Брайан Клегг - Вселенная внутри вас

• Название: Вселенная внутри вас
• Автор: Брайан Клегг
• Жанр: Медицина
• Год: 2014
• ISBN: 978-985-15-2614-3

Мы привыкли считать, что наука – это что-то далекое от нас, что ею занимаются ученые в лабораториях, заставленных странными приборами, и что для нее необходимы огромные и невероятно сложные устройства типа Большого адронного коллайдера. Но у каждого из нас есть своя научная лаборатория – собственное тело, представляющее собой сверхсложную структуру, в функциях которой находят отражение самые различные явления науки и природы.

В этой книге вы будете использовать свое тело как научный инструмент, позволяющий раскрыть многие тайны Вселенной, и, поверьте, вас ждут поразительные факты и открытия.

---

Вы, конечно, потеряете часть тепла, но далеко не так быстро. На самом деле умереть в открытом космосе вы можете от отсутствия воздуха. Но для этого тоже понадобится несколько секунд. В 1965 году в НАСА произошел инцидент, демонстрирующий, что может произойти в таком случае. В ходе тренировок в вакуумной камере у одного из испытателей лопнул скафандр. Испытатель (выживший в результате этого происшествия) оставался в сознании на протяжении 14 секунд. По данным НАСА, предельный срок выживания в условиях вакуума не установлен, но предполагается, что он может составлять от одной до двух минут.

В некоторой степени одежда помогает нам выжить. Однако многие животные, защищенные лишь небольшим количеством меха и утолщенной кожей на подушечках лап, прекрасно чувствуют себя в окружающей среде, а нудисты наглядно демонстрируют, что ношение одежды зачастую обусловлено лишь социальными факторами, а не необходимостью защиты. Эти социальные факторы сформировались очень давно. Тканая одежда появилась не позднее 27 тысяч лет назад. Мы знаем об этом потому, что на раскопках древнего поселения вблизи Павлова (Чехия) были обнаружены образцы глины с отпечатками ткани.

И это отнюдь не самое древнее свидетельство того, что люди пользовались одеждой. В районе деревни Костенки (Россия) были найдены костяные иглы, возраст которых составляет около 40 тысяч лет. Предполагается, что они использовались для сшивания звериных шкур. Однако самые надежные данные, говорящие о том, как давно человек носит одежду, дают нам обычные вши.

Вошь как измерительный инструмент

Когда Роберт Гук впервые опубликовал свой научный труд «Микрография» («Micrographia»), наибольшее восхищение и отвращение вызвало, пожалуй, увеличенное изображение вши. В увеличенном виде вошь представляет собой поистине зловещее существо. Этот мелкий паразит обитает на человеческой коже и питается кровью. Многим еще со школьных времен известно, что головная вошь живет исключительно вблизи корней волос на голове. На других частях тела ее не найти. Однако у нее есть родственник, который относится к месту обитания не столь избирательно.

Платяная (или нательная) вошь произошла от головной вши 50–100 тысяч лет назад. Это удалось установить по изменениям ДНК обоих видов. Чем больше различий в ДНК, тем дальше от настоящего времени отстоит срок разделения популяций головной и платяной вшей.

Этот факт представляет для нас интерес с точки зрения истории одежды, так как считается, что появление платяной вши стало возможным лишь после того, как человек стал носить одежду. До этого она просто не могла выжить на открытом теле. Время появления платяной вши совпадает с временем, когда люди начали переселяться из Африки в места с более холодным климатом, что привело их к необходимости носить одежду.

Погружение в кожу

Тело человека защищено кожей. Как и в случае с волосами, цвет кожи зависит от наличия в ней меланиновых пигментов. Как и волосы, самый верхний слой кожи мертв. Крошечные отмершие чешуйки отслаиваются и опадают, внося немалый вклад в появление пыли в доме. Непосредственно под этим омертвевшим слоем, который носит название рогового, расположены еще два слоя – эпидермис, выполняющий защитные функции, и собственно кожа, или дерма. Клетки дермы постепенно поднимаются к поверхности и отмирают, образуя внешний слой. В дерме размещаются также меланоциты – клетки, производящие пигменты.

Строение человеческой кожи

Чем больше меланина вырабатывают меланоциты, тем темнее цвет кожи. Он свидетельствует о том, какое количество ультрафиолетовых лучей попадало на кожу в местах обитания наших предков. Ультрафиолетовые лучи занимают в спектре место между видимым светом и рентгеновскими лучами. Они обладают достаточной энергией, чтобы, проникнув сквозь кожу, повредить ДНК клеток. У людей, веками живших в краях, где ультрафиолетовое излучение было слабым, например, в северном полушарии, содержание меланина в коже меньше, чем у наших общих африканских предков.

Казалось бы, уменьшение защиты не имеет никакого смысла, а только повышает степень риска для здоровья, если впоследствии вы переедете туда, где солнечное излучение сильнее (например, в Австралию). Но на самом деле это имеет свои преимущества. Дело в том, что организму все равно требуется определенное количество ультрафиолета, который используется в производстве жизненно необходимого витамина D. Этот витамин почти не встречается в продуктах питания, но нужен организму для защиты от таких заболеваний, как, например, рахит. В северных широтах, где солнца мало, первопоселенцам требовалось больше ультрафиолета, проникающего сквозь кожу.

Это привело к тому, что кожа жителей северных регионов стала более бледной, а остатки меланина часто соединяются вместе, образуя родимые пятна и веснушки. Но даже в местностях, где солнца обычно бывает мало, уровень ультрафиолетового излучения может меняться, поэтому кожа сформировала такой защитный механизм, как загар. При сильном воздействии солнечного света меланоциты активизируются, производят больше меланина, и кожа темнеет. Это позволяет ей получать больше ультрафиолета и в то же время защищать более глубокие слои от повреждений.

Из чего все сделано?

Кератин – основной структурный материал внешних слоев кожи и волос – представляет собой белковое соединение. Молекула белка, в свою очередь, состоит из атомов. Если вернуться к волосу, который вы вырвали из головы, и начать рассматривать его под все более сильными микроскопами, то постепенно можно дойти до фундаментальных «кирпичиков», из которых состоит Вселенная. Чтобы понять, как устроено тело, необходимо задать себе вопрос, из чего состоит любое вещество (включая и ваш волос).

У древних греков на этот счет было две теории. Доминирующей была идея, что все на свете состоит из четырех элементов – земли, воздуха, огня и воды. Однако небольшая часть ученых полагала, что если взять любое вещество и начать делить его на все более мелкие части, то в конце концов можно дойти до некоторого предела. Эту конечную частицу они называли atomos (греч. неделимый). Данная теория оставалась невостребованной почти две тысячи лет – до тех пор, пока в начале 1800‑х годов английский ученый Джон Дальтон не сформулировал современную атомную теорию, предположив, что все элементы состоят из различных типов крошечных частиц (атомов), причем каждый тип соответствует конкретному элементу.

Под элементами в данном случае понимались не четыре компонента мира, о которых говорили древние греки, а химические вещества, которые не могли быть получены одно из другого. Это могли быть газы (например, водород или кислород), металлы (например, железо или свинец) и другие вещества (например, углерод или сера). Однако даже в начале XX века большинство ученых считали, что атомы – это скорее удобная концепция, объясняющая химические преобразования, чем реально существующие частицы. Лишь в результате исследований, начатых Альбертом Эйнштейном в 1905 году, было окончательно доказано, что атомы существуют.

Беспокойные молекулы

Атомы похожи на маленьких детей: они не могут находиться в покое. Вода в стоящем на столе стакане кажется неподвижной, но на самом деле молекулы воды находятся в постоянном и хаотичном движении. Эйнштейн догадался, что эффект, впервые обнаруженный шотландским ботаником Робертом Броуном в 1827 году, может быть объяснен именно движением молекул.

Наблюдая в микроскоп за пыльцой примулы в капле воды, Броун заметил, что частицы пыльцы непрерывно движутся. Поначалу он приписал это некой жизненной силе, содержащейся в пыльце, но затем выяснилось, что точно так же ведут себя частицы минеральной пыли и сажи. Дело было не в жизненной силе, а в активности самой воды. Этот эффект назвали броуновским движением. Эйнштейн понял, что оно создается за счет того, что хаотично двигавшиеся молекулы воды натыкаются на частицы пыльцы, и математически обосновал эту теорию. Немного позже, в 1912 году, французский физик Жан Перрен провел серию экспериментов и впервые доказал, что атомы и молекулы действительно существуют.

Сегодня мы можем не только разглядеть отдельные атомы, но и манипулировать ими. В 1989 году группа ученых из компании IBM впервые продемонстрировала, что электронный микроскоп может использоваться не только для наблюдения за объектами, но и для управления ими. В частности, с его помощью они научились перемещать отдельные атомы. Спустя два месяца ученые смогли составить из 35 атомов ксенона заглавные буквы IBM.

Буквы IBM, составленные из атомов ксенона. Публикуется с разрешения «Press Association Images»