СОДЕРЖАНИЕ

НЕПОВТОРИМОСТЬ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ВИДОВ

Да, можно найти общее в составе человека и тростника! Но, с другой стороны, внимательно сравнивая состав двух организмов, всегда можно заметить элементы, различия в концентрациях которых очень велики.

В процентном отношении человек содержит в 34,5 раза больше кальция и в 40 раз больше йода, чем тростник, но в 20 раз меньше никеля. Тростник содержит в 80 раз больше йода, чем люцерна.

Итак, при сравнении химического состава разных живых организмов выявляются противоречивые особенности, находящиеся в диалектическом единстве. Содержание преобладающих элементов — кислорода, водорода и углерода — всегда характеризуется близкими цифрами. Но зато различия в концентрации отдельных микроэлементов могут быть очень значительными, что придает черты химической неповторимости каждому виду.

Еще более двухсот лет назад французский естествоиспытатель И. Руэлль-старший выдвинул оригинальный подход к разделению растительного царства. Он полагал, что чисто биологические методы классификации могут быть заменены химическими анализами.

Эта идея не отвергнута и сейчас. «Нам представляется бесспорным положение, что химический состав организма есть его признак — видовой, родовой и т.д.»,— пишет академик А. П. Виноградов. Но в направлении конкретной разработки этой проблемы пока сделано мало.

В чем причина индивидуальности химического состава видов? В центрах их образования миллионы поколений организмов сменяли друг друга и постепенно приобретали специфический состав, отражавший особенности химизма среды. Те микроэлементы, которые характеризовались более широкой распространенностью на родине вида, неизбежно поступали в организмы в большем количестве; вырабатывалась способность организмов накапливать эти микроэлементы в определенных концентрациях и сочетаниях. Приобретенное качество передавалось по наследству.

Чрезвычайно интересно, что это качество сохранялось и в том случае, если при расширении ареала вид оказывался в совершенно иной геохимической обстановке благодаря «памяти» вида, его привычке брать определенные микроэлементы (даже если окружающая среда бедна ими). Видимо, именно наследственностью объясняется склонность даурской лиственницы концентрировать ниобий, кукурузы и хвоща — золото⁴), свеклы и табака — литий, а ядовитой бледной поганки — селен. В такой концентрации не всегда виден физиологический смысл. «Химический состав организма хранит признаки своего происхождения»,— пишет А. П. Виноградов.

«Есть два огня...»

Среди элементов таблицы Менделеева выделяют 21 биофил, т. е. такие элементы, которые обязательно входят в состав любого живого организма².

Это прежде всего, кислород, водород, углерод, азот и сера — великолепная пятерка, из которой формируются белковые молекулы. Далее следуют весьма широко распространенные фосфор, хлор, магний, калий, натрий и железо. Остальные десять принадлежат к микроэлементам: йод, бор, цезий, ванадий, марганец, медь, цинк, молибден, кобальт и селен. Биофилы входят в состав любого живого существа, будь то человек, сосна или рак-отшельник. Без них жизнь невозможна. Другие микроэлементы, хоть и не являются такими универсальными, как упомянутые десять, также существенно влияют на развитие жизни, несмотря на более чем скромные, часто почти неуловимые концентрации.

При этом отнюдь небезразлично их количественное содержание в организме. Один и тот же элемент (даже биофил), в зависимости от концентрации может быть и полезным, и вредным, может заслуживать и похвального слова, и справедливого обвинения. Как тут не вспомнить Максимилиана Волошина:

Есть два огня: ручной огонь жилища,

Огонь камина, кухни и плиты,

Огонь лампад и жертвоприношений,

Кузнечных горнов, топок и печей

И есть огонь поджогов и пожаров...

Начнем с похвалы

Многие микроэлементы выполняют строго определенные функции, будучи своеобразными катализаторами, возбудителями, «дирижерами» тех или иных процессов в организме. Так, для спорообразования грибов нужен галлий — экаалюминий, увиденный Д. И. Менделеевым в «телескоп периодического закона» и предсказанный Дмитрием Ивановичем за 6 лет до его открытия Лекоком де Буабодраном. Размножение грибов невозможно без галлия. Он незаменим. Было испытано 77 микроэлементов, й оказалось, что ни один из них не может взять на себя роль «дублера». Содержание галлия в гумусовом горизонте почв Подмосковья составляет 0,0009 %. Воистину, мал золотник, да дорог!

Сколь малой (но необходимой!) может быть потребность в некоторых соединениях, показывает следующий пример. Для человека суточная норма витамина В12, где содержание кобальта составляет около 4 %, равна 0,001 мг!

Но эта цифра бледнеет перед следующим фактом. Теперь установлено, что в связывании атмосферного азота бактериями (десятки миллионов тонн ежегодно) решающую роль играет фермент нитрогеназа, в котором присутствуют железо, сера и молибден. Благодаря этому веществу в микроорганизмах при обычных условиях осуществляется реакция, которая в заводских установках проходит при температуре не менее 400 °С и при давлении в несколько сотен атмосфер. Фермент нитрогеназа действует в невообразимо малых количествах — на всем земном шаре его наберется всего 2—3 кг.

Важную роль (конечно, при определенных концентрациях) выполняют также и те элементы, которые отличаются высокой токсичностью

Например, кадмий регулирует содержание сахара в крови. Острота зрения зависит от степени присутствия селена. Ртуть обнаружена в молекуле ДНК; возможно, она участвует в передаче наследственной информации. Нужен человеку и мышьяк, известный с глубокой древности как сильнейший яд.

Похвальное слово мышьяку? Да, мышьяк его заслуживает. Он принимает участие в нуклеиновом обмене, т. е. имеет прямое отношение к синтезу белка, и необходим для синтеза гемоглобина, хотя и не входит в его состав. Недаром в последние годы мышьяк причислили к «новым элементам жизни».

При лечении анемии и некоторых желудочно-кишечных заболеваний пьют мышьяковистые минеральные воды. У нас в стране к ним относятся авадхара, вардзия, туршсу, вайхир и джермук. Содержание мышьяка в них составляет 0,7—1,5 мг/л. Но иногда по предписанию врача может использоваться минеральная вода, в которой содержание мышьяка доходит до 50 мг/л, т. е. в 1000 раз превосходит его предельно допустимую концентрацию в стандартной питьевой воде. Такова сахалинская" вода синегорская.

Наилучшее средство против селенового токсикоза (о ядовитых свойствах этого элемента будет рассказано во 2-й главе) — соединения мышьяка. Один яд подавляет другой; клин клином выбивают.

Известно и такое явление, как арсенофагия — привычное употребление соединений мышьяка в довольно больших дозах. В Австрии это старинное народное средство укрепления здоровья у штирийских горцев. Они, постепенно приучая себя к мышьяку, доходили до его потребления «в колоссальных количествах», как сказано в первом издании Большой советской энциклопедии.

Наконец, отметим, что мышьяк вместе с более чем тридцатью другими микроэлементами входит в состав целебного мумиё — природного минерально-органического вещества, которое находят в виде натеков в пещерах и трещинах высоко в горах. В этом легендарном бальзаме, происхождение которого все еще неясно, присутствуют и другие тяжелые металлы, известные своей высокой токсичностью,— ртуть, кадмий, свинец, селен, причем процентное содержание первых двух выше средних значений для литосферы и для живого вещества, что можно рассматривать как признак избирательной концентрации этих элементов. Кроме того, в мумиё отмечена также повышенная концентрация золота, серебра, олова и сурьмы.

И еще один факт. На далеко зашедшей стадии сонной болезни, когда поражена центральная нервная система и в мозгу наступает заторможенность — человека неудержимо клонит в сон,— больного еще можно спасти с помощью лечебного средства арсобаль, в состав которого входит мышьяк. Правда, возможен трагический исход — очень токсичный препарат нередко сам служит причиной смерти.

А теперь перейдем от похвалы к обвинениям

Многие микроэлементы имеют самое непосредственное отношение к болезни века — раку.

В долине Мозеля виноградари издавна болеют раком легких, вероятно, из-за того, что они вдыхают пары содержащих мышьяк растворов, применяемых при опрыскивании лозы. Свинец вызывает преимущественно рак почек, желудка, кишечника, а никель — полости рта и толстой кишки... Наблюдается как бы «специализация» металлов в возбуждении рака разных органов.

Самые серьезные обвинения выдвинуты против кадмия — в этом случае наблюдается наиболее тесная корреляция между уровнем содержания металла в питьевой воде и смертностью от рака. Притом канцерогенные качества кадмия универсальны — с ним могут быть связаны все формы рака.

Справедливости ради, нужно отметить, что металлы составляют лишь относительно небольшую группу среди многих других веществ, подозреваемых в канцерогенных свойствах. Наиболее опасными считаются продукты неполного сгорания топлива: сажа, копоть. «Прометей подарил человечеству не только огонь, но и рак»,— пишет в связи с этим Н. В. Лазарев в книге «Введение в геогигиену». Онкологи приписывают канцерогенные свойства и таким, казалось бы, безобидным веществам, как скипидарное, касторовое, апельсиновое, эвкалиптовое масло, и даже прозаическим древесным опилкам, которые, как полагают, являются причиной рака носовой полости у английских столяров и краснодеревщиков.

Имеются работы, в которых заболеваемость раком, наоборот, ставится в причинную связь с недостатком некоторых металлов в окружающем ландшафте. Считают, что в Африке болезни способствует обеднение почвы молибденом, медью, марганцем, магнием. В северной части Уэльса смертность от рака желудка в 5 раз выше, чем в Нидерландах. Столь большое различие объясняют очень малым содержанием хрома в почвах Уэльса.

Цинк — двуликий Янус

В госпитале десять раненых принимали трижды в день по 220 мг цинкового препарата. Результаты оказались удивительными: выздоровление наступило в среднем на 34 дня скорее, чем у контрольной группы — у тех, кто не получал щепотки белого порошка.

Своеобразна изменчивость содержания цинка в волосах пациентов с тяжелыми ожогами. В течение немногих дней после несчастного случая происходит быстрое падение концентрации цинка — она уменьшается в 2—7,5 раза. Затем — в среднем через месяц — его содержание начинает восстанавливаться, но приближается к норме только месяца через четыре после ожога, а иногда и позднее.

Что же происходит? Организм проводит мобилизацию имеющихся ресурсов цинка и направляет его в пострадавшие места. Цинк исцеляет, потому что он стимулирует деление клеток. Это его свойство выступает, однако, как универсальное, оно проявляется во всех случаях, идет ли речь о ткани развивающегося зародыша, зарубцовывающихся ранах или о злокачественной опухоли... Цинк может быть и благом, и злом.

Академик АН Грузинской ССР Э. Андроникашвили делает вполне определенный вывод: цинк способствует делению раковых клеток. Рак без цинка развиваться не может! Экспериментально показано, что животное с привитой ему саркомой на бесцинковой диете проживет по меньшей мере в 1,5 раза дольше, чем при обычном рационе, включающем несколько миллиграммов цинка в сутки,—факт чрезвычайно интересен для онкологов.

Но и без цинка нельзя. В оптимальном количестве этот элемент необходим, ибо он входит в состав 80 ферментов, содержащихся в человеческом организме.

Плохой аппетит у детей часто склонны объяснять их капризностью и упрямством. Но он зависит, по-видимому, также и от уровня содержания в организме некоторых микроэлементов. Исследования, выполненные в Национальном институте сердца и легких (США), показали, что волосы ребят с плохим аппетитом содержат заметно меньше цинка, чем у здоровых детей. Дело значительно улучшилось после того, как в пищу детей с плохим аппетитом были включены почки и печень — органы тела, концентрирующие цинк. Точно так же сказывается на аппетите недостаток меди и никеля.

Нехватка цинка (вместе с другими факторами) способствует развитию болезни бери-бери, издавна известной в странах Дальнего Востока. Больного можно узнать по походке: в начале заболевания он старается ставить ногу на пальцы или на наружный край стопы, щадя пятку, а потом ему приходится пользоваться костылями...

С недостатком цинка связан также карликовый рост у животных и растений.

Литий и шизофрения

Американские исследователи пришли к выводу, что недостаток лития способствует маниакально-депрессивным психозам, шизофрении и другим психическим болезням. Между ними и содержанием лития в питьевой воде существует обратная связь. С атмосферными осадками корреляция, напротив, прямая (осадки разбавляют поверхностные и грунтовые воды и концентрация лития уменьшается). Из почвы литий извлекается свеклой и табаком.

Микроэлементы помогают ставить диагноз

Итак, избыточное или недостаточное поступление микроэлементов в организм может быть причиной очень серьезных заболеваний. Если это так, то отличающийся от нормы уровень содержания тех или иных элементов может сигнализировать о грозящем заболевании еще тогда, когда никаких явных признаков недуга не наблюдается. Таким образом, микроэлементы помогают поставить диагноз или предсказать близкую болезнь.

Если в крови содержание меди превышает обычное — это признак анемии, вызванной нехваткой железа. Содержание цинка возрастает при перегрузках организма, при переутомлении, длительном напряжении — при стрессе, как принято теперь говорить.

БИОХИМИЯ СТРЕССА

А незадолго перед инфарктом в крови быстро нарастает концентрация никеля и марганца.

Видимо, диагностическое значение может иметь также анализ микроэлементов в ногтях, волосах и слюне.

¹ Зола болотного хвоща содержит 600 г/т золота — в 6000 раз выше уровня его среднего содержания в почве. «Если учесть, что содержание золота в руде 2—3 г/т уже считается промышленным, можно легко представить себе, что заросли болотного хвоща — это богатые золотые россыпи»,— пишет советский почвовед М. А. Глазовская.

² Теоретически, исходя из закона микрокосмического рассеяния, мы должны предположить наличие всех известных на Земле элементов в любом организме. Те элементы, которые аналитически сегодня не обнаруживаются, присутствуют, очевидно, в очень малых концентрациях.