Глава 1 Как собрать человека
Сколь подобен богу!
Давным-давно, когда я учился в старших классах в Америке, нам на биологии рассказали, что все химические элементы, из которых состоит человеческое тело, можно купить в хозяйственном магазине долларов за пять или около того. Точную сумму уже не назову. Может, за 2,97 или 13,50 – в любом случае это было очень мало даже в пересчете на деньги 1960-х годов, и я помню, как изумился мысли о том, что сутулое прыщавое нечто вроде меня можно смастерить практически забесплатно.
Это грандиозное откровение настолько сбило с меня спесь, что я пронес его с собою через всю жизнь. Вопрос только в том, правда ли это? Неужели мы и в самом деле стоим такие гроши?
Многие авторитетные ученые (возможно, их следует называть «аспиранты, которым не с кем пойти гулять в пятницу вечером») в разное время пытались – по большей части развлечения ради – вычислить, сколько стоит сырье, из которого можно собрать человека. Пожалуй, самую полную и достоверную за последние годы попытку предприняло британское Королевское химическое общество (КХО), рассчитавшее к Кембриджскому фестивалю науки 2013 года общую стоимость всех материалов, необходимых для создания актера Бенедикта Камбербэтча. (Камбербэтч был приглашенным директором фестиваля в том году, а заодно, по счастливому стечению обстоятельств, – человеческим существом стандартных размеров.)
В целом, согласно расчетам КХО, чтобы собрать человека, требуется пятьдесят девять химических элементов[1], [2]. Шесть из них – это углерод, кислород, водород, азот, кальций и фосфор, и они составляют 99,1 % нашего тела, но вот остальные по большей части довольно неожиданны. Кто бы мог подумать, что нам не стать полноценными людьми без капельки молибдена – или ванадия, марганца, олова и меди? Надо сказать, что наша потребность в некоторых из этих элементов весьма скромна и измеряется миллионными или даже миллиардными долями общей массы нашего тела. К примеру, нам требуется всего двадцать атомов кобальта и тридцать – хрома на каждые 999 999 999 с половиной атомов всего остального[3].
Самый объемный компонент в любом человеке, занимающий шестьдесят один процент доступного пространства, – это кислород. Может показаться чуточку неожиданным, что мы почти на две трети состоим из газа без запаха. Однако быть легкими и прыгучими, как воздушный шарик, нам мешает то, что большая часть этого кислорода связана с водородом (на долю которого приходится еще десять процентов нашего тела) и образует воду – а вода, как вам известно, если вы хоть раз пытались передвинуть детский надувной бассейн или просто прошлись в насквозь мокрой одежде, штука на удивление тяжелая. Несколько забавно, что два самых легких вещества в природе, кислород и водород, собираясь вместе, образуют одно из самых тяжелых, но в этом вся природа. Кислород и водород к тому же одни из самых дешевых элементов, составляющих ваше тело. Весь кислород в вашем организме будет стоить всего 8,90 фунта стерлингов, а водород – чуть больше 16 фунтов (если, конечно, вы размерами примерно напоминаете Бенедикта Камбербэтча). Азот (он составляет 2,6 % от вас) – еще дешевле, каких-то двадцать семь пенсов за все тело. Но вот дальше цены несколько повышаются.
Если верить Королевскому химическому обществу, вам понадобится около тридцати фунтов углерода, и такое количество будет стоить 44 300 фунтов. (В расчетах они использовали только вещества высшей степени очистки. КХО не станет лепить человека из какой-нибудь дешевки.) Кальций, фосфор и калий, хотя и нужны в гораздо меньших количествах, вместе обойдутся еще в 47 000 фунтов. Большинство остальных веществ еще дороже на единицу объема, но, к счастью, их требуются лишь микроскопические количества. Торий стоит почти 2000 фунтов за грамм, но составляет всего 0,0000001 процента вас, поэтому количество, нужное на одно тело, можно приобрести за 21 пенс. Все необходимое олово обойдется вам в 4 пенса, а цирконий и ниобий – всего в 2 пенса каждый. Самарий (0,000000007 процента вашего тела), как выясняется, вообще никакой ценностью не обладает. В отчете КХО его стоимость составляет £0,00.
Из пятидесяти девяти элементов, входящих в наш состав, двадцать четыре традиционно известны как «обязательные», потому что без них нам просто не обойтись. Остальные – этакая мешанина. Некоторые абсолютно очевидно полезны, другие – вероятно, полезны, но мы пока не разобрались, чем именно, третьи не полезны и не вредны, а просто, так сказать, решили присоседиться, и еще пригоршня – откровенно неприятные типы. Например, кадмий, двадцать третий по распространенности элемент в организме, составляет 0,1 процента объема вашего тела, однако он не на шутку токсичен. Мы содержим его в себе не потому, что он нужен телу, а потому, что он попадает из почвы в растения, а затем в нас, когда мы эти растения едим. Если вы живете в Северной Америке, то, скорее всего, потребляете около восьмидесяти микрограммов кадмия в день, и, с какой стороны ни глянь, он не приносит вам ни малейшей пользы.
На удивление значительная часть процессов, происходящих в теле на этом элементарном уровне, по-прежнему находится на стадии изучения. Выберите наугад почти что любую клетку своего тела, и вы найдете в ней миллион или даже больше атомов селена, однако до недавнего времени никто не знал, для чего они там. Теперь-то нам известно, что селен необходим для выработки двух жизненно важных ферментов, дефицит которых связывают с развитием гипертонии, артрита, анемии, некоторыми видами рака и даже, возможно, снижением концентрации сперматозоидов в семенной жидкости[4]. В общем, очевидно, что иметь в организме немножко селена никому не помешает (его особенно много в орехах, рыбе и цельнозерновом хлебе), но в то же время, если перегнуть палку, можно необратимо поразить печень[5]. Как и во многих других сферах жизни, поиск золотой середины – дело кропотливое.
В целом, согласно КХО, скрупулезно высчитанная полная стоимость создания нового человека, прототипом которого любезно согласился послужить Бенедикт Камбербэтч, будет составлять 96 546 фунтов и 79 пенсов. Трудовые затраты при создании и НДС, само собой, еще увеличат себестоимость. Пожалуй, вам повезет, если удастся отхватить себе Бенедикта Камбербэтча меньше чем за двести тысяч фунтов стерлингов – если подумать, не то чтобы целое состояние, но, конечно, и не жалкие несколько долларов, о которых нам говорили на биологии. Хотя вообще-то в 2012 году давно любимая зрителями американская научно-популярная программа канала Пи-Би-Эс Nova представила в серии под названием «Охота за элементами» абсолютно эквивалентный анализ и пришла при оценке стоимости основных компонентов человеческого тела к цифре в 168 долларов[6]. Так она проиллюстрировала феномен, к которому мы на этих страницах еще неизбежно вернемся, а именно: в том, что касается человеческого тела, подробности часто оказываются на удивление расплывчатыми.
Но это все, конечно, на самом деле неважно. Сколько бы вы ни заплатили, как бы тщательно ни контролировали материалы, человека вам не создать. Соберите в команду всех самых умных людей, которые живы сейчас или когда-либо жили, наделите их всей полнотой человеческих знаний, и все они хором не сумеют создать даже единственной живой клетки – что уж говорить о копии Бенедикта Камбербэтча.
Несомненно, самое поразительное в нас именно это – мы всего лишь набор инертных компонентов, точно таких же, какие можно найти в куче земли. Я уже упоминал об этом раньше, в другой книге, но считаю, что стоит повторить: в элементах, из которых вы состоите, особенно лишь одно – то, что из них состоите вы. Это и есть истинное чудо жизни.
Мы проводим все свое существование в этом теплом дрожащем комке плоти и при этом считаем его чем-то само собой разумеющимся. Сколькие из нас хоть приблизительно знают, где находится селезенка или что она делает? Или в чем разница между сухожилиями и связками? Или чем занимаются лимфатические узлы? Можете вы прикинуть, сколько раз в день моргаете? Пятьсот? Тысячу? Само собой, вы понятия не имеете. А между тем вы моргаете четырнадцать тысяч раз в день – так часто, что за один день бодрствования ваши глаза двадцать три минуты проводят закрытыми[7]. Однако вам никогда не приходится об этом задумываться, потому что каждую секунду каждого дня ваше тело выполняет в буквальном смысле бессчетное число задач: квадриллион, нониллион, квиндециллион, вигинтиллион (это все реально существующие понятия) – в общем, число, значительно превосходящее возможности человеческой фантазии, – и при этом не требует ни мгновения вашего внимания.
За примерно секунду, прошедшую с тех пор, как вы начали читать это предложение, ваше тело выработало миллион красных кровяных телец. Они уже несутся внутри вас, струясь по венам, поддерживая в вас жизнь. Каждое из них опишет по вам около ста пятидесяти тысяч кругов, раз за разом доставляя кислород к вашим клеткам, а затем, потрепанное и уже бесполезное, позволит другим клеткам тихонько убить себя ради высшей цели – вашего блага.
В общем и целом, для того чтобы получились вы, требуется семь миллиардов миллиардов миллиардов (это 7 000 000 000 000 000 000 000 000 000, или семь октиллионов) атомов. Никто не знает, почему эти семь миллиардов миллиардов миллиардов атомов столь неистово стремятся быть вами. В конце концов, это неразумные частицы, не обладающие ни единой мыслью, ни крупицей понимания. И однако почему-то на протяжении всего вашего существования они будут строить и поддерживать бесчисленные системы и структуры, необходимые для того, чтобы держать вас на плаву, делать вас вами, придавать вам форму и очертания и позволять наслаждаться редким и чрезвычайно приятным состоянием, известным как жизнь.
Это гораздо более внушительная задача, чем вам кажется. В распакованном виде вы положительно огромны. Ваши легкие, если их развернуть, покроют целый теннисный корт, а дыхательные пути, скрытые в них, протянутся от Лондона до Москвы. Ваши кровеносные сосуды, вытянутые в линию, можно два с половиной раза обернуть вокруг Земли[8]. А самое удивительное – это ДНК. В каждой вашей клетке ее скручено по метру, а клеток столько, что, если вы развернете всю ДНК своего тела в тонкую однослойную нить, она протянется на десять миллиардов миль – дальше Плутона[9]. Только подумайте: вас хватит, чтобы выйти за пределы Солнечной системы! Вы в самом буквальном смысле имеете космические масштабы.
Но ваши атомы – это просто кирпичики, сами по себе они не живые. Где конкретно начинается жизнь, сказать не так просто. Основной единицей жизни является клетка – с этим согласны все. В клетке полно трудяг – рибосом и белков, ДНК, РНК, митохондрий и многих других микроскопических загадок, но все они сами по себе не живые. По сути, клетка – это просто ячейка, своего рода комнатка: именно что клетка, в которой они содержатся, – и сама по себе она такая же неживая, как и любая другая комната. И все же как-то так выходит, что, когда все эти вещи объединяются, получается жизнь. Это момент, который пока что ускользает от науки. И я, если честно, надеюсь, что всегда будет ускользать.
Пожалуй, самое замечательное – то, что в этой структуре нет главных. Каждый компонент клетки реагирует на сигналы от других компонентов, все они толкаются и стучатся друг об друга, будто игрушечные машинки в парке развлечений, но каким-то образом все это хаотичное движение выливается в плавные, скоординированные действия не только внутри клетки, но и по всему телу – в результате общения клеток друг с другом в разных уголках вашего личного космоса.
Сердце клетки – это ядро. В нем содержится ДНК клетки – целый метр, как мы уже упомянули, скрючившийся в пространстве, которое мы можем с полной справедливостью назвать бесконечно малым. Так много ДНК в ядре клетки помещается потому, что она поразительно тонка. Чтобы добиться толщины самого тоненького человеческого волоса, вам придется положить рядом двадцать миллиардов нитей ДНК[10]. Каждая клетка тела (строго говоря, каждая клетка, имеющая ядро) содержит два экземпляра ДНК. Вот почему вам хватит ее до Плутона и еще дальше.
ДНК существует только для одной цели – создавать новую ДНК. Ваша ДНК – это просто инструкция по сборке вас. Молекула ДНК, как вы наверняка помните из бесчисленных телевизионных программ, если не из школьной биологии, состоит из двух нитей, которые соединяются перекладинами, образуя знаменитую витую лестницу, известную как двойная спираль. ДНК делится на сегменты, называемые хромосомами, и более короткие отдельные единицы, называемые генами. Сумма всех ваших генов – это геном.
ДНК чрезвычайно стабильна. Она способна существовать десятки тысяч лет. Именно с ее помощью специалистам сегодня удается изучать антропологию очень далекого прошлого. Ничто, чем вы владеете в данный момент, – ни письмо, ни драгоценность, ни семейная реликвия – наверняка не проживет тысячу лет, но ваша ДНК почти бесспорно сохранится и будет все таким же носителем информации, если только кто-то потрудится ее отыскать. ДНК передает данные с необычайной точностью. Она делает лишь одну ошибку на каждый миллиард скопированных букв. И однако это означает примерно три ошибки, или мутации, на каждое деление клеток. Большинство этих мутаций организм может проигнорировать, и лишь иногда они оказывают долгоиграющее влияние. Это – эволюция.
У всех компонентов генома есть одна-единственная цель – поддерживать существование вашей генеалогической ветви. Удивительно думать, что гены, носителем которых вы являетесь, чрезвычайно древние и, возможно, даже вечные – по крайней мере, на данный момент. Вы умрете и исчезнете с лица земли, но ваши гены будут возрождаться снова и снова – до тех пор, пока вы и ваши потомки не перестанете размножаться. И конечно же, мысль о том, что за три миллиарда лет, прошедших с момента зарождения жизни, ваша личная родословная ни разу не прерывалась, потрясает. Для того чтобы вы оказались здесь сейчас, каждому из ваших предков нужно было успешно передать свой генетический материал новому поколению, умудрившись не отдать концы или иным образом не выпасть из репродуктивного процесса. А это впечатляющая череда триумфов.
Непосредственная обязанность генов – хранение инструкций для компоновки белков. Большинство полезных компонентов в организме – это белки. Одни из них ускоряют химические изменения и известны как ферменты. Другие передают химические сообщения и известны как гормоны. Третьи нападают на патогены и называются антителами. Самый крупный из всех наших белков называется титин, и он помогает контролировать эластичность мышечной ткани. Длина химического названия титина составляет 189 819 букв, что делает его самым длинным словом в английском языке, вот только словари не учитывают химические названия[11]. Никто не знает, сколько в нас всего типов белка, но оценки варьируются от нескольких сотен тысяч до миллиона и более[12].
Парадокс генетики заключается в том, что мы все очень разные – и вместе с тем генетически почти идентичны. 99,9 % ДНК у всех людей общие, однако двух одинаковых людей не существует[13]. Между моей и вашей ДНК примерно три-четыре миллиона различий – это совсем небольшая доля от общего объема, но ее достаточно для того, чтобы мы получились очень разными[14]. В вас также есть около сотни личных мутаций – участков генетических инструкций, которые не соответствуют полностью ни одному из генов, переданных вам родителями, а принадлежат только вам[15].
Подробности того, как все это работает, по-прежнему остаются для нас загадкой. Только два процента генома человека кодируют белки – иными словами, только два процента делают что-то наглядно и однозначно полезное. Чем занимаются остальные, неизвестно. Большинство, кажется, просто существует – как веснушки на коже. Значительная часть вообще бессмысленна. Одна конкретная короткая последовательность, называемая Alu-элементом, повторяется более миллиона раз по всей протяженности нашего генома, в том числе иногда прямо среди важных генов, кодирующих белок[16]. Насколько можно судить, это полная тарабарщина, но она составляет 10 % всего нашего генетического материала. Эту таинственную часть какое-то время называли «мусорной ДНК», но в наши дни переименовали в более благородную «темную ДНК», чтобы подчеркнуть, что мы не знаем, за что она отвечает и почему оказалась в геноме. Кое-какая часть связана с регуляцией генов, но остальное еще только предстоит выяснить.
Тело часто сравнивают с машиной, но на самом деле все куда сложнее. Оно десятилетиями функционирует по двадцать четыре часа в сутки, не нуждаясь (по большей части) в регулярном техобслуживании или смене запчастей, работает на воде и нескольких органических соединениях, обладает мягким и довольно симпатичным экстерьером, приятной гибкостью и мобильностью, с энтузиазмом воспроизводит себя, умеет шутить, привязываться, ценит красивый закат и свежий ветерок. Сколько вам известно механизмов, способных на все это? Спорить бессмысленно. Вы – истинное чудо. Но нужно заметить, тогда и дождевой червь не менее чудесен.
И как же мы отдаем должное великолепному факту своего существования? Ну, большинство из нас стараются поменьше двигаться и побольше есть. Вспомните, сколько фастфуда вы заталкиваете себе в глотку и сколько времени проводите, развалясь как самый настоящий овощ, перед светящимся экраном. И все же каким-то чудом наши тела милосердно заботятся о нас, извлекают питательные вещества из пестрой смеси мусора, которым мы набиваем щеки, и умудряются держать нас в форме, да еще, как правило, в неплохой, целыми десятилетиями. Самоубийство через разрушительный образ жизни занимает годы.
Даже если вы почти всё делаете не так, тело поддерживает и охраняет вас. Большая часть человечества так или иначе служит тому доказательством. Из каждых шести курильщиков пять не заболеют раком легких[17]. У большинства идеальных кандидатов на сердечный приступ никогда не случится сердечного приступа. По подсчетам ученых, каждый день от одной до пяти ваших клеток становятся раковыми; ваша иммунная система ловит и убивает их[18]. Задумайтесь об этом. Пару десятков раз в неделю, хорошо за тысячу раз в год, вы заболеваете самой страшной болезнью нашей эпохи, и каждый раз ваше собственное тело вас спасает. Конечно, изредка рак развивается во что-то более серьезное и, возможно, смертоносное, но в целом он встречается редко: большинство клеток в организме реплицируются миллиарды и миллиарды раз без всяких ошибок. Рак может быть частой причиной смерти, но в жизни это событие вовсе не частое.
Наши тела представляют собой вселенную из 37,2 триллиона клеток[19][20], беспрерывно функционирующих в более или менее полном согласии. Боль, приступ несварения, случайный синяк или прыщ – если все идет нормально, то это единственные напоминания о нашем несовершенстве. Мы могли бы умереть от тысяч причин – чуть более восьми тысяч, согласно «Международной статистической классификации болезней и связанных с ними проблем со здоровьем», составленной Всемирной организацией здравоохранения, – и мы умудряемся избежать их всех, кроме одной[21]. Для большинства из нас это вовсе не плохой результат.
Видит небо, мы ни в коем случае не идеальны. Челюсти у нас развились недостаточно большими для всего, что туда понатыкано, и потому зубы мудрости приходится удалять, а таз чересчур узкий, из-за чего деторождение сопровождается жуткими страданиями. У нас безнадежно часто болит спина, а большинство органов почти не умеют восстанавливаться сами. Лучеперая рыбка данио-рерио при травме сердца отращивает новые ткани. Если сердце пострадало у человека – что ж, весьма сочувствую. Почти все животные вырабатывают свой собственный витамин С, а мы не можем. Мы воспроизводим все этапы необходимого процесса, за исключением – почему-то – финального, а именно производства одного-единственного фермента[22].
Чудо человеческой жизни не в том, что у нас есть кое-какие слабости, а в том, что мы не завалены ими по уши. Не забывайте, что вы получили свои гены от предков, большинство из которых даже людьми не были. Кое-кто был рыбой. А еще многие – крошечными пушистыми зверьками, жившими в норах. Вот существа, от которых вы унаследовали генплан своего тела. На протяжении трех миллиардов лет эволюция подрисовывала и переделывала ваши чертежи. Нам всем было бы намного удобней, если б мы могли просто начать все сначала и сконструировать себе тела, подходящие для наших конкретных хомосапиенсовских потребностей – ходить прямо, не разбалтывая колени и спину, глотать без риска задохнуться, выплевывать младенцев, будто автомат с газировкой. Но мы не были созданы такими. Свой путь по тропе истории мы начали как одноклеточные пузыри, дрейфующие в теплых мелководных морях. Все, что произошло с тех пор, было одной сплошной случайностью, долгой и любопытной – но и восхитительной тоже, что, я надеюсь, станет очевидно на следующих страницах.