Конечно, измерить общее количество энергии, содержащейся в продукте, вовсе не означает раскрыть ее источник, точно так же как, измерив температуру пламени, вы не узнаете, что именно в нем горит. Следующим этапом исследований должно было стать разделение пищи на составляющие ее макронутриенты и изобретение способов изучать каждый из них по отдельности. Однако в данном случае от ученых требовалось принципиально новое отношение к пище — не как к общему хранилищу энергии, а как к сочетанию химических компонентов, каждый из которых содержит определенное количество калорий. Перспективы, которые открывал подобный взгляд, не только заложили фундамент для последующих экспериментов по получению химически чистых витаминов, но и сформировали новый подход, которого мы придерживаемся до сих пор.
Впервые концепцию макронутриентов сформулировал в 1827 году британский физиолог, впоследствии увлекшийся химией, Уильям Праут. По его гипотезе, пища состоит из трех энергетически ценных «столпов жизни», сегодня известных как белки, жиры и углеводы. Французский физиолог Франсуа Мажанди, в свою очередь, предположил, что каждый из «столпов жизни» Праута выполняет в организме свою функцию, а в 1843 году знаменитый немецкий химик Юстус фон Либих опубликовал фундаментальный труд Animal Chemistry («Биохимия животных»), в котором описал эти функции.
Либих был чрезвычайно влиятельным ученым, добившимся впечатляющих успехов в самых различных областях химии. Именно он первым определил азот как основной питательный элемент для растений (тем самым сформировав предпосылки для создания азотных удобрений) и занялся получением питательных экстрактов, которые впоследствии превратились в столь популярные бульонные кубики. И хотя сам Либих никогда не занимался экспериментами в области питания человека, он накопил достаточно материала для теоретических выкладок, основанных на наблюдениях за питанием растений. Поскольку растениям требуется азот, а единственным макронутриентом, содержащим азот, является белок, Либих пришел к выводу, что белок, или протеин, является таким же важным нутриентом для людей (само слово «протеин» образовано от греч. proteios — «первостепенной важности»), предположительно участвует в строении и обновлении тканей организма и служит источником энергии для мышц[120]. В отношении углеводов и жиров Либих объявил, что они участвуют лишь в выделении телесного тепла, но не могут быть использованы как топливо для мышечной работы. Якобы поэтому у эскимосов так много жира: им требуется много тепла, чтобы согреться[121].
Хотя Либих верно предположил, что белки участвуют в строительстве и обновлении тканей организма, его теория об их энергетической роли оказалась ошибочной: получалось, что для движения наш организм, своего рода автомобиль, использовал один вид топлива, а для обогрева — другой. Теперь мы точно знаем, что универсальным источником энергии для мышц являются углеводы и что организм выделяет тепло независимо от того, какой вид топлива в нем сжигается[122]. Хотя наука подтверждает утверждение Либиха о взаимозаменяемости форм различных макронутриентов (действительно, белок есть белок, и неважно, из какого источника он получен), еще мы знаем и о том, что белки, жиры и углеводы, в свою очередь, могут разлагаться на подъединицы (например, заменимые и незаменимые аминокислоты, или крахмал и сахара, или насыщенные и омега-3 жирные кислоты) и что каждая из этих первичных форм по-своему воздействует на наш обмен веществ, причем многие нюансы этого воздействия и по сей день остаются невыясненными.
И все же, несмотря на ошибочность, гипотезы Либиха имели бесспорный положительный эффект, а именно дали толчок бурному развитию химии, посвященной нашему питанию. То есть ученый достиг той самой цели, которую ставил перед собой и которую указал в предисловии к «Биохимии животных». «Моей задачей… является привлечь внимание к тем областям, где пересекаются интересы химии и физиологии, чтобы заставить работать сообща эти две отрасли науки, — писал он. — И если хотя бы одна из гипотез или теорий, приведенных мною в этой работе, подтвердится и принесет пользу в дальнейшем, я буду считать, что достиг своей цели. Ибо каждый новый путь открывает новые возможности, так что наука всегда будет поступательно двигаться вперед»[123].
И новые пути действительно находились — как раз на стыке химии и физиологии, упомянутом Либихом. Уже в 1880-х годах ряд немецких ученых, которые специализировались на питании, вдохновленные идеями Либиха, приступили к исследованиям, которые закрепили за Германией статус столицы нутрициологии и в итоге привели к открытию витаминов[124].
В числе прочего немецкие исследователи не ленились пользоваться бомбовым калориметром для измерения энергетической емкости все новых и новых продуктов. Затем, вооружившись полученными данными, они пошли дальше и с помощью техники экспресс-анализа принялись выяснять химический состав этих продуктов.
В техническом экспресс-анализе, который в усовершенствованном виде ученые используют и по сей день, жиры экстрагируются с помощью других жиров или иных растворителей, и затем измеряется их количество. Количество белка вычисляется по количеству содержащегося в продукте азота. Оставшаяся часть — это углеводы. Экспресс-анализ полезен еще и тем, что позволяет узнать, какая часть продукта сгорела с выделением энергии. К примеру, чтобы определить содержание воды, ученые высушивают продукт и вычисляют разницу его начальной и конечной массы. Чтобы узнать количество минеральных веществ (роль которых в метаболизме еще не до конца ясна), они сжигают продукт в тигельной печи и взвешивают оставшуюся золу. (Минералы как неорганические элементы не содержат углерода и поэтому не горят.){13}
Работа, проделанная этими учеными, весьма и весьма впечатляет, особенно если вспомнить, что существует шесть основных классов нутриентов (компонентов пищи) — белки, углеводы, жиры, вода, минералы и витамины — и был найден способ определить содержание в конкретном продукте каждого из них, за исключением последнего. Дело в том, что в молекулах витаминов содержится углерод, и в результате они сгорали с остальными макронутриентами в бомбовом калориметре. И хотя ученые давно догадывались о существовании витаминов, технический уровень оборудования был недостаточен, чтобы их обнаружить. Ведь в пище витамины содержатся в таких ничтожно малых пропорциях, что даже современные ученые часто вынуждены прибегать к непрямым методам детекции — скажем, путем измерения скорости роста и размножения бактерий, о которых известно, что они зависят от определенного витамина, — нежели определять их количество напрямую.
Не принимая во внимание тот факт, что они могли что-то упустить, немецкие ученые на основе своих исследований составили подробные таблицы содержания белков, жиров, углеводов, воды и минералов в том или ином продукте, то есть, по сути, создали прообраз современных диетологических баз данных. Однако в то время такие таблицы были понятны исключительно специалистам, и вдобавок они не покидали территории Германии. Ни один средний американский обыватель понятия не имел о каких-то там калориях, не говоря уже о белках, жирах и углеводах. Но этому скоро пришел конец. Благодаря работам химика Уилбура Олина Этуотера, наше отношение к еде изменилось навсегда.
Если за завтраком вы внимательно изучаете коробку с овсяными хлопьями, а именно раздел «В 100 г продукта содержится…», значит, вы тоже оказались под влиянием его идей. Этуотер родился в 1844 году в Джонсбурге и получил в Йеле докторскую степень по агрономической химии. Этой же наукой, наряду c физиологической химией, он продолжал заниматься в Германии под руководством одного из самых выдающихся специалистов по питанию того времени. Вернувшись в Америку, Этуотер с энтузиазмом продолжил вычислять калории и макронутриенты для сотен разных продуктов и пришел к выводу, который буквально вбит в сознание любого нашего современника, когда-либо сидевшего на низкокалорийной диете: белки и углеводы содержат от силы четыре калории на грамм, тогда как жиры — целых девять![125]
Хотя я никоим образом не принижаю ценность аналитической работы Этуотера, его самым значительным вкладом в развитие нутрициологии, с моей точки зрения, являются не таблицы энергетической ценности и химического состава продуктов, а активная связь с широкой публикой. В 1887 и 1888 годах в журнале Century вышла целая серия его статей под общим названием «Химия пищи и питания», которая оказала огромное влияние на общественное мнение. Он призывал читателей видеть в пище не просто источник насыщения, а сумму, составляющее различных частей. Это в принципе изменило отношение людей к еде, что все тот же Этуотер подытожил в новой статье, вышедшей в 1892 году. Вот цитата из этой статьи, превосходно отражающая современный подход к питанию:
«Для дальнейшего обсуждения мне придется отойти от того отношения к еде, к которому мы привыкли, — пишет он, — и представить пищу не как нечто неделимое, но как сочетание питательных веществ, составляющих ее на самом деле, а это совсем иной взгляд. Я должен определить пропорции ее химического состава, питательных составляющих, а также способы, посредством которых она насыщает наш организм. Я должен говорить не о мясе, хлебе или картофеле, но о белках, углеводах и жирах»[126]. Таким образом он в упрощенном виде сформулировал тот самый подход, который так популярен в наши дни.
Но как и все упрощения, формулировка Этуотера грешит неполнотой. Под влиянием Юстуса фон Либиха Этуотер свято верил, что для нашего метаболизма совершенно необходимы лишь два поддерживающих элемента: белки — для строения и восстановления, и калории (по его мнению, также взаимозаменяемые) — для получения энергии. Следуя его логике, самой лучшей для нас едой будет дешевая, насыщенная белками и калориями[127]. То есть большинство американцев с их любовью к мясным блюдам и нелюбовью к низкокалорийным овощам и фруктам, которые практически не содержат белков, получают даже больше необходимых нутриентов, чем им необходимо. Этуотер, наравне с питанием заботившийся еще и об общественном благополучии, пришел к выводу, что способ избавления от нищеты все это время был у нас прямо перед носом: люди легко сократят свои расходы, если при покупке продуктов будут руководствоваться содержанием в них белка и калорий. И тогда каждый грош, сэкономленный на еде, можно будет потратить на что-то другое.
Чтобы популяризировать эту идею, Этуотер опубликовал свои таблицы со сравнительным составом продуктов. В одном фунте репы, провозглашал он, содержится всего 139 калорий (для сравнения, в очень жирной свинине — 3452 калории). В наше время подавляющее большинство нутрициологов выступило бы в пользу репы, однако для Этуотера и его сторонников репа и все прочие низкокалорийные продукты явно уступали хорошему куску колбасы. (Если бутерброд, то не белковая, а высококалорийная диета, поэтому уступала хорошему куску колбасы.)
Как позднее писал один из исследователей витаминов: «Судя по счастливому спокойствию, в коем пребывала его душа, Этуотеру ни разу не пришлось столкнуться лицом к лицу с результатами питания человека или животного, следовавшего его советам. И еще больше повезло всем нам, что наши домохозяйки не взяли его теорию на вооружение»[128]. Историки утверждали, что на самом деле Этуотер был достаточно сведущ в науке, чтобы оказаться откровенно опасным, и теперь ни у кого не вызывает сомнений, что от предложенной им диеты человек гарантированно мог получить авитаминоз.
Советы Этуотера так и не были подхвачены широкой публикой, но тем не менее его статьи совершили революцию в самом отношении к еде и тем самым подготовили почву для триумфального шествия витаминов. Ведь впервые читатели его статей задумались о том, что должны выбирать продукты исходя из количества содержащихся в них калорий, углеводов, белков и жиров — и это означало радикальный переход от традиционных взглядов к представлению о количестве заключенной в еде энергии, питательному эквиваленту определенного количества угля. Этот новый подход был настолько необычен, что даже в 1915 году нутрициолог Грэхем Ласк отмечал, что «кое-кто так и не поверил до конца, насколько важным может быть это представление о калориях в пище»[129]. С точки зрения читателей, проникнувшихся идеями Этуотера, такие люди явно отстали от своего времени.
Да, нам трудно представить человека, не осознающего значения калорий, но статьи Этуотера кажутся на удивление современными — скорее всего, из-за нашей любви все упрощать, двигавшей и его пером. Мы покупаем продукты, исходя из содержания в них калорий и химических элементов. Мы обсуждаем возможность добиться с помощью диеты социальных перемен. Мы смирились с утверждением, что «вкусное» должно уступать дорогу «здоровому», даже если на самом деле в полном соответствии с советами Этуотера предпочитаем дешевую и калорийную еду.
Большинство из нас находится под магическим воздействием одного и того же самоуверенного, не основанного ни на чем убеждения, которое скрыто в любых даваемых нам рекомендациях, будь то советы Юстуса фон Либиха, Уилбура Этуотера или диетических гуру наших дней, в том, что люди полностью проникли в тайну своих пищевых потребностей. Доведенное до крайности, это убеждение может быть сформулировано так: человеку вообще нет нужды обращаться за пищей к дарам природы, ведь вместо нее мы можем пользоваться дарами науки, точнее химии, чтобы синтезировать все необходимое. На бумаге это кажется правильным и очевидным, что в немалой степени примиряет нас с переработанными и упакованными продуктами, от которых ломятся полки в супермаркетах. Но точно так же, как мы не можем представить питание без витаминов, наши потомки не сумеют понять, как мы могли жить, не имея представления о каких-то других вещах, совершенно очевидных для них. Совершенно не исключено, что и мы, подобно Этуотеру, считаем, что являемся достаточно начитанными и сведущими, и потому рискуем оказаться попросту опасными для самих себя. Как это часто бывает, излишняя самоуверенность в собственной правоте вовсе не идет на пользу здоровью.
Как это ни странно, но как раз в те годы, когда Этуотер столь активно продвигал в массы свою белковую диету, было немало ученых, пришедших к выводу, что все искусственные рационы питания, придуманные человеком, в чем-то неполноценны, хотя, увы, и не могли сказать, чего же именно не хватает в этих, как они тогда назывались, синтетических рационах. Однако гораздо больше ученых, трудившихся на почве нутрициологии в начале XX века, включая и нашего героя Этуотера, либо вовсе не слышали о взглядах этих несогласных исследователей, либо намеренно делали вид, что ничего не знают о них. Скорее всего, они были просто не в силах отказаться от представления о пище как о чем-то ясном и однозначном, которое их всех устраивало.
Однако нашелся-таки человек, который отважился возразить им публично, британский биохимик Фредерик Гоуленд Хопкинс, еще один весомый персонаж в нашей летописной истории витаминов. Сегодня Хопкинса вспоминают как ученого, развенчавшего идею о том, что созданные человеком синтетические рационы могут удовлетворять все нужды организма, и первым предположившего существование нутриентов, известных сейчас как витамины.
В первый раз о Хопкинсе заговорили в 1901 году, когда он открыл триптофан, незаменимую аминокислоту, и сумел выделить ее из белка. Это было выдающееся достижение, которое в очередной раз доказывало, что макронутриенты можно расчленить на составляющие, а также подтверждало идею незаменимости определенных белков или, точнее, определенных аминокислот. Это значило, что если организм не может синтезировать их самостоятельно, ему необходимо получать их из пищи{14}.
Итак, вечером в среду, 7 ноября 1906 года, примерно за пять лет до того, как Казимир Функ придумал слово «витамин», Хопкинс выступил с речью, описывая свои исследования, сделавшие его нобелевским лауреатом в один год с Кристианом Эйкманом, уже известным нам борцом с бери-бери[130].
Хопкинс рассказал, что во время своих опытов с аминокислотами заметил кое-что странное: мыши, которых кормили в соответствии с тем или иным синтетическим рационом, почему-то переставали расти. Согласно убеждениям, господствовавшим в то время, это не поддавалось логическому объяснению, ведь мыши, получавшие вдоволь энергии и белков, должны были чувствовать себя прекрасно и размножаться. Открытие триптофана уже начало подрывать основу теории о том, что все белки, и если уж на то пошло, жиры и углеводы, взаимозаменяемы. И вот, обнаружив расхождение между существовавшей на тот день гипотезой и очевидными фактами из собственной лаборатории, ученый задался вопросом: так чего не хватает его мышам?
Хотя Хопкинс еще не додумался до эксперимента, который помог бы определить, какое именно вещество требовалось мышам для роста, он был настолько уверен в его существовании, что отважился на весьма далекоидущие выводы, которыми поделился в тот вечер со своей аудиторией. «Тело животного приспособлено для жизни за счет растительной ткани или тканей других животных: и те и другие содержат великое множество субстанций, помимо известных нам белков, жиров и углеводов». Он также добавил: «В отношении таких заболеваний, как рахит и особенно цинга, мы уже давно накопили достаточно знаний о вызывающем их пищевом факторе. Но хотя нам удалось опытным путем найти способы борьбы с этими состояниями, породившие их на самом деле недостатки рациона до сих пор остаются невыясненными… Несомненно, предстоящие в будущем открытия в науке и питании обнаружат для нас чрезвычайно сложные факторы, неизвестные в наши дни».