Читать «Кости: внутри и снаружи»
Рой Милз
Кости. Внутри и снаружи
Оригинальное название: Bones: Inside and Out
Научные редакторы Вера Гулюкина, Константин Рыбаков, Мария Меньшикова
Издано с разрешения автора и The Van Lear Agency LLC c/o Agentstvo Van Lear LLC in conjunction with MacKenzie Wolf
Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав
© Roy Meals, 2020
First published in the United States in 2020 by W.W. Norton and Company. Translation rights arranged by The Van Lear Agency LLC and MacKenzie Wolf. All rights reserved
© Перевод на русский язык, издание на русском языке, оформление. ООО «Манн, Иванов и Фербер», 2021
* * *Посвящается Сьюзан, любовь, поддержка, безупречный вкус и добрые наставления которой делают мои книги и мою жизнь намного богаче
Введение
Давайте подумаем, какие недостатки имеются у популярных строительных материалов. Глина растекается, а после высыхания крошится. Известняк, гранит, бетон, кирпич и фарфор твердые, но хрупкие, а еще массивные, поэтому использовать их можно не везде, особенно когда надо сделать что-то подвижное. Металл годится для легких конструкций и пружинит, если его немного согнуть, – это хорошее качество. Однако если согнуть металл чуть сильнее, он останется в таком состоянии – и это не всегда плюс. Пластик вреден для окружающей среды. Дерево – прекрасный эластичный материал, легкий, биоразлагаемый. Деревянные детали легко соединять друг с другом. Тем не менее и у дерева есть недостатки: оно гниет и горит.
Материалы, которые используют живые организмы, тоже не идеальны. Раковины тяжелы, поэтому улитки и двустворчатые моллюски не могут быстро передвигаться. Ракообразные более подвижны, а жуки даже умеют летать, но их тонкий, легкий и хрупкий наружный скелет необходимо периодически сбрасывать, иначе его обладатель не будет расти.
Все это подводит нас к мысли о кости. Во-первых, кость «производится» прямо на месте эксплуатации (в организме живого существа). Во-вторых, она легкая, прочная и адаптируется к меняющимся условиям. Стальной мост не может удвоить свою длину или несущую способность, а кость и растет, и реагирует на нагрузки. Более того, кость сама себя чинит: ни разбитый кирпич, ни сломанная ложка из металла, пластика или дерева не обладают таким свойством. Кость – это не только лучший в мире конструкционный материал, но и большой банк, который вмещает жизненно важные элементы (в первую очередь кальций) и при необходимости отдает их организму.
При всем уважении к этому чуду природы мало кто видел (или хотел бы увидеть) живые кости – особенно собственные. Наделенные столь превосходными качествами, кости живут уединенно и не получают должного внимания. Какой образ возникает у вас в голове при мысли о кости? Картина Джорджии О’Кифф[1], на которой изображен коровий череп под палящим солнцем? Выбеленный, иссушенный, неподвластный времени череп посреди пустыни – такая ассоциация вовсе не подчеркивает достоинства этого материала. Мы испытываем раздражение и даже некое презрение к кости, когда снимаем последний кусочек мяса с бараньего ребрышка или говяжьего стейка. Мы торопимся приступить к десерту, даже не замечая костное кольцо в центре куска свинины, и не задумываемся, для чего у куриной ножки на концах имеются расширения и почему некоторые рыбьи кости гибкие, а птичья вилочка такая хрупкая. Скептики, которые все еще не верят, что кость – лучший в мире материал, спросят: «Если кости такие расчудесные, почему же улитки и пчелы обходятся без них?» Я отвечу на эти и многие другие вопросы в своей книге по мере того, как мы будем знакомиться с историей кости.
Кость – широко распространенный и универсальный материал, однако живую кость мы видим редко, поэтому она кажется нам несколько загадочной. Зато когда кость отслужит своему владельцу, этот удивительный и таинственный материал получает шанс проявить себя в самых разных местах и предназначениях, иногда спустя сотни миллионов лет. Кость может многое рассказать нам об истории планеты и жизни животных на ней. Еще на заре цивилизации люди начали применять кость как орудие труда, использовать ее для защиты и даже для развлечения и вдохновения. Таким образом, обнаженная кость не менее интересна, чем скрытая, и к концу этого повествования вы будете уверены, что лучшего материала в мире не найти.
Часть первая. Скрытая кость
Глава 1. Уникальный состав кости и ее структура
Выдающийся греческий врач и философ Гален писал, что кость, судя по ее бледному цвету, сделана из семенной жидкости. Почти тысячу лет спустя Авиценна, персидский астроном, врач и автор множества научных трудов, пришел к выводу, что кость сотворена из земли, ведь она холодная и сухая. С тех времен миновала еще тысяча лет, и теперь в обществе преобладает иное мнение. Однако Авиценна заметил: чтобы понять скелет, лучше всего отделить его от остального тела. Именно так мы сейчас и поступаем.
Чтобы поближе познакомиться с костью, разложим ее вплоть до химических составляющих. Когда пять атомов углерода соединяются с двумя атомами кислорода, одним атомом азота и несколькими атомами водорода, образуется аминокислота пролин. Аминокислоты – незаменимые кирпичики жизни. Пролин синтезируется в организме человека, а также выделяется при расщеплении пищи в процессе ее переваривания. Из богатой пролином смеси аминокислот особые клетки собирают цепочки молекул коллагена – самого распространенного белка нашего организма. Сначала нить коллагена напоминает микроскопическую мягкую макаронину. Затем к молекулам пролина присоединяются дополнительные атомы водорода и кислорода. Из-за этого цепочка приобретает множественные резкие изгибы, и теперь «спагетти» выглядит как крохотная спиралька. Три такие молекулы группируются в одну молекулу коллагена. Даже на этом субмикроскопическом уровне молекула получается стабильная и прочная, поскольку гребни одной цепочки отлично подходят к впадинкам на других.
Синтезом молекул коллагена занимаются несколько видов клеток, в том числе остеобласты – клетки, которые образуют кость (название происходит от греческих слов «кость» и «росток»). Остеобласт выталкивает готовую молекулу коллагена – это чудо химии и механики – за пределы своей мембраны в узкое межклеточное пространство. Там молекулы коллагена соединяются друг с другом своими концами, а также по всей длине, образуя из множества нитей единое волокно. Молекулы коллагена такие тонкие, что, если каждую секунду класть их одна на другую, потребуется семнадцать часов, чтобы сделать стопку толщиной с эту страницу. И хотя в длину они гораздо больше, придется состыковать целых триста тысяч молекул коллагена, чтобы пересечь пространство внутри этой буквы «о».
Коллагеновые волокна сцеплены между собой и механическими (гребень – впадинка), и химическими связями (как липкие макароны). Чтобы оценить их прочность, представьте три ряда из кубиков лего, соединенных и склеенных суперклеем. Не пытайтесь их разорвать: эти аминокислотные цепочки прочнее, чем стальные нити такой же толщины.
Пока что это вся химия, которая нам нужна. Попробуем найти связь между английскими моряками, кожей для обуви, мебельным клеем и сладким желе. Помните