит из строя механизм, регулирующий нормальное деление клеток, может развиться рак.

Чтобы бороться с болезнью, мы должны знать, каким законам она подчиняется. Задача молекулярного биолога (этим термином я именую любых ученых, изучающих жизнь на молекулярном уровне) – выяснить, какие «игроки» (молекулы), если выражаться спортивным языком, вовлечены в тот или иной процесс и по каким правилам они «играют». В течение последних пятидесяти с лишним лет мы изучали законы, от которых зависит уровень различных веществ в организме – разнообразных гормонов, сахара в крови, холестерина, нейровеществ, желудочной кислоты, гистаминов, – а также кровяное давление, иммунитет к патогенам, деление клеток в различных тканях и многое другое. Множество Нобелевских премий по физиологии и медицине было вручено за открытие таких «игроков» и «правил», которым они подчиняются.

Сегодня аптечные полки заставлены плодами полученных знаний. Вооружившись информацией о молекулярной природе биологической регуляции, мы разработали массу лекарств, нормализующих уровни критически важных молекул или типов клеток, возвращающих их концентрацию в нормальный, «здоровый» диапазон. Действительно, большинство из 50 важнейших фармацевтических препаратов (суммарная выручка от продажи которых в 2013 г. составила 187 млрд долл.) непосредственно связаны с революцией в молекулярной биологии.

Когорта молекулярных биологов, к которой принадлежу и я, по праву гордится своим общим вкладом в человеческое долголетие и качество жизни. Драматические достижения в расшифровке информации генома человека предвосхищают новую волну прорывных открытий в медицине, поскольку позволяют разрабатывать более избирательные и мощные препараты. Революция в понимании тех правил, которым подчиняется наша биология, будет продолжаться. Одна из целей данной книги – рассмотреть эту революцию в ретроспективе и подумать, куда она нас ведет.

Но жизнь подчиняется законам не только на молекулярном уровне, а молекулярная биология – не единственная биологическая дисциплина, преобразившаяся за последние полвека. Биология стремится понять законы, управляющие жизнью на всех уровнях. Наряду с вышеупомянутой революцией в биологии совершается еще одна революция, правда, менее заметная. За ней стоят биологи, открывающие законы природы в гораздо более крупных масштабах. Эти законы не менее важны для нашего благополучия в будущем, чем любые механизмы молекулярной биологии, которые мы когда-либо можем открыть.

Закон джунглей

Вторая революция началась, когда некоторые биологи задались простыми, казалось бы, даже наивными вопросами: «Почему наша планета зеленая?», «Почему животные едят не всякую пищу?», «Что происходит, когда некоторые животные покидают места обитания?» Поиск ответов на эти вопросы позволил понять, что существуют не только молекулярные законы, регулирующие содержание различных молекул и клеток в организме, но и законы экологические, регулирующие количество и биоразнообразие животных и растений в любом месте.

Я назову эти экологические правила «законом джунглей», поскольку именно в дикой природе их удалось хорошо документировать в ходе героических долгосрочных исследований, а также потому, что эти законы определяют, например, сколько львов или слонов может существовать в африканской саванне, и они же помогают нам понять, что произойдет, если львы покинут свои охотничьи угодья.

По этим законам живут не только в джунглях. Они действуют во всем мире: на суше, в океанах, озерах и т. д. Я с тем же успехом мог назвать их «законом озера Эри», но этот вариант звучит не так пафосно. Эти законы одновременно удивительны и глубоки: удивительны потому, что объясняют неочевидные взаимосвязи между живыми существами, а глубоки потому, что определяют способность природы порождать животных, растений, деревья, давать чистую воду и чистый воздух, которые нам жизненно необходимы.

Однако если молекулярные законы человеческой биологии мы активно используем в медицине, вкладываем в это огромные средства, то закон джунглей практически не учитывается и не применяется в человеческой деятельности. Прежде чем любой препарат будет одобрен для лечения человека, он должен пройти целый ряд строгих клинических испытаний, оценивающих его эффективность и безопасность. Эти исследования проверяют не только потенциал препарата в плане лечения того или иного состояния, но и возможные побочные эффекты, взаимодействие лекарства с иными веществами в организме, участие в других процессах. Критерии допустимости очень строгие: около 85 % тестируемых препаратов не выдерживают клинических испытаний. Такая значительная отбраковка объясняется, в частности, наличием побочных эффектов, часто присущих лекарствам, вызывающим резкую негативную реакцию врачей, пациентов, компаний и регулирующих органов.

Но на протяжении большей части XX века на большей части территории нашей планеты люди хищнически охотились и рыбачили, распахивали и выжигали ландшафты, а также селились, где хотели, почти или совершенно не учитывая побочных эффектов, связанных с изменением численности различных видов или с разрушением экосистем. Когда наша численность превысила 7 млрд человек, эти побочные эффекты стали упоминаться в тревожных заголовках.

Например, еще 50 лет назад в мире обитало 450 000 львов, а сегодня их численность сократилась до 30 000. Царь зверей, некогда рыскавший по всей Африке, а также в Индостане, исчез в 26 странах. Сегодня 40 % африканских львов обитают на территории Танзании, одним из последних убежищ для них стал парк Серенгети.

Аналогичная картина наблюдается и в океанах. Акулы господствовали в морях 400 млн лет, но лишь в последние 50 лет их популяция во всех регионах мира сократилась на 90–99 %. Сегодня 26 % акул, в том числе большая рыба-молот и китовая акула, находятся под угрозой исчезновения.

Кое-кто может сказать: «Ну и что? Мы побеждаем, они проигрывают. Такова природа». Но природа не такова. Человек заболевает, если уровень какого-либо критически важного вещества слишком снижается или повышается. Сегодня мы понимаем, что закон джунглей действует точно так же и целые экосистемы могут «заболеть», если популяции некоторых организмов чрезмерно сократятся или разрастутся.

Накапливаются факты, свидетельствующие, что глобальная экосистема нездорова или по меньшей мере очень истощена. Один из критериев, разработанных учеными, – это общий экологический след человеческой деятельности, складывающийся из выращивания продовольственных и технических культур, выпаса скота, заготовки леса, рыболовства, строительства инфраструктуры для жилья и получения энергии, сжигания топлива. Затем экологический след можно сравнить с общей продуктивностью планеты. В результате получается один из самых простых, но красноречивых графиков, попадавшихся мне в научной литературе (рис. 2).

Пятьдесят лет назад, когда на Земле жило около 3 млрд человек, мы ежегодно потребляли около 70 % ресурсов, ежегодно производимых Землей. Этот график преодолел отметку 100 % в 1980 г., а сегодня остается на уровне примерно 150 %. Это означает, что нам нужно полторы такие планеты, как Земля, для возобновления ресурсов, которые мы тратим ежегодно. Как отмечают авторы этого исследования, которое теперь также стало ежегодным, у нас в распоряжении всего одна Земля.

Мы обуздали биологию, но не самих себя.

Рис. 2

Тенденция изменения экологических потребностей человечества по сравнению с продуктивностью Земли. В настоящее время перерасход запасов, которые способна восстановить планета, составляет примерно 50%

Рисунок взят из работы Wackernagel, M., N. B. Schulz, D. Deumling, A. C. Linares et al. (2002) “Tracking the Ecological Overshoot of the Human Economy.” Proceedings of the National Academy of Sciences USA 99: 9266–9271. © 2002 National Academy of Sciences

Законы для жизни

Как бы предвзято ни звучало это утверждение из уст биолога, то огромное влияние, которое биология оказала на нашу жизнь за прошлый век, доказывает, что именно эта естественная наука наиболее важна для человеческой деятельности. Нет никаких сомнений, что в обозримом будущем биология будет играть ключевую роль в обеспечении растущего населения пищей, лекарствами, водой, энергией, жильем и средствами к существованию.

Любой биолог, понимающий в экологии, глубоко обеспокоен растущим «нездоровьем» планеты, тем, как все сложнее ей становится обеспечивать необходимым нас, не говоря уже о других созданиях. Не будет ли трагической иронией судьбы то, что мы будем все быстрее открывать новые лекарства против всевозможных молекулярных и микроскопических смертельных опасностей, в то же время оставаясь в блаженном или осознанном неведении о том, как устроен наш общий дом в макроскопическом масштабе? Несомненно, большинство пассажиров «Титаника» больше интересовались обеденным меню, чем тем, на какой широте и с какой скоростью идет их судно.

Итак, ради нашего общего блага давайте разберемся во всех законах природы, а не только в тех, которые касаются нашего организма. Лишь при условии, что мы станем глубже понимать экологические законы и научимся руководствоваться ими, у нас появится шанс обратить побочные эффекты нашей деятельности, возникающие по всему земному шару.

Но я собирался обсудить на страницах этой книги не только определенные законы, сколь бы практичны и актуальны они ни были. Знания о них – результат упорных и до сих пор не оконченных исканий, цель которых – понять устройство жизни. В частности, я собираюсь рассказать об этих исканиях, а также о радости, связанной с совершением открытий. Я считаю, что наука предстанет перед нами гораздо более увлекательной, понятной и запоминающейся, если мы проследуем за учеными со всего мира в их лаборатории, понаблюдаем за их терзаниями и триумфами. Эта книга целиком состоит из историй о людях, которые, не боясь испытаний, брались за разгадку великих тайн и достигали выдающихся результатов.

В результате их открытий мы не просто получили более подробные руководства по эксплуатации человеческого организма либо тех или иных экосистем. Одно из всеобщих убеждений о биологии (несомненно, сложившееся по вине биологов и составителей экзаменов по биологии) заключается в том, что для понимания жизни необходимо оперировать огромными массивами фактов. Как выразился один биолог, жизнь являет, казалось бы, «практически бесконечное множество частностей, которые приходится сортировать в индивидуальном порядке». Здесь я также собираюсь показать, что это не так.

Когда мы размышляем об устройстве человеческого организма или о сцене, которую я наблюдал в Серенгети, нас просто ошеломляет количество деталей: элементы кажутся слишком многочисленными, а их взаимодействия – чересчур сложными. Сила небольшого набора общих правил, которые я опишу здесь, заключается в том, что они позволяют свести все сложные феномены к простой логике жизни.

В частности, эта логика поясняет, как наши клетки или организмы «узнают», что нужно уменьшить или нарастить синтез того или иного вещества. Та же логика объясняет, почему увеличивается или уменьшается популяция слонов в саванне. Итак, пусть даже конкретные молекулярные или экологические законы отличаются, общая логика едина для всех и вся. Я считаю, что, понимая эту логику, мы значительно лучше осознаем, как устроена жизнь на различных уровнях: уровне молекул, людей, слонов или экосистем.

Надеюсь, что каждый читатель этой книги почерпнет в ней вдохновение и свежий взгляд на жизнь: взгляд на чудеса жизни в различных ее масштабах, вдохновение от историй об удивительных людях, бравшихся за разгадку великих тайн и в результате совершавших открытия, а также о тех немногих, чьи значительные достижения помогли изменить мир к лучшему.

* * *

Проведя пять дней в Серенгети, мы повстречали все виды крупных млекопитающих, кроме одного… Когда мы ехали назад через желто-зеленые саванны, на горизонте, как по заказу, возник новый силуэт с хорошо заметным характерным рогом – черный носорог. Во всем парке Серенгети обитает всего 31 носорог, встречи с этим зверем редкие и захватывающие. Но учитывая, что некогда здесь обитали более 1000 этих животных, подобные встречи служат грустным напоминанием о стоящих перед нами проблемах. Хотя мы знаем, по каким законам работает человеческая эрекция, и ее могут обеспечить как минимум пять разных недорогих препаратов, носорога до сих пор истребляют за его рог, который считается в восточной медицине драгоценным афродизиаком.

Мы живем в чудесные и диковинные дни

Не плачь, малышка, не плачь

Не плачь.

01

Все по правилам

Глава 1. Мудрость тела

Живое существо стабильно. Ему необходимо быть таковым, чтобы не разрушиться, не раствориться или не дезинтегрироваться под действием колоссальных, зачастую противодействующих сил, которые его окружают. Шарль Рише, нобелевский лауреат (1913)

Я пробудился от глубокого сна из-за треска деревьев. Глядя через москитную сетку нашей большой палатки, установленной на лесистом утесе над рекой Тарангире в северной Танзании, я ничего не мог рассмотреть в кромешной тьме безлунной ночи. Может быть, ветром свалило дерево? Посмотрел, который час, – было четыре утра, – и перевернулся на другой бок, надеясь поспать еще пару часов. Однако тут же услышал тяжелую поступь – сначала прямо перед нашей палаткой, затем вокруг нее. Шум то и дело прерывался низким ворчанием, напоминавшим громкое мурлыканье. Они были совсем близко. Проснулась и моя жена Джейми.

Семейство слонов поднималось по склону от русла реки, ощипывая древесные кроны и верхушки кустарников. Эти животные, не имеющие естественных врагов, бродят где хотят. Они весят по четыре тонны или даже больше и, орудуя мощными хоботами как подъемными кранами, просто делают себе просеку через любые заросли. Пока мы слушали, как трещат ветви и стволы, я думал о том, какая тонкая ткань разделяет нас и слонов. Совершенно не замечая отдыхающих рядом людей и, к счастью, абсолютно не заинтересовавшись нашим прямо угольным убежищем, они паслись возле нас до самой зари, а потом вновь спустились по склону на водопой.

Когда рассвело, мы осторожно вылезли наружу, чтобы сфотографировать одного слона, отбившегося от стада. Дружище, когда между тобой и слоном ничего нет, он кажется еще больше. Этот самец был гигантским, метра три в холке, с огромными ушами. Он пощипывал листья и ветки с невысоких деревьев, игнорировал папарацци, таращившихся на него из-за нескольких палаток, и, кажется, был вполне доволен жизнью (рис. 1.1), пока его не напугал какой-то шум из палатки. Слон затрубил, развернулся влево и сделал несколько шагов в нашу сторону.

О том, что произошло дальше, воспоминания у всех разные…

По моей версии, мы ринулись в ближайшую палатку (нас набилось туда, как сельдей в бочке) и мигом застегнули молнию (потому что четырехтонные слоны не умеют открывать молнии). Потом просто сидели внутри, дрожали и перешептывались, стараясь прийти в себя.

С биологической точки зрения за эти несколько секунд в моем мозге и теле произошла масса интереснейших событий. Прежде чем мозг даже успел подумать: «Бешеный слон! Беги!» – самый примитивный отдел мозга, миндалевидное тело, уже отправлял сигнал тревоги в гипоталамус. Этот командный центр размером с орешек, расположенный прямо над миндалевидным телом, оперативно отправлял электрические и химические сигналы основным органам. По нервам он приказал надпочечникам выделить норадреналин и эпинефрин, более известный под названием адреналин. Затем эти гормоны, попав в кровоток, быстро достигли других органов, в частности: сердца (оно забилось чаще), легких (дыхательные пути расширились, я стал глубже дышать), скелетных мышц (они сократились сильнее), печени (высвободившей запасы сахара, из которого быстрее всего извлекается энергия), а также клеток гладкой мускулатуры по всему телу; кровеносные сосуды сжались, волоски на коже встали дыбом, а кровь отхлынула от кожи, кишечника и почек. Кроме того, гипоталамус отправил химический сигнал, кортиткотропин-рилизинг-гормон (КРГ) в гипофиз – расположенную по соседству железу. Гипофиз запустил выделение еще одного вещества, аденокортикотропного гормона (АКТГ), которое поступило в другую часть надпочечника и спровоцировало выделение еще одного вещества – кортизола. Кортизол повысил мое кровяное давление и усилил приток крови к мышцам.

Рис. 1.1

Слон! Самец после подъема на речной утес, национальный парк Тарангире

Фотография публикуется с разрешения Патрика Кэрролла

Все эти физиологические изменения входят в состав общей реакции, известной под названием «бей или беги». Эта реакция, описанная в начале прошлого века гарвардским физиологом Уолтером Кенноном (он же предложил и вышеупомянутый термин), провоцируется как страхом, так и яростью, быстро готовит организм к драке или к бегству. Мы выбрали второй вариант.

Пугливые кошки

Кеннон заинтересовался реакцией организма на страх, когда одним из первых принялся исследовать пищеварение. Рентгеновские лучи были открыты, когда Кеннон учился в мединституте. Профессор посоветовал ему воспользоваться этой новой технологией, чтобы рассмотреть механику процесса. В декабре 1896 г. Кеннон и его сокурсник успешно сделали первые снимки того, как собака глотает перламутровую пуговицу. Затем они экспериментировали и над другими животными, в частности над курицей, гусем, лягушкой и кошками.

Одна из проблем при изучении пищеварения заключалась в том, что мягкие ткани ЖКТ плохо отображаются на рентгеновских снимках. Кеннон обнаружил, что если подмешивать в корм животным соли висмута, то их пищеварительный тракт просматривается хорошо, поскольку этот элемент непроницаем для лучей. Кеннон также пробовал работать с барием; на тот момент барий был слишком дорогим для исследовательской работы, но позже был принят на вооружение радиологами (и до сих пор применяется в гастроэнтерологии). В ходе классической серии исследований Кеннону впервые удалось наблюдать (при опытах над живыми здоровыми животными без анестезии, а также над людьми), как пища в ходе перистальтических сокращений движется через пищевод, желудок и кишечник.

Во время экспериментов Кеннон обратил внимание, что если кошка возбуждается, то ее перистальтика неожиданно останавливается. Он пометил в блокноте:

Неск. раз очень четко (то есть абсол. без сомнений) заметил, что, когда кот дышал спокойно, а затем вдруг разозлится и начнет вырываться, движения полностью останавливаются… Примерно через 1/2 минуты возобновляются.

Кеннон повторил эксперимент еще несколько раз. Всякий раз, как только животное успокаивалось, движения возобновлялись. Теперь студент-второкурсник с медицинского факультета мог записать на свой счет еще одно открытие. Во второй классической статье, которую он выпустил в начале своей карьеры, Кеннон писал: «…Давно известно, что сильные эмоции сказываются на пищеварительном процессе, однако удивительно, что моторная активность желудка отличается такой крайней чувствительностью к нервному состоянию».

Страсть к экспериментам заставила Кеннона отказаться от карьеры практикующего врача. Его талант, дисциплина и профессиональная этика настолько впечатлили сотрудников элитного гарвардского факультета физиологии, что по окончании учебы Кеннона взяли на должность преподавателя.

Нервный желудок

В своей лаборатории Кеннон пытался выяснить, как эмоции влияют на пищеварение. Он обнаружил, что при стрессе пищеварение также останавливается у кроликов, собак и морских свинок, а судя по медицинской литературе, и у людей. Связь между эмоциями и пищеварением указывала, что нервная система каким-то образом непосредственно контролирует пищеварительную.

Кеннон знал, что все внешние признаки стресса – бледность, вызванная сужением кровеносных сосудов, холодный пот, сухость во рту, расширение зрачков, «мурашки по коже» – возникают в тканях, которые связаны с гладкой мускулатурой и возбуждаются так называемой симпатической нервной системой. Симпатическая система состоит из серий нейронов, берущих начало в грудопоясничном отделе позвоночника и идущих к скоплениям нервных клеток (так называемым ганглиям). Из ганглиев растет вторая серия нейронов (обычно гораздо более длинных), возбуждающих конкретные органы. Большинство органов и желез организма, в том числе кожа, артерии, артериоли, радужка, сердце и пищеварительные органы, получают симпатический сигнал. Те же органы получают сигнал от нейронов, начинающихся в черепной или крестцовой части позвоночника (рис. 1.2).

Рис. 1.2

Симпатическая нервная система. Отдел вегетативной нервной системы, соединяющий различные железы и гладкую мускулатуру, поддерживающий гомеостаз и опосредующий реакцию «бей или беги». Нервы, исходящие из черепного и крестцового отдела, обычно действуют в противовес тем, что исходят из грудопоясничного отдела (проследите, например, как возбуждается тонкий кишечник)

Рисунок из работы The Wisdom of the Body by Walter B. Cannon (1963), адаптирован Лиэнн Олдз

Чтобы определить, почему работа желудка и кишечника останавливается при стрессе, Кеннон и его студенты провели ряд простых, но фундаментальных исследований. В частности, они удаляли нервы, ведущие к пищеварительным органам. Кеннон обнаружил, что если удалить блуждающий нерв, начинающийся в черепе, но оставить внутренностный нерв (относящийся к симпатической системе), то угнетение перистальтики по-прежнему достигалось при испуге. Напротив, когда внутренностные нервы были удалены, а блуждающий нерв оставался нетронутым, реакция на страх отсутствовала. Исследования показали, что угнетение перистальтики под действием эмоций вызывается симпатическими внутренностными нервами.

Кеннон заметил, что торможение пищеварительного процесса зачастую подолгу продолжалось и после того, как устранялась причина этой реакции. Поэтому он предположил, что помимо непосредственных нервных импульсов может существовать и второй механизм, продлевающий возбужденное состояние. Сообщалось, что внутривенная инъекция адреналина – вещества, содержащегося в центральной части надпочечников, – дает некоторые эффекты, также возникающие при стимуляции симпатической нервной системы. Кеннон заинтересовался, не участвуют ли надпочечники в реакции организма на страх и гнев.

Чтобы проверить эту гипотезу, Кеннон «воспользовался естественной враждой» между кошками и собаками. Вместе с молодым врачом Даниэлем де ла Па он сравнил пробы крови, взятые у кошек до и после того, как те сталкивались с лающей собакой. Оказалось, что в крови испуганных кошек содержится особая субстанция: если нанести ее на небольшой участок кишечной мускулатуры, этот участок перестает сокращаться. Именно такой эффект наблюдался и при смазывании мышц адреналином.

Эпинефрин оказался одним из компонентов «адреналина», образующегося в надпочечниках. Кеннон с коллегами также обнаружили, что эпинефрин ускоряет сердцебиение, активизирует высвобождение сахара из печени и даже свертывание крови. Такие же эффекты вызывают боль, страх или гнев. Ни один из них не возникал, если надпочечники были удалены либо если были иссечены нервы, ведущие к надпочечникам. Итак, симпатическая нервная система и надпочечники действуют в связке и корректируют работу других органов в условиях стресса.

Кеннон предположил, что реакция, провоцируемая эпинефрином, отражает сигнальную функцию надпочечников перед срабатыванием рефлекса «бей или беги» либо в ответ на боль. Будучи убежденным сторонником дарвиновской теории естественного отбора, Кеннон интерпретировал работу адреналиновой системы именно в таком ракурсе:

Организм, способный… оптимально контролировать свою энергию, оптимально высвобождать сахар для стимуляции работы мышц, оптимально подкачивать кровь к тем частям тела, которые критически важны при бегстве или в смертельной схватке, имеет максимальные шансы на выживание.

Ученик Кеннона Филип Бард впоследствии продемонстрировал, что гипоталамус – это важнейшая часть мозга, управляющая так называемыми непроизвольными (автономными) функциями нервной системы, в частности пищеварением, сердцебиением, дыханием и реакцией «бей или беги». И эта часть мозга, и эти экстренные реакции – очень древние. Тот же самый набор реакций помогал нашим предкам спасаться от львов и гиен в саваннах, а теперь помогает пешеходам в Нью-Йорке не попасть под такси, а туристам в Африке – убежать от слонов.

Ученый-солдат

Кеннон был высококлассным, но не высоколобым ученым. В 1916 г. Первая мировая война, продолжавшаяся в Европе уже более двух лет, превратилась в позиционную бойню, в которой противники несли огромные потери. Оставалось все меньше сомнений, что США будут втянуты в конфликт. Кеннону предложили возглавить специальный комитет физиологов, который должен был консультировать правительство по вопросам защиты военных и гражданских. Кеннон узнал, что одной из наиболее серьезных проблем в военной медицине является развитие шока у раненых солдат. Кеннон осознал, что некоторые симптомы шока – учащенный пульс, расширенные зрачки, обильное потоотделение – напоминают те, что наблюдались у подопытных животных в состоянии стресса. Раненые солдаты, у которых проявлялись такие симптомы, часто быстро угасали и умирали. «Разве мы перепробовали все способы борьбы с этим?» – спрашивал он коллегу-физиолога.

Проблема шока настолько занимала Кеннона, что он начал ставить опыты на животных, чтобы проверить, можно ли каким-либо образом сгладить этот синдром. Когда 1 апреля 1917 г. США наконец вступили в Первую мировую войну, Кеннону уже стукнуло 45. Он был отцом пятерых детей и легко мог избежать призыва. Но Кеннон записался добровольцем в гарвардский медицинский отряд – одно из первых американских медицинских подразделений, направленных в Европу. Кеннон вызвался служить в прифронтовой реанимации на севере Франции.

Кеннон попрощался с семьей в Бостоне, на поезде отправился в Нью-Йорк, а там поднялся на борт военного транспортного корабля «Саксония», направлявшегося в Англию. Путь через океан занимал 11 дней. Чтобы корабль не обнаружили немецкие подлодки, по ночам действовала светомаскировка, все иллюминаторы были закрыты. Обычно на носу и корме корабля горят огни, это делается, чтобы избежать столкновений, но на «Саксонии» зажигали только кормовые огни, чтобы было проще ускользнуть от торпеды. Спустя восемь дней пути, когда корабль уже приближался к британским берегам, поступил приказ всем спать в одежде: если судно будет подбито, то в спасательные шлюпки необходимо грузиться в полной выкладке. Поскольку корабль шел через неспокойное море в дождливую и туманную погоду, Кеннон с облегчением писал жене Корнелии: «Должен сказать, не лучшие условия для удачной охоты». После встречи с конвоем британских эсминцев стало еще спокойнее.

Благополучно добравшись до Англии, Кеннон сразу отправился в свой первый (но не последний) полевой госпиталь. Вскоре развернулось британское наступление, стали во множестве прибывать раненые. Хотя Кеннон и не имел медицинской практики после окончания медицинского университета (с тех пор прошло уже 17 лет), он вызвался служить ассистентом в операционной, перевязывать раны и работать в палатах.

Затем Кеннон перешел в прифронтовой госпиталь. Он сокрушенно наблюдал, как удручающе стремительно редели ряды солдат. Причина их смерти оставалась загадкой, которую во что бы то ни стало хотели решить Кеннон и еще некоторые американские и британские физиологи.

Важную деталь о природе шока удалось выяснить благодаря методу, который тогда еще считался новаторским: у солдат измеряли кровяное давление, а не только пульс. Давление у здоровых солдат составляло около 120–140 мм рт. ст., а у пациентов в состоянии шока – менее 90. Выяснилось, что если давление падало на уровень 50–60 мм рт. ст., то человек не выживал.

Низкое давление означало, что жизненно важным органам не хватает питательных веществ, а также не удается избавляться от отходов. Начав работать во Франции, Кеннон решил измерять концентрацию гидрокарбонат-ионов в кровотоке пациентов, находящихся в состоянии шока, поскольку эти ионы играли ключевую роль в функционировании буферной системы крови. Кеннон открыл, что у пациентов был снижен уровень гидрокарбонатов, а это означало, что кровь, обычно представляющая собой слегка щелочной раствор, становилась все более кислой средой. Он также обнаружил, что чем выше кислотность крови, тем ниже кровяное давление и тяжелее шок. Кеннон предложил простую доступную терапию: давать пострадавшим от шока пищевую соду.

О первых результатах Кеннон упоминал в письме своей супруге Корнелии, которое написал в конце июня 1917 г. – всего через два месяца после прибытия в Европу:

Вот в понедельник к нам поступил пациент с давлением 64 мм рт. ст. (норма – 120), совсем плох. Мы давали ему соду (гидрокарбонат натрия) по чайной ложке каждые два часа, и на следующее утро его давление уже достигло 130. А в среду поступил солдат с полностью развороченным предплечьем… обычно от таких ран умирают. После операции у него было невероятно низкое давление, примерно 50; сразу начали давать ему соду, и наутро давление уже было 112.

Кеннон описывал еще троих солдат, которых лечил на той же неделе и которых также удалось «вытащить с того света»; одному из них гидрокарбонат натрия вводили внутривенно, и его учащенное дыхание и пульс быстро пришли в норму.

Кеннон и военные медики союзников воодушевились этой инновацией. Поскольку болевой шок часто возникал при хирургических операциях, применение гидрокарбоната стало стандартной превентивной мерой во всех критических случаях. Кеннон с коллегами также выступали за внедрение других процедур, связанных с купированием шока, в частности предлагали укутывать солдат в состоянии шока в теплые одеяла, давать им горячее питье, транспортировать на сухих носилках и применять при операциях сравнительно легкие обезболивающие.

Для внедрения этих методов Кеннон организовал обучение и развертывание «шоковых подразделений» для лечения солдат в состоянии шока прямо на фронте или в прифронтовой полосе. Чтобы проверить, как эти группы действуют в бою, он лично побывал на фронте с инспекцией.

В середине июля 1918 г. Кеннон посетил госпиталь близ Шалона-на-Марне в восточной Франции. Проведя вечер в компании других медиков, Кеннон отправился спать. Издалека слышалась уже привычная перестрелка. Около самой полуночи Кеннона внезапно разбудил «самый невероятный, жуткий, неописуемо ужасный рев… словно тысячи огромных грузовиков неслись по булыжникам». Он подскочил к окну и увидел зарево от залпов и взрывов, застилавшее весь горизонт. Услышал, как со свистом мимо пролетел снаряд, взорвавшийся рядом с госпиталем. Снаряды продолжали ложиться на расстоянии не более мили от здания, примерно по одному каждые три минуты на протяжении четырех часов.

В разгар грандиозного немецкого артобстрела Кеннона вызвали в реанимацию – начали поступать первые раненые. Затем их стали привозить сплошным потоком – всего за тот день поступило более 1100 человек. В тот момент, когда палата заполнялась ранеными, Кеннон услышал оглушительный треск: снаряд угодил в соседнее помещение, расположенное всего в нескольких метрах, снес крышу и изрешетил шрапнелью стену его палаты. Все окутало пылью, дымом и газами от взрыва, но Кеннон и остальные врачи оставались на посту, пока не осмотрели всех по страдавших и не переправили их в более безопасный тыловой госпиталь.

Оказалось, что эта битва стала переломным моментом в войне. Немецкий натиск был остановлен, союзники устремились на восток и наступали в течение нескольких следующих месяцев. Вместе с наступающими войсками Кеннон оказался на территории, которую ранее удерживали немцы. Он видел руины на месте французских городков, пустынные пейзажи, где не было ни клочка зелени, а также длинные шеренги немцев, попавших в плен. Наконец потоки раненых солдат союзников превратились в ручейки, а затем и вообще закончились. Война завершилась. Кеннон писал жене: «Приятно сознавать… что мы вытаскивали раненых в самом центре битвы, которая изменила всю мировую историю».

Конец ознакомительного фрагмента. Купить полную версию книги.