Текст книги "Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева"

Автор книги: Сэм Кин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 11 (всего у книги 25 страниц) [доступный отрывок для чтения: 11 страниц]

Как и многие другие, Полинг практически не интересовался ДНК до 1952 года, хотя швейцарский биолог Фридрих Мишер обнаружил ДНК еще в 1869 году. Мишер совершил это открытие, поливая спиртом и желудочным соком свиней пропитанные гноем повязки (которые брал в расположенных неподалеку больницах). Ученый проделывал эти манипуляции до тех пор, пока на повязках не оставалась только клейкая тягучая сероватая субстанция. Исследовав это вещество, Мишер немедленно и самодовольно заявил, что дезоксирибонуклеиновая кислота окажется важнейшим биологическим веществом. К сожалению, химический анализ показал высокое содержание фосфора в этих образцах. В те времена единственным достойным изучения биохимическим соединением считались белки, а поскольку фосфор в белках отсутствует, ДНК сочли остатком, молекулярным довеском[73]73
  Интересно, что в настоящее время биологи медленно возвращаются к исходному представлению о белках, общепринятому во времена Мишера. Оно сводится к тому, что именно белки – начало и конец всей генетической биологии. Ученые занимаются исследованиями генов в течение десятилетий, но до сих пор достигли сравнительно немногого. Но сегодня уже понятно, что одни лишь гены не могут объяснить удивительной сложности живых организмов, на самом деле, важных факторов гораздо больше. Исследование генома было важной и фундаментальной работой, но настоящий практический и коммерческий интерес представляет протеомика.


[Закрыть].

Это предубеждение удалось развенчать только в 1952 году, после того как был выполнен революционный эксперимент над вирусами. Вирусы нападают на клетки, прикрепляются к ним и впрыскивают в них свои гены. Но в начале 50-х никто еще не знал, где именно содержится эта генетическая информация – в белках или в ДНК. Поэтому два генетика использовали радиоактивные индикаторы, чтобы пометить и фосфор, содержащийся в ДНК вирусов, и серу, которая в большом количестве содержится в их белках. После того как исследователи проанализировали несколько зараженных клеток, они обнаружили, что радиоактивный фосфор был внедрен в клетки и передан при делении, а с серой этого не произошло. Белки не могли быть носителями генетической информации – таким носителем оказалась ДНК[74]74
  Если быть точным, эксперименты с вирусами (их серой и фосфором), проводившиеся в 1952 году Альфредом Херши и Мартой Чейз, были не первым исследованием, подтвердившим, что ДНК несет в себе генетическую информацию. Впервые это удалось доказать на основе опытов с бактериями, выполненных Освальдом Эвери. Он опубликовал свои результаты в 1944 году. Хотя Эвери совершенно верно описал роль ДНК, в полученные им выводы поначалу мало кто поверил. Постепенное признание его правоты началось как раз к 1952 году, но только после экспериментов Херши – Чейз ДНК стала привлекать внимание таких крупных ученых, как Лайнус Полинг.
  Именно Эвери, а также Розалинд Франклин, невольно подсказавшей Уотсону и Крику, что ДНК представляет собой двойную спираль, первыми вспоминаются в числе тех людей, которые остались без заслуженных Нобелевских премий. Однако Эвери умер в 1955 году, а Франклин – в 1958-м, тогда как Нобелевская премия за открытие структуры ДНК была присуждена лишь в 1962 году. Если бы кто-то из них был жив к тому времени, то, скорее всего, также получил бы премию.


[Закрыть].

Но что же такое ДНК? Ученые на тот момент могли об этом только догадываться. Эта молекула состояла из длинных нитей, каждая из которых имела каркас, состоящий из фосфора и сахаров. В ней также находились нуклеиновые кислоты, которые выступали на этом каркасе, как позвонки на хребте. Но оставалось совершенно непонятно, какую форму эти нити принимают в живой клетке и как они связываются вместе. Как Полинг уже показал на примере гемоглобина и альфа-спиралей, функционирование молекулы в значительной мере зависит от ее формы. Вскоре форма ДНК стала важнейшим вопросом молекулярной биологии.

И Полинг, как и многие другие, счел, что лишь он сможет ответить на этот вопрос. Это было не высокомерие, по крайней мере, не только высокомерие: просто Полинга раньше никому не удавалось опередить. Итак, в 1952 году Полинг вооружился карандашом, логарифмической линейкой и фрагментарными данными, полученными из вторых рук, засел в своем калифорнийском кабинете и решил разгадать тайну ДНК. Сначала он ошибочно решил, что громоздкие нуклеиновые кислоты теснятся по внешнему краю каждого сахаро-фосфатного остова. Иначе он просто не мог себе представить, как такая молекула образует целостную структуру. Соответственно, он повернул сахаро-фосфатный остов в центр молекулы. На основании своих некачественных данных Полинг также решил, что ДНК представляет собой тройную спираль. Дело было в том, что Полинг оперировал информацией, полученной при исследовании высушенного препарата ДНК, которая закручивается иначе, чем влажная «живая» ДНК. Странная тройная спираль вынуждала бы молекулу скручиваться сильнее, чем на самом деле. Но на бумаге модель Полинга казалась вполне правдоподобной.

Сначала картинка складывалась отлично, но Полинг попросил одного аспиранта проверить его расчеты. Аспирант взялся за дело и вскоре принялся ломать голову, силясь понять, в чем же он ошибается, а Полинг – нет. В конце концов, пришлось сказать Полингу, что фосфатные компоненты, как ни крути, не вписываются в его модель по самой примитивной причине. На уроках химии нам всегда рассказывают о нейтральных атомах, но химики воспринимают элементы несколько иначе. В природе, особенно в биохимической среде, многие элементы существуют только в виде ионов, то есть заряженных атомов.

Действительно, если принять модель, предложенную Полингом, то получалось, что все атомы фосфора в ДНК всегда будут иметь отрицательный заряд и, соответственно, отталкиваться друг от друга. Невозможно было уложить в сердцевину ДНК три фосфатные нити, не разорвав всю молекулу на части.

Аспирант объяснил эту проблему, а Полинг (как и должен был поступить Полинг) вежливо проигнорировал эти возражения. Не совсем понятно, зачем Полинг вообще решил привлекать ученика для проверки, если не собирался его выслушать. Но причина, по которой ученый отмахнулся от аспиранта, вполне ясна. Разумеется, Полинг стремился к научному приоритету, хотел, чтобы все остальные идеи о ДНК считались развитием его идеи. Поэтому, изменив своей обычной дотошности, Полинг предположил, что структурные детали молекулы прояснятся сами собой, и уже в начале 1953 года поспешно опубликовал свои выводы о тройной спирали, построенной вокруг фосфатной сердцевины.

Тем временем по другую сторону Атлантики два застенчивых аспиранта из Кембриджского университета корпели над пробными экземплярами статьи Полинга. Сын Лайнуса Полинга, Питер, работал в той же лаборатории, что и Джеймс Уотсон и Френсис Крик[75]75
  Основные документы, касающиеся Полинга и его конкуренции с Уотсоном и Криком, можно найти на великолепном сайте Орегонского государственного университета, где собраны и выложены материалы сотен статей и писем Полинга, а также составлена документальная история, которая называется «Лайнус Полинг и гонка за ДНК».
  См. http://osulibrary.oregonstate.edu/specialcollections/coll/pauling/ dna/index.html.


[Закрыть]. Великодушно он предоставил копию отцовской статьи коллегам. Никому не известные исследователи давно бились над тайной ДНК, пытаясь сделать себе на этом имя. И то, что они прочитали в статье Полинга, невероятно их расстроило: они сами выстроили такую же модель годом ранее, но смущенно отказались от нее, когда одна коллега доказала им, что модель «тройной спирали» явно ошибочна.

Но эта дама, раскритиковавшая аспирантов (звали ее Розалинд Франклин), невзначай раскрыла им секрет. Франклин специализировалась на методе рентгеновской кристаллографии, который позволяет определять форму молекул. Ранее в том же году Франклин исследовала сырую ДНК из спермы кальмара и пришла к выводу, что ДНК – двунитевая молекула. Полинг в период обучения в Германии также занимался рентгеновской кристаллографией. Если бы он познакомился с данными, полученными Франклин, он, вероятно, сразу бы нашел верное решение. Ведь форму высушенной ДНК он также установил при помощи рентгеновской кристаллографии. Но Полинг был убежденным либералом и не стеснялся об этом высказываться. Поэтому маккартисты добились того, чтобы загранпаспорт Полинга надолго застрял в Госдепартаменте США, и в 1952 году он просто не мог съездить в Англию на важную конференцию, где мог бы услышать о работе Франклин. Кроме того, в отличие от Франклин, Уотсон и Крик никогда не делились своими открытиями с конкурентами. Но они перенесли нанесенную Франклин обиду и сами принялись разрабатывать ее идею. Вскоре после этого на глаза друзьям попалась та самая статья Полинга, в которой он повторил их же ошибку.

Отбросив все сомнения, Уотсон и Крик срочно обратились к своему научному руководителю Уильяму Брэггу. Брэгг получил Нобелевскую премию еще несколькими десятилетиями ранее, но позднее переживал из-за того, что не совершил ряд важнейших открытий, уступив их Полингу (в частности, это касалось открытия альфа-спирали). Полинг был ярым соперником Брэгга, а один историк охарактеризовал Полинга в этом противостоянии как «резкого и тщеславного» человека. Брэгг отстранил Уотсона и Крика от работы над ДНК после их ошибки с тройной спиралью. Но они показали Брэггу статью Полинга и признались, что втайне продолжали работать над этой задачей. Брэгг понял, что у него есть шанс опередить Полинга, и поручил аспирантам продолжить исследование ДНК.

Первым делом Крик написал Полингу осторожное письмо, в котором поинтересовался, каким образом фосфорная сердцевина молекулы оставалась целостной – ведь, согласно теории самого Полинга, это было невозможно. Это письмо разозлило Полинга, так как он счел предложенные вычисления поверхностными. Хотя сын Питер и предупреждал, что двое английских аспирантов вот-вот его обойдут, Лайнус Полинг настаивал, что его модель в виде тройной спирали все равно окажется верной и осталось уточнить лишь незначительные детали. Уотсон и Крик сознавали, что Полинг упрям, но не глуп и вскоре заметит свои ошибки. Поэтому они изо всех сил искали свежие идеи. Уотсон и Крик никогда не проводили собственных серьезных экспериментов, а лишь блестяще интерпретировали идеи других людей. И в 1953 году они наконец получили последнюю недостающую подсказку от еще одного ученого.

Этот коллега рассказал им, что четыре нуклеиновые кислоты, входящие в состав ДНК (обозначаемые буквами А, Ц, Т и Г), всегда присутствуют в парных пропорциях. Это означает, что, если в образце ДНК содержится 36 процентов А, то там будет и 36 процентов Т. Всегда. Такая же взаимосвязь существует и между Ц и Г. Так Уотсон и Крик поняли, что А и Т и Ц и Г должны образовывать пары внутри ДНК. (По иронии судьбы, этот ученый пытался донести ту же мысль до Полинга за несколько лет до этого, находясь с ним вместе в морском круизе. Тогда Полинг возмутился, что неугомонный коллега портит ему отпуск, и просто отшил его). Более того (чудо из чудес!), две эти

пары нуклеиновых кислот складываются друг с другом, как кусочки пазла. Это объясняет, почему спираль ДНК так туго свернута. Такая высокая плотность упаковки противоречила идее Полинга о расположении фосфорного каркаса внутри молекулы. И вот, пока Полинг трудился над своей моделью, Уотсон и Крик просто вывернули ее наизнанку, так что отрицательные ионы фосфора больше не соприкасались. У них получилась модель, напоминающая винтовую лестницу, – знаменитая двойная спираль. Все сошлось замечательно, и прежде, чем Полинг опомнился[76]76
  Рассказывают, что после скандала вокруг ДНК Ава Полинг, жена Лайнуса, отругала его. Полинг, будучи практически уверен, что разгадает секрет ДНК, сначала не слишком усердствовал с расчетами, и Ава недоумевала: «Если эта ДНК была такой важной проблемой, чего ж ты ею не занимался?» Так или иначе, Лайнус искренне любил жену. Возможно, одна из причин, по которой он остался работать в Калифорнийском технологическом институте и так и не перебрался в Беркли, несмотря на то что уровень развития науки в Беркли в те годы был значительно выше, связана именно с Авой. Дело в том, что один из самых знаменитых профессоров Беркли, Роберт Оппенгеймер, позже ставший руководителем Манхэттенского проекта, в свое время пытался соблазнить Аву, и это приводило Лайнуса в ярость.


[Закрыть], они опубликовали статью о своей модели в номере журнала Nature от 25 апреля 1953 года.

Как же Полинг отреагировал на публичное развенчание тройной спирали и внутреннего фосфорного каркаса? И на то, что он уступил величайшее биологическое открытие XX века не кому-нибудь, а сотрудникам лаборатории своего заклятого врага Брэгга? Полинг воспринял все это с необычайным достоинством. Надеюсь, что каждому из нас хватит воли столь же достойно вести себя в подобной ситуации. Полинг признал свое поражение и даже пригласил Уотсона и Крика на научную конференцию, которую планировал организовать в конце 1953 года. Учитывая свой статус, Полинг мог позволить себе быть великодушным. Тот факт, что он одним из первых стал поддерживать идею о двойной спирали, вполне это доказывает.

После 1953 года дела Полинга и Сегре стали налаживаться. В 1955 году Сегре и еще один ученый из Беркли, Оуэн Чемберлен, открыли антипротон. Антипротон является противоположностью обычного протона: он имеет отрицательный заряд, может перемещаться в прошлое и, что самое страшное, при контакте аннигилирует любую «обычную» материю, из которой, например, состоим мы с вами. Существование антиматерии было предсказано еще в 1928 году, после чего достаточно скоро удалось открыть первую элементарную античастицу – антиэлектрон, который назвали позитроном. Это произошло в 1932 году. Но антипротон ускользал от физиков-ядерщиков не менее успешно, чем технеций – от химиков. Тот факт, что Сегре удалось открыть технеций после долгих лет, полных «ложноположительных результатов» и сомнительных заявлений, свидетельствует о его исключительной настойчивости. Именно поэтому через четыре года Сегре были прощены все его промахи, и он получил Нобелевскую премию по физике[77]77
  В качестве последней ложки дегтя необходимо отметить, что даже Нобелевская премия Сегре позже была омрачена обвинениями (возможно, необоснованными) в том, что он украл чужие идеи, планируя эксперименты, связанные с антипротоном. Сегре и его коллега Оуэн Чемберлен не отрицали, что не одни разрабатывали методы фокусировки и создания пучков частиц при помощи магнитов – в этом им помогал неуступчивый физик Орест Пиччиони. Но они добавляли, что идеи Пиччиони не оказали на их работу значительного влияния, и даже не указали его в качестве соавтора своей научной статьи. Позже Пиччиони участвовал в открытии антинейтрона. После того как в 1959 году Сегре и Чемберлен получили Нобелевскую премию, Пиччиони на долгие годы обиделся из-за того, что его доля премии ему не досталась. Наконец, в 1972 году Пиччиони подал против Сегре и Чемберлена иск на 125 тысяч долларов. Правда, судья отверг этот иск, но не из-за научной несостоятельности претензий, а из-за того что они были предъявлены более чем через десять лет после искового случая.
  Из некролога Пиччоини, вышедшего в газете New York Times 27 апреля 2002 года: «Он мог вышибить дверь вашего кабинета и заявить, что у него появилась лучшая идея в истории», – говорит доктор Уильям А. Венцель, почетный старший научный сотрудник Национальной лаборатории Беркли им. Лоуренса, также принимавший участие в экспериментах, связанных с антинейтронами. «Я знал Ореста, у него были десятки идей, он мог выдать с десяток за минуту. Некоторые из них были хороши, другие – нет. Тем не менее я всегда считал его хорошим физиком, который очень много сделал для наших исследований».


[Закрыть]. Кстати, для участия в церемонии Сегре одолжил у Эдвина Макмиллана его белый жилет.

Проиграв битву за ДНК, Полинг получил утешительный приз: в 1964 году он был удостоен Нобелевской премии, которую давно заслужил. Далее, по своему обыкновению, Полинг принялся за исследования в совершенно других областях. Его раздражали собственные хронические простуды, поэтому он принялся экспериментировать на себе, принимая лошадиные дозы витаминов. По какой-то причине эти огромные дозы ему помогли, о чем он с воодушевлением всем рассказал. В итоге именно его благословение (ведь проблемой заинтересовался не кто-нибудь, а нобелевский лауреат!) дало толчок тому помешательству на здоровом питании, которое не утихает и сегодня. Чего только стоит сомнительное с научной точки зрения (извините!) утверждение, что витамин С лечит простуду! Кроме того, Полинг, в свое время отказавшийся работать в Манхэттенском проекте, стал крупнейшим в мире активистом, ратовавшим за запрет ядерного оружия. Он шел в первых рядах демонстрантов и одну за другой выпускал книги с названиями вроде «Не бывать войне!». Он даже получил в 1962 году вторую Нобелевскую премию, Нобелевскую премию мира, став единственным человеком в истории, кто лично, а не вместе с коллегами, является обладателем двух таких премий. Правда, в том же году вместе с ним на Нобелевской церемонии присутствовали еще два лауреата, удостоенные премии по физиологии и медицине. Это были Джеймс Уотсон и Френсис Крик.

9. Коридор ядов: «Ой-ой, больно!»

Полинг на собственном горьком опыте смог уяснить, что законы биологии гораздо более тонкие, чем законы химии. Вы можете по-разному химически воздействовать на аминокислоты и получить в итоге такой же набор измененных, но целых молекул. Если подвергнуть такому же воздействию более сложные и хрупкие белки живого существа, то белки разрушатся. Такое разрушительное воздействие на белок могут оказывать нагревание, кислоты или, хуже всего, вредные элементы. Самые опасные из них бьют практически по всем уязвимым точкам живых клеток, часто маскируясь под жизненно необходимые минеральные и питательные вещества. А истории о том, как коварно подобные элементы способны убивать, являются одними из самых мрачных сюжетных линий, связанных с периодической системой. Итак, добро пожаловать в «коридор ядов».

Самый легкий из наиболее токсичных элементов – кадмий, чья дурная слава восходит к истории древних копей, расположенных в центральной Японии. Рудокопы начали добывать драгоценные металлы на приисках в Камиоке в 710 году. В течение следующих веков оттуда извлекали золото, свинец, серебро и медь, пока страной владели сначала многочисленные сёгуны, а потом – промышленные магнаты. Но только через двенадцать веков после того, как в Камиоке начали разрабатывать первую жилу, шахтеры приступили к добыче кадмия. Вскоре копи превратились в одно из самых опасных мест в Японии, которое стало ассоциироваться с криком «итай-итай!» – это междометие в японском языке выражает сильную боль.

В 1904–1905 годах разразилась Русско-японская война, а еще через десять лет Япония вступила в Первую мировую войну. Страна остро нуждалась в металлах, в особенности в цинке – для изготовления брони, самолетов и амуниции. Кадмий расположен в периодической системе прямо под цинком, и два этих металла смешиваются в земной коре так, что их практически невозможно отличить друг от друга. Для очистки цинка, добытого в Камиоке, рудокопы поджаривали его, как кофе, и вываривали в кислоте, удаляя кадмий. По привычкам того времени, они сливали образовавшуюся кадмиевую взвесь прямо в реки или на землю. Оттуда кадмий проникал в грунтовые воды.

Сегодня никто не стал бы избавляться от кадмия таким примитивным способом. Кадмий очень ценен, так как используется для антикоррозионной защиты батарей и деталей компьютеров. Кроме того, кадмий издавна применяют в красителях, дубильных добавках и припоях. В XX веке блестящей кадмиевой оболочкой украшали модные столовые сервизы. Но основная причина запрета на выброс кадмия в окружающую среду заключается в том, что этот металл чрезвычайно токсичен. Производители элитных высоких кружек были вынуждены отказаться от использования кадмия, так как ежегодно сотни людей тяжело заболевали, оттого что пили из этой посуды кислые фруктовые соки или лимонад, которые вымывали кадмий из стенок посуды. У многих спасателей, работавших на месте рухнувших небоскребов Всемирного торгового центра для ликвидации последствий теракта 11 сентября 2001 года, возникли респираторные заболевания. Некоторые врачи сразу заподозрили отравление кадмием, поскольку при обрушении башен-близнецов в одно мгновение расплавились и испарились тысячи электронных устройств. Это предположение оказалось неверным, но оно показывает, как глубоко в подсознании врачей укоренились представления о пагубности сорок восьмого элемента.

Этот неверный диагноз является отголоском событий, произошедших почти на сто лет раньше в окрестностях месторождений в Камиоке. Еще в 1912 году японские врачи заметили, что местные рисоводы начали страдать от ужасных неизвестных болезней. Крестьяне приходили к врачу, согнувшись в три погибели, жалуясь на сильнейшие боли в костях и суставах. Среди пострадавших было особенно много женщин – не менее сорока девяти случаев из пятидесяти. У несчастных часто отказывали почки, а кости размягчались и крошились из-за обычных повседневных нагрузок. Один врач даже сломал девушке запястье, прощупывая ей пульс. Наиболее сильные вспышки таинственной болезни пришлись на 1930-1940-е годы – годы подъема японского милитаризма. Потребность в цинке сохранялась, пустая порода и промышленные отходы распространялись по окрестностям. Хотя никаких боев в префектуре Камиока не велось, этот район сильнее многих пострадал в годы Второй мировой войны. Болезнь проникала из деревни в деревню, вскоре этот недуг стали называть «итай-итай»: несчастные жертвы не могли сдержать криков боли.

Только после войны, в 1946 году, местный врач Нобору Хагино всерьез занялся изучением итай-итай. Сначала он предположил, что причина заболевания заключается в плохом питании. Эта гипотеза оказалась несостоятельной, поэтому Хагино обратил внимание на шахты, где высокотехнологичные западные приемы добычи руды сочетались с применением примитивной кирки и лопаты. Хагино, воспользовавшись помощью профессора медицины, составил эпидемиологическую карту, на которой отметил все очаги заболевания итай-итай. Кроме того, он подготовил гидрологическую карту, где показал скопления наносов от реки Дзиндзу.

Эта река протекала через шахтерские районы и одновременно орошала крестьянские поля, находившиеся на расстоянии многих километров от разработок. При наложении две карты практически совпали. Исследовав образцы риса с зараженных территорий, Хагино обнаружил, что рис впитывает кадмий, как губка.

В результате напряженной работы вскоре удалось узнать, какое патологическое воздействие оказывает кадмий. Цинк – важнейший микроэлемент нашего организма. Кадмий, который легко смешивается с цинком в рудах, легко попадает вместе с ним и в наше тело, заменяя его в живых тканях. Иногда кадмий также вытесняет из организма серу и кальций – именно поэтому он повреждает кости.

К сожалению, кадмий непригоден для обмена веществ и не может участвовать в биологических процессах, в отличие от многих других элементов. Хуже того, если кадмий попадает в организм, его очень сложно оттуда вывести. Плохое питание, на которое сразу обратил внимание Хагино, также способствовало развитию болезни. Рис играл важнейшую роль в рационе местных жителей, а в этом злаке отсутствуют многие важные питательные вещества. Поэтому крестьяне страдали от острого недостатка некоторых минеральных веществ. Кадмий вполне успешно «выдавал себя» за эти вещества, так что изголодавшиеся клетки организма включали атомы кадмия в свои структуры, причем даже более активно, чем при здоровом питании.

Хагино опубликовал результаты своих исследований в 1961 году. Неудивительно, что горно-металлургическая компания «Мицуи» отрицала какие-либо нарушения со своей стороны (на самом деле, эта корпорация просто купила предприятие, которое в действительности нанесло весь ущерб). Также «Мицуи» устроила постыдную травлю Хагино, стремясь его дискредитировать. Когда был сформирован местный медицинский комитет, призванный расследовать все детали, связанные с итай-итай, «Мицуи» сделала все возможное, чтобы Хагино не вошел в его состав, хотя он был крупнейшим в мире специалистом по новой болезни. Хагино, в свою очередь, продолжил исследование новых случаев итай-итай, зафиксированных уже в Нагасаки, – и эта работа только подкрепила его более ранние заявления. В конце концов пристыженные члены медицинского комитета, которых открыто настраивали против Хагино, были вынуждены признать, что причиной болезни может быть кадмий. На основании этого вымученного заключения была подана жалоба в национальный комитет Японии по здравоохранению. Доказательства Хагино были признаны абсолютно убедительными, и комитет постановил, что кадмий является основной причиной итай-итай. К 1972 году горно-металлургическая компания начала возмещать ущерб 178 оставшимся в живых пострадавшим, общий размер выплат составил более 2,3 миллиарда иен ежегодно. Через тринадцать лет ужас от последствий отравления сорок восьмым элементом по-прежнему обуревал японцев. Дошло до того, что когда морского монстра Годзиллу пришлось убить в заключительной серии фильма (она называется «Возвращение Годзиллы»), это, по замыслу режиссеров, было сделано при помощи ракет, начиненных кадмием. Учитывая, что к рождению Годзиллы привело радиоактивное загрязнение в результате испытания водородных бомб, можно представить себе, какие мрачные представления связаны у японцев с кадмием.

При этом вспышки итай-итай были не единственным подобным бедствием, случившимся в Японии на протяжении прошлого века. Японским крестьянам в XX веке неоднократно пришлось пострадать от массовых промышленных отравлений (в двух случаях это было отравление ртутью, один раз – отравление диоксидами серы и азота). Кроме того, еще тысячи японцев пострадали от радиационного отравления, после того как в 1945 году США сбросили на остров две атомные бомбы – урановую и плутониевую. Но и атомные бомбардировки, и отравления ртутью и газами произошли уже после длительного и тщательно замалчиваемого кошмара в Камиоке. Не молчали только местные жители, содрогавшиеся от криков боли: «Итай-итай!»

Однако кадмий – далеко не самый сильный яд в таблице Менделеева. В периодической системе этот металл находится над ртутью, которая поражает нервную систему. Справа от ртути расположились самые одиозные убийцы из числа химических элементов – таллий, свинец и полоний. Это настоящий коридор ядов.

В том, что эти металлы образовали компактную группу, есть доля случайности, но высокая концентрация ядовитых веществ в правом нижнем углу таблицы имеет вполне логичные химические и физические причины. Одна из них, наиболее парадоксальная, заключается в том, что все эти тяжелые металлы не являются взрывоопасными. Если бы в ваш организм попал чистый калий или натрий, они бы мгновенно прореагировали с водой, содержащейся в ваших клетках, и взорвались. Но калий и натрий настолько химически активны, что никогда не встречаются в природе в чистом, самом опасном виде. Элементы из коридора ядов гораздо более устойчивы с химической точки зрения и могут глубоко проникать в организм, прежде чем их удастся вывести. Более того, эти элементы, как и многие другие тяжелые металлы, могут отдавать разное количество электронов в зависимости от того, в каких обстоятельствах протекает реакция. Например, ион калия всегда имеет заряд +1 (К⁺), а вот таллий может иметь заряд от +1 до +3 (от Тl⁺ до Т1³⁺). В результате таллий может «выдавать себя» за самые разные элементы и участвовать в различных биохимических процессах.

Вот почему таллий, № 81, считается самым смертоносным элементом в периодической системе. В животных клетках есть специальные ионные каналы, по которым в них поступает калий. Таллий проникает в клетку по этим же каналам, часто через кожу. Оказавшись внутри организма, таллий перестает притворяться калием и начинает разрывать важнейшие связи между аминокислотами внутри белков. Белковые структуры распадаются и перестают выполнять свои функции. В отличие от кадмия, таллий не оседает в костях и почках, а носится по организму, как молекулярная татаро-монгольская орда. Каждый атом может причинить невообразимый ущерб. Поэтому таллий считается ядом из ядов, излюбленным элементом злодеев, получающих эстетическое удовольствие от отравления пищи и напитков. В 1960-е годы в Британии жил печально знаменитый Грэм Фредерик Янг. Он начитался признаний серийных убийц, которые подавались в газетах как сенсационные материалы, и принялся экспериментировать на собственной семье, подмешивая таллий в еду и питье. Вскоре молодой человек попал в психиатрическую больницу, но позже по необъяснимым причинам был выписан оттуда. В результате он успел отравить еще семьдесят человек, в том числе нескольких своих начальников. Из всех пострадавших умерли лишь трое, так как Янг специально подбирал малые, несмертельные дозы яда, чтобы продлить муки своих жертв.

Пострадавшие от руки Янга – далеко не единственные жертвы ядов в истории. С таллием связана мрачная хроника убийств[78]78
  Люди гибнут от отравления таллием и в наши дни. В 1994 году российские солдаты, работавшие на складе старых боеприпасов, оставшихся со времен холодной войны, нашли канистру с белым порошком, в котором содержался этот элемент. Не зная, с чем имеют дело, военные тем не менее использовали его в качестве талька и даже смешивали с табаком. Рассказывают, что некоторые солдаты даже нюхали его. Все они заболели странным, совершенно необъяснимым недугом, некоторые из пострадавших умерли. Еще более печальный случай произошел в Ираке в начале 2008 года: двое детей летчиков-истребителей умерли, попробовав праздничный пирог, в который был подмешан таллий. Мотивы этого преступления остались невыясненными, хотя утверждалось, что диктатор Саддам Хусейн прибегал к использованию таллия.


[Закрыть] – этим элементом травили шпионов, сирот и двоюродных бабушек, владевших крупными поместьями. Но вместо того, чтобы перечислять эти темные истории, давайте вспомним единственный трагикомический (честно говоря, отвратительный) случай, связанный с восемьдесят первым элементом. В те годы, когда ЦРУ было буквально одержимо «кубинской угрозой», агенты сочинили коварный план: подсыпать таллий Фиделю Кастро в ботинки, замаскировав яд под тальковую пудру. Злоумышленники хотели к тому же унизить Кастро в глазах соратников, так как из-за отравления у него должны были выпасть все волосы и даже его знаменитая борода. Неизвестно, почему спецслужбы так и не попытались воплотить этот план в жизнь.

Еще одна причина, по которой таллий, кадмий и подобные им элементы оказываются опаснейшими ядами, заключается в том, что они существуют практически вечно. Дело не только в том, что они могут накапливаться в организме (как кадмий). Просто эти элементы, вероятно, как и кислород, имеют очень стабильные, практически шарообразные ядра, не подверженные радиоактивному распаду. Именно поэтому содержание каждого из упомянутых элементов в земной коре достаточно велико. Например, самый тяжелый элемент, имеющий полностью стабильные изотопы, – свинец – находится в восемьдесят второй клетке, это одно из «магических чисел» таблицы Менделеева. В следующей, восемьдесят третьей клетке находится еще более тяжелый и почти столь же стабильный элемент – висмут.

Поскольку висмут играет особую роль в «коридоре ядов», стоит подробнее остановиться на этом странном элементе. Вот лишь несколько фактов о нем. Хотя висмут – беловатый металл с легким розовым оттенком, он горит синим пламенем и испускает желтый дым. Подобно кадмию и свинцу, висмут издавна широко использовался в изготовлении красителей. Часто он заменяет «красный свинец» в одной из разновидностей трескучих фейерверков, известных как «драконьи яйца». Кроме того, из множества соединений элементов таблицы Менделеева, висмут – одно из немногих веществ, расширяющихся при замерзании. Мы не задумываемся о том, насколько это странное свойство, так как оно присуще самому обыкновенному льду. Благодаря этому лед всегда оказывается на поверхности воды, и рыбы под ним плавают. Теоретически на озере из висмута должно было бы происходить то же самое. Тем не менее в таблице элементов это свойство практически уникальное, так как твердые тела почти всегда более компактны, чем жидкости. Более того, висмутовый лед, пожалуй, выглядел бы просто роскошно. Висмут давно стал излюбленным настольным орнаментом и декоративной безделушкой у минералогов и коллекционеров химических элементов, поскольку он образует особые породы, именуемые «воронкообразными кристаллами». Такие кристаллы по форме напоминают изящные радужные лестницы. Свежезамороженный висмут больше всего напоминает ожившие раскрашенные рисунки Маурица Корнелиуса Эшера[79]79
  Знаменитый голландский художник-авангардист (1898–1972), известный своими сюрреалистическими изображениями с «невозможной геометрией». – Прим. пер.


[Закрыть].

Висмут также позволил ученым еще глубже заглянуть в структуру радиоактивной материи. В течение десятилетий ученые не могли разобраться с взаимно противоречащими расчетами, призванными определить, будут ли те или иные элементы существовать вечно. Так, в 2003 году французские физики взяли образцы чистого висмута, заключили его в сложные оболочки, чтобы исключить любое внешнее воздействие и подключили к системе детекторы, чтобы определить период полураспада висмута. Период полураспада – это время, за которое распадается половина всех атомов элемента. Период полураспада – основной параметр, с помощью которого характеризуют радиоактивные элементы. Допустим, у нас есть 100 граммов радиоактивного элемента X, и через 3,14159 года распадется 50 граммов из этой массы. Это означает, что период полураспада элемента X равен 3,14159 года. Еще через 3,14159 года останется 25 граммов элемента. Согласно теории ядерной физики, период полураспада висмута должен составлять около двенадцати миллиардов миллиардов лет, это значительно больше, чем возраст Вселенной. Можно даже умножить возраст Вселенной сам на себя и получить примерно такую же цифру. Таким образом, в настоящий момент мы имеем примерно пятидесятипроцентную вероятность наблюдать распад любого отдельно взятого атома висмута. Французский эксперимент можно было в определенном смысле сравнить с воплощением сюжета пьесы «В ожидании Годо»[80]80
  Пьеса ирландского драматурга-абсурдиста Сэмюэла Беккета (1906–1989), рассказывающая о бесконечном ожидании двумя главными героями некого Годо. – Прим. пер.


[Закрыть]. Но, как ни удивительно, опыт удался. Французские ученые собрали достаточно висмута и запаслись достаточным терпением, чтобы зафиксировать несколько актов распада. Они подтвердили, что атом висмута является не самым тяжелым из стабильных, а самым долгоживущим из тех, которые в конце концов безвозвратно исчезнут.

Живописные воронкообразные кристаллы образуются из расплавленного висмута, который остывает и образует фигуры, напоминающие миниатюрные лестницы. Перед вами кристалл шириной с ладонь взрослого человека (Кен Керайфф, «Кристалз Анлимитед»)

Подобный эксперимент сейчас проводится в Японии. Цель его – определить, распадется ли когда-нибудь вся материя.

Некоторые ученые полагают, что протоны – первокирпичики, из которых состоят все элементы, – не совсем стабильны и имеют период полураспада не менее 100 миллиардов триллионов триллионов лет. Тем не менее это не смутило сотни отважных ученых, которые обустроили в глубокой шахте огромный подземный бассейн, наполненный сверхчистой дистиллированной водой. Бассейн окружили несколькими рядами сверхчувствительных датчиков, которые должны сработать, если зафиксируют распад протона. Интересно отметить, что бассейн находится в тех же шахтах в Камиоке. И, как ни маловероятен положительный исход такого опыта, он гораздо более безопасен, чем недавние промышленные разработки в этих шахтах.

Но пришло время рассказать всю правду о висмуте. Строго говоря, он радиоактивен, а учитывая его координаты в периодической системе, можно предположить, что это чрезвычайно ядовитое вещество. Висмут находится в той же группе, что сурьма и мышьяк, к тому же притаился в ряду самых токсичных металлов. Тем не менее висмут сравнительно безвреден. Он даже применяется в медицине: врачи выписывают его препараты (такие как «Пептобисмол») для борьбы с язвой желудка. Кстати, когда у человека, отравившегося кадмием, начинается диарея, в качестве противоядия обычно используется именно висмут. Вообще, висмут, пожалуй, из всех элементов наименее соответствует своему месту в таблице. Может быть, это досаждает химикам и физикам, которые стремятся свести периодическую систему к математически точным закономерностям. Висмут еще раз доказывает, что таблица Менделеева полна интереснейших историй с неожиданной развязкой, главное – знать, где искать.