Однако на такой же глубине под водой наши вены сплющились бы, а легкие сжались до размеров столового стакана. Поразительно, что люди по собственной воле, ради интереса, без аппаратуры для дыхания ныряют на эти глубины. Есть даже специальное название для таких забав - фри-дайвинг. Видимо, ощущение, как собственные внутренние органы грубо деформируются, вызывает приятное возбуждение (и надо полагать, ощущения еще интереснее, когда они возвращаются к первоначальным размерам при подъеме на поверхность). Однако чтобы достичь таких глубин, ныряльщикам нужно погружаться довольно быстро. Для этого используют различные приспособления: лебедки, грузила. Без них самое глубокое самостоятельное погружение, после которого ныряльщик остался в живых, чтобы потом об этом рассказывать, составляет порядка 80 м. По меркам перемещений на поверхности - что такое 80 м? На поле такой длины играют в футбол. "По морю плавать - не по суше гулять", - как поется в одной песенке! В море у человека минимум возможностей, и выглядит он там беспомощно. Вот вам и "царь природы"!
Многие морские обитатели справляются с давлением на глубине много лучше, хотя как это им удается, остается тайной. Самой глубокой точкой является, как известно нам из школьного курса географии, Марианская впадина в Тихом океане. Там, на глубине приблизительно 11,3 км, давление достигает более 1,1 т на квадратный сантиметр. Лишь однажды удалось на короткое время опустить на эту глубину человека, естественно, не "голого", а в прочнейшем батискафе. А между тем, там прекрасно себя чувствуют колонии бокоплавов. Это такие прозрачные ракообразные, похожие на черноморских креветок. И ни в каких толстых панцирях они не нуждаются. Конечно, большинство океанов намного мельче, но находиться на обычной океанской глубине в 4 км равносильно тому, что на вас наехало разом полтора десятка груженых самосвалов!
Почти все, включая авторов некоторых популярных книг по океанографии, полагают, что человеческое тело в таких условиях будет смято чудовищным давлением океанских глубин. В действительности, похоже, все не совсем так. Дело в том, что мы сами состоим в основном из воды. А почему работают гидравлические приспособления? Потому что вода практически несжимаема, и значит, в теле поддерживается то же самое давление, что и в окружающей воде. Поэтому ничто нас на глубине не раздавит в лепешку. Причиной неприятностей служит не вода - она людей не губит, несмотря на то, что так поется еще в одной старой песенке. Причина в газах, находящихся внутри человеческого тела, особенно в легких. Это они сжимаются, хотя на какой стадии сжатие становится фатальным, неизвестно. До недавнего времени считалось, что любой ныряющий на глубину 100 м или около того погибнет в мучениях, когда сожмутся легкие или будет раздавлена грудная клетка, однако ныряльщики неоднократно доказывали обратное. У людей больше сходства с китами и дельфинами, чем мы думаем.
Шум, который мы слышим, поднося морскую раковину к уху, это вовсе не звук океана, а эхо от окружающих нас шумов. В изолированной от шумов комнате никаких звуков из раковины не раздается.
На больших глубинах может случиться множество других неприятностей. Во времена жестких водолазных костюмов - тех, что были связаны с поверхностью длинными шлангами, - водолазы знали о таком явлении, как "выдавливание". Давление в скафандре могло резко упасть (по причине отказа помпы и т. д.), и это приводило к катастрофе. Воздух вырывался из скафандра с такой силой, что несчастного его владельца в самом прямом смысле высасывало в шланг (как резиновый мячик, который всасывает в шланг пылесоса). Когда водолаза поднимали на поверхность, в скафандре оставались лишь его кости с клочками разорванной плоти.
Однако больше всего неприятностей доставляет ныряльщикам кессонная болезнь. Это не так экзотически ужасающе, но зато случается довольно часто и по совершенно естественным причинам. Воздух, которым мы дышим, на 80 % состоит из азота. Когда человеческое тело в толще воды оказывается под давлением, этот азот растворяется в крови и разносится по сосудам и тканям. Если при поспешном подъеме дайвера давление будет снижаться слишком быстро, этот находящийся в теле азот образует пузырьки, которые будут вести себя так же, как пузырьки в бокале шампанского. Закупорив мелкие кровеносные сосуды и лишив клетки кислорода, они заставят страдальца корчиться от мучительной боли. Кессонной болезнью с незапамятных времен страдали сборщики губок и искатели жемчуга, но до XIX века она не привлекала особого внимания в западном мире. А вот потом появилась у людей, которые даже почти не намокали (во всяком случае, не больше, чем по колено): у кессонщиков.
Кессоны - это замкнутые сухие камеры, создававшиеся на речном дне для облегчения строительства опор мостов. Их наполняли сжатым воздухом, и часто бывало, что рабочие после длительного пребывания под повышенным давлением испытывали легкие симптомы вроде шума в ушах или кожного зуда. Но некоторые - нельзя было заранее предсказать, кто - испытывали более сильную боль в суставах, а иногда падали с ног в мучениях и порой больше уже не поднимались. Все это было абсолютно непонятным. Бывало, рабочие ложились спать, чувствуя себя прекрасно, а утром просыпались парализованными. А случалось, вообще не просыпались.
Кроме полного отказа от работы в среде высокого давления существует всего два надежных способа избежать кессонной болезни. Первый - подвергаться воздействию высокого давления очень короткое время. Именно благодаря этому фри-дайверы, о которых было написано немного выше, без вреда могли опускаться на глубину до 150 м: они не остаются на глубине достаточно долго, чтобы находящийся в организме азот растворился в их тканях. Другое решение заключается в том, чтобы подниматься осторожно - медленно и с остановками. Это позволяет пузырькам азота рассеиваться без вреда для тела, жизни, самочувствия и настроения.
Общая длина кровеносных сосудов в организме человека - около 100 тыс. километров.
Так или иначе, ясно, что под водой нам не слишком комфортно. А что же в небесах?
Как известно каждому побывавшему в горах, наш организм начинает протестовать при подъеме не так уж на много сотен метров над уровнем моря. Даже опытные альпинисты, обладающие преимуществами общефизической и специальной подготовки и использующие баллоны с кислородом, на высоте могут достаточно быстро почувствовать тошноту, усталость, подвергнуться переохлаждению и обморожению, утратить ориентацию, страдать от мигреней, утраты аппетита и многих других функциональных расстройств. Сотней убедительных способов человеческий организм напоминает своему хозяину, что он не приспособлен действовать высоко над уровнем моря. Альпинисты говорят, что даже при самой благоприятной обстановке каждый шаг на большой высоте требует колоссального усилия воли; ты должен заставлять себя делать любое движение, например что-нибудь взять. Постоянно одолевает свинцовая, смертельная усталость. Описан случай, когда альпинист "почувствовал, что задыхается насмерть". Огромным усилием ему удалось откашляться. Оказалось, что это был просто "фрагмент слизистой его собственной гортани".
Физические страдания особенно тяжелы начиная с высоты 7500 м - уровня, известного среди альпинистов как зона смерти, но многие тяжело переносят уже высоту более 4500 м и даже могут опасно заболеть. Такая чувствительность имеет мало отношения к тренированности. Порой бабули резво скачут по высоченным горкам, тогда как их крепкие отпрыски беспомощно стонут, лежа пластом, пока их не спустят пониже. Считается, что абсолютный предел высоты, на которой еще возможно постоянное пребывание человека, примерно 5500 м, но даже люди, прошедшие специальную высотную подготовку, не могут переносить подолгу такие высоты. К примеру, серные рудники в Андах находятся на высоте 5800 м, но горняки предпочитают каждый вечер спускаться на полкилометра вниз и на следующий день снова подниматься наверх, вместо того чтобы постоянно жить на этой высоте.
У коренных обитателей высокогорья за тысячелетия зачастую развиваются непропорционально большие грудная клетка и легкие. И почти на треть возрастает концентрация переносящих кислород красных кровяных клеток, хотя существует предел их концентрации, ибо кровь может стать слишком густой, чтобы свободно течь по сосудам. Кроме того, на высоте больше 5500 м даже самые адаптированные женщины из-за нехватки кислорода не могут до конца выносить плод.
Родословие человеческое
Если бы ваши родители не вступили в связь именно в тот момент - возможно, в пределах секунды, даже наносекунды, - вас бы здесь не было. И если бы их родители не вступили в связь точно вовремя, вас тоже бы не было. Если бы не получилось подобным же образом и у родителей этих родителей и у тех, которые были до того, и так далее до бесконечности, то вас бы на этом свете не было. Продвигайтесь сквозь время в обратном направлении, и эти обязательства предков перед вами будут возрастать. Вернитесь назад всего на восемь поколений, примерно в то время, когда родился Чарльз Дарвин, и вы уже насчитаете более 250 человек, от своевременной интимной встречи которых зависит ваше существование. Двигайтесь дальше, во времена Шекспира, и у вас будет не менее 16 поколений предков, ревностно обменивавшихся генетическим материалом таким образом, что в результате, в конечном счете, чудесным образом появились вы. Двадцать поколений назад количество лиц, производивших потомство ради вас, возрастает до 1 048 576 человек. Еще пять поколений до этого - и получаем 33 554 432 мужчин и женщин, от чьих любовных игр зависит ваше существование. К тридцати поколениям назад общее количество предков - имейте в виду, это не кузены, тетушки и другие второстепенные родственники, а только родители и родители родителей в родословной, неотвратимо ведущей к вам, - превышает миллиард. А если подобным образом дойти до шестидесяти четырех поколений, до времен римлян, количество людей, от чьих совместных усилий в конечном счете зависит ваше существование, возрастет до числа с 18 нулями, что в несколько миллиардов раз превышает общее количество людей, когда-либо живших на свете.
Только один человек из миллиарда доживает до 116 лет. Среди долгожителей, переживших 100-летний рубеж, 85 % - женщины.
Очевидно, с нашей математикой что-то не так. Ответ заключается в том, что ваша родословная не является чистой. Вас бы не было, не будь некоторой доли кровосмешения - в действительности довольно значительной, хотя на генетически благоразумном отдалении. При таком множестве миллионов предков неизбежно наблюдалось обилие случаев, когда какой-нибудь родственник по вашей материнской линии произвел потомство в паре с отдаленной кузиной, числившейся по отцовской линии. Фактически, если вы со своим партнером или партнершей одной расы и жители одной страны, у вас отличные шансы быть в той или иной степени родственниками. Вообще-то если вы оглянетесь вокруг в автобусе, парке, кафе или другом людном месте, большинство окружающих вас людей, по всей вероятности, являются родственниками. Если кто-нибудь похвастается, что он потомок Ярослава Мудрого или Вильгельма Завоевателя, отвечайте не задумываясь: "Я тоже!" В самом буквальном, самом прямом смысле все мы - одна семья.
Мы также поразительно похожи. Сравните свои гены с генами любого другого человека, и в среднем они будут примерно на 99,9 % одинаковыми. Это то, что делает нас видом. Незначительные различия в остающейся 0,1 % - приблизительно одно нуклеотидное основание на тысячу, - это то, что наделяет нас индивидуальностью.
В среднем человек, достигший 75 лет, провел 6 лет жизни во сне.
За последние годы много сделано для сбора по кусочкам полного генома человека. На самом деле такой вещи, как четко определенный геном человека, не существует. Есть разные геномы. У каждого из нас. Иначе все мы ничем не отличались бы друг от друга. Именно бесчисленные рекомбинации наших геномов - каждый почти идентичен всем остальным, но не совсем - делают нас такими, какие мы есть, и как личности, и как вид.
Но что это за штука, которую мы называем геномом? И что, собственно говоря, такое гены? Начнем снова с клетки. Внутри каждой клетки находится ядро, а внутри каждого ядра имеются хромосомы - сорок шесть спутанных пучков, из которых двадцать три достались вам от матери и двадцать три от отца. За очень редкими исключениями каждая клетка вашего организма - скажем, 99,999 % - содержит один и тот же набор хромосом. (Исключением являются красные кровяные тельца, некоторые клетки иммунной системы, а также яйцеклетки и мужские половые клетки, которые по различным причинам строения несут неполный генетический набор.) Хромосомы содержат полный набор инструкций, необходимых для создания вас и поддержания вашего существования. Они сделаны из длинных нитей крошечного чуда химии, называемого дезоксирибонуклеиновой кислотой, или ДНК, - как говорят, самой удивительной молекулы на Земле. ДНК существует только ради одного - создавать еще больше ДНК. И внутри вас их великое множество: почти во все клетки их втиснуто почти по два метра. Каждая нить ДНК содержит 3,2 млрд знаков кодирования. Достаточно, чтобы обеспечить 101900000000 возможных комбинаций. Это огромное количество возможностей - их число выражается единицей с двумя миллиардами нулей. Чтобы напечатать это число, потребуется более пяти тысяч томов!
Поглядите на себя в зеркало, поразмыслите над тем, что перед вами десять тысяч триллионов клеток, почти каждая из которых содержит два метра плотно упакованной ДНК, и тогда вы поймете, сколько этого добра вы носите с собой. Если все ваши ДНК спрясть в одну тонкую нить, ее будет достаточно, чтобы протянуть от Земли до Луны и обратно, причем не раз и не два, а множество раз. Всего же, согласно подсчетам, внутри вас уложено ни много ни мало - 20 трлн км ДНК. Короче говоря, ваш организм очень любит вырабатывать ДНК. Без ДНК вы не смогли бы жить, но сама она не живая. Все молекулы неживые, но у дезоксирибонуклеиновой кислоты это особенно выражено. Она "относится к числу самых химически инертных молекул живого мира". Потому-то при расследовании убийств ее можно извлечь из давно засохшей крови или спермы или же, при определенном терпении, добыть из костей древнего неандертальца. Этим также объясняется, почему ученым потребовалось так много времени, чтобы разгадать, каким образом столь интригующе пассивное - другими словами, безжизненное - вещество может находиться в самой сердцевине жизни.
О существовании ДНК известно дольше, чем вы могли бы подумать. Ее открыл еще в 1869 году швейцарский ученый, работавший в Тюбингенском университете в Германии, Иоганн Фридрих Мишер. Разглядывая под микроскопом гной на перевязочном материале, Мишер обнаружил неизвестное ему вещество и назвал его нуклеином (потому что оно находилось в ядрах клеток). Однако продолжение следовало.
В Рождество Санта-Клаус должен за 48 ч посетить 2,5 млрд детей (конечно, все они вели себя хорошо). Таким образом, на обслуживание каждой семьи он сможет потратить только 34 микросекунды. Сани Санта-Клауса должны передвигаться по небу минимум со скоростью 2060 км/с. Для этого они должны быть изготовлены из невиданного чудесного материала, иначе они мгновенно сгорят в атмосфере. Кроме того, если подарок каждому ребенку будет весить 800 г, то эти сани должны нести груз в 2 млн т. Понятно, что олени для всего этого тоже требуются незаурядные.
Биоsoftware: ДНК и гены
Даже сегодня нам едва понятно очень многое из того, что относится к ДНК. Например, то, почему значительная ее часть, как представляется, остается не у дел: 97 % нашей ДНК не содержат ничего, кроме длинных последовательностей бессмысленного биохимического "мусора", или "некодирующих фрагментов", как предпочитают выражаться биохимики. Только в отдельных местах каждой нити то тут, то там находятся участки, управляющие жизненными функциями и организующие их. Это и есть те удивительные гены. Именно поэтому они так долго ускользали от обнаружения.
По сути, гены - это не больше и не меньше, чем инструкции по синтезу белков. И эту функцию они осуществляют с неизменной цифровой точностью. Гены довольно похожи на клавиши или лады музыкального инструмента: каждая клавиша, каждый лад издает одну ноту и только ее - бом, бом, бом. Но комбинируйте гены, как клавиши, и вы получите бесконечное разнообразие мелодий. Соедините все эти гены, и получите красивую симфонию - под названием "геном". Геном хорошо сравнить с программным протоколом - набором программных инструкций для компьютера.
Как всем известно, молекула ДНК формой походит на винтовую лестницу или на скрученную веревочную лесенку - знаменитая двойная спираль: вертикальные "нитки" и горизонтальные "перекладины". Вертикальные элементы этой структуры состоят из разновидности сахара, дезоксирибозы, а вся спираль представляет собой нуклеиновую кислоту - отсюда и ее название. Перекладины образуются соединениями нуклеотидов: гуанин (Г) всегда соединяется с цитозином (Ц), тиамин (Т) - всегда с аденином (А). Последовательность, в которой эти буквы появляются, если двигаться вверх или вниз по лестнице, составляет генетический код. Именно его точным считыванием занят международный проект "Геном человека".
Самая же яркая особенность ДНК заключается в способе ее самовоспроизведения. Когда приходит время создавать новую молекулу ДНК, обе нити расходятся, подобно молнии на куртке, и половинки разделяются, чтобы образовать новую компанию. По большей части наша ДНК самовоспроизводится со строжайшей точностью, но изредка - примерно один раз из миллиона - буква становится не на то место. Эти явления известны как однонуклеотидный полиморфизм, или SNР. Биохимики немного фамильярно называют их снипами. Они обычно теряются в некодирующих звеньях ДНК и не вызывают заметных последствий для организма, но порой оказываются важными. Они могут сделать нас предрасположенными к какому-нибудь заболеванию, но в равной мере могут даровать какое-нибудь небольшое преимущество, например более эффективную защитную пигментацию или способность вырабатывать больше красных кровяных телец, эритроцитов - у кого-нибудь, обитающего на высокогорье. Со временем эти небольшие изменения накапливаются и в индивидуумах, и в популяциях, способствуя отличиям тех и других.