Др-р, др-р-р, др-р-р-р-р-р!

От страха я чуть не вываливаюсь из постели. Сердце колотится у самого горла.

В полном негодовании хочу прокричать «Маттиа-а-а-ас!», но мой речевой аппарат, кажется, еще не проснулся, а организм пребывает в странном состоянии между полусном и готовностью к ближнему бою. Я бросаюсь на Маттиаса, вернее сказать, на его мобильник и, размахивая руками, пытаюсь заткнуть этот жуткий трубный глас. Проклятье, всего лишь шесть утра!

У Маттиаса ужасная привычка как минимум дважды в неделю вставать практически по ночам и идти на пробежку. А для меня это, к сожалению, означает, что приходится просыпаться незадолго до мужа, чтобы день не начинался сражением с гормонами стресса.

Я люблю пробуждаться по утрам от нежного и трепетного звука колокольчиков – будто фея пролетела, иначе проснусь с усиленным сердцебиением. А Маттиасу для пробуждения нужно по меньшей мере 100 децибел – и это ужасное «Др-р-р-р». Поэтому я, как правило, ставлю свой будильник на минуту раньше его, чтобы ментально подготовиться к стрессу. Но в этот раз я ничего не знала о спортивных планах мужа.

Я раздвигаю шторы, чтобы понизить уровень мелатонина у Маттиаса.

– Маттиас, – наконец выдавливаю я.

– М-м-м-м, – бурчит все еще полусонный муж.

Невероятно…

Молекулу мелатонина еще любовно называют гормоном сна. Он образуется в маленькой шишковидной железе, или эпифизе, располагающейся в четверохолмии среднего мозга. Прозвище «гормон сна» возникло неслучайно, ведь мелатонин играет важную роль в циркадном, или циркадианном, ритме – от латинского circa dies, что значит «круглые сутки», то есть в нашем внутреннем ритме сна и бодрствования. Синтез и секреция мелатонина зависят от освещенности: избыток света снижает его образование, а недостаток – увеличивает[2]. Понизить концентрацию мелатонина обычно помогает свет. Вот и на Маттиаса свет все-таки потихоньку повлиял.

Видеть окружающий мир разложенным на молекулы – это мое наваждение, впрочем, весьма приятное. Назовем его ОХР – по ассоциации с аббревиатурой, обозначающей обсессивно-компульсивное расстройство, но тут она будет расшифровываться как обсессивно-химическое расстройство. Когда я задумываюсь о том, как воспринимают окружающий мир не химики, которые вообще не думают о молекулах, мне кажется, что жизнь их печальна. Они и не подозревают, как много упускают. Ведь все самое интересное можно объяснить именно с помощью химии. Ну и в конечном счете каждый из вас, читающих эти строки, есть не что иное, как скопище молекул, читающее о молекулах. А химик – это скопище молекул, думающее о молекулах. В этом есть уже что-то почти философское.

Ну и каково оно – мое утро, которое я рассматриваю в молекулах?

То, в каком состоянии мы проснемся поутру, зависит прежде всего от двух молекул. Одной из них – мелатонина – нам нужно меньшее количество, а вот другой должно быть больше: речь идет о гормоне стресса кортизоле. Во второй половине ночи он вырабатывается особенно активно, а пик приходится на раннее утро. Затем в течение дня уровень кортизола постепенно снижается, достигая самого низкого уровня в первой половине ночи.

«Гормон стресса» звучит не очень позитивно, но в умеренных количествах он помогает нам поутру приступать к активным действиям. Благодаря этой дополнительной услуге организму обычно даже не требуется будильник.

Пресловутый трубный глас «Др-р-р-р» был для меня излишним, вызвав настоящую реакцию «бей или беги» – проверенную веками хитроумную систему оповещения на случай угрозы жизни.

Вообще-то стресс, как и боль, – на самом деле реакция организма, всячески им приветствуемая. Боль дает знать о неполадках, а стресс может помочь, когда речь идет о спасении жизни. Представьте себе: вы в каменном веке и встречаете на пути саблезубого тигра. (Правильнее сказать «саблезубую кошку», но пусть будет «тигр» для пущей драматичности.) Если организм тут же не выбросит изрядную дозу гормонов стресса, позволяющих мгновенно среагировать, вы так и останетесь стоять дурак дураком. А мгновенная реакция, вызываемая гормонами, – это как раз либо копье наперевес («бей»), либо, не мешкая, на ближайшее дерево («беги»)! Впрочем, есть еще и третий тип реакции – «замри».

Мы должны исходить из того, что в саблезубом тигре тоже происходит реакция «бей или беги». Еще не выяснено, питались ли доисторические саблезубые тигры людьми. Все же люди тогда тоже были хищниками, и подобная встреча, скорее всего, представляла собой столкновение двух охотников, внушавших обоюдный страх. Как бы то ни было, реакция «бей или беги» старше самого человека, и в качестве системы оповещения она «предустановлена» у многих животных. А как действует эта система? С помощью молекул, естественно.

Таящиеся в нашем организме молекулы должны быть разбужены каким-то запускающим механизмом. В каменном веке таковым мог оказаться, наверное, саблезубый тигр, а в наше время им может стать монстр в виде будильника моего мужа Маттиаса. Акустический сигнал «Др-р-р-р» побуждает нервный импульс выстреливать из головного мозга и через спинной устремляться прямо в надпочечники, которые наряду с шишковидной железой (эпифизом) относятся к ряду важнейших производителей гормонов. Добравшись до надпочечников, этот нервный импульс провоцирует выброс адреналина – наверное, самого известного гормона стресса. Адреналин попадает непосредственно в кровеносные сосуды, по которым добирается до различных органов. Гормон – это не что иное, как сигнальное вещество, то есть молекула, передающая важные послания. В этом случае послание таково: ПОЛУНДРА!

В то время как адреналин вихрем мчится по кровеносным путям, но так же быстро и исчезает, к борьбе со стрессовой ситуацией подключается еще один гормон – АКТГ (адренокортикотропный гормон). Он образуется в гипофизе и по системе кровообращения отправляется в надпочечники – базовый лагерь военной кампании «бей или беги».

Едва успев прибыть на место, АКТГ запускает целую цепочку химических реакций. Мне нравится представлять себе это действо в виде типичной киношной батальной сцены. Адреналин-провозвестник поднимает тревогу, а АКТГ выступает в роли военачальника, который, подняв сжатую в кулак руку, издает первый боевой клич, мобилизует армию и ведет ее в битву. В заключение в кровь вбрасывается второй гормон стресса, кортизол, и тоже прокладывает путь к различным органам.

Гормоны могут вызывать множество телесных реакций. К реакции «бей или беги» среди прочих относятся учащенный пульс, усиленное кровоснабжение мышц (чтобы была физическая возможность драться или драпать) и ослабленное – пищеварительной системы (мол, бросай все это, нам есть чем заняться), углубленное дыхание, расширенные зрачки, приливы пота, гусиная кожа и обострение внимания.

Теперь, когда я испытала все эти телесные реакции в ответ на выброс гормонов, сон у меня, естественно, как рукой сняло, но само ощущение, что жизнь в опасности, далеко не из приятных. Ни в коем случае не могу винить в этом молекулы, ведь наш организм действует по химическим законам, нацеленным на выживание. Гормонам стресса невдомек, что будильник Маттиаса моей жизни не угрожает. Они хотят помочь – только и всего.

Вот ведь как глупо получается: современная жизнь полна стрессов – в школе, на работе, в межличностных отношениях. Но лишь очень малая их часть может на самом деле угрожать жизни – по крайней мере, не все они представляют непосредственную угрозу. Хронический стресс непременно сказывается на здоровье. Чтобы мы окончательно не свихнулись, у системы борьбы со стрессом, к счастью, есть отрицательная обратная связь, благодаря чему организм не впадает в оголтелую панику. Ко всему прочему на это влияет и кортизол – гормон стресса с самодисциплинирующим началом. Вспомните: адреналин пробегает по кровеносным путям единожды, после чего быстро исчезает; кортизол дольше остается в системе и в итоге способствует торможению выброса гормона АКТГ, задерживая тем самым и образование самого себя.

Моя идеальная утренняя «химия» могла бы быть такой: пока я еще безмятежно сплю, первые лучи солнца, проникая сквозь веки, попадают на сетчатку глаз – зрительный нерв соединяет сетчатку с мозгом, и теперь там, в шишковидной железе, тормозится образование гормона сна мелатонина. Из-за связи шишковидной железы со зрительным нервом ее иногда называют третьим глазом. Несколько эзотерическое название, но что-то в этом есть. У амфибий шишковидная железа действительно служит третьим глазом, поскольку непосредственно воспринимает свет.

Вернемся к моему мирному утру: итак, уровень мелатонина потихоньку падает, и одновременно выбрасывается комфортное организму количество кортизола. В идеале человек таким образом просыпается сам.

Маттиас очень восприимчив к свету, когда речь идет о сне, поэтому никогда не спит без маски для сна. При таком блокировании попадания дневного света на сетчатку уровень мелатонина по утрам понижается у него не столь быстро. Искусственно создаваемая темнота, как и искусственный свет, нарушает наш циркадный ритм. В нашей современной жизни хватает и того и другого, что сбивает внутренние часы. Мне кажется, что Маттиасу вообще не понадобился бы громкий будильник, откажись он от маски для сна. Но сам Маттиас считает, что у него чувствительная мелатониновая система и без этой штуки на лице он не будет высыпаться.

Нам обоим трудно аргументировать свои точки зрения, потому что мелатонин, возможно, вообще не гормон сна. В действительности у него очень много функций: регуляция деятельности нервной системы, периодичности сна, работы мозга и пищеварительного тракта и т. д. Так, у ночных животных уровень мелатонина в темное время суток тоже повышается, и в этом случае его скорее можно было бы назвать гормоном бодрствования. А организмы лабораторных мышей вследствие генетических мутаций часто практически перестают образовывать мелатонин, и те все же преспокойно спят. Вот это поворот! Так что же, мелатонин не утомляет? Ну а с другой стороны, в различных научных исследованиях было доказано, что мелатонин помогает при бессоннице и позднем засыпании. Хм… И что теперь? Ученые, исследующие проблемы сна, еще не пришли к единому мнению, как именно мелатонин связан со сном. А пока нет ясности, действительно ли мелатонин вызывает усталость, мы с Маттиасом обречены на бесконечные споры из-за его маски для сна.

Видите ли, уже в первой главе я хочу довести до вас вот какую мысль: если хотите понять науку, нужно отвыкнуть искать простые ответы. Поначалу это кажется сложным, но я обещаю: научное мышление этот мир скучным не делает. Напротив, добавляет ему красок и в буквальном смысле наполняет чудесами. Давайте же пока что сойдемся на том, что мелатонин – это не гормон сна, а скорее «ночной гормон», переводящий на язык организма то, что видят глаза: за окном темнеет.

Пролить свет на предмет наших с Маттиасом споров может лишь долгосрочный опыт (в буквальном смысле – свет, попадающий на сетчатку глаз моего мужа). Проблема в том, что эксперименты с двумя участниками статистически недостоверны, поэтому пока нам остается только дискутировать.

* * *

Я иду на кухню приготовить себе кофе. Идеально, конечно, выпивать первую чашку не раньше, чем через час после подъема. Ведь организм уже получил порцию кортизола, действующего как пробуждающее средство, а кофеин может повысить его уровень. Прекрасно, скажете вы, тогда свой естественный утренний уровень кортизола я сдобрю еще и порцией кортизола кофейного! Увы или к счастью, но с нашим организмом так не сработает, поскольку он во всем любит сбалансированность. Следует учитывать, что со временем он привыкнет к взрывной кофейной дозе поутру и откорректирует предоставление утренней антистрессовой услуги. Поэтому лучше подождать спада эндогенного выброса кортизола – это произойдет примерно через час, – а потом уже пить кофе.

Но поскольку сейчас у меня ощущение, будто весь утренний заряд кортизола испарился за минуту, я все же прибегаю к кофе, чтобы противостоять накатившей на меня усталости.

Если вам сейчас не жарко, налейте себе чашку кофе, чая или другого горячего напитка на выбор, и можете потягивать его, читая следующие страницы. Ведь нет ничего лучше теплого напитка, если хотите увидеть мир, разложенный на молекулы. Когда я ставлю на стол чашку с дымящимся кофе, стол под ней вскоре тоже нагревается. А если немного подождать, кофе остынет. Вы когда-нибудь задавались вопросом, куда вообще уходит тепло?

Так мы вплотную подошли к одной из моих любимых тем: модели частиц. Казалось бы, звучит не очень интересно, но погодите – гарантирую, такой взгляд на вещи вас увлечет. Суть модели в том, что любое вещество во Вселенной состоит из частиц. Это могут быть атомы или молекулы. Не обязательно знать, что именно это за частицы. Несмотря на столь упрощенный подход, с помощью этой модели можно частично (ха-ха, вот вам и частицы) описать наш мир, причем сделать это на удивление хорошо. Начнем, например, с моей чашки кофе.

Итак, когда пью кофе, я пью его частицы. Или это могут быть частицы чая – все зависит от того, какой выбран напиток. Давайте представим себе эти частицы в виде крошечных невидимых шариков. В основном это молекулы воды, немного кофеина (кстати, в чае он тоже содержится) и еще несколько прочих, например ароматических. Все они находятся в постоянном движении. И это можно наблюдать, пусть даже сами молекулы разглядеть невозможно.

Каким образом? Очень просто: налейте в стакан воду из-под крана и добавьте туда две-три капли кофе (нагляднее было бы с чернилами, но сейчас мы о напитках). Даже если вы оставите стакан спокойно стоять на столе, это лишь вопрос времени, когда капля кофе растворится в воде даже без размешивания. Допустим, пока это не то наблюдение, которое могло бы ошеломить. Но только представьте себе, что же там на самом деле происходит! Там же такая сумасшедшая толкотня, просто дым коромыслом стоит, ну чисто безумная вечеринка! На эту невидимую тусовку частиц я и хочу вас пригласить, ведь именно здесь начинается химия.

Кстати, стакан, кофейная чашка, стол, пол, воздух и, разумеется, мы с вами – все это состоит из частиц. И все они тоже в движении! Ничего даже похожего на состояние покоя практически не существует. Именно в этот конкретный момент повсюду – в вашей чашке, под ногами и в теле – в разгаре безумная вечеринка, мы просто не можем ее видеть.

Тут вы можете резонно заметить: зачем представлять себе мир состоящим из крошечных частиц, если мы все равно их не видим (мало того что это просто круто, ну, по крайней мере, я так считаю). А вот зачем: представляя мир таковым, можно, например, проследить, как возникают разные агрегатные состояния. Состояние вещества – твердое, жидкое или газообразное – зависит от того, насколько подвижны составляющие его частицы.

Моя кофейная чашка твердая, потому что ее частицы способны двигаться лишь самую малость – молекулы или атомы твердого тела сохраняют свое положение неизменным благодаря сочетанию температуры и давления. Твердые тела могут иметь кристаллическое и аморфное строение. О химических соединениях мы еще поговорим подробнее, а пока давайте представим себе скопище молекул при помощи такого сравнения: вы на рок-концерте, стоите в толпе людей и едва можете пошевелиться. Но, конечно же, все– таки двигаетесь, насколько это возможно. Примерно то же самое происходит с частицами твердого вещества, например того, из которого сделана ваша кофейная чашка.

В чашке жидкое содержимое – кофе; его частицы уже подвижнее, даже если еще сильно между собой взаимодействуют. В примере с концертом жидкое состояние – это если бы вы находились перед сценой, где все дергаются и прыгают. Но самые необузданные молекулы – в газообразном веществе, например во вдыхаемом нами воздухе. Они двигаются без оглядки на соседей. Тут уж концертную площадку пришлось бы увеличивать во много раз, чтобы все зрители могли свободно бегать и кувыркаться, не мешая остальным делать то же самое.

Агрегатное состояние вещества зависит от сочетания температуры и давления. Самый простой и знакомый всем пример – вода. Если разогреть твердую воду, то есть лед, он растает в жидкость. При дальнейшем нагреве вода обратится в пар, вещество станет газообразным. А при попадании на прохладную поверхность, например на зеркало в ванной комнате, водяной пар конденсируется, то есть снова становится жидким. Если мы продолжим охлаждать воду, она когда-нибудь застынет в лед.

Вам же понятно, к чему я веду? К тому, что у меня припасено для вас нечто, что может вынести мозг: температура – это не что иное, как движение частиц. Чем горячее, тем быстрее; чем медленнее, тем холоднее. Круто же иметь молекулярное определение температуры, верно? Вы не находите, что это занятнее, чем температура на термометре?

Теперь в наблюдении за чашкой с поднимающимся паром можно увидеть гораздо больше смысла: кофе горячий, а значит, молекулы воды двигаются быстро и сталкиваются друг с другом. Те, что испаряются, весьма проворны: им требуется столько места, что, обуреваемые двигательным возбуждением, они покидают чашку и переходят в газообразное состояние.

А как же тепло передается от кофе чашке, а от нее – кухонному столу? Это происходит из-за столкновений между частицами и вследствие передачи кинетической энергии. Вот как это выглядит: мельтешащие в чашке частицы то и дело наталкиваются на стенки. В свою очередь частицы чашки, двигаясь все быстрее и все сильнее вибрируя, наталкиваются на частицы кухонного стола, раскачивая их. А поскольку тепло всегда передается по направлению к более прохладному месту, стол под чашкой нагревается.

Теперь мы понимаем, почему кофе когда-нибудь остывает – именно по той же причине, по которой с течением времени остановится приведенный в движение маятник.

При каждом столкновении частицы взаимно тормозят одна другую, и так до тех пор, пока все не обретут комнатную температуру – иными словами, «комнатную скорость».

Все частицы, как и вся Вселенная со всем своим содержимым, подпадают под действие первого закона термодинамики. Его можно соотнести с законом сохранения энергии, который гласит: она не исчезает бесследно и может быть только преобразована. Другими словами, энергия всегда постоянна. Если одна частица получила дополнительную энергию, это значит, что то же количество в каком-то другом месте убыло. Когда частица, столкнувшись с другой, передает ей свою энергию, эта другая частица ускоряется, а отдавшая энергию должна замедлиться. Иначе получалось бы, что энергия возникала бы из ничего, а так не бывает. Согласно законам термодинамики, уничтожить энергию тоже нельзя – вот почему физики и химики, бывает, негодуют, заслышав расхожую фразу о «растрачивании энергии». (Если среди ваших знакомых есть физики или химики, попробуйте при них употребить это выражение.)

* * *

Прежде чем продолжить рассказ о своем дне, хочу поделиться еще одним умозрительным экспериментом в связи с моделью частиц. Возможно, это самое интересное: где бы вы сейчас ни находились, вам будет казаться, что окружающие предметы на ощупь разной температуры. При этом в закрытом помещении температура у всех предметов одна – комнатная. Но почему же тогда металлическая ложка явно холоднее деревянного стола?

Ну да, есть кое-что в этой комнате не комнатной температуры, и это что-то – ваше тело. У него она выше (во всяком случае я надеюсь, что это так). И то, что вы чувствуете, прикасаясь к ложке или к кухонному столу, не что иное, как тепло вашего собственного тела! Если ваше тепло уходит быстро, предмет кажется холодным на ощупь, а если медленно – теплым.

Когда я беру в руку ложку, частицы моего тела сталкиваются с ее частицами и приводят их в движение. Чем быстрее колеблются атомы металла в ложке, тем теплее она становится. Металл – хороший проводник тепла: частицы моего пальца сталкиваются с частицами металла, и это движение распространяется по ложке. Хорошая теплопроводность металла обусловлена особенностями его химических соединений. С ними мы ближе познакомимся в главе 8. А пока представьте себе конструкцию для лазания из канатов, какие бывают на детских площадках. Когда ребенок раскачивается на одном из канатов, это движение быстро передается всей конструкции. Ребенок, находящийся на другой ее стороне, тоже будет раскачиваться. По закону сохранения энергии движение прыгающего ребенка будет одновременно гаситься: передавая свою кинетическую энергию сетке из канатов и другому ребенку, сам он замедляется. Его движение амортизируется. Говоря языком термодинамики, он замедляется, его запас энергии уменьшается, то есть он охлаждается.

А бывают еще конструкции из твердых балок. Когда ребенок лазает по ней, это не сильно воздействует на его товарища по играм. Движения почти не амортизируются, и их энергия никуда не передается, поэтому сам он (с точки зрения химии) быстрее, а следовательно, теплее. Эти конструкции делают из материалов, плохо проводящих тепло, например из дерева. Положив руку на деревянный стол, вы приведете в движение только те его частички, которые находятся в непосредственной близости от руки. По дереву колебания и движение частичек хорошо передаваться не будут. И на ощупь деревянный стол окажется теплее, чем металлическая ложка.

Поняв, что температура есть не что иное, как движение частиц, можно лучше понять второй закон термодинамики. Он гласит: тепло всегда передается от теплого к холодному, но никак не в обратном направлении.

Если вы поставили бутылку колы в ведерко со льдом, то не холод будет передаваться ото льда к бутылке, а наоборот: тепло от бутылки будет переходить к кубикам льда, они будут нагреваться, а бутылка – остужаться.

Теперь, вооруженные этим знанием, в следующий раз, услышав от кого-то фразу «закрой окно, оттуда холод», вы не оставите эту формулировку без внимания и заметите: «Ты имеешь в виду, тепло уходит?»

А если ваш слух заденет чья-нибудь фраза насчет «разбазаривания энергии», вот вам шанс выступить в роли истинного «ботана». Да, ведь только что вы прошли вводный курс в физическую химию. Поздравляю! Возможно, даже кофе еще допить не успели.

* * *

На кухню входит Маттиас и ласково гладит меня по голове.

– Прости, забыл сказать, что собираюсь сегодня на пробежку.

– Да ладно уж! – отвечаю я. – Мне так и так придется снова настраивать ритм сна.

Теоретически я подкована, но мне все же больше нравится высыпаться по выходным, чем каждые субботу-воскресенье загонять себя в социальный джетлаг[3]. Конечно, мой циркадный ритм не может делать различий между рабочими днями и выходными. Ну да, выходные – дело хорошее, но это современный социальный конструкт, к которому наш организм пока что не очень приспособился. Естественный уровень мелатонина по-прежнему в той или иной степени зависит от солнца, но на восходе я чувствую себя жутко уставшей: слишком поздно ложусь спать. Постоянно возникающие ложные раздражители и соблазны – кофе, искусственный свет, громкие будильники и мобильники – и сбивают организм с толку. Ученые смогли установить, что неделя, проведенная на природе в палатках, возвращает мелатониновый цикл к солнечному времени. Жаль, что я не любительница туризма с палатками.

Но вот что на самом деле странно: наши внутренние часы в принципе работают и без света. Так уж устроен человек, что его внутренние часы с небольшими отклонениями настроены именно на сутки в 24 часа. Свет помогает настраивать эти часы – проще говоря, синхронизировать дни и приспосабливаться, например, к джетлагу.

В 2017 году Нобелевскую премию в области медицины получили трое американских ученых, расшифровавших механизм работы внутренних часов человека. Для наблюдений они держали плодовых мушек – дрозофил – в двух камерах, которым дали названия «Нью-Йорк» и «Сан-Франциско», потому что в них имитировалась освещенность, соответствующая солнечным ритмам этих приморских городов. Дрозофил периодически сажали в «самолет» (то есть в банку), и они перелетали в другой «город». Ученые отслеживали, как дрозофилы приспосабливались к трехчасовому джетлагу.

Выяснилось, что на внутренние часы существенно влияют два гена. Когда дело касается генов, химия становится особенно увлекательной! Наша ДНК не только сама является молекулой, но и способствует образованию других жизненно важных молекул.

В генах закодирована вся необходимая для нашей жизни информация, в том числе и о внутренних часах. Этот код можно считывать и расшифровывать благодаря тому, что гены запускают производство различных белков. Иными словами, в генах заложен план, а белки его воплощают. (Белки – это такие хитроумные молекулы, о которых мы еще поговорим подробнее.)

Итак, эти два «часовых» гена образуют два «часовых» белка[4].

С течением дня концентрация этих белков растет. Затем эти двое соединяются в единое целое, и такой командой они в состоянии затормозить образование самих себя. Да, вы правильно прочитали, именно так: белки образуются с целью остановить производство самих себя. Они достигают этого тем, что обеспечивают неспособность своих генов быть считанными. Как и в случае с кортизолом и стрессом, мы имеем дело с отрицательной обратной связью. Концентрация «часовых» белков падает, когда перестают образовываться новые. В конечном счете их концентрация понижается настолько, что считывание генетического кода перестает тормозиться, и образование белков начинается заново. И весь этот цикл длится как раз 24 часа. Так что смена дня и ночи закодирована в наших генах.

Впрочем, у меня такое чувство, будто с моими генами что-то не так. Я уверена, что мой организм создан для 30-часового дня – мне и день бы подлиннее, и сна намного больше. Хорошо бы когда-нибудь обследоваться на этот счет.

* * *

– Мне надо идти, – говорит Маттиас.

Мой мобильник вибрирует, пришло сообщение. Странно, это Кристина. В такое время и не спит? «Кажется, Йонасу конец», – пишет она. «Сейчас перезвоню», – отвечаю я.

Маттиас, уже одевшийся для пробежки, еще раз просовывает голову в открытую дверь и спрашивает, брать ли ему ключ.

– Не надо, – говорю, – закрой дверь, а то тепло уходит.

– Ты где сейчас? – спрашиваю я, когда Кристина наконец отвечает на звонок.

– На пути в лабораторию. – Судя по голосу, она раздражена.

– Так что там с Йонасом?

– Я как раз у него была, – фыркает она.

– Значит, ты у него ночевала? И как?..

– Май, он пользуется НАТУРАЛЬНОЙ ЗУБНОЙ ПАСТОЙ, – перебивает она мой вопрос.

– Чего-чего?

– Без фторидов.

Вот те раз, думаю я. Йонас – очень симпатичный физик, с которым у Кристины буквально две недели назад завязался роман. Вообще-то мы и раньше знали его через общего приятеля Ханнеса, тоже физика. Кристина Йонасом особенно не интересовалась, хотя он очень привлекательный. Я бы назвала свою подругу сапиосексуальной, то есть эмоционально и физиологически ее привлекают только умные партнеры. С тех пор как Ханнес как-то упомянул, что Йонас «семи пядей» и каждый семестр был лучшим из студентов, Кристина вдруг резко на него запала. Тем более что за ужас: он чистит зубы пастой без фторидов!

– Ты уверена? – спрашиваю я. – Может, дело в тюбике? Нынче это модный маркетинговый прием – все якобы «био». И есть же, наконец, растительная зубная паста с фторидами…

– Нет, там на тюбике большими буквами написано: «БЕЗ ФТОРА». И состав я тоже прочитала.

– Ясно. Ну и что же тут такого, если в пасте нет фторидов? Их ведь чем-то можно заменить? Ты подумала…

– Об этом сейчас речи не идет, – снова перебивает меня Кристина.

Ой-ой-ой. Если у нее нет желания даже поразмышлять о составе, дело действительно швах.

– Полный облом. Думаю, Йонас для меня умер. Ничего себе диагноз: «смерть от зубной пасты», подумала я. По иронии именно то, чего Йонас как раз и опасается.

– Ну ты его хотя бы спросила? Может, не заметил, когда покупал.

– Он говорит, фториды обызвествляют эпифиз. И при этом он даже не знает точно, где эпифиз находится!

Ну да, физики же – не химики, подумала я.

– Гидроксиапатит, – вдруг без всякой связи говорит Кристина.

– Что?

– Заменитель фторида в этой зубной пасте на травах, – фыркает она. – Обхохочешься.

– Ты имеешь в виду тот самый гидроксиапатит, как в зубной эмали?

– Да! И почему это только разрешено, не понимаю.

– Интересно, – говорю я.

– А ты запиши видео на эту тему, – предлагает Кристина. – Я сейчас в лаборатории. Позже поговорим.

Видеоролик о фторидах и зубной пасте – действительно неплохая идея. Многим кажется странным, что я училась на химика, писала диссертацию – и все для того, чтобы теперь делать что-то там для средств массовой информации. Но я поступаю так по убеждению. Чтобы служить человечеству, ученый не обязательно должен заниматься только лабораторными исследованиями. Не менее важно о науке говорить. Потому что непрофессионалам и в самом деле чертовски трудно получить доступную пониманию и в то же время корректную информацию. В Сети полно всякого – от полуправды до откровенной чуши, – и все это впаривается с пугающей убедительностью. Надежную информацию можно найти в специальной литературе, а результаты последних исследований – в научных журналах, но читать эти источники – просто страшный сон, даже специалистам они порой не по зубам. Наука – как элитарный клуб с тайным зашифрованным языком. Конечно, есть смысл в том, чтобы эксперты общались между собой на профессиональном языке. Но, с другой стороны, это вообще-то абсурд: не-специалистам этих публикаций не понять, а ведь подумайте – большая часть исследовательских работ финансируется из государственных средств. И получается, что налогоплательщики не могут понять, на что именно уходят их деньги. Поэтому я считаю, что и на YouTube, и на телевидении могло бы быть больше ученых-популяризаторов, чтобы «переводить» с языка науки.

Пока я тут спокойно завтракаю, давайте для разминки начнем с различий между фторидом и фтором. Я сейчас жарю яичницу, это как раз будет в тему моей тефлоновой сковородки – держите это в голове, а я пока сделаю разбег, дав предварительную информацию.

Фториды – это соединения фтора с другими элементами. Взгляните на периодическую систему элементов (она, кстати, приведена в конце этой книги). Фтор (обозначен буквой F) вы найдете в группе VII; входящие в эту группу элементы называют галогенами. Фтор – это газ, напоминающий запахом всем известный бассейновый галоген – хлор. Надеюсь, однако, что вам никогда не доведется его понюхать, потому что фтор чертовски опасен.

Почему я говорю «чертовски опасен»? Да потому что даже самые мизерные количества газа фтора, если будут содержаться в воздухе, вызовут у человека ожог глаз и легких. Столь агрессивные свойства обусловлены высокой реактивностью этого газа. Здесь действует правило, в общих чертах звучащее так: чем проще и быстрее вещество вступает в химическую реакцию с другим веществом, тем менее оно поддается контролю и, следовательно, тем опаснее. Существуют и другие причины, почему субстанция может быть опасной и токсичной, но об этом позднее.

Так вот: при реакции с водой фтор образует фтороводородную, или плавиковую, кислоту[5]. Термин под стать жутким свойствам кислоты: случайно попав на руку, она не только сожжет кожу, но и, просочившись до самой кости, растворит ее. По сравнению с ней другие опасные кислоты, например соляная (соответствующая кислота хлора), представляются почти безобидными.

Так что держитесь, пожалуйста, подальше от элементарного – то есть чистого – фтора и фтороводородной кислоты!

При этом соблюдайте следующие правила… А нет никаких правил! Дело в том, что эти вещества ни в природе, ни в зубной пасте, по счастью, вообще не встречаются. Что вообще-то вполне логично: если фтор настолько агрессивен, что вступает в реакцию со всем, что плохо лежит, можно полагать, что в природе все, что возможно, со фтором уже «отреагировало».

Но фтороводородную кислоту можно производить в лаборатории. Не то чтобы какой-то там чокнутой химичке вздумалось захватить мировое господство – нет, это делают ради [моей] яичницы. В оборудованной соответствующим образом химической лаборатории можно подыскать вещество – потенциального партнера фтороводородной кислоте для реакции. А подобрав правильного партнера, можно производить, например, политетрафторэтилен[6], известный также как тефлон[7]! Вот мы и вернулись к моей сковородке и яичнице.

И что теперь с засевшими в сковороде атомами фтора? У меня что теперь – фтор в яичнице? Хороший вопрос, пора копать основательно.

У большинства элементов, даже исключительно реактивных и агрессивных, есть стабильная форма, в которой они расслаблены. Агрессивен атом или расслаблен – зависит от его строения. Как и во всех областях жизни, в химии в расчет всегда идут внутренние показатели. (Или почти всегда. В модели частиц их внутренность на самом деле не играет никакой роли.)

Мы часто полагаем, что атомы – это самые крошечные составные части нашего мира, но на самом деле это не так. Атомы состоят из трех различных элементарных частиц: из протонов, нейтронов и электронов. Протоны заряжены положительно, нейтроны электрически нейтральны, а электроны несут отрицательный заряд. Наш мир во всем его многообразии состоит всего лишь из трех конструктивных элементов. (На этом месте физик выразился бы немного иначе, но не будем без необходимости усложнять). И это на самом деле озадачивает. Ведь смешивая муку, яйца и молоко, а затем разогревая эту смесь, я в результате получаю или блинчики, или макароны, в зависимости от того, как и в каких пропорциях комбинирую компоненты. И даже если блинчики и макароны уж точно разные блюда, у них все же больше общего, чем у золота с кислородом. Тем не менее и золото (металл), и кислород (газ) строятся все из тех же трех конструктивных элементов. Невероятно, не правда ли?

Но что же, собственно, делает золото золотом, а кислород кислородом, если не их составные части?

Тип элемента определяется количеством его протонов.

А сколько в элементе протонов, подскажет периодическая система. В ней все элементы упорядочены, но в каком именно порядке они расположены? Так называемый порядковый номер элемента указывает на его положение в периодической системе и соответствует числу протонов. Посмотрим на таблицу: кислород занимает место № 8, значит, у него 8 протонов. Золото стоит на месте № 79 – следовательно, там 79 протонов. И вот именно только это различие делает кислород кислородом, а золото золотом.

В прежние времена алхимики, предшественники химиков, пытались превратить неблагородные металлы в золото. Сегодня мы знаем, что никакими лабораторными способами этого не сделать. Причина кроется в строении атомов.

Возможно, вам встречалась картинка, подобная этой.

О чем говорит это изображение? О том, что атом состоит из ядра и электронной оболочки. Ядро составляют положительно заряженные протоны и электрически нейтральные нейтроны, то есть в сумме ядро атома заряжено положительно. Оболочка атома состоит из отрицательно заряженных электронов, кружащихся вокруг ядра.

Таким образом, вес атома определяется исключительно его ядром, то есть количеством нейтронов и протонов. Ведь электроны практически ничего не весят, поэтому учитывать их вес смысла нет – это как если бы мы взвешивали слонов, на чьих спинах было бы по два перышка. Таким весом вполне можно было бы пренебречь.

Отдельно взятый атом, разумеется, весит немного – он ведь крошечный. Но масса у атомов, естественно, тоже есть, иначе ни эта книга, ни ваши головы тоже ничего бы не весили.

Масса одного атома углерода: 0,00000000000000000000002 г

Атом золота, в котором 79 протонов, намного тяжелее атома кислорода с его 8 протонами. Прибавим сюда нейтроны – каждый весит приблизительно столько же, сколько протон. В ядре каждого атома количество нейтронов и протонов примерно одинаково. Посчитав все вместе, получаем, что атом золота примерно в 12 раз тяжелее атома кислорода.

А вот объем, то есть размеры атома, определяется не ядром, а электронной оболочкой. Поскольку ядро настолько крошечное (меньше крошечного атома!), его размером тоже можно пренебречь. Если представить себе облако из электронов в виде шара сахарной ваты, то палочка, на которую она накручена, была бы ядром атома. Размер порции сахарной ваты зависит только от нее самой. Будь палочка толще или тоньше – это для величины шара сахарной ваты несущественно. Мы представляем себе ядро атома как точечную массу, у которой практически нет размера: она концентрируется в одной крошечной точке.

Так что атом размером со свою электронную оболочку. Насколько велика эта оболочка, зависит помимо прочего от количества электронов. Как правило, у атома практически столько же электронов, сколько и протонов, ведь так компенсируются положительные и отрицательные заряды, и в сумме получается электрически нейтральный атом. Следовательно, в электронной оболочке атома золота вертятся 79 электронов, а в кислороде – всего 8. А поскольку каждому электрону требуется место, электронная оболочка атома золота больше оболочки атома кислорода. Значит, атом золота более чем в два раза крупнее атома кислорода.

* * *

Вот вам про массу и объемы атомов. А теперь давайте обратимся к самой увлекательной теме – собственно к химическим свойствам! Здесь ядро атома нас пока не интересует, поскольку в химических реакциях не участвует. Химические реакции разворачиваются только в электронных оболочках и между ними. Поэтому-то из железа не сделать золота: пришлось бы привлечь в игру протоны, а это невозможно. Количество протонов в ядре так легко не изменить (за исключением радиоактивности, где тяжелые, нестабильные ядра распадаются одно за другим). Так что тем более стоит чуть больше внимания уделить оболочкам. И тут начинается самое интересное!

На рисунке модели атома вы видели, что электроны крутятся вокруг ядра по неким траекториям. Это очень упрощенная модель. Есть такое общее правило, оно относится и к модели частиц тоже. Модель никогда не описывает реальность, она лишь дает упрощенное представление. Она никогда не бывает универсально достоверной, разве что в определенных обусловленных рамках. Как вы уже заметили по нашему разговору, мне нравятся простые модели. Ну действительно, зачем без надобности усложнять вещи?

Сейчас я покажу модель, которая поможет довольно хорошо объяснить химические реакции; это так называемая оболочечная модель.

Согласно оболочечной модели, электронам не положено кружить вокруг ядра как попало – они могут делать это лишь на строго определенном расстоянии. Оболочки можно представить себе как луковую шелуху вокруг ядра, этакая луковица. (Я бы даже назвала ее луковой моделью, но меня никто не спрашивал.)

Как на определенных удалениях от Солнца вращаются Земля и другие планеты, так и электроны могут кружить вокруг ядра. Почему недопустимы иные расстояния? Это имеет некоторое отношение к квантовой механике, поскольку для таких маленьких частиц, как электроны, действуют правила физики не только классической, но и квантовой.

Квантовая физика вообще трудно представима, поскольку все, что мы видим и с чем сталкиваемся в жизни, следует правилам классической физики. Поэтому окунаться в квантовую механику – все равно что представлять себе цвет, который никогда не видел. Но мы взамен представим себе следующее.

Оболочки – это ряды кресел, закрепленные как в кинотеатре. Сидеть можно только на стульях, но не между рядами. (Что в кино, впрочем, бессмысленно: ничего не увидишь.)

Каков же порядок рассадки по этим рядам? Электронные оболочки в элементах заполняются изнутри наружу. Когда оболочка заполнена, снаружи добавляется следующая. Особенно большое значение имеют электроны на внешнем уровне. Нахождение на наибольшем удалении от ядра обусловливает их особые свойства: чем дальше оболочки от ядра, тем меньше сила притяжения между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электронами. Таким образом, электроны на внешнем уровне более свободны, чем электроны нижних оболочек. Внутренние электроны пассивны и предпочитают оставаться ближе к положительному ядру, а внешние (или электроны на внешнем уровне) – ребята общительные, они с готовностью участвуют в химических реакциях.

Помимо удаленности электронов на внешнем уровне от ядра есть еще кое-что, обусловливающее их неспокойное поведение: в то время как внутренние электронные оболочки атомов полностью заняты, внешние у многих элементов частично не заполнены. Ведь, как уже говорилось, количество электронов ограничено – оно соответствует числу протонов. Лично я не против, если в кинотеатре в моем распоряжении окажется целый ряд свободных кресел. Но я же не электрон. А они, главным образом на внешнем уровне, экстраверты – ненавидят незаполненные ряды и хотят, чтобы их оболочки непременно были заняты!

Это желание проявляется интересным образом: элементы, у которых во внешней оболочке одновременно свободны несколько мест, не особенно агрессивны. Но если не занято одно-единственное место или если во внешней оболочке в одиночку сидит электрон, дело принимает неприятный оборот. Самые агрессивные элементы те, которые до заполнения внешней оболочки не дотянули самую малость. Припомните: по окончании мировых футбольных чемпионатов слезы на глазах обычно у игроков команды, занявшей второе место, – они были так близки к цели…

Итак, химический темперамент атома связан с числом его электронов на внешнем уровне. У нашего фтора таких семь, а в его крайней оболочке восемь мест. То есть не занято всего одно место, и это буквально бесит фтор. Он неустанно ищет себе восьмой электрон у других атомов и молекул и не успокоится, пока не заполнит последнее свободное место в своей внешней оболочке.

Впрочем, в этой проблеме фтор не одинок. Почти все элементы основных групп периодической системы хотели бы иметь по восемь электронов на внешнем уровне. Это страстное желание называют правилом октета. Название вводит в заблуждение в том смысле, что это не твердое правило в рамках физических законов – речь всего лишь о модели. Впрочем, об очень практичной, тесно связанной с оболочечной моделью. Правило октета не только объясняет, какие элементы особенно реактивны, но и подсказывает, какие реактанты подходят друг другу. У каждого элемента есть потребности, и выполнение правила октета может быть одной из них. Химические реакции и соединения происходят для удовлетворения этих потребностей. (По сути, в общем-то, как и у людей.)

Фтор – как младенец, который голоден и потому бузит. Его покормишь, и он успокоится. (Тут родители могут иметь другую точку зрения…) Как только фтор вступает в соединение, дарующее ему столь страстно желаемый восьмой электрон, такого больше не происходит.

Что же все это значит для моей сковородки? В тефлоне фтор связан с углеродом, у которого есть характерная особенность щедро делиться электронами и оболочками с другими атомами. (Как именно выглядит такое соединение, выясним в главе 8.) Чтобы извлечь фтор из этого благополучного для него состояния, потребовалось бы затратить очень много энергии. Тефлон пришлось бы нагреть до температуры выше 360 °C, чтобы разрушить соединения; рекомендуемая максимальная температура для тефлоновых сковородок – 260 °C (Кстати, для моей яичницы оптимальны всего 83 °C – при этой температуре сворачивается яичный белок.)

Итак, согласно правилу октета, атомы фтора и углерода в моей сковородке достигли всего, чего только может достичь элемент: заполненной внешней оболочки. Химическое соединение между фтором и углеродом сродни идеальному браку: никто из партнеров не заглядывается на другие атомы и молекулы. Даже на очень привлекательные белки моей шкварчащей на сковородке яичницы.

Когда на сковороде остаются прилипшие остатки еды, это тоже не что иное, как взаимодействие между молекулами. Но тефлон не проявит интереса к моей яичнице, как не заинтересуется вообще ничем съедобным. Может быть, содержащийся в сковороде фтор который раз вспоминает свою лихую молодость, когда он был фтороводородной кислотой, и несказанно рад, что та часть его жизни навсегда осталась в прошлом. «У меня есть все, чего хочу, оставьте меня в покое», – думает он. В то время как моя яичница говорит: «Ну и ладно, меня здесь вообще не было». И вся без остатка соскальзывает на тарелку.

Фториды в зубной пасте тоже довольны жизнью, как и атомы фтора в сковороде. Выше я упоминала, что у не имеющего заряда атома одинаковое количество электронов и протонов – таким образом электрические заряды взаимно компенсируются. Но атом может быть и заряженным, тогда он называется ионом. Отрицательно заряженный ион называется анионом, он возникает, когда электронов в нем оказывается больше, чем протонов. Когда электронов меньше, чем протонов, положительно заряженный ион называется катионом. Катионам не дают названий с каким-то определенным окончанием. Окончание – ид в слове «фторид» подсказывает, что мы имеем дело с отрицательно заряженным ионом: кто-то одарил фтор электроном, которого он так горячо желал. Теперь, будучи просто заряженным анионом с восемью электронами на внешнем уровне, фторид выполнил правило октета и всем доволен.

Как же свершилось это счастье? Пылким партнером и реактантом стал элемент натрий, входящий в первую основную группу периодической системы и относящийся к щелочным металлам[8]. Натрий (обозначается как Na) знаком нам по хлориду натрия – поваренной соли. Однако в соли содержится не чистый натрий как элемент, а его катион с положительным зарядом, соединенный с анионом хлора. И вы наверняка с чистым натрием никогда не встречались. Поскольку так же, как в природе нет элементарного фтора, нет и такого натрия.

Натрий – это блестящий металл серого цвета; он настолько мягкий, что его можно резать ножом. Звучит мило, но если натрий бросить в воду, он будет интенсивно реагировать. (Как это происходит, можно посмотреть на YouTube; главное – сами не повторяйте.) Так что натрий – еще один агрессивный кандидат в партнеры и идеальный реактант для фтора. Дело в том, что электронов-то атому натрия хватает, но в его внешней оболочке, как и у всех щелочных металлов, есть одинокий электрон, который с бо́льшим удовольствием покинул бы этот атом, чем дальше торчать там в одиночку. Так что от этого электрона натрий хочет избавиться, причем чем скорее, тем лучше. И как хорошо, если кто-нибудь подоспеет со фтором – так оба элемента могут выполнить правило октета. А вместе они дадут соль фторид натрия (или фтористый натрий) – ту самую, что содержится в зубной пасте. (Тот же принцип, кстати, действует для натрия и хлора, дающих нам пищевую соль – хлорид натрия.) Фтор в зубной пасте не особенно реактивен, но это вовсе не означает, что он не токсичен. Может, он все-таки ядовит? Смерть от зубной пасты? Зачем вообще в пасте фторид? Мне сейчас так или иначе надо почистить зубы, поэтому давайте проясним это дело в ванной комнате.

Любая ванная комната представляет собой химическую лабораторию или хотя бы шкаф с химикатами. Мои друзья не-химики говорят, что это не очень хорошее сравнение, поскольку ассоциируется с чем-то токсичным. Потому мне приходится быть начеку, пытаясь заразить не-химиков своей любовью к этой науке. Ведь хотя элементарные фтор или натрий, к примеру, товарищи неприятные и агрессивные, само слово «химикаты» в принципе не несет в себе никакого негатива. Какими бы эти вещества ни были – ядовитыми, полезными или жизненно необходимыми, – в этом мире вообще нет не-химических веществ!

Химия, хоть и не всегда токсична, вообще довольно заразна: мой папа химик. И брат тоже. Моя лучшая подруга Кристина химик, а я еще и замуж вышла за химика. И я вам клянусь: все мы нормальные люди.

Папа какое-то время занимался исследованиями косметических средств для волос. Мы вместе шатались по парфюмерно-косметическим магазинам и изучали составы шампуней. Иногда нам попадалось какое-нибудь вещество, которое разрабатывал сам папа. (Специализироваться на полимерах я тоже стала благодаря ему.) Иной циничный химик скажет: полимеры – это пластик. Это до наглости однобокое определение, смею сказать. Тефлон – политетрафторэтилен – тоже полимер. А можно создавать и биологически смешивающиеся полимеры – например, как средства транспортировки противораковых медикаментов в организм или как основу для искусственных органов. Вот вам и «всего лишь» пластик!

Полимеры – это длинноцепочечные молекулы; они состоят из многочисленных мелких молекулярных единиц – так называемых мономеров, последовательно соединенных в длинные цепи. Полисахариды (то есть сложные сахара) или углеводы – это полимеры. Так что полимеры не обязательно искусственные, они встречаются всюду в природе. Древесина и растительные волокна состоят, например, из волокон целлюлозы. А они, как вы уже догадались, тоже полимеры. Так же как и наши ДНК. Главная «фишка» именно в том, что человек может создавать полимеры в лаборатории, и это круто.

Раньше мой папа занимался разработкой полимеров для спреев для придания объема волосам и ополаскивателей против секущихся кончиков волос. Уже из-за одного этого мне нравилась химия. И именно как женщину-химика меня удивляет все еще бытующее клише, будто химия – это мужская сфера. Иногда я слышу: что тут на YouTube делает химичка? Там что, советы по макияжу? Для меня загадка, как можно интересоваться косметикой, не интересуясь химией. Даже производство мыла и прочей продукции из встречающихся в природе веществ требует познаний в химии.

Мой тюбик с зубной пастой почти пуст, я выдавливаю остаток на зубную щетку, пока съеденный бутерброд с яичницей развлекается в моем желудке с кофе и апельсиновым соком. Они отдаются процессу обмена веществ – самого потрясающего из празднеств химических реакций. Во рту у меня тоже кое-что происходит в плане химии. В первую очередь активничают хлеб и апельсиновый сок – они содержат сахар Кстати, апельсиновый сок содержит столько же сахара, сколько и кола.

Мы постоянно потребляем сахар в той или иной форме. Не потому (или не только потому), что мы жадные монстры, а потому что организм перерабатывает его в энергию. Прежде всего, на моносахариде глюкозе работает мозг – благодаря ему мы любим шоколад и мармеладных мишек, что вообще-то не очень хорошо, ведь они подстерегают нас на каждом углу.

Не только мы любим сахар – живущие на наших зубах бактерии и микроорганизмы тоже его обожают. Пока вы все это читаете, у вас во рту копошатся сотни их различных видов. Ну хорошо, у меня тоже. При каждом поцелуе люди через слюну обмениваются миллионами бактерий. Если вам стало противно, мне жаль, но как химик я с удовольствием наблюдаю за миром в миниатюре и задумываюсь о вещах, которых невооруженным глазом не увидеть.

Бактерии живут на зубном налете; мы называем его красивым французским словом plaque. Это тонкий водянистый слой, покрывающий наши зубы. (Зубной налет, конечно, менее красивое название.) Реклама зубных паст и ополаскивателей для рта сулит избавление от зубного налета. Не хочу ломать кайф рекламщикам, но отделаться от него не получится. Можно изменить его состояние, осложнив таким образом жизнь обитающим там бактериям.

Когда мы потребляем сахар, в том числе в виде углеводов, бактерии в ответ с удовольствием выпукивают кислоту. Может, это не самая точная аналогия, но когда я именно так объяснила это пятилетней дочке одного знакомого, она так смеялась, что не могла остановиться; кажется, она теперь намного охотнее чистит зубы. (Исходя из опыта, могу всячески рекомендовать такое объяснение.) Бактерии усваивают сахар в ходе сложного химического процесса. Как и у нас, у них тоже есть обмен веществ – к примеру, когда они превращают сахарозу в молочную кислоту, и все это происходит прямо на поверхности наших зубов.

Зубная эмаль состоит большей частью из минерала под названием гидроксиапатит. Ага! Вот оно снова нам встретилось – то самое вещество, заменяющее фторид в зубной пасте Йонаса. Странно представлять, как он чистит зубы порошком – это не только странно, но и не особо эффективно против кариеса. Это становится ясно, если понять, что собственно такое кариес: гидроксиапатит зубной эмали не переносит кислот, потому что они его растворяют. Правда, делают это очень медленно – со скоростью образования дырок в зубах, но и это уже достаточно скверно.

Однако превращенный в кислоты сахар – не единственная проблема, ведь многие продукты питания изначально содержат кислоту. Апельсиновый сок, например. Сахар плюс кислота – еще хуже для зубов. Кофе тоже кислый. Поэтому в моей пасте есть фторид. С ним я могу тормозить разрушение зубной эмали!

В предыдущей главе мы узнали, что фториды – это отрицательно заряженные ионы, то есть анионы. В нашем зубном минерале тоже есть анионы – так называемые гидроксид-ионы. Но фторид мелкий и почти всюду проникает, в том числе в зубную эмаль. Попадая в нее во время чистки зубов, он вышвыривает оттуда гидроксид-ионы. Звучит агрессивно, но это и хорошо. Потому что в результате такого обмена на поверхности зубов образуется тончайший слой более прочного, стабильного минерала, зовущегося фторапатитом, и этому слою кислоты уже мало чем могут повредить. Кстати, у акул зубы почти на 100 % состоят из фторапатита, поэтому они особо прочные, а укус – особенно болезненный.

А как же действует зубная паста Йонаса, которая без фторидов? Если коротко – не очень хорошо. Фторид в ней заменен на гидроксиапатит, то есть на минерал зубной эмали. Если эмаль будет разрушаться, просто добавим чуток гидроксиапатита – вот в чем задумка. Но защищающая от кислотного налета пленка в таком случае образоваться не сможет. Кариес доволен, Кристина в отчаянии, а Йонас считает, что фториды обызвествляют шишковидную железу.

Но кариес кариесом, а фторид-то все-таки токсичен?

Как говорил Парацельс – сейчас последует одно очень важное высказывание, – «яд определяет доза». (Цитирую буквально: «Все есть яд, и ничто не лишено ядовитости; одна лишь доза делает яд незаметным».)

Большим количеством фторида вполне можно отравиться; средняя опасная доза для взрослых составляет несколько граммов. Только мне в голову не приходит ни один сценарий, когда человек может столкнуться с таким количеством фторида (химическая лаборатория не в счет). Даже если на спор есть зубную пасту, человека просто вырвало бы, прежде чем он успел бы потребить смертельную дозу вещества. Однако за продолжительное время может накопиться сверхдоза, в результате возникает риск скелетного флюороза, а с ним кости становятся ломкими. Так, производство стали или керамики связано со фторидсодержащими веществами, и в худшем случае работающие на таких предприятиях вдыхают их на протяжении долгих лет. В некоторых регионах с неблагополучной экологией значительное количество фторида может содержать вода, и люди пьют ее долгие годы. По данным некоторых исследований, такое наблюдается в Мехико и некоторых регионах Китая. К счастью, в Германии содержание фторида в питьевой воде очень далеко от предельно допустимых значений (подробнее об этом – в главе 10).

А что же с чисткой зубов фторсодержащей пастой? Доза фторида в пасте тщательно выверена и составляет действенную, но абсолютно не критичную концентрацию. На моем тюбике написано «1450 ppm F-», что означает: примерно каждая семисотая частица в пасте является фторид-ионом. Больше и не требуется; для защиты от кариеса достаточно нескольких фторид-ионов на поверхности зуба. Замечу, что такая же концентрация в питьевой воде считалась бы превышенной, но ее всегда следует рассматривать в контексте. В случае с чисткой зубов речь идет о местном применении, и используемое количество зубной пасты предсказуемо невелико, причем большую ее часть человек выплевывает (взрослый, конечно). Дети, как мы знаем, тянут в рот что попало. Мой брат, например, любил есть песок, когда родители не видели. Поскольку зубную пасту есть все же не следует, а за детьми не всегда уследишь, детские зубные пасты[9] содержат меньше фторида.

Кроме того, так называемому флюорозу больше подвержены дети, у которых зубы только режутся. Флюороз зубов проявляется пятнами на зубной эмали, в лучшем случае белыми, менее привлекательны варианты темнее – от желтых до коричневых.

* * *

Давайте подытожим: в концентрациях, допустимых в зубных пастах, фторид хорошо действует против кариеса, при больших концентрациях возникает опасность флюороза, но страхи Йонаса перед обызвествлением эпифиза вообще из другой оперы. На удивление, подобные страхи широко распространены. Это один из тех странных интернет– феноменов, когда пользователи начинают активно смаковать и всячески подстегивать научно не обоснованные опасения на интернет-форумах и в группах «Фейсбука». Если погуглить, вываливается всякое типа «Фториды обызвествляют эпифиз!», «Фториды обызвествляют мозг!», «Фториды отупляют!». Иногда даются ссылки на научные исследования, но если внимательно прочитать, что там по ссылке, причин для тревоги не обнаруживается. Да, научные исследования – это солидный источник аргументов, но они теряют достоверность, когда ими начинают сыпать дилетанты. Научные публикации адресованы профессионалам, а не случайным читателям; они служат коммуникации в среде экспертов, обеспечивая обмен научными данными исключительно на профессиональном уровне. Если научную публикацию соответствующим образом не переработает журналист, профессионально занимающийся наукой, велика опасность, что она будет неправильно понята дилетантами или даже станет почвой для злоупотреблений.

Если внимательно и корректно вникнуть в тему, выходит, что опасения, будто зубная паста может обызвествлять эпифиз, базируются на немногочисленных и в высшей степени сомнительных исследованиях. Основным источником опасений, вероятно, служит одно длительное исследование, проводившееся среди беременных в Мехико. В этом городе высокая концентрация фторида в питьевой воде и воздухе сопровождается многочисленными загрязнениями окружающей среды, в том числе высоким содержанием свинца. Позднее у детей установили несколько пониженный уровень IQ, но там были существенные отклонения в статистических показателях. Следовало бы продолжить эксперименты и только потом публиковать обоснованные предположения. Так что, учитывая в первую очередь общую ситуацию с сильно загрязненной окружающей средой в Мехико, полученные в этом исследовании результаты нельзя отнести ни конкретно к фториду (не говоря уже о фторидах в зубной пасте), ни к любой другой стране. И все же данные этой работы с завидным постоянством курсировали в масс-медиа с заголовками типа «Фториды оболванивают детей в утробе матери». Это не имеет ничего общего с профессиональной научной журналистикой.

Снова виброзвонок – пришло сообщение:

«И вот еще что вдобавок: Йонас уже три года не был у зубного врача и не помнит, когда у него была последняя дырка», – пишет Кристина, завершая сообщение негодующим эмодзи.

Не смогла сдержаться и рассмеялась, потому что буквально воочию увидела, как она сейчас раздражена. Ну если у Йонаса не бывает кариеса, он, пожалуй, мог бы спокойно оставить себе свою зубную пасту. Кристину же бесит его благодушное неведение. Все люди по-разному предрасположены к кариесу. Я-то точно не откажусь от фторидов, иначе у меня в зубах тут же образуются дырки. У других же может быть просто другой налет, которому хватает пасты, нейтрализующей главным образом показатель рН. Ведь наряду с фторидами зубная паста содержит и другие важные составляющие. Например, ПАВ[10], или, попросту говоря, мыло (об этом – чуть ниже). Кроме того, есть мелкие абразивные частички, как в скрабе, – ведь желательно избавиться от всяких остатков еды. Если вы обходитесь без фторида и кальция – это ваше дело. Но если вас донимают и кариес, и страхи, связанные со фторидом, начните пользоваться нормальной, фторсодержащей зубной пастой.

* * *

Прополоскав рот, я становлюсь под душ. Подумалось, как невыносимо воняли бы люди, если бы не мылись так часто. Выражение «воняет, как от зверя» было бы здесь, вероятно, даже лишним. Впрочем, если бы не вонь, значение мытья тела несколько преувеличено, по крайней мере с той частотой, которая принята в современном обществе. Вы будете удивлены, но душ может даже навредить. Почему? Тут нужно лучше познакомиться как с нашей кожей, так и с гелем для душа.

Как и зубы, кожа густо населена разнообразными микроорганизмами. Насколько может быть неприятна мысль, что в каждый момент времени по нам ползают бактерии и всякое такое, настолько наш микробиом, как правило, безобиден и даже полезен. Кожу и ее обитателей можно назвать единой, хорошо сбалансированной экосистемой.

Есть, однако, и нежелательные микроорганизмы, такие как возбудители болезней, с которыми мы вступаем в контакт в первую очередь через руки. И пусть наша кожа их через себя не пропустит, но когда мы, например, трем глаза или дотрагиваемся до еды, возбудители все же проникают в организм. Поэтому важно мыть руки с мылом, и вот мы подходим, возможно, к самой важной химии ванной комнаты – ПАВам.

Выше я уже упоминала, что они содержатся в зубной пасте, но классический ПАВ – это разные виды мыла: для рук или шампунь. Мытье просто водой, без мылящих субстанций, было бы далеко не столь действенным, потому что наша кожа довольно гидрофобна, что дословно можно перевести как «не любит воду». Клеточные мембраны кожных клеток, как и пространства между ними, строятся из гидрофобных молекул. Гидрофобные вещества не смешиваются с водой и не растворяются в ней. Масла и жиры тоже гидрофобны. Поэтому вместо «гидрофобные» можно сказать и липофильные, то есть «любящие жиры». Делая заправку для салата из уксуса и масла, вы видите, что вода и масло не смешиваются; образуется граница. Молекулы воды и масла не желают иметь ничего общего, взаимно отталкивают друг друга и предпочитают оставаться со своими.

Противоположность гидрофобности называется гидрофильностью, гидрофильный – значит «любящий воду». Скажем, спирт – это гидрофильная жидкость, поэтому хорошо смешивается с водой (и это хорошо, иначе мы не могли бы пить алкогольные напитки). Молекулы этанола и воды хорошо понимают друг друга. Они взаимодействуют, притягивая друг друга. Сахар и пищевая соль тоже гидрофильные вещества, поэтому так хорошо растворяются в воде – не в масле опять-таки.

В принципе, любое вещество можно причислить либо к гидрофилам, либо к гидрофобам, вот только границы между ними расплывчатые. Наша кожа скорее гидрофобна. Так она лучше защищает нас, ну и мы же не хотим, чтобы она растворялась под дождем или душем. Это также означает, что кожа не очень хорошо взаимодействует с водой. Плюс ко всему в порах кожи образуется не только пот, но и сало, то есть жир – гидрофобное вещество. И у бактерий тоже есть «кожа» – клеточная мембрана, она тоже гидрофобна. А поскольку сало и бактерии предпочитают не связываться с водой, их относительно мало заботит, если она будет литься на них сверху. Если кто-нибудь из вас пытался когда-либо удалить жировое пятно с одежды водой, он понял, о чем я говорю.

Мыло, то есть ПАВы, люди открыли для себя тысячи лет назад. Эти магические вещества амфифильны, то есть любят и то и другое; в их молекулах соединены гидрофобные и гидрофильные свойства. Такие молекулы традиционно продолговатой формы и состоят из двух частей: длинного гидрофобного хвоста и гидрофильной головы. По внешнему виду их часто сравнивают с булавкой, где иголка – это гидрофобная часть, а головка – гидрофильная.

Когда ПАВы бросают в воду, с ними происходят удивительные вещи: молекулы сами формируются в геометрические структуры. К этому их приводит гидрофобность хвостов: они знать не желают о воде, потому выстраиваются так, чтобы как можно меньше контактировать с ней. В результате образуются так называемые мицеллы – все гидрофобные хвосты смотрят внутрь, а гидрофильные головки наружу – туда, где вода. Мицеллы могут быть шарообразными, иметь форму палочек или червячков.

Также мицеллы склонны располагаться на границах поверхностей; это свойство называют «быть поверхностно-активным». Если в один стакан налить растительное масло и мыльный раствор, бо́льшая часть ПАВов расположится на границе между водой и маслом, причем таким образом, что гидрофильные головки будут смотреть в воду, а гидрофобные хвосты – в масло. То же самое происходит и на границе «вода – воздух». Воздух хоть и не гидрофобная среда на самом деле, но главное не вода, – думают гидрофобные хвосты и разворачиваются к воздуху, прямо как в детской песенке «Все мои утята» (ну да, «головушки в воду, хвостики кверху»!)[11].

Вот вам объяснение пенных ванн и мыльных пузырей. Мыльный пузырь, хоть и очень хрупкий, на самом деле на удивление стабильный, если подумать о том, что это полый шар из воды, и если учитывать, какое натяжение он испытывает. Поначалу это может показаться странным. Как жидкость может натягиваться? А так же, как пластмассовая линейка, когда вы ее сгибаете, так и вода под напряжением, когда, например, из нее пытаются выдуть пузырь. Мы говорим о так называемом поверхностном натяжении воды, с которым познакомимся ближе в главе 10.

А пока представим себе, что на поверхности воды действуют силы, делающие ее чуть ли не твердой. Но теперь ее поверхность занимают ПАВы, делая подвижнее и эластичнее, если хотите. Из твердой пластмассовой линейки получается более мягкая, ее легче согнуть, не опасаясь сломать. Таким образом, ПАВы уменьшают поверхностное натяжение воды. Из-за этого вода деформируется в мыльные пузыри или в совсем мелкие, сильно изогнутые пузырьки, без которых пенные ванны были бы немыслимы.

Поскольку ПАВы амфифильны, то есть любят и то и другое, они выступают превосходным посредником между гидрофильными (вода) и гидрофобными веществами, такими как сало, грязь или бактерии. Когда мы моемся мыльным раствором, находящиеся в коже гидрофобные вещества могут включаться внутрь мицелл, а затем смываться водой. По тому же принципу действуют средства для стирки, бытовые моющие средства и зубные пасты. Вот так заурядно просто и при этом гениально.

Как же производят эти гениальные мини-булавки?

В давние времена мыло варили из масел и жиров с добавлением растительной золы. Лежащая в основе химическая реакция называется – понятное дело! – омылением. Исходное вещество – всегда жир. Жиры и масла в химии называются триглицеридами[12], что означает: молекула жира – это соединение трех жирных кислот. Образование мыла определяют именно жирные кислоты, потому что они состоят из длинного гидрофобного хвоста и подвешенной на его конце кислотной группы, представляющей собой превосходную гидрофильную головку. Форма булавки тем самым как бы предопределена. Однако кислотные группы внутри триглицеридов соединены таким образом, что взаимодействие с водой невозможно. Так, жир или триглицерид можно представить себе как три булавки, связанные друг с другом через головки. Высвободить кислотные головки из этой связки можно, если ввести в игру щелочной реагирующий компонент. Зола растений содержит калийные щелочные соли, а кислоты и щелочи реагируют между собой на раз-два.

Если жир с калийными солями разогреть, тройственный союз триглицеридов будет разрушен, и мы получим свободные жирные кислоты с омыленными кислотными головками. Это значит, что кислотная группа теперь заряжена отрицательно (наподобие фторид-иона). А заряженные группы прекрасно находят общий язык с водой (почему – выясним в главе 10). Так из жиров получают моющие ПАВы.

Хозяйственное мыло по-прежнему делают по тому же принципу, только сегодня вместо растительной золы или калийных солей используют раствор едкого натра (NaOH). Это сильная щелочь, очень хорошо подходящая для омыления. Реакция срабатывает со всевозможными жирами. В хозяйственном мыле это традиционно дешевые жиры, такие как сало, свиные или костные. Звучит мерзко, но мыло получается безупречное.

Почему я все это рассказываю? А потому, что мне это кажется особенно интересным именно сейчас, когда натуральное мыло стало трендом: мыло из чистого кокосового или оливкового масла или же масла авокадо все больше набирает популярность. Мы переживаем возрождение традиционного рецепта приготовления мыла: чистые жиры омыляются с помощью едкого натра. Новомодное натуральное мыло чаще всего не что иное, как традиционное хозяйственное, только вместо свиного сала в нем приятные масла. И именно натуральное мыло, о котором реклама вещает, будто оно на 100 % на таком-сяком масле, по определению хозяйственное. Его химическое строение и химические свойства в высшей степени сродни хозяйственному мылу из свиного сала. Часто реклама натурального мыла обещает, что оно будет особенно мягко и бережно ухаживать за вашей кожей. Ясное дело, уже сами слова – кокос, оливки, авокадо – обещают мягкость и бережность. Но с химической точки зрения все выглядит совершенно иначе.

Хозяйственное мыло – как традиционных представителей, так и новомодных «натуральных» – объединяет главным образом одно: эффективность. Оно очищает исключительно тщательно, потому что его кислотные головки особенно гидрофильны. Вместе с тем такое мыло агрессивно. Разумеется, не как фтор, но все же ПАВы с высокой моющей способностью могут раздражать и высушивать кожу. Именно по этой причине принимать душ каждый день не рекомендуется. Дело в том, что основательным мытьем мы вмешиваемся в прекрасно сбалансированную «экосистему» кожной флоры, которая вообще-то призвана кожу оберегать. Да и кожное сало образуется не назло нам и не для того, чтобы досаждали прыщи, а для защиты кожи от высыхания. Иссушенная кожа не только зудит, но еще, бывает, и трескается. И тогда она не может оптимально выполнять свою функцию – служить защитным слоем, – поскольку бактерии и возбудители болезней получают возможность через трещины проникать в организм.

Тут, возможно, кто-то заметит: «И все же это лучше, чем “химия”!» Среди фанатов натурального мыла особенно нелюбим один ПАВ – лауретсульфат натрия, или, как часто пишется на упаковках, Natrium Laureth Sulfat. Кому не нравится этот ПАВ, никогда не найдет своего счастья в магазине косметики, поскольку именно он с явным отрывом лидирует в составах шампуней и других косметических продуктов. Это синтетический ПАВ, нечто «химическое» – для некоторых этого достаточно, чтобы предпочесть ему натуральное мыло на чистом оливковом масле. Однако буквы – eth в названии Natrium Laureth Sulfat – именно то, что как раз и делает этот ПАВ средством более мягким, чем хозяйственное мыло, а потому наиболее подходящим для продуктов косметического назначения. Это самое – eth – из слова ether (эфир) – можно представить себе в «булавочной» структуре ПАВа как своего рода переход от головки к хвостику, находящийся где-то на середине шкалы между гидрофильностью и гидрофобностью. Чем длиннее этот переходный участок, тем слабее очищающая способность, зато более щадящее воздействие на кожу. Так что лауретсульфат натрия вовсе не агрессивнее только потому, что создан искусственно. Наоборот, именно в лаборатории обеспечивается возможность производства самых разных вариантов мягких ПАВов, недоступных при производстве простым омылением (их, например, можно применять в шампунях для младенцев).

Мне нравится натуральное мыло, потому что оно экологично, но тем, у кого чувствительная или сухая кожа, лучше пользоваться хозяйственным только для мытья рук. Мне правда жаль, когда синтетические ПАВы – они же «химические», а это слово уже стало ярлыком, несущим негативный смысл, – все, без разбора, огульно причисляются к вредным. И вообще, разделение на натуральное и химическое мыло мне не совсем очевидно. По моему разумению, производство натурального мыла – тоже сплошная химия. Допустим, масло авокадо имеет природное происхождение (спасибо, кстати, «химии», которая предварительно обеспечила определенные процессы в самом растении авокадо), но без едкого натра никакого мыла из него не получится. Кроме того, экологичные ПАВы можно производить и в лаборатории. Однако со словом «органическое» продукция лучше продается. Дискриминацию химии, приписывание ей общего негатива (что абсолютно неоправданно) можно назвать хемофобией. Долой хемофобию!

Проблема, собственно, в хитроумном маркетинге производителей косметики, независимо от того, идет ли речь о «натуральных» или «химических» продуктах. С точки зрения химика, здесь что-то не так. Самый наглядный пример – новый тренд продавать очищающие средства, позиционируя их как мицеллярные: воду, шампунь или салфетки. Эта якобы «новейшая мицеллярная технология» – не что иное, как маркетинговый трюк, поскольку каждый продукт с ПАВами в составе неизбежно содержит мицеллы. Может, кто-нибудь скоро додумается выпустить на рынок мицеллярную зубную пасту. Как наяву это вижу: «Новинка! БЕЗ фторидов! Основано на мицеллярной технологии!»

* * *

Звонок в дверь. Я открываю, входит вспотевший и счастливый Маттиас, и меня охватывает смесь чувства зависти и угрызений совести. Только вчера я получила е-мейл от моего фитнес-клуба, озаглавленный «Никогда не поздно!».

Маттиас читает мои мысли и, усмехаясь, говорит:

– Сидение – это новое курение.

– Ну-у-у-у… – морщусь я и сажусь за письменный стол.

Кстати, вы сейчас удобно сидите? Что ж, возможно, вам следует немедленно встать. Потому что:

• сидение – это новое курение;

• много сидишь – раньше умрешь;

• от гиподинамии умирает вдвое больше людей, чем от сигарет.

По работе мне приходится много бывать в разъездах, и тогда я большей частью в действии, но, работая дома, двигаюсь определенно мало. Особенно сейчас, когда очень увлечена этой книгой, ведь она требует много времени.

Нередко мой рабочий день дома выглядит так: я встаю вместе с Маттиасом, выкатываюсь из постели прямо к компьютеру, чтобы «только быстренько проверить почту». Где-то, как мне кажется, через часок Маттиас возвращается – уже шесть вечера. Я все еще в пижаме и проработала 11 часов. Мне тем более необходимо следить за тем, чтобы больше двигаться. Как-никак, «сидение – это новое курение» – НАУЧНО ДОКАЗАННЫЙ ФАКТ. Так что, дорогие курильщики, отныне наслаждаться вам сигаретой не сидя, а на ходу!

На практике действует такое простое правило: когда что-то «научно доказанное» кажется неадекватным, скорее всего, это на самом деле либо не доказано наукой, либо вполне адекватно. В выражении «сидение – это новое курение» есть большая доля истины, но не без преувеличений. Начнем с плохих новостей – то есть с истин.

Сердечно-сосудистые заболевания, лишний вес, диабет второго типа, рак и депрессии связывают с sedentary lifestyle, как в науке называют сидячий образ жизни. Мне хотелось бы знать, как много сидели наши предки. Они тоже при каждой возможности приседали на камень или на пол? И не само ли собой разумеется, что в какой-то момент люди принялись делать стулья? Или же сидячий образ жизни противоречит биологии и служит опасным следствием нашего культурного развития? Эксперты считают, что скорее последнее.

В статье «Сидение – это новое курение: как у нас дела?» (Sitting is the new smoking: where do we stand?) доктор Бенджамин Бэддли (Benjamin Baddeley) пишет:

«Если бы Землю посетил инопланетянин, его бы немало озадачил наш современный образ жизни, и не в последнюю очередь отношение к физическим нагрузкам. Долгие шесть миллионов лет мы были охотниками и собирателями, а теперь можно наблюдать, как люди расползаются по теплым помещениям; как они под воздействием силы тяжести разваливаются в удобных креслах перед светящимися экранами; как механические лестницы неустанно перемещают их туда-сюда между этажами; и даже как они парят над континентами – в теплых коробочках и тоже сидя. Невероятно, но тех же людей можно потом лицезреть, как они в “свободное время” безо всякой нужды и при любой погоде наматывают круги по улице или же – что еще более странно – отстегивают деньги учреждениям, называемым фитнес-студиями, только затем, чтобы там без устали поднимать и опускать тяжелые предметы или бегать по вращающейся транспортерной ленте, пока не покраснеют и не покроются потом».

Ну да, это я – отстегиваю деньги фитнес-студии и не хожу туда. Этакая особая форма скрытого долевого участия. Наверное, я одна из этих тихих дольщиков, одна из великого множества мертвых душ фитнес-клубов.

Мы на самом деле относимся к существам, которые все чаще становятся жертвами неинфекционных заболеваний – Non-communicable diseases (сокращенно NCD). Это болезни, которые не передаются как инфекции, но все же распространяются до масштабов эпидемий, – хронические, медленно прогрессирующие. Основные категории NCD – сердечно-сосудистые заболевания (инфаркты и инсульты), рак, хронические легочные заболевания и диабет второго типа. Болезни NCD – причина 71 % всех смертельных исходов в мире. По данным ВОЗ, от них ежегодно умирает 15 миллионов человек в возрасте от 30 до 69 лет. Но я пишу это не для того, чтобы испортить вам настроение. Я пишу это, потому что NCD большей частью можно избежать. Важнейшие предотвратимые факторы риска: это курение, злоупотребление алкоголем, нездоровое питание и недостаток движения.

То, что недостаток движения – это плохо, а спорт – хорошо, мы вообще-то давно знаем. И совершенно очевидно, что, когда человек сидит, он мало движется. Но насколько это на самом деле опасно?

В поисках информации достаточно из любопытства погуглить «Сидение – это новое курение», и сразу найдется множество статей. В них, в частности, можно прочитать, что даже регулярные занятия спортом не смогут компенсировать ущерб, наносимый здоровью сидением. (Подумать только, значит, никакой разницы, хожу я на фитнес или нет – при том, что я столько сижу, это так и так гиблое дело!) Пишут, что главное не сидеть подолгу, не делая перерывов. Хотя бы раз в час надо ненадолго встать, а лучше вообще иметь стол для работы стоя, иначе долгим сидением человек якобы сводит на нет всю ту пользу для здоровья, которую с такими усилиями и потом добывал в фитнес-студии или во время пробежки. Под таким углом зрения получается, что сидение – это не только пренебрежение движением, имеющим оздоровительный эффект, но и активный, прямой вред здоровью.

Что стоит за подобными утверждениями?

Я с удовольствием отвечу на этот вопрос, но прежде мы должны согласиться с тем, что обычно наука не дает коротких и в то же время верных ответов. Мы охотно допускаем, что наука оперирует фактами, но это не всегда так. Наука может выдавать точные цифры и данные измерений, но зачастую их настолько сложно интерпретировать, что автоматически обратить цифры и данные в факты невозможно. Скажем, у ученого есть какое-либо предположение, и он в своих экспериментах находит ему подтверждение. Но это вовсе не делает предположение фактом – оно все еще остается предположением, пусть и хорошо обоснованным.

Мы, кроме того, охотно допускаем, что «научно доказанные» утверждения – правда. Однако зачастую «правда» – это лишь сумма всех хорошо обоснованных предположений в настоящий момент. Новые опыты могут приносить новые открытия, ведущие к тому, что все, принимавшееся до сих пор за правду, снова ставится под вопрос. Так что тот, кто хочет мыслить по-научному, должен быть готов не довольствоваться простыми ответами.

Вот вам житейский пример для иллюстрации. Скажем, я приглашаю друзей на ужин. Коллега, назовем его Пауль, впервые у меня в гостях. Я не знаю ни его пристрастия в еде, ни то, сколько он обычно ест. Но по-любому будет мое фирменное ризотто, которое, как правило, пользуется успехом, и гости с удовольствием его съедают. И только Пауль не осиливает свою порцию, хотя ризотто громко расхваливает.

Вопрос: почему Пауль не доел свою порцию?

На ум приходят разные варианты возможных ответов:

Паулю ризотто не понравилось.

Или: Пауль не был голоден.

Или: Пауль вообще много не ест, или он как раз на диете.

Ответ в принципе не может быть очень уж сложным, правда? Ну а теперь спросим-ка ученого, как бы он расценил ситуацию.

Пауль ел меньше других присутствовавших на ужине гостей. Есть вероятность, что либо Пауль ел по количеству ниже среднего статистического уровня, либо другие выше среднего. Пауль был единственным гостем, не опустошившим тарелку. И в прошлом последовательно наблюдалось, что другие гости до конца съедали большие порции того же самого ризотто. Все это вместе дает весомое указание на то, что причина неидентичного поведения по отношению к ризотто – в Пауле.

Малое количество съеденного может иметь разные причины. Одной из них может быть пониженное чувство голода у Пауля, хотя мы еще не можем утверждать, что это для него всегда истинно. Существует вероятность, что Пауль несколько больше обычного съел на обед или в принципе немного ест на ужин.

Еще одна возможная причина может заключаться во вкусовых предпочтениях Пауля. Возможно, ему было невкусно. Это может быть из-за неприятия им ризотто вообще или из-за индивидуального неприятия именно такого ризотто, которое готовит Май. Этому противоречат словесные высказывания Пауля, свидетельствующие о приятных вкусовых ощущениях. Однако в прошлом неоднократно наблюдалось, что подобные высказывания не обязательно соответствуют истине, а могут служить исключительно укреплению социальной связи с хозяйкой дома либо соблюдению прочих социальных норм этикета. Поскольку на настоящий момент у нас нет данных ни о привычном режиме питания Пауля, ни о формах его социального поведения, эту вероятность можно принять во внимание с определенной осторожностью.

Возможна также комбинация из различных причин, хотя пока мы не можем количественно оценить влияние разных факторов.

Могут понадобиться дальнейшие исследования.

Вы еще тут, со мной? Или мозг уже отключился? Если вы раньше никогда не читали научных публикаций, теперь имеете представление – они ИМЕННО ТАКИЕ. Клянусь, я не утрирую. Газетные же статьи на научные темы читаются, как правило, не так сухо – разумеется, благодаря мастерству специализирующихся на науке журналистов. Однако и в них встречаются неправильные или сильно упрощенные интерпретации результатов научных исследований.

Проблема в том, что на основании газетной статьи мы едва ли сможем проверить изначальные результаты опытов. Можно, конечно, поднять оригинальный вариант исследования. Но только представьте: если в трактате о Пауле и ризотто каждое четвертое слово – термин, каковы же реальные научные публикации?! Они недоступны пониманию неподготовленных, поскольку написаны на другом языке – профессиональном. И в них такая доскональная, рафинированная тарабарщина, что вычленить из нее ключевую мысль чертовски трудно. Мне кажется, трактат о Пауле и ризотто написан все же понятным языком. И то, смогли бы вы сейчас кратко обобщить взаимосвязи между Паулем и ризотто? Не так просто, верно?

Этот пример демонстрирует, насколько важно медийное посредничество при доведении науки до массового сознания; тот, кто берется самостоятельно штудировать научные исследования, часто в них застревает. Не говоря уже о том, что многие исследования широкой публике вообще не доступны, разве только за плату. Поэтому так важна хорошая научная журналистика.

Вот только не каждый журналист знает, что мы любим простые ответы. И простые заголовки. Еще лучше – простые и эффектные! Так рождаются заголовки типа «Сидение – это новое курение» или «Пауль не переносит, как готовит Май».

Однако вопрос о курении с сидением вызвал такую громкую шумиху в массмедиа во всем мире, что само освещение темы стало предметом научного исследования. Австралийские ученые, занимающиеся вопросами коммуникации, проанализировали около 50 газетных статей (опубликованных как в бумажных СМИ, так и онлайн), в которых говорилось об опасностях сидения. Получились очень интересные результаты.

Во-первых, примерно в трети статей утверждалось, что долгое сидение настолько вредно, что нивелирует все оздоровительные эффекты от спорта и оправдывает эпитет «новое курение». Но так ли это на самом деле? Ответ: нет! Если вы в панике уже успели вскочить с насиженного места, можете снова сесть. На самом деле существует достаточно научных подтверждений тому, что спорт и движение вполне компенсируют негативные последствия сидения. Тем, кто очень много сидит, статьи рекомендуют от одного до полутора часов в день проводить на ногах. Но есть ли разница, двигаюсь я понемногу каждый день или же выполняю всю обязательную спортивную программу раз в неделю? А так называемые Weekend Warriors – «воины по выходным», – то есть те, кто практикует спорт лишь два-три дня в неделю (ох уж это «лишь»… меня все больше грызет совесть, пока я это пишу…), могут таким же образом уравновешивать долгое сидение?

Представлять сидение как активный ущерб здоровью опасно. Найдутся те, кто только от одного заголовка «Сидение – это новое курение» со страху снова достанут кроссовки. Это те, кто после рождественских праздников спешат в фитнес-клубы, глубоко мотивированные согнать съеденные за праздники сладости и рождественского гуся. Я скорее принадлежу к людям, которых это демотивирует, и думаю про себя: «Теперь мне не надо ходить в фитнес-клуб, все равно уже никакого смысла».

По науке получается, что сидение следовало бы воспринимать как недооцененный риск. Когда мы думаем о движении и спорте, всегда следует включать в уравнение длительное сидение. Вот только меньше сидеть отнюдь не проще, чем больше заниматься спортом, наука это тоже доказала. А если внимательно посмотреть исследование о «воинах по выходным», сидение следует сократить аж на несколько часов в день, чтобы добиться эффекта, сравнимого с вариантом спорта по два-три раза в неделю. Если же хотите определиться между меньше сидеть, ежедневной прогулкой или интенсивным спортом раз в неделю, нужно задать себе вопрос: какого из вариантов я скорее всего смогу придерживаться?

Здесь то же, что с диетами: действенная диета – это та, которую я выдержу. И тогда, мне кажется, можно намного конструктивнее истолковывать все эти научные выводы, поскольку в нашем плане двигательной активности появляется пункт «меньше сидеть!». Вот только заголовок «Меньше сидеть – это новый спорт», конечно же, не столь броский, как «Сидение – это новое курение».

Во-вторых, в каждой четвертой статье утверждалось, что люди, проводящие рабочие дни в офисах, особенно подвержены опасности.

Ясное дело – офисные работники много сидят. Но, посмотрев статистику, можно найти кое-что интересное: сидение может быть разным. Сидящие в офисах ведут более здоровый образ жизни, чем те, кто просиживает перед телевизором. Значит ли это, что в офисе я могу сидеть, не испытывая угрызений совести, но телевизор должна смотреть стоя?

Это прекрасно демонстрирует, что одни только цифры – это еще не рационально осмысленный факт. Давайте объясню, откуда взялась эта увязка: работающий в офисе вероятнее имеет более высокий социально-экономический статус, определенный уровень образования и может позволить себе определенные жизненные стандарты. Эти факторы вообще благоприятствуют лучшему физическому и душевному здоровью. Таким образом, с точки зрения статистики чем человек богаче – тем здоровее.

А вот у тех, кто злоупотребляет телепотребительством, по статистике, напротив, социальный статус и уровень образования ниже, и эту категорию характеризует высокий уровень безработицы. Эти факторы, в свою очередь, коррелируют с худшим состоянием душевного и физического здоровья, в частности с менее здоровым режимом питания. Вот, скажем, человек, который много смотрит телевизор, чаще подвергается воздействию рекламы вредных для здоровья продуктов питания.

Видите, насколько запутанным становится дело. Выяснить, сколько человек сидят перед телевизором, а сколько – в офисе, относительно просто. Но вывести из этих данных формулу влияния сидения на здоровье практически невозможно. Иными словами, только то, что слишком долгое сидение перед телевизором увязывается с высоким риском NCD, еще не означает автоматически, что в этом сложном уравнении опасность представляет именно сидение.

Но одно можно сказать наверняка: неинфекционные болезни сильно взаимосвязаны с социально-экономическим статусом. Если посмотреть в международном масштабе, 80 % NCD приходятся на страны с более низкими доходами. Таким образом, типичный офисный планктон – в глобальном масштабе – не самая большая жертва. Впрочем, вполне объяснимо, почему массмедиа делают упор на сидении в офисах: целевую группу их публикаций составляют работающие клерки. И вполне вероятно, что они как раз сидят в своих офисных креслах, когда читают о том, что они в этот момент якобы не сидят, а курят.

В-третьих, более 90 % статей содержат утверждение, что каждый сам в ответе за то, сколько двигается.

Разве это не так? Я вот тоже выше писала, что NCD можно избежать, поскольку основные факторы риска в наших руках. На этом месте я срочно должна развить эту мысль, чтобы не повторять ошибки, допускаемой в большинстве статей на эту тему.

Разумеется, именно я привожу свои мышцы в движение, и никто другой. Но существует множество внешних факторов, оказывающих влияние на мою силу воли. Вот, скажем, я пользуюсь тем преимуществом, что материальное положение позволяет мне платить за фитнес-клуб (я настолько состоятельна, что уплаченные членские взносы – еще не достаточная для меня мотивация, чтобы пойти на фитнес). Кроме того, я работаю автономно, то есть у меня нет начальника или коллег, которые косо смотрели бы, если бы я каждый час вставала проделать несколько вольных упражнений. Насколько могу судить, я обладаю душевным здоровьем, что позволяет мне заботиться о своем здоровье физическом. И так далее, и тому подобное.

«Просто больше двигаться»… Легко сказать, но трудно сделать, причем некоторым труднее, чем другим. То, что 80 % NCD обнаруживаются в странах с низкими доходами, зависит не только от людской силы воли, а в большей степени от социально-экономического статуса и тех многочисленных сложных взаимосвязей, которые с ним крепко соединены.

Возможность победить NCD зависит от многих ключевых факторов. Начиная с образования и уровня осведомленности вплоть до обеспечивающих движение конкретных мероприятий, которые работодатель может интегрировать в рабочие будни, – будь то столы с регулировкой высоты или перерывы для разминки.

* * *

Что из всего этого я вынесу для себя? Думаю, я успокоюсь, что у меня не так часто получается с фитнесом, по крайней мере пока эта книга еще не дописана. Вместо фитнеса я, пожалуй, буду каждый час вставать со стула и делать, скажем, 20 каких-нибудь легких упражнений. Или гулять по вечерам. Или и то и другое.

Что вы возьмете из результатов научных исследований, решать вам самим. Главное, что всем нам следует быть готовыми не удовлетворяться короткими ответами, а рассматривать любую тему под разными углами – и чем их больше, тем лучше. Потому что правильное решение можно принять только при условии очень хорошего понимания темы.

Так что теперь я сделаю паузу для физической разминки.

Ну, кто со мной?

«А чем ты еще занимаешься? Помимо YouTube?» Большинство моих знакомых полагает, что помимо канала на YouTube я должна делать что-то еще. Конечно, кое-чем я занимаюсь, но только потому, что такая уж помешанная. Еженедельного научного видеоролика вполне хватало бы на полную рабочую неделю, скучать бы не пришлось. Во-первых, нужно снять видео и смонтировать его – это очевидно. Но ровно столько же времени, а часто и намного больше уходит на поиск материалов и сценарий. Прежде, когда у меня дома еще не было оптоволоконной связи, один день в неделю полностью уходил на передачу данных. Ведь когда работаешь с видеофайлами, скапливается по несколько гигабайт, и если интернет не очень шустрый, быстрее будет послать карту памяти почтой.

Сейчас я как раз закончила монтаж, теперь видео надо загрузить. Мои видеоролики выставляются онлайн по четвергам в 6:30 утра, но я могу загружать их заранее, установив соответствующее время публикации. Иногда ролик бывает готов всего за несколько часов до этого, то есть глубокой ночью. Вот как выходит, если параллельно с YouTube заниматься чем-то еще.

В моих роликах иногда можно видеть стол, за которым я работаю, – естественно, в идеальном порядке. Но это лишь фасад, поскольку периодически он приходит в состояние полнейшего хаоса. При этом я в принципе собранный человек. В некоторых сферах жизни я суперорганизованна. Например, в том, что касается моего календаря, электронной почты и вообще всего, что можно упорядочивать в электронном виде. Но в аналоговом мире – за исключением, пожалуй, платяного шкафа, где мои вещи даже рассортированы по цветам, – поддерживать порядок мне стоит немалых усилий. Особенно с тех пор как я работаю из дома, где беспорядок на моем столе никому не мешает и периодически разрастается до состояния хаоса. Я люблю принимать гостей, но без предупреждения лучше не приходить, иначе меня можно застать в одной из хаотических фаз, а это дозволено видеть только самым близким друзьям.

Вот только почему беспорядок неприятен, даже если он небольшой? Не вижу никакой логической причины, почему за него должно быть неловко. Говорят, тот, кто не поддерживает порядок на рабочем столе, не держит свою жизнь под контролем, или что-то вроде того. Мне это не очевидно. Если бы хаос мешал работе, я, конечно же, взяла бы себя в руки, потому что мало что я так не люблю, как неэффективный труд. Я всегда знаю, где что лежит. А как только замечаю, что теряю время при поиске вещей, берусь за уборку – значит, настало время. И только выигрываю от этого, потому что в сумме трачу на уборку меньше времени. Логично же. Я не хаотична, а просто прагматична!

Впрочем, должна допустить, что порядок, похоже, – это некая человеческая потребность. Порядок и то, как человек себя ведет, идут рука об руку, и на этот счет есть некоторые научные доказательства. Один только запах цитрусовых от средств для уборки может способствовать более корректному поведению человека. Такое наблюдение сделала психолог Кати Лильенквист. Она собрала две группы тестируемых и поместила их в идентично обставленные комнаты, только в одной запах был нейтральный, а в другой распылили средство с ароматом цитруса. Для обеих групп инсценировали простую игру, и вот что любопытно: участники эксперимента из комнаты с ароматом цитрусов вели себя честнее и великодушнее и в рамках игры чаще были готовы делать пожертвования благотворительной организации. Связано ли это с ассоциацией с чистотой или сам запах цитрусовых имеет магическое воздействие?

Еще через два года психолог Катлин Фос решила копнуть глубже и поместила тестовые группы в прибранную и неубранную комнаты. Обе группы выполняли разные, не связанные между собой задачи и отвечали на вопросы анкеты, в которой, в частности, содержался призыв сделать пожертвование. Как и в тесте с очистительным средством, моральный дух был выше там, где порядок: участники, находившиеся в прибранной комнате, были готовы жертвовать более крупные суммы. Под конец эксперимента участникам предложили маленький перекус – они могли выбрать между яблоком и какой-либо сладостью. Те, кто провел время в прибранной комнате, чаще выбирали яблоко, а «плюшкины» чаще предпочитали нездоровый перекус. Кажется, людям, нужен порядок и организация, чтобы вести себя лучше.

Мне нравится рассказывать о психологических исследованиях – чаще это интереснее, чем, например, химические опыты. Но, увы, я всегда задаюсь вопросом, насколько воспроизводимы эти исследования. Воспроизводимость означает: приду ли я к тому же результату, если проведу исследование еще раз теми же методами, но с другими участниками эксперимента? Ответ, к сожалению, – не всегда. А если посмотреть на это менее оптимистично, можно даже сказать – нечасто.

В 2015 году был опубликован проект, в котором для большого теста объединились 270 ученых. Они взяли 98 уже опубликованных исследований в области психологии и повторили их. Лишь меньше половины повторений дали те же результаты, что и оригинальные исследования. Очень отрезвляюще, и это мягко сказано. В чем же причина? И вообще, как такое может быть, черт побери?

Все дело в научных методах, то есть в том, как собираются и оцениваются данные. Если вы интересуетесь наукой, возьмите на заметку следующее: научные результаты мало о чем скажут, если вы не поймете, каким путем они были получены.

Давайте копнем немного глубже. Представьте, что вы разработали новый медикамент и хотите клинически проверить его эффективность. В этом случае золотым стандартом в плане методики будет рандомизированное контролируемое испытание (сокращенно РКИ, английский вариант Randomised Controlled Trial, RCT). Ужасно громоздкий термин. Но с ним стоит разобраться главным образом на случай, если интернет подкинет вам какую-нибудь статью, навязчиво предлагающую ознакомиться с результатами нового исследования. «Тест на РКИ» поможет лучше разобраться с этими самыми результатами.

Давайте ненадолго расчленим термин «рандомизированное контролируемое испытание». Что такое испытание, должно быть в принципе ясно. Но чем одно испытание отличается от другого, прояснится, когда мы разберемся с обоими прилагательными.

Начнем с «контролируемого» и для этого вернемся к медикаменту, который вы разработали в теории и теперь хотите протестировать. Пусть это, потехи ради, будет, скажем, лекарство от прокрастинации – от латинского «откладывание на завтра», то есть от дурной привычки откладывать важные задачи на потом и выполнять их лишь в самый последний момент. (Такого лекарства нет, но если вы его изобретете – ох как разбогатеете.) Каков будет ваш следующий шаг?

После тщательных лабораторных исследований на клетках и животных наступит черед клинических испытаний лекарства. Медикамент дадут людям (чем большему количеству человек, тем лучше) и будут наблюдать, становятся ли они продуктивнее и меньше ли дел откладывают на потом. Но только и этого еще мало – непременно понадобится так называемое контрольное испытание. Его нужно будет провести с контрольной группой участников тестирования, которая вместо вашего медикамента получит плацебо, то есть псевдотаблетку без действующего вещества. И можно побиться об заклад, что в среднем благодаря эффекту плацебо контрольная группа тоже станет продуктивнее и будет меньше прокрастинировать. Ведь когда человек знает (или верит), что принимает лекарство, и ожидает определенного эффекта, очень часто можно наблюдать self-fulfilling prophecy (англ. самоисполняющееся пророчество) – происходит то, чего человек ожидает.

Следовательно, ваше лекарство может считаться эффективным, только если вызовет у участников тестовой группы значительное повышение продуктивности – выше, чем плацебо в контрольной группе. Без такого контроля научной ценности оно не имеет.

Кстати, пример с «антипрокрастинином» я выбрала именно потому, что на нем проще объяснить, почему эффект плацебо может сыграть большую роль. Мотивация к продуктивной деятельности – это в конечном счете нечто из области психологии, нечто, что человек способен выдумать. (Почему воображение, как и все в нашей психике, биологично, мы рассмотрим в главе 7.) Но в медицине плацебо-эффект практически всегда играет роль, даже в отношении таких средств, как обезболивающие, лекарства от аллергии, гипертонии и так далее. Вообще-то следовало бы всегда носить с собой коробочку с таблетками плацебо, чтобы при случае делиться ими с друзьями. Пожаловался кто-то на головную боль, а ты вынимаешь таблеточку со словами:

– О, смотри, у меня случайно с собой таблетки от головной боли!

В прочих случаях тоже сойдет:

– Глянь, у меня случайно есть кое-что от боли в животе. Или:

– А у меня с собой растительное успокоительное средство – попробуй, хорошо действует.

С другой стороны, есть еще эффект ноцебо – негативный брат плацебо. Ожидание нежелательного побочного действия тоже может стать самоисполняющимся пророчеством. Периодически случается, что участники покидают клинические исследования из-за побочных воздействий, не ведая, что были в группе плацебо и действующего вещества не получали, то есть никаких побочных эффектов у них быть не должно. Примером может послужить безобидный укол физраствора (знаю, в самом сочетании слов «безобидный» и «укол» для некоторых уже содержится противоречие). Такой укол безопасен для людей с аллергией на пищевые продукты, и все же у некоторых даже шприц плацебо без аллергенов вызывает самую настоящую аллергическую реакцию.

Теперь, памятуя об эффектах плацебо и ноцебо, будет разумно не только разбить участников испытаний на тестовые и контрольные группы, но и важно, чтобы сами участники не знали, к какой из групп они относятся. Более того, этого не должны знать даже исследователи, которые проводят испытания и обрабатывают данные. Ведь ученый, разумеется, тоже человек, и его личные ожидания могут повлиять на оценку данных, так сказать, застить глаза в ущерб объективности, умышленно или подсознательно. Так что мы, ученые, сами себе не доверяем, и это хорошо. Такой метод называют слепым, а испытание, в котором участники и ученые пребывают в неведении, называется двойным слепым исследованием. Завесу можно снять только после обработки данных.

Таким образом, контрольное – а в идеале двойное слепое – это критерий качества клинического исследования. Теперь перейдем к рандомизированному. Когда однажды в своем видео я упомянула контролируемое рандомизированное исследование, некоторые зрители попытались найти в этом слове перевод английского слова random, что означает «случайный». Но рандомизированный – не значит случайный. Рандомизация – это скорее сознательное форсирование случайности. Что я имею в виду? Давайте снова обратимся к нашему «антипрокрастинину». Тестируя его действенность, разумеется, мы хотим, чтобы она была. Отсюда риск, что сознательно или неосознанно мы могли бы разбивать участников на тестовые и контрольные группы в свою пользу. Скажем, я могла бы распределить участников, которые изначально более продуктивны и меньше прокрастинируют, в тестовую группу, а менее продуктивных – в контрольную. И таким образом я сфальсифицировала бы результаты. Во избежание подобных случаев участников исследования рандомизируют, то есть группы формирует специальная компьютерная программа на основе случайной выборки, и тогда как ученый я не могу влиять на этот процесс.

Теперь, надеюсь, вы понимаете, почему РКИ – то есть рандомизированное контролируемое испытание – служит золотым стандартом для клинических исследований. Но взаимозависимости, особенно в медицине, бывают настолько сложны и многоплановы, что даже самыми лучшими методами при всей тщательности в проведении экспериментов простого ответа автоматически все равно не получить (вспомните главу 4). Даже в самых золотых рандомизированных и контролируемых испытаниях случаются невоспроизводимые результаты.

Больше всего проблем с воспроизводимостью наблюдается в исследованиях в области психологии. Не потому, что психологи плохо делают свою работу, а потому, что методы в психологии не столь надежны, как, например, РКИ. Так, психологические исследования часто базируются на опросниках, то есть на мнениях участников. Насколько можно им доверять?

На этот вопрос вы сможете ответить сами, представив себя на их месте. Но пока не существует лучшего метода, чтобы узнать, что ощущает человек, чем спросить его об этом. Обстоятельная беседа с экспертом, профессионально оценивающим участника, тоже чревата ошибками, потому что качественную оценку никак не приравнять к физическим замерам, дающим числовое значение. Воспроизводимость таких экспериментов страдает, ясное дело. К тому же статистическая достоверность проявляется, только достигая определенного количества участников. В хорошем исследовании их должно быть как можно больше. И нужно искать методы, осуществимые в большом масштабе и в то же время воспроизводимые. Ученые, как бы добросовестно и корректно ни делали свою работу, все же не застрахованы от ошибок, поскольку они заложены в самой сути методов. Поэтому я не устану повторять: разбираясь с научными выводами, обращайте внимание на методы. Задавайтесь вопросом: как именно ученые пришли к тому или иному заключению? Одни только данные могут вводить в заблуждение. Не хочу этим сказать, что любое психологическое исследование – чушь. И вполне дозволительно радоваться выводам типа «Очиститель с ароматом цитруса делает нас порядочными», пока вы относитесь к этому критически. Адекватной реакцией было бы «надо же, как интересно», а не «надо срочно обработать всю детскую комнату очистителем с цитрусовым запахом!».

[13]

К сожалению, многие неверно понимают науку, спеша применять научные результаты на практике. С идеей о том, что «в условиях порядка мы высокоморальны», перекликается так называемая теория разбитых окон, используемая в профилактике правонарушений. Согласно ей, следует жестко препятствовать небольшим нарушениям общественного порядка, таким, например, как мусор на улице, намалеванные на стенах граффити или как раз вот эти самые разбитые окна, поскольку тяжелые преступления вырастают из самых безобидных проступков, которые их провоцируют своим существованием. С ними, гласит теория, надо бороться непреклонно и строго наказывать, ведь порядок и порядочность предотвращают преступность. Этот метод профилактики всегда вызывал споры и до сих пор остается спорным, поскольку штрафы несоразмерны, а желаемая эффективность не доказана. Но находятся те, кто, несмотря на все это, ссылается на вышеупомянутые научные исследования. Еще один красноречивый пример того, что часто научные данные – лишь хорошо обоснованные предположения, а потому не всегда пригодны для непосредственного применения на практике.

Кстати, Катлин Фос с коллегами заинтересовались еще одним вопросом: если человеку так нужны организованность и порядок, почему периодически верх берет хаос? Может, он нужен нам не меньше? Фос снова организовала два помещения для эксперимента – одно прибранное, другое нет, – чтобы проверить широко распространенное, но до сих пор недостаточно доказанное наукой предположение: хаос способствует креативности.

Вот вам креативное задание. Представьте, что вы руководите фабрикой по производству шариков для настольного тенниса и перед вами проблема: люди играют в него все меньше. Чтобы избежать банкротства, вы должны придумать для шариков новое применение. Сколько разных вариантов приходит вам в голову? Позвольте себе мыслить новаторски, сумасбродные идеи приветствуются, даже если воплотить их было бы непросто.

Именно такую задачу поставила Фос перед обеими группами участников. Идеи, выдвинутые участниками из неприбранной комнаты, были креативнее и неординарнее. В частности, предлагалось использовать шарики для пинг-понга в качестве формочек для льда или для моделей молекулярных структур. Креативным людям присуще неординарное мышление и видение вещей в нетривиальном контексте, они способны увязывать между собой неродственные предметы и явления. И кажется, человеку в этом помогает беспорядок.

В другом эксперименте Фос предложила участникам испытаний фруктовые смузи, на этикетках которых значилось «классический вкус» или «новый вкус» – на выбор. Находившиеся в прибранной комнате предпочли классику, а пребывавшие в условиях беспорядка – новинку. Так что хаос во одушевляет нас на неизведанное, неординарное, новое. Так Фос обнаружила хорошую сторону хаоса. Ведь без креативного и новаторского мышления, без смелости дерзать были бы немыслимы ни искусство, ни научный прогресс. И при всем вышесказанном мной о критическом отношении к психологическим исследованиям признаюсь, что именно на этот научный вывод я охотно ссылаюсь в случаях, когда какой-нибудь непрошеный гость оказывается свидетелем хаоса на моем рабочем столе.

Как ученому-химику мне и хаос нравится рассматривать с точки зрения термодинамики. Термодинамика – это совершенно чудесная область, где сходятся физика и химия. Ее законы несколько напоминают права человека, только применительно к молекулам. Они не делают различий между разными частицами. Будь ты молекулой кислорода или атомом золота – законы термодинамики распространяются на все объекты, молекулы, атомы, физические и химические процессы.

Термодинамика (вместе с квантовой механикой) представляет собой самое фундаментальное научное понимание этого мира и вселенной. Она гласит: вселенная стремится к хаосу. Иначе, наверное, могло бы случиться так, что, пока я пишу эти строки, начала бы вдруг задыхаться на ровном месте, поскольку молекулы воздуха в комнате собрались в одном углу, а я осталась ни с чем. Казалось бы, полный абсурд, но столь ли абсурдна эта мысль на самом деле?

Воздух вокруг нас на 78 % состоит из газообразного азота, на 21 % из кислорода, а оставшийся 1 % составляют инертные газы и двуокись углерода[14]. Но все вместе эти молекулы составляют меньше 0,1 % объема, то есть комнаты. Остальное – ничто!

А теперь посмотрите на кончик своего мизинца. У кого-то он больше, у кого меньше, но предположим, что по объему он равен одному кубическому сантиметру. В воздушной массе объемом один кубический сантиметр находится примерно 26 квинтиллионов молекул газа. Это число с двадцатью знаками перед запятой.

У молекул воздуха, естественно, есть масса. Одна молекула весит немного, но в сумме вес кубического метра воздуха составит 1,2 килограмма; этот показатель называют плотностью воздуха.

И у молекул есть не только масса. Этот невероятный рой еще и движется! Насколько быстро двигаются молекулы, зависит от температуры – вспомним кофейную чашку из главы 1: чем теплее, тем быстрее. При комнатной температуре молекулы газа носятся вокруг нас со скоростью выше 1000 км/ч. Резвые, однако, эти крошечные молекулы! Можно предположить, что и давление они немалое оказывают. Да, так оно и есть! Давление – это сила, приложенная на площадь поверхности. Из-за постоянных столкновений молекул с нами и другими поверхностями они оказывают давление – давление воздуха, или атмосферное. Оно составляет примерно 1 бар, что соответствует весу добрых 10 тысяч килограммов на квадратный метр.

Предположим, поверхность моей головы – 1,1 квадратного метра. Тогда получается, что на меня давит воздух весом примерно в 1000 килограммов, то есть целая тонна – почти столько же, сколько весит «Фольксваген Поло». На вас, разумеется, тоже – молекулы воздуха всех нас беспрерывно бомбардируют. Как мы вообще это выносим? Почему не ощущаем столь мощного давления воздуха?

Ну мы же тоже состоим из молекул. И они тоже со своей стороны оказывают давление изнутри наружу, примерно равное атмосферному. Когда внешнее давление меняется, мы, как правило, довольно быстро чувствуем это своими барабанными перепонками. Обычно мы не замечаем эти тонкие мембраны в своих ушах, пока давление по обе стороны от перепонок одинаково. Стоит давлению воздуха снаружи измениться, например при взлете или посадке самолета, как появляется ощущение, будто уши закупориваются. При повышении наружного давления молекулы воздуха начинают снаружи дубасить в ухо и вдавливают перепонку внутрь; если давление снаружи понижается, молекулы воздуха барабанят в ухо изнутри и давят на перепонку оттуда. Из-за этого появляется ощущение, будто уши заложило. А поскольку у барабанной перепонки маленький диапазон для колебания, звуки до нас доносятся приглушенными. Но в ухе есть своего рода клапан – евстахиева труба. Забавно, но иногда ее называют слуховой трубой. Это соединение между ухом и носовой полостью, которое обычно закрыто, но может ненадолго открываться, когда мы жуем или зеваем, и в результате давление компенсируется.

В самолете происходит перепад давлений, потому что по мере набора высоты плотность воздуха уменьшается. А что, если улететь выше, в космос например?

Наша плотная, полная резвых молекул атмосфера, по меркам вселенной, скорее раритет. На просторах мироздания царит вакуум. Вакуум – это пустое пространство, там ни молекул, ни вообще ничего нет. Если точнее, это пространство, свободное от вещества. Что случится, если в вакуум вселенной выбросить человека без скафандра? Спойлер: он умрет. Но интересно вот что: как именно?

Этот сценарий в разных интерпретациях многократно муссировался в научно-фантастических фильмах. В фильме «Звездные войны. Эпизод VIII» Лею выбрасывает в открытый космос, и поначалу кажется, что ее тело замерзает, вся кожа усыпана кристалликами льда. Эту сцену многие фанаты «Звездных войн» бранили за то, что очень уж она нереалистична: Лея в конечном счете выживает и возвращается на корабль, используя Силу. Мне эта сцена кажется нереалистичной в первую очередь потому, что в космосе так быстро не замерзнуть. И это несмотря на то, что там невероятно холодно. «Невероятно» здесь значит, что мы приближаемся к абсолютному нулю, то есть к той точке, когда холоднее быть не может.

Если температура – не что иное, как мера движения частиц (вспоминаем главу 1), то выражение «так холодно, как только возможно» равнозначно выражению «медленно, как только возможно». Поэтому абсолютный ноль – 0 градусов по Кельвину или минус 273,15 по Цельсию – можно представить себе как точку абсолютной неподвижности. Холоднее полной неподвижности ничего не бывает, поэтому у температур есть нижняя физическая граница. Однако третий закон термодинамики на практике не допускает достижения абсолютного нуля. Впрочем, космос к нему близок: там 2,7 градуса по Кельвину, или, соответственно, минус 270,45 по Цельсию. Да как же там можно, простите, не замерзнуть?

Это снова отсылает нас к кофе из главы 1. Охлаждение происходит главным образом посредством теплопередачи, а она, в свою очередь, – в результате столкновений молекул. Чем больше материи между собой контактирует, то есть чем чаще частицы могут сталкиваться, тем лучше передается тепло. Поэтому, например, ведерко ледяной воды для охлаждения напитка будет существенно эффективнее ведерка, наполненного кубиками льда (заодно и совет вам на случай нежданного визита гостей, когда надо будет быстро охладить напитки). Дело в том, что между кубиками льда есть воздух, а в нем по сравнению с водой частиц меньше, что ведет к меньшему числу столкновений. Следовательно, медленнее всего бутылки будут охлаждаться в холодильнике, поскольку воздух – никудышний проводник тепла.

А еще никудышнее – космический вакуум, ведь там материи нет вообще. Поэтому нет и молекул, которым я, будучи теплым телом, могла бы передать свое тепло. Разве что тепловое излучение будет меня охлаждать, только медленно. Значит, несмотря на температуры, близкие к абсолютному нулю, в космосе человек не так уж быстро замерзнет.

Может, он взорвется? Мысль вот какая: когда давление воздуха извне отсутствует и внутреннему давлению тела ничего не противостоит, человек взрывается. На YouTube есть милые видео, в которых сладости типа зефира в шоколаде ставят под вакуумный колпак, откуда медленно вытягивают воздух. Шоколадный слой лопается, и белая начинка фонтанирует во все стороны. Хорошо, что мы не зефирины в шоколаде. Наши кожа и ткани достаточно прочные, чтобы не дать нам распасться в вакууме.

Но не обязательно сразу взрыв. Может быть не столь трагично, но все же очень неприятно. Даже на высотах земной атмосферы, начиная где-то с 18–19 километров над уровнем моря, наш организм начинает бурлить, если можно так выразиться. Это называется эбуллизм[15] (от латинского ebullire, что значит «бить», как вода в ключе). Звучит игриво (возникает ассоциация с игристым вином или с газировкой), но симптомы не из приятных: вода во рту и глазах начинает закипать, нарушаются кровоснабжение и дыхание, из-за блокировки артерий мозг не получает достаточного количества кислорода, могут возникать отеки легких и легочные кровотечения. Явно потянет назад – туда, где на голове «Фольксваген Поло», наполненный молекулами воздуха.

Только почему наш организм начинает бурлить? Бурлить – значит закипать: жидкость превращается в газ.

В принципе, есть две возможности довести жидкость до кипения. Во-первых, разогреть ее. Об этом мы уже говорили в главе 1: при кипячении воды мы усиливаем движение ее молекул. В какой-то момент их потребность двигаться вырастает до такой степени, что они больше не могут или не хотят держаться друг за друга и превращаются в пар. Во-вторых, уменьшить давление. Если быть точными, факт, что вода закипает при 100 °C, действителен только при атмосферном давлении на высоте уровня моря. На вершине Эвереста – на высоте 8848 метров – из-за низкого давления воздуха вода закипит уже при 69 °C. С одной стороны, вода жидкая потому, что ее молекулы держатся друг за друга, а с другой – еще и потому, что на них воздействует давление воздуха. Вспомните: молекулы воздуха всей своей тяжестью давят на нас и точно так же давят на молекулы воды в кастрюле. Предположим, мы поднялись на Эверест, прихватив с собой кастрюлю. Воздух там разреженный, и с водой сталкивается меньшее количество его молекул. Чем меньше атмосферное давление, тем проще молекулам воды покидать кастрюлю и обращаться в пар. А на высоте 18–19 километров воздух такой разреженный, что вода испаряется уже при температуре тела. В космосе, где атмосферное давление практически нулевое, испарение вообще происходит легко.

Кроме того, воздух в легких очень сильно расширится. На объем газа, как и на агрегатное состояние, можно повлиять двумя путями. Во-первых, температурой: чем ниже температура, тем меньший объем занимает газ; чем температура выше, тем больший объем ему нужен. Для ясности можете проделать опыт: возьмите бутылку и замените крышку воздушным шариком. Пока воздух не может выходить из бутылки, вы будете наблюдать, как шарик важно надувается, если нагревать бутылку на водяной бане, к примеру. Снова охладите бутылку в холодной воде – шарик сдуется.

Во-вторых, я могу воздействовать на объем давлением: когда я надуваю шарик, молекулы воздуха внутри наталкиваются на его оболочку. Размер шарика зависит не только от того, сколько я надую туда воздуха, но и от атмосферного давления, которое противодействует ему снаружи. Если я теперь уменьшу наружное давление, шарик растянется сильнее. Следовательно, в космосе шарик, почти полностью состоящий из газа, действительно взорвался бы.

Если бы меня ненароком выбросило в космос, вероятно, я инстинктивно задержала бы дыхание, из-за чего воздух в моих легких быстро расширился, и они бы взорвались. Так что в этом случае лучше быстро выдохнуть – хотя в общем-то без разницы: человек там все равно погибнет.

Даже если мы не взорвемся в космическом вакууме, как зефир в шоколаде, и кожа и ткани не повредятся, мы по-любому долго не протянем. В 1960-е годы астронавту Джиму Лебланку довелось отделаться испугом, когда во время испытаний в вакуумной камере его скафандр разгерметизировался. Последнее, что он запомнил, прежде чем потерял сознание, – щекочущее ощущение во рту от вскипевшей слюны. К счастью, его вовремя вернули в условия нормального давления, и все обошлось без необратимых последствий.

Итак, в космосе жизнь кипит и пенится, но, вероятнее всего, мы умрем, не дождавшись этого, – впрочем, довольно непримечательным образом: от недостатка кислорода. Хорошо, что мозг через несколько секунд пребывания без кислорода отправит нас в бессознательное состояние, поэтому всю бедственность положения мы уже не постигнем. Поэтому я согласна с критикой в адрес «Звездных войн»: действительно, крайне нереалистично, что Лея смогла применить Силу в безвоздушном пространстве, ведь это требует такой большой концентрации…

Интересен еще вопрос, что после такой кончины в космосе произойдет с телом. Если кратко – не так уж много. Процессы разложения, обычно разворачивающиеся по окончании нашего пути земного, – это химические реакции с кислородом и водой, требующие чуточку тепла и помощи микроорганизмов. Всего этого в космосе нет, и почивший там был бы наилучшим образом законсервирован. И на том спасибо.

* * *

Давайте, однако, вернемся на Землю, а то стало как-то мрачно. Вот сижу я за письменным столом и загружаю видео, и, к счастью, вокруг меня достаточно молекул воздуха. Хотя выйти они не могут, когда дверь и окно закрыты, внутри моего кабинета передвигаются свободно. Молекулам воздуха никто не предписывает, в каком направлении следует двигаться. Поэтому теоретически возможно, что в какой-то момент все они чисто случайно вдруг переместятся в дальний угол комнаты, а я за своим письменным столом останусь без воздуха, и будет мне космическая смерть на Земле. Это действительно возможно, только очень, очень… невероятно. В физической химии редко используют слова «возможно» и «невозможно», а оперируют только понятием вероятности. Кстати, по этому признаку и в частной жизни можно понять, что перед вами химик. Он не скажет: «Я никогда не смог бы пробежать марафон». Он скажет: «Это абсолютно невероятно, чтобы я смог пробежать марафон».

За этой невероятностью стоит уже знакомый нам второй закон термодинамики. Помните, в главе 1: «Закрой дверь, а то тепло уходит»? Тепло всегда идет от теплого тела к холодному и никогда в обратном направлении. Но вообще-то это можно выразить еще более обобщенно: неупорядоченность никогда не уменьшается сама по себе. Это касается вселенной вообще и моего рабочего стола в частности. Сам по себе рабочий стол никогда не приберется, только хаоса может стать еще больше. Любой спонтанный процесс в этой вселенной, будь то физический, химический или биологический, ведет к большему, чем прежде, беспорядку, кроме случаев, когда на то, чтобы повернуть этот процесс вспять или остановить его, расходуются энергия и труд (то есть кроме случаев, когда я убираю на своем столе). У беспорядка есть даже научное название – энтропия. Энтропия во вселенной всегда возрастает.

И что это значит для меня – выживу ли я за письменным столом? Если все молекулы газа в моей комнате двигаются свободно и независимо друг от друга и при этом мельтешат крайне неупорядоченно и хаотично, логично предположить, что они довольно-таки равномерно распределятся по комнате. Если бы кто-то захотел собрать молекулы только в одном углу комнаты, ему пришлось бы ограничить их свободное передвижение и привнести в систему упорядоченность. А это противоречит закону вселенной и поэтому невозможно. Ах да, я, конечно, имела в виду невероятно.

Согласно второму закону термодинамики, все в этой комнате имеет комнатную температуру (за исключением моего тела, выполняющего соответствующую работу для поддержания своей температуры на уровне 36,6 °C). Когда я приношу в комнату чашку с горячим кофе, движения его частиц не могут не передаваться в комнату, иначе это противоречило бы закону энтропии, то есть беспорядка. В конечном счете хаос ведет к максимально возможному равномерному распределению. Если бы я хотела содержать свой гардероб в максимально возможном хаосе, не стала бы сортировать его в шкафу по цветам, а раскидывала бы как попало по комнате, зато в итоге получилось бы равномерно.

Я делаю глубокий вдох (вдыхаю молекулы воздуха) и напряженно вглядываюсь в экран компьютера – загрузка видео зависла. В нехорошем предчувствии иду в гостиную и застываю, в ужасе уставившись на погасшие лампочки маршрутизатора.

Пару недель назад, пребывая в дурном настроении, я сидела в скором поезде. Купила в вагоне-бистро бельгийскую вафлю с вишней и ванильным мороженым и собиралась ее там же и съесть. Но ко мне подсели двое мужчин в костюмах, и старший из них, годящийся по возрасту в отцы, сказал:

– М-м-м, как хорошо это выглядит…

И после короткой паузы – он тем временем придвинулся ко мне ближе – добавил:

– И сама хороша, как вишенка! Ха-ха-ха!

Его молодой коллега поддержал смешок, но несколько смущенно.

Есть прекрасный способ молча и достойно выразить презрение – Slow blink[16] называется: убираете с лица всякое выражение, только брови поднимаете, удерживаете зрительный контакт, а затем медленно, примерно секунду, мигаете. Я подняла взгляд от своей бельгийской вафли, брови поползли наверх, посмотрела в лицо сначала молодому мужчине (он, к счастью, явно испытывал неловкость), перевела взгляд на старшего, которого этот молчаливый контакт, кажется, сбил с толку, и проделала хороший такой длинный Slow blink. Затем мы с вафлей, обе несусветно хороши, не говоря ни слова встали и оставили этих идиотов сидеть в вагоне-бистро.

Раньше я либо нервно посмеялась бы за компанию, либо повысила голос и дерзко ответила. Но с тех пор как делаю видеоролики для YouTube и еженедельно получаю по тысяче комментариев, я стала следовать методу а-ля конфигурация благородных газов. Давайте объясню, может, вам это тоже пригодится.

Благородные газы вы найдете в восьмой группе периодической системы. Это прекрасный пример для подражания, когда надо снять напряжение в межличностных отношениях. Самые известные из благородных газов – первые два из группы: гелий (He) знаком вам по воздушным шарам, неон (Ne) – по люминесцентным лампам. Спускаясь ниже по ряду, вы встретите аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe), радон (Rn) и оганессон (Og). Помните, в главе 2 говорилось, что в периодической системе элементы расположены по порядковому номеру, то есть по количеству протонов в ядре. Если просматривать группу в таблице сверху вниз, элементы будут все тяжелее. Тяжелые ядра часто радиоактивны, нестабильны и распадаются. Среди благородных газов радиоактивны радон и оганессон, поэтому пока оставим их в стороне, поскольку остальные благородные газы отличаются достойной внимания стабильностью. Они очень инертны (то есть трудно вступают в реакцию) и чураются вступать в связь с кем бы то ни было. Как говорится по-английски, they can’t be bothered[17], и именно это делает их благородными.

Если сравнивать со фтором, который смысл своей агрессивной и короткой жизни видит лишь в том, чтобы найти партнера по связи, благородные газы вообще не испытывают такой необходимости. Причина в том, что у них по восемь внешних электронов – вспомним правило октета. Фтор находит покой в связке с углеродом (тефлон) или с натрием (зубная паста), а благородные газы априори в покое. В то время как остальные элементы основных групп вступают в связи ради того, чтобы заполнить орбиталь (свой ряд кресел), у благородного газа уже есть все, что он только может пожелать. Поэтому правило октета иногда называют правилом благородных газов, а полную внешнюю оболочку – конфигурацией благородных газов. А я конфигурацией благородных газов назвала еще и установку на душевное спокойствие. Это прекрасная мантра на случай, когда раздражают какие-нибудь дурацкие мелочи, которые в общем-то абсолютно не важны. «Будь как благородный газ!» – говорю я себе в подобных случаях.

Благородные газы самоуспокоены до чванливости, они даже сами с собой не соединяются. Возьмем для сравнения другие газы, например азот или кислород: они строятся из так называемых димеров. Молекула азота состоит из двух атомов азота – N₂; молекула кислорода – из двух атомов кислорода (О₂). То же самое с газообразным водородом, Н₂. А благородные газы настолько самодовольны, что действительно остаются одиночками, то есть существуют как одноатомные газы.

С точки зрения химии благородные газы не особенно интересны, потому что с ними никогда ничего не происходит. Напротив, аргон наряду с азотом применяется в лабораториях в качестве так называемого защитного газа. Скажем, собираетесь вы провести в лаборатории какую-нибудь химическую реакцию, но вещества, с которыми работаете, настольно нестойкие по отношению к воздуху, что моментально реагируют с кислородом и исчезают. Другие крайне чувствительны к воде, и даже нормальной влажности воздуха в помещении бывает достаточно, чтобы испортить вещество.

Ну что значит испортить… Ведь вещество, например, чувствительное к кислороду, любит кислород. Для него нет ничего прекраснее, чем вступить с ним в реакцию. Но химики умеют заключать браки по принуждению, то есть соединять между собой вещества, которые в иных обстоятельствах никогда бы не сошлись. Например, вытесняя воздух из колб и наполняя оборудование азотом. Как только инертный азот вытеснит весь воздух, химик может спокойно приступать к своим реакциям, не опасаясь, что кислород или влажность воздуха расстроят его планы.

Будь благородные газы не столь инертны, вдыхать гелий, чтобы потом говорить смешным голосом, было бы весьма неудачной шуткой. А к чистому газу кислороду, например, надо вообще относиться с осторожностью (к этому мы еще вернемся в главе 10).

Благородные газы делают свое дело и при этом остаются выше всяких будничных мелочей. Это очень вдохновляющий пример, когда в вагоне-бистро приходится иметь дело с противными старперами. Образ «конфигурации благородных газов» помогает без необходимости не реагировать на что-то подобное. Так что мы с моей бельгийской вафлей достойно удалились – подобно мономерной молекуле неона.

Однако, вернувшись на место, я потеряла свой исполненный достоинства настрой, когда обнаружила, что в поезде не работает Wi-Fi. Настроение все же испортилось. Мне надо было еще столько сделать по работе. Сидевший напротив пожилой мужчина – этот располагал к себе – с улыбкой мудро изрек: «Ах, теперь люди уже и не знают, что делать без интернета, не так ли?» – и предложил мне почитать его газету. Я не стала объяснять, что значит интернет в наши дни. Как бы то ни было, теперь я стою в самом углу своего балкона, прижавшись к ограждению, и изворачиваюсь всем телом, пытаясь поймать мобильником связь. Я отрезана от внешнего мира, и только в этом углу балкона ловится хоть какой-то сигнал, так что я могу позвонить Кристине.

– Можно к тебе зайти? У меня интернет отрубился, а надо закачать видео.

– Что, опять проблемы со связью? Действительно, это случается уже второй раз за месяц; в квартире, где нет мобильной связи, это особенно неприятно. Вообще-то надо было принять меры и подстраховаться.

– Заходи, конечно. Я не против немного отвлечься.

Это огромное счастье, что мы с Кристиной снова обосновались в одном городе. Мы познакомились, когда работали над докторскими диссертациями, у нас был общий научный руководитель, и мы пробивались совместными усилиями и при взаимной поддержке. Кстати, то, что мы с Кристиной защитились, еще не значит, что мы какие-то особенно умные. Примерно 85 % студентов-химиков по окончании магистратуры принимаются за докторские. Это уже стало чуть ли не стандартом в нашей программе обучения. Для работы над диссертацией требуется высокая планка устойчивости к фрустрации, и в этом смысле уже можно испытывать гордость за проделанную работу, но это еще не повод возомнить о себе нечто.

Впрочем, Кристина на самом деле очень умная, независимо от ученой степени. После докторантуры она еще закончила так называемый Postdoc в США. Поясню: Postdoc – это постдокторантура[18], а постдокторанты – что-то вроде докторантов, только уже защитившиеся, и их еще эксплуатируют в университете как преподавателей. Если бы мне надо было описать университетскую научную иерархию, я не без цинизма сказала бы так: на самом верху, подобно богам на Олимпе, сидят профессора, а в самом низу ишачат аспиранты – дешевая рабочая сила. Из них на гору взбираются отдельные доктора и постдокторанты (о студентах даже речи нет). В научной карьере постдок – первая ступень к получению степени доцента или младшего профессора, но между тем и в экономике некоторые фармацевтические фирмы все чаще требуют оконченную постдокторантуру как условие получения стартовой позиции. Совершенно абсурдное обесценивание профессиональной квалификации. А мой школьный друг Даниэль в свое время по глупости прошляпил эту «точку входа» и теперь со своим бизнес-образованием зарабатывает больше любого постдока. Но от университетской карьеры отпугивает не только оплата: желающие преуспеть в науке должны посвятить ей всю свою жизнь, включая личную, и сон. Не бывает, чтобы Кристина не работала в выходные. Хоть и живем в одном городе, большей частью мы видимся, только когда я прихожу к ней в лабораторию, при том что весь этот труд – еще не гарантия уверенности в рабочем месте. Приходится карабкаться от одного срочного трудового договора к другому. А в научной карьере есть только один пункт назначения: пожизненная профессура. Если ты семи пядей во лбу, может быть, станешь профессором когда-нибудь годам к сорока. Это удается лишь очень немногим из самых лучших, и все потому, что профессорских кафедр просто-напросто не хватает. Тяжкого труда, интеллекта и таланта мало, нужна еще большая доля удачи. А не удалось, так в один прекрасный день можно оказаться слишком квалифицированным специалистом, и даже может случиться, что придется претендовать на те же рабочие места, что и собственные студенты.

Зачем люди на это идут? Все для науки? Такая работа и в самом деле требует большой толики идеализма и твердой приверженности основным принципам науки. Это все о желании работать в профессии, имеющей общественную значимость. Звучит банально, но: служить человечеству и делать этот мир немного лучше! О том, какая опасность может таиться в этой мысли, хорошо сказано в публикации Рангатана Йогешвара[19], озаглавленной «Что мне это дает?» (What’s in it for me?), советую прочитать. Автор размышляет о ценности науки и предостерегает от коммерциализации научных исследований, или, проще говоря, от постановки вопроса «Что это даст?». Вот отрывок из этой публикации:

«Ошибаются те, кто научное любопытство и горячее стремление познать этот мир сводит к категориям экономики. Потому что в такой образ мышления вписывается не все, что исследуется наукой. Что даст нам, например, “область специальных научных исследований 933”, под которой подразумевается разработка новых подходов к интерпретации античных и средневековых текстов? Проект оценивается в 11,5 миллиона евро. Или есть еще поддерживаемый Немецким научно-исследовательским обществом проект, занимающийся письменами из древнеегипетских храмов Эдфу, где иероглифы на церковной раке, в зале жертвоприношений и в большой части входной группы были расшифрованы за счет нас, налогоплательщиков. Простите, но в чем практическая ценность таких исследований?

Перевод древнеегипетских иероглифов никак не повысит совокупный общественный продукт и не будет способствовать процветанию экономики. И все же разве такая наука не великолепна? Она пытается раскрыть загадки былых высокоразвитых культур и расширяет наше понимание прошлого. То же можно сказать и об изучении свойств бозона Хиггса[20] или об обнаружении гравитационных волн – там нет никакого экономического return on investment[21], и, если внимательно посмотреть, даже экономическая Spin-of (то есть дополнительная выгода) в этих дисциплинах не самый лучший аргумент. Я уже десятки лет наблюдаю, что происходит вокруг и около науки, которая утилитарными аргументами пытается утвердить в глазах общества свои внутренние побудительные мотивы – а именно любопытство и обретение знаний.

Не пришло ли науке время привнести все присущее ей достоинство и страсть в общее многоголосье, создав в нем контрапункт и уравновесив одномерность экономических перспектив?»

Если наука призвана служить человечеству нужно это всячески приветствовать. Вот только наши человеческие интересы часто имеют экономическую и финансовую подоплеку. И все эти идеи о пользе ставят под угрозу независимость научных исследований. Независимость, которая столь ценна в нашем обществе; голос, призванный отстаивать правдивость по ту сторону от своекорыстных интересов. Только тогда наука действительно сможет сделать мир немного лучше, как об этом столь красиво говорится.

Но ученые тоже задаются вопросом: «что мне это дает». Ранга продолжает развивать свою мысль:

«Например, в лондонской штаб-квартире компании Google Deep Mind расходы на содержание персонала общей численностью 400 человек составили в 2016 году 138 миллионов долларов, в среднем по 345 тысяч долларов США на одного сотрудника. Как следствие, выдающиеся ученые покидают общественные исследовательские институты и университеты и подаются на службу в крупные частные предприятия, которые платят хорошие деньги. Таким образом, вопрос “что мне это дает” подрывает уровень профессиональной компетенции независимых общественных институтов – там все больше недостает умных голов».

Вот только когда в умных головах вопрос «что мне это дает» меняется на «не дам себя эксплуатировать», или на «я тоже хочу иметь личную жизнь», или «у меня еще есть немного самоуважения», нечего удивляться, что все больше блестящих представителей науки поворачиваются спиной к университетам и позволяют индустрии оплачивать свой труд, а себе – по крайней мере зарабатывать.

Кристина поставила себе срок до 35-летия. Если до этого дня она не увидит реальных шансов получить профессорскую должность, тоже уйдет. В своем исследовательском институте она самая молодая из младших профессоров, и до сих пор ей сопутствовал успех. Но только время покажет, найдет ли она свое место в науке на длительную перспективу.

Постдок она окончила в Массачусетском технологическом институте (Massachusetts Institute of Technology, MIT) в Бостоне. Пока она была в этом «Гарварде естественных наук», ее пытались переманить со всех сторон. Она летала в Германию на собеседования с предприятиями химической промышленности, получила приглашение на работу от «Маккинзи»[22] (McKinsey). Но Кристина хотела продолжать заниматься исследованиями и в конечном счете оказалась на нынешней позиции младшего профессора. Мне это кажется одновременно и досадным, и достойным всяческого поощрения. Досадно, потому что система ее эксплуатирует. Достойно поощрения, потому что изменить эту систему смогут только такие люди, как она, а именно те, которые сопротивляются вопросу «что мне это дает». И, естественно, я рада, что она вернулась в Германию и мы снова рядом.

Через Кристину у меня самая прямая связь с университетским и лабораторным миром. Иногда она предоставляет свою лабораторию в качестве съемочной площадки для моих видеороликов. И у нее достаточно быстрое интернет-соединение, в прошлый раз именно она меня выручила. Так что записываю свое видео на флешку и отправляюсь в институт.

Это многопрофильный исследовательский центр, где по задумке нарушаются границы между научными специальностями. Например, Кристина тесно сотрудничает с инженером и специалистом в области ИТ. В наши дни многого не достичь, если удобно устроиться в своей тематике и там оставаться. Самые серьезные проблемы настоящего охватывают несколько дисциплин и должны решаться многопрофильным подходом. Границы между дисциплинами и так довольно условны. Кристина, например, в своих исследованиях намного ближе к физике, чем к какой бы то ни было химической тематике. Во времена диссертаций области наших изысканий были так далеки друг от друга, что нам так и не удалось запустить какой-нибудь совместный проект, хотя мы всегда об этом мечтали.

* * *

По большому счету в химии три основные области: неорганическая, органическая и физическая. Разумеется, есть и другие направления, но эти три – основополагающие, они включены во все учебные программы по специальности «Химия».

Физическая химия, как понятно уже из названия, находится на стыке физики и химии. К ней относятся термодинамика и квантовая механика, но, в частности, и то, что делает Кристина, а занимается она прогнозированием химических реакций с помощью компьютерных стимуляций.

Органическая химия – это область, которая крутится главным образом вокруг одного-единственного элемента – углерода (С). И вокруг всего, что легко с углеродом соединяется, – это, к примеру, водород (Н), азот (N), фосфор (Р), кислород (О) и сера (S). Таким образом, органика занимается «только» теми соединениями и реакциями, в которых участвует углерод. «Только» здесь в кавычках, потому что органическая химия – это огромная область: вся жизнь на Земле основана на углероде. Мы, люди, состоим из углерода. Напечатанная книга – из углерода. В любой из приведенных здесь структурных формул есть углерод. Можно даже исходить из того, что внеземная жизнь – если таковая есть – тоже основывается на углероде[23], потому что ни один из прочих элементов не обладает такой разнообразной химией.

Если вы читаете эту книгу с электронного ридера или планшета, в этот момент сталкиваетесь с неорганической химией. Приставка «не-» дает понять, что этот раздел химии занимается всем, что не является углеродом. Казалось бы, всего этого много, если смотреть на периодическую систему, но в природе, на первый взгляд, – не так чтобы очень; прежде всего это соли, минералы и металлы. Кто-то из органиков может пренебрежительно заметить, что неорганик только камнями и занимается. Но камни – это, во-первых, не так уж и скучно, а во-вторых, неорганическая химия – это намного больше, чем камни, и вообще это классная вещь. На ней, в частности, основаны все технические гаджеты. Смартфон, например, – это вообще шедевр неорганической химии. И если немного разбираться в неорганике, можно, например, узнать, как продлить жизнь аккумулятора мобильника, и уже ради одного этого стоит ближе познакомиться с химией мобильников, не правда ли?

Смартфон состоит более чем из 70 различных элементов. Углерод там тоже присутствует, но мобильник столь примечателен главным образом благодаря металлам. Так, в его микроэлектронике используется пара сотен миллиграмм серебра и около 30 мг золота. Экран пронизан тончайшей сеткой из нитей оксида индия-олова – именно эти нити регистрируют проводящую способность наших пальцев, обеспечивая тот самый touch – прикосновение пальцев к экрану.

Но что делает смартфоны действительно smart (умными) приборами, так это особая группа благородных металлов, которые называют редкоземельными, или, как еще говорят, редкие земли. В периодической системе вы найдете их в побочных группах. К ним относятся скандий (Sc), иттрий (Y) и еще целый ряд, который объединен под общим названием лантаноиды. Как правило, они вместе с актиноидами указываются под таблицей периодической системы, иначе она разрослась бы в ширину.

Редкие земли сразу обращают на себя внимание эффектными названиями. Тербий (Tb), празеодим (Pr), иттрий (Y), гадолиний (Gd), европий (Eu)… Именно благодаря им светящиеся краски дисплея позволяют выставлять вам свои фото в «Инстаграм» в лучшем свете. Неодим (Nd) и диспрозий (Dy) из обычных магнитов делают супермагниты, используемые в динамиках и микрофонах. Эти два редкоземельных металла применяются и в устройствах виброзвонков в мобильных телефонах.

В энергосберегающих лампах редкие земли обеспечивают естественный свет; они применяются также в зеленых технологиях – например, в солнечных батареях и ветрогенераторах. Для результата достаточно уже самого малого количества этих благородных металлов, поэтому их прозвали металлами-специями. (Что, конечно же, обидно для натрия, поскольку он, будучи металлом и одновременно составной частью поваренной соли, больше заслуживает право зваться металлом-специей!)

Несмотря на некоторые экологически восполняемые области применения, добыча редкоземельных металлов далеко не экологична, хотя они вовсе не так редки, как можно предположить по их названию. Они довольно часто встречаются в земной коре, но в составе горных пород, поэтому добывать их дорого и энергозатратно, к тому же нередко добыча происходит при несправедливых условиях труда. Самые крупные запасы редкоземельных металлов залегают в Китае, на некоторые из них имеется даже что-то вроде монополии, а это огромное конкурентное преимущество во времена высоких технологий. Во времена, когда я вынуждена покидать собственную квартиру, если у меня отрубился Wi-Fi.

Чем больше мобильных устройств мы покупаем, тем дороже становятся редкоземельные металлы. При этом реклама и мобильные операторы соблазняют нас, пользователей, как можно чаще заменять свой смартфон новой моделью. Если мы не начнем использовать наши приборы дольше и не будем разумнее их утилизировать, скоро столкнемся с проблемой. Да, пластиковые отходы – не единственная экологическая проблема современного общества. И, разумеется, большинство мобильников и планшетов делают так, что их очень трудно починить самостоятельно. Состарившийся аккумулятор или трещина на экране – и вот уже многие пользователи считают это поводом побаловать себя новым гаджетом. (Конечно, прибор можно отдать куда-нибудь в ремонт, но как же обойтись без смартфона дольше одного дня?)

Впрочем, экраны мобильников так легко выходят из строя не по коварному замыслу производителей. На самом деле они очень даже прочные и вообще представляют собой маленькое химическое чудо. Ведь здесь мы имеем дело не с обычным стеклом, а с Gorilla Glass ® – технологией, используемой в большинстве гаджетов. Для производства стекла, носящего столь впечатляющее название, берут алюмосиликатное стекло, состоящее из атомов кремния, алюминия и кислорода, которые вместе составляют трехмерный каркас. Он заряжен отрицательно, что уравновешивается положительно заряженными ионами натрия, сидящими в зазорах структурной сетки – каркаса. Но пока что это не Gorilla Glass; еще нужно опустить это алюмосиликатное стекло в горячий солевой раствор, содержащий положительно заряженные ионы калия.

С калием мы знакомы по калийным солям, используемым при производстве мыла. Сверимся с периодической системой: калий (К) идет сразу за натрием (Na), точнее, он располагается ниже по группе. Это тоже так называемый щелочной металл. Как и у натрия, у калия положительно заряженный ион (вспомните правило октета), только он куда больше иона натрия.

Что это значит для нашего Gorilla Glass? Когда алюмосиликатное стекло опускают в горячий раствор калийной соли, ионы калия, которые намного крупнее ионов натрия, вытесняют последние из зазоров силикатного каркаса и протискиваются на их место. Высокая температура и вообще более быстрое движение всех частиц облегчают этот обмен, больше похожий на рейдерский захват. Когда потом все это охлаждают, остается стекло с несколько измененной химической структурой. В этой структуре засели ионы чуть толще (ионы калия), и зазоры там чуть поменьше. В результате получается усиленная компрессия и более прочный материал – Gorilla Glass.

Но почему же все-таки дисплеи мобильников часто разбиваются? Вообще-то обычное стекло билось бы еще чаще. Выдержит ли дисплей мобильника падение, зависит от того, насколько сильную встряску получило стекло. Если смартфон упал на пол плашмя или близко к тому, вполне возможно, ничего особенного не произойдет, потому что удар придется на большую поверхность. Из главы 5, где речь шла о давлении воздуха, мы знаем: давление – это сила, действующая на поверхность, и чем меньше поверхность удара, тем больше давление. Когда мобильник падает лишь уголком дисплея, получается особенно громкий «бумс!», и в таких случаях экран разбит практически всегда.

Кстати, по той же причине в случае падения лифта следует по возможности лечь плашмя на пол, тогда сила при ударе распределится по большей поверхности. Но когда падаешь, лечь очень трудно, потому что находишься как бы в состоянии невесомости. Для подстраховки следовало бы с самого начала ехать в лифте лежа, что, однако, чревато всякими казусами с попутчиками по лифту. Но это так, к слову, лифты сейчас надежны, так что не упадут.

Вернемся к дисплеям. На всякий случай лучше подстраховаться и купить защитную пленку, пусть даже ваш прекрасный смартфон потеряет свою изящность. У меня вот дисплей еще ни разу не разбивался. Но сейчас, пока еду в автобусе к Кристине, обнаруживаю, что скоро сядет батарейка, и мобильник выключаю.

Время работы батареи – больная тема, верно? А помните, на сколько хватало заряда в мобильниках лет 15 назад? Их можно было заряжать каждые три-шесть дней, в зависимости от того, как долго на них играли в «Змейку». Сегодня я довольна, если мобильник хотя бы день прожил без подзарядки. Но, разобравшись, как такая батарейка устроена с точки зрения химии, вы поймете, как с ней лучше обращаться, чтобы она дольше держала заряд. И здесь мы подходим к другой стороне вопроса «Что мне это дает?». Я периодически слышу высказывания, что нечего в школе корпеть над естественными науками – в жизни они, мол, не понадобятся. Надеюсь, сейчас вы посмотрите на этот вопрос иначе.

Итак. Существуют разные типы батареек и аккумуляторов. Для ежедневного использования в наше время лучше всего подходит литий-ионная батарейка (или аккумулятор). Apple их тоже использует, и на сайте написано: «По сравнению с традиционными батареями литий-ионные быстрее заряжаются, дольше держат заряд, и удельная мощность у них выше – они более долговечны при том, что весят меньше». Вероятно, есть веские причины, почему мобильные телефоны, планшеты, лэптопы (и электромобили «Тесла», кстати, тоже) работают на литий-ионных батареях.

Краткое лексическое отступление: в этой главе я буду говорить только о перезаряжаемых батареях, как бы я их ни называла – аккумулятор или батарея. Вообще-то различие есть: батареи (их еще называют первичными батарейками) после использования перезарядке не подлежат. Аккумуляторы, или вторичные батареи, можно снова заряжать. Но поскольку аккумуляторы – это многократно подзаряжаемые батареи, по сути, они все же батарейки, так и будем их называть.

Батарейка обеспечивает прибор энергией, то есть потоком электронов, служит их портативным донором и устроена по следующему принципу.

Важнейшие компоненты батарейки – электроды: один на положительном полюсе, другой на отрицательном. Положительно заряженный электрод называется катодом, отрицательно заряженный – анодом. Полюса соединены между собой проводящим кабелем, который проложен через мобильник и снабжает его компоненты энергией, то есть электроны идут от анода к катоду через мобильник. Внутри батарейки электроды тоже соединены – через так называемый электролит (это собирательное название жидкостей или твердых веществ, способных проводить электрический ток). Однако электролиты проводят не электроны, а ионы – как положительные, так и отрицательные. Кстати, мы сами большей частью состоим из электролита, то есть из воды с разнозаряженными ионами.

Грубо говоря, батарейка – это катод, анод и электролит. А какие химические вещества для каждого из этих компонентов используются, зависит от типа батареи.

В литий-ионной батарее катод обычно состоит из соединения лития, кислорода и еще одного металла, например кобальта. Все вместе получается оксид лития-кобальта. Атомы кобальта и кислорода образуют слои, между которыми заключены ионы лития.

Анод чаще всего состоит из графита, то есть по сути из углерода. Графит также уложен слоями.

Подключая мобильник к зарядному кабелю, я подаю на батарейку обратное напряжение. И тут происходит нечто, что приводит к путанице в терминах. Вот мы только что узнали два новых понятия – анод и катод, – и нам уже придется поменять их местами. Когда батарейка заряжается, положительные электроды из оксида лития-кобальта мы называем анодами, а отрицательные электроды из графита – катодами. То есть точно наоборот, чем при разрядке батарейки. Зачем химикам так все усложнять? Это имеет кое– какое отношение к происходящим в электродах химическим реакциям. К этому мы еще вернемся, но пока, пожалуй, следует разобраться с положительным и отрицательным полюсами.

Когда я заряжаю мобильник, отрицательный полюс заряжается электронами, перемещающимися в графит. В результате загрузки возникает переизбыток отрицательного заряда. Это в принципе усложняет зарядку, потому что одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, то есть отрицательный от отрицательного, а положительный от положительного. Поэтому не получится так запросто полностью накачать электроды отрицательно заряженными электронами. Но противоположные заряды взаимно компенсируются, потому здесь в игру вступают положительно заряженные ионы лития, дающие название литий-ионной батарейке. Они ускользают из положительного полюса (электрод из оксида лития-кобальта), проходят через электролиты до графитового электрода и там, на отрицательном полюсе, получают отрицательные электроны. Это называется компенсацией зарядов – она обеспечивает полную зарядку электронами.

Теперь электроны не околачиваются просто так где-то «на районе», а приняты самым сердечным образом. Для химиков среди моих читателей приведу уравнение этой реакции: Сn + xLi+ + xe– = LixCn. Не-химикам не стоит беспокоиться; вам здесь вообще-то интересна только одна часть этого уравнения, а именно «+ xe-». «Х» здесь означает просто любое количество, а «е-» – электрон, а все вместе говорит о том, что в этой химической реакции были приняты электроны. Это называют восстановлением. Восстановление в химии – это реакция, при которой атомы или ионы присоединяют электроны (а степень окисления понижается).

Поскольку теперь я полностью «заправила бак» (отрицательный полюс своего мобильника) электронами, а положительный полюс электронов не содержит, тем самым между двумя полюсами создается электрическое напряжение. Давайте представим электрическое напряжение как перепад высот для потока электронов по аналогии с плотиной на реке. Загрузить отрицательный полюс электронами – все равно что поднять воду снизу наверх. Если теперь открыть шлюз, вода водопадом грохнется вниз. Именно это и происходит, когда я вынимаю зарядный кабель. При пользовании мобильником химическая реакция поворачивается вспять: принятые электроны снова отдаются. Теперь в качестве электрического тока они носятся по всему мобильнику. Реакция, противоположная восстановлению, называется окислением. Окисление – это химическая реакция, при которой электроны отдаются.

Теперь, когда отданные электроны стимулируют работу моего мобильника, литий-ионы отправляются обратно через электролит. На другой стороне, на положительном полюсе, электроны и литий– ионы снова встречаются. Когда все электроны возвращаются на другую сторону, батарейка оказывается пуста, и все можно начинать сначала!

Теперь давайте вернемся к путанице с терминами «катод» и «анод». В батарейке, перезагружать которую я не могу, катод – это всегда положительный полюс, а анод – отрицательный. Но в перезагружаемых батарейках это верно лишь наполовину, ведь мы только что видели, что зарядка и разрядка – это два противоположных химических процесса, поэтому определение катода и анода здесь следует уточнить. Анод – это электрод, на котором происходит окисление, а катод – электрод, на котором происходит восстановление.

При зарядке мобильника на отрицательном полюсе происходит восстановление, на положительном – окисление. Когда батарея разряжается – наоборот. Таким образом, окисление и восстановление всегда идут параллельно и никогда не происходят поодиночке. Здесь, как в межличностных отношениях, действует принцип «брать и давать»: брать = окисление (по-английски reduction), давать = восстановление (по-английски oxidation). Отсюда общий для обеих реакций термин – реакции редокс (redox). На этом вы справились с вводным курсом по окислительно-восстановительным реакциям, с чем вас сердечно поздравляю!

* * *

Бытует мнение, что прежде, чем заряжать мобильник, нужно по возможности разряжать его до конца и следить за тем, чтобы он не слишком долго оставался на зарядке. Это верно для никелевых батареек – тех, например, что в пультах дистанционного управления для телевизоров, старых свинцово-кислотных батареек это тоже касается. А современные литий-ионные батареи можно оставлять подключенными к зарядному устройству сколь угодно долго, потому что они устроены так, что зарядка автоматически останавливается, когда аккумулятор заряжен. Иначе смартфон стал бы довольно опасной штукой. И даже, было дело, действительно стал таковой, когда в 2016 году у пользователей начал вдруг взрываться Samsung Galaxy Note 7. Внутри батарейки вещества, буквально наполненные энергией, надежно защищены от внешнего мира и потенциальных реагирующих веществ. Но при экстремальном нагревании, повреждениях корпуса батарейки или конструктивных дефектах, которые ведут к перегрузке, возникают неприятности. В сочетании с входящими в состав электролита легковоспламеняющимися растворителями получается та еще мини-бомба.

Одному из создателей литий-ионной батарейки, Джону Гуденафу[24], современные модели кажутся недостаточно хорошими (кстати, его фамилия по-английски пишется Goodenough и переводится как «достаточно хорошо»), и он работает над еще более надежным вариантом, отличительным свойством которого должен стать твердый стеклообразный электролит. Но не беспокойтесь, мы не должны бояться и ждать, когда на рынке появятся батарейки следующего поколения. Во взрывоопасной модели «Самсунга» был производственный дефект, который, надо надеяться, в ближайшем будущем не повторится. Однако, если представить себе, как взрывается огромная батарея «Теслы», мало не покажется…

И все же высокая температура – это не очень хорошо, в частности потому, что химические реакции при высоких температурах могут происходить быстрее. Следовательно, от перегрева мобильник быстрее разряжается. А общий срок службы аккумулятора мобильника или лэптопа можно продлить, если держать его в прохладе. Кроме того, хорошо всегда иметь с собой зарядный кабель, поскольку литий-ионные батарейки живут дольше, если их как можно чаще держать в значительно заряженном состоянии. С каждой разрядкой батарейки со временем происходят потери в емкости, и аккумуляторы теряют в мощности. А если вы в пути и батарейка почти села, лучше выключите мобильный, вместо того чтобы дать ему разрядиться.

Потому-то я сейчас и выключила свой телефон, но это было не очень умно: он снова мне понадобился.

– Я на месте, – написала я Кристине.

– С бокового, – ответила она.

Обычно Кристина пускает меня в институт с бокового входа, поскольку меня держит под прицелом некто господин Лэссиг. Он занимает должность уполномоченного по вопросам безопасности, то есть отвечает за безопасность лаборатории, и его фамилия – это не его кредо[25]. Сегодня он точно проводит меня строгим взглядом, потому что на мне короткие брюки и сандалии. Нет, он не один из тех неприятных типов, что подкатывают к молодым женщинам в вагонах-бистро, – из соображений безопасности в лаборатории можно ходить только в закрытой обуви и длинных брюках. И, естественно, я ни к чему в лаборатории не могу прикасаться, пусть даже и дипломированный химик. Это дозволено только сотрудникам института, прошедшим соответствующий инструктаж у господина Лэссига.

Поскольку Кристина работает и по выходным, иногда я могу использовать ее лабораторию в корыстных целях – как съемочную площадку. Там можно, например, посыпать на пол жидкого азота и пройтись лунной походкой в тумане, получается прекрасный съемочный материал. (В закрытой обуви и длинных брюках, конечно же.) К счастью, YouTube господин Лэссиг не смотрит.

Я проскальзываю через боковой вход незамеченной и, как обычно, направляюсь в офис Кристины. Но вдруг она дергает меня за рукав и говорит:

– Нет, там Дино.

Вместо офиса Кристина тащит меня в кафетерий. Как и большинство помещений института, он представляет собой современную коробку из стекла. Выглядит модерново, но чувствуешь себя там под постоянным наблюдением. Возможно, именно поэтому в кафетерии сейчас пусто, никто ведь не хочет быть застуканным в ничегонеделании. Но Кристина может позволить себе выпить в стеклянной коробке чашку кофе: здесь знают, как много она работает.

В огромные лаборатории тоже можно заглянуть со всех сторон. Когда здесь коллеги из прессы, они наверняка радуются количеству стеклянных перегородок – их можно изрисовать формулами, и получится хороший фотоснимок. Сотрудники, должно быть, чувствуют себя под постоянным наблюдением. Всякий раз, когда я здесь бываю и вижу белые халаты за стеклом, у меня возникает ассоциация с лабораторными крысами. Директор института, профессор, доктор наук и почетный доктор Карл Кауссен, известный под кличкой Король К., очень гордится этими стеклянными перегородками. В прошлом году мне выпала возможность вместе с несколькими коллегами из университетской и местной прессы попасть на эксклюзивную экскурсию по «инновационному пространству».

– А сколько здесь дневного света, ведь замечательно, не правда ли? Знаете ли, дневной свет стимулирует выброс гормона счастья серотонина. Потому-то наши сотрудники всегда в хорошем настроении! – говорил Король К., ведя нас по наполненным светом лабораториям.

Докторанты в знак согласия усердно кивали и бодро улыбались, тогда-то они впервые и напомнили мне лабораторных крыс. Король К. – мужчина харизматичный, но от Кристины я узнала, что за подобающим для общения с прессой фасадом скрывается подлинный тиран. Поэтому за улыбающимися лицами я заприметила явный страх. Само присутствие Короля К. вызывает у докторантов реакцию «бей или беги» (главным образом «бей»).

Что касается гормона счастья серотонина и хорошего настроения, тут все не так просто. Серотонин – это нейросоединение и гормон, и, как большинство гормонов, эта молекула вызывает в организме разные эффекты, которые, в свою очередь, связаны с целым спектром сложных цепочек химических реакций. Здесь я подчеркну это еще раз. Не хочу, чтобы при чтении этой книги у вас возникло впечатление, будто воздействие какого-то гормона можно ограничить каким-то простым действием, например, навесив ярлык: мелатонин – это гормон сна, а кортизол – гормон стресса. Наряду с прочими функциями серотонин влияет на наше настроение, поэтому уже десятки лет его недостаточное количество соотносят с депрессиями.

Вполне естественно, что причины психических заболеваний ищут, в частности, в нейрохирургии. В психологии бытует такое убеждение: «Everything psychological is simultaneously biological» – «В психологии все биологично». (А я дерзко заявляю: а в биологии все одновременно химия… к сожалению, это не означает, что мы можем детально отследить всю химию нашего организма.) Нейроны, то есть нервные клетки мозга, обмениваются сообщениями, посылая молекулы туда-обратно. Нервные клетки связаны посредством контактных, называемых синапсами. Однако на самом деле физически они не контактируют, между ними есть крошечный зазор – так называемая синоптическая щель. Через эту щель молекулы нейротрансмиттеров[26] перелетают от одной нервной клетки к другой и там паркуются к так называемым рецепторам. Рецепторы действительно можно представить себе как автопарковку, причем с зарезервированными местами, к которым могут пристыковаться только определенные молекулы. Пристыковка к рецептору влечет за собой либо активацию, либо торможение соответствующего сигнала.

Таким образом, у нейротрансмиттеров та же функция, что и у гормонов, – они сигнальные вещества. Как назовут молекулу, нейротрансмиттером или гормоном, зависит от того, откуда именно в организме она вбрасывается. Если родом из синапсов, это нейротрансмиттер. Если она образуется в железе́, например в эпифизе или надпочечниках, зваться ей гормоном. Серотонин может быть как гормоном, так и нейротрансмиттером.

В 1970-е годы возникло подозрение, что низкий уровень серотонина может быть причиной депрессий. Ученые смогли доказать, что при этом заболевании помогает повышение уровня серотонина. Поэтому долгое время циркулировало довольно простое объяснение: депрессию вызывает химический дисбаланс в мозге, и бороться с ней можно медикаментами, повышающими уровень, скажем, серотонина. Однако причины такого психического заболевания нельзя сводить к дефициту одной маленькой молекулы, это было бы упрощением. Да, серотонин помогает при депрессиях, но это вовсе не означает, что его дефицит служит причиной этого заболевания. Ведь не дефицит же аспирина вызывает головные боли, хотя от головной боли он помогает. И все же – повышающие уровень серотонина антидепрессанты помогают очень многим из тех, кто страдает депрессией. Нет ли здесь эффекта плацебо? Боремся ли мы такими антидепрессантами только с симптомами или на причину тоже можем воздействовать? Непростая взаимосвязь между серотонином и депрессиями по-прежнему вызывает споры, но так уж бывает с наукой. Проработавший два-три года в научных исследованиях наверняка испытает разочарование. И пусть наука и техника продвинулись далеко, поиск новых знаний – это чертовски трудная работа. Результаты противоречат друг другу или не поддаются воспроизведению. В науке не всегда все ясно и логично.

Есть прекрасная аллегория, очень хорошо описывающая науку и исследовательские работы, – притча о слепцах и слонах. Группа слепых мужчин обследует слона, доселе неведомое им животное. Образ этого существа слепцы могут воссоздать только на ощупь, но каждый ощупывает только часть слона. Один осязает острые бивни, другой – длинный хобот, следующий – большие уши и так далее. В ходе обсуждения они замечают, что у всех абсолютно разное представление о животном. Один уверен, что слон – это костлявое и тощее создание, а другой ничего подобного не нащупал. То же самое случается в ходе научных исследований и с нами, учеными, особенно если наш «слон» – это такая сложная тема, как, например, депрессия. Чтобы приблизиться к реальным фактам, слона нужно постигать в целом, собирая по кусочкам и осмысленно добавляя в общую картину все наблюдения, включая те, что на первый взгляд противоречат друг другу. И даже тогда слона мы разведали бы только на ощупь. Мы, как и прежде, слепы.

Когда я говорю с друзьями на подобные темы, они спрашивают: ты хочешь увлечь меня наукой или отпугнуть от нее? Ну да, если придерживаться аллегории про слепцов и слонов, без науки мы были бы не только слепы, но и пощупать что-либо не смогли бы.

Но хватит бродить в дебрях туманных аллегорий, давайте обратимся к достаточно хорошо исследованной нейрохирургии. Мы с Кристиной сидим в кафетерии и снабжаем мозг кофеином. Оказывается, в мозге есть рецепторы не только для нейротрансмиттеров, но и для кофеина. Впрочем, как бы по недоразумению, потому что кофеин ну очень похож на другую, эндогенную (то есть родную для организма) молекулу – аденозин.

Ну да, нам химические структуры кажутся не особо схожими, а вот рецепторам аденозина в мозге – вполне. Точнее выражаясь, речь вообще не о внешнем сходстве, а о том, насколько хорошо молекула подходит к рецептору. Парковочное место для аденозина устроено так, чтобы именно он мог туда идеально запарковаться, но случайно кофеин тоже туда вписывается.

Обычно задача аденозина – давать нам сигнал об усталости. Чем больше молекул аденозина стыкуется с аденозиновыми рецепторами, тем более уставшими мы себя чувствуем. Точнее, аденозин играет роль в стимуляции сна и подавлении бодрости, поскольку его концентрация увеличивается во время продолжительного бодрствования организма и уменьшается во время последующего сна. Откуда берется аденозин? Логично, что его образование связано с расходом энергии. Чем больше энергии мы расходуем, тем больше аденозина образуется. Когда бы и на что наш организм ни расходовал энергию – при занятиях спортом, для умственной деятельности или просто чтобы дышать, – ему нужна молекула по имени аденозинтрифосфат, причем для спорта больше, для дыхания меньше.

Аденозинтрифосфат – это единица энергии нашего организма, сокращенно АТФ. Но полное название представляется мне более очевидным: само слово дает понять, что аденозин-три-фосфат, даже потеряв три своих фосфата, все еще остается аденозином. Легко запомнить: чем больше молекул АТФ мы расходуем, тем больше возникает аденозина. И чем больше аденозин блокирует наши рецепторы, тем сильнее мы устаем.

Если только не выпьем КОФЕ! Кофеину нужно примерно четверть часа после того, как мы его выпьем, чтобы молекулы добрались до аденозиновых рецепторов и там припарковались. Они могут даже вышвырнуть и вытеснить оттуда молекулы аденозина, которые там уже обустроились. Теперь парковка заблокирована кофеином, но рецептор этого не замечает. Он не «видит» аденозин и думает, что его парковка свободна, а мы думаем, что бодры!

* * *

Несмотря на кофе, Кристина немного подавлена: она только что получила вердикт «paper rejected»[27], как принято красиво выражаться. «Наука сродни дуракавалянию, с той лишь разницей, что писанины больше» – эти слова принадлежат Адаму Сэвиджу, исполнительному продюсеру MythBusters[28], и тут он прав. Эксперимент – еще не наука, пока он не будет основательно задокументирован, а затем по нему не будет вынесено заключение. И только когда будет подтверждено, что испытания привели к новым открытиям, эту самую paper можно будет публиковать.

Однако за коротким словом paper стоит долгий и нередко полный разочарований процесс, который сам по себе уже чуть ли не наука. После того как ученый собрал данные и исчерпывающим образом изложил их на бумаге, paper можно подавать на публикацию в научный журнал. Редактор журнала выберет рецензента, так называемого reviewer, – обычно это профессора из других университетов, работающие в тех же областях, – причем в процессе рецензирования они для автора анонимны. Рецензенты читают и оценивают работу и решают, достойна ли она быть опубликованной в соответствующем журнале. До публикации текст придется дорабатывать с учетом замечаний рецензентов, досылать данные или описания опытов. Этот отзыв, или Peer Review (дословно – рецензия от коллег), призван удостоверять качество научных публикаций.

Часто бывает так, что несколько журналов отклонят статью, прежде чем представится возможность где-то – после тщательной переработки – ее опубликовать. Рецензент № 1, например, сочтет работу классной, а рецензент № 2 в этом далеко не уверен. Именно так и получилось с работой Кристины. Она показывает мне комментарий второго рецензента:

– Прочитай-ка. Этот тип, очевидно, вообще не понял этот раздел.

– …или эта женщина, – напомнила я ей о политкорректности.

– Да кто бы ни был, этот человек не понял раздел!

– Ну и хорошо, – говорю я. – Может, тебе остается только еще разок переработать текст.

Даже при написании научной статьи можно попасть в ловушку собственной компетентности. Будучи экспертом в своей области, можно легко потерять чутье в оценке уровня знаний аудитории, когда говоришь или пишешь о своей работе, причем не только в случаях, когда на какой-нибудь вечеринке объясняешь премудрости химии полному чайнику. Ученые вообще имеют склонность выражаться очень сложно, сами того не замечая. Усугубляется дело тем, что люди часто не показывают, что чего-то не поняли. Ведь тогда человек рискует оказаться единственным болваном, а это неприятно. Высокообразованный человек, ясное дело, не может допустить такого позора. Начиная работать над своей диссертацией, я часто слушала доклады других докторантов и была почти уверена, что, наверное, ужасно глупа, раз ничего не поняла. Но вскоре заметила, что другие чувствовали то же самое. И сегодня я знаю, что, как правило, это сами доклады непонятные.

Невнятным докладом крадешь время у аудитории, а вот невнятно написанной статьей роешь яму самому себе. Лучше всего привлечь кого-то, кто проверил бы доходчивость изложения, поскольку сам человек в какой-то момент теряет чутье и не улавливает, что доступно пониманию, а что нет.

– Не могла бы ты еще разок просмотреть статью? – спрашивает Кристина.

– Естественно, – отвечаю я.

Ясно изложенная наука – это же теперь моя специальность.

Обычно мы сидим в офисе у Кристины. В отличие от большинства других «инновационных помещений», он только наполовину из стекла. До сих пор у нас здесь было приватное пространство, но с недавних пор Кристина вынуждена делить офис с неким Дино. Динозаврика вообще-то зовут Торбен, он постдокторант у Короля К.; внешне немного смахивает на овираптора, поэтому между собой мы ласково называем его Дино. Он такой нелепо костлявый и двигается, немного нагнувшись вперед. Я сначала думала, что сравнение с овираптором не очень подходит, потому что это были бесцеремонные и вероломные твари, крадущие яйца у других динозавров. Торбен никогда так не поступил бы. Но Кристина меня просветила, что яйцекрадом (а именно так переводится с латыни овираптор) этого динозавра окрестили по ошибке. Скелет овираптора нашли над гнездом с яйцами и поэтому ошибочно заключили, что он таскал яйца. Позднее выяснилось, что это были его яйца (что вообще-то напрашивается само собой). Так что, вполне вероятно, овирапторы были милыми динозавриками. Как и Торбен.

Торбен относится к особо упертым ботанам. Я не просто так это говорю; по себе замечала, что я тоже довольно упертый ботан. Мне с трудом дается не смотреть на мир сквозь естественно-научные очки. Когда очень надо, я могу прикинуться человеком из печального мира не-ученых и достаточно непринужденно общаться. Торбен же ужасно стеснительный, на грани тревожного расстройства, и я не иронизирую и не преувеличиваю. В DSM-V (последнем выпуске Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders)[29], Social Anxiety, или социальная фобия, признается одним из тревожных расстройств. Но не хочу претендовать на то, что умею ставить психологические диагнозы, не говоря уж об удаленной диагностике. С Дино я встречалась лишь однажды и знаю о нем больше из рассказов Кристины. Когда я приходила сюда в прошлый раз, он был еще новичком в институте. Мы сидели у Кристины в офисе, за письменным столом напротив сидел Дино, и выглядел он так, будто хотел оказаться где-нибудь в другом месте. У меня с собой были яблочные дольки (сухофрукты из настоящих яблок, а не мармеладки Haribo), и я предложила Дино угоститься. Сначала он, кажется, вообще никак не среагировал, но мой натренированный глаз ботана смог распознать, что предложение он заметил и глубоко над ним задумался. Как ведет себя человек в неловкой ситуации? (В английском языке для такого случая есть прекрасное слово – awkward.) Он старается ничем не выдать своей неловкости. В беседе возникает долгая пауза – только не начать нервно улыбаться, а лучше расслабиться и просто выждать, что дальше скажет собеседник. (Кстати, здесь тоже поможет мантра: «Будь как благородный газ!») Ведь если задуматься, во многих социальных условностях в межличностных контактах нет никакой логической надобности. Но дело в том, что некоторые ботаны могут мыслить только логически. Поэтому они остаются в своей раковине и чувствуют себя весьма неуклюже в этом мире small talks (непринужденных бесед). Часто, единожды пообщавшись с таким человеком, люди навсегда наклеивают на него ярлык «не от мира сего». Но если с чудаком продолжать общаться открыто, раковина треснет – это лишь вопрос времени. Мы с Кристиной уже такое наблюдали. И под маской тишайших динозавриков иногда скрываются крутейшие типы.

Так что я протягивала Торбену пакетик с сухофруктами до тех пор, пока он не взял одну штуку. Кристина в шутку сказала:

– Или для тебя это слишком полезное лакомство?

Дино, все еще державший в руке яблочную дольку, спокойным тоном ответил:

– У меня сильная аллергия на яблоки.

– Как дела у Дино? – спросила я.

– Я теперь как мама, – вздохнула Кристина. – Знаешь, как только что вылупившиеся утята любой движущийся объект принимают за маму и начинают всюду за ней следовать? Дино – мой утенок, а я его мама.

– Дино-бэби, – ответила я и подумала: а что, детеныши динозавров тоже так себя вели? Как-никак, птицы[30] – это ближайший из оставшихся в живых родственников тираннозавра.

– Сейчас половина третьего, столовка вот-вот закроется, а он еще ничего не ел, причем только потому, что я тоже еще не ходила обедать.

– Ого!

– Да, ты уж привыкай к мысли, что я теперь вроде иголки с ниткой.

Я представила, как лет через пятьдесят Кристина с Дино сидят в креслах-качалках перед камином и вяжут.

Решаем двинуть в столовую, пока она не закрылась. Кристина хочет проверить, что будет, если разок не взять с собой Дино. Проходя по дороге мимо офиса Кристины, мы шпионим через остекление. Дино сидит за своим компьютером и, кажется, нас не замечает, но Кристина уверена, что он вскоре за нами последует. Даже если я при ней? Как-никак, а ведь в последний раз при встрече я его чуть не отравила.

* * *

Кстати об угощении. В прошлом году группа студентов устроила пикет перед главным входом в университетскую столовую; человек 30 стояли там с плакатами, выступая против консервирующих веществ. Столовая без использования консервантов – далеко не самая хорошая идея, я считаю. Я всеми руками за свежие продукты, поскольку сама готовлю, и когда только могу – из свежего. Но на предприятии общественного питания, обслуживающем тысячи человек ежедневно, без консервантов не обойтись. Мир ведь полон бактерий, грибков и прочих микроорганизмов. И им тоже надо что-то есть – к примеру, нашу еду. Я была бы не против делить свою трапезу с этими существами – мне не жалко, много они все равно не съедят, – если бы это не оборачивалось мерзкой и вонючей напастью, не говоря уже об инфекциях и отравлениях. Про отравление сальмонеллами мы знаем, но список намного длиннее. Например, ботулизм – слово звучит как название философского учения, однако это опасное для жизни отравление продуктами, содержащими ботулотоксин: мясо, рыба, овощи, грибы.

Но пищу могут испортить не только бактерии, но и чисто химические процессы. (То есть выделяемые бактериями токсичные вещества тоже образуются в результате химических реакций, происходящих в процессе бактериального обмена веществ, ну вы меня поняли.) Классическая химическая реакция, портящая продукты, – окисление, с ней мы уже познакомились на примере аккумулятора.

Окислению можно дать разные определения. Общепринятое: в батарейке мобильника это химическая реакция при отдаче электронов. Но можно дать и более узкое, так сказать, буквальное определение: химическая реакция с кислородом. Когда жиры реагируют с кислородом, то есть когда окисляются, они становятся прогорклыми и непригодными в пищу. Если разрезать яблоко, на срезе оно станет коричневым – это окисляются так называемые полифенолы. Может, вы когда-нибудь обращали внимание, что мякоть разных сортов яблок темнеет с разной скоростью? Дело в том, что в новых выведенных сортах, таких как «гренни смит» и «голден делишес», меньше полифенолов. Выглядит, конечно, более привлекательно, но плохо для таких, как Дино, аллергиков на яблоки. Потому что чем выше содержание в яблоке полифенолов, тем лучше аллергики их переносят.

Для окисления обычно нужны так называемые ферменты. Это молекулы белка, РНК или их комплексы. Они есть везде: в людях, животных, растениях и фруктах. Ферменты исключительно разнообразны по своему химическому строению и принципу действия, но объединяет их то, что они выступают катализаторами химических реакций. Быть катализатором – значит помогать молекулам делать то, что они хотят, но у них не очень получается. Давайте найдем сравнения: фермент можно сравнить с молодым человеком, помогающим старичку выйти из трамвая. Брачное агентство, подбирающее подходящего партнера (для реакции), тоже действует как фермент. Или кухонный гаджет, который строгает и режет, чтобы дело у вас двигалось быстрее.

Ферменты – это исключительно многообразный класс веществ. Срез яблока не просто так темнеет, стоит кислороду на него попасть: яблоки содержат фермент полифенолоксидаза (polyphenol oxidase, сокращенно PPO), который ассистирует окрашиванию их в коричневый цвет. Его название точно указывает, что он отвечает за окисление конкретно полифенолов, а окончание «-аза» типично для названий ферментов. Наш обмен веществ тоже не работает без ферментов, поскольку большинство химических реакций, поддерживающих жизнь в организме, без них не могли бы происходить или протекали бы слишком медленно. Кстати, поэтому я не переношу алкоголь – у меня не в порядке один из ферментов, отвечающих за его расщепление. Но к этому я еще вернусь в главе 13.

Порча еды – это не что иное, как следствие ряда нежелательных химических реакций. Физически продукты можно «законсервировать» в холодильнике или морозильнике, поскольку чем ниже температура, тем медленнее протекают химические реакции. А еще есть различные химические способы предохранения продуктов питания от порчи, которыми осложняют работу либо микробам, либо ферментам или устраняют кислород. Если не все, то дорог в Рим ведет много.

Начнем с кислорода. Вообще, уберечь хоть что-то на Земле от него – задача не из простых, ведь он входит в состав воздуха. (И жаловаться на это мы не будем.) Производитель может либо упаковать продукт в вакуум, либо поместить в газомодифицированную среду (используются, например, аргон или азот, см. главу 6). Защитный газ для продуктов питания – это, как правило, бедная кислородом смесь азота и СО₂. Упакованные продукты невозможно на 100 % уберечь от кислорода, но чем меньше контакта с кислородом, тем меньше они окисляются. Если намазать разрезанное яблоко слоем нутеллы, получится довольно солидный защитный слой, но это совет, не очень полезный для здоровья. А полезный вы, наверное, и сами знаете: выжать на яблоко лимонный сок – он содержит витамин С, а это антиоксидант.

Антиоксиданты у всех на устах, часто встречаются в рекламе косметики. Их химическое определение точно совпадает с буквальным смыслом самого слова «антиоксидант»: это вещество, предотвращающее реакции окисления, причем делает оно это потому, что само охотно реагирует с кислородом. Типа встает на линию огня с кличем: «Оставь полифенолы в покое! Возьми меня!»

При этом и лимонный сок тоже кислый. А кислота блокирует многие ферменты. Ферменты – это огромные сложные молекулы, хитроумным образом свернутые, как оригами. Свою филигранную работу они могут выполнять именно благодаря трехмерной структуре. Ферменты способны целенаправленно сводить два реагирующих вещества, например, таким образом: одно вещество засовывают себе в искусно сложенный карман и удерживают там, обеспечивая другому веществу возможность до него добраться. Но кислота со своей стороны способна расправить складки фермента – трехмерная структура нарушается, и фермент теряет химическое свойство служить катализатором. Потому, например, маринованные огурцы так долго хранятся – уксусная кислота их консервирует. Существуют даже бактерии, помогающие своей кислотой консервировать продукты. Кстати, хочу подчеркнуть: не все бактерии несут нам вред. Ну и потом, в жизни часто плохое соседствует с хорошим. Вырабатываемая бактериями помимо прочего молочная кислота делает из молока простоквашу, что целенаправленно используется при производстве йогурта и творога. Кстати, тот же трюк применяют для производства кислой капусты, которая, как мы знаем, тоже долго хранится.

Для начала давайте сойдемся на термине «искусственные консерванты» – здесь подразумеваются консервирующие вещества, которые получают промышленным способом. В списках ингредиентов, что указываются на упаковках продуктов, искусственные консерванты вы найдете под загадочными «Е» с номерами. В первую очередь это сорбиновая кислота и ее соли – сорбаты. В ингредиентах они обозначены как Е200, Е201, Е202 и Е203. По своей химической структуре они немного напоминают жирные кислоты и их соли, которые мы используем как мыло. Как и натуральные пищевые жирные кислоты, они усваиваются, и с ними не надо опасаться токсичности. Что касается запаха и вкуса, сорбаты и сорбиновая кислота практически не влияют на них.

Иногда есть потребность и в других кислотах, например в бензойной кислоте и ее солях – бензоатах. Их обозначения – от Е210 до Е213. Их применяют против дрожжевых и плесневых грибков, которые растут именно как грибы даже при низких значениях рН, то есть в присутствии других кислот. Используют их, в частности, в кислых продуктах – таких как майонезы, рыбные консервы и консервы с добавлением уксуса (маринады), а еще в газированных напитках. В отличие от сорбиновой кислоты, с бензойной не обошлось без скандалов – имелось опасение, что она вызывает гиперактивность у детей. Но это опасение не получило научных доказательств, что подтвердилось Европейским агентством по безопасности продуктов питания. Бензойная кислота и бензоаты официально классифицируются как безопасные консерванты.

Но некоторые бытующие опасения меня как химика особенно коробят. Часто приходится читать: «Бензойная кислота – это встречающееся в природе вещество, поэтому опасений оно не вызывает, а бензоаты – синтетический продукт, и потому они опасны». Это опять и снова слепая хемофобия: бензойная кислота и бензоат – это две разные формы одной молекулы! Бензойная кислота, как и жирные кислоты, – это так называемые карбоновые кислоты. Либо карбоновая кислота существует в форме непосредственно кислоты, либо от нее может быть образована соль. Здесь так же, как с жирными кислотами и мылом: кислотная форма плохо растворяется в воде, а солевая, будучи ионной, заряженной формой, хорошо водорастворима. Какая форма будет представлена, определяется просто кислотным показателем среды. В щелочной среде (при высоком значении рН) у нас больше бензоата; в кислой среде (при низком значении рН) больше бензойной кислоты. Если добавлять бензоат в кислые продукты – а именно в них он и применяется, – часть бензоата неизбежно превратится в бензойную кислоту. Это к вопросу о природном и химическом! Официальные предельно допустимые значения в любом случае установлены, и они не превышаются.

В составе продуктов ингредиенты упорядочены по их количеству, и консерванты, обозначенные буквой «Е» с номером, обычно находятся ближе к концу списка. То есть особо много их не содержится[31]. Технические возможности лабораторий постоянно совершенствуются, и собирать данные для долгосрочных исследований становится все проще. При этом регулярно исследовать уже допущенные добавки тоже очень важно, это позволяет сверяться с новыми надежными данными. Вы уже знаете, что научные исследования – процесс обычно сложный и долгий. И если речь идет о здоровье и безопасности, то следует серьезно принимать во внимание также и фрагментарные данные, особенно если есть подозрения на вредные эффекты. Это позволяет заблаговременно подумать о возможных альтернативах. Но паника и хемофобия – это не решение, и прежде всего тогда, когда разумных альтернатив еще нет.

Хемофобия хемофобией, но вот это неприятие «искусственных» и предпочтение им «натуральных» ингредиентов просто уму непостижимо. Мне тоже больше по душе питаться свежими продуктами, они еще и намного вкуснее. Но ярлык «натуральное», к сожалению, автоматически не означает «свежее». Давайте для ясности сравним натуральные и синтетические ароматизаторы и вкусовые добавки. Если знать, какие молекулы создают аромат природного фрукта, можно их либо экстрагировать (получить естественным образом), либо самим произвести их в лаборатории (Караул! ХИМИЯ!). Между молекулами из природы и лаборатории никакой разницы нет, коль скоро у них одинаковая химическая структура. Только природа намного более сведущий химик, чем все ученые-химики вместе взятые. Обычно вкус обусловлен замысловатой смесью различных молекул, а искусственные ароматы часто гораздо проще по составу. Одновременно они столь же безопасны, как и натуральные ароматизаторы, если даже не в большей степени, потому что каждый отдельный ингредиент искусственного ароматизатора изучен и протестирован.

Впрочем, если на упаковке написано «только натуральные ароматизаторы», это вовсе еще не значит, что ароматы были взяты из соответствующего фрукта. К примеру, в основе «натурального» кокоса часто бывает не кокосовый орех, а молекула, называемая лактон массойи, ее получают из коры растения массойя. Естественно, она природная, но не кокос.

Если же кому-то важен экологический аспект, то и тут синтетические пищевые добавки не стоит все скопом представлять в черном свете. Возьмем, к примеру, лимонную кислоту, которую используют в качестве консерванта, антиоксиданта и регулятора кислотности. Разумеется, она происходит из лимонов и других цитрусовых, но, чтобы покрыть потребность человечества в лимонной кислоте, не хватило бы всех цитрусовых на планете. Поэтому хвала синтетически произведенной лимонной кислоте, благо нет никакой разницы, образовало ли ее молекулы растение, или их получила какая-нибудь химичка в лаборатории[32]. Химия – это не всегда так уж «неправильно», ребята.

* * *

Кстати о химии: кто-нибудь еще помнит о случае с загадочным чизбургером из «Макдоналдса», который никогда не портился? Некая дама по имени Карен Ханрахан купила себе в 1996 году в «Макдоналдсе» чизбургер, который, вероятно, так до сих пор с собой и носит. Много лет (лет!) после того, как она его купила, он все еще оставался пригодным к употреблению, никаких признаков порчи на нем не было, и выглядел примерно так, как и должен выглядеть чизбургер из «Макдоналдса». Возможно, он и сейчас так же выглядит, в последний раз о бессмертном бургере я слышала в 2012 году. Естественно, эта история долгие годы была в заголовках. Что же такого в этом дьявольском бургере? Какой коктейль из химикатов способен на это? И что мы там вообще едим?!

Ответ одновременно и разочаровывает, и успокаивает: никакого дьявольского вещества в бургере не было, просто он очень сухой. За короткое время бургер высох так, что не хватало воды, чтобы что-то с ним сотворить. Карен Ханрахан публично выступала против фастфуда, и засушенный чизбургер был ее излюбленным реквизитом. Она использовала его как доказательство «нехорошей» химии консервирующих веществ. В принципе я поддерживаю ее призыв. Фастфуда следует употреблять как можно меньше, но меня выводит из себя, когда ради пропаганды здорового питания используют искаженные научные выкладки. Есть же много других веских и научно доказанных причин ограничивать потребление фастфуда!

Вот о чем еще свидетельствует пример с чизбургером: не только кислород портит пищу, вода тоже играет роль. Так что для сохранения продукт можно просто засушить или добавить в него добрую толику сахара или соли. (Что, разумеется, тоже не очень полезно.) И сахар, и соль абсорбируют воду; они настолько гидрофильны и привлекательны для молекул воды, что те не могут устоять – так и льнут к ионам соли или молекулам сахара, а потому микробам не достаются.

* * *

Небольшой студенческий пикет тогда ни к чему не привел: столовая от консервантов не отказалась. Но информация о них занимает все больше места в столовском меню. Я опасаюсь, что подробное перечисление всех консервирующих веществ и загадочных «Е» будет вселять в людей неуверенность. Да, консерванты – это часть современной жизни, но большинство мало что о них знает. Поэтому мое кредо: мы должны лучше знать химию! Со всеми ее нюансами, рисками и шансами.

Разумеется, питаться следует свежими, необработанными, местными продуктами – когда это вообще возможно. Но иногда не мешает быть прагматиком, памятуя вот о чем: роскошь иметь возможность покупать себе продукты в супермаркете, как и «роскошь» ходить в столовую, зиждется на сотнях лет прогресса, и без консервирующих веществ эта роскошь едва ли была бы возможна.

Консерванты – лишь один пример из многих. Мы вообще чрезвычайно многим обязаны химии и синтетически производимым веществам. Мы боимся ядов и неприродных химикатов, но не замечаем, сколько всего позитивного создает химия – всего, что облегчает нам повседневную жизнь или даже может ее спасти, – будь то медикаменты, изолирующие материалы для электропроводки или лак для объема волос.

Иногда страх перед химией кажется мне сродни страху перед прививками: современные вакцины настолько эффективны, что мы уже забыли про все страшные болезни, исчезнувшие благодаря прививкам. Жизнь без оспы, кори, дифтерии, детского полиомиелита стала чем-то самим собой разумеющимся, мы этого уже не ценим. Зато теперь испытываем страх перед всевозможными редко возникающими побочными действиями, которые ни по частоте повторения, ни по степени риска не идут ни в какое сравнение с побежденными заболеваниями.

Должна, однако, признать: да, сравнение прививок с химией в общем и целом немного хромает – нельзя ведь сказать, что в химии в принципе опасности меньше, чем пользы. Я хочу лишь предостеречь от обобщений, мы с такой легкостью их делаем. Со мной это тоже периодически случается, правда, в противоположном направлении. Однажды мне понадобилось купить в аптеке что-нибудь от насморка. Провизор предложил на выбор два разных препарата – растительный и химический. Недолго думая, я попросила химический – мне все же нужно было что-то действенное – и поймала себя на том, что, не разобравшись, приписала химии более сильное воздействие. Так что мне тоже нужно напоминать себе: синтетическое вещество из лаборатории не может автоматически считаться более эффективным, а вещество из растения априори не менее действенно.

Когда все мы отдадим себе отчет в собственных предубеждениях и будем их отслеживать, то станем корректнее относиться и к химии, и к природе и сможем принимать адекватные решения.

* * *

Кристина слегка тронула меня за плечо и кивком указала в сторону столовской кассы. И действительно – овираптор со своим подносом неуклюже шагал к нашему столу.

– Я к вам пришел… – нараспев продекламировала я.

– Пора мне спросить его, не хочет ли он, чего доброго, ко мне переселиться. – Возможно, Кристина и напускает на себя сейчас саркастичный вид, но на деле она к Торбену прикипела. – Вообще-то я даже рада, что он тебя не стесняется.

– Но я же так мила, – говорю я.

– А я же хорошая мама, – отвечает Кристина.

Торбен подсаживается за наш столик, и тут происходит нечто гениальное: он смотрит на меня, улыбается и кладет на мой поднос яблоко. Вот это алаверды! Перед моим внутренним взором предстает картина: вся столовая в едином порыве встает, овации, конфетти, флаги и лозунги, люди поднимают Дино и несут его на плечах. Мы с Кристиной широко улыбаемся Торбену, а он улыбается нам.

– Раковина треснула, – шепчет Кристина.

– К нам в офис только что заходил Король К. И буквально меня поносил, – произнес в своей удивительно спокойной манере Дино.

– Что?! – вскричала Кристина.

Материнский инстинкт, должно быть, проснулся. У меня создается впечатление, что паттерн отношений в стиле «мама и дитя-динозаврик» исходит от нее.

– Что ему опять не так?

– Он сказал, что нужно убрать растения из офиса – они не соответствуют corporate identity[33].

– ЧЕМУ-ЧЕМУ? – спросили мы с Кристиной в один голос. Иногда я думаю: хорошо, что я уже окончила университет, это же невозможно вынести.

– И что ты на это ответил? – спрашиваю я Торбена.

– Я спросил его, должен ли немедля утилизировать растения, – невозмутимо произнес Дино. – А он рассвирепел и сказал: «У вас научная степень, так что не задавайте глупых вопросов!»

Очевидно, Король К. из тех людей, которые уже давно ни от кого не слышали слова «нет». И никто ему не скажет, что вот это самое насчет горшков с растениями в офисе – полная чушь. Так уж бывает, когда человек оказывается на самой верхушке иерархии. Разумеется, иерархии есть всюду, но в университетах они особенно жесткие, потому что в любом концерне над каждым боссом есть еще один босс. А на правление наседают акционеры и профсоюзы. Выше профессора же теоретически только бог, а поскольку именно ученые-естественники в большинстве своем атеисты, профессор становится высшей властью.

Конечно, есть среди профессоров и прекрасные люди. Например, наш с Кристиной научный руководитель был высший класс. И если бы он таковым не был, Кристина, вполне возможно, зарабатывала бы сейчас большие деньги в какой-нибудь промышленной фирме, что для науки оказалось бы большой потерей. Но, к сожалению, мало людей, способных в мире срочных договоров, низких ставок и сумасшедшей нагрузки обеспечивать хоть какую-то эмоциональную поддержку и выказывать определенное уважение. Очень нагляден в этом отношении следующий эпизод.

В 1996 году – в том самом, когда Карен Ханрахан купила свой бессмертный чизбургер, – химик Эрик М. Каррейра написал письмо. Каррейра был тогда многообещающим профессором химии в Калтехе, в Калифорнийском технологическом институте, одном из самых уважаемых университетов мира. Это было личное письмо Гвидо, одному из постдоков Каррейры, однако позднее оно было предано гласности. Я хочу привести его здесь в максимально буквальном переводе.

«Гвидо, хочу изложить в письменном виде, что ожидается от тебя в качестве члена нашей исследовательской группы. От всех членов группы я ожидаю, чтобы они в дополнение к обычным рабочим часам работали также вечерами и в выходные. Ты увидишь, что здесь, в Калтехе, это норма. Я понимаю, что в исключительных случаях может потребоваться время на личные обстоятельства, вынуждающие тебя уклоняться от выполнения обязанностей в лаборатории. Но для меня абсолютно неприемлемо, чтобы это входило в привычку.

Я обратил внимание, что в лабораторию ты приходишь не каждые выходные, а в последнее время не всегда остаешься вечерами. К тому же ты попросил еще и отпуск. Я не вижу проблем с заслуженным отпуском, проблема в твоих непрекращающихся отпусках и в постоянных отлучках с работы, что отрицательно сказывается на проекте. Считаю это исключительно неприятным обстоятельством, наносящим ущерб твоей научной деятельности.

Ожидаю безотлагательной корректировки твоего отношения к работе.

Я ежедневно получаю минимум по одной заявке на постдок из США и со всего мира. Если ты не найдешь возможность следовать рабочему распорядку, я уверен, что найду надлежащую замену на твое место в этом важном проекте.

С уважением, Эрик М. Каррейра».

Публикация вызвала возмущение, что понятно, но, если посмотреть с другой стороны, это честное письмо. Его откровенность шокировала многих химиков больше, чем то, что автор ожидал от своих сотрудников как нечто само собой разумеющееся; такое отношение в научном мире не редкость. Я знаю еще много подобных историй, но эта тема потянула бы на отдельную книгу.

Когда Каррейра писал свое письмо, он был примерно в таком же положении, как сейчас Кристина: в 33 года в качестве associate professor он находился в важнейшей make-or-break phase[34] своей научной карьеры. Сегодня он один из самых известных химиков-органиков в мире. Я слышала, что теперь он успокоился и вообще классный человек (во всех отношениях).

Благодаря Кристине и многим другим молодым ученым, которых знаю, по отношению к будущему я настроена оптимистично. Надеюсь лишь, что через два-три года академической карьеры они сами не обратятся в извергов. Кристина всегда говорит: если когда-нибудь я замечу признаки ее бесчеловечного отношения к студентам, могу – нет, обязана – поставить ей это на вид.

* * *

Межличностные отношения – это ведь самое важное. Это точно как в химии: атомы и элементы – каждый сам по себе – увлекательны. Но самое интересное начинается, когда атомы соединяются в молекулы и между ними происходит химическая реакция. Химические связи тоже в некотором роде похожи на человеческие отношения. Вот, к примеру, в кругу наших друзей есть одна неразлучная парочка; ее зовут Штеффи, а его Штефан, а их вместе мы называем Штефами. Даже на слух, казалось бы, до противности гармонично, но по иронии там ровно наоборот. Штефы постоянно ссорятся, точнее, ссорится только Штеффи, а Штефан это тихо терпит. Со стороны складывается впечатление, что отношения неравноправные: Штеффи чрезвычайно требовательна, а Штефан из тех, кто всегда уступает и отдает. Но я подозреваю, что Штефан именно этого и хочет, и ничего другого. Они вместе уже давно и, думаю, по-своему счастливы. Кристина назвала бы их отношения метастабильным соединением[35], я же скорее вижу тут соединение ионное.

Есть три разных вида химических связей, с которыми стоит познакомиться: ионогенная, атомарная и металлическая[36]. Во всех этих связях два атома соединяются одним и тем же способом: посредством электронов. Химические соединения возникают путем распределения электронов. Точнее говоря, электронов на внешнем уровне – именно они при химической связи разделяются между атомами, что вы, надеюсь, уже уяснили из главы 2. Причиной, почему атомы вообще соединяются, может быть, например, правило октета. Но какой вид соединения возникнет в результате, зависит от того, как именно распределятся электроны между партнерами по связи.

Ионогенная, или ионная, связь основывается на том, что один из партнеров дарит электрон другому. Это могут быть несколько электронов, в зависимости от потребностей атомов, связанных, например, с правилом октета. Мы уже видели это на примере фторида натрия (который в зубной пасте) и хлорида натрия (поваренной соли). Возникают положительные и отрицательные заряды, взаимно притягивающиеся катионы и анионы (вспомним главу 2). То же самое зачастую происходит и в отношениях – я имею в виду в связях, которые заключают между собой люди. Ведь, как говорится, противоположности притягиваются – вуаля, вот вам и ионная связь!

Однако, в отличие от Штефов, ионное соединение типа хлорида натрия никак нельзя представить себе как просто парочку хлорид плюс натрий. Между положительным натрием и отрицательным хлоридом есть электростатическое притяжение, исходящее от каждого иона радиально по всем направлениям. Каждый ион натрия трехмерно окружает себя хлорид-ионами, и наоборот. В результате получается упорядоченная трехмерная структура – ионная кристаллическая решетка. Ионная кристаллическая решетка поваренной соли выглядит так.

Взглянув теперь на это соединение, его, пожалуй, сложно назвать идеальным браком, как я это сделала в главе 2. Ионная связь – это вовсе не гармоничные отношения, ведь в ней один отдает, а другой принимает. Но оба счастливы. Как Штефы. Потому что один ничего иного не хочет, кроме как давать, а другой желает только брать. (Очень похоже на окислительно-восстановительные реакции из главы 6.) Возможно, это все же крепкий брак, хоть и не образцово-показательный, поскольку внешний наблюдатель вполне может осуждать Штеффи и сочувствовать Штефану. Этот принцип химической связи можно заметить в другом типе отношений между людьми: мне кажется, что между Кристиной-мамой и Торбеном-динозавриком отношения очень похожи на ионные.

А теперь посмотрим на другой вид связи, пожалуй, он подходит к нам с Кристиной. В главе 2 такой связью было, например, соединение между углеродом и фтором в тефлоне. Органические соединения, то есть содержащие углерод, априори атомарны, их еще называют ковалентными. Лично мне определение «ковалентное» нравится больше, поскольку «атомарное соединение» мало о чем говорит. Разве не все соединения суть связи между атомами?

Ковалентные партнеры по связи делят между собой электроны, а не то чтобы один давал, а другой принимал. Вместе их удерживают общие электроны, а не электростатическое притяжение между зарядами.

В этой книге вы видели несколько примеров таких ковалентных связей.

Каждая черточка на этих схемах соответствует ковалентной связи. И, кстати, каждый угол, кроме специально обозначенных, – это атом углерода. Ведь углерод в нашей жизни доминирует, и большинство молекул содержит так много атомов углерода, что можно обойтись без того, чтобы на каждом углу ставить букву «С» (или СН, СН₂, СН₃):

Кстати, причина, по которой углерод – такой мастер на ковалентные связи, еще и в том, что жизнь базируется на углероде и, следовательно, на нашем предположении, что он должен лежать в основе любой жизни. Дело в том, что в противоположность ионной ковалентная связь не происходит радиально по всем направлениям, а имеет определенные направление и угол между двумя связками. Поэтому ковалентные связи выстраивают намного более замысловатые структуры, чем ионные, – как, например, наши ДНК или те же молекулы, которые вы видите в этой книге. Но и простые, маленькие молекулы, как молекулы газа, строятся только ковалентными связями, в то время как ионные связи дают сразу огромные решетчатые структуры.

Впрочем, границы между ионными и ковалентными связями расплывчаты. Не в каждом ковалентном соединении оба партнера полностью равноправны, равно как при распределении электронов один из партнеров может претендовать на большее, чем другой. Насколько справедливо распределяются электроны, зависит от того, насколько партнеры различаются по электроотрицательности. Электроотрицательность – это способность химического элемента оттягивать к себе общие электронные пары внутри одного соединения. Когда соединены два одинаковых атома, как в классическом случае с двумя атомами углерода, связь действительно честная и сбалансированная. Но в молекуле воды (Н₂О) атом кислорода (О) обладает большей электроотрицательностью, чем атом водорода (Н), и по этому сильнее притягивает к себе разделяемые связующие электроны (валентные). Это еще не делает воду ионной, но плотность электронов возле атома кислорода становится выше плотности возле атомов водорода. В результате возникает так называемая полярность – как на положительном и отрицательном полюсах батарейки, так и в молекуле воды получается разделение зарядов в сторону ослабления: у атома кислорода частичный отрицательный заряд, а у атомов водорода – частичный положительный. Ковалентное соединение с неким намеком на ионное, так сказать. Его называют также полярным ковалентным соединением. Когда электроотрицательности различаются экстремально, один из партнеров притягивает к себе все электроны, и получается ионное соединение.

* * *

Мне нравится подразделять отношения между людьми на ионные и ковалентные. Некоторые ищут в партнерах и друзьях свою противоположность, я же скорее предпочитаю ковалентный тип отношений. Думаю, например, что у меня очень ковалентный брак. И друзей себе я подыскиваю таких, чтобы они по возможности были со мной «ковалентно совместимы». Кому-то это может показаться скучным, но есть и свои преимущества. Кристина организовывала мой предсвадебный девичник, где встретились некоторые из моих подруг, до тех пор между собой не знакомые. Кристину сильно впечатлило, насколько гладко и гармонично прошел праздник. Должно быть, дело в том, что в дружбе я ценю ковалентность.

* * *

Есть еще металлические связи, это тоже дело особое. На них держится и слиток золота, и железный гвоздь. И, конечно же, наша ложка из первой главы, где мы еще представили соединение металлов как шведскую стенку. Но теперь вы готовы копнуть глубже, верно?

Химические элементы можно разделить на металлы и не-металлы, причем последних среди элементов периодической системы всего примерно одна пятая часть. Металлы объединяет интересный вид связи, который можно описать с помощью так называемой модели электронного газа: в ней электроны на внешнем уровне не привязаны прочно к определенному месту, и их нельзя отнести к отдельным атомам. Зато они относительно свободно двигаются внутри металла, что можно сравнить с движением молекул в газе. И потому это вечно движущееся братство электронов называют также электронным газом.

Так что металлическая связь, подобно ковалентной, основывается на разделяемых электронах, но в металле, как в коммуне, все «имущество» общее.

Отпуская на волю свои электроны на внешнем уровне, сами атомы металла остаются положительно заряженными. Теперь это положительные ионы металла, и в качестве таковых они образуют структурную сетку металла, так называемую металлическую кристаллическую решетку. Положительные ионы металла и электронные газы взаимно притягиваются, подобно катионам и ионам в ионной решетке. Но поскольку электроны там могут двигаться, металлическая решетка не столь жесткая, как ионная. И именно это обуславливает свойства металлов.

У металлов есть три характерные особенности, все они вытекают из этого типа связи электронных газов.

Во-первых, металлы проводят электрический ток.

Электрический ток – это не что иное, как поток электронов. А электроны, естественно, могут течь очень хорошо, это ведь электронный газ. Если присоединить к батарейке металлическую проволоку, на одном ее конце электроны будут просто втягиваться, а из другого вытягиваться.

Во-вторых, металлы хорошо проводят тепло.

Это отсылает нас к главе 1 и вопросу, почему металлическая ложка на ощупь кажется холоднее деревянной столешницы. Если теплопроводимость – это передача энергии движения между частицами, то, ясное дело, чем подвижнее частицы и чем чаще они сталкиваются друг с другом, тем лучше передается тепло. С каждым столкновением внутри электронного газа энергия передается от одного электрона к следующему. А дерево состоит из ковалентных соединений, и, следовательно, с молекулярной точки зрения оно намного жестче и хуже проводит тепло.

В-третьих, металлы легко деформируются.

Я не говорю, что металлы непременно мягкие. Твердость и способность к деформации – разные вещи. Ведь металлическая проволока одновременно и твердая, и деформируемая. Возьмем, к примеру, палочку из дерева или стекла и попробуем ее согнуть – в какой-то момент она сломается, потому что оба материала ломкие. А металлический прут гнется, потому что ионы металла, образующие основной его каркас, его структурную сетку, не привязаны жестко к своим местам. Они скользят мимо друг друга, между ними мягкая прокладка из электронного газа, так что металлы в большинстве своем пластичны – их можно вытягивать в проволоку и прессовать, бить молотом и ковать – они от этого не трескаются.

Я нахожу это поистине завораживающим занятием – соотносить физические и биологические свойства с химическими структурами. Это же просто гениально! Еще круче – самой применять понимание происходящих процессов для создания молекул и материалов, обладающих определенными требуемыми свойствами. Ну разве это не гениально? Как можно не замечать, что химия гениальна? Никогда этого не пойму.

* * *

– О не-е-е-ет, – разочарованно протягивает Кристина, посмотрев в свой мобильник.

– Что такое? – спрашиваю.

– Отказ от молодого Теслы. Он уходит к Королю К. – Кристина явно подавлена.

Молодой Тесла подавал заявление на работу над диссертацией под началом моей подруги; он якобы похож на молодого Николу Теслу. Он, должно быть, очень хороший студент и многообещающий ученый, на собеседовании произвел на Кристину неизгладимое впечатление. Руководимая Кристиной исследовательская группа маленькая, но сама она прекрасно умеет подбирать правильных людей. Ее сотрудники – хорошие ученые и командные игроки, а этому сочетанию она придает большое значение. Атмосфера в группе должна быть конструктивной и мотивирующей, поэтому однажды она уже отказала одной соискательнице, которая выглядела убедительно в плане профессиональном, но по-человечески вряд ли вписалась бы. Молодой Тесла, казалось, прекрасно вписывался в команду, но группа Кристины конкурирует еще с восемью исследовательскими группами в институте. И большинство соискателей стремятся попасть к Королю К., он же профессор самый что ни на есть титулованный, к тому же руководит институтом. Ясно, что так называемая младшая группа – это риск, с этими новыми группами никогда не знаешь, насколько они будут успешны. Поскольку младшие профессора, такие как Кристина, сами находятся под нешуточным давлением, под их опекой соискатели, как правило, получают больше поддержки, но и риска попасть в рабство тоже больше – вспомните случай с Каррейрой. Как бы то ни было, этот самый Тесла вскоре наверняка пожалеет, я в этом уверена.

– Ну теперь придется наблюдать, как этот парень следующую пару лет будет загибаться у Короля К., – говорит Кристина.

Я обнимаю ее за плечи:

– Сегодня плохой день, да?

– Хм-м-м…

Дино тоже выглядит опечаленным.

– Заходи ко мне сегодня вечерком, я что-нибудь приготовлю, – говорю я. Кристина колеблется. Скорее всего, она думает о том, что надо поднажать на работу ради достижения успеха и того, чтобы лучшие люди не уходили к Королю К. Ну как тут выделить время на ужин?

– Знаете что? А приходите оба, – обращаюсь я к Кристине и Торбену. – В семь вечера. И никаких отговорок.

Я выхожу на две остановки раньше, потому что больше не могу терпеть вонь. Поначалу не хотелось верить, что резкий запах пота исходит от (внешне) привлекательного мужчины рядом со мной, но уже на выходе я могу однозначно идентифицировать источник вони: этот тип вонял TMHS – транс-3-метил-2-гексеновой кислотой. Она родственна капроновой – это жирная кислота, и название произошло от латинского сорго – коза. Именно потому, что TMHS очень сильно пахнет козой.

Капроновая кислота относится к так называемым насыщенным жирным кислотам: углеродные цепочки в ней содержат только простые соединения, двойных связей там нет. Если умозрительно превратить одинарную связь в двойную, получится уже ненасыщенная жирная кислота. А если на эту двойную связь навесить еще так называемую метильную группу, получится расчудесная молекула TMHS – та самая, которая способствует характерному козлиному, буквально сшибающему с ног запаху пота.

До чего противно, вероятно, думаете вы сейчас и хотите больше узнать о насыщенных и ненасыщенных жирных кислотах, но об этом мы позаботимся поближе к ужину. А пока можем спокойно поговорить о вонючих молекулах; я их тоже неохотно нюхаю, но сами молекулы нахожу все же очень увлекательными.

Запахи объясняются летучими молекулами. Летучий – значит легко испаряющийся. Следовательно, когда я унюхиваю что-то неприятное, это происходит потому лишь, что гадкие вонючие молекулы буквально физически вторгаются в мой нос. Что касается того типа в автобусе – да, часть пота из его подмышек действительно залетела в мой нос. Знаю, реальность не всегда приятна.

Органическая химия связана с интенсивными запахами. Наичудеснейшие ароматические и вкусовые вещества – это органические молекулы, но и отвратнейшие запахи – тоже. В университете органическую химию сокращенно называли OC (от немецкого organische chemie) – две буквы, которые у одних вызывают восторг, а у других – страх. Во-первых, в ОС надо много учить наизусть. Когда я корябала дома органические структурные формулы для запоминания, мой сосед по общежитию говорил: «Вот это да, и ты еще знаешь, как все это выглядит». Он имел в виду: «Супер, что ты все это еще и запомнить можешь». Но удивительно здесь, собственно, то, что мы вообще знаем, как выглядят органические структуры, хотя видеть их не можем. Вот за что я люблю химию. Но теория теорией, а примерно половину учебной программы по химии составляют лабораторные работы. Химики их называют практикумом, что в разговорах с не-химиками иногда приводит к непониманию. Практика по органической химии – это нечто: уже не одного студента-химика она заставила засомневаться не только в выборе специальности, но и в том, есть ли вообще в жизни смысл. Но в то же время они чертовски увлекательны, эти практические занятия: в органической химии речь прежде всего о «кухне», как говорят химики, то есть о синтезе – о создании новых молекул с нуля. Это на самом деле круто – собственными руками «стряпать» молекулы, которых не увидеть ни невооруженным глазом, ни даже в лучший в мире микроскоп. Чувствуешь себя немного волшебником. Но практикум по органической химии – вещь очень трудная. Кроме того, его сопровождает специфический запах. Если студентке-химичке назначить занятия по органической химии в незнакомом здании университета, она по одному лишь запаху найдет нужную лабораторию. И запах этот неприятный. Мне всегда было неловко ехать после практики в переполненном автобусе и противно вонять. Тот тип с подмышками был бы ничто против запаха химической лаборатории. Но молекула пота TMHS тоже органическая, и все мы знаем, что это не единственная вонючая молекула, которую выделяют люди. Вот небольшая выборка.

Прежде чем вы подумаете «Надо же как любопытно!» и беспечно продолжите читать дальше, задумайтесь, пожалуйста, над тем, откуда мы все это знаем. Неужели вы думаете, что кто-то теоретически вывел химический состав кишечных газов? О нет! Естественно, это было определено экспериментальным путем.

Не могу обойти вниманием одно особенно забавное исследование: в 1998 году ученые из Миннеаполиса изучали газовое содержимое вздутых животов у 16 мужчин и женщин с целью идентифицировать зловонные вещества. Поначалу участникам эксперимента надо было всего лишь пукать в трубочку. Но в научном эксперименте, разумеется, ничего не отдают на волю случая. Поэтому в пищу участников вечером накануне исследования и с утра добавляли по 20 граммов фасоли и по 15 граммов лактулозы – сахара с пребиотическим эффектом, который кишечные бактерии разлагают при газообразовании.

Примечательным здесь был собственно анализ данных. Плюс к таким распространенным методам, как газовая хроматография, в этом эксперименте было задействовано специальное «жюри» из двух человек, призванных оценивать, насколько неприятными на самом деле были запахи. Почему только два арбитра? А вы попробуйте найти людей, которые ради науки хотели бы нюхать пробы кишечных газов. Кроме того, для максимально точной экспертизы требуются особенно чувствительные носы. Оба «арбитра» в предшествовавших тестах обнаружили высокие обонятельные способности и доказали, что хорошо справятся с задачей оценить вонь как количественно (насколько сильные запахи), так и качественно (как запахи различаются). Они должны были классифицировать пробы запахов по шкале от нуля (без запаха) до 8 (отвратительный). Кроме того, они должны были точно описывать запахи отдельно взятых, изолированных газов: какой он – сернистый, гнилостный, сладковатый? Обычное «противный», разумеется, недостаточно конкретно.

Выпускаемые человеком кишечные газы большей частью состоят из веществ без запаха, таких как водород, азот и СО₂, но среди вонючих, как выяснили ученые, самая большая доля приходится на сероводород (пахнет тухлыми яйцами), далее следовали метантиол (пахнет гнилыми овощами) и диметилсульфид (пахнет сладковато, но очень неприятно).

Ну и что дальше делать с этими знаниями? Вообще-то не каждое исследование непременно должно иметь практическую цель, оно оправдывает себя и без вопроса «что мне это дает». Самое главное в науке – лучше понять мир, а кишечные газы – как-никак часть этого мира. Однако это исследование на самом деле пошло еще дальше, и вот наконец мы подходим к собственно забавной его части.

Далее ученые проделали такой эксперимент: исследуемых одели в штаны из воздухонепроницаемого материала, для герметичности проклеенные защитной пленкой на верхней части бедра и тазобедренном суставе. Для проверки, не выходит ли из штанов газ, участников даже окунали в воду – как велосипедную шину перед тем, как залатать, – и следили, не запузырится ли где на воде газ. При этом подопытные были еще и обмотаны шлангами, чтобы можно было подконтрольно и без потерь выводить газ из штанов для анализа. А в штаны были вложены пенные подушки с нанесенным на поверхность активированным углем – он может абсорбировать содержащие сероводород молекулы. То есть это были подушки не для пуканья, а антипукальные! Так ученые тестировали, сколько вонючих молекул не пропустит из штанов наружу такое устройство с активированным углем, и насколько оно ослабит вонь. Были даже предусмотрены подушки-плацебо, на них активированный уголь был покрыт воздухонепроницаемым слоем пластика. Все с соблюдением методологии!

И что же выяснилось? Из штанов с подушками с активированным углем вони выходило меньше. Антипукальная подушка абсорбировала более 90 % сероводородосодержащих газов. Только вот следует отметить одну деталь – и сейчас будет самое, как мне кажется, смешное, – подушки были размером 43,5 х 38 х 2,5 см. То есть этакие солидные подушки под голову! Если на практике в антипукальные штаны должны быть вмонтированы крупногабаритные подушки, неудивительно, что такого устройства на рынке пока еще нет. Но вот таковы они, исследования. Между многообещающими результатами изысканий и возможностью применения на практике иногда пролегает огромная пропасть.

Самая вонючая, как считается, молекула в мире в природе, к счастью, не встречается. Эта маленькая молекула носит имя тиоацетон и выглядит довольно невинно.

Однако тиоацетон в этой форме получить совсем не просто. Можно произвести то, что называется тример, который в принципе будет состоять из трех молекул тиоацетона, соединенных в одну циклическую структуру. При подогреве тример расщепляется, и тогда можно высвободить тиоацетон.

Но оно нам надо? Первыми такой опыт проделали химики из Фрайбурга. Было это в 1889 году, и вот как они описали свои эксперименты:

«Как только свежеполученный результат реакции […] был при тщательном охлаждении дистиллирован водяным паром, очень скоро распространился запах, достигавший удаленных частей города вплоть до расстояния в ¾ километра. Жители соседствующих с лабораторией улиц жаловались на то, что пахучая субстанция вызывала у некоторых обмороки, тошноту и рвоту».

Что отличает истинного ученого? От жажды познаний его не отвратит даже самая дурная вонь. Прекратить опыты фрайбургских химиков вынудила лишь «буря протестов». При этом они с самого начала не рассчитывали на какое-то практическое применение своих результатов (может, только как оружие?); для них это была просто молекула, которую исключительно сложно изолировать, и уже одного этого достаточно, чтобы попытаться! Наука – это поиск границ возможного.

Фрайбургские химики обеспечили раннее доказательство того, что химики-органики – самые чокнутые из химиков. По крайней мере, я так считаю. Зачастую они и работают больше других. Мой папа всей душой химик-органик, пусть даже он позднее перекинулся на химию полимеров. Так счастливо сложилось, что в своей докторской диссертации он занимался благовонными субстанциями, среди прочего – ароматом свежеиспеченных булочек. И, как любит рассказывать мама, приходя вечерами домой, благо ухал соответственно. Мой муж тоже органик, но от его докторской, когда он ее писал, мне было мало удовольствия. Рабочий стол Маттиаса стоял в лаборатории, отдельно расположенного офиса не было. У меня тоже не было отдельного офиса, но я сознательно выбрала для докторской работы как можно менее токсичную научную область. А Маттиас работал в лаборатории еще с пятью химиками-органиками, которые изо дня в день «варили» ядовитые субстанции и сидели в их испарениях. Хотя в лабораториях работают под большим и эффективным вытяжным колпаком, а хорошее техническое оснащение минимизирует контакт с химикатами, полностью защититься все-таки невозможно. У нас дома был отдельный ящик для грязной лабораторной одежды Маттиаса. После работы он прежде всего снимал это шмотье и сразу принимал душ – до этого я к нему даже не прикасалась. Почти каждый день, приходя домой, Маттиас вонял ОС. И если я даже дома чувствовала этот запах, что же был вынужден Маттиас целыми днями нюхать и чем дышать? Все это меня дико злило, я была недовольна всем: его шефом, всем Институтом органической химии и университетом. Ну как это можно, чтобы в такой стране, как Германия, докторанты-химики в некоторых институтах до сих пор не имели отдельных офисов?

В природе вонь – сигнал делать ноги. Так, например, запахи телесных выделений столь противны нам для того, чтобы мы держались от них подальше, поскольку они могут скрывать в себе возбудителей болезней. Но не все, что воняет, вредно, и не все, что вредно, воняет. Это было бы практично, но вредные вещества не всегда себя обнаруживают.

Когда я только начинала учиться на химика, то испытывала огромное уважение к кислотам. Одним из первых опытов в учебной программе обычно дается так называемое кислотно-основное титрование, когда приходится орудовать соляной кислотой. Мы все чуть в штаны не наделали от страха обжечься. Позднее, впрочем, довольно быстро привыкаешь, чувствуешь себя все увереннее и ловчее справляешься с манипуляциями. И когда-нибудь чуть ли не проникаешься признательностью к кислотам, ведь попади что-то на кожу, с кислотами это заметишь сразу и сможешь принять соответствующие меры. Самые мерзопакостные химикаты те, с которыми ничего не замечаешь, а спустя годы они могут привести к раку.

Одним из самых впечатляющих лабораторных опытов, которые в первом практикуме по органической химии должны были научить нас аккуратности в работе, был синтез красящего вещества, которое называется кристаллвиолет[37]. Очень симпатичное название, в результате получаешь кристаллы игольчатой формы, золотисто-бронзового цвета, да еще с металлическим блеском. Название оправдывает себя, только когда растворяешь эти кристаллы в воде или другом полярном растворителе. Крошечного количества вещества достаточно для получения интенсивного сине-фиолетового цвета. А истинный обучающий смысл этого опыта – не в получении красящего вещества, а в последующей очистке лабораторного оборудования. Мы драили и драили, но от фиолетового было никуда не деться. Только так понимаешь, насколько может распространиться вещество по вытяжному шкафу или по халату неопытного лаборанта. Этот опыт пришлось проделывать в самом начале обучения, когда нам еще недоставало опыта работы в лаборатории, и потому лиловое свинство мы развели изрядное. Даже недели спустя там и сям на вытяжке обнаруживался фиолетовый отблеск. Я всегда об этом помнила, когда позднее приходилось работать с токсичными, но бесцветными веществами.

Признаюсь, я немного скучаю по лаборатории. Бывая у Кристины, часто ощущаю ностальгию. Ее это раздражает, она говорит, что не стоит так романтизировать. А вот сейчас, идя по солнышку в сандалиях, я очень рада, что больше не работаю в лаборатории. У меня практически не бывало каникул между семестрами, потому что в те периоды, когда не было лекций, обычно проводились лабораторные практики. А во время работы над диссертацией у меня вообще не было свободного времени, так что я в течение девяти лет почти каждое лето проводила в лаборатории – в длинных брюках, закрытой обуви и халате. Иногда бывало так жарко, что на защитных очках оседал пот. По этому я, естественно, не скучаю.

Вообще-то люди приспособлены к высоким температурам, ведь неспроста мы так хорошо можем потеть. Если не учитывать вонючие молекулы, пот состоит большей частью из воды, а она может испаряться. Эта смена агрегатного состояния происходит не сама по себе: молекулы, которые в жидкой форме воды взаимно притягиваются и держатся друг за друга, нужно друг от друга развести. Для этого нужна энергия – например, нагрев. Когда наш пот хочет испариться, он может эту энергию просто брать из теплого организма, что и делает. Он уводит из тела тепло, которое необходимо для испарения, а мы при этом активно охлаждаемся.

Если так посмотреть, то действительно глупо, что мы пользуемся антиперспирантами. Не поймите меня неправильно, я обеими руками за них и предпочла бы не быть вынужденной выходить автобуса из-за кого-то, кто не держит под контролем свою транс-3-метил-2-гексеновую кислоту. Но дезодоранты и антиперспиранты – это две разные вещи.

Дезодоранты только подавляют вонь. Они содержат антибактериальные вещества, спирт например. Ведь пот сам по себе вообще не пахнет. Транс-3-метил-2-гексеновая кислота и иже с ней – это всего лишь продукты бактериального обмена веществ. Опять эти бактерии! При желании человека можно рассматривать как их ходячую экосистему. В сущности, на нашей планете доминируют именно эти крошечные одноклеточные, причем очень ловко это делают, например обустраиваясь незамеченными у нас под мышками. Когда ничем не пахнущий пот выступает из пор, его тут же за обе щеки начинают уплетать бактерии, а затем они отрыгивают вонючие молекулы. Антибактериальные компоненты усложняют этим бактериям жизнь, и в сочетании с чуточкой парфюма дезодоранты делают любую поездку на автобусе приятной для всех ее участников.

Антиперспиранты же дополнительно содержат соли алюминия, которые выводят из строя белки в наших подмышках. Это означает, что соли образуют мини-затычки, закупоривающие наши потовые поры, и пот больше не выходит наружу. Не самое элегантное решение, как мне кажется. Ну только представьте себе воочию: забитая потовая пора. Как-то неприятно даже думать об этом, правда?

Соли алюминия в наши дни и без того уже ославлены – есть опасения, что они могут вызывать рак груди и болезнь Альцгеймера. Пока это только предположения, убедительных научных доказательств еще нет[38], но и без перспективы рака груди мысль о забитых порах несколько угнетает. Антиперспирантами я все же регулярно пользуюсь, поскольку пятна под мышками – не очень приятное обстоятельство. Поэтому здесь у меня вопрос ко всему человечеству: а почему бы нам просто коллективно не договориться, чтобы пятна от пота стали приемлемы в обществе?

Впереди меня выгуливают собачку, она дышит, высунув язык. У бедняги потовых пор вообще нет. И мне вспоминается кенгуру. От полуденной жары в австралийской пустыне кенгуру спасаются лишь тем, что вылизывают свою шерсть – слюна испаряется и охлаждает их. Кенгуру с собаками подняли бы нас на смех, узнав, что мы добровольно закупориваем себе поры.

Мой друг-физик Ханнес летом всегда носит термоодежду, чтобы пот лучше испарялся. Вроде на первый взгляд разумно, но это довольно эгоистичное начинание, базирующееся, вероятно, на подходе чисто с точки зрения физики. Дело в том, что волокна полиэстера способствуют размножению микрококковых бактерий, которые ни в чем не уступают бактериям из подмышек. Именно поэтому наша спортивная одежда всегда так жутко воняет.

Вообще-то следовало бы придумать какой-нибудь назальный дезодорант. Потому что когда я выхожу из автобуса из-за невыносимого запаха пота, это вообще-то проблема моя, а не вонючего пассажира. Поэтому чем не решение прыскать себе в нос чем-то, что превратит дурные запахи в приятные?

В принципе, теоретически такая технология вполне реальна. В дезодорантах для помещений применяется так называемый бета-циклодекстрин. Это кристаллические молекулы, которые могут буквально перехватывать дурные запахи, тут в виде исключения телевизионная реклама не так уж далека от реальности. По несколько бета-циклодекстринов в каждую ноздрю могли бы перехватить пахучие вещества. Жаль только, что они заодно перекрыли бы нам и прекрасные запахи. Обоняние особенно важно во время еды. Вкусовые ощущения возникают не только от соприкосновения еды со вкусовыми луковицами на языке, но и от летучих ароматических молекул, пробирающихся к нам в нос. Удивительно, насколько одинаковыми по вкусу становятся яблоко и картофель, если зажать нос.

Кстати о еде. Я ведь собиралась готовить ужин для Кристины и Дино, а у меня нет шоколада для подобающего десерта. Идем вместе со мной в супермаркет?

Что приходит вам в голову, когда слышите слово «химик»?

Для меня одним из первых образов химика был папа – как он стоит в супермаркете, держит в руке упаковку чего-то там и читает список ингредиентов. Он мог зачитываться ими подолгу. Мой папа – заядлый супермаркетовый читатель, и когда, будучи ребенком, я наблюдала его за этим занятием, всегда думала, как это, должно быть, круто – так хорошо понимать мир, чтобы уметь читать его, как книгу.

Мне до папы далеко, но когда я хожу за покупками, тоже порой гляжу в оба, особенно после каких-нибудь маркетинговых разводок, самым наглым образом использующих общую неосведомленность в вопросах химии. Войдя в супермаркет, первым делом оказываюсь в отделе напитков. На глаза попадается полка со Smart Water – это марка минеральной воды от концерна Coca-Cola, которая меня просто бесила, когда я еще жила в США. Теперь в русле модного нынче тренда ЗОЖ эта вода добралась до полок немецких супермаркетов. Smart Water – это вам не какая-то обычная, а дистиллированная вода (то есть чистая Н₂О) с добавлением минералов. В итоге получается примерно такая же минералка, как и другие в этом супермаркете, или же обыкновенная вода из-под крана, вот только производственные затраты без нужды завышены. Надо, однако, отдать должное фирме Smart Water – ей удается исключительно привлекательно продавать нечто непривлекательное, что, по сути, представляет собой воду для утюгов, то есть попросту дистиллированную воду. «Inspired by clouds»[39] – типа вода из облаков – о, как прекрасно!

Вообще-то так оно и есть. Дистилляция действительно происходит по принципу облака: сначала вода выпаривается, затем снова конденсируется на более прохладном месте. Однако при производстве Smart Water это более прохладное место находится отнюдь не на небе. На практике процесс конденсации активируют совсем неромантично – в кулере, и очень скоро после испарения вода в жидком виде снова течет в подвесные емкости.

При парообразовании эта вода очищается от всевозможных загрязнений, и, когда конденсируется, это уже чистая Н₂О. Вроде убедительно: кто же не хочет пить наичистейшую воду? Однако наша водопроводная вода в Германии тоже очищается и подготавливается для питья. Кроме того, при дистилляции из воды выводится еще кое-что очень важное: минералы, а именно соли. Их приходится потом добавлять в дистиллированную воду, чтобы она стала пригодной для употребления. Пить дистиллированную воду при нормальном режиме питания хоть и не опасно для здоровья, как это иногда утверждается, но сложно – она невкусная. Видите, как все сложно. В качестве аргумента в защиту дистиллированной, а затем обогащенной воды можно сказать, что такой затратный способ производства позволяет точно проконтролировать, какие соли в конечном счете окажутся в этой воде. Хотя это и так, я не представляю, почему это должно быть существенно важно для взрослых здоровых людей. Большинство минеральных веществ мы и так потребляем с едой.

Получается, что Smart Water – это прежде всего разбазаривание ресурсов или исключительно хитроумный маркетинг – все зависит от того, как посмотреть. Еще хуже: они используют для производства родниковую воду, которая и так уже perfectly fine[40], как сказал бы американец. Ключевая вода богата минералами и отфильтрована природными пластами, и при этом она как раз-таки не «из облаков». И этот идиотизм потом рекламируется как Unique Selling Point[41]. Что уникальный – уж этого не отнять.

Креативность в отношении питьевой воды поистине неисчерпаема: в интернете можно купить «лунную воду» – бутылка бутилированной в полнолуние воды будет стоить столько же, сколько бутылка вина из Алди[42], но она же содержит такую ценную лунную энергию… Естественно, есть и солнечная вода, то есть бутилированная на солнце. Понятное дело – в ней теплая солнечная биоэнергия. Есть еще драгоценные камни, которые нужно класть в воду. Но стремление к высокому качеству воды не ограничивается лишь эзотерикой. Сколько же продается всяких фильтров, призванных превращать обычную водопроводную воду в пригодную для питья столовую? И это при том, что для немецкой питьевой воды из-под крана действуют более строгие критерии качества, чем для минеральной воды из супермаркета. Так, по данным Германского института информации для потребителей, некоторые дорогие брендовые воды с магазинных полок не выдерживают никакой конкуренции с водопроводной. Так что если кто покупает в супермаркете любимую марку негазированной воды, потому что она кажется особенно вкусной, пусть позволяют себе эту роскошь. Но кроме индивидуального восприятия вкуса в Германии редко бывают причины гнушаться водопроводной водой.

Меня всегда удивляет, как это люди на полном серьезе заморачиваются качеством воды, которую пьют, толком не понимая поистине магического очарования самого этого вещества. Воде не требуется ни света полной луны, ни драгоценных камней – сама молекула ее волшебна. Поэтому здесь я хочу копнуть немного глубже, чтобы пропеть хвалу этой гениальной молекуле, которой мы столь многим обязаны.

В главе 8 я определила связь внутри молекулы воды как полярно-ковалентную. Атом кислорода несет отрицательный частичный заряд, атомы водорода – положительный частичный заряд; кроме того, молекула воды имеет угловую форму. Следовательно, так называемый диполь[43] образуется с одним положительным и одним отрицательным полюсами.

Отрицательные и положительные заряды, как мы знаем, взаимно притягиваются, и это приводит к одному очень важному свойству молекул воды: у них не только атомы внутри одной молекулы связаны химически, но и между собой они тоже относительно сильно взаимодействуют. Силы притяжения между положительными и отрицательными частичными зарядами, правда, не столь сильны, как в ионных связях, но все же настолько существенны, что могут называться связью, а именно водородной мостиковой связью. Но для краткости говорим просто водородный мостик.

Водородные мостики встречаются не только в молекулах воды. Они могут возникать всегда, когда водород ковалентно связан с электроотрицательным партнером. Но с этими мостиками стоит внимательнее разобраться именно на примере воды.

Без водородных мостиков всех нас тоже не было бы. Не было бы жизни на этой Земле. Потому что, не будь их, вода при том давлении и тех температурах, которые господствуют на нашей планете, была бы не жидкой, а газообразной. Это можно увидеть по молекулам, имеющим примерно те же размеры, что и молекулы воды, но не обладающим способностью связываться между собой водородными мостиками. Это, например, метан (СН₄) и двуокись углерода (СО₂): земных условиях оба эти вещества – газы.

Тем, что вода при нормальном давлении атмосферы закипает и превращается в газ лишь при 100 °C, мы обязаны водородным мостикам, благодаря которым молекулы воды держатся друг за друга.

Рыбам тоже есть за что благодарить водородные мостики: пруды и озера даже в самые лютые морозы редко промерзают до самого дна. Почему? Это некоторым образом связано с плотностью. Ведь, как мы все знаем, лед по воде плавает. Мы периодически такое явление наблюдаем, бросая в напиток кубик льда, но почему-то не очень удивляемся.

Давайте еще разок вернемся к модели частиц из главы 1. Агрегатное состояние – твердое, жидкое, газообразное – определяется сочетанием плотности и температуры частиц. В твердом веществе частицы располагаются особенно плотно, в жидкостях у них немного больше свободы движения, поэтому им не так тесно, и плотность меньше, а в газе плотность самая низкая. Поэтому агрегатное состояние можно изменить либо давлением, либо температурой. Повышая давление, мы сдавливаем частицы теснее, плотность повышается. Так под давлением газ становится жидкостью, а затем твердым веществом. А понижая температуру, мы уменьшаем движение частиц, им требуется меньше места, что также ведет к повышению плотности. Таким образом, водяной пар при охлаждении становится жидкой водой, а затем льдом.

Но – минуточку! Если лед (Н₂О в твердом состоянии) плавает в воде (Н₂О в жидком состоянии), получается, что плотность льда меньше плотности воды? Но это же неслыханно! Разве может жидкость быть плотнее твердого вещества? Вы, наверное, догадываетесь: все дело в водородных мостиках. Эту странность называют аномалией плотности воды.

Когда воду охлаждают, поначалу она ведет себя совершенно нормально: температура падает – плотность повышается, как и положено. По мере того как частицы замедляют свое движение, создаются все лучшие условия для образования водородных мостиков, и эти мостики сводят частицы все ближе друг к другу. Однако при 4°С вода достигает своей максимально возможной плотности. После чего происходит странное: при дальнейшем понижении температуры до 0°С плотность снова уменьшается, то есть молекулы воды снова отодвигаются друг от друга.

Почему они это делают? А потому, что движение частиц становится таким медленным, что молекулы воды только в этот момент получают время и паузу на то, чтобы основательно сорганизоваться для образования кристаллической решетки льда.

Эту упорядоченную структуру можно почти невооруженным глазом наблюдать в снежинке или кристалле льда. Узор снежинки – это и есть результат симметричного построения атомов внутри нее. В кристалле льда каждый атом кислорода окружен четырьмя атомами водорода. С двумя из них он связан ковалентно, с двумя другими – водородными мостиками. В этой решетчатой структуре относительно большие полые зазоры и потому меньшая плотность.

И что же с этого рыбам в озере?

Когда зимой вода охлаждается, она опускается на дно, потому что чем она холоднее, тем плотнее (на разговорном языке «тяжелее»). Поскольку при 4 °C вода обретает свою максимальную плотность, на дне озера температура воды 4 °C, а выше она постепенно становится холоднее. В какой-то момент поверхность озера начинает замерзать, причем сверху вниз. Если бы не существовало аномалии плотности воды, лед был бы тяжелее воды, и озеро замерзало бы снизу вверх. Тогда снизу подступал бы лед, сверху добавлялся бы холодный зимний воздух, и озеро замерзало бы целиком – от самого дна и до поверхности. Поскольку же озера замерзают сверху вниз, слой льда действует как изолятор для нижерасположенных слоев воды, и у рыб зимой есть место где плавать в жидкой воде. И дышать.

У людей своя зимняя радость от аномалии плотности воды – без нее на коньках не очень-то покатаешься. Вообще-то, если призадуматься, катание на коньках – это еще один большой курьез. Ведь почему, собственно, кататься можно только на льду? Почему бы не прокатиться на коньках по любому другому твердому веществу – скажем, по асфальту? А потому, что на льду мы своими коньками твердого вещества вообще не касаемся! Мы скользим по тонкому слою воды, который образуется в тот момент, когда давим на лед полозьями коньков. Будь под коньками другие вещества, для достижения изменения агрегатного состояния от твердого к жидкому пришлось бы уменьшать давление. Но аномалия воды позволяет достичь смены агрегатного состояния иначе: из-за повышения давления частицы сдавливаются плотнее; стремясь потесниться, они теряют свою крупноячеистую кристаллическую решетку, и образуется жидкий слой, по которому можно легко скользить. И получается, что если бы муравей захотел покататься по льду на мини-конечках, у него бы это не вышло, потому что он сам слишком легкий и его веса недостаточно для такого давления на поверхность, чтобы получался необходимый для скольжения водный слой. Для муравья это было бы как катание на коньках по асфальту.

Зато некоторые насекомые могут бегать по воде, водомерки даже получили свое название благодаря этой способности. И ею они тоже обязаны водородным мостикам. Дело в том, что благодаря молекулам воды, держащимся друг за дружку водородными мостиками, водная поверхность имеет довольно высокое поверхностное натяжение – о нем мы уже упоминали в главе 3, когда говорили о мыльных пузырях. Вот еще одно сравнение: представьте себе отдельные бревна, которые поплывут по воде только связанными в плот. Если бы каждая молекула воды плавала просто сама по себе, водомерка немедля затонула бы. Но поскольку молекулы посредством водородных мостиков между собой как бы связаны (то есть будто строят плот), из поперечных связей образуется тончайшая решетка, которая и держит водомерку на поверхности.

Это явление можно наблюдать на простом опыте с обычной канцелярской скрепкой: если ее аккуратно положить на водную поверхность, она поплывет. Причем несмотря на то что скрепка металлическая и плотность у нее выше, чем у воды (выражаясь разговорным языком, она тяжелее). Вообще, скрепка не должна была бы плавать, но ее несет поверхностное натяжение воды. Если уменьшить это натяжение – например, капнув в воду моющее средство, которое выпустит на поверхность несколько ПАВов, «плот размякнет», а канцелярская скрепка тут же – бульк! – и уйдет под воду.

Но прежде всего вода – это очень важный для нас растворитель. В ней растворяются такие жизненно важные субстанции, как соли и питательные вещества. И сам человек тоже большей частью состоит из воды, и все процессы обмена веществ в нашем организме происходят в водяном растворе. Почки – фильтр организма – с помощью воды выводят из нас отходы в форме мочи. Когда вода не служит транспортным средством или растворителем, она в качестве химически активного партнера по реакции внедряется в другие вещества и преобразуется. А о ее роли как охлаждающего средства – пота – мы уже говорили в главе 9.

Но, кажется, всего этого людям недостаточно, чтобы восхищаться водой, какая она есть. Рядом со Smart Water я обнаруживаю полку с кислородной водой – минералкой, дополнительно обогащенной кислородом. Реклама гласит, что она рекомендована тем, кто активно занимается спортом. На первый взгляд, здорово, ведь содержание кислорода в крови играет существенную роль для спортивных достижений. Поэтому EPO (допинг эритропоэтин) столь популярен среди спортсменов, практикующих высокие нагрузки, ведь это вещество повышает количество красных кровяных телец, или эритроцитов. Чем больше эритроцитов, тем больше крови может передаваться в мышцы. Получается, кислородная вода – это что-то вроде легального софт-допинга?

Этого, к счастью (или к сожалению?), сказать нельзя. Во-первых, даже вдыхая чистый кислород, максимальное его потребление можно повысить только на 5-10 %, потому что наша кровь не может принять намного большую дозу кислорода. (Если, конечно, не принять ЕРО.) Впрочем, чистым кислородом вообще не следует дышать: самое позднее через час или два дело примет опасный оборот, потому что в кислороде содержится небольшая, но нехорошая часть – кислородные радикалы, которые могут атаковать легкие. И что, вместо этого пить растворенный кислород?

Теперь мы подходим ко второй проблеме, а именно: в воде кислород вообще не очень-то растворим. Насколько хорошо газ растворяется в воде, зависит в первую очередь от давления. Под высоким давлением газ лучше растворяется, поэтому бутылки с газированной водой наполняют под давлением, что позволяет растворить в ней больше СО₂. Вы видите это, когда открываете бутылку газировки: давление резко падает, и сразу выходит целый сгусток газа СО₂. Точно то же происходит и с растворенным кислородом, только он значительно хуже растворим, чем СО₂. Следовательно, с одним-единственным вдохом свежего воздуха человек получает ровно столько же кислорода, сколько с целым литром такой вот обогащенной кислородом воды.

И наконец, проблема еще в том, что наша пищеварительная система сотворена не только для газообмена. Намного разумнее потреблять кислород через легкие, которые вообще-то для того и созданы. Когда мы вдыхаем кислород, газ из легких попадает в кровь. Насчет желудка и кишечника этого не сказать. Лишь самая мизерная часть газов, употребляемых с напитками, попадает в кровь, остальное не самым элегантным образом выпукивается. Но если кто хочет обогатить кислородом свои выхлопы, тому кислородная вода всячески рекомендуется.

Чтобы не быть голословной, скажу, что это исследовалось экспериментальным путем: ведет ли потребление кислородной воды к измеримому повышению работоспособности? Указаний на какое-либо воздействие найдено не было. Хотя, вероятно, эффект плацебо не стоит сбрасывать со счетов. Взбодрить может просто вера в то, что вода бодрит. Таким образом – простите, что я просветила на этот счет, – теперь эффект плацебо на вас не подействует. Зато вы сможете сэкономить деньги на покупке каких-нибудь странных вод, которые не больше чем маркетинговые уловки.

Мифы вокруг и около воды очень разнообразны. Особенно живуч страх, что вода с углекислотой может быть опасна для здоровья. Как подсказывает название, это кислота. У воды без газа нейтральный рН около 7. А в газировках значение рН ниже, до 5. С одной стороны, это оказывает легкое антибактериальное действие – вспомним кислые консервирующие вещества из главы 7. При кислом значении рН микроорганизмам сложнее размножаться. Но с рН, равном пяти, наша пищеварительная система может разве что недоуменно пожать плечами, ведь мы ежедневно потребляем много кислых продуктов. Фрукты, кофе, шоколад, молочные продукты – все они содержат кислоты. И в желудке эти продукты встречаются с соляной кислотой, показатель рН которой составляет 1,5–2, то есть она такая кислая, что даже самая что ни есть шипучая газировка ее не впечатлит. С этой точки зрения абсолютно все равно, будет ли наша питьевая вода чуть кислой или нет. Это относится прежде всего к углекислоте, поскольку как только CO₂ из вас выйдет – пусть даже скромным выхлопом газов после стаканчика газировки, – кислоты в вас тоже не останется. Потому что углекислота – это не что иное, как окись углерода СО₂. Кстати, в 2017 году было много шума вокруг заявления группы ученых из Палестины: они утверждали, что углекислота, или, соответственно, содержащая СО₂ минеральная вода, вызывает чувство голода. Якобы из-за давления в желудке активируется так называемый гормон голода грелин. Естественно, эта весть вызвала сенсацию в Германии, стране газированных напитков. Но мне это исследование не показалось убедительным. Во-первых, пока были проведены только эксперименты на крысах, а во-вторых, наряду с грелином в регулировании аппетита играют роль многие другие гормоны и факторы. Это очень интересная стартовая информация, но до доказательств, что газировка действительно возбуждает аппетит, на самом деле еще очень далеко.

Для некоторых негазированная вода все же лучшая альтернатива. Освежающий эффект газировки не только в ее приятной шипучести и кисловатом вкусе, но и в пузырьках углекислого газа, которые с хлопком гасятся о наше нёбо. Газ СО2 вызывает беспокойство в желудке и усиленную отрыжку. Людям, склонным к изжоге, метеоризму и нарушениям опорожнения кишечника, лучше не наполнять желудок газами больше необходимого.

В общем и целом можно сказать так: с газом вода или нет – главное, чтобы вкусно пить достаточное количество жидкости. Если кого-то энергетическая «лунная» вода удерживает от потребления большого количества колы – на здоровье. Вред в таком случае вы нанесете только своему кошельку. Я могу лишь посоветовать добротную немецкую воду из-под крана, сама тоже ее пью.

* * *

Я прохожу в отдел напитков и направляюсь к полке со сладостями. Сладкое – это прекрасно, ясное дело. Я бы тоже не захотела от него отказываться, но с большим удовольствием и со спокойной совестью ем шоколад, чем пью колу. Сладкие напитки потому столь коварны, что в них пустые калории. Потребляешь просто калории, без питательных веществ, и насыщения не наступает. Наиболее опасны, наверное, готовые смузи, которые сегодня можно купить в любом супермаркете: дело в том, что люди, предполагая в них пользу, могут позволять их себе без меры. Но большинство этих смузи содержат столько же сахара, сколько кола, а некоторые даже больше. Пробегитесь по составу, когда будете в следующий раз в супермаркете. Для сравнения: в коле около 11 граммов сахара на 100 мл.

Смузи кажутся особенно полезными, потому что они «на 100 % из натуральных фруктов». Но, увы, это не то же самое, что натуральные фрукты. Потому что для того, чтобы smoothie (смузи) на самом деле пились smooth (тягуче-приятно), при их приготовлении кожицу плодов чаще всего не используют, а добавляют соки. Доля сахара выходит выше по сравнению с нормальными фруктами, которые полны балластных веществ. Готовые смузи легко потребляются в огромных количествах, но при этом уравнять пользу от смузи с пользой от соответствующего количества фруктов не получится, потому что до этого момента человек уже насытится.

И вот что интересно: даже если дома пюрировать целые фрукты для приготовления из них напитка, это тоже принесет меньше пользы, чем если эти фрукты просто есть. Этот факт подтвержден наукой. На чувство сытости влияет даже сама консистенция питания, и жидкая пища по ощущениям насыщает меньше, чем твердая. Поэтому я с чистой совестью беру три плитки шоколада и направляюсь к кассе.

Звонок в дверь, я вздрагиваю. Я же ничего не заказывала? Кристина и Дино должны прийти только через час. Скорее всего, даже позднее – обычно на частные встречи Кристина опаздывает. На секунду застываю в страхе, но потом вспоминаю, что я же взрослый человек, и иду к двери.

Эта моя фобия – боязнь звонков в дверь – берет начало со студенческих лет. Мой первый бойфренд дал мне тогда жизненно важный совет: никогда – НИКОГДА! – не открывать дверь. Ведь друзья никогда не приходили к нам без предупреждения, а с соседями мы не контактировали. «Амазона» и всего такого прочего тогда еще не было. А значит, звонок в дверь мог означать немногое: либо это Свидетели Иеговы, либо, что еще хуже, сборщики налога из GEZ[44]! Если бы я тогда только знала, что когда-то буду работать на открытое телерадиовещание…

Я открываю дверь и, к своему великому удивлению, вижу Кристину.

– С работой у меня сегодня больше не выйдет, – говорит она.

– Кухонная терапия? – спрашиваю я.

– Кухонная терапия! – радостно кричит Кристина, вознося руки к небу.

Когда нас что-то расстраивало в работе над диссертациями, а это случалось часто, мы с Кристиной встречались у меня и готовили себе трапезу из трех блюд. Для поддержания духа. Это и называлось у нас кухонной терапией. Мы давно уже не готовили вместе, и я так рада этой новой возможности, что с ходу наливаю Кристине бокал вина. Это надо отпраздновать.

– А где Дино? – спрашиваю я.

– Он будет позже, у него еще реакция идет.

Кристина делает глоток, и видно, что ее мучает совесть: Дино еще работает, а она тут вино попивает. Причем это первый вечер за последний, наверное, месяц, когда она ушла с работы раньше восьми часов. Научные исследования требуют высокой степени устойчивости к фрустрации. Иногда над подтверждением какой-нибудь гипотезы приходится работать неделями, порой даже месяцами, и только ради того, чтобы однажды результаты какого-нибудь маленького опыта показали, что все начинание было полным фуфлом и вся работа впустую. Да, факты могут быть столь суровы. Мы ведь все совершаем ошибки, и время от времени приходится отдавать себе в них отчет, но когда твою же собственную неудачу (в виде цифр и результатов измерений) демонстративно суют тебе под нос, это особенно унизительно. (Смею думать, что это формирует характер. Но люди вроде Короля К., к сожалению, доказывают противоположное.) Научные исследования к тому же изматывающе продолжительны, что требует от ученого такого труднодостижимого сочетания, как терпение и решимость. Может пройти целый год, прежде чем увидишь хоть какой-нибудь достойный упоминания успех, а ведь столько пота пролито, вложено мозгов и потрачено душевных сил… Потому-то готовка нас с Кристиной и успокаивает: очень смахивает на работу в лаборатории, но результат быстрый. И к тому же съедобный. То что надо.

– Так, и что у нас в планах? – спрашивает Кристина.

– Шоколадный фондан на десерт, – отвечаю я. – Остальное пока вопрос открытый. Посмотри, что там есть в холодильнике.

Обычно мы готовим без рецепта, получая от этого подлинное удовольствие. В лаборатории все должно быть выверено до микрограмма, а на кухне можно действовать по интуиции, и все равно получается. По крайней мере, в большинстве случаев. Для химика это просто бальзам на душу. Ну и, конечно, понимание общих химических принципов помогает не тратить продукты впустую. Я с самого детства связываю химию с хорошей едой и с готовкой.

Готовить – варить, жарить и парить – это одно дело, а печь, с точки зрения химии, – совсем другая история. Когда люди говорят, что готовить любят, а печь не очень, это, вероятно, из-за того, что с выпечкой не так просто импровизировать. Выпечка – это на самом деле чистая химия.

Если без рецепта, нужно иметь кое-какой опыт или знания, тогда что-нибудь все же получится. В других блюдах можно промахнуться со специями или не рассчитать время варки. С выпечкой каждая подобная ошибка может обернуться полным крахом. Пирог не поднимется, печенья растекутся по противню в один большой блин. Нам с Кристиной известны основные правила, но с выпечкой мы чаще всего исходим из готового рецепта, который со временем оптимизируем, пока в результате не разработаем собственную версию.

Пока мы готовим званый ужин, я хотела бы на примере шоколадного фондана представить вам увлекательнейшую химию выпечки. Эти знания пригодятся, что бы вы ни затеяли печь в будущем. Ну, разумеется, и мой личный рецепт шоколадного фондана в придачу.

Шоколадный фондан – это маленький теплый шоколадный кекс с жидкой начинкой. По моему мнению, это один из великолепнейших десертов, при этом очень простой. Рецепт начинается с одной из божественных вещей на Земле – с шоколада! Берем 230 граммов шоколада, лучше горького, то есть с долей какао от 45 до 60 %. Мне нравится, когда какао побольше. В нем содержится несколько интересных молекул, например теобромин. По строению он очень похож на кофеин.

И действует он почти так же, как кофеин (вспомним главу 7 – аденозин и его парковки в рецепторах). Теобромин тоже конкурирует с аденозином, претендуя на парковочные места в рецепторах. Но часто шоколад повышает настроение просто потому, что мы на радостях сами приободряемся, ведь, несмотря на поразительное сходство химических структур теобромина и кофеина, теобромин бодрит значительно слабее. В частности, теобромин хуже кофеина вписывается в парковку и не обладает способностью столь агрессивно выпихивать молекулы аденозина. В тех концентрациях, в которых мы потребляем теобромин, не стоит беспокоиться, что после съеденного вечером шоколада хуже будем засыпать.

Как и кофеин, теобромин с определенной дозы токсичен (напомню: доза делает яд). Хорошо, что для достижения опасной дозы теобромина нам пришлось бы поглотить невероятное количество шоколада. Задолго до опасной черты нас бы вырвало или мы сами бросили бы это дело – опротивело бы. Опаснее это вещество для собак: для них критическая доза теобромина намного ниже, поскольку они намного дольше его переваривают. Человеческий организм эту потенциально ядовитую бодрящую субстанцию быстро перерабатывает в другие, безопасные молекулы, а у собак метаболизм по отношению к теобромину устроен иначе, и у них в организме эта молекула накапливается. Последствия: учащенное сердцебиение, мышечные судороги, тошнота, рвота – вплоть до летального исхода. Так что когда едите шоколад, а ваш пес смотрит на вас и шоколадку своими большими глазами, сдержитесь и не потакайте!

То, что собакам нельзя шоколад, – факт довольно известный, но то же самое, кстати, относится и к кошкам. Однако у них перед собаками и почти перед всеми млекопитающими есть одно преимущество: они не любят сладкого, им невкусно. У кошек вкусовые луковицы на языке вообще не различают сахар и углеводы и не посылают сигнал в кошачий мозг. Поэтому кошка не будет с такой завистью смотреть на вашу шоколадку – блаженство от сладкого ей вообще неведомо. И все же на всякий случай запас шоколада лучше от кошек прятать. Любопытство их, в конце концов, неисчерпаемо, что доказывают многочисленные видео на YouTube.

А люди должны радоваться, что так хорошо переносят теобромин. Хоть шоколад и состоит главным образом из сахара и жиров, именно сочетание с какао делает его столь притягательным.

* * *

Шоколад я растапливаю на водяной бане. Опытные пекари могут делать это в микроволновке, но нет более успокаивающего занятия, чем, помешивая шоколад, наблюдать, как он тает (да и запах какой!). Преимущество водяной бани в том, что вода – независимо от температуры плиты – не может разогреться больше своей температуры кипения, то есть максимум 100 °C. Так мы избегаем перегрева шоколада, что имело бы неприятный результат: шоколад сворачивается в комки и обретает непрезентабельный вид.

И только перегрев шоколад, можно заметить, что в его составе вещи, которые вообще-то никак не сочетаются друг с другом: сахар и жир. Сахар – это гидрофильное и полярное вещество; жир – гидрофобное и неполярное. Однородность смеси обеспечивается лецитином; он относится к ПАВам и, как правило, экстрагируется из соевых бобов. Как и ПАВы в шампуне, лецитины тоже амфифильные молекулы: они действуют как эмульгатор – оседая на поверхности раздела между сахаром и жиром, стабилизируют смесь. А если шоколад перегреть, лецитины не смогут больше выполнять свою задачу, и мы получим салат из отдельных ингредиентов: сгустков какао– и молочных жиров и комков из сахара и частиц какао.

Однако за водяной баней надо следить, чтобы вода не попадала на тающий шоколад. Лучше поначалу вообще не доводить ее до кипения, чтобы она не бурлила. Теплой водяной бани вполне достаточно: шоколад же тает уже во рту, так что особо высоких температур и не требуется. Попав в тающий шоколад, вода вступает в игру как особенно гидрофильный игрок, который путает все карты: она встречается с сахаром, и эти двое тут же радостно сходятся. Всем нам знакомы большие комья в сахарнице, возникающие от малейшего количества попавшей туда воды. Нечто подобное произойдет и в шоколаде: капелька воды – и вот уже сгустки, от которых так просто не отделаться.

Чтобы шоколад не таял в одиночку, я добавляю к нему 120 граммов масла – о благословенный жир! (Ну что еще может сказать такой липофил, как я?!) Довольно интересно наблюдать, как в быту рассуждают о «насыщенных жирных кислотах», «ненасыщенных жирных кислотах», о «трансжирах» и «жирных кислотах омега-3» – в обычном разговорном языке редко приходится слышать столь много химических терминов. Это прекрасно, но я опасаюсь, что, используя эти термины, люди все же не до конца понимают, что все эти слова на самом деле означают. Как насчет краткого урока по химии жиров?

Из темы про омыление мы уже знаем: жиры и масла состоят из так называемого триглицерида – соединения из трех жирных кислот и глицерина. Жирные кислоты – это длинноцепочечные молекулы, а точнее говоря, длинные цепочки из атомов С. В каждой связи С-С скрывается энергия, которую организм в процессе обмена веществ может извлекать для себя. Жиры при этом – самые богатые энергией питательные вещества. «Превосходно!» – думает организм, застрявший во временах, когда мы занимались охотой и собирательством. Мы любим жир и поглощаем этот ценный источник энергии, где бы он ни попался. К сожалению, в наши дни мы встречаем его на каждом углу, и тогда из ценного поставщика энергии он превращается во вредное для здоровья излишество.

Но жир жиру рознь: ненасыщенные жирные кислоты хорошие, а насыщенные жирные кислоты плохие! Так по крайней мере о них говорят. Правда ли это и чем именно различаются ненасыщенные и насыщенные жирные кислоты?

Итак. Каждый атом углерода может сформировать четыре связи. Внутри одной жирнокислотной цепочки каждый атом С связан с двумя другими атомами С, то есть в его распоряжении еще две связи. Если теперь на каждый атом С в цепочке навесить по два атома Н, получится насыщенная жирная кислота. Она потому и называется насыщенной, что насыщена водородом.

А ненасыщенные жирные кислоты содержат двойные связи С=С. Для каждой двойной связи надо выкинуть два атома Н. Таким образом, к каждой двойной связке атомов С подвешено только по одному атому Н, поэтому кислота ненасыщенная.

Помимо этого различают мононенасыщенные и полиненасыщенные жирные кислоты. Это относится к количеству двойных связей. Одна двойная связь – мононенасыщенная, несколько двойных связей – полиненасыщенная жирная кислота.

Возможно, вы уже поняли – сейчас потребуется некоторая концентрация, поскольку в химии жирных кислот довольно громоздкая терминология. «Насыщенные» и «ненасыщенные» при быстром чтении очень легко перепутать, я и сама, бывает, путаюсь.

Кроме того, приставку «не-» люди автоматически ассоциируют с чем-то, чего не хватает. Ну да, в ненасыщенных жирных кислотах недостает двух атомов Н. Но это нас, собственно, не очень-то колышет. Наличие двойных связей – вот вокруг чего все крутится в ненасыщенных жирных кислотах. Или как раз не крутится – если понимать буквально, то вокруг двойной связи вообще ничто не может крутиться.

Объясню, что имею в виду, на примере помидоров черри и зубочисток. Соединив две помидорки черри одной зубочисткой, вы создадите «модель» простой связи: помидорки можно вращать на зубочистке, то есть простая связь подвижна. Однако если вы те же помидорки соедините параллельно двумя зубочистками, получите модель двойной связи. И эта связь жесткая, вращать помидорки больше не получится, не разорвав их на части.

И что из этого следует? Каждая двойная связь – это твердое звено. В ненасыщенных жирных кислотах это твердое звено, как правило, обеспечивает излом цепочки.

Явная разница в физических свойствах обусловлена именно этим изломом. Насыщенные жирные кислоты (без излома) дают скорее твердые жиры, а ненасыщенные, с изломом, – скорее жидкие. Представить это можно так: насыщенным жирным кислотам проще располагаться слоя ми и стопками – таким образом они проще образовывают твердую структуру. Ненасыщенные жирные кислоты (с изломом) объемистые и потому труднее укладываются стопками, а значит, они – жидкие масла. Следовательно, агрегатное состояние указывает на то, имеем мы дело с ненасыщенными или насыщенными жирными кислотами. Однако граница между твердыми и жидкими весьма условна, поскольку насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты часто встречаются в смешанном виде, как, например, в шоколаде. Но об этом чуть позже.

Сначала еще одно важное дополнение: ненасыщенные жирные кислоты не обязательно имеют излом. При наличии двойной связи в цепочке С возможны два варианта: cis или trans, то есть с изломом или без[45].

Но в нашей пище мы встречаемся почти исключительно с цисжирными кислотами (с изломами). Трансжирные кислоты встречаются в небольших количествах в животных жирах – у жвачных животных, если быть точной. Так, например, в молочном жире содержится от 1 до 6 % трансжиров. Так что, рассуждая в быту о ненасыщенных жирных кислотах, мы имеем в виду именно цисжирные кислоты. А у трансжирных кислот свое, отдельное имя, ведь именно с ними у нас проблемы. Из всех жирных кислот трансжиры считаются самыми вредными для здоровья. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует: общее потребление трансжиров не должно превышать 1 % от общего потребления калорий.

К сожалению, выяснилось это относительно поздно. Поначалу трансжиры, в больших количествах образующиеся в качестве побочного продукта в процессе отверждения жира, никому не мешали и просто оставались в пище. Для того чтобы сделать из жидких жиров твердые, берут растительные жиры, находящиеся в жидком виде и содержащие большое количество ненасыщенных кислот, их гидрогенизируют. Слово «гидрогенизация» подсказывает, что речь идет о реакции с водородом (водород по-английски hydrogen). Водород направляется к двойным связям и уговаривает атомы углерода – не без помощи, в частности, нагрева и давления – отречься от своих двойных связей и принять в цепочку водород. Так что гидрогенизация – это насыщение ненасыщенных жирных кислот.

Когда в 1901 году немецкий химик Вильгельм Норманн разработал этот метод, он поначалу оказался очень полезным и нужным. Метод позволял делать из недорогих растительных масел твердые жиры, такие как маргарин или сало для жарки. Кстати, гидрогенизированные таким образом жиры используются и для производства мыла (см. главу 3). Однако при гидрогенизации происходит еще кое-что: некоторые цисдвойные связи превращаются в трансдвойные, то есть некоторые из углов-заломов выпрямляются. Вот откуда в ходе искусственного затвердения жиров возникают трансжиры.

Долгое время считалось, что получаемые из растительных масел трансжиры для здоровья полезнее, чем жиры животные. Заботящиеся о здоровье любители сливочного масла с тяжелым сердцем заменили его маргарином.

Но свое веское слово сказала наука. Не то чтобы она все время молчала, а потом вдруг сразу заговорила, но постепенно одно за другим накапливались указания на то, что трансжиры не только не лучше, а совсем не хороши для сердечно-сосудистой системы и сосудов. Так от хайповых жиров пришли к категорическому No-Go: теперь ВОЗ поставила цель «избавиться от всех трансжиров к 2023 году». Предупреждения оказались действенными. У трансжиров настолько испортилась репутация, что многие производители пищевых продуктов теперь добровольно отказываются от их добавления или минимизируют содержание. И вот уже Немецкий институт оценки рисков заявляет о том, что в Германии ситуация с трансжирными кислотами в продуктах питания снова не вызывает опасений.

Ну вот и выяснили. Трансжиры действительно плохие. А как насчет насыщенных и ненасыщенных цисжиров?

На этот счет проводилось много научных изысканий. Но питание – это очень сложная для исследований область, противоречивые результаты здесь предопределены. И дело опять-таки в методологиях научных исследований. Вспомните главу 5 и наш разговор о рандомизированных контролируемых испытаниях, и вы сразу поймете, что такие клинические исследования применительно к питанию в большинстве своем неосуществимы. Лабораторных мышей можно спокойно разделять на тестовые и контрольные группы, ну и с анонимностью животных проблем, естественно, тоже нет. А с людьми такие исследования лишь очень в редких случаях получится проводить слепым методом, ведь люди же понимают, что кладут себе в рот. Но это еще не самая большая сложность. За животными можно длительное время наблюдать и контролировать, что они едят и даже сколько двигаются. А попробуйте-ка проделать такое с группой людей. Как думаете, получится? То-то же.

И все же по некоторым пунктам существует достаточно убедительных доказательств. Рекомендуется, например, заменять насыщенные жирные кислоты полиненасыщенными. Только вот у экспертов еще нет единодушия в вопросе, действенно ли правило «чем больше двойных связей, тем лучше» в отношении более полезных, ненасыщенных кислот. Иными словами, полезнее ли полиненасыщенные жирные кислоты мононенасыщенных.

Есть только две жирные кислоты, которым позволительно считать себя лучше прочих, – это жирные кислоты омега-3 и омега-6. Омегой-3 называются ненасыщенные жирные кислоты, у которых одна двойная связь на третьем атоме С (поэтому она «3»), начиная с конца цепочки (омега – последняя буква греческого алфавита). С омегой-6 то же самое, только на шестом атоме С, считая с конца.

Альфа-линолевая кислота омега-3 и линолевая кислота омега-6 относятся к так называемым эссенциальным жирным кислотам, то есть они жизненно важны, а организм самостоятельно их не образует. Поэтому мы должны потреблять их с пищей. Они содержатся в различных растительных маслах и рыбе. Не стоит тут же запихивать в себя рыбу в рапсовом масле. Рекомендованная доза – 250 мг в день. Все, что сверх, – только если в охотку.

В принципе, жир вообще не стоит особо ни превозносить, ни ругать. Потребление жиров не должно превышать 30 % от общей потребляемой энергии, однако минимум 10 % должно поступать из жиров – для обеспечения достаточного количества калорий и поступления в организм эссенциальных жирных кислот. Кроме того, некоторые витамины лучше находят общий язык с жиром, чем с водой, – те еще гидрофобные товарищи.

Так что это вопрос сбалансированности, как почти всегда и во всем. Не стоит каждый день питаться шоколадными фонданами из 230 граммов шоколада и 120 граммов масла. Но вкусная еда доставляет удовольствие, и это тоже нельзя недооценивать. Иногда мы слишком фокусируемся на физическом здоровье, но о здоровье душевном тоже не надо забывать. Так что вернемся к нашему шоколаду!

В зависимости от марки горький шоколад содержит от 30 до 35 % жира. Прежде всего это жир из растения какао – так называемое масло какао, представляющее собой сложную смесь различных жиров. В масле какао четыре основные жирные кислоты: олеиновая (мононенасыщенная омега-9), пальмитиновая (насыщенная), стеариновая (насыщенная) и лауриновая. Эта смесь обладает прекрасным свойством: при комнатной температуре она твердая, а во рту, при температуре тела, тает. Кроме того, шоколад обычно содержит молочный жир. Чем светлее шоколад, тем больше в нем молочного жира. А это тоже сложная смесь из жирных кислот, как насыщенных так и ненасыщенных, но температура таяния у него ниже, чем у масла какао. Вероятно, вы замечали, что молочный шоколад более кремообразный и тает нежнее, чем горький.

Молочный жир – это еще и жир классического сливочного масла. Чтобы называться маслом, оно должно минимум на 80 % состоять из молочных жиров. Поэтому в тесто для фонданов я добавляю щедрую порцию масла, что не только улучшает вкусовые качества, но и понижает температуру плавления и упрощает получение желаемого конечного результата, а именно жидкой сердцевины.

Но и масло на 16 % состоит из воды, что при выпекании играет важную роль. Вода, содержащаяся в нем, уже эмульгирована, то есть хорошо перемешана с молочными жирами, поэтому при смешивании с шоколадом не дает комков. Позднее, в духовке, вода (как жидкость) превратится в водяной пар (газ), ее объем увеличится во много раз, что поможет пирожным подняться. Поскольку газы мы, как правило, вообще никак не воспринимаем, то есть не можем попробовать на вкус, в кулинарии они не считаются ингредиентом. Но на самом деле все агрегатные состояния входящих в выпечку веществ имеют значение для вкусовых ощущений. Газообразование практически всегда играет важную роль в процессе выпекания. Кроме того, многие традиционно пользуются разрыхлителем для теста или содой, которая распадается в духовке на газ СО2, и пирог поднимается.

В то время как шоколад с маслом, расплавляясь, сливаются на водяной бане в лакомый ганаш[46], я беру маленькую миску и смешиваю в ней 50 граммов муки с щепоткой соли. В большинстве пекарских рецептов сначала смешивают сухие ингредиенты и только потом добавляют ингредиенты, содержащие воду. И тому есть веская причина: в муке содержится водочувствительный белок глютен. Долгое время о нем мало знали, но в последние годы ему уделяют все больше внимания, причем в довольно негативном ракурсе. Обнаруживается все больше людей, которые не переносят глютен или чувствуют себя лучше, отказываясь от него. Наука пока в некотором недоумении, потому что большинство таких людей не страдают ни целиакией (генетически обусловленной непереносимостью глютена), ни аллергией на пшеницу. Эксперты не могут сойтись во мнениях, есть разные объяснения, в том числе эффект ноцебо.

Ясно лишь одно: глютен играет существенную роль в процессе выпекания. Этот белок называют еще клейким, и неспроста. Вообще-то глютен состоит из двух разных протеинов – глиадинов и глютенинов. Только когда мука вступает в контакт с водой, они встречаются и совместными усилиями образуют трехмерную клейкую структуру – глютен. Именно эта клейкая структура придает хлебу и макаронным изделиям их эластично-упругую консистенцию. Chewy – жевательную, как сказал бы американец.

Поэтому важно, в какой момент времени соединять муку с водой, ведь, как только контакт произойдет, масса становится клейкой. Когда глютен активирован и склеивает тесто, в него становится трудно равномерно замешивать другие сухие ингредиенты – сахар или разрыхлитель, поэтому целесообразно сухие ингредиенты смешивать предварительно. В то время как в хлебе относительно вязкая «жевательность» приветствуется, в пирогах или нашем шоколадном фондане ее хочется избежать. Поэтому я беру так мало муки, но еще и потому, что внутренность кекса должна оставаться жидкой.

* * *

Между тем шоколадно-масляная смесь растаяла, и я отставляю ее для охлаждения. Следующий шаг – вариация типичного теста для фонданов. Обычно в этот момент в небольшое количество муки добавляют яйца, а потом все перемешивают. Но яйца – четыре штуки среднего размера – в отдельной большой миске я сначала взбиваю ручным миксером в пену. Постепенно, небольшими порциями, добавляю 80 граммов сахара. Вообще-то сахар тоже сухой ингредиент, и его можно было бы сразу смешивать с мукой. Попробуйте разок: тесто получится чуть плотнее и менее воздушным (что тоже может иметь свою прелесть). Но с сахаром яйца лучше взбиваются, потому что кристаллы сахара действуют внутри яичной массы как крошечные шлифующие частички.

Яйца содержат много белков, которые для выпечки тоже существенно важны. Белки, как и жиры, – это длинноцепочечные молекулы. Но у белковых цепочек более сложный химический состав – они строятся из аминокислот и намного длиннее цепочек жирных кислот; настолько, что свертываются и складываются в большие трехмерные сверхструктуры. На первый взгляд кажется, что белок больше похож на шар или какую-то другую трехмерную конструкцию, чем на цепочку.

Что происходит с белками при нагреве, мы уже видели сегодня утром на примере моей яичницы: они отвердевают. Под воздействием жара они разворачиваются и расправляются. Этот процесс называют денатурацией. Длинные цепочки теперь спутываются, и образуется своего рода сетчатая структура – яйцо становится твердым. И этот процесс уже необратим. Облегченная версия феномена денатурации иногда случается с проводами наших наушников, кое-как засунутых в сумку: они тоже обладают досадной способностью спутываться, причем сильно и почти необратимо.

При взбивании яиц происходит нечто подобное, хоть и не столь брутальное. При физическом взбивании ручным миксером клубки белков частично разворачиваются и начинают спутываться – почти что облегченная версия денатурации. Если это проделывать только с белком, он взбивается в прямо-таки твердую консистенцию. И здесь большую роль играет воздух, при взбивании оказывающийся захваченным в массе в форме многочисленных крошечных пузырьков: чем стабильнее пена, тем воздушнее получится десерт. Если бы мы делали шоколадное суфле, белок, взбитый до стабильной пены, был бы важной предпосылкой для получения желаемой воздушной консистенции. Я выбираю менее интенсивный вариант. Хочу достичь воздушности внутри, чтобы десерт получился легким, но в то же время плотнее по консистенции, чем суфле. Поэтому я взбиваю яйца целиком, не отделяя белки. Пена получается мягче, поскольку благодаря желтку в смеси значительно больше жира (снова жир!), что затрудняет спутывание белковых нитей.

Яичный желток примерно на 30 % состоит из жира. Благодаря ему со взбиванием яиц переусердствовать невозможно. Яичный белок, состоящий практически только из белков и воды, слишком долгим взбиванием можно испортить. Если перестараться, он опадет, потому что белки собьются в комки и отделятся от воды. А взбивая яйцо целиком, не ошибешься. Под конец объем увеличивается в несколько раз (вот почему я беру большую миску), пена получается нежная, с гладкой бледно-желтой блестящей поверхностью.

Позднее в духовке белки полностью денатурируются и затвердеют. А у воды в яйце та же самая задача, что и у воды, содержащейся в масле: благодаря ей пирожное поднимется. Вкупе со взбитым с воздухом белком это обеспечит оболочку из воздушного теста вокруг жидкой сердцевины.

Разумеется, сахар нужен не только для того, чтобы правильно взбивались яйца. Это основа любого кондитерского изделия, но не стоит заблуждаться и сводить значение сахара только к его сладости. Сахар гигроскопичен, то есть притягивает воду и удерживает ее. (Отсюда и его консервирующие свойства, о которых мы узнали в главе 7.) Для шоколадных фонданов это особой роли не играет, потому что мы едим их горячими и внутри они жидкие. Но пирожное или печенье высыхают тем быстрее, чем меньше в них содержится сахара. Так что если в стремлении сократить потребление сладкого вы положите в пирожные половину дозы сахара, будете наказаны: они получатся сухими.

Особенно важен сахар в мороженом, прежде всего в сорбете. Там у нас много не только сахара, но и воды, в которой сахар растворяется. Как любое водорастворимое вещество, сахар влияет на температуру таяния и замерзания раствора. Этот феномен знаком нам по использованию соли как противогололедного средства зимой: у соленой воды температура замерзания ниже, чем у несоленой. Логично, что этот феномен называют понижением точки замерзания. В то время как чистая вода замерзает при 0 °C, солевой раствор при этой температуре еще жидкий. Поэтому соль – очень эффективное средство от гололедицы, с ней вода замерзает в лед при более низких температурах. Тот же эффект – понижение точки замерзания – и с сахарной водой, что непосредственно сказывается на консистенции мороженого и сорбета. Чем выше содержание сахара, тем скорее растает мороженое, а чем ниже, тем оно тверже. И если вы сами делаете мороженое, дозу сахара можно подбирать, ориентируясь не только на свои вкусовые предпочтения, но и на поиск лучшей консистенции: чтобы и не слишком твердо, и не совсем каша.

* * *

Итак, шоколадно-масляная смесь подостыла, и я добавляю в нее чайную ложку ванильного экстракта. Сладкий аромат ванили великолепно сочетается с темной горечью аромата какао. Ванильный аромат вообще настолько популярен, что создается впечатление, будто он в изобилии везде и всюду. В разговорном английском слово vanilla даже употребляется как синоним словам «обычный», «избитый», «скучный», «жеманный». В действительности же аромат совсем не так обычен и избит, как кажется.

Бутылочку биованильного экстракта «из настоящих бурбонских стручков ванили» я купила пару месяцев назад, когда хотелось себе что-нибудь позволить, потому что штука эта страшно дорогая. Дело в том, что культивирование растения ваниль требует невероятных усилий. Долгое время пряную ваниль – растение семейства орхидных – выращивали лишь в Центральной Америке, поскольку только там обитает так называемая пчела мелипона. Это одно из немногих насекомых, которые могут опылять ваниль – растение не очень-то просто размножается. (В этом смысле ее действительно можно назвать жеманной.) Так что долгое время ваниль была редким, лишь немногим людям доступным наслаждением.

Положение изменилось в 1841 году благодаря Эдмонду Альбиусу. Альбиус вырос в семье рабов во французской колонии Реюньон, на маленьком острове вблизи Мадагаскара. В 12 лет мальчик сообразил, как можно опылять ваниль вручную. Реюньон стал крупным экспортером ванили, а вскоре ее стали выращивать и на Мадагаскаре. Оттуда и сегодня происходит большая часть натуральной ванили, имеющей честь называться бурбонской. Но она ни в коей мере не покрыла бы спроса на ваниль. Ежегодно в мире производится 18 тысяч тонн ванильных ароматизаторов, и только примерно 1 % от этого количества – из растения, потому что метод разведения ванили и сегодня все еще похож на метод Альбиуса: как и прежде, растения опыляют вручную.

Зато в 1970-е годы придумали, как получать молекулу ванилина[47] – главное ароматическое вещество ванили – лабораторным путем. Ванильный сахар, который вы покупаете в супермаркете, – это чаще всего обычный сахар с щепоткой ванилина, взгляните как-нибудь на состав.

За последние годы спрос на натуральный ванильный аромат возрос, но на Земле просто-напросто недостанет ванили, чтобы его удовлетворить. Потому что помимо трудоемкого разведения эти растения еще и не очень урожайны. Для получения одного килограмма стручков ванили необходимо вручную опылить почти 600 цветков. Так что желающий купить натуральный ванильный ароматизатор должен быть таким же безбашенным человеком, как я, и готовиться выложить за него приличную сумму. Натуральный аромат по вкусовым качествам сложнее, потому что в настоящей бурбонской ванили содержится не только ванилин, там много чего еще. Но фонданы по этому рецепту ванильный сахар не испортит, получается вкусно. Если будете пробовать делать их вслед за мной, можете просто заменить 8 граммов обычного сахара одним пакетиком ванильного.

У меня для вас есть еще один секрет, как достичь бесподобного шоколадного аромата: добавьте шот[48] эспрессо. Скажете: нет, мне не нравится вкус кофе в шоколаде? Могу вас успокоить: вкуса кофе чувствоваться не будет. (Я тоже не люблю кофейный шоколад.) Как схожи между собой теобромин и кофеин, так и в шоколаде, и в кофе содержатся похожие ароматические вещества, от горьких ореховых до фруктовых. Если у вас дома есть порошок какао, попробуйте чуточку с кончика пальца, и вы убедитесь, что вкус действительно немного напоминает кофе, только не такой интенсивный. Так что если добавите одну-две чайные ложки крепко заваренного эспрессо в ваш шоколадный десерт, будь то мусс или пирожное, это будет все равно, что вы добавили бы концентрированный какао-ароматизатор, но, в отличие от порошка какао, с очень интересным акцентом.

Приправленную ванилью и эспрессо охлажденную шоколадную смесь я теперь добавляю во взбитые яйца. Охлажденная – это не обязательно комнатной температуры. Главное, чтобы яичные белки не денатурировались. Денатурация желтка начинается уже при 60 °C, а у белка этот процесс происходит ступенчато, на различных температурных уровнях, начиная от 57,5 и до 82 °C. Я не очень усердствую с перемешиванием, главное – равномерно все распределить. Важно по возможности не испортить воздушные пузырьки, которые я так хорошо взбила. Под конец добавляю муку с солью и снова мешаю, но не больше, чем нужно для равномерного распределения. Теперь тесто можно разливать по смазанным жиром формам для суфле или маффинов. То, что останется, можно хранить в холодильнике, практичнее всего уже разлитым по формам, тогда на следующий день можно еще себя побаловать.

Я заполняю четыре формочки и пока что ставлю их в холодильник. Этот десерт вполне можно подготавливать заранее, а потом только ненадолго ставить в духовку. Насколько жидкой получится сердцевина, зависит от времени выпекания, поэтому, если будете печь по моему рецепту, придется еще определить для себя время выпечки. У меня формы для суфле диаметром 7 см, и обычно я щедро их заливаю, до высоты примерно 4 см. Для этих параметров время выпечки у меня получается 15,5 минуты при 190 °C в духовке, включенной одновременно сверху и снизу. По крайней мере, когда тесто комнатной температуры. Если оно ночь простояло в холодильнике, это займет минут 16–16,5. Если ваши формочки намного меньше, оптимальное время выпечки сократится минуты на две. Осталось только пригласить друзей и пробовать!

Мы с Кристиной так погрузились в кулинарное действо, что даже не сразу заметили, как в дверь входит Маттиас, а следом за ним, как на буксире, – Дино. Оба выглядят несколько сбитыми с толку.

– Хорошо, что вы здесь! – радостно кричит Кристина. – Нам нужна помощь кое-что построгать!

Маттиас жестом вызывает меня на минутку из кухни и шепчет:

– Это и есть Дино?

– Да, – тоже шепотом отвечаю я.

– Мы случайно одновременно оказались внизу у входной двери, и я не знал кто это.

– Сегодня у нас спонтанная кухонная терапия, – объясняю я. – И Дино мы тоже пригласили.

– Он не представился, а просто молча последовал за мной, – смеется Маттиас.

– Торбен такой, – говорю я, – но он крутой, он еще оттает. Мы возвращаемся на кухню, я вынимаю два винных бокала для Маттиаса и Торбена. Думаю, будет весело.

Пока мы режем и строгаем овощи и горячо спорим о том, когда применять зубную нить – до или после чистки зубов, – у Кристины безостановочно вибрирует мобильник. Шесть сообщений от Йонаса. У него есть эта действующая на нервы привычка не ставить точки и отправлять сообщения маленькими кусочками:

«Привет»

«Ну ©»

«Еще в лаборатории?»

«Я могу сегодня что-нибудь приготовить»

«Зайдешь ко мне?»

«Могу тебя подхватить по дороге»

Кристина раздраженно смотрит на меня.

– Что ты на меня-то смотришь? – говорю я, а потом смеюсь, не в силах удержаться. – И все из-за дурацкой зубной пасты!

Кристина тоже смеется, но говорит:

– Да дело вообще-то не в зубной пасте. Это так… спусковой крючок. Как-то химия у нас с ним не срабатывает.

И мы снова смеемся, на этот раз над удачной двусмысленностью.

– Я позвоню ему, – вздыхает Кристина и выходит из кухни.

Мне нравится, когда говорят о совпадении химии в отношениях между людьми, потому что это самое, причем с большим отрывом, позитивное использование слова «химия» в нашей повседневной речи. Химия любви! Не знаю, что думают не-химики, используя это выражение, но я при слове «любовь» думаю о химии и о науке. Скажете, неромантично? Не знаю. Я не думаю, что научное мышление лишает этот мир его очарования.

Американский физик и нобелевский лауреат Ричард Фейнман прекрасно сформулировал это в одном из своих интервью:

«У меня был друг, художник, и он иногда высказывал точку зрения, с которой я никак не мог согласиться. Он держал цветок и говорил: “Смотри, как он красив”. У меня не было возражений, и он продолжал: “Погляди, я как художник могу увидеть, насколько он красив, а ты как ученый – ну, для тебя все это очень далеко, а цветок становится просто скучным предметом”. Думаю, он был помешан на красоте. <…> Но и я способен оценить красоту цветка. В то же время я вижу в цветке гораздо больше, чем он. Могу представить его клеточную структуру, сложные взаимодействия внутри клеток тоже обладают своей красотой. Я имею в виду не только красоту в масштабах одного сантиметра, существует также красота в меньших масштабах, во внутренней структуре. Возьмем другой процесс. Удивительный факт, что краски цветка вырабатываются, чтобы привлечь насекомых для его опыления – значит, насекомые могут видеть цвет. Напрашивается вопрос: эстетические чувства существуют и в низших формах? Почему эстетические? Всевозможные интересные вопросы доказывают, что научное знание лишь добавляет благоговейного трепета перед цветком. Научное знание только добавляет; не понимаю, как оно может что-то вычитать»[49].

После этих слов Фейнмана любой ученый стукнет с чувством кулаком по столу и воскликнет: «Да, черт возьми!» Я втайне надеюсь, что, даже не будучи учеными, вы согласитесь с его словами. Понимание того, как устроен мир, придает ему еще больше очарования.

Прелесть науки не только в разгадке тайн природы, но главным образом в поиске разгадок. Не думаю, что наука так уж скоро сможет разложить по полочкам любовь во всех ее нюансах. Нам до этого пока еще очень далеко. Но мне кажется, в попытках научных исследований любви, эмоций и межличностных отношений есть много романтики.

Но и без всяких исследований могу с уверенностью сказать: у нас с Маттиасом химия совпадает. Может, потому что мы оба химики? Ха-ха. Как бы то ни было, но, когда после напряженного рабочего дня дома я слышу, как Маттиас открывает дверь, или когда возвращаюсь вечером, уставшая, со съемок, а он встречает на вокзале, при взгляде на него, как и десять назад, у меня в животе порхают бабочки. Знаю, что это звучит уже до противного пошло, но ощущение бабочек в животе вызывается механизмом, далеким от романтики. Это тот же механизм, что срабатывал сегодня утром в ответ на чудовищный рев будильника Маттиаса, – реакция «бей или беги».

И что, мне теперь, когда вижу Маттиаса, убегать от него или сразу кулаком в нос? Ну уж нет. Если вы испытываете такие порывы по отношению к партнеру, вам следует поскорее расстаться, так будет лучше для всех. На самом деле тело реагирует на влюбленность реакцией стресса, как бы позитивно мы любовь ни воспринимали. У влюбленного человека не только колотится сердце, но и уровень кортизола повышается. Сегодня утром мы уже познакомились с гормонами стресса кортизолом и адреналином, и вот вам теперь другая их сторона. В связи с бабочками в животе кортизол можно даже назвать гормоном любви!

Учитывая вышесказанное, вы можете перестать нервничать перед публичным выступлением, если вам это свойственно; просто посмотрите на ситуацию с другой стороны. Ведь страх стоять на сцене или выступать с докладом перед незнакомыми людьми тоже выражается в реакции «бей или беги». Однако у людей, которые любят быть на сцене, возникает не желание убежать оттуда, а бабочки в животе. В основе лежит та же самая химия.

Смысл, заложенный в реакции «бей или беги», в разных ситуациях всегда один: когда вам предстоит читать доклад со сцены, приоритетом в этот момент должен быть именно он. Сейчас это самое важное. То же при встрече с саблезубым тигром: нужна полная сосредоточенность. А значит, некоторые временно не столь важные функции организма могут немного подождать – в частности, пищеварение. Кровь отводится от желудка, что вызывает в нем это самое ощущение пустоты, которое мы в какой-то тяжелой для нас ситуации ненавидим, а когда влюблены, оно кажется нам прекрасным. Так что, когда я после долгого рабочего дня снова вижу Маттиаса, мой организм подсказывает: бросай все на фиг, переваривать мы можем позднее – сейчас все внимание на этого прекрасного человека!

Это огромное счастье – иметь кого-то, кого можно обнять после тяжелого напряженного дня. Все мы знаем, какую эмоциональную силу может иметь объятие. Возникшая несколько лет назад идея выходить на улицы с табличкой Free hugs[50] с предложением незнакомым людям обняться с тех пор настолько затаскана, что стала уже казаться чуть ли не пошлой, и все же… Улыбки на лицах и искренняя радость даже от объятий незнакомца – это что-то потрясающее.

Что же конкретно происходит, когда мы кладем руку на плечо другого человека? Этим вопросом задались психологи из Университета Карнеги-Меллона в Питтсбурге. В их исследовании, охватившем почти 400 участников, было три последовательных шага.

Шаг 1. Участников опросили по поводу их социальных сетей (реальных, а не интернет-сетей!) и эмоциональной поддержки, которую они получают в повседневной жизни. Есть ли друзья, с которыми вы можете встретиться? Часто ли вы чувствуете себя социально изолированными? Есть ли кто-то, кому вы можете доверить свои страхи и заботы?

Шаг 2. На протяжении 14 дней участников каждый вечер опрашивали, попадали ли они в течение дня в какие-либо социальные конфликты и обнимал ли их кто-нибудь.

Пока что в этих методах нет ничего необычного. Но теперь Шаг 3: участников заразили вирусом острых респираторных инфекций, посадили на карантин и наблюдали! Вообще-то довольно инвазивный для психологического исследования метод. Зато получились исключительно интересные результаты. Социальные конфликты могут вызывать стресс (нехороший – без бабочек), а он, в свою очередь, ослабляет иммунную систему. Поэтому, будучи в состоянии стресса, мы скорее подхватим простуду. Однако у тех, кто в первом шаге указал наличие круга контактов, обеспечивающего мощную эмоциональную и социальную поддержку, риск простудиться оказался меньше, независимо от того, сколько конфликтов им пришлось пережить за эти 14 дней. Позитивный результат получили также те, кто во втором шаге указал частые объятия.

Итак: объятия против простуды? Конечно, было бы здорово увидеть больше исследований на этот счет, но пока что я остаюсь при своей порции ежедневных объятий.

Я вообще люблю обниматься – наверное, это у меня от мамы. Может, передалось по наследству, а может, оттого, что, когда я была ребенком, она часто меня обнимала. Даже и теперь продолжает. Когда я навещаю своих родителей, они всегда щедро меня обнимают и целуют. В 12 лет меня осенило, откуда могут идти все эти обнимашки; мы тогда впервые были в гостях у маминой семьи во Вьетнаме. У нас был долгий перелет, потом не менее долгая, как показалось, тряска в автобусе по узким, небезопасным для движения улицам. Смеркалось, и по прибытии я уже сильно устала. И тут на меня накинулась толпа незнакомых, очень похожих на меня людей. Они радостно, почти истерично кричали, плакали, заключали меня в объятия, атаковали мой лоб поцелуями и поначалу вообще не хотели отпускать. Каким-то образом все же это идет от семьи. И вообще, я считаю, что это прекрасно, хотя тогда, в подростковом возрасте, мне было жутко неловко.

В студенческие годы случилось второе озарение: я узнала об окситоцине – это нейропептид и пептидный гормон. Он играет важную роль при родах и грудном вскармливании, помогает сокращению мышц матки. Называется так гормон неслучайно – в переводе с древнегреческого окситоцин означает «быстрые роды». Он способствует более тесной связи между матерью и ребенком, выбрасывается у влюбленных партнеров, например при поцелуе, и вообще тесно связан с социальными отношениями и любовью. И так же неслучайно его любовно называют гормоном нежности и привязанности.

Ага, подумала я. Наверное, в семье моей матери высокий уровень окситоцина. Однако на его примере мне вскоре пришлось узнать, что воздействие гормональных молекул, к сожалению, не поддается столь простому объяснению.

Внешне молекула выглядит под стать названию – очень симпатично, как мне кажется.

Благодаря этой великолепной химической структуре вкупе с прозвищем «гормон привязанности» окситоцин очень популярен, и у него даже есть фанаты. В продаже можно встретить посуду, одежду и даже подвески на шею с изображением молекулы окситоцина. Ученые окситоцин тоже любят – как предмет исследований.

В 1979 году проводилось одно исследование, в ходе которого окситоцин давали крысам-девственницам. Гормон вызывал у них материнское поведение, они начинали по-матерински заботиться о чужом потомстве как о собственном. А в 1994 году ученые обнаружили, что окситоцин играет важную роль в выборе партнеров у полевок прерии.

Эти маленькие мыши-полевки, обитающие в Северной Америке, не только очаровательны на вид (погуглите – и сами увидите), но еще и относятся к очень немногим моногамным млекопитающим, то есть до конца своей мышиной жизни остаются вместе с одним-единственным партнером. Ну что тут сказать? Окситоцин – просто прелесть, а не гормон.

У людей окситоцин вызывает прилив доверия. Об этом свидетельствует, в частности, эксперимент, проведенный швейцарскими учеными: исследователи предложили участникам проиграть ситуацию, в которой надо было инвестировать деньги, приняв медикаментозную «добавку доверия». «Насытившиеся» окситоцином участники проявили больше доверия по отношению к незнакомым игрокам. А немецкие исследователи установили, что мужчины под влиянием окситоцина потребляют меньше калорийных снеков. Это позволяет предположить, что окситоцин может подавлять ложное чувство голода, то есть когда это собственно не голод, а просто хочется чего-то вкусненького. Окситоцин против прожорливости? Интересный был бы способ избавления от лишнего веса, но сначала нужны более глубокие исследования.

Исследования проводятся самые разнообразные, причем воздействие гормона привязанности не всегда оказывается положительным. Так, недавние исследования показывают, что окситоцин усиливает воспоминания. Предполагается, что это относится к различным социальным интеракциям; тут вам и хорошие воспоминания, например первый поцелуй, и далеко не очень – к примеру, оскорбление или страх потери близкого человека.

Окситоцин укрепляет отношения между людьми, но в то же время может провоцировать мышление категориями группы и склонность отвергать тех, кто в нее не входит. Такими наблюдениями поделились психологи из Нидерландов. Эмпатия и сочувствие подвигают нас на гуманные поступки, но могут оборачиваться и тем, что мы будем к кому-то – например, к людям, похожим на нас самих, – испытывать больше сочувствия, чем к посторонним.

По состоянию научных данных на сегодняшний момент, можно сказать, что представление об окситоцине как о гормоне привязанности уже устарело. Его влияние на наше социальное поведение и взаимоотношения между людьми сомнению не подвергается, но имеет как позитивные, так и негативные стороны. Пожалуй, можно сказать так: в потоке обрушивающихся на нас в повседневной жизни сигналов, раздражителей и информации та или иная их часть неизбежно утрачивается. Так, например, возможно, я не замечаю, что Кристина встревожена, когда беззаботно сижу рядом с ней в столовой. Окситоцин здесь действует как шумовой фильтр. В частности, он провоцирует выброс ингибиторного нейротрансмиттера ГАМК, о котором мы подробнее поговорим в следующей главе. Это торможение сигналов способствует подавлению шумов – все ради того, чтобы мы внимательнее воспринимали серьезные социальные раздражители и важную для нас информацию.

Окситоцин исследуют сейчас на предмет применения как вспомогательного средства при аутизме. Дело в том, что у людей с аутизмом, как правило, есть сложности с упорядочиванием информации; например, им трудно считывать эмоции по выражению лица. Пока что эти исследования разбиваются о низкую воспроизводимость экспериментов, либо их действенность не удается подтвердить при повторных опытах.

Но для аутистов с изначально низким уровнем окситоцина медикаментозная окситоциновая поддержка обещает в будущем успех.

Любопытно, что находится все больше параллелей между окситоцином и алкоголем, начиная с эффектов, которые можно наблюдать со стороны. И окситоцин, и алкоголь могут понижать уровень тревожности и стресса, а доверие и великодушие усиливать. Но их теневые стороны тоже схожи: агрессия, склонность к риску и позитивной предвзятости по отношению к своей группе. Неврологические эффекты обеих молекул также поразительно похожи. Так, алкоголь тоже усиливает ингибиторное воздействие нейротрансмиттера ГАМК – впрочем, механизм тут другой, мы обратимся к нему в следующей главе. Но как бы то ни было, кажется, в английском выражении love drunk – опьянен любовью – все же что-то есть.

* * *

Кристина возвращается после разговора с Йонасом, и, судя по всему, любовью она вовсе не опьянена. Зато получает от меня компенсацию – я обнимаю ее. Ну и для верности подливаю вина.

И вот мы сидим за столом, чуть объевшись, довольные и в хорошем настроении, прикладываемся к бокалам и ждем, когда в духовке подоспеют шоколадные фонданы. Но у меня в бокале не вино, а вода. Я не пью алкоголь: у меня непереносимость. От 30 до 40 % жителей Юго– Восточной Азии генетически обречены на эту участь – у них от самой малости алкоголя сильно краснеют лица, и они очень быстро пьянеют. Один наш приятель живет в Китае и часто рассказывает, как страдает от попыток своих китайских коллег буквально принудить его пить во время деловых ужинов – считается же, что немец может выпить чуть ли не бочку. Сами же китайцы в большинстве своем ничуть не лучше меня переносят алкоголь, но регулярно напиваются чуть ли не до комы, будто у них нет другого выбора. Однако признаюсь, что у нас с Маттиасом дома всегда достаточный выбор алкогольных напитков, когда мы ждем гостей. Иначе какие из нас гостеприимные хозяева?

Алкоголь относится к классу веществ «спирты»; это этиловый спирт, или этанол. Спирты объединяет то, что все они токсичны для человека – одни больше, другие меньше. Но проблема не в них самих, а в продуктах распада в ходе обмена веществ. Расщепляются они обычно через реакцию окисления – сначала на альдегид, а затем на карбоновую кислоту. Метанол, который на один атом углерода короче своего брата этанола, был бы менее токсичен, если бы наш организм не окислял его до формальдегида, что ведет к сильному отравлению, одно из последствий которого – потеря зрения. А если выпить изопропанол – спирт, используемый в средствах дезинфекции, – это может привести к дыхательной недостаточности и замедлению кровообращения.

У всех спиртов есть смертельная доза. Этанол в сравнении с другими еще относительно допустим, но лишь до определенного количества. Человеческий организм защищается от быстрой смерти из-за отравления этанолом рвотой. Но это тоже небезопасно, потому что собственной рвотой можно подавиться и задохнуться, если человек уже не в себе.

Но алкоголь вреден, даже если не напиваться до бессознательного состояния. Он метаболизируется в печени, избавляться от токсических веществ – ее задача. Обильное потребление алкоголя может перегрузить печень и сильно навредить ей, и это только один пункт из длиннющего списка долгосрочных рисков для здоровья. Сердце и пищеварительная система тоже поблагодарят вас за воздержание от алкоголя. Ну а о неподобающем поведении, присущем в стельку пьяным, даже и говорить нечего.

Поэтому свою алкогольную непереносимость я почитаю за благо и надеюсь когда-нибудь передать этот мутировавший ген своим детям. И пусть это, возможно, звучит не очень хорошо, но поверьте мне – человек, который не может пить алкоголь, ничего в жизни не упускает. А ведь многие смотрят на меня с искренним сочувствием…

Жалеете вы меня или нет, но мой мутировавший ген – весьма интересная штука. Вы поймете почему, когда для начала разберемся, что же происходит с этанолом в организме.

При помощи фермента алкогольдегидрогеназы (сокращенно ADH) алкоголь окисляется в ацетальдегид. А он для здоровья вреден не меньше этанола. Это мутаген, то есть вещество, способное повреждать ДНК, и оно канцерогенно. Возможно, именно в ацетальдегиде причина того, что научные исследования периодически выявляют взаимосвязь между потреблением алкоголя и различными видами рака. Поэтому организм старается от этого вредного вещества как можно скорее избавиться. В процессе обмена веществ ацетальдегид продолжает окисляться дальше, до уксусной кислоты и, соответственно, соли уксусной кислоты – ацетата. Только тогда опасность минует, поскольку организм выводит ацетат безо всяких проблем или перерабатывает его, обращая в энергию. Кстати, поэтому в алкоголе так много калорий.

Окисление ацетальдегида в ацетат происходит при помощи второго фермента. У большинства европейцев это фермент, который называется алкогольдегидрогеназа-2, сокращенно ALDH2. Однако у меня, как у многих уроженцев Юго-Восточной Азии и не только у них, этот фермент выглядит иначе, и это огромная проблема.

Чтобы понять, в чем именно она заключается, прежде всего необходимо выяснить, как вообще выглядят ферменты. В этой книге мы с ними уже кое-где встречались, но сейчас, когда речь об алкоголе, самое время узнать некоторые подробности. Ферменты – это молекулы белка, РНК или их комплексы, то есть состоят из аминокислот. Аминокислоты – маленькие молекулы, состоящие в основном из углерода, кислорода, водорода и азота. В общей сложности существует 20 различных аминокислот, которые наш организм использует для образования белков[51].

Кажется, на этих схемах так много всего! Но если учесть, что почти все биологические процессы в нашем организме управляются белками, которые строятся всего лишь из 20 компонентов, поражаешься, насколько невелик набор этих комплектующих.

Аминокислоты соединяются в белке в очень длинную цепь. ALDH2, например, – это цепочка из 500 аминокислот, соединенных между собой в строго определенном порядке. И располагается эта цепочка не абы как, а очень прецизионно[52] – как оригами. Белки, как и молекулы воды, могут строить водородные мостики между отдельными участками цепочки, и тогда цепочка укладывается в соответствующие складки. На первый взгляд конструкция выглядит как хаотично спутанный клубок. Но в зависимости от видов аминокислот и их расположения каждый белок обладает своей характерной трехмерной структурой, и именно эта пространственная конструкция определяет его функции.

Во всем этом непросто ориентироваться даже ученым, изо дня в день имеющим дело с белками. Для облегчения понимания они подразделили общую структуру на четыре типа: первичной структурой назвали химическое строение цепочки и под ней рассматривают только последовательность аминокислот, то есть очередность конструктивных элементов в цепи. А вторичная, третичная и четвертичная структуры описывают, каким образом эта цепочка поворачивается, складывается, размещается в пространстве и спутывается.

Можно провести параллель с постройкой башни из кубиков лего: если смотреть только на то, какие детали использовать и в каком порядке их соединять, это будет первичная структура. Башня как трехмерная форма – это уже сверхструктура. Но образ с лего слишком упрощен, потому что в конструкторе можно спокойно заменить желтую детальку зеленой, а башня останется башней. Можно поменять местами две детали, не изменяя этим форму башни. Но аминокислоты – это такие хитроумные «детали», что малейшая вариация в первичной последовательности может очень сильно повлиять на всю сверхструктуру.

Наглядный тому пример – мой «неисправный» фермент ALDH2. В его очень длинной цепочке из 500 аминокислот у меня в позиции 487 другая кислота – заменена одна-единственная деталь. И одна эта маленькая аминокислота меняет водородные связи-мостики внутри фермента, что в итоге меняет всю сверхструктуру. Результат – мой фермент не способен расщеплять ацетальдегид. Он не активен.

Без активного фермента окисление ацетальдегида в уксусную кислоту хотя и не полностью выключено, но реакция протекает очень, очень медленно. И всего после нескольких глотков вина ацетальдегид уже накапливается в организме. Организму это совсем не нравится; он реагирует тошнотой, сердцебиением, а еще вот какая незадача: кожа краснеет, особенно на лице, и я становлюсь красной как рак. Когда в юности я впервые попробовала алкоголь, сначала подумала, что у меня аллергия. Все эти симптомы – их обобщенно называют Asian Flush[53] – для меня достаточная причина, чтобы вообще не пить.

Впрочем, один-единственный раз я напилась-таки (и повторять этого не собираюсь). Я училась в Майнце – цитадели карнавальных гуляний[54]. Житель Кёльна снисходительно усмехнется над моим эпитетом, но в канун Великого поста и в Майнце, поверьте мне, трезвым делать нечего. В принципе, я отнюдь не против оставаться трезвой в окружении подвыпивших людей. Я же выросла в маленьком городке, где в выходные нечем больше заняться, кроме как пить. Но карнавал – это высшая лига в плане алкогольных излишеств, его действительно на трезвую голову не выдержать. Когда меня спрашивают, почему я не люблю карнавалы, и я объясняю, что не могу употреблять алкоголь, этот ответ всегда встречает понимание: «О да, конечно! Это ужасно, когда не выпить». А я вот думаю, что же это говорит о карнавальном празднестве, если все сходятся на том, что трезвым его не вынести?

Ну так вот, после того как я первые несколько лет на пятое время года[55] сбегала из Майнца, решила хоть один раз проделать полную программу сумасшедшего понедельника[56]. После утреннего карнавального шествия и двухчасовой тусовки по клубам среди бела дня мы не поздним еще вечером случайно оказались в баре, под завязку набитом старперами. Теперь, по прошествии времени, я понимаю, что старперы были примерно такого возраста, как я теперь. Мне было тогда 20, старики горланили дурацкую песню «У меня на голове лук, я шаурма» (я чувствовала себя не в своей тарелке). Но не могла же я просто так уйти, заплатив за вход 10 евро – это ведь целое состояние для студента! Я попала в ловушку. И решила: настало время – я напьюсь!

Сделать это оказалось труднее, чем я думала. Я пробовала разные алкогольные напитки, но всякий раз, сделав глоток, отдавала их своим друзьям, настолько противен мне был вкус алкоголя. Ведь в конечном счете этанол – это органический растворитель, и я считаю, что на вкус он это самое и есть. Крепкий алкоголь может обжигать прямо– таки до боли, потому что этанол связывается с термочувствительными рецепторами – кстати, это те же рецепторы, которые активируются от содержащихся в перце чили молекул капсаицина. Терморецепторы передают ощущение жжения дальше в мозг, который в свою очередь переводит все это в чувство боли. Но если капсаицин имитирует непосредственно жар, то этанол делает не что иное, как повышает чувствительность терморецепторов. Он понижает пороговую температуру, и рецепторы вдруг начинают чувствовать температуру тела как нечто горячее, а человеку кажется, будто у него горит язык. Но это так, кстати; вернусь к своей попытке напиться.

Еще через полчаса, сделав всего пару глотков – причем в сумме я даже одного напитка не осилила, – я почувствовала острую необходимость выйти на свежий воздух. Как только я набрала в легкие воздух, меня неожиданно вырвало прямо на дверной порог. Мне стало легче, и я заявила друзьям, что вот теперь для меня начнется настоящая гулянка! Но не прошло и десяти минут, как мне захотелось домой, и только домой. Друзья, хихикая, проводили меня, потому что я едва ли дошла бы самостоятельно, а дома меня опять вырвало. В семь часов вечера я наконец лежала в постели. Вот как бывает, когда не срабатывает один из отвечающих за усвоение алкоголя ферментов.

Алкоголь, между прочим, ядовит даже для дрожжей, от которых он, собственно, и происходит. В процессе брожения дрожжи питаются сахарами и образуют, в частности, этанол. Он накапливается, и превышение 15 %-ного порога содержания спирта имеет самые неприятные последствия для дрожжевых клеток. В конечном счете они погибают от продукта собственного обмена веществ – поистине трагическая смерть.

Сама я лишена удовольствия ощущать приятный алкогольный дурман, но трезвое наблюдение за подвыпившими людьми – это тот еще спектакль. Вообще-то в обществе нетрезвых, потерявших над собой контроль людей чувствуешь себя неуютно, но человечество уже тысячи лет знакомо с алкогольным допингом, люди свыклись с ним и со всем ему сопутствующим. Интересно, что при этом мы поносим все прочие химически обусловленные наркотические состояния. С другой стороны, увы, вынуждена признать: вечер с вином все же веселее, чем без него.

Особенно для Дино; на него, как оказалось, алкоголь воздействует благотворно. Уже два часа он блещет остроумием, которое в трезвом состоянии скрывает за молчанием. Интересно, а это отчего происходит? Что такого творит молекула этанола с нашим организмом, что мы чувствуем себя раскованнее и увереннее в себе? Давайте теперь посмотрим на химию алкогольного дурмана.

В желудке и тонком кишечнике этанол абсорбируется и попадает в кровеносную систему. Большая его часть уводится в печень, которая принимается за свою работу – ферментативное расщепление. Малая часть выводится через легкие и вместе с ацетальдегидом производит хорошо знакомый нам эффект – перегар. Неприятно для окружающих, но практично для полиции в качестве первого признака, что человек выпил. Все эти процессы не что иное, как разумные попытки организма как можно скорее отделаться от алкоголя. Но он, как правило, не успевает за средней скоростью пития, и излишки этанола через кровеносное русло попадают в мозг. Тут-то все веселье и начинается.

На мозг алкоголь действует подобно успокоительным или обезболивающим средствам. Что, казалось бы, странно, если вспомнить горланящих песни и танцующих на столах пьяных. На самом деле алкоголь оказывает на нервную систему затормаживающее воздействие, хотя принявшие на грудь и чувствуют себя раскрепощенно. Точнее говоря, он нарушает коммуникацию между нервными клетками. Они общаются между собой посредством нейротрансмиттеров – вспомним главу 7 и серотонин. Сейчас я расскажу еще о двух нейротрансмиттерах, чтобы вам потом было легче представлять себе свое подвыпившее «Я».

Молекула под названием глутамат (или глутаминовая кислота) нам уже встречалась, это одна из 20 образующих белки аминокислот. Но глутамат действует так же, как нейротрансмиттер – точнее, как возбуждающий нейротрансмиттер. Связываясь со своим рецептором, глутамат активирует коммуникацию между нервными клетками, в результате чего увеличивается число посылаемых ими сигналов.

В качестве его антипода выступает тормозящий нейротрансмиттер ГАМК; это сокращение от гамма-аминомасляной кислоты. Когда ГАМК связывается со своим рецептором, он тормозит коммуникацию, и таким образом сигналов передается меньше.

Мы уже не раз упоминали мозговые рецепторы – помните, сравнивали их с парковочными местами? Давайте разберемся с ними чуть подробнее, по крайней мере, в контексте алкогольного опьянения. Как и многое в нашем организме, рецепторы состоят из белков. Здесь мы можем представить их себе как некоего рода туннель или канал, который обычно закрыт. Но когда с рецептором связывается совместимый с ним нейротрансмиттер, эти каналы на короткий момент открываются, и ионы (например, натрий-, калий-, кальций-или хлорид-ионы) могут по нему пройти. Так же как в батарейке мобильника, при прохождении этих заряженных частиц возникает напряжение, и оно дает нервным клеткам возможность посылать электрические сигналы. Если ионы заряжены положительно (катионы), нервная клетка выстреливает сигналы. Это то, что происходит в глутаматном рецепторе. Если ионы заряжены отрицательно (анионы), сигналы подавляются. Это происходит в ГАМК-рецепторе.

Но теперь на сцене появляется этанол и устраивает великую путницу. Ведь его молекула взаимодействует как с глутаматным, так и с ГАМК-рецептором. В глутаматном рецепторе поток ионов тормозится. Таким образом, алкоголь понижает возбуждающее действие глутамата, нервные клетки начинают посылать меньше сигналов. А у ГАМК-рецепторов этанол, наоборот, способствует прохождению большего количества ионов – он как бы не дает каналам какое-то время закрываться. Следовательно, тормозящее воздействие ГАМК алкоголем усиливается. И в результате нервные клетки посылают меньше сигналов.

Получается, что алкоголь двояким образом притормаживает нашу мозговую деятельность. Это, в частности, объясняет, почему под алкогольными парами мы орем и пляшем на столах, – пониженная мозговая активность, помимо прочего, подавляет социальную тревожность и вообще самоконтроль. Когда нейроны меньше коммуницируют между собой, у нас не получаются даже такие простые вещи, как, например, идти прямо, не шатаясь. Человек к тому же начинает запинаться, еле ворочать языком, медленно реагирует. И еще: при пониженной активности головного мозга человек принимает не самые умные решения. Если вам случалось когда-нибудь напиться, наверняка найдете свои байки на этот счет. И вообще, в этом состоянии человек меньше думает, хуже воспринимает действительность и помнит потом меньше.

При нормальных обстоятельствах ГАМК с его тормозящим воздействием – это очень важный нейротрансмиттер. Совершенно очевидно, что нам нужны активные мозговые клетки. Но здесь не действует правило «чем больше, тем лучше». ГАМК помогает нам упорядочивать информацию и дифференцировать раздражители. Без тормозящего действия сохранять ясность ума было бы трудно – от сенсорной перегрузки мы просто загнулись бы. Поэтому медикаменты, повышающие концентрацию ГАМК, используются при лечении эпилепсии. Я вот даже думаю иногда: наверное, пьяные с их спящей мозговой активностью мыслят довольно-таки ясно, но чертовски мало. Не могу сама проверить на практике, но это по крайней мере объяснило бы, почему люди под мухой без конца повторяют одну и ту же мысль.

Воздействие алкоголя на мозг этим далеко не ограничивается. Этанол провоцирует повышенный выброс одного очень симпатичного, но в то же время коварного нейротрансмиттера – дофамина. Область задач этой молекулы широка: движение, учеба, внимательность, эмоции – все это связано с ним. Он один из важнейших трансмиттеров нашей системы вознаграждения: дофамин выбрасывается, когда мы делаем что-то, сулящее нам радость, и мы хотим его получать больше и больше. Избыток дофамина вызывает аддиктивное поведение, импульсивность и даже играет существенную роль при шизофрении. Когда происходит вброс дофамина, необходим самоконтроль, чтобы не поддаться счастливому упоению и не продолжать подливать себе вина в стакан снова и снова. Что тем более трудно, когда отвечающая за самоконтроль часть мозга уже парализована. Вот так и получается, что о количестве выпитого накануне алкоголя человек начинает сожалеть лишь на следующее утро.

Маттиас, Кристина и Торбен чуть навеселе, не более того. Мы же, в конце концов, хорошо поели. Ведь этанол попадает в кровеносное русло через желудок и тонкий кишечник, а полный желудок замедляет его усвоение.

Все так, только если вы не страдаете от синдрома автопивоварни (или синдрома ферментации кишечника) – невероятная вещь. Существует очень мало медицинских описаний таких случаев, не могу не рассказать об одном из них.

История началась в 2004 году. Один американец, мужчина среднего возраста, после перенесенной операции на стопе и последующей терапии антибиотиками сделал странное открытие: он вдруг стал хуже переносить алкоголь. Две маленькие кружки пива – и он уже в стельку пьян. Более того, иногда он чувствовал себя пьяным, хотя вообще ничего не пил. Его жена, медицинская сестра, начала замерять алкотестером и документировать уровень содержания алкоголя; удивительно, но нередко он составлял 3 промилле. В Германии человек с содержанием алкоголя в крови от 1,1 промилле считается неспособным к управлению автомобилем. В США допустимый максимум при управлении автомобилем – 0,8 промилле. Так что мужчина оказался в весьма затруднительном положении. Супруги никак не могли объяснить эти показатели и начали искать скрытый источник алкоголя – может, конфеты или что еще, но ничего не обнаружили. Наверное, в этом браке были очень доверительные отношения, раз жена не заподозрила мужа в тайном пьянстве. В конце концов, в 2009 году мужчина попал в реанимацию с 3,7 промилле – это смертельно опасный уровень. Хотя, по его утверждениям, алкоголя он не употреблял. Врачи не верили ни одному его слову и исходили из того, что он тайком закладывает.

Но год спустя мужчина снова оказался в больнице, на этот раз по поводу эндоскопии кишечника. И тут врачи обнаружили нечто странное: Saccharomyces Cerevisiae – дрожжевой грибок, известный также как хлебопекарные и пивные дрожжи. Пивные дрожжи, как понятно из названия, используются в пивоварении. Но в нашей пищеварительной системе этому грибку делать вообще-то нечего. У пациента что, пивоварня в животе? Ну да, это придало бы новый смысл выражению «пивной живот».

Врачи стали выяснять причины. В апреле 2010 года мужчину на 24 часа поместили в больницу на обследование «дрожжевого» живота. Естественно, когда он туда явился, санитары тщательно проверили, не пронес ли он тайно алкоголь, – все-таки настроены они были еще очень скептически. Пациенту велели выпить большую порцию воды с сахаром и снабдили его углеводистыми снеками. И действительно, к полудню бедолага оказался пьян: 1,2 промилле. Его внутренние пивные дрожжи превратили углеводы в этанол. Этот феномен называют синдромом автопивоварни или синдромом пивоварни в животе – очень подходящее название. Истории, подобные этой, случаются настолько редко, что никаких данных, кроме отдельных описаний, нет, и научных исследований не проводилось. Насколько я знаю, тот мужчина сейчас чувствует себя хорошо; он смог справиться с проблемой благодаря противогрибковой терапии фунгицидом и низкоуглеводной диете. А я рада, что у меня такого нет – страшно представить, каково мне было бы.

* * *

– Май, – начал Дино, – мне кажется, то, что ты делаешь, – просто замечательно. Вдохновляешь своей любимой наукой далеких от химии людей. Но должен задать тебе один критический вопрос.

Кристина подалась вперед, вся внимание. Сначала шуточки, теперь критические высказывания. Алкоголь творит чудеса!

– Ты же не можешь просто слепо мотивировать молодых людей, – сказал Торбен. – Ну не могут же все учиться на химиков! Вот была бы катастрофа!

Мы смеемся, но вообще-то Торбен говорил отчасти серьезно, и, честно говоря, это серьезный вопрос. Позвольте объяснить, в чем дело.

Увлекать химией – это одна из моих целей, которой я следую со всей убежденностью. Я получаю много писем и комментариев, которые меня радуют. Молодые люди пишут, что если раньше они никогда не интересовались естественными науками, не говоря уже о химии, то теперь благодаря моим видеороликам вошли во вкус. Некоторые делятся тем, что скоро идут учиться, и великодушно называют меня своим мотиватором и вдохновителем. Такие письма – большая мотивация для меня.

Но почему это вообще важно?

В последнее время все чаще можно услышать: «Нам нужно больше MINT!» MINT – это точные науки, сокращение от математики, информатики, естествознания и техники (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik), то есть все самое увлекательное. И в этих областях нехватка квалифицированных кадров! Так считается. Нехватка кадров – это не слишком убедительная мотивация. Кроме того, положение на рынке труда может время от времени меняться. В течение многих лет вузы Германии ежегодно принимают более 10 тысяч студентов для обучения по специальности «Химия». В 2017 году новобранцев было рекордное количество – 11 тысяч. В том же году более двух тысяч химиков получили докторские степени. Производству ученики по-прежнему позарез необходимы, но в титулованных докторах наук в настоящий момент никакого недостатка нет.

– Набор молодежи на обучение химии вообще не входит в мои намерения, – отвечаю я. – Это, в общем-то, побочный эффект изначальной миссии.

– Миссия Май! – в один голос вскричали Маттиас с Кристиной и чокнулись бокалами.

Эти двое иногда подтрунивают надо мной – мол, у меня миссия, «я выполняю миссию»… Да, звучит несколько пафосно и по мне излишне серьезно. Но я ведь и воспринимаю это серьезно, и они оба это знают и активно меня в этом поддерживают.

Вот, говорят, не хватает специалистов в точных науках, и потому нам нужны эти самые MINT – по-моему, это недальновидный подход. Так что же, когда рабочих мест в этих областях не останется, точные науки станут молодым людям не нужны? А на текущий момент вообще не стоит пропагандировать химию, потому что на рынке труда достаточно титулованных химиков? Разумеется, это полная чушь. И я тоже говорю «нам нужно больше MINT», но по той причине, что математика, информатика, естествознание и техника составляют настолько важную часть нашей жизни, что мы должны хорошо их знать. Но не обязательно всем этим наукам учиться.

И какая разница, если ты в школе не выбрал химию как профильный предмет (я тебе это прощаю, молодой человек). Какая разница, если для тебя физика круче, чем химия (и это я тебе прощаю, однако проводить границы между естественными науками – это, знаете ли, занятие для абитуриентов). А если хочешь стать столяром или изучать историю искусств – супер! Ведь химия может быть таким же хобби, как футбол или игра на гитаре. Но знать больше о химии должен каждый!

Я не ратую за то, чтобы люди учили химию просто ради знаний. В этой книге вы познакомились со многими вещами: с моделью частиц и термодинамикой, с оболочечной моделью и правилом октета, с химическими связями и водородными мостиками, с окислительными и восстановительными реакциями; вы узнали о нейротрансмиттерах и гормонах, о ПАВах и фторидах, о теобромине и кофеине – я могла бы рассказать историю моего сегодняшнего дня еще раз с самого начала, только совершенно с другими примерами из химии. То же можно сделать с биологией или физикой. Потому что при детальном рассмотрении абсолютно не важно, что именно вы возьмете из этой книги, если прониклись духом науки. В этом в принципе и состоит моя миссия: пропагандировать научный дух! В качестве инструмента я выбираю химию, но ведь так много еще всего! Все науки объединены единым духом – spirit. К сожалению, в немецком нет слова, которое отражало бы то, что я имею в виду под английским spirit. Поэтому позвольте мне кратко объяснить.

Научный дух означает ничего не принимать как само собой разумеющееся и смотреть на этот мир так, будто видите его в первый раз. Искать чудеса в самом обыденном. Spirit – это тот момент, когда вы держите в руках чашку с кофе и констатируете: «Ага! Это все молекулы. Класс!»

Научный дух – это значит распознавать красоту внутри вещей и явлений, видеть цветок глазами Ричарда Фейнмана. Признавать, что в каждом новом научном познании есть чудо и красота и каждое ставит новые вопросы.

Научный дух означает воздавать должное рандомизированным контролируемым исследованиям и ученым, которые ради слепых методов сами становятся невидимками, потому что знают: наши личные ожидания всегда застилают взор и притупляют критическое мышление.

Научный дух – это неутолимое любопытство, которому не преграда даже самая вонючая на свете молекула.

Научный spirit – значит радоваться сложности решаемых проблем и противостоять искушению простых ответов. Тот, кто откроет для себя химию и увлечется ею, не только обогатит свою жизнь и разнообразит будни, но и неизбежно станет получать удовольствие от комплексности задач и неоднозначности ответов.

Научный дух – это любовь к цифрам и фактам. Сюда относится также осознание собственных предубеждений – они есть у всех нас, – а также критический взгляд на свое личное мнение и готовность изменить его в любой момент, когда того потребуют факты. С фактами и личными мнениями нельзя обращаться равноценно. Иногда во время споров по вопросам политики я хватаюсь за голову и думаю: «Почему нельзя быть эмоциональным и в то же время беспристрастным?» Ведь непредвзятость не исключает проявления эмоций. Я – за увлеченность, за эмоции, за страсть к беспристрастности!

* * *

– Выпьем за это, – говорит Кристина и поднимает бокал. – За страстность во имя самых конструктивных целей!

– За страстную непредвзятость! – подхватываем мы, сводим бокалы, и они отвечают тихим звоном. В этот момент их атомы от столкновения начинают колебаться, звуковые волны колышут воздух, и молекулы, кружась в волшебном танце, залетают к нам в уши.