Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева

Из-за крайне неудачного стечения обстоятельств моя мама еще в молодости заболела артритом, который уничтожил ее бедренные хрящи. Из-за этого кость крутилась в суставе, как пест в зазубренной ступе. В возрасте тридцати пяти лет ей пришлось полностью заменить сустав. Вместо него ей поставили титановый стержень с шариком на конце, бивший как железнодорожная шпала по отпиленной берцовой кости. На другом конце стержня было гнездо с резьбой, ввинченное ей в тазовую кость. Через несколько месяцев она впервые за долгие годы смогла ходить без боли, а я счастливо всем рассказывал, что ей сделали такую же операцию, как и Бо Джексону [101] .

101

Знаменитый американский бейсболист и игрок в американский футбол. – Прим. пер.

К сожалению (может быть, из-за маминой слишком активной деятельности в качестве воспитательницы в детском саду), проблемы с первым протезом возобновились уже через девять лет. Боль и воспаление вернулись, и мама вновь попала в руки хирургов, которые вскрыли ей ногу. Оказалось, что пластиковый компонент внутри искусственного бедренного гнезда начал крошиться, и мамин организм исправно атаковал пластиковые осколки и ткани вокруг них, покрывая все коллагеном. Но титановое гнездо, установленное в бедре, не подвело. На самом деле, его даже пришлось выломать, чтобы вставить в кость новый титановый элемент. Хирурги из клиники Майо объявили маме, что она была самой молодой их пациенткой, которой пришлось дважды протезировать бедро, и подарили маме то гнездо, которое раньше сидело у нее в кости. Мама по-прежнему держит этот подарок дома в конверте из оберточной бумаги. Имплантат размером с теннисный мяч, разрезанный пополам; и даже сегодня, через десять лет, кусочки белой костной ткани намертво сидят в сером титане.

Еще более сложными органами, нежели иммунная система, являются наши органы чувств – органы осязания, вкуса, обоняния. Они служат для связи между нашими физическими телами и разумом. Но сегодня уже известно, что чем сложнее устроена биологическая система, тем больше неожиданно уязвимых мест в ней найдется. Оказывается, что героическая «ложь во спасение», на которую идет титан, – это исключение из правил. Мы доверяемся нашим органам чувств, чтобы получить объективную информацию о мире и защититься от опасностей. Тем большее смятение и даже страх мы испытываем, когда убеждаемся, насколько наивны наши органы чувств.

Осязательные рецепторы у вас во рту предупредят вас, что необходимо выплюнуть ложку с горячим бульоном, прежде чем вы обожжете язык. Но оказывается, что в перце чили и соусе сальса содержится вещество капсаицин, раздражающее те же самые рецепторы. Перечная мята освежает полость рта потому, что ментол воздействует на холодовые рецепторы. Вы даже вздрагиваете, как будто вам в рот ворвался арктический ветер. Химические элементы вытворяют подобные фокусы с запахом и вкусом. Если вы высыплете на себя мельчайшую щепотку теллура, он будет несколько недель вонять, как самый едкий чеснок, и люди даже через несколько часов безошибочно поймут, что вы заходили в комнату. Еще более странно, что бериллий, элемент № 4, на вкус напоминает сахар. Люди нуждаются в сахаре больше, чем в каком-либо другом питательном веществе, поскольку он быстро дает нам энергию, необходимую для жизни. Казалось бы, спустя тысячелетия поисков пищи человек обладает всем необходимым для обнаружения настоящего сахара. Но бериллий – бледный тугоплавкий нерастворимый металл с мелкими атомами, которые ничуть не походят на кольцевые молекулы сахара, тем не менее раздражает те же вкусовые рецепторы, что и сахар.

Это «притворство» может показаться даже забавным. Но бериллий сладок только в микродозах, а в сколь-нибудь заметных количествах очень токсичен [102] . По некоторым оценкам, до десяти процентов представителей человеческого рода обладают гиперчувствительностью к так называемому острому бериллиозу, напоминающему по своим проявлениям аллергию на арахис. Но и оставшиеся девяносто процентов могут серьезно повредить легкие, вдыхая бериллиевый порошок. Из-за этого развивается химическая пневмония, как и при вдыхании порошкообразного кремния. Это свойство бериллия обнаружил один из величайших ученых всех времен и народов, Энрико Ферми. В молодости самоуверенный Ферми использовал бериллиевый порошок в экспериментах с радиоактивным ураном. Бериллий отлично подходил для этих опытов, поскольку при смешивании с радиоактивной породой он замедляет частицы, испускаемые ураном. Более того, бериллий не дает частицам просто так разлететься в стороны, а отражает их обратно в кристаллическую решетку урана.

102

К своему стыду и унижению, правительство США в 1999 году было вынуждено признать, что 26 тысяч ученых и лаборантов были намеренно подвергнуты воздействию высоких доз порошкообразного бериллия. Отравление оказалось таким сильным, что у сотен из них развился хронический бериллиоз и расстройства, связанные с этой болезнью. Большинство из отравившихся людей работали в аэрокосмической, оборонной промышленности и в атомной энергетике. Правительство решило, что эти отрасли слишком важны, чтобы приостанавливать или тормозить их развитие. Поэтому стандарты по обеспечению безопасности в этих отраслях не совершенствовались, а также не подыскивались альтернативы бериллию. На передовице Pittsburgh Post– Gazette в среду 30 марта 1999 года вышла длинная обличительная статья, посвященная этой теме. Она называлась Decades of Risk («Десятилетия риска»). Суть этой статьи передает один из подзаголовков: «Смертельный альянс: промышленников и правительство интересует оружие, а не рабочие».

В результате высвобождается еще больше частиц. Позже, переехав из Италии в США, Ферми поднаторел в проведении этих опытов. Именно ему удалось создать первый ядерный реактор и запустить в нем цепную реакцию. Установка Ферми располагалась на теннисном корте Чикагского университета. К счастью, Ферми оказался достаточно умен, чтобы остановить эту реакцию. Но, пока Ферми укрощал ядерную энергию, неприметный бериллий подтачивал его здоровье. По неосторожности еще в молодости великий ученый слишком надышался этим химическим «кондитерским порошком». В возрасте пятидесяти трех лет Ферми умер от пневмонии, проведя последние дни подключенным к аппарату искусственного дыхания. Легкие Ферми были изорваны в клочья.

Бериллий может усыпить внимание людей, которые, казалось бы, должны разбираться в таких вещах. А все дело в том, насколько необычным чувством вкуса наделила нас природа. Некоторые из пяти вариантов вкуса мы различаем сравнительно уверенно. Вкусовые рецепторы, воспринимающие горечь, не дают нам проглотить еду, в особенности растительного происхождения, содержащую ядовитые соединения азота. Так, например, в яблочных зернышках есть цианиды. Рецепторы, воспринимающие вкус чабера (называемый также японским словом «умами»), реагируют на глютамат. Аминокислота глютамат входит в состав белков, поэтому данные вкусовые рецепторы узнают пищу, богатую белками. Но вот рецепторы, реагирующие на сладкое и кислое, довольно часто обманываются. Их может обхитрить не только бериллий, но и особый белок, содержащийся в ягодах и некоторых видах растений. Этот белок, метко названный миракулином, маскирует неприятную кисловатость этих растений и ягод, не изменяя при этом нюансов вкуса. Поэтому уксус из яблочного сидра по вкусу неотличим от яблочного сидра, а соус табаско кажется таким же, как маринара [103] . Миракулин оказывает такое действие, одновременно искажая ощущения рецепторов кислого и связываясь с рецепторами сладкого. В результате этого связывания рецепторы сладкого начинают остро реагировать на рассеянные ионы водорода (Н⁺), отщепляющиеся от кислот. По той же причине люди, случайно вдохнувшие пары соляной или серной кислоты, ощущают острую зубную боль, как если бы их насильно кормили сырыми, очень кислыми ломтиками лимона. Но, как доказал Гилберт Льюис, кислый вкус связан с наличием электронов и других заряженных частиц. На молекулярном уровне кислый вкус возникает, когда в наш вкусовой рецептор попадают ионы водорода. Наш мозг ассоциирует электричество (поток заряженных частиц) на языке с кислым вкусом. Алессандро Вольта, в честь которого была названа физическая единица «вольт», продемонстрировал эту связь еще около 1800 года в одном красивом эксперименте. Вольта попросил группу добровольцев встать цепочкой и ухватить соседа пальцами за кончик языка. Два человека, стоявших по краям цепочки, при этом положили руки на контакты батареек. В мгновение ока всем стоящим в цепочке людям показалось, что пальцы соседа кислые.

103

Табаско – соус из мякоти кайенского перца, уксуса и соли; маринара – итальянский «моряцкий соус» из томатов, чеснока, пряных трав и лука. – Прим. пер.

Рецепторы, различающие соленый вкус, также подвержены действию электрических зарядов, но не всех, а исходящих лишь от некоторых элементов. Натрий вызывает наиболее сильный соленый вкус, но калий, химический собрат натрия, также кажется нам соленым. Оба этих элемента существуют в природе только в виде заряженных ионов, и наш язык обнаруживает именно заряд, а не сами калий и натрий. У нас развились такие вкусовые ощущения, поскольку натрий и калий помогают нервным клеткам рассылать сигналы, а мышцам – сокращаться. Вот и оказывается, что без электрического заряда, сообщаемого натрием и калием, наш мозг отключился бы, да и сердце не смогло бы биться. Другие физиологически важные ионы – например, магния и кальция [104] – наш язык также воспринимает как слегка соленые.

104

Правда, ученые из Центра Монелла в Филадельфии, США, считают, что кроме сладкого, кислого, соленого, горького и острого вкуса (умами) человек также различает отдельный уникальный вкус кальция. Ученые убедительно идентифицируют этот вкус у мышей, некоторые люди также могут почувствовать, что вода обогащена кальцием. На что же похож вкус кальция? Вот выдержка из доклада о результатах исследований: «Кальций на вкус напоминает кальций, – утверждает [ведущий исследователь Майкл] Тордофф, – более точного слова не подобрать. Он горький, возможно, чуть кисловат. Но не только, так как у нас есть специальные рецепторы, различающие именно кальций».

Учитывая, насколько сложен соленый вкус, он не сводится к восприятию всего нескольких элементов, как можно было бы заключить из предыдущего абзаца. Другие ионы, физиологически совершенно бесполезные, но «подражающие» натрию и калию, также кажутся нам солеными (таковы, в частности, ионы лития и аммония). В зависимости от того, в соединении с каким элементом нам попадутся калий и натрий, даже они могут показаться сладкими или кислыми. В некоторых случаях (типичный пример – хлорид кальция) одни и те же молекулы при низкой концентрации кажутся горькими, но становятся солеными, если концентрацию повысить. Калий также может «выключить» язык. При жевании чистого гимнемата калия (это вещество содержится в листьях гимнемы лесной) нейтрализуется миракулин – тот чудесный белок, который превращает кислое в сладкое. Факты говорят сами за себя: после приема гимнемата калия пропадает «сладкая накачка», которой наши язык и сердце подпитываются из глюкозы, сахарозы или фруктозы. Даже если насыпать на язык горку сахара, мы будем ощущать обычный песок [105] .

105

Рецепторы кислого также иногда нас обманывают. Они реагируют преимущественно на ионы водорода, Н⁺, но в 2009 году ученые доказали, что они могут воспринимать и диоксид углерода. Углекислый газ, СO₂, соединяется с водой, Н₂O, и образует слабую угольную кислоту, Н₂СO₃, – возможно, именно поэтому рецепторы кислого оживляются в присутствии СO₂. Врачи обнаружили это явление, так как некоторые препараты подавляют способность ощущать диоксид углерода на вкус. Возникает физиологическое состояние, называемое «шампанский блюз». При нем все газированные напитки кажутся выдохшимися.

Все приведенные факты подсказывают, что вкус – очень ненадежный индикатор при исследовании элементов. Странно, почему нас обманывает обычный калий, но в целом представляется, что питательные вещества «стараются» максимально подействовать на расположенные у нас в мозгу центры удовольствия. Что касается бериллия, то он, вероятно, обманывает нас лишь потому, что ни один человек не сталкивался с чистым бериллием вплоть до конца XVIII века, когда вскоре после революции этот металл в Париже смог получить один французский химик. У нас просто не было возможности развить здоровое неприятие к бериллию. Суть в том, что отчасти мы сформировались из-за воздействия окружающей среды. Хотя наш мозг идентифицирует различные вещества во время опытов в химической лаборатории и мы умеем ставить химические эксперименты, органы чувств не подчиняются разуму. Поэтому мы ощущаем чеснок в теллуре и сахар в бериллии.

Вкус остается одним из наших первозданных удовольствий, остается лишь изумляться тому, как сложно он организован. Сопутствующее вкусу ощущение – это запах. Запах является единственным чувством, обходящим логическую обработку входящих сигналов, протекающую в мозгу. Это чувство действует непосредственно на эмоциональные центры мозга. Вкус, будучи комбинацией двух чувств – запаха и осязания, – проникает в наши эмоциональные закоулки гораздо глубже, чем другие чувства. Неслучайно при поцелуе мы соприкасаемся языками. Но когда речь заходит о периодической системе, язык лучше держать за зубами.