Труженицы МХ
Биохимию в наши дни можно сравнить с географией во времена Колумба. Не проходит месяца, чтобы на карте, изображающей пути превращения веществ и энергии в клетке, не появились бы новые острова точного знания.
В 1934 году (примерно за два года до того, как Ганс Селье подготовил первую публикацию по стрессу) советский ученый Дмитрий Николаевич Насонов своими исследованиями показал: содержимое живой клетки – протоплазма – поразительно однотипно реагирует на любые изменения окружающей среды.
Насонов воздействовал на клетку самыми разными раздражителями: органическими красителями, температурой, механическими и другими способами и наблюдал, какие изменения претерпевает при этом клетка. Стереотип ее ответов был назван Насоновым «паранекрозом».
Так фактически был открыт стресс, но не на организменном (Ганс Селье), а на клеточном уровне. Позднее эти работы у нас в стране развил ученик Насонова биолог и цитолог профессор Владимир Яковлевич Александров – он выдвинул в 1965 году денатурационную теорию повреждений (ухудшение при стрессе свойств белковых макромолекул в клетке).
НАСОНОВ (1895–1957) родился в Варшаве в семье профессора зоологии Варшавского университета. В 1906 году его отца, Николая Викторовича, избрали действительным членом Петербургской академии наук. Он получил назначение на пост директора Зоологического музея, и Насоновы переехали в столицу. Семья была очень дружная. Несомненно, она сыграла большую роль в формировании личности будущего ученого.
В 1912 году Дмитрий поступил сначала на физическое, а потом на естественное отделение физико-математического факультета Петербургского университета. В 1914 году был добровольцем в качестве санитара на германском фронте. В 1919 году окончил Петроградский университет, с золотой медалью (получил ее за работу «Цитологическое исследование над растительными клетками»). В 1928 году был послан по линии рокфеллерской стипендии на стажировку в США, куда поехал с молодой женой.
Дмитрий Николаевич был чрезвычайно последователен в своих научных изысканиях. Он изучал реакции клеток на действие повреждающих агентов. Не случайно его в 1932 году приглашает академик Алексей Алексеевич Заварзин (1886–1945) заведовать цитологической лабораторией в свой отдел общей морфологии Института экспериментальной медицины (ИЭМ), а спустя три года академик Алексей Алексеевич Ухтомский – заведовать лабораторией физиологии клетки в возглавляемый им Физиологический институт при Ленинградском государственном университете.
Стоит отметить, что в те годы Насонов и его сотрудники вели работу сразу одновременно в нескольких государственных научных учреждениях. К этому их принуждала получаемая ими на любом месте совершенно мизерная зарплата.
В1935 году Насонов без защиты диссертации был утвержден в ученой степени доктора биологических наук и ученом звании профессора по кафедре гистологии, стал профессором Ленинградского государственного университета. В 1940 году им совместно со своим ближайшим сотрудником Владимиром Яковлевичем Александровым удалось опубликовать монографию «Реакция живого вещества на внешние воздействия».
С первых же дней Великой Отечественной войны Насонов попросил отправить его на фронт. Сначала ему отказывали: не молод (46 лет), не имеет военной специальности, к тому же известный ученый и общественный деятель (декан биофака, депутат райсовета). Но уже в июле 1941 года он попал в армию и был назначен командовать санитарным взводом 13-й стрелковой дивизии, которая находилась на переднем крае обороны Ленинграда, в правой части Пулковских высот. У Насонова в походном мешке лежал журнал с протоколами научных опытов. В любой момент можно было сменить винтовку на перо…
Вместе с Насоновым фельдшером служил и Владимир Яковлевич Александров. Он вспоминал, что Дмитрий Николаевич на фронте ничего не боялся. Однажды, когда они шли (впереди, как всегда, был Дмитрий Николаевич), Владимир Яковлевич услышал свист пуль и крикнул «Бегите!». Никакого внимания. И только после того, как Александров начал ругаться, Дмитрий Николаевич побежал. Потом он объяснил, что ему казалось, будто костер трещит. Когда Дмитрия Николаевича ранило, он сказал: «Знаете, меня чуть-чуть не ранило». «Как не ранило, да у вас кровь течет», – отвечал Александров.
После демобилизации работал в МГУ. В 1943–1944 Насонов был профессором кафедры гистологии МГУ и руководил лабораторией общей физиологии Института цитологии, гистологии и эмбриологии Академии наук СССР. В 1943 году получил Сталинскую премию за опубликованную в 1940 году вместе с Владимиром Яковлевичем Александровым монографию «Реакция живого вещества на внешние воздействия (Денатурационная теория повреждения и раздражения)». Насонов и Александров передали половину полученной ими совместно Сталинской премии в Фонд обороны. Вот их сопроводительное письмо Сталину.
Глубокоуважаемый Иосиф Виcсарионович! Мы просим Вас принять в фонд Красной Армии 50 000 рублей из суммы, полученной нами в качестве премии за наши работы в области биологии. Лауреаты Cталинской премии Дмитрий НАСОНОВ и Владимир АЛЕКСАНДРОВ.
Ответ Сталина:
Примите мой привет и благодарность Красной Армии, Дмитрий Николаевич и Владимир Яковлевич, за заботу о Вооружённых силах Советского Союза. И. СТАЛИН
Все это было напечатано в газете «Известия», 3 апреля 1943 года.
После снятия блокады Ленинграда возвращается в 1944 году в Ленинградский государственный университет. В 1948–1950 годах – директор ВИЭМ. Был уволен как «вейсманист-морганист». Этот период своей жизни Дмитрий Николаевич охарактеризовал в 1954 году следующими словами: «Достоинство ученого расценивалось не по тому, как он сумеет обосновать и отстоять свою точку зрения, а по тому, как он будет каяться. Иначе говоря, в ученом ценилось уменье легко и быстро отказываться от своих убеждений».
Основатель и с 1957 года директор Института цитологии АМН СССР. Умер Насонов в Ленинграде. Похоронен на «Литературных мостках» Волковского кладбища. В заключение стоить привести строки из письма известного эмбриолога члена-корреспондента Академии медицинских наук СССР Павла Григорьевича Светлова (1892–1976):
«Когда вспоминаешь о Дмитрии Николаевиче и перечисляешь в уме все известные его качества – моральную высоту, смелость, силу и строгость ума, гражданские чувства, отзывчивость, живость характера и широту интересов, прямоту, решительность, эстетическую восприимчивость и чуткость, блестящее остроумие и многое другое, – то чувствуешь, что за всем этим есть и еще что-то, что-то другое, трудно уловимое, но большое и объединяющее все перечисленные и не перечисленные свойства.
В общении с ним чувствовалось, что он открывается постороннему взору не весь. За всем, что было слышно с кафедры, в лаборатории, в гостиной за столом и т. д., угадывалось нечто сокровенное и интимное, объединяющее и осмысляющее все видимое на поверхности, но непосредственно не обнаруживаемое.
В айсбергах 0.9 массы находится под водой и никому не видимо. Но именно эта невидимая часть обеспечивает устойчивость и мощь видимого великолепия. Что-то в этом роде ощущалось при общении с покинувшим нас Дмитрием Николаевичем. Бывало, говорит он о чем-то обыденном, а чувствуешь близость великого, соседство с De profundis».
Стресс клетки (вернемся к открытому Насоновым явлению «паранекроза») прежде всего проявляет себя в нарушении клеточной энергетики. «Трудные» внешние условия вынуждают клетку форсировано мобилизовать свои энергетические ресурсы. И если в энергетическом звене противострессовой обороны происходит срыв, он быстро скажется и на обороноспособности всего организма.
«Стресс и биоэнергетика» – так можно кратко назвать тему данной главы. Однако на подступах к ней нам в дальнейшем, очевидно, необходимо будет хотя бы кратко познакомить читателя с азами биоэнергетики.
7.1. ВИЭМ
Насколько сейчас помню, было в идее этого института что-то лысенкоподобное. Его создатели и руководители полагали, что им очень скоро удастся найти в человеческом организме «что-то такое», на что можно воздействовать и таким образом быстро побороть болезни и среди самую вредную – старость.
Вначале уместно сделать небольшое отступление: кратно напомнить в каких трудных условиях работали биологи в советские времена. На бескрайних российских просторах тогда воцарилась Утопия. Строилась невиданная прежде социальная система.
Это – на словах, на деле же Иосиф Сталин под новыми вывесками фактически возродил царизм. И более того, он сделал и следующий логический шаг – стал яростно бороться с Утопией.
«Не случайно правление Сталина, – писала утопиолог Виктория Атомовна Чаликова (1935–1991), – отмечено последовательной борьбой со всеми проявлениями утопизма, коммуны, эстетические эксперименты, фантастическая литература, общества эсперантистов, кружки изучения коммунистических учений, процветавшие в двадцатые годы, в тридцатых-сороковых были разогнаны, запрещены, а большинство их участников превращено в лагерную пыль, этот страшный символ «чистого материализма». На Западе есть специальные исследования на эту тему: борьба сталинизма с утопией. У нас же тема только начинает обозначаться и пробиваться не без труда…»
Но Сталин – еще один парадокс! – одной рукой душил Утопию, а другой – творил ее. Так, к примеру, его на какое-то время увлекла мысль победить смерть!!!
Эту безумную задумку развивали в СССР перед войной сотрудники внезапно, как по волшебству, возникшего в Москве и бурно вознесшегося учреждения – ВИЭМа (Всесоюзного института экспериментальной медицины). Странное это было заведение, о котором в энциклопедиях и медико-исторических работах если – редко – и говорится, то совсем уж темно и туманно.
Организатором и первым директором ВИЭМа стал Лев Николаевич Федоров (1891–1952). Это был, несомненно, интересный человек. Со студенческой скамьи ушел он на гражданскую войну, вернулся – коммунистом, явился к самому академику Ивану Петровичу Павлову с просьбой взять его в свою знаменитую лабораторию. Верно, было что-то в Федорове привлекательного, ибо строгий и придирчивый Павлов его взял, и скоро Федоров стал фактическим начальником всей павловской лаборатории.
О ВИЭМе в книжке воспоминаний рассказал очевидец многих тогдашних событий, человек, не один год, с 1938, проведший потом в сталинских лагерях, писатель Лев РАЗГОН (родился в 1908 году в Белоруссии, скончался в Москве в 1999). Об одобрявшейся Сталиным борьбе со старостью и смертью он пишет так:
«Кроме того, что такая цель была крайне соблазнительна, она еще и была совершенно в духе времени: мало было «покорить пространство и время» надо было покорить и подчинить себе все еще неизвестное и неуправляемое. Это совершенно совпадало с желанием Сталина, который не мог примириться с тем, что существует что-то, над чем он не властен. Именно этим, а не только спекулятивным стремлением скорее облагодетельствовать человечество следует объяснить пышный расцвет Лысенко, Лепешинской, Бошьяна и других юродивых и жуликов поменьше».
Разгон продолжает:
«Организаторы ВИЭМа, конечно, не были жуликами. Но их научные идеи настолько соответствовали стремлениям и желаниям начальников, что могучая подъемная сила несла их стремительно вверх. Их теории пленили Горького, а затем и самого Сталина. Чуть ли не каждую неделю виэмовцы собирались в особняке Горького и там перед Сталиным, Горьким и другими немногими, допущенными в эту компанию, развивали свои мысли о необыкновенных перспективах управления человеческим организмом…»
Любовь начальства? В Стране Советов это был самый краткий путь к успеху.
«В катастрофически скорое время, – вспоминает Разгон, – возник огромный институт с многочисленным штатом, неслыханными привилегиями… Строился на окраине Москвы городок институтских корпусов, уже кинулась пропагандировать наступающий небывалый расцвет советской медицины армия лекторов, журналистов и писателей…»
Нам сейчас трудно понять это время. Эту утопическую эйфорию, этот угар безумных идей. Психику ПРИГОВОРЕННЫХ К СЧАСТЬЮ людей. В этом таинственном состоянии человеческой души, видимо, глубже других разобрался писатель Андрей Платонов. В его записных книжках есть любопытные записи, например, такая:
«ВОТ ЧЕЛОВЕК:
Такая спешка, такие темпы, такое движение строительства, радости, что человек мчится по коридору своей жизни, ничего не сознавая, живя в полпамяти, трогая работу, не свершая ее, отмахиваясь от людей, от ума – и мчится, мчится, мчится, пропадая где-то пропадом, бесполезный, счастливый, удивительный».
Вот в таких непростых условиях и вели свои исследования и Дмитрий Николаевич Насонов, и его соратник Владимир Яковлевич Александров. Перечислим кратко основные факты и его жизни.
АЛЕКСАНДРОВ (1906–1995) – доктор биологических наук, родился в городе Черкассы (ныне Украина) в интеллигентной еврейской семье. Отец был провизором, владельцем аптеки, закончил медицинский факультет Киевского университета. Мать – учительница. Старший брат Илья был членом большевистской подпольной ячейки, вступил в Рабоче-крестьянскую Красную Армию, погиб в 1921 году на польском фронте.
В 1923 году семья переехала в Петроград. Александров поступил на биологическое отделение физико-математического факультета Петроградского университета. В 1929−1930 годах работал сотрудником Петергофского естественно-научного института. В 1930–1934 годах – аспирант в Государственном рентгеновском, радиологическом и раковом институте под руководством будущего советского академика Алексея Алексеевича Заварзина.
После окончания аспирантуры – старший научный сотрудник, а с 1939 года – заведующий лабораторией экспериментальной биологии и гистологии института. С 1934 года совмещал эту работу с должностью старшего научного сотрудника ВИЭМа, где работал в Отделе общей морфологии под руководством Насонова.
С июля 1941 года Насонов и Александров ушли добровольцами на фронт, где служили в санитарном взводе медсанбата, занимаясь вопросами хозяйственного обеспечения фронта. В блокадном Ленинграде в 1942 году умерли родители Александрова. В блокированном немцами городе Александров посещал библиотеку Академии Наук, где обнаружил среди новых поступлений (которые не прекращались и в дни блокады) совместную с Насоновым публикацию в шведском журнале «Acta zoologica», с изложением их денатурационной теории.
В 1943 году отозван с фронта как доктор наук, работал в Троицке Челябинской области в ветеринарном институте, получив там звание профессора. В том же году Насонов и Александров получили Сталинскую премию второй степени (100 000 рублей) за написанную в 1940 году книгу «Реакция живого вещества на внешние воздействия».
Александров вспоминает: «Половину мы отдали в фонд обороны страны. Каждому досталось по 25 тысяч, и каждый на эти деньги мог приобрести на рынке 25 кг масла – целое состояние по тому времени. Кроме того, лауреатам полагался особый, более сытный паек. Но дело было не только в материальных благах. В то время лауреатов было еще очень мало, и поэтому звание лауреата было весьма престижно».
После окончания войны Александров переехал в Москву (где короткое время работал в Институте цитологии, гистологии и эмбриологии AH СССР), затем – в Ленинград (здесь из филиала ВИЭМ был создан Институт экспериментальной медицины АМН СССР).
В период событий знаменитой августовской сессии ВАСХНИЛ 1948 года и цитологического совещания в мае 1950 года Александров вступил в противостояние с самим Трофимом Денисовичем Лысенко (1898–1976) и Ольгой Борисовной Лепешинской (1871–1963) и был причислен к деятелям «реакционного вирховианства». В порядке «борьбы с космополитизмом» его оставили без работы и без зарплаты.
В письме в адрес ЦК КПСС Борис Петрович Токин (1900–1984) обвинял Александрова в создании в институте еврейской масонской ложи и группы сионистского типа. В результате проведенных в институте ВИЭМ кадровых чисток был ликвидирован Отдел общей морфологии, в который входили лаборатории Александрова и Насонова, а последний был снят с поста директора института. Об этих и других событиях того времени в 1993 году Владимир Яковлевич Александров подробно написал в своей книге «Трудные годы советской биологии».
После увольнения занимался переводами (перевёл труд Бенно Ромейса «Микроскопическая техника») и опытами в домашних условиях. Поиски работы ни к чему не приводили. Тем не менее после нескольких месяцев безработицы, вспоминает Александров, его вызвали в милицию. Объявили: «Мы вынуждены будем ликвидировать Вам ленинградскую прописку, как живущему на нетрудовые доходы». Александров: «Я живу на трудовые доходы своей жены, она работает ассистентом в I Медицинском институте». Ответ: «Это дело не меняет». Вот тут Александров нашелся: «Скажите, а если бы я работал, а моя жена была бы без работы, вы бы ее выслали из Ленинграда?» Ответ: «Так она бы числилась домохозяйкой». Александров: «Так вот числите меня домохозяином, ведь у нас по Конституции мужчины и женщины пользуются равными правами». На этом разговор тогда закончился в пользу Владимира Яковлевича.
В конце книги «Трудные годы советской биологии» Александров итожит: «История лысенковщины не имеет отношения к истории биологии как науки. Это материал к политической истории нашей страны. В нем на примере биологии показаны губительные последствия некомпетентного, безответственного вмешательства руководства страны в развитие науки».
В 1952 году Александров был наконец-то принят на работу в Ботанический институт Академии наук СССР. С 1955 года руководил группой сотрудников Институте цитологии АН СССР. С 1957 года возглавлял лабораторию цитофизиологии и цитоэкологии Ботанического института АН СССР.
А вот теперь уже можно начать и разговор и о биоэнергетике.
7.2. Букет кислот
Прежде всего добудьте факты, а затем на досуге можете искажать их.
Примерно столетие назад цитологи (цитология – наука о клетке), неутомимо совершенствуя методики фиксирования и окрашивания биологических тканей, обнаружили, что во всех клетках животных и растений во множестве содержатся мелкие вытянутые гранулы, рассеянные по всей клеточной цитоплазме.
В 1898 году немецкий цитолог Карл Бенда дал гранулам название – МИТОХОНДРИЯМИ.
Долгое время роль этих лилипутов была абсолютно неизвестна. Но вот в 1930-е годы мощные ультрацентрифуги взломали клетку: митохондрии (МХ, если кратко) удалось выделить в чистом виде.
Еще через десять лет на смену стареньким микроскопам пришли электронные. Тут-то наконец и разглядели эти мельчайшие, микронного размера, тельца с двойной мембраной (будто в двойной упаковке) и замысловатыми складками – кристами.
Вскоре выяснился важнейший факт: митохондрии играют роль силовых станций клетки, именно они снабжают организм энергией.
Как известно, в нашей пище содержатся жиры, белки и углеводы – это вещества, состоящие из очень больших молекул, использовать их непосредственно организм не может. Поэтому в желудке и в других пунктах пищеварительного тракта идет постепенное дробление молекул-гигантов.
В конце концов, что бы мы ни съедали – яйцо или бутерброд, кашу или жаркое, все это расщепляется до элементарных кирпичиков – молекул уксусной кислоты (CH3COOH). Такой стандартизованный «атом пищи» (не проще ли заменить бифштекс с жареной картошкой стаканом уксусной кислоты?) и поступает в митохондрии.
Круг замкнулся – все готово к приему новых порций унифицированной пищи – вновь поступивших молекул уксусной кислоты.
Цикл этот (кольцо из восьми последовательных ферментативных реакций) известен под разными названиями: цикл Кребса, цикл трикарбоновых кислот, цикл лимонной кислоты.
А теперь – о том, как в МХ образуется энергия.
МХ можно сравнить с печью, куда для сжигания топлива (водород, отщепленный от некоторых, строго определенных кислот цикла Кребса, к примеру, от янтарной кислоты) через «форсунки» поступает кислород воздуха (дыхание).
Химическая суть процесса проста и может быть пояснена схемой:
4H + O2 → 2H2O
→ e
AДФ + Ф → АТФ
При соединении водорода с кислородом (эта смесь газов называется гремучкой) происходи обмен электронами (e) и выделяется энергия. При взрыве гремучки энергия бы бесцельно рассеялась в окружающем пространстве, ушла в никуда. Однако в МХ есть специальная цепочка ферментов («дыхательная цепь»), которая способна осуществить «ХОЛОДНОЕ» (электрохимическое) горение водорода.
Это значит, что процесс протекает не мгновенно, со взрывом, а постепенно и целенаправленно. Бегущий по дыхательной цепи от водорода к кислороду электрон может «по пути» своей энергией запустить реакцию соединения (вторая, нижняя, строчка нашей схемы) аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) с фосфатом (Ф). Так синтезируется богатое химической энергией соединение – аденозинтрифосфорная кислота (сокращенно АТФ), этот универсальный поставщик энергии для всевозможных протекающих в организме процессов.
В простейшем варианте энергия, выделяющаяся при распаде АТФ до АДФ (аденозиндифосфорной кислоты) и Ф – обратная реакция, и есть то тепло, которое согревает организм всех теплокровных животных – от мышей до человека. Так, в частности, животные поддерживают постоянную температуру тела даже в самые сильные морозы.
Добавим еще, что реакция синтеза АТФ называется окислительных фосфорилированием. Это очень сложный процесс, его механизм действия и сейчас до конца не прояснен. Разгадать эту загадку пытаются лучшие биохимики мира: возможно, дело пахнет Нобелевской премией.
7.3. Поездка в Пущино-на-Оке
И еще ученым требуется постоянно болтать друг с другом. Для постороннего наблюдателя такое общение выглядит пустой тратой времени, а на самом деле без этого просто нельзя.
Здесь автор книги должен чистосердечно признаться: он вовсе не биолог, не биохимик и до поры до времени о том, что такое митохондрии, знал лишь понаслышке. Известно ему было только, что в каждой клетке есть частицы – митохондрии, они-то и снабжают клетку (а значит, и весь состоящий из клеток организм) энергией.
Все. Других подробностей я тогда (было это уже давно) не знал, этого мне было достаточно. Но чем больше, подыскивая факты, копался я в литературе, беседовал со специалистами, видел, узнавал, тем более величественные дали и перспективы возникали перед моим умственным взором.
Митохондрии оказались связанными и с зарождением жизни на Земле, и с проблемами старости, и с загадкой творческой силы великих людей, и, наконец, с той повседневностью, обыденностью нашего физического бытия, которые окружают и формируют нас.
Тогда я пережил озарения, меня порой осеняло вдохновение, посещало прозрение. Я многое понял, осознал и в себе самом, и всем этим обязан я был знакомству с крошечными органеллами – митохондриями.
Рассказывать о них нелегко: МХ пока находятся вне нашего поля умственного зрения. Мы свободно рассуждаем о вирусах, атомах, словно они наши соседи, но МХ для нас все еще невидимки, о существовании которых мы даже и не подозреваем.
Итак, с чего же начать? Пожалуй, проще всего (что я и сделал некогда) сесть в Москве у станции метро «Юго-Западная» на рейсовый автобус и отправиться в город Пущино-на-Оке.
Там расположен тогда еще совсем молодой научный центр биологических исследований Академии наук СССР. «Старейшиной» среди подразделений центра являлся Институт биологической физики (ИБФ). В нем, в отделе биоэнергетики, под руководством доктора биологических наук Марии Николаевны Кондрашовой, митохондрии изучали, так сказать, на всех уровнях.
Помню рабочий кабинет Кондрашовой. Он уже сам по себе многое рассказал мне о занятиях своей хозяйки.
На полках рядом с биохимическими опусами (среди них выделялась толстенная монография американского биохимика Альберта Ленинджера «Биохимия») было много и физиологических книг. На стенах кабинета – яркие плакаты, наглядно показывающие участие митохондрий в формировании таких состояний организма, как голодание, диабет, ожирение, дневная и ночная активность и так далее.
Рассмотрел я и громадную карту-схему «Метаболические пути», где подробно перечислялись все известные науке на тот год (эта карта-энциклопедия ежегодно дополнялась и исправлялась) цепи превращений веществ в живой клетке.
В центре карты находится цикл Кребса, та «крутящаяся» внутри каждой МХ «мельница», где перемалываются конечные продукты распада пищи…
В ИБФ биохимия (МХ традиционно выделяют из сердца быка, надо ехать на бойню, затем в лаборатории выделить митохондрии, да чтоб они были нужной кондиции, хорошо дышали и т. д.) спокойно уживается с физикой (арсенал могучих средств исследований от лазеров до масс-спектрометров), а та тянет свою давнюю союзницу – математику (в Пущино-на-Оке свой вычислительный центр). И вся эта внушительная компания сотрудничает с медициной: везде проскальзывает, чувствуется желание дать средства, имеющие практический, лечебный эффект.
Так с четырех сторон сотрудники отдела биоэнергетики ИБФ ищут новые способы и для разгадки секретов МХ.
7.4. Пришельцы-завоеватели
Природа, дорогой сэр, это всего лишь гипотеза.
Более века назад Луи Пастер (1822–1895) во время своих знаменитых исследований проблем порчи вина заметил, что клетки способны как без кислорода (брожение, гликолиз), так и с кислородом. Они охотно переходят от брожения к дыханию, как только количество кислорода достигнет одной сотой нынешнего содержания кислорода в атмосфере. Это явление получило название «эффект Пастера».
Подоплека дела ясна. Кислород – невероятно эффективный источник энергии. Так, в «дышащей» МХ при «сжигании» молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ, при гликолизе же (без кислорода) лишь 2 молекулы АТФ.
Один из парадоксов жизни состоит в том, что почти все ее формы нуждаются в кислороде для получения энергии, достаточной для выживания. В то же время кислород, будучи элементом химически архиактивным, способен смертельно отравить любой из жизненных компонентов клетки. Как же удалось природе разрешить это противоречие?
Еще факты для размышлений.
В ходе исследований МХ обнаружилось: выделенные и изолированные от клеток, они имеют все необходимое – коэнзимы, кофакторы, ферменты – для вполне самостоятельного существования. В МХ есть свои собственные, отличные от клеточных, рибосомы и свой генетический аппарат для синтеза белков. МХ способны к делению и самовоспроизведению: жизнь МХ коротка, длится примерно 10 дней.
Итак, МХ в клетке – это настоящее государство в государстве. Давно уже обратили внимание на огромное сходство МХ с бактериями. МХ находится в непрерывном движении, особенно палочковидные формы, которые постоянно изгибаются и скучиваются (по-видимому, так им легче «охотиться» за кислородом), чем очень напоминают бактерии.
Так вот, существует очень правдоподобная гипотеза (вероятно, она скоро станет общеизвестным фактом): МХ – это пришельцы-завоеватели, примитивные бактериеподобные организмы, проникшие в клетку и приспособившиеся к жизни в ней.
Произошел симбиоз: МХ, умеющие утилизировать все «сжигающий» кислород, обильно снабжают клетку энергией в виде универсальной энергетической монеты – АТФ, клетка же дает МХ пищу – топливо.
Этот союз, заключенный в доисторические времена, когда кислородная атмосфера на Земле только зарождалась (тут и разгадка эффекта Пастера), длится уже многие сотни миллионов лет. Природа, найдя удачное решение, тысячекратно повторила его, чеканя всевозможные клетки, как серебряные рубли, – всегда на один лад, лишь обсасывая, шлифуя свою находку.
К сожалению, пока нельзя спросить ни клетку, ни митохондрии: а как вам живется? Так ли прочен союз? Не возникают ли семейные дрязги, неурядицы, распри, ссоры?
Мы, люди, в силу своего технологического младенчества привыкли ахать, представлять себе природу как совершенный идеал. Ферменты, действующие при комнатной температуре (Ах! Ах!), невероятная эффективность мозга, клетки которого не восстанавливаются (!!), цирковые трюки вроде окислительного фосфорилирования – все это, конечно, производит впечатление, все это так!! Но и на Солнце есть пятна. Нет-нет да и мелькнет в результатах исследований этакий насмешливый «хвостик» той или иной «слепой кишки», атавизма, биологической несуразицы.
И кто знает, может быть, настанет день, когда биологические процессы предстанут перед нами сплошной патологией, которая каким-то чудом ухитряется быть нормой. Основание для таких прогнозов – тот факт, что биологические процессы всегда идут параллельно, дублируя друг друга (к примеру, в клетке дыхание и гликолиз). И включение одного механизма автоматически исключает, угнетает другие конкурентные механизмы.
На молекулярном уровне идет жестокая «борьба за существование». В этой биологической сутолоке обратные связи, регулирующие очередность и субординацию, наверняка имеют вероятностный, случайный характер. Поэтому-то идеальный порядок и дисциплина в храме природы – это сон, приснившийся теоретикам от науки.
Прав был поэт Николай Заболоцкий (1903–1958), который написал вещие строки:
Я не ищу гармонии в природе.
Разумной соразмерности начал
Нив недрах скал, ни в ясном небосводе
Я до сих пор, увы, не различал.
7.5. Физиология митохондрий
Что мне действительно не нравится – это когда E. Coli выступает в роли природы. Уж слишком велика разница в таланте.
Вот что тогда (продолжаю рассказ о посещении ИБФ в Пущино-на-Оке) рассказывала мне Мария Николаевна Кондрашова:
«В последние 10–15 лет в митохондриологию проникли биофизические методы исследований. Это замечательные средства: они позволяют непрерывно регистрировать «ответы» МХ».
Последние слова надо пояснить.
Ставится очередной опыт с МХ, зарезана крыса, из ее печени в лаборатории выделяют митохондрии. Процесс сложный, стадийный (ошибка хотя бы в одном звене цепочки действий может уничтожить плоды всей работы), ведущийся при температуре 2 градуса (необходимое условие сохранности биологической ткани).
Важна не только температура, но и быстрота работы. Исследователь, словно хирург, не может медлить: вырванная из живого организма МХ быстро (уже минут через десять) теряет свои качества, изменяется, «стареет», хотя МХ и помещают в особый раствор, имитирующий ее родную среду.
Чтобы убедиться, что в его руках «ЖИВОЙ» (нативный, интактный – не поврежденный в ходе выделения), а не «ДОХЛЫЙ» препарат, исследователь прежде всего измеряет дыхание МХ: ее способность поглощать кислород. Прежде о дыхании судили с помощью неуклюжих, громоздких манометрических методов (грубо говоря, меняющееся давление газа указывало, сколько кислорода ушло на дыхание МХ).
Этот тест требовал (пока МХ израсходуют достаточно большой объем кислорода) 30–40 минут – очень большой срок, за это время МХ наверняка либо погибала, либо деградировала. Значит, надо доставать из холодильника новую порцию свежего препарата, но это уже другие МХ, поэтому фактически вести опыты с одной и той же порцией МХ было невозможно.
«Вот и получалось, – говорила Кондрашова, – что прежде митохондриолог был в основном химиком: удовлетворялся лишь анализом препарата… Положение качественно изменилось, когда на смену манометрам пришли полярографы – электроды-датчики, способные регистрировать самые малые объемы кислорода. Теперь счет пошел на минуты, поэтому, убедившись, что МХ “жива”, хорошо дышит, экспериментатор мог, воздействуя на нее различными агентами, вести непрерывную запись посылаемых ею сигналов.
Не только полярографы, но и другие приборы – спектрофотометры, установки ЯМР (ядерный магнитный резонанс), ЭПР (электронный парамагнитный резонанс) и так далее – изменили лицо митохондриологии. Сейчас, наблюдая быстрые реакции МХ, исследователь испытывает такое же волнение, как физиолог, наблюдающий, скажем, биение сердца. Это уже настоящая физиология митохондрий, только физиология, так сказать, на молекулярном уровне…»
Живая, действующая МХ – какой благодарный объект для исследований! Какие возможности рисуются! Реакция любой живой ткани на внешнее воздействие – это известная триада: покой – активность (возбуждение, работа) – отдых (торможение, восстановление). Изучая МХ долгие годы, Кондрашова обнаружила глубокие физиологические аналогии. Так зародилось совершенно оригинальное научное направление – попытка повенчать митохондриологию с физиологией.
Трудное дело. Необходимо было ломать традиционное мышление людей, изучавших МХ. Ведь биохимик привык обработку результатов проводить в рамках арифметики. Теперь же, изучая скорости течения процессов, необходимо было вооружиться дифференциальными уравнениями. Только так можно было проанализировать основное свойство живой материи: то, что в ней 1 + 1 ≠ 2.
Лишь математическое моделирование позволяет учесть развитие процессов во времени, дает возможность от аналитического уровня вернуться к целостному, интегральному, но обогащенному пониманием молекулярного механизма физиологических явлений.
Другое, не менее трудное: надо было разрушить тесную келью специализации, в которой сидел митохондриолог. Связать митохондриологию с медициной, клиникой.
Е. Сoli (полное имя – Escherichia coli) – живущая в кишечнике, безвредная для человека бактерия. В последние десятилетия это популярный объект исследований у генетиков и молекулярных биологов. Она изучена вдоль и поперек, чего нельзя сказать о многих процессах, идущих в человеческом организме. Шоры узости исследований, когда за отдельными деревьями не видят леса, и высмеивал Эрвин Чаргафф (смотри эпиграф).
Схожая ситуация сложилась к концу прошлого века и в митохондриологии. Против этого и выступила Кондрашова. И здесь ей сопутствовала удача.
7.6. Золушка биохимии
Ищите простоту и затем ставьте ее под сомнение.
Вот уже многие годы ежегодно в Пущино-на-Оке съезжаются со всех концов страны клиницисты, врачи, физиологи, биохимики и биофизики. Число активных участников примерно 150 человек. Общая тема этих семинаров – регуляция энергетического обмена в организме.
Как оздоровить, укрепить, вылечить человека, улучшая процессы, идущие в МХ? Ведь очевидно, что при любых заболеваниях, стрессах, различных катаклизмах энергетика в клетках напряжена и от хорошей работы МХ зависит если не все, то очень многое. Потому-то, думая о возможных общих корнях заболеваний, в первую очередь естественно остановиться на нарушениях биоэнергетики.
МХ в организме отнюдь не пассивные «ПЕЧКИ». У них свой «норов», «характер», «интересы» – вспомним о происхождении МХ.
Проведем аналогию: учреждение – организм. Директор (нервная система) отдает приказ. Руководители отделов (гормоны) доносят директиву до «периферии» (клеток). Но там, на местах, каким бы образцовым ни было учреждение, кипит своя жизнь, со своим темпом, укладом, взаимоотношениями. И быстрота исполнения приказа, направленного «сверху», в сильнейшей степени зависит от местных условий – от того, каков физиологический тонус МХ, в норме ли биоэнергетика человека или же дело дошло до патологии…
Докторская диссертация Марии Николаевны Кондрашовой называлась «Регуляция янтарной кислотой энергетического обеспечения и функционального состояния ткани».
Как найти ключи, которые бы позволили подкручивать пружинки, шестеренки процессов, идущих в МХ, регулировать их? Десятилетние исследования Кондрашовой и ее сотрудников указали на исключительную роль в МХ янтарной кислоты (ЯК).
ЯК – один из промежуточных продуктов в цикле Кребса. Затерявшаяся среди лимонной, яблочной и прочих кислот, ЯК долго оставалась неприметной «золушкой» биохимии. Это связано с тем, что термодинамически (по величине КПД) она уступает другим кислотам, а прежде это был главный показатель для реакции энергопродукции.
Однако факты, накопленные многими исследователями, убедительно доказывают: при синтезе молекул АТФ ЯК доминирует над другими кислотами в цикле Кребса, процессы с ее участием оказываются вне конкуренции. Коротко и научно это называется «монополизацией дыхательной цепи ЯК».
В чем же причина того, что сукцинат (научное имя ЯК) оставляет другие кислоты далеко позади? Тут Кондрашова высказала любопытную гипотезу.
Уровень ЯК в клетках высших организмов крайне низок. Однако в янтаре (отсюда и название кислоты) и нефти – этих трансформировавшихся остатках древних живых существ – ЯК обнаружена в больших дозах.
Нефть и янтарь через геологические эпохи донесли до нас информацию о значительных накоплениях ЯК организмами тех времен. Мощность биосинтеза прошлых эпох сегодня может измеряться в производственных масштабах. К примеру, считается, что ежедневный намыв янтаря из голубых глин поселка Янтарный (Литва) составляет четыре тонны: в них содержится сохранившейся до нашего времени ЯК 5–8 процентов – сотни килограммов в сутки.
Эти данные и гипотеза о происхождении МХ и позволили Кондрашовой предположить: основной причиной симбиоза МХ с клеткой могла быть ЯК, за которой предки современных МХ и пошли в живую ткань, став затем независимыми частями клетки.
7.7. Когда день равен жизни
Когда пыль рассеется, ты увидишь, едешь ли ты на лошади или на осле.
За долгие годы исследований роли ЯК в МХ у Кондрашовой постепенно зрела и наполнялась содержанием мысль – использовать ЯК в лечебных и профилактических целях.
Удивительно, но в некотором роде ЯК не является новинкой: здесь уже есть свои традиции.
Ну а каково мнение современной науки о ЯК?
В 1979 году в Пущино-на-Оке в местном издательстве вышел под редакцией Кондрашовой тематический сборник статей «Терапевтическое действие ЯК».
Красная книжица (я держал ее в руках). На обложке эмблема: змея, обвившая чашу (медицина), поддерживает символически изображенную МХ.
Это крайне интересный сборник. Тут был обобщен многолетний опыт исследований тридцати пяти научно-исследовательских и клинических учреждений страны. Работа (в ее стимулировании, поддержке, организации неоценима роль Марии Николаевны Кондрашовой и ее коллег из ИБФ) велась в институтах и клиниках Москвы, Ленинграда, Киева, Саратова, Еревана, Свердловска и других городов.
Множество фактов свидетельствует о полезности ЯК в восстановительных физиологических процессах при болезнях сердца, почек, нервной системы. ЯК нормализует мышцы при интенсивных физических нагрузках (физкультура и спорт).
Большое достоинство ЯК как терапевтического средства в том, что она естественна, абсолютно не токсична и не накапливается в организме.
«Сейчас, – говорила мне Кондрашова, – в эпоху сильнодействующих синтетических, подчас очень ядовитых, лекарств и гормональных препаратов, очень важно найти средства, которые были бы близки клетке, родственны ей и выступали бы как дублеры гормонов. Следует подчеркнуть также, что ЯК способна значительно ослабить токсическое действие многих лекарственных препаратов…»
Ленинградский ученый Владимир Михайлович Дильман (1925–1994), доктор медицинских наук, профессор, считал гипоталамус центром старения. Эта железа – важный регулятор уровня обмена веществ.
Дильман (последние годы жизни он жил и работал в США) – автор книги «Большие биологические часы (введение в интегральную медицину)» (1982 год). Книга крайне интересна, ее суть такова.
Почему мы стареем? Какой механизм лежит в основе этого явления и нет ли возможности его затормозить? Что есть физиологическая норма для каждого возрастного периода? Ответить на эти вопросы и попытался Дильман.
Научные материалы, положенные в основу его книги, разрабатывались автором более тридцати лет. Однако их главный результат может быть сформулирован весьма кратко: у высших организмов, включая человека, старение непосредственно связано с механизмом развития. И тут возникает парадокс. Оказывается, что те же самые факторы, которые обеспечивают развитие организма, продолжают действовать и после его завершения, являясь одновременно и причиной, приводящей к старению.
Так как механизмы развития реализуются по жесткой генетической программе, то соответственно и признаки нормального старения исключительно единообразны у всех особей каждого вида, включая человека.
А теперь вновь об ЯК. Есть мнение о том, что ЯК поддерживает не все клетки, а только слабое место в организме. Но тогда следует ожидать, что введение ЯК могло бы привести к нормализации патологического состояния, связанного со старением, омолодить организм.
Результаты опытов над животными превзошли все ожидания. В лаборатории Дильмана (НИИ онкологии Минздрава СССР, Ленинград) экспериментировали со старыми крысами – восемнадцатимесячными (эквивалент 50–60 годам по школе человеческой жизни). Крысам давали ЯК. И случилось чудо: удалось восстановить длительно складывающееся расстройство аппарата размножения!
Схожие по духу сообщения прозвучали летом 1976 года и в Киеве на съезде геронтологов. Исследования ЯК как замедлителя старения проводили во многих местах: в Институте геронтологии Академии медицины СССР в Москве, в Институте экспериментальной медицины в Ленинграде и в других учреждениях.
Как же связаны старение и энергетический обмен в МХ?
«Нормальная жизнь, – рассказывала мне Кондрашова, – совокупность правильных периодических процессов, набор многих, как теперь принято выражаться, биологических часов. Сама жизнь – это «большие биологические часы», наибольший из «хронометров». Но рядом с этим гигантом существуют и малютки «секундомеры», те, что отсчитывают митохондриальные циклы. Исследования последних лет свидетельствуют: именно митохондриальные секундомеры в конечном итоге задают общий темп и срок жизни…
Так вот, нарушение периодичности – очень чувствительный показатель патологии и часто наблюдается при старении. К таким нарушениям, например, относится расстройство сна.
На наш взгляд, при старении митохондриальные секундомеры начинают «СПЕШИТЬ». Они лишаются «тормозов», ограничивающих их активность, система идет «вразнос». Думается, что между этими процессами и состоянием внутренней спешки, постоянного беспокойства (дискомфорт, неудовлетворенность, потеря самообладания, бессонница) нервных и пожилых людей есть нечто большее, чем внешнее сходство. Какой контраст – мироощущение ребенка: для него «день равен жизни», как прекрасно заметила Астрид Линдгрен, автор популярного «Карлсона».
7.8. Принцип устойчивого неравновесия
В ясный день отчетливо видны далекие горы. Нельзя оценить их величие и красоту, если окажешься в одном из ущелий, да еще в туманную погоду. Так и творчество больших ученых, их подлинная роль в истории науки чаще всего лучше оценивается не современниками, а «на расстоянии времени», когда прояснится научная погода, и многое ранее непонятное – чем возвышается один талант над другими – делается более доступным.
Чем более отдаляется от нас время жизни замечательного венгерского и советского ученого Эрвина Бауэра, тем величественнее возвышается его фигура.
Ни одно лекарство не может заменить движение. Движение заменяет все виды лекарств.
Произошло то, что и должно было произойти: глубокое фундаментальное исследование «тайн жизни» митохондрий и взаимодействие этих органелл с клеткой оказалось полезными практически – проросло в медицину, пустило корни в клинику, врачебную практику, дало толчок органичному, неформальному сочетанию исследований на молекулярном и организменном уровнях.
Что есть жизнь? – старый и трудный вопрос. Интуиция, логика, здравый смысл предлагают здесь свои дефиниции.
«Хотя я не знаю, что такое жизнь, у меня нет сомнений относительно того, жива или мертва моя собака», – писал американский биохимик венгерского происхождения, лауреат Нобелевской премии (1937 год), написавший (1970 год) книгу «Сумасшедшая обезьяна» (The Crazy Ape), в которой выразил озабоченность судьбой человечества в эпоху научно-технического прогресса, Альберт Сент-Дьёрдьи (1893–1986) и отказывался решать проблему.
Часто (упрощенный, неверный взгляд на жизнь) представляют себе жизнь как динамическое равновесие между синтезом и распадом, как работу ради покоя (внешние обстоятельства нарушили равновесие – организм стремится его восстановить).
Уверенно сформулировать принципы, отличающие живые системы от неживых, удалось Эрвину Симоновичу Бауэру. В послевоенный советский период истории России славное имя Бауэра было забыто, и практически ничего не было известно о его злосчастной судьбе. Но сейчас иные времена. Вот какие факты удалось собрать, пользуясь самыми различными источниками.
БАУЭР (1890–1938), биолог-теоретик, замечательный сын венгерского и советского народов, родился в городе Левоче (Словакия) в семье немцев-учителей (родители преподавали английский, французский и немецкий языки). Щедро одаренный талантами (любил музыку, играл на скрипке, был разносторонним спортсменом – пловцом, конькобежцем, теннисистом, шахматистом, несколько раз выигрывал первенство Венгрии по фехтованию), Эрвин собирался стать математиком, однако его мать, свято чтя память мужа (он умер от рака в 47 лет), уговорила сына заняться медициной, чтобы наконец разрешить проблему канцерогенных заболеваний.
Закончил медицинский факультет в Геттингене в Германии. В 1914 году сдал экзамен на врача и тут же был мобилизован в австро-венгерскую армию. В 1915–1918 годах работал в гарнизонной больнице.
Его первая жена – известная венгерская писательница Маргит Каффка (автор романа «Цветы и годы» и их маленький сын умерли в 1918 году от гриппа (пандемия знаменитой «испанки», которая прокатилась тогда по многим странам мира).
Увлекшись социалистическими идеями, Бауэр стал коммунистом и принял участие в венгерской революции 1919 года. После её подавления осенью 1919 года вместе со второй женой, Стефанией Сциллард, эмигрирует в Вену, затем в Геттинген. Среди венгров-эмигрантов нищета и скромность супругов Бауэров вошла тогда в поговорку: «частная собственность» Эрвина состояла из книг, единственного изношенного костюма и двух рубашек. В 1921 году они приезжают в Прагу, где Бауэр становится ассистентом профессора Ружички в отделе общей биологии и экспериментальной морфологии Карлова университета.
Бауэр был биологом изумительной эрудиции, в совершенстве знал физику и химию, свободно владел математическим аппаратом. Он был истинным основоположником того научного направления, которое несколько десятилетий спустя стало называться биофизикой.
В 1925 году по приглашению директора Института гигиены труда и профессиональных заболеваний Бауэр переселяется в СССР и работает в Москве в лаборатории общей биологии. В 1931 году организует лабораторию общей биологии во вновь созданном Биологическом институте имени К.А. Тимирязева. Стоит отметить, что чету Бауэров приглашали и в СССР, и в США. Они предпочли первое предложение, чему конечно же способствовали их политические убеждения.
В 1934 году переехал с семьей в Ленинград, куда был приглашен во вновь созданный Всесоюзный институт экспериментальной медицины (ВИЭМ) для организации отдела общей биологии с лабораториями – общей биологии, раковой, обмена веществ, биологической и физической химии, электробиологической, биофизической.
Бауэр устанавливает тесную связь с выдающимися физиками того времени Абрамом Федоровичем Иоффе, Николаем Николаевичем Семеновым, Яковом Ильичем Френкелем. В Ленинградском физико-техническом институте Академии наук организуются совместные семинары физиков и биологов. К примеру, Френкель делал доклад о злокачественных опухолях и о действии на ткани ионизирующих излучений. Под эгидой ВИЭМ был издан главный труд Бауэра «Теоретическая биология».
Эрвин и его жена Стефания приехали в Советский Союз в период удивительного, парадоксального расцвета естественных наук в нашей стране. Расцвет был очень кратким: с 1925-го по 1929-й год. В это время формируются и расцветают научные школы физиков, химиков, биологов. Можно представить себе, как воспринял этот дух энтузиазма коммунист-эмигрант Бауэр. А «проза жизни» и все ее сложности были не видны в чужой стране… Тем временем усиливалось, становилось все более тягостным партийное руководство наукой. Первая волна гонений на ученых пришлась на 29-й год. Вторая, более тяжелая, началась после убийства Сергея Мироновича Кирова 1 декабря 1934 года.
Но интенсивная работа продолжалась. Сдана в печать «Теоретическая биология», идут дискуссии на конференциях и семинарах. Однако каждый день приносит известия о новых и новых арестах. Истинный террор (террор, по-гречески, – ужас!) начался в 1937 году. Эрвин и Стефания были арестованы (Эрвина вызвали с дачи в институт якобы для уплаты партийных взносов). И они никогда более не видели друг друга и своих детей. Возможно, что их арестовали именно как венгерских коммунистов – Сталин проводил тогда уничтожение нашедших пристанище в СССР членов 3-го Интернационала – немцев, поляков, венгров и людей всех прочих национальностей. Монографию Бауэра «Теоретическая биология» изъяли, и почти весь тираж был уничтожен.
О том, что творилось в нашей стране в кровавые предвоенные годы можно узнать с помощью электронного издания «Жертвы политического террора в СССР» (издано в 2007 году), в электронной Книге памяти (2003–2013 годы) и других подобных изданиях.
Уничтожение лучших людей страны, как и полагается в социалистическом государстве, было плановым. Были определены «контрольные цифры» – число подлежащих уничтожению людей в данной области, городе, республике. Поощрялось перевыполнение этих планов – что жутким образом соответствовало энтузиазму масс по перевыполнению планов очередной сталинской пятилетки – по производству станков, выплавке стали, добычи угля.
Так 31 июля 1937 года Политбюро ЦК ВКП(б) утвердило представленный НКВД проект о репрессиях, начиная с 5 августа 1937 года. В том числе предписывалось расстрелять в Азербайджанской ССР – 1500 человек, в Армянской – 500, Белорусской – 2000, и так по алфавиту 65 строк. В Московской области планировали расстрелять 5000, в Ленинградской – 4000…
Семьи репрессированных, члены которых способны к активным антисоветским действиям… подлежат водворению в лагеря или трудпоселения… Семьи репрессированных по первой категории (расстрелянных)… проживающие в Москве, Ленинграде, Киеве, Тбилиси, Баку, Ростове-на-Дону, Таганроге и в районе Сочи, Гагры, Сухуми подлежат выселению из этих пунктов…
Политбюро постановило отпустить НКВД из резервного фонда СНК на оперативные расходы, связанные с проведением операции, 75 миллионов рублей… Предложить обкомам и крайкомам ВКП(б) и ВЛКСМ тех областей, где организуются лагеря, выделить в распоряжение НКВД необходимое количество коммунистов и комсомольцев для укомплектования административного аппарата и охраны лагерей (по заявкам НКВД)… Планы эти перевыполняли – обращались в Политбюро с просьбой увеличить «нормы» и получали разрешение.
В 1937 году Бауэр и его жена были арестованы и исчезли в ГУЛАГе, а их дети, малолетние сыновья Михаил (12 лет) и Карл (3 года), были отданы в детские дома. Теперь стало известно, что Бауэр и его жена были приговорены и расстреляны в 1938 году. Они погребены в Левашово под Ленинградом.
Вот на таком общем нерадостном фоне в 1935 году в СССР был издан главный труд Бауэра «Теоретическая биология». В ней ученый построил целостную концепцию жизни и всех ее проявлений (обмен веществ, рост и развитие, раздражимость, размножение, наследственная изменчивость, эволюция). Все объединял «принцип устойчивого неравновесия», который гласил:
«Все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянную работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях».
Итак, казалось бы, бессмыслица: «БЕЛИЧЬЕ КОЛЕСО», работа ради работы, неустанное движение, понимаемое в широком смысле, состояние, которое поэт определил словами: «И вечный бой – покой нам только снится» – вот что такое жизнь.
Оглядим теперь ту же проблему глазами митохондриолога. Жизнь, скажет он, – балансирование между двумя крайностями: гипертрофированным состоянием покоя и таким же состоянием активности. Состояние покоя, комфорта с мышечной иммобилизацией, обильным питанием, чрезмерно согретыми закрытыми помещениями коварно захватывает человечество ХХI века.
C позиций биоэнергетики метаболическое состояние МХ, обозначаемое цифрой 4, это подчас приятная, но опасная недогрузка энергетики организма. При таком застое система энергетических реакций в клетках начинает походить на болото буквально, а не фигурально: внутренняя среда МХ закисляется (обилие топлива), в ней не хватает кислорода.
Картина деградации организма, связанная с такого рода замедлением, знакома всем нам с детства по образу Обломова (помянем его еще раз!). Вспомним, как не только художественно, но почти с научной точностью говорит Гончаров о причинах гибели Обломова:
«Вечный покой, вечная тишина и ленивое переползание изо дня в день тихо остановили машину жизни. Илья Ильич скончался… как будто остановились часы, которые забыли завести».
Заметим в скобках: это красивое сравнение предложила сама Кондрашова, тогда, во время одной из наших бесед. Такие глубокие аналогии не приходят, так сказать, по наитию, экспромтом, с бухты-барахты, они обычно плод многолетних упорных размышлений о любимом предмете.
Но продолжим… Другая крайность, полюс – это гиперактивация митохондриального аппарата (гипертрофированное состояние 3). Напрашивающийся здесь образ – боксер в конце третьего раунда: клинч, бессильно повисли руки-плети, острые канаты ринга ласкают спину, словно пуховые перины…
Это состояние крайнего истощения сил не обязательно связано с физическими нагрузками.
Итак, жизнь (полновесная, полнокровная), если говорить о биоэнергетической подоплеке дела, – неуловимое (о диалектика!) состояние МХ, которое Кондрашова назвала состоянием 3,5.
Биологическая подвижность, оперативность реакций, постоянное колебание между полюсами (состояния МХ 3 и 4), а не полная остановка процессов – только так можно сохранить высокую готовность к работе, чего достигают, например, спортсмены разминкой перед стартом или вратарь, подпрыгивая в ожидании мяча.
7.9. Жертва амортизации
Рождение и смерть часто воспринимаются нами на бытовом, а порой и на философском уровнях – как две стороны одной медали. Одно явление якобы неотделимо от другого. Появление на свет неизбежно влечет за собой старение и уход из жизни. Между тем это не совсем так. Живая клетка как своеобразная молекулярная фабрика способна работать и воспроизводиться без всяких признаков усталости или старения бесконечно долго. Хороший тому пример – все одноклеточные существа, размножающиеся исключительно бесполым способом. Разумеется, известную всем амебу без труда можно лишить жизни – отравить, сварить, высушить, раздавить, наконец. Однако если ее кормить, холить и лелеять (то есть регулярно менять культуральную среду на новую и добавлять пищу), то она будет без устали делиться и никогда не состарится. В этом смысле амеба бессмертна. Если бы клетки нашего тела были подобны амебам, о пенсионном возрасте речь бы, возможно, не заходила.
Мало-помалу, шажок за шажком, копя факты, мысли, идеи, теории, физиология митохондрий должна была, просто обязана была обратиться к теме «СТРЕСС». Слишком много тропок, мостков вело к нему от данных биоэнергетики.
Но здесь, видимо, полезно еще раз вспомнить основополагающие взгляды на стресс Ганса Селье.
Вспомним про те ресурсы, которые помогают организму стойко противодействовать стрессу. Эти ресурсы Селье назвал «АДАПТАЦИОННОЙ ЭНЕРГИЕЙ».
Природа адаптационной энергии до сих пор неясна, что истощается, мы не знаем. Тут уместна такая аналогия (ее предложил Селье). Расходование адаптационной энергии можно сравнить с износом автомобиля. Мы обильно заправляем его бензином, и все же постепенно он изнашивается. И не способен всегда сохранять свои двигательные качества.
Так и человеческая машина – она тоже становится жертвой амортизации.
Если пойти по линии обобщений еще дальше, то можно утверждать, что жизнь любого человека – это история его непрерывной борьбы со стрессом. Детство (с присущей этому возрасту низкой сопротивляемостью и чрезмерными реакциями на раздражители), зрелость (когда происходит адаптация к наиболее частым воздействиям и увеличивается сопротивляемость) и, наконец, старость (с необратимой потерей приспособляемости и постепенным одряхлением). Старость, заканчивающаяся смертью.
Три фазы стресса – три времени жизни. Поразительная аналогия!
«Уставший» автомобиль ставится на ремонт. В зависимости от «врожденных факторов» (материал, из которого авто изготовлен, его конструкция и т. д.) восстановление его первоначальных свойств, конечно, возможно. Но лишь на краткий срок.
С течением неумолимого времени такие ремонты надо делать все чаще и чаще. И они становятся все продолжительнее. И в конце концов изношенность и неисправность уже не будут поддаваться какому бы то ни было ремонту.
И человек тоже. Из личного опыта мы знаем: после крайнего изнеможения от чрезмерно тяжелой дневной работы здоровый ночной сон (а после более тяжелого истощения – несколько недель спокойного отдыха) восстанавливает сопротивляемость и нашу способность к адаптации до прежнего уровня.
Вроде бы человек вернулся к исходной позиции. Увы! Это не так. Селье считал, что полного восстановления не бывает. Любая биологическая деятельность оставляет необратимые «ХИМИЧЕСКИЕ РУБЦЫ». И наши запасы адаптационной энергии можно сравнить с унаследованным богатством: можно брать со своего счета (как деньги в банке), но, однако, нельзя делать дополнительные вклады.
Любопытную мысль высказал однажды советский шахматный гроссмейстер Александр Александрович Котов (1913–1981). По его мнению гениальный Роберт Фишер (1943–2008) оставил шахматы потому, что у себя на родине с раннего детства ему пришлось пережить столько нападок, оскорблений и унижений, что к тридцати годам, постоянно борясь за престиж шахмат в США, он пришел опустошенным и разочарованным, утерявшим веру в людей. Он, полагал Котов, израсходовал всю свою адаптационную энергию, отпущенную ему природой.
7.10. Батареи жизни
Стратегия жизни может быть любой. Можно безрассудно расточать и проматывать способность к адаптации, «жечь свечу с обоих концов». Но можно поступить и по-иному: научиться растягивать запас надолго, расходуя его мудро и бережливо. С наибольшей пользой и наименьшими стресспоследствиями.
Адаптационная энергия – что же это такое? И что означает «покой», восстанавливающий наши силы? Как, оперируя точными научными терминами, анализируя интимные механизмы деятельности организма, объяснить эти очень важные для нас понятия?
Что это за «аккумуляторы» жизни, которые быстро истощаются при стрессовых нагрузках и которые необходимо вторично заряжать? Ведь знание физико-химических основ истощения при стрессе могло бы помочь нам с умом расходовать адаптационную энергию, а возможно, и восстанавливать ее.
За ответом на все эти вопросы автор этой книги вновь (спустя четыре года после первого посещения) отправился в Пущино-на-Оке к Марии Николаевне Кондрашовой. В дорогу меня погнала весть о том, что по ее инициативе были начаты исследования роли МХ при стрессе.
Работа ученых показала: биоэнергетика организма очень чувствительна даже к слабым воздействиям. Изменение в состоянии и функционировании митохондрий – естественный отклик организма на любую нагрузку. Пятиминутное облечение электромагнитным полем, сероводородная ванна, принятая курортником, – даже эти мягкие меры способны осуществить «дистанционный массаж» митохондрий. А через них – оказать влияние и на работу организма.
Экспериментальные факты четко указывают, что изменение состояния митохондрий есть обязательная составляющая функциональных перестроек организма во всем диапазоне «синдрома адаптации», или просто стресса.
И это неудивительно. Стресс характеризует прежде всего неспецифичность. А биоэнергетика и есть то общее (может быть, одно из главных) неспецифическое средство, которое природа вложила во всякое живое существо.
Ни одна из великих сил неживой природы не в состоянии поддерживать независимость и индивидуальность каких-либо тел в такой степени, как лабильность и способность адаптироваться к изменением окружающей среды, которое мы называем жизнью и потеря которых означает смерть. И корни этой способности к адаптации, видимо, кроются в биоэнергетике организма, в частности, в митохондриях – этих батареях энергии, а следовательно, и жизни.
Это утверждение по мере хода исследований, ведущихся в Пущино-на-Оке и других научных центрах, становится все более правдоподобным.
7.11. В лаборатории
Чтобы понять живую систему, ее нужно любить, а чтобы прийти к более глубокому интуитивному пониманию, нужно напрягать все чувства, в особенности два «устаревших прибора» – глаза и мозг. И еще мне кажется, чтобы понять существо жизненных явлений, надо быть немножко поэтом.
И вот я снова в Пущино-на-Оке. Мне хочется своими глазами увидеть, как в лабораторных условиях экспериментатор вызывает стресс, и понять, какая здесь намечается связь с митохондриями и биоэнергетикой.
Работница вивария подходит к одному из многочисленных расположенных на стеллажах пластмассовых ящиков – из них торчит множество любопытных крысиных головок, бесцеремонно берет за красный хвостик белую крысу и кладет ее на весы.
280 граммов – как раз то, что нужно. Отобранных крыс нужно подвергнуть стрессу. Тут много возможностей. На сей раз исследователи выбрали в качестве острого стресса классический эталон – иммобилизационный стресс, который проводится по методу Кульницкого.
Лаборантка берет лоскут бинта, рвет его аккуратно на полоски и с их помощью привязывает лапы (предварительно усыпленной эфиром – не то искусает!) крысы к четырем углам плоской дощечки-ложа.
Крыса лежит животом к доске, голова ее продета в специальный стальной «хомут», хвост – цвета недозрелой морковки – безжизненно свисает вниз.
В таком неудобном для нее положении крыса должна пролежать 5 часов (бывает, ее привязывают и на сутки). Тяжелое испытание! Стресс обеспечен.
Действительно, когда крысу потом зарезали (наука требует жертв – мне пришлось лицезреть и это), все признаки ярко выраженного стресса были налицо: вес надпочечников увеличился, тимус уменьшился, а складки желудка были покрыты язвами – классическая триада по Селье.
Теперь эксперимент вступил во вторую стадию. От организменного уровня надо было спуститься до уровня клеток. Иначе говоря, из печени, подвергнутой стрессу крысы, надо было выделить митохондрии. Все необходимые операции проводят в особой «холодной комнате».
Процедура выделения митохондрий и всяческих манипуляций с ними длилась достаточно, чтобы я мог слегка замерзнуть. Я добросовестно совал свой корреспондентский нос и в центрифугу, шумом и внешним видом, шибко напоминающим стиральную машину, и в чехословацкого производства полярограф, и во многие иные детали, которые, скорее всего, не столь уж интересны читателям. Они ждут результатов опыта, каких-то обобщающих выводов. И сейчас их получат.
7.12. Природа может ошибаться
Существует предрассудок, что «природа не ошибается». Это неверно. Если бы это было правдой, не было бы моей профессии: зачем существуют врачи, как не для того, чтобы поправлять природу, когда она ошибается?
И вот вновь переступил я порог кабинет Марии Николаевны Кондрашовой. Его интерьер был мне уже знаком. Впрочем, заметил я и новые детали. Над письменным столом теперь висел портрет пожилого ученого. Одетый в белый халат, он держал в руках белую мышь, пытливо разглядывая ее. Это было, конечно, фото Ганса Селье с дарственной надписью Кондрашовой.
Чуть ниже был прикреплен зарифмованный лозунг-девиз:
Fight for your highest
attainable aim
But never put up resistance
in vain.
что в свободном переводе означает: «Стремись к самой высокой из доступных тебе целей и не вступай в борьбу из-за безделиц. Ганс Селье».
Мария Николаевна Кондрашова рассказывала:
«Наш интерес к стрессу связан с его положительными, а не отрицательными чертами. Ведь основное биологическое значение реакций стресса – повышение устойчивости организма, а не его повреждение. Вслед за И.А. Аршавским, за физиологами из Ростова-на-Дону Л.Х. Гаркави, М.А. Уколовой и Е.Б. Квакиной мы считаем, что адаптационные возможности не только не исчерпываются, а расширяются под влиянием тренировки стрессовыми воздействиями умеренной силы. Как для того, чтобы увеличить капитал, его необходимо пустить в оборот, так для поддержания и увеличения «адаптационной энергии» нужна работа биохимических систем адаптации, а не пассивная экономия. Известны гормоны, обеспечивающие повышение организма при стрессе. Но в конечном итоге гормоны эти адресуются к митохондриям…»
Резче всего жизнеспособность организма появляется в критических (читай – стрессовых) ситуациях. Какие же биологические механизмы обеспечивают человеку высокую резистентность и возможность головокружительных взлетов – физических и интеллектуальных?
Кондрашова и ее коллеги полагают (и подтверждают это экспериментами), что ни гликолиз, ни другие системы поставки энергии в клетках, а лишь процесс окисления ЯК может вынести на своих плечах моменты высших перегрузок. Но для этого необходимо, чтобы основной фермент, способствующий окислению янтарной кислоты в митохондриях, – СДГ (сукцинатдегидрогеназа, в биохимии без сокращений трудно) был в «ОТЛИЧНОЙ ФОРМЕ».
Именно система ЯК – СДГ берет на себя основное напряжение при тяжелых и срочных нагрузках. Она является мобилизационной составляющей биоэнергетики. Кондрашова поясняет эту мысль поэтично:
«Образ зависимой от системы ЯК – СДГ энергетики можно символизировать высокой и с эмоциональным накалом сольной скрипичной партией, возносящейся над оркестром, звучание всех инструментов которого в сравнении с ней только фон. Острота первых реакций, яркость новых впечатлений и творческий подъем, свежесть молодых чувств базируются на активированной СДГ. В ткани жизни СДГ протягивает самую яркую нить; когда она истончается, молодость становится старостью. Притупление реактивности, одряхление души и тела связаны с деградацией СДГ…»
Итак, если рассуждать об энергетической стороне дела, адаптация, скорее всего, должна быть связана с системой ЯК – СДГ. Можно ли это доказать? Да, вполне.
Вспомним эксперименты с крысами. Мне показали серию полярограмм – на них четко зафиксировано, как дышат нормальные и «стрессированные» МХ. При стрессе митохондрии становятся гиперактивными: идет сверхэнергичное окисление янтарной кислоты, фермент СДГ чрезмерно активирован.
Ничего подобного не наблюдается в МХ контрольных животных. Здесь дыхание МХ, их отклик на различные ингибиторы, разобщители и другие стандартные тесты – в пределах обычной нормы.
Гиперактивация МХ – последствие стресса, но, казалось бы, что ж тут плохого? Не вялое гипоэргическое состояние МХ, характерное для ослабленного организма, подверженного хронической болезни, а демонстрация силы и мощи!
Все не так просто. Кондрашова объясняет мне, что этот «пожар обмена» вреден для организма. Долго он продолжаться не может: все кончится истощением, переходом в гипоэргическое состояние – кончится болезнью.
Тут уместно несколько пофилософствовать. Мы часто твердим: «природа знает лучше», «природа мудра», «природа – идеал». Однако подобные определения не всегда уместны. Природа, повторимся, может ошибаться и делает это довольно часто. И вот, оказывается, можно не только поставить мудрость Природы под сомнение, но и попытаться помочь ей, подавив реакции, которые были выработаны для защиты, но полезны не при всех обстоятельствах.
Короче, часто оказывается полезным для организма «тушить пожар обмена», уменьшать гиперактивность СДГ, а то и вовсе подавлять, сняв таким образом отрицательные последствия стресса.
7.13. Первые шаги
Если вы будете рисовать карту страны, которую только начинаете осваивать, то очень разумно вписывать даже некоторые хорошо известные пункты мягким карандашом, пока вы не вполне уверены в их положении относительно друг друга. Таким образом, карта будет для вас полезна до тех пор, пока она достаточно хорошо отражает действительное положение вещей; более того, она будет постоянно сохранять свое превосходство над другими картами, благодаря дополнениям и изменениям, которые будут вноситься в соответствии с новыми сообщениями. Я всегда считал, что теории, даже те, которые мы сохраняем только в уме, должны обязательно «рисоваться карандашом», последний может быть заменен нестирающимися чернилами только после того, как эти теории перестанут быть теориями и превратятся в факты.
Мария Николаевна Кондрашова:
«Селье ввел понятие болезней адаптации. Под этим термином подразумевалось усиление восстановительных, компенсаторных процессов, в чрезмерной степени приводящее к повреждению ткани. На уровне митохондрий избыточная компенсация может проявляться в гиперокислении янтарной кислоты, или, как мы привыкли говорить, гиперокисления сукцината. Это приводит к избыточной продукции протонов, закисляющих ткань, повышенному, повреждающему транспорту кальция и другим неприятностям. Эффективным способом регуляции таких состояний могли бы явиться препараты, ограничивающие гиперактивность СДГ.
Убедившись в том, что такое ограничение активности происходит при тренировке, мы начали искать средства, обладающие подобным действием. Сотрудница нашей лаборатории Г.Д. Миронова обнаружила в сыворотке крови наличие ингибитора СДГ. Мы нашли подобный ингибитор в некоторых биологически активных веществах, а также у лекарств, регулирующих повышенную активность сердца, сосудов, лимфоидной системы. Мы проверили нормализующее действие многих средств: левамизола, мебендазола, тиабендазола и других. Эксперименты велись на интактных митохондриях печени крысы и сердца голубя. Эти испытания показали, что подобные препараты могут ограничивать активность СДГ, нормализуя ее…»
Вот оно, начало активного вмешательства в таинство стресса!
Помню, под свежим впечатлением разговора с Кондрашовой я еще раз внимательно перечитал ее статью «Шкала отклонений состояния митохондрий от нормы и вещества, обращающие эти изменения» (раздел «Митохондриальные подходы в клинике» в книге «Реакция живых систем и состояние энергетического обмена»).
Читать было легко. Текста почти не было, вся научная информация содержалась в одной большой сводной таблице. Тут были перечислены всевозможные виды патологий (первый столбец), соответствующие им, по мнению Кондрашовой, митохондриальные характеристики этих состояний и – в третьем, последнем столбце – конкретные формы нормализующих воздействий на биоэнергетику организма. Диагноз, так сказать, и лечение! Констатация того или иного синдрома – и пропись действенных лечебных средств!
Конечно, изучение связи между стрессом и биоэнергетикой ведутся не только в Пущино-на-Оке. К примеру, кропотливый анализ внутриклеточных поражений ткни мозга при стрессе был проведен в Одесском медицинском институте его сотрудником В.И. Кресюном. Основные «дефекты» он обнаружил в МХ. У этих органелл уменьшалось количество мембран-перегородок. Изменялись и сами свойства мембран, что приводило к ухудшению снабжения нейронов богатыми энергией соединениями типа АТФ. Для восстановления биоэнергетики мозга при стрессе В.И. Кресюн предложил специальные вещества.
Несомненно, что работа группы Марии Николаевны Кондрашовой и других исследователей – это пока лишь нащупывание правильных подходов и путей. Только самое начало огромной работы. Но ведь труднее всего даются именно первые шаги! А эти шаги сделаны.
Они очень симпатичны. В том виде, как ее обычно изображают на страницах учебников биохимии, МХ напоминает шлепанец, сабо или русский лапоть. Древние бактерии, сыгравшие такую ключевую роль в становлении жизни на Земле, МХ вполне достойны памятника.
Благодарный Иван Петрович Павлов, великий русский физиолог (1849–1936) соорудил памятник собаке. Мне кажется, придет время, и, скажем, перед зданием Института биологической физики в городе Пущино-на-Оке (теперь, точнее с 1990 года, это здание принадлежит Институту биофизики РАН) поставят монумент этой скромной труженице, которая уже не один миллион лет несет свою бессрочную вахту жизни.