Борис Ляпунов - Химия завтра
«Может быть, на заводе будущего потоки солнечного света, падая на поверхность растворов, содержащих специальные катализаторы, сформируют из атомов азота, углерода, водорода и кислорода аминокислоты, и вещества, в которых солнечная энергия будет занесена в виде энергии химических связей, подвергнутся затем действию других катализаторов. В результате мы получим из воды, воздуха и углекислого газа бесконечное разнообразие удивительных молекул искусственного белка.
Это, несомненно, одна из самых величественных перспектив развития науки. Действительно, организмы животных и человека не способны сами создавать белки из простых веществ — они лишь перестраивают молекулы белков, попадающие в организмы с растительной пищей, а в растениях белки и другие вещества образуются под влиянием катализаторов и солнечного света из очень нехитрых исходных продуктов: из воды, углекислого газа и различных солей. Искусственный синтез аминокислот заменил бы, следовательно, одну из важнейших функций клеток растений.
Не кажется ли такая перспектива слишком фантастической? Нет!» — пишет профессор Л. А. Николаев.
* * *«Часто говорят о будущем человеческого общества, и я хочу представить его таким, каким оно будет в 2000 году — разумеется, с точки зрения химика.
Когда будет получена дешевая энергия, станет возможным синтез продуктов питания из углерода (полученного из углекислого газа), из водорода (добытого из воды), из азота и кислорода (извлеченных из атмосферы).
Ту работу, которую до сих пор выполняли растения при помощи энергии Солнца, мы уже осуществляем и в недалеком будущем осуществим в более широких масштабах, ибо власть химии безгранична.
Вероятно, наступит день, когда человек будет питаться таблетками, содержащими азотистые вещества, синтетические жиры, крахмал или сахар. Все это будут изготовлять наши заводы в огромном количестве: производство искусственных продуктов питания не будет зависеть ни от времени года, ни от дождей, ни от засухи, ни от мороза, и, наконец, все это не будет содержать болезнетворных микробов — первопричины эпидемий и врага человеческой жизни.
Химия осуществит коренной переворот, важность которого никто не может представить. Исчезнет разница между урожайными и неурожайными районами. И, может быть, человеческая цивилизация изберет для своего пребывания как раз песчаные пустыни, так как они будут полезнее для здоровья, чем распространяющие заразу долины рек и заболоченные равнины, удобренные гнилью.
Но не думайте, что в этой всемирной державе могущества химии исчезнут искусство, очарование человеческой жизни. Если землю перестанут использовать для выращивания продуктов сельского хозяйства, она вновь покроется травами, лесами, цветами, превратится в обширный сад, орошаемый подземными водами, в котором люди будут жить в изобилии и испытают все радости легендарного «золотого века»…
Вы чувствуете, как созвучна эта картинка тому, что мы говорили? Больше полувека прошло, но эти слова о «химии в 2000 году», сказанные знаменитым французским химиком Марселеном Бертло, звучат столь же ярко и сегодня. Мечта о химической пище владела и владеет умами как писателей, так и ученых.
* * *Что же говорят по этому поводу ученые сегодня? Предоставим слово академику А. Н. Несмеянову и кандидату химических наук М. В. Беликову.
«Представим себе вслед за Бертло то время, когда экономика синтеза пищи (и качество самой этой пищи) одержала верх над старинными традиционными способами ее получения. Несколько огромных заводов, расположенных в разных местностях страны, богатых углем или нефтью, вырабатывают всю потребную населению пищу. Занимают они в сумме площадь всего в несколько сотен квадратных километров… Трудоемкое сельское хозяйство отошло в прошлое, за исключением разве плодоводства и цветоводства. Отошла в прошлое и индустрия, снабжающая сельское хозяйство машинами, горючим, удобрениями, средствами борьбы с полевыми вредителями. Освободилось для более производительной работы 34 процента населения, ныне работающих в сельском хозяйстве.
К этому надо прибавить освобождение рабочих, занятых производством сельскохозяйственных машин, тракторов, сельскохозяйственного грузового транспорта, горючего и всего металла и материалов для них, ядохимикатов и удобрений, — ведь синтез пищи требует лишь части продукции последних. Старую пищевую промышленность сменила новая…
Нет больше неурожайных лет и неурожайных местностей. Нет больше огромных потерь пищи из-за капризов погоды, стихийных бедствий, от вредителей, порчи, гнили, мороза, сегодня уничтожающих большую долю урожая. Отмерли профессии, связанные с кустарным приготовлением пищи, — поваров и кухарок, значительной части официантов; раскрепощение домашних хозяек стало реальным, так как пища готовая, упакованная, подобно консервам, но в отличие от них сполна витаминизированная и вкусная, требует самое большее подогревания. Идеальным становится гигиенический аспект питания. Стандартная по составу — белки, углеводы, жиры, витамины, — приспособленная к возрасту пища лучше обеспечивает нормальные функции организма, чем любая естественная. Нет больше толстяков, больных ожирением сердца и печени… В случае отклонения от нормы можно подобрать специально выпускаемые для больных диетические рационы с повышенным содержанием или, наоборот, отсутствием тех или иных ингредиентов (составных частей. — Б. Л.).
Постепенно уменьшается площадь пахотной земли и взамен возрастает лесная и парковая площадь. Прекращается высыхание и обмеление рек и, наряду с изобилием пищи, непосредственно питающей человека, решается все более острый на земном шаре вопрос о недостатке пресной воды.
Нужны большие и дружные усилия химиков, биологов, врачей, экономистов, для того чтобы наилучшим образом решить эту задачу. Любой, даже частичный успех, достигнутый здесь, окупится сторицею, даст колоссальную экономию средств и выигрыш в здоровье населения.
Все это только постановка проблемы — посадка древа, крона которого уходит высоко в будущее, но корни заложены в почве настоящего и ждут самого заботливого ухода».
ХИМИЯ ЖИВОГО
ХИМИЧЕСКАЯ ЖИЗНЬ КЛЕТКИ
«Вселенная живой клетки» — вот как говорят ученые о единичке живого, крошечной, не видимой простым глазом, в которой заключен целый мир. Это настоящая фабрика, получающая и перерабатывающая энергию и вещество.
Однако какая фабрика может выполнять тысячи разных задач? Какой механизм может так быстро и точно отзываться на малейшие перемены обстановки и приспосабливаться к ним? На какой химической фабрике одновременно работают тысячи разных катализаторов и перерабатываются десятки тысяч веществ?
И, наконец, в клетке совершается еще одно чудо. Она способна производить себе подобных: делиться, размножаться. Повторяет же она себя так точно, что мы и не замечаем, как постоянно обновляемся, От рождения и до смерти живой организм множество раз становится фактически другим.
Диаметр клетки всего несколько микрон, несколько тысячных долей миллиметра!
Между тем эта крошка живет чрезвычайно сложной жизнью. Сотни триллионов молекул составляют ее. Десятки миллиардов из них — постоянные участники химических превращений.
Этой «единичке» живого приходится выполнять тысячи всевозможных задач.
В ней работают тысячи биокатализаторов — ферментов; в ней протекает одновременно до двух тысяч реакций; в ней непрерывно двигаются по определенным путям различные вещества — есть своеобразный внутриклеточный транспорт, Идет переработка сырья, которого не меньше десяти тысяч видов.
Клетка дышит. Кровь доносит до нее углеводы, которые, окисляясь, выделяют энергию. У крошечной клеточной биохимической фабрики есть своя собственная энергоцентраль.
Меняется обстановка — и клетка немедленно приспосабливается, выживает даже в тяжелых условиях. У нее идеальная автоматика. Она может восстанавливаться, если будет повреждена; может собрать и направить в нужный момент и в нужном направлении ударную силу — химическую активность, Все в ней согласованно, все действует безотказно, все приспособлено и для работы, и для самозащиты от опасности.
Клетка себя защищает от вторжения чужих белков, вырабатывая особые защитные белковые антитела. Стоит появиться чужеродной клетке, как эти защитники проникают в нее и начинают свою разрушительную работу.
Нет более совершенной химической лаборатории, чем живая клетка!
БИОПОЛИМЕРЫ
Самые удивительные полимеры изготовлены в лаборатории природы. Достаточно познакомиться с веществом, которое составляет основу всего живого.
На первый взгляд кажется, что белковая молекула устроена беспорядочно. Какие-то петли, узоры, спирали, закрученные в плотный клубок… Ничего похожего на строгие геометрические формы кристаллов или снежинок.
