Текст книги "100 великих загадок природы"

Аптека под названием «океан»

В поисках новых лекарств ученые устремляют свой взор в глубь океана. Их интересуют водоросли, морские губки, моллюски. Ткани этих растений и животных содержат ценные вещества, которые можно использовать в борьбе с раком и СПИДом.

Калифорнийский Институт океанографии расположен в курортном месте. Зеленовато-синие волны мерно набегают на золотистый песок. Пляж пестрит от зонтиков и шезлонгов. Любители серфинга скользят по морским валам, провожаемые верещанием чаек. Воздух пьянит ароматами.

Однако в самом здании института этой идиллии нет и в помине. Искусственный свет резко очерчивает лабораторные столы, на которых громоздятся склизкие, дурно пахнущие морские твари – моллюски и горы полувысохших водорослей. В затхлой воде бассейна кишат микроорганизмы, а биореакторы пестуют все новые полчища бактерий, снабжая их пищей и кислородом.

«Эти морские организмы, – объясняет руководитель института Уильям Феникал, – изобретают будущие лекарства». На лицах посетителей, обескураженных непрезентабельным зрелищем и ужасными запахами, читается удивление. Сделав красноречивую паузу, Феникал – сей «проводник в ад подводного мира» – продолжает: «Нам очень нужны новые виды лекарств, которые помогли бы в борьбе с теми возбудителями болезней, что давно уже не реагируют на привычные медикаменты. Нам нужны препараты и против таких недугов, как рак или болезнь Альцхгеймера, ведь медики пока не знают, как справиться с ними».

Вот зачем фармацевты забрасывают сети в море. Там таится настоящая кладовая лекарств, чьи запасы мы не в состоянии даже представить. Темные воды океана населяют десять миллионов видов водорослей, три миллиона штаммов бактерий и полмиллиона видов животных, большинство из которых до сих пор еще не исследованы.

Оптимизм фармацевтов, ищущих новые снадобья, основан не только на обилии организмов, обитающих в океане, но и на том, что эволюция морских растений и животных шла совсем иным путем, нежели развитие сухопутных видов. Приноравливаясь к водной среде, ее обитатели придерживались совсем иной стратегии выживания. Так, морские животные редко ведут одиночный образ жизни. Чаще всего они селятся колониями, вступая в симбиоз с другими организмами – прежде всего с бактериями и грибами, выделяющими очень действенные вещества, способные исцелять от различных недугов. Кроме того, морские животные – в отличие от обитателей суши – общаются посредством неких химических сигналов, идущих в воде. Тут-то и открываются самые широкие перспективы для медицины.

Многие морские организмы обладают лечебными свойствами

Особый интерес у ученых вызывают те обитатели океана, что постоянно пребывают в стрессе: например, жители коралловых рифов. Здесь царит беспощадная борьба за жизнь. Хищники приканчивают своих жертв с помощью яда; в свою очередь, те придумывают изысканные противоядия, оберегающие их. «Эта гонка вооружений, длящаяся уже миллионы лет, обогатила нас множеством самых необычных химических веществ. Мы и сами не догадываемся, как мы богаты!» – говорит немецкий биолог Петер Прокш. Его внимание привлекают губки. Животные эти, ведущие неподвижный образ жизни, впитывают вместе с морской водой различные бактерии и одноклеточные организмы. Продукты обмена веществ этих микробов являются своего рода химическим оружием, направленным против тех, кто попытается полакомиться губкой. Итак, морские губки и бактерии образуют настоящий симбиоз, от которого выигрывают и те, и другие: бактерии обретают надежное убежище, а их «домовладельцы» вооружаются, грозя отравить всех, кто на них нападет. Используемые ими химикаты можно применить на благо людям.

Уже сейчас ученые выделили более 2000 весьма эффективных субстанций – в том числе вещества, сдерживающие воспалительные процессы или же способные спасти человека от малярии. «Сейчас малярия – самая распространенная в мире инфекционная болезнь, хотя страдают от нее в основном жители беднейших стран мира. Поэтому поиск лекарств от малярии окупится с трудом, – говорит профессор биологии Габриэла М. Кониг. – Со дна моря выгоднее добывать противоопухолевые препараты; на них выше спрос».

Лучший тому пример – судьба таких противораковых препаратов, как эзтеинасцидин-743 и асцидин. Медики выделили их из организма асцидий – небольших мешковидных животных, лишенных глаз. Чаще всего они образуют колонии на дне моря и ведут неподвижный образ жизни.

Уже первые исследования показали, что под действием препарата ЕТ-743 злокачественные образования в легких и груди стали резко уменьшаться в размерах. Акции испанской фирмы «Pharma Mar», которой принадлежат права на это лекарство, в кратчайший срок выросли в цене втрое. Сейчас испытания этого морского «чудо-лекарства» продолжаются. Если оно и впрямь будет изживать смертоносные опухоли из организма, оборот этой фирмы достигнет, по оценке экспертов, миллиарда долларов в год.

Однако изготовление животворного препарата обходится очень дорого. Это «та же добыча радия»: чтобы получить один грамм (!) лекарства, надо переработать тонну асцидий. Если действовать по старинке, придется плавать по всем морям и океанам в поисках их колоний. Понятно, что подобное примитивное собирательство не окупилось бы. Кроме того, асцидии со временем были бы обречены на вымирание. Вот почему в Средиземном море, близ острова Форментера, строится подводная ферма, на которой будут разводить этих неприметных морских животных, столь ценных для людей.

Вот еще пример удачного подводного бизнеса: крем «Resilience», выпущенный знаменитой фирмой «Estee Lauder», содержит экстракт рогового коралла, смягчающий воспаления кожи. Открыл этот препарат профессор Феникал. Теперь косметическая фирма каждый год перечисляет его институту 750 000 долларов – своего рода процент от прибыли за продажу крема. По мнению экспертов, сумма эта в будущем лишь умножится. Ведь фирма начала выпуск еще и зубной пасты с этим экстрактом, которая оберегает десны от воспалений.

Вообще роговые кораллы (горгонарии), образующие перистые или ветвистые колонии в тропической зоне Тихого, Индийского и Атлантического океанов, кажутся ученым сущей «морской аптекой». Во время клинических испытаний разнообразные препараты, полученные из этих животных, помогали при лечении астмы, артрита и псориаза (чешуйчатого лишая).

А водоросли? Как не сказать о них! Некоторые их виды можно почти без остатка пускать в медицинский оборот. Так, красные водоросли содержат вещества, понижающие содержание жиров в крови. В зеленых водорослях имеются полисахариды, помогающие при язве желудка. В бурых водорослях есть компонент, который препятствует свертыванию крови. Даже невидимые простым глазом микроводоросли не пропадут для практического применения! Ведь они богаты витаминами и протеинами, а также веществами, поднимающими тонус. Недаром их добавляют в косметические маски и лечебные ванны; они помогают при ревматизме и сосудистых заболеваниях и лечат даже целлюлит.

Эти краткие сведения далеко не исчерпывают колоссального потенциала водорослей. На Земле насчитывается около десяти миллионов их видов. По-настоящему же исследованы всего 800 видов.

В последнее время ученые обратили свои взоры даже в те области океана, которые довольно долго не привлекали их внимания. Прежде Мировой океан неизменно делился на две части: считалось, что в теплых водах тропиков жизнь буквально бурлит, зато в приполярных районах флора и фауна очень бедны. Однако некоторые ученые – духовные потомки Фомы-неверующего – восстали против этого установившегося представления. Их внимание привлекли льды Арктики и Антарктики, в которых отыскались микроорганизмы, выделяющие особые ферменты при очень низких температурах. С их помощью можно было бы наладить выпуск необычных продуктов питания: для приготовления их следовало бы ставить в холодильник, а не на огонь.

Здесь же, в паковых льдах Арктики, нашлись микроорганизмы другого рода – те, что защитят нашу кожу от солнечных ожогов. В летнее время ультрафиолетовые лучи проникают здесь почти беспрепятственно к поверхности планеты. Казалось бы, они должны выжечь все живое, но микробы стойко выдерживают радиационную атаку. Теперь ученые надеются раскрыть их тайну, чтобы использовать ее для изобретения особо эффективных солнцезащитных кремов.

Еще один морской обитатель – брюхоногий моллюск Conus magnus, что водится в Красном море, – способен помочь врачам-анестезиологам. Охотясь на рыбешек, он пускает в ход ядовитый зуб, напоминающий крохотный гарпун. Это орудие убийства изливает в тело жертвы коктейль из восьмидесяти различных ядов. Среди них есть и два вещества, которые мгновенно парализуют настигнутую рыбу, прерывая передачу всех сигналов нервной системы. Эти яды в сотни, а то и в тысячи раз сильнее морфия. В определенных дозах они подействуют и тогда, когда обычная анестезия откажет.

Впрочем, Мировой океан – это не только огромная аптека, в которой найдутся рецепты против всех человеческих недугов. Это еще и уникальная лаборатория селекционеров! Австралийский биолог Джим Бернелл, обследуя Большой Барьерный риф, обнаружил, что здешние растения очень медленно растут. И это на рифе, где прижилось столько животных! Быть может, здесь выделяются какие-то вещества, которые сдерживают рост подводной травы? Используя новейшую технику, Барнелл попробовал отыскать эти вещества. Он взял пробы примерно у пяти тысяч организмов, замеченных в окрестностях рифа, и проанализировал эти образцы. Еще пару десятилетий назад ученые могли провести за день всего сотню подобных тестов. Современные роботы, обученные методу «просеивания» (скринингу), выполняют до трехсот тысяч тестов в день. Тысячи раз подряд они меняют молекулярную структуру образцов, вновь и вновь определяя, как эта вариация повлияет на биосистему.

В конце концов, Барнелл нашел группу веществ, которые снижают в растениях действие определенного фермента, тормозя их рост. Конечно, мир растений очень разнообразен, и не все из них страдают от химической атаки, столь эффективной в подводном сообществе. Важно, что сорняки, столь досаждающие нашим полям, тоже прекращают расти, стоит подействовать на них этим веществом. До сих пор с сорняками справляются, применяя в основном гербициды: искусственные яды, от которых страдает вся окружающая среда – от полезных растений до пчел, птиц, людей. Новое химическое оружие куда приятнее гербицидов! Оно подавляет лишь рост сорняков и никак не вредит организмам, случайно оказавшимся рядом.

Вот и в судостроении на смену ядам идут химикаты, извлеченные из недр океана, – своего рода «точечное оружие» XXI века. Сейчас остовы кораблей выкрашивают ядовитыми красками, иначе они быстро покроются огромным ковром водорослей. Однако недавно ученые открыли фермент, который сдерживает рост водорослей, бактерий и грибов, не вредя окружающей среде. В природе этот фермент защищает листья подводных растений от всяческих паразитов, готовых укорениться в их ткани. Если добавить его в краску, которой покрывают нижнюю часть корабля, то водоросли не будут к ней приставать и не помешают свободному ходу судна.

Даже фирмы, занятые выпуском моющих средств, заинтересовались дарами моря. Недавно из организма одной морской бактерии удалось извлечь фермент, разлагающий протеины. Он нечувствителен к действию кислот и колебаниям температуры, зато усиливает моющий эффект.

Итак, Мировой океан – это подлинная кладовая. Но пользоваться ею значит безжалостно истреблять морских животных и подводную растительность. Жертвой недальновидных людей, готовых ради сиюминутной выгоды избавить планету от многих видов живого, могут стать не только колонии мшанок или кораллы, но и акулы. Четыреста миллионов лет эти подводные охотницы не знали себе равных, владея всеми океанами от Арктики до Антарктики, и вот теперь их будущее оказалось в руках человека – хищника, еще более ужасного и брутального, чем акула. Ежегодно в мире добывают около 680 000 тонн акульего мяса. Люди научились выделывать из тела акул сырье для косметики, мази для спортсменов, масла для двигателей. Из хрящей акул изготавливают «противораковый порошок». И еще ее очень «полюбили» охотники за трофеями. Стены скольких квартир украшают челюсти этой нещадно преследуемой хищницы!

Что же делать? Как защитить живое, ставшее на пути человека? К счастью, ученым постепенно удается синтезировать вещества, которые иначе пришлось бы добывать, умерщвляя множество морских животных. Что же касается бактерий, то их легко разводить.

Поиск новых полезных нам организмов продолжается. Ученые в особенности рассчитывают на бактерии и грибы. Нам известен, пожалуй, лишь один процент из всего многообразия их видов. А ведь знаменитый пенициллин тоже был открыт благодаря особым грибам – Penicillium chrysogenum и Penicillium notatum. Почему бы где-нибудь в толще Океана нам не могут встретиться микроорганизмы, способные победить СПИД? У каждого яда имеется свое противоядие. Лекарство против «чумы XX века» наверняка лежит где-нибудь на дне морском и ждет своих сообразительных открывателей!

Последняя сокровищница земли?

Океан предлагает человеку полезные ископаемые и продукты питания, лекарства и источники энергии. Пока что мы небрежно используем это богатство. Но скоро все будет по-другому.

Пионеры прошлого века, открывавшие Дикий Запад, остановились возле береговой линии. Здесь окончился их путь. Впереди лежал Океан – территория ничейная и неизведанная. Первозданный мир, нетронутый вплоть до наших дней.

Попадая в морскую стихию, современный человек снова превращается в древнего охотника и собирателя. Он жадно хватается за лежащие у поверхности запасы нефти, а бесчисленные железомарганцевые конкреции, рассеянные по всему Океану, даже не думает добывать. Он не обращает внимания на чистую энергию, таящуюся в волнах, приливах, теплых тропических морях, зато выуживает из воды все, что плавает и ползает.

Лишь в наши дни люди, наконец, перестают относиться к Океану как к цепочке отмелей, заполненных рыбой, или как к огромному мусорному баку. Теперь в нем видят кладезь сокровищ. Еще в шестидесятые годы многие страны мира самовольно включили в свою территорию прилегающие к побережью районы Океана, чтобы беспрепятственно пользоваться таящимися в них запасами сырья. Так, на просторах Дикого Океана человек стал устанавливать свои собственные законы. Десять лет спустя представители уже более чем 150 стран мира вели спор о принципах морского права, стремясь отрегулировать разработку полезных ископаемых, правила рыбной ловли и экологические вопросы. В следующем десятилетии правительства разных стран занимались ратификацией принятого закона.

Наконец в 1994 году закон вступил в силу, но все еще «не начал работать как следует», считают юристы.

Конечно, крупнейшие фирмы мира вряд ли посчитались бы с этими юридическими достижениями, если бы речь шла о высоких прибылях или дело затрагивало национальные интересы. Большинство морских месторождений руды все еще остаются нетронутыми лишь потому, что цены на сырье низки и это делает их разработку нерентабельной. Страх перед «сырьевым кризисом», охвативший общество в начале семидесятых годов, давно миновал. К тому же спрос на сырье умеряется благодаря открытию новых месторождений на суше. Интерес к освоению морских богатств упал.

Эта «передышка» позволила ученым просчитать последствия разработки морских месторождений. В глубоководной части океана любое изменение экосистемы может сказываться очень долго. Добыча железомарганцевых конкреций кажется делом тем более разрушительным, что эти минеральные образования и многие живые организмы тесно связаны друг с другом. Животные, обитающие на морском дне (морские огурцы, черви), выискивая пищу, вновь и вновь переворачивают эти комки породы величиной с кулак. Так протекают миллионы лет, необходимые конкрециям для вызревания.

Теперь в Океане видят кладезь сокровищ

Сейчас Океан поставляет нам нефть, газ, алмазы, касситерит (оловянный камень), а также такие строительные материалы, как песок и гравий. Около 12 процентов всех мировых запасов касситерита добывается у берегов Индонезии, Малайзии и Таиланда. Мощные насосные установки, размещенные в прибрежных водах Южной Африки, поднимают на поверхность моря песок, содержащий крупицы алмазов. Помимо того с материковых отмелей добывают около 100 миллионов тонн фосфоритных конкреций в год; после переработки они идут на удобрения для сельского хозяйства.

Море напоминает богатейший рудник. В устьях рек наносимые водой осадочные породы зачастую обогащаются тяжелыми минералами (в том числе золотом и платиной); образуются россыпи. На большой глубине – помимо железомарганцевых конкреций – часто вырастает марганцевая кора, богатая кобальтом. Ее слои – сантиметровой толщины – обволакивают поверхность многочисленных подводных гор на глубине от 1100 до 2600 метров.

Наиболее изобилует полезными ископаемыми Срединный океанический хребет – горная цепь длиной около 60 000 километров, протянувшаяся через все мировые океаны. Здесь морское дно постоянно разламывается, и из недр вырывается магма. При этом вода проникает в расселины, вымывает из них минералы и вновь пробивается наверх, образуя подводные термальные источники. За десять миллионов лет через океаническую кору прошло столько воды, сколько содержится во всех морях мира. При охлаждении воды, разогретой до 400 градусов Цельсия, минеральные вещества оседают в виде коры или ила, содержащих цинк, медь, железо и другие металлы. Во многих океанических рудах концентрация металла намного превосходит тот уровень, при котором на суше начинают разработку месторождения. Например, в рудных илах из Красного моря содержится 29 % железа, 1,3 % меди и 1,4 % цинка. Стоимость одного только этого месторождения, залегающего на глубине 2100 метров (поэтому разрабатывать его будет сравнительно нетрудно), составляет около 2,5 миллиарда долларов. Рано или поздно все эти сокровища будут подняты наверх.

Но если разработка морских месторождений дело будущего, то рыбный промысел давно уже процветает – и, к сожалению, «слишком» процветает. Такие объекты нещадного промысла, как треска, тунец и пикша, несмотря на свою плодовитость (одна-единственная самка трески мечет миллионы икринок) – во многих районах Океана находятся на грани исчезновения.

Однако любители морских деликатесов вовсе не намерены отказываться от своих пристрастий. Все, что недодаст море, можно вырастить. Еще в 1980 году в подготовленной в США программе «Global 2000» такая специфическая отрасль хозяйствования, как аквакультура, была названа в перспективе областью «национального приоритета». Теперь она переживает настоящий бум. Начиная с 1985 года «урожаи» рыбы, моллюсков и ракообразных животных, разводимых на специальных плантациях, удвоились и достигли 20 миллионов тонн в год. В наши дни уже около 20 % всех добываемых обитателей моря поступает из питомников; прежде всего это касается лосося, креветок и других дорогих деликатесов.

Пока, правда, неизвестно, как организовать воспроизводство многих других обитателей моря, поэтому молодняк для откармливания на плантации нередко приходится добывать прямо из моря, ибо выращивать его самим не удается. Нет пока средств и против многих болезней, выкашивающих целые косяки рыб. И все же специалисты многих стран мира спешно наверстывают упущенное, изучая особенности жизни морских животных.

Помимо «животноводства» другим направлением аквакультуры является «морское земледелие». Уже сегодня годовой оборот производства водорослей на плавучих полях достигает примерно 3,5 миллиарда долларов. Эти быстрорастущие морские растения (всего их насчитывается около 8000 видов) не только обогащают азиатскую кухню, но и давно уже стали привычными в нашем обиходе: например, такие вещества, как агар, карраген и альгин, широко используются в качестве вяжущего компонента при приготовлении пудингов и фруктовых йогуртов, диетических маргаринов и сливочного мороженого. Их добавляют в самые разные изделия: в корм для кошек и собак, в облатки пилюль, в туалетное мыло и шампунь.

Из высушенных и мелко помолотых бурых водорослей Laminari saccharina получаются великолепные фильтры для улавливания тяжелых металлов. При очистке промышленных сточных вод они действуют гораздо эффективнее, чем традиционный активированный уголь. Порошок из водорослей не только тщательно очистит грязную жижу, но и вдобавок «устоит» в борьбе с нечистотами: после основательной очистки его можно снова применять – и так до десяти раз.

Возможности применения этих ослизлых водорослей кажутся безграничными. Например, перебродив, они образуют метан. Итак, водоросли являются еще и энергоносителями. Пока добыча природного газа из водорослей – дело слишком дорогое; ни о какой конкуренции с традиционными видами топлива не может быть и речи. Но если сравнить с дизельным топливом из рапса, то тут преимущество за водорослями. Ведь для выращивания их не нужно занимать пахотную землю, которая становится все дороже и дороже.

Американские ученые, изучающие водоросли, настолько восхищены ими, что рисуют прямо-таки завораживающую картину будущего: гигантские фермы, на которых разводят водоросли, помогут сократить количество углекислого газа в атмосфере и решить проблему «парникового эффекта». Согласно исследованию, проведенному в Калифорнийском университете (Беркли), плавучие ковры из растений могли бы ежегодно впитывать до пяти гигатонн углерода – то есть большую часть всей той гадости, что человек выбрасывает в атмосферу (нашими стараниями в атмосферу попадает всего около семи гигатонн). Этот дерзкий план обошелся бы как минимум в ежегодные 200 миллиардов долларов на каждую гигатонну собранного углерода; зато океанический метан во многом бы заменил ископаемое горючее.

Пусть гигантские замыслы так и останутся дерзкими, удивительными мечтами, все равно роль Мирового океана в нашей жизни будет все более возрастать. Пока промышленность еще не взялась своей мертвой хваткой за малоизведанную морскую стихию, у ученых есть время, чтобы просчитать экологические последствия вмешательства в жизнь Океана и предотвратить его хищническое, разрушительное освоение.