Мобилизация организма. На что способно наше тело в экстремальных условиях [litres]

Ханнс-Кристиан Гунга

Мобилизация организма. На что способно наше тело в экстремальных условиях

Луизе.

Она думает.

Она направляет.

Она дарит.

Hanns-Christian Gunga

EXTREM

Was unser Körper zu leisten vermag

© S. Fischer Verlag GmbH, Hedderichstr. 114, D-60596 Frankfurt am Main, 2021

© Анваер А.Н., перевод на русский язык, 2023

© Издание на русском языке. ООО «Издательская Группа «Азбука-Аттикус», 2023

КоЛибри®

Об авторе

Ханнс-Кристиан Гунга – физиолог и специалист по космической медицине. Один из руководителей Центра космической медицины Университетского медицинского комплекса «Шарите». Преподаватель Свободного университета Берлина и Берлинского университета им. Гумбольдта, приглашенный профессор космической медицины в нескольких университетах Китая и Чили, председатель Комитета по программам Немецкого аэрокосмического центра, экс-председатель Life Science Working Group Европейского космического агентства. Участник космических миссий и международных исследований полетов, в рамках которых посещал Северную и Южную Америку, Азию, Африку и Антарктиду. Удостоен награды Life Science Book Award Международной академии астронавтики.

Предисловие александра герста

В этой книге речь идет о людях в экстремальных ситуациях и о пределах переносимости связанных с ними нагрузок. Будучи астронавтом в составе европейской Организации по изучению и освоению космического пространства, я провел почти год в экстремальных условиях – в космосе. Жизнь в космосе невозможна без вспомогательных технических средств; невозможна она там и без поддержки высококвалифицированной команды, как на Земле, так и на космической станции. Всесторонняя теоретическая и практическая подготовка к пребыванию на Международной космической станции безусловно необходима, как и готовность отправиться навстречу приключениям. Интенсивная тренировка помогает освоиться в новых условиях уже в течение первых недель. Там, на борту МКС, находясь в весьма удаленном «жизненном пространстве», я впервые по-настоящему осознал, каких технических и логистических затрат потребовало создание жизнеспособной среды обитания человека за пределами планеты Земля. Тем более что я – особенно как геофизик – ценю природные ресурсы нашей планеты. Это становится ясным при первом же взгляде на Землю из иллюминатора космического корабля. Там, внизу, нам «за просто так» доступны кислород, вода, продовольствие – во всяком случае, пока. Однако этой доступности все больше угрожает сам человек. Нерациональное потребление ресурсов, загрязнение окружающей среды и усугубляемое людьми изменение климата стремительно сокращают жизненное пространство человечества. Всего лишь один пример – расширение площади пустынь, которое разрушает условия жизни миллионов людей в Африке, Азии и Австралии. Важнейшей основой для противодействия такому развитию событий становится более полное понимание окружающего мира и независимый взгляд на самих себя – как бы со стороны. Это возможно не только благодаря космическим исследованиям, но и благодаря изучению отдаленных регионов нашей планеты – будь то полярные области, высокие горы или глубины морей. Будучи специалистом по физиологии человека, Ханнс-Кристиан Гунга много работал в таких регионах и разработал собственные новаторские методы для полевых исследований. Один из таких методов – непрерывное измерение температуры тела, и метод этот хорошо мне известен, так как я сам принял участие в многолетнем исследовании, инициированном Гунгой, в ходе которого изучались суточные колебания температуры тела в условиях невесомости. В этой книге Ханнс-Кристиан Гунга не только описывает перегрузки, какие может вынести человек, но и одновременно указывает, когда человеческий организм переступает эти границы, и приводит примеры того, как другие организмы выживают в столь же экстремальных условиях. Этот эволюционный подход врача особенно интересен и, вероятно, обусловлен тем, что он получил дополнительную перспективу благодаря изучению геологии и палеонтологии. Но что делает эту книгу действительно замечательной в моих глазах, так это соединение биографического и естественно-научного, запланированного и, казалось бы, случайного, что в конечном итоге придает ей цельность. Эта книга, возможно, внушит и другим людям мужество искать свой путь.

Астронавт, геофизик и вулканолог Александр Герст на борту МКС во время проведения эксперимента по постоянному измерению температуры тела (© European Space Agency)

Предисловие автора

Как реагирует организм на многие месяцы невесомости, на арктическую зиму, на бедный кислородом высокогорный воздух, на непомерную жару или недостаток жидкости? Как возможно, что в различных экстремальных условиях температура тела, артериальное давление или частота пульса остаются относительно постоянными, а если и изменяются, то весьма незначительно? Наука пока разгадала далеко не все загадки жизни.

Что может перенести человек, какой приспособляемостью обладает человеческий организм – постоянная головоломка для медицины. Несмотря на несомненный прогресс медицинской науки, несмотря на все успехи в диагностике и лечении, жизнь и сегодня ставит перед нами вопросы, на которые мы пока не можем ответить, но ответы на которые могут иметь огромное значение для предупреждения и лечения заболеваний. Возьмем, к примеру, исследования, касающиеся повышения артериального давления крови: при исследовании изоляции перед отправлением в длительные космические экспедиции ученые с удивлением обнаружили, что кожа, очевидно, служит значительным местом хранения поваренной соли в организме. Если по причине генетических особенностей организм не способен активировать это хранилище, то у данного человека, скорее всего, разовьется гипертоническая болезнь. Не исключено, что в будущем фармакологам удастся создать лекарство, которое будет воздействовать на кожу, чтобы регулировать уровень артериального давления. Если же ученым удастся выяснить все детали этого физиологического феномена и создать соответствующие лекарства, то такое открытие будет вполне достойно Нобелевской премии. Далее, новейшие молекулярно-биологические исследования показали, что в ДНК человека обнаруживаются – и весьма немалые – участки вирусного наследственного материала. Вероятно, в эпоху Covid-19 такая новость звучит не слишком оптимистично: оказывается, мы сами отчасти представляем собой вирусы! Приблизительно одна десятая всего наследственного материала человека имеет вирусное происхождение, эта наследственная субстанция, которой были когда-то инфицированы наши предки, оставила неизгладимый след в геноме человека. Некоторые из этих, исходно вирусных, генных последовательностей выполняют сегодня важные функции в иммунной системе, защищая нас от возбудителей различных заболеваний. Поистине поразительное превращение из бывшего агрессора в защитника людей. Имеют ли определенные функции другие фрагменты наследственности вирусного происхождения в ДНК человека, до сих практически неизвестно; этот вопрос – предмет интенсивных научных исследований. Не исключено, что такие геномные последовательности в определенных обстоятельствах могут иметь большое значение при патологических изменениях физиологических функций организма, например при возникновении определенных типов рака. Можно наверняка утверждать, что такие же фрагменты вирусных генов сыграли ключевую роль в развитии млекопитающих, поскольку только с их помощью может созревать функционально полноценная плацента, что становится предпосылкой имплантации оплодотворенной яйцеклетки и нормального дальнейшего развития эмбриона.

Между тем эволюционно-биологические данные вызывают все больший интерес со стороны ученых, занятых биологическими, физиологическими и медицинскими исследованиями. Так, например, проведенные к настоящему времени генные исследования позволили найти указания на то, что современные носители определенного гена, обнаруженного у неандертальцев, имеют двух- или даже трехкратный риск тяжелого течения Covid-19. Это может объяснить, почему некоторые регионы нашей планеты были поражены этой инфекцией в меньшей степени, чем другие. Население, которое в силу эволюционных условий имеет больше общего с неандертальцами, например в Северной и Восточной Европе, оказалось – и статистика это подтверждает – более восприимчивым к заболеванию Covid-19. Почему это так, пока остается неясным.

Именно экстремальные ситуации, например такие события, как пандемии, голод, волны аномальной жары или полная изоляция отдельных индивидов или групп людей, часто раскрывают удивительные взаимосвязи, которые могут примирить нас с мыслью, что человек отчасти до сих пор остается неизвестным существом. Экстремальные физические и психические нагрузки могут при этом возникать как сами по себе, например в контексте стихийных бедствий, так и произвольно или целенаправленно, например из профессиональных, спортивных или туристических побуждений. Поэтому медицинские исследования жизни в таких экстремальных средах, из которых космическое пространство, несомненно, наиболее враждебно для человека, в корне отличаются от медицинских исследований, проводимых в тепличных условиях; эти первые заставляют нас выйти за границы нашего знания, чтобы добыть новые важные сведения.

В этой книге я расскажу о таких исследованиях, которые выполняются поистине в приключенческих обстоятельствах. Мы познакомимся с удивительными адаптивными возможностями человека и животных, позволяющими и тем и другим выживать в Арктике и Антарктике, в пустынях и на высоких горах, а также с их физиологическими основами, которые я постараюсь описать как можно более доступным и понятным языком, насколько они вообще были до сих пор известны. Несмотря на широко распространенное мнение, будто наука познала почти все биологические и медицинские основания жизни, она во многих вопросах, как и прежде, топчется в темноте. Именно эти вопросы живо интересуют меня как физиолога.

«Все это хорошо и прекрасно», можете возразить мне вы, дорогие читательницы и читатели, но что это вообще все значит? Чем, во имя Гиппократа, занимается физиолог и кто он такой? Все знают, например, чем занимаются кардиологи, ортопеды, офтальмологи и дерматологи. Многие знакомы с тем, чем занимаются онкологи или отоларингологи, а также пульмонологи, абдоминальные хирурги и – в связи с их возросшей сейчас популярностью в СМИ – вирусологи. Но едва ли кто-то из вас когда-либо бывал на приеме у врача-физиолога. Меня приравнивают к физиотерапевтам, физикам, психологам или филологам, а друзья не раз дарили мне книги по астрономии, астрологии и деменции. Однако то, что приложение моей профессии мало кому известно, это в порядке вещей. Если угодно, то я врач для здоровых людей, например для тренированных и практически абсолютно здоровых астронавтов на космических станциях. И в этом нет никакого противоречия. Речь здесь идет не о здоровье или болезни в традиционном смысле этих слов. Речь идет о благополучии в различных условиях – благополучии физическом, психическом и социальном. Эта задача требует необычного и более широкого взгляда на вещи, поскольку если одному человеку какие-то условия представляются невыносимыми, то другой может неплохо себя в них чувствовать.

Но как при всем биологическом и физиологическом сходстве людей объяснить такие различия? Какие уроки можно из этого извлечь? Если попытаться дойти до основ, то очень скоро становится ясно, что ответы следует искать не только в медицине, биологии или физиологии. Для того чтобы лучше познать это неизвестное существо, человека, необходим более целостный, комплексный подход, включающий использование достижений других наук, от геологии до астрономии, от палеонтологии до психологии, но при всех «экскурсах» в другие научные сферы, этот подход неизменно ставит человека в центр своего рассмотрения. («Все это неправильно, – возразила бы в этом месте моя жена, – ведь исследуют по большей части мужчин!» И она была бы не так уж и неправа, особенно в недавнем прошлом.) То, насколько то или иное «чуждое медицине» знание или наблюдение способствует пониманию нашего обыденного бытия, не всегда очевидно на первый взгляд и требует от нас известного терпения, упорства и выносливости.

Что общего вообще может быть у сердечно-сосудистой системы, терморегуляции или водного баланса организма с Большим взрывом? Ответы на эти вопросы раскрывались мне очень постепенно по мере учебы, о чем я хочу рассказать в первой главе.

Слово «рассказать» я выбрал не случайно, а целенаправленно и с умыслом. Правда, я время от времени буду использовать и вполне научную терминологию. Но при этом надо помнить, что моя задача не чисто научная. Мои адресаты в данном случае не дорогие коллеги, а все, кто интересуется чудом жизни. Выяснение природы загадочных явлений – это напряженная, трудная и нередко приключенческая задача. Если мне удастся на последующих страницах сделать все это наглядным и тем самым внести мой скромный вклад в лучшее понимание человеческой природы, да и природы живого вообще – право судить об этом я предоставляю читательницам и читателям, – то я почту это за счастье.

Июнь 2021 года

Хаарштранг, или Бытие – это становление

Мой путь к физиологии

Как человек, родившийся в семье лютеранского пастора, стал врачом, геологом и физиологом? И как физиология, наука о функциях клеток и органов всех живых существ, связана с возникновением и развитием Вселенной, Солнечной системы и нашей планеты? Вот моя личная ретроспекция.

Я вырос в католическом Мюнстерланде, в доме протестантского священника. Отец был пастором, а мать – врачом психиатрической больницы. Этот своеобразный союз наложил отпечаток на мой характер. Вся жизнь родителей была посвящена повседневному труду. От нас, детей, меня, моих сестер и братьев, требовались успехи в учебе и безупречное – как приличествовало пасторским детям – поведение в семье и общине. На ежемесячных вечерах, где собирались коллеги отца, мы, для начала, пели песни Пауля Герхардта и молились. Все были в черном, за исключением матери, которая неизменно появлялась на этих встречах в белом. Потом мы, пасторские дети, были предоставлены самим себе. После того как гости расходились, начиналось самое неприятное: родители за ужином обсуждали то, что творилось в других пасторских семьях, а дела там шли не очень хорошо. Обычные темы – плохая учеба, употребление наркотиков и ранняя половая жизнь отпрысков. Косвенно нам, детям, давали таким образом понять, где граница, которую нам нельзя переступать.

Однажды я на уроке рассказал учительнице биологии о своем интересе к поиску ископаемых окаменелостей. Было мне тогда около двенадцати лет. Вскоре после этого нам позвонил директор школы. Родители, вероятно, были от этого в ужасе – пока еще только учитель математики не отмечал мою завидную склонность к сезонным работам. Директор, однако, не жаловался и ни в чем меня не обвинял, он лишь высказал желание сопровождать меня в раскопках. Мало того, он поехал со мной в дальнюю каменоломню. До того я производил свои изыскания на близлежащих прибрежных склонах. Тогда, в шестидесятые годы, царило увлечение спрямлением речных русел, благодаря чему обнажились известковые отложения, в которых было множество окаменелостей позднего мелового периода, верхнего мела, – эпохи, отстоящей от нас на 66–100 млн лет.

Вооружившись полевым блокнотом, молотком, долотом и местной газетой «Патриот» – она великолепно подходила для упаковки добытых образцов (печатали газету на добротной, прочной и хорошо впитывающей бумаге; правда, типографская краска частенько оставляла следы на руках), – мы на велосипедах поехали в Кливе. Стоял теплый погожий день, небо над головой сияло синевой. В полях уже вызревал яровой ячмень, так что эта поездка с директором, скорее всего, происходила в июле. Тогда в полях еще росли синие васильки и маки, такие ярко-красные, что даже я мог их явственно различать, несмотря на дальтонизм. Мы не спеша крутили педали, пересекая слегка холмистую местность, столь характерную для Вестфальского ландшафта, а на горизонте появилась, приближаясь, идущая с запада на восток полоса горичника, южная граница Вестфальской низменности с горными породами туронского (90–94 млн лет назад) и сеноманского (94–100 млн лет назад) периодов. По приезде к каменоломне нам пришлось преодолеть еще 20 м неукрепленной лестницы, ведущей в самую глубокую шахту каменоломни. Сырой, прохладный воздух пропитывался известковым запахом тем сильнее, чем глубже мы спускались в темноту шахты. Там директор расспросил меня о стратиграфии, геологических эпохах, основных ископаемых окаменелостях и поделился планом привезти сюда весь школьный класс. И в самом деле через неделю я провел целый урок в каменоломне. Директор очень серьезно относился к своему педагогическому призванию. Я часто вспоминаю ту летнюю вылазку и начало моей «преподавательской деятельности» у подножия горы, поросшей горичником. До сего дня и благодарен моему директору, хотя я, кажется, так и не сказал ему «спасибо».

Пасторский вечер в родительском доме, ок. 1966 г.

Благодарен я и другому, не столь заметному своему наставнику. Это было, по-моему, в середине шестидесятых – во времена, когда телевидение было еще черно-белым, в то время, когда Эмма Пил в умопомрачительном комбинезоне охотилась за преступниками в криминальном сериале «Мстители», когда космический корабль «Орион» планировал нападение на Землю, – именно тогда западногерманское телевидение показывало передачу о «Происхождении видов», а канал ZDF показывал серию «Наша Голубая планета». Седовласый физик, сидя в скудно обставленной студии, непререкаемым тоном излагал естественную историю Земли. Он почти все время сидел за столом на вращающемся стуле, и камера была направлена прямо на него. Впрочем, он иногда поворачивался на стуле, что позволяло ему намеренно менять взгляд на зрителя, когда ему казалось необходимым привлечь к себе особое внимание. Речь его была неторопливой, но время он контролировал добросовестно, так как периодически бросал быстрый взгляд на свои наручные часы. За спиной профессора, на заднем плане, стояла доска, увешанная картинами, классная доска, а иногда и глобус; однако на столе всегда лежал белоснежный блокнот формата А1 и толстые угольные карандаши. Этими угольными карандашами ведущий, Гейнц Хабер, рисовал сложные орбиты планет и иллюстрировал физические законы. Хабер вставал со своего места только в отдельных, исключительных случаях и крупно рисовал и писал на доске мелом нужные пояснения. Иногда он обращался и к глобусу.

Что было чарующего и особенного в этом физике? Он объединил космологические и астрономические знания со знанием естественной истории Земли. Это было новостью. Такое включение Земли в общую картину приближало к зрителю самые отдаленные галактики, космическое и солнечное излучение. Хабер говорил о темах, которых мы почти совсем не касались на школьных уроках. То, что он рассказывал, вызывало удивление – и это еще мягко сказано. Причем он так умело объяснял самые удивительные вещи, что создавалось впечатление посвящения в глубочайшие тайны мироздания. Сложнейшие проблемы в его изложении казались простыми, но без тривиальности. На самом деле, конечно, даже в его изложении многое (пока) оставалось весьма загадочным, но именно эта недосказанность делала его передачи такими же увлекательными, как криминальные сериалы, а простота студии направляла внимание на самое существенное в передаче.

Но тогда я еще не знал, что Хабер на протяжении многих лет тесно сотрудничал со знаменитым физиологом Отто Гауэром (1910–1979). Этот человек в шестидесятые годы создал при Свободном Берлинском университете физиологический институт и превратил его в центр медицинских и физиологических исследований мирового уровня. Отто Гауэр занимался физиологией системы кровообращения, в особенности кровообращения головного мозга. В результате своих экспериментов он пришел к выводу (верному выводу) о том, что внезапные потери сознания у пилотов, страшные «отключки» при резких изменениях направления полета, связаны с ухудшением кровоснабжения головного мозга. Хайнц Хабер описал языком физики и математики те события, которые играют роль, например, при маневрах воздушных судов.

Сразу после войны Гауэр, Хабер и другие ведущие ученые в области авиации и космических исследований были интернированы американцами в здании Института Кайзера Вильгельма в Гейдельберге главным образом для того, чтобы эти специалисты не попали в руки Советов. В это время они вместе работали в Гейдельберге над книгой «Немецкая авиация во Второй мировой войне», а кроме того, и над теоретическим трудом «Человек в условиях невесомости». Это была первая в мире публикация, посвященная возможному влиянию невесомости на человеческий организм. В начале пятидесятых Отто Гауэр и более шестидесяти других ученых и инженеров в ходе тайной американской операции под кодовым наименованием «Скрепка» были через Мексику вывезены в Соединенные Штаты. Там им была поставлена задача участвовать в создании и развитии Национального управления по аэронавтике и освоению космического пространства (НАСА). Только в 1960 году Гауэр – вместе с Хайнцем Хабером – вернулся из США в Германию.

Их одноименная книга «Голубая планета», изданная в мягкой обложке, стала первым научным трудом, который я проглотил за один присест. Темы, затронутые в нем, очаровали меня, они не только возбудили мое любопытство, они породили желание участвовать в этих исследованиях. Я написал конкурсную статью о моих предсказаниях на следующие пятьдесят лет, а также начал писать статьи о геологии долины Пепельше, ручья в округе Зост в школьной газете «Ирис» гимназии «Замок Оверхаген». Этот печатный орган в то время был заполнен материалами о Че Геваре, Фиделе Кастро, Руди Дучке, «Власти Черных», Пасхальных маршах или бесчинствах полиции, а также о новейших музыкальных течениях – группе The Beatles и Procol Harum. Я же в то время покупал себе книги по геологии, палеонтологии и астрономии.

Неудивительно, что очень скоро в родительском саду появился маленький телескоп. Зимой с нашего участка открывался великолепный вид на Орион, его туманность и некоторые планеты. Особое место в моей коллекции занимала книга Герберта Вендта «До наступления потопа». Мне повезло: в последующие десятилетия я бы нигде не смог приобрести эту библиографическую редкость, этот талмуд толщиной в Библию с двумя морскими лилиями юрского периода на желто-белом переплете – морскими лилиями из Музея первобытной истории Гауффа. Истории и рассказы о палеонтологии, как я сейчас понимаю, были для меня способом бегства из тесного мирка пасторского дома; кроме того, они пробудили во мне желание изучать палеонтологию. Физиология как наука была для меня тогда темна и казалась далекой, как докембрий.

Таким образом, все началось с мечтаний в поисках окаменелостей и с холодных зимних ночей при ясном небосводе у телескопа. Тогда человек и его организм, его физиология, не стояли в центре моего внимания. Только много позже выкристаллизовалось желание изучить и ее, чтобы понять, как все это связано – тело, окружающий мир и космос. Иногда я спрашивал себя, почему это интерес не проснулся у меня еще в ранней юности. Возможно, причиной был пасторский дом, точнее говоря, протестантизм. Отречение от телесного, от чувственных радостей считается в протестантизме добродетелью, свидетельством силы характера. Ценностью считается поистине аристократическое осознание свободы, основанной на упорядоченном и внутренне управляемом образе жизни, которую все и каждый рассматривают с некоторым отчуждением. Дух и духовное стоят в центре мироздания, но не тело.

Тем не менее наш дом был домом открытым. В сенях, которые отделялись от внутренних помещений дома распашной дверью, на стене висел небольшой простой крест, а рядом с ним цветная геологическая карта Зауэрланда масштаба 1:200 000. На этой карте цветными булавками отмечались места находок окаменелостей и интересных минералов в нашей местности. Некоторые гости в недоумении останавливались перед этой картой, но им объясняли, что это увлечение одного из детей. Удовлетворившись этим объяснением, гости проходили влево, в «хозяйскую» комнату. Это могло происходить в любое время дня и ночи. Пасторский дом, пастор, пасторское семейство и община считались одним целым. Поэтому семья служила общине образцом в светском и христианском образе жизни. Для нас – моего брата, моей сестры и меня – это означало, что мы все время находились под неусыпным наблюдением. Мой отец воспринимал некоторые наши «шалости», но, руководствуясь известной крестьянской хитростью, ничего при этом не говорил, а дожидался комментариев матери, чтобы потом, словно реагируя на ее слова, высказаться, вмешавшись в разговор или конфликт. Религиозные свои обязанности он отправлял свежо, не по-миссионерски, и ханжеские житейские наставления были ему – благодарение Богу! – чужды и подозрительны; он не присваивал себе «Главу, покрытую ранами». Он всегда умел находить удивительно практичные решения самых щекотливых вопросов повседневной жизни, и решения эти он мог без всяких усилий согласовывать со своей совестью. Он глубоко усвоил положения Мартина Грейфенхагена об «Обмирщении благой вести» и сделал их основой жизни в пасторском доме. Проповеди он сочинял в уже упомянутом кабинете в субботние вечера, заполняя своим угловатым четким почерком маленькие листы бумаги размером А5. Свои мысли он записывал, сидя за слишком маленьким письменным столом, ящики которого были набиты всякой всячиной – множеством чернильниц, купленных, судя по этикеткам, в разные десятилетия, разнообразными авторучками, баночками с клеем, извещениями о крещениях и венчаниях. Ко всем этим вещам он относился очень сосредоточенно. Однако во время проповеди он, как правило, отрывался от написанного и «возвещал слово» простыми предложениями, произносимыми мощным проникновенным голосом, а для того, чтобы, как он говорил, «подкрепить душу», отец, с помощью виртуозного органиста Уфера, выжимавшего все возможное из регистров маленького органа, стал петь на проповедях. Отца хорошо знали благодаря его урокам Закона Божьего в гимназии «Замок Оверхаген». Занятия он проводил в капелле замка. Он парковал свой старенький белый BMW 2002 года выпуска у входа в капеллу. Из хранилища наглядных пособий он извлекал проектор, динамик, экран и коробки с фильмами. Перед алтарем он ставил экран, вынимал пленки из алюминиевых коробок, а затем устанавливал заряженные катушки с пленкой в переднюю часть проектора, а пустые – в заднюю. Теперь оставалось только вставить целлулоид в нужные прорези, и после короткого треска фильм начинался: «Ровно в полдень» Фреда Циннемана или «Альберт Швейцер» Эрики Андерсон. Вестерн? Это может показаться удивительным, но более уместен «Альберт Швейцер». Этими фильмами он хотел внушить нам на уроках Закона Божьего честное отношение, совестливость, призвание и ответственность во всех делах. Его отношение, необычная форма преподавания снискали признание не только среди учеников-евангелистов, но и среди некоторых католиков, которые посещали уроки отца. Его это очень трогало. Он был скорее духовником, нежели священником.

Когда позволяли дела общины в течение недели, он возил меня на разные образовательные мероприятия в народных школах нашего региона, чтобы я лучше познакомился с его геологией. Сегодня я, пожалуй, хорошо понимаю, что он думал, когда мы сидели в аудитории и слушали какой-нибудь доклад о кораллах девонского периода или о меловом периоде в Зауэрланде, читанный профессором-палеонтологом из Мюнстерского университета на чистейшем австрийском диалекте. Кому это было интересно? Как всегда, обоим родителям, которые всегда выказывали интерес к тому, что интересовало меня, а это решающий фактор, поскольку он укрепляет и придает уверенности.

Моя мама была интеллектуалкой с быстрой реакцией, очень проницательной, а от ее наблюдательности не могла укрыться ни одна деталь. Она проявляла колоссальную эмпатию к душевно и телесно больным людям. Разумеется, в нашем доме она устанавливала, почти насильно, единение и связь, от которой мне удалось каким-то образом ускользнуть, – но мама, по каким-то известным ей одной причинам, скорее поощряла такое мое отчуждение; моим братьям и сестрам это, по их признанию, удавалось только с помощью околичностей и иносказаний, прибегая к эвфемизмам. Мама всегда скрупулезно следила за тем, чтобы пасторский дом служил для всех образцом и имел незапятнанную репутацию. Самый показательный, на мой взгляд, пример – это случай банальной перевозки мебели. Я участвовал в федеральном конкурсе «Вестники науки» и выиграл особый денежный приз, на который купил себе в Липштадте дубовый письменный стол с множеством ящиков и изящной фурнитурой. Когда встал вопрос о перевозке этой чудо-мебели в Мюнстер, я попросил одного моего одноклассника одолжить мне его огромный «мерседес-комби». Друг не отказал, я погрузил в машину стол и привез его к себе, припарковав машину прямо у входа в родительский дом. Впрочем, надо признать, что это был не просто обычный «комби», нет: это был автомобиль с гигантским просторным салоном, глядя на который, можно было сразу сказать, что в нем и раньше не раз возили дубовую мебель. Отца эта машина сильно позабавила, но мама была просто в ужасе: «Что подумают люди – немедленно убери отсюда это чудовище!» Да, для мамы всегда было очень важно, что люди общины думают о доме пастора. Отец относился к этим вещам куда спокойнее. Поэтому нет ничего удивительного в том, что он с удовольствием участвовал в ежегодном стрелковом фестивале в Беннингхаузене и палил по деревянным птичкам, а мама при этом скрещивала пальцы, надеясь, что после его выстрела птичка останется сидеть на месте. Она не могла это видеть, хотя птица была всего лишь деревянным макетом.

Впрочем, в нашем доме было все, что нужно для нормальной жизни. Родители были горды тем, что каждый из нас смог отучиться по двадцать семестров, – но, внимание, все это обучение находилось под строжайшим контролем; работы, табели, результаты экзаменов – все это должно было предъявляться родителям без всяких понуканий с их стороны. Нужны деньги на книги? Нет проблем, но будь любезен представить чек. А мы? Мы без проблем использовали эту фору, чтобы на всю катушку использовать двадцать семестров. Мой брат одновременно изучал сначала теологию, а потом и медицину, сестра начала изучать психологию, а затем все же обратилась к теологии, а я, начав с геологии и палеонтологии, закончил изучением медицины.

На самом деле в медицину я попал по чистой случайности – в результате разговора с одной приятельницей в студенческой столовой в Мюнстере. Она обратила мое внимание на то, что в тот день истекал срок подачи заявлений на медицинский факультет на следующий семестр, и в тот год время, проведенное на обучении другим специальностям, засчитывалось как время ожидания. Это заставило меня глубоко задуматься. Я немедленно покинул столовую, спешно собрал все необходимые документы и отправился в Дортмунд, куда успел за пятнадцать минут до полуночи, подал документы в комиссию по распределению учебных мест и получил такое место, причем снова в Мюнстере. Был ли в моих действиях какой-то план? Нет. Терял ли я что-нибудь? Нет. Наверное, мне просто было любопытно посмотреть, чем все это кончится и как будут развиваться события. Правда, много делать здесь я не мог, потому что я тогда неполный день учился в геологическом институте, где изучал – вполне серьезно! – обратную сторону Луны. К этому я еще вернусь.

Получив новое учебное место, я получил и целую проблему. Тогда было слишком много студентов, которые записались только на геологию, чтобы пройти такие основополагающие дисциплины, как биология, химия и физика. После получения сертификатов они имели возможность в дальнейшем претендовать на обучение медицинским специальностям. Понятно, что в геологическом институте на такие вещи смотрели неодобрительно, и мне не хотелось иметь ничего общего с этими студентами. Мое преимущество заключалось в том, что многие мои сертификаты были тотчас признаны для обучения медицине. Так и получилось, что на первых семестрах мне пришлось сосредоточиться на нескольких необходимых предметах, чтобы успешно продвигаться в изучении медицины: по утрам я препарировал трупы в анатомическом институте, а после обеда занимался исследованием обратной стороны Луны. Так выглядел мой обычный учебный день.

Из дополнительных предметов, которыми я занимался в то время, мне больше всего запал в память курс представления науки в кино и других средствах информации. Этим интересом я обязан не только юношескому увлечению передачами Гейнца Хабера; этот интерес усилился после того, как я в семидесятые годы познакомился с документалистом Мартином Шлисслером из Баден-Бадена. Его захватывающие фильмы о рискованных экспедициях – их показывали преимущественно на Пасху и Рождество – пробудили во мне неподдельный интерес. Он проследил в своих фильмах путешествие Александра фон Гумбольдта по бассейну реки Ориноко, по его следам взбирался на Чимборассо. Он зарабатывал на жизнь такими репортажами и рассказами, которые переносили зрителей в самые отдаленные уголки нашей планеты.

Знакомство с Шлисслером помогло мне сделать более профессиональными путевые заметки для газет, журналов и публичных выступлений по возвращении из Марокко, страны, до которой можно было добраться всего за пару дней, но которая – по тогдашним меркам – воспринималась большинством бундесбюргеров как место относительно экзотическое. С первых же семестров на геолого-палеонтологическом факультете я каждый год ездил туда для исследования геологических окаменелостей, чем завершил мое знакомство с геологией Северной Африки и стал выступать как докладчик в рамках организации Document-Vortragsrings (Мюнхен), вооружившись диапроектором, экраном и образцами, в самых захолустных уголках Германии: я делал доклады в пивных, молодежных хостелах, заводских цехах, в «Урании», а позднее и на круизных судах. Таким образом мне удавалось зарабатывать деньги не только на учебу, но и на следующие путешествия.

Когда, по окончании шести семестров, я был уже готов к защите диплома, я решил – и это вполне объяснимо – заняться исследованием марокканской области Антиатлас. Были уже готовы все разрешения от Горного министерства в Рабате, когда весной 1976 года разгорелся давно тлевший в Западной Сахаре конфликт. Марокко вело войну против Френте-Полисарио, фронта освобождения зарауи – народа, населяющего этот район Атлантического побережья Северо-Западной Африки. За год до этого та область освободилась от колониальной власти Испании, и организация провозгласила Демократическую Республику Сахары, бросив тем самым вызов Королевству Марокко. Эти политические события похоронили все мои планы, и я был вынужден искать альтернативу.

Вместе со Штефаном, другом детства, мы предприняли составление геологической карты Монтес-де-Толедо в Центральной Испании. На много недель мы разбили наш лагерь в Порсуне, крошечной деревушке в Ламанче. Этот лагерь представлял собой старый – даже по тем временам – автобус «фольксваген» с раздельными ветровыми стеклами и громыхающими боковыми распашными дверями, которые порой открывались во время движения; и трапециевидную вместительную палатку без подкладки, но зато со столом, стульями, портативной газовой плиткой, газовой лампой и всевозможными припасами – консервами и суповыми концентратами. Вечером, под открытым небом, свет этого газового рожка создавал в лагере подлинный уют. Мы раскладывали на раскладном столе наши находки – образцы пород и окаменелости, пристально их изучали и описывали. После этого данные заносились в полевой журнал вместе со сведениями о месте обнаружения или о пространственном положении слоев горных пород или, как говорят геологи, о «простирании породы». Это простирание устанавливается с помощью геологического компаса, который наряду с молотком, карандашом и полевым журналом считается важнейшим инструментом работы геолога в поле. Самое интересное, что в геологическом компасе запад и восток меняются местами, а деление лимба на 360° направлено влево, то есть против часовой стрелки. Это делается из чисто практических соображений, поскольку при работе с геологическим компасом, при наложении его на слои пород, стрелка должна всегда показывать на север. Для того чтобы надежно контролировать положение компаса, этот стандартный инструмент геолога снабжен миниатюрным водяным уровнем и маятниковым отвесом, с помощью которых определяют угол наклона слоя породы к поверхности земли. Результаты измерений переносятся на топографическую карту. Так, шаг за шагом, создавалась подробная геологическая карта Монтес-де-Толедо. Особенно полезными оказались данные черно-белой аэрофотосъемки, полученные нами перед отъездом из Мюнстера в архиве снимков с воздуха. С помощью отрегулированного полевого стереоскопа, работающего, как Viewmaster, которым пользуются в кинотеатрах и трехмерные изображения которого приводили меня в восторг еще в детском саду, мы смогли на нашем складном столе в Порсуне получить в высоком разрешении трехмерные изображения области, нанесенной нами на карту. Какой же это чудесный инструмент! Благодаря ему мы были избавлены от необходимости лично обходить местность, особенно те ее участки, которые изобиловали клещами и весьма живописными змеями.

Естественно, за этим складным столом не только хорошо работалось, за ним отлично елось и пилось. Деревенская молодежь с воодушевлением принимала участие в наших посиделках, которые иногда заканчивались поздно ночью в единственном местном баре «Лос-Эрманос» на центральной площади. Это было прекрасное отвлечение от тяжелых будней. Правда, местных служащих гуардиа-сивиль в их комичных треуголках с трапециевидным клапаном на затылке больше интересовала законность нашей странной деятельности. Но к этому мы были прекрасно подготовлены, так как запаслись в Мюнстере и Мадриде разрешительными документами на испанском языке со всеми положенными печатями.

Путь к этим исследованиям проторил немецкий геолог Франц Лотце. Он занимался ими в Испании и Марокко несколько десятков лет, имел полезные связи во всех инстанциях, вплоть до министерств, а с 1948 по 1968 год был директором Геолого-палеонтологического института Вестфальского университета Вильгельма в Мюнстере. Один из его многочисленных учеников, Лютц Бишоф, продолжил работу в Испании и специализировался в аэрофотогеологии, в области, которой я сильно заинтересовался, будучи студентом-геологом. Новые возможности аэрофотогеологии стали темой моей дипломной работы в узком смысле и привели меня к умению оценивать данные о геологическом строении Центральной Испании, полученные со спутника LANDSAT-2. К тому же я посещал Немецкое общество исследований с использованием авиации и космических аппаратов (НОИИАКА) в Оберпфаффенхофене, которое тогда именовалось такой ласковой аббревиатурой.

После получения диплома мне предложили работу на полставки в геологическом институте, где мне предстояло участвовать в расшифровке снимков, переданных с борта космических аппаратов «Аполлон-15», «-16» и «-17». Эти работы велись в рамках особой области планетологии, системы «Земля – Луна», в лаборатории, расположенной в Вестфальском университете Вильгельма в Мюнстере. Эта лаборатория исследовала вопрос о том, была ли Луна изначально полностью расплавленной или в начале своего развития представляла собой холодное блуждающее тело, образовавшееся в ранней фазе развития планетарной системы. То, насколько актуален этот вопрос до сих пор, можно судить по тому, что китайский лунный зонд «Чан-5» в ноябре-декабре 2020 года был запущен среди прочего именно для исследования этого вопроса. Наши тогдашние расчеты скорости охлаждения массы Луны позволили прийти к заключению, что, если Луна с самого начала представляла собой полностью расплавленное тело, то сейчас на ее поверхности должны наблюдаться деформации и трещины, в особенности на обратной, высокогорной стороне нашего естественного спутника. Обратная сторона Луны, в отличие от ее видимой стороны, не подвергалась частым ударам метеоритов, не сильно деформирована и по большей части представлена более древними породами, нежели видимая сторона, что подтверждает область морей, так называемое Лунное море. Эта область, Мария, занимает 16,9 % поверхности Луны. Преимущественное расположение этой области на ближней к Земле стороне привело к возникновению так называемого лунного лика. Лунные моря возникли в результате наплыва застывшей затем лавы после грандиозного столкновения Луны с другим небесным телом, каковое произошло в промежуток между 3,1 и 3,8 млрд лет тому назад. Рассматриваемые деформации в высокогорных областях обратной стороны Луны, согласно нашим расчетам, геологически должны быть намного моложе, едва ли они старше 200 миллионов лет. Можно представить себе, что Луна, медленно остывая в течение миллиардов лет, съежилась, как забытое на столе яблоко. Действительно, мы смогли доказать существование этих тонких структур только с помощью снимков, полученных с «Аполлонов».

За эту работу мы подверглись сокрушительной критике, так как весь ученый мир придерживался того взгляда, что Луна – холодное небесное тело и всегда была такой. Тридцать лет спустя – в 2010 году – сижу я в Кафе де Норманди на Кантштрассе и читаю в Tagespiele сообщение, перепечатанное из журнала Science, в котором говорится, что одной группе американских ученых удалось получить убедительные доказательства того, что изначально Луна представляла собой полностью расплавленное небесное тело. Так-так. Все-таки работа нашей группы получила наконец признание. Впрочем, я в то время и сам, можно сказать, попал на невидимую сторону Луны и заблудился там, потеряв почву под ногами. Вероятно, я слишком далеко заплыл и, увлекшись, не заметил встречного течения. Мой американский научный руководитель не пришел в восторг, когда я признался ему в том, что изучаю медицину; стоит ли удивляться, что все кончилось крахом. Со мной не продлили трудовой договор, а просьба о предоставлении поощрительной стипендии была отклонена. Точка.

В течение следующих нескольких месяцев я занимал вакантное место ассистента в палеонтологическом институте и, в рамках проекта Немецкого научного общества Зауэрланда, раскапывал остатки игуанодонов – проще говоря, доставал кости динозавров – в отложениях мелового периода; эти исследования позволили реконструировать необычное скопление костных остатков в районе Брилона. Трезвый анализ моего положения показал: всякие притязания на геологическую и палеонтологическую карьеру в Мюнстере можешь забыть, а это означало: забудь вообще о геологии и палеонтологии и сосредоточься на изучении медицины. Довольно долго я решал, как мне быть с этой проблемой. Мама, как это ни удивительно, находила этот мучительный процесс, продолжавшийся больше полугода, скорее благом, причем я так и не понял: она считала, что это хорошо, потому что я должен был наконец разобраться сам в себе или потому что кто-то наконец обозначил мне границы? Как бы то ни было, она, как всегда, не стала делать из этого трагедию и, как бы вскользь заметив: «Посмотри, может быть, тебе это будет интересно», дала мне статью, опубликованную в Немецкой врачебной газете. Речь в статье шла о немецкой космической программе Spacelab-1 и о медицинских исследованиях, которые проводил в космосе доктор Ульф Мербольд. Действительно, это показалось мне интересным. До того момента я не знал, что эти исследования на борту космического корабля были основаны на работах физиолога Отто Гауэра. Незадолго до своей смерти он представил Европейскому космическому агентству результаты исследований изменения венозного давления в условиях невесомости; эти исследования были продолжены коллегой Гауэра, профессором Карлом Киршем.

Для того чтобы выбраться из затруднительного положения, в каком я оказался в Мюнстере, мне следовало обеспечить себе место обучения, поменять его, разорвать порочный круг, как выражаются нынешние консультанты, причем как можно скорее, и уехать как можно дальше от Мюнстера. Легко сказать, но сделать это было тогда так же трудно, как и теперь, поскольку нужно найти партнера по обмену. И я его нашел в 1984 году в Берлине. Там я раньше был только один раз, незадолго до окончания школы, в 1973 году. Стояла промозглая туманная январская погода, когда мы с классом на пару дней туда приехали. За четыре года до того случая у меня была теоретическая возможность посетить этот разделенный город. В конкурсе сочинений, проведенном организацией католической молодежи Северной Рейн-Вестфалии, моя работа «Мои предсказания на следующие тридцать лет» получила первую премию – поездку в Берлин. Прекрасная награда. К сожалению, я не смог ею воспользоваться, потому что к тому времени мне еще не исполнилось шестнадцати. Зато я получил денежный приз, на который купил новенький мопед, что значительно расширило область моих поездок на поиски окаменелостей в Зауэрланде. Этот серебристый мопед я нарек именем Дино, что мои родители восприняли спокойно, хотя и сдержанно, а одноклассники посчитали чудачеством и тихо посмеивались надо мной. Мои предсказания относительно тридцатилетнего будущего – с 1970 по 2000 год – между прочим по большей части не оправдались; мы не заселили ни Луну, ни Марс и не научились создавать новые нервные клетки введением искусственных медиаторов. Но, может быть, оба предсказания сбудутся через пару-тройку десятилетий.

В круговом обмене, в котором участвовали четыре университета, я смог найти учебное место в Берлине. Студентка-медичка по фамилии Глюк абсолютно не чувствовала себя счастливой в Берлине, и в особенности в Нойкельне, где она проживала, и просто не могла поверить свалившемуся на нее счастью: нашелся человек, который хотел поменяться с ней учебными местами. Она с радостью уступила мне свое место на медицинском факультете Свободного университета и отбыла в Западную Германию. Я же был просто очарован этим обменом и переездом в Берлин, потому что туда же занесло мою первую любовь. Ее отец, известный колбасный фабрикант, продукция которого, украшенная эмблемой в виде мельницы, была очень популярна, смог «организовать» для своей дочки вожделенное место обучения на медицинском факультете Свободного университета. Теперь она жила в уютной старинной квартире на четвертом этаже дома, стоявшего в глубине Гледичштрассе в Шенеберге. Именно туда я приехал с двумя чемоданами в первые мартовские дни 1984 года и скоро съехал оттуда, когда нашел квартиру на Дройзенштрассе, неподалеку от Курфюрстендамм в Шарлоттенбурге. Это мое новое местожительство имело одну астрономическую особенность: один раз в год, в день летнего солнцестояния, около полудня, солнечные лучи падали в окна первого этажа, но только в том случае, если были откинуты створки окон седьмого этажа впереди стоявшего дома. На берлинском наречии эта часть дома называлась садовым павильоном. Маленькая темная двухкомнатная квартирка стала на последующие годы моим убежищем и местом набегов многочисленных друзей из Западной Германии. Оказавшись в Берлине, я наконец пришел к решению, что будет лучше, если я отрешусь от прошлого и начну в темпе заниматься новой карьерой.

В 1984 году я случайно прочел в берлинской Tagespiegel статью о командировке в США двух немецких ученых: профессора Винау из медико-исторического института и профессора Кирша, уже упоминавшегося ученика Отто Гауэра, из Физиологического института Свободного университета в Берлине. В рамках своего задания, порученного им Немецким научным обществом, они побеседовали с тогда еще живыми немецкими авиационными и космическими специалистами тридцатых годов, чтобы больше узнать об операции «Скрепка» как с американской, так и с немецкой стороны и выяснить роль принимавших в ней участие организаций. В ходе работы оба ученых в каком-то гараже в Сан-Антонио (Техас) обнаружили Гейдельбергский доклад за 1945–1947 годы, отпечатанный на пишущей машинке, с черно-белыми фотографиями и черновиками. В этом докладе были описаны работы специалистов по авиации и космическим исследованиям того времени, в том числе работы Отто Гауэра и Гейнца Хабера в бывшем Институте Кайзера Вильгельма в Гейдельберге. Эта брошюра представляла собой неофициальный доклад, составленный под наблюдением полковника Роберта Бенфорда, который руководил операцией на месте. Некоторые из интернированных в Гейдельберге лиц, например авиационные врачи Герман Беккер-Фрейзенг и Зигфрид Руфф, предстали позже перед судом в Нюрнберге, в процессе обвиненных в военных преступлениях врачей, в ходе которого была вскрыта самая темная глава немецкой авиационной и космической медицины. Гейнц Хабер и Отто Гауэр не принадлежали к кругу этих личностей. В Гейдельбергском докладе, составленном сразу после окончания войны, были описаны конкретные цели образцовой организации работы ведущих специалистов по авиационным и космическим исследованиям Третьего рейха в Институте Кайзера Вильгельма. Доклад интересен еще и тем, что без прикрас называет цели американской акции, проведенной в июне 1945 года: использование (exploitation) немецких ракетостроителей и специалистов по авиационной медицине. Эти знания в числе прочего помогли американцам через двадцать пять лет опередить русских и высадиться на Луне. Примечание на полях статьи пробудило во мне особый интерес: берлинские ученые обратили пристальное внимание на одного ученого, который до двадцатых годов в кайзеровском Берлине проводил новаторские исследования по авиационной медицине. Об этом ученом почти ничего не было известно. Его имя – Натан Цунц. Я принялся за работу. Пять лет спустя, в 1989 году, под руководством Карла Кирша я написал докторскую диссертацию на тему «Жизнь и труды берлинского физиолога Натана Цунца и его особая роль в развитии высокогорной и авиационной медицины». Натан Цунц, который почти сорок лет, с 1881 по 1918 год, работал в королевской высшей сельскохозяйственной школе в Берлине и был ключевой фигурой в идейной истории высокогорной и авиационной медицины, внес огромный вклад в физиологию питания и обмена веществ. Его перу принадлежат почти семьсот научных работ, его три раза номинировали на Нобелевскую премию по медицине и физиологии. Труды Цунца не печатались в Третьем рейхе в связи с его еврейским происхождением; последовавшие затем перипетии войны привели к тому, что имя этого ученого было забыто.

Тема диссертации была только началом, она послужила запалом. То, что я переживал по отдельности, вдруг сложилось в цельную мозаику, и передо мной развернулась неожиданная динамика. Самое необычное во всей этой истории – то, что уже в мае 1987 года я получил место ассистента в рабочей группе Карла Кирша. Кирш долго держал это место вакантным, так как, по его мнению, не было достойных кандидатов, и он придерживался – исходя из опыта – железного принципа: лучше вообще не иметь ассистента, чем брать неподходящего человека. Разумеется, бесконечно тянуть с этим вопросом тоже было нельзя, так как в противном случае место могли просто ликвидировать или отдать другой рабочей группе. Его заботами наша совместная работа в рамках подготовки моей диссертации оказалась целенаправленной, и он понимал, что охотно возьмет меня, но не мог этого сделать, так как я еще не был к этому готов; но действовать надо было быстро, чтобы не потерять место. Тема эта каким-то образом сильно его заинтересовала, и однажды, весной 1987 года, он спешно позвонил мне и спросил: «Есть ли у Вас свидетельство о геологическом образовании?» Это было гениальное решение. Я подал заявление вместе с дипломом и в мае 1987 года был принят на должность геолога в Физиологический институт, хотя еще не завершил медицинское образование. Изучив правила замещения вакантных должностей в Свободном университете Берлина, Кирш узнал, что для приема на работу требуется только диплом об образовании, не обязательно профильном. Как я убедился в последующие годы, Кирш обладал великим даром находить неординарные решения, особенно в тех случаях, когда на пути к цели возникали бюрократические препоны. Превосходный пример этой способности был явлен спустя несколько месяцев после моего назначения в рабочую группу. Одна лаборантка изъявила желание поставить зеркало в раздевалку. Соответствующее заявление было направлено руководству и сразу же отклонено. Тогда Кирш заказал для Физиологического института «человеческий рефлектор», и эта просьба была немедленно удовлетворена.

Вскоре состоялось наше совместное научное «боевое крещение». В 1988 году – я к этому времени уже сдал государственные экзамены и получил разрешение на врачебную практику – должна была состояться научная экспедиция в Гану, в Субсахару. Общество технического сотрудничества (ОТС), ныне Общество международного сотрудничества (ОМС), попросило провести исследование условий труда на ганских золотых приисках. В этих условиях играли роль как физические и климатические нагрузки на приисках и вне их, так и состояние здоровья и питание работников. Важная и интересная тема, прекрасный старт для меня в области физиологии человека в экстремальных условиях окружающей среды.

После работы в рудниках, которая напомнила мне мои прежние геологические изыскания, я занялся научным исследованием темы высотной физиологии в работах Натана Цунца, а в девяностые годы сосредоточился на приспособлении человека к умеренным и экстремальным высотам в Альпах и Андах при длительных физических нагрузках и в условиях изоляции. В частности, я исследовал синтез и секрецию кроветворного гормона эритропоэтина, больше известного по аббревиатуре ЭПО. Так как к тому времени были получены данные о том, что в условиях невесомости выработка этого гормона уменьшается, я смог провести соответствующие исследования на космических кораблях «Шаттл» и «Союз». Так после исследований в глубине рудников, после изучения выносливости в условиях высокогорья я, наконец, оказался в космосе. В 1997 году, будучи в доцентуре, я свел воедино данные моих лабораторных и полевых исследований и в том же году получил должность приват-доцента. Теперь передо мной, как и перед всяким уважающим себя приват-доцентом, встал вопрос: когда, как и насколько успешно я стану профессором?

В моем случае самым интересным было «как», поскольку раньше начавшиеся исторические события по необходимости оказали влияние на мое становление как ученого: падение стены в 1989 году, последующий выбор Берлина в качестве места пребывания правительства, а также учреждение Немецкого агентства по исследованию космического пространства (НАИКП). НАИКП, находившееся в Бонне, стало организационно и по существу преемником НОИИАКА и уполномоченным органом Федерального министерства исследований и технологии в сфере космических исследований. Задачей НАИКП стало, по поручению федерального правительства, планирование германской космонавтики, проведение немецких программ космических исследований, а также распределение заданий и ассигнований в рамках имеющихся средств, например финансирование университетов, защита интересов немецкой космонавтики в международной области, особенно в сотрудничестве с Европейским космическим агентством. После того как канцлер Коль и Горбачев договорились об объединении Германии, впереди замаячила перспектива совместной космической миссии («Мир-92»).

Вскоре после этого Карлу Киршу позвонили из Бонна (из НАИКП) и спросили, не сможет ли он в кратчайший срок подготовить дизайн одного медицинского эксперимента для станции «Мир». Сделать это надо было во что бы то ни стало. Лаборатория низких температур Свободного университета, прямо в кампусе нашего тогдашнего Физиологического института в Берлин-Далеме, построила измерительный агрегат. Это был ультразвуковой прибор для измерения толщины кожных покровов на голове и на ногах, для того чтобы оценивать смещение жидкости вдоль оси тела астронавта/космонавта в условиях невесомости. Монтаж и испытания аппарата прошли быстро и гладко с самого начала благодаря тесному сотрудничеству с НАИКП, с российскими коллегами и тому факту, что подобный прибор был уже разработан для запланированного на следующий, 1993 год, полета немецких астронавтов на борту шаттла STS-55 (Система космической транспортировки, Space Transportation System). Мы испытали прибор в климатической камере института, а также подвергли нагрузкам на центрифуге, а затем передали его российским космонавтам.

Весной 1992 года с Байконура стартовал космический корабль с немецким космонавтом Клаусом-Дитрихом Фладе на борту. Полет продолжался одну неделю. Фладе стал первым западногерманским космонавтом, прибывшим на космическую станцию «Мир». В 1997 году, пять лет спустя, на станцию отправился доктор Райнхольд Эвальд и пробыл на ней один месяц. В рамках этой миссии я смог провести эксперимент по изучению кроветворения при длительном пребывании в космосе. Результаты этого эксперимента были опубликованы в авторитетном журнале «Ланцет». Обе миссии на «Мире», в 1992 и 1997 году, сыграли решающую роль в установлении взаимного доверия. Эти миссии заложили фундамент успешного сотрудничества России и Германии в области космонавтики, которое продолжается на борту Международной космической станции (МКС). Космонавтика – это тоже поле для взаимопонимания между народами, что с самого начала хорошо понимали Коль и Горбачев.

В октябре 1997 года НАИКП, в рамках реорганизации немецкой космонавтики, было преобразовано в Немецкий институт авиации и космических полетов (НИАКП). В Агентстве космических исследований в Бонне и в космической промышленности росло понимание того, что имеет смысл создать научный центр «Исследований космоса» в университетах и исследовательских учреждениях столицы. Так, в 2000 году по инициативе НИАКП состоялось учреждение Центра космической медицины в Берлине (ЦКМБ), в котором были объединены шесть исследовательских групп Свободного университета. Одновременно, совместно с космической промышленностью (AIRBUS, Бремен), заводом Кейзер-Треде (ныне OHB, Бремен) и одним частным учредителем, берлинским врачом и одновременно представителем организации «Еврейские врачи Германии» доктором Скобло, были проведены переговоры с целью создания фонда для оплаты труда профессоров космической медицины в Свободном университете Берлина. Учредителям фонда это представлялось необходимым, потому что профессорская должность Карла Кирша в списках руководства университета была обозначена зловещей аббревиатурой «в. л.» – возможна ликвидация. Таким сокращением обозначались должности, которые, по мнению администрации, подлежали сокращению из соображения экономии средств. Переговоры с различными организациями и их представителями, включая и университет, поначалу шли очень непросто, поскольку оплата профессуры из частных фондов была тогда для Свободного университета делом совершенно новым.

Потом начались неприятные события. Один из потенциальных учредителей отказался от участия, и надо было найти нового. Это удалось сделать, но все закончилось 1 февраля 2003 года: после двухнедельного нахождения на орбите 113-я миссия шаттла STS-107 завершилась после трагической катастрофы на корабле «Колумбия», в результате которой погибли все семь членов экипажа. Я понимал, что учреждение фондовой профессуры, на которое я возлагал большие надежды, будет теперь отложено, возможно, на годы, потому что все запланированные полеты пилотируемых кораблей будут приостановлены. К моему удивлению, руководство фонда не разделяло это мнение и продолжало свою работу в прежнем темпе, и конкурс на замещение вакантной должности профессора космической медицины и медицины экстремальных условий был объявлен летом 2003 года. В последнем раунде выборов участвовали три кандидата, и комиссия поставила меня primo loco, то есть, переводя со звучной латыни, на первое место; так я стал, по приглашению фонда Натана Цунца и на его деньги, профессором космической и экстремальной медицины.

За этим последовало весьма причудливое празднество по поводу учреждения фондовой профессуры, которое состоялось в актовом зале новой синагоги с золоченым куполом на Ораниенбургерштрассе в центре Берлина. В зале собрались все учредители и около 200 гостей: политиков, ученых и экономистов. После приветствия главного раввина синагоги слово взял бывший бургомистр Берлина Вальтер Момпер, при котором, как известно, произошло падение стены. Момпер приветствовал меня как врача советских космонавтов, ставшего теперь профессором Берлинского университета. Это показатель, подчеркнул он, что народы объединяются после падения стен, – это была картина, не вполне соответствовавшая реальности. Очевидно, ошибку допустил спичрайтер Момпера. Некоторые мои знакомые в аудитории были слегка раздражены, но я отнесся к словам выступавшего с юмором, а затем выступил с докладом о жизни и деятельности Цунца.

О чем я говорил? Каковы были животрепещущие темы, за которые мне следовало с самого начала взяться в моей новой должности? Я нашел тему кроветворения, тему эритропоэтина, исчерпанной и обратился к терморегуляции человеческого организма, которой я интенсивно занимался начиная с девяностых годов и поэтому сделал ее основным содержанием своей вступительной лекции. В лаборатории я в то время экспериментировал с жидкостными температурными датчиками, с помощью которых можно лучше описать теплообмен человека с окружающей средой. Проект финансировался НИАКП, и в конечном счете нам удалось создать измерительный прибор. С 2003 года он подвергся многочисленным усовершенствованиям и был использован в исследовательской программе Европейского космического агентства под названием «Термолаб» в 2008 году. Программа выполнялась на борту Международной космической станции. Исследования были завершены в 2014 году. Было показано, что теплообмен между астронавтом и окружающей средой значительно уменьшается в условиях невесомости, что на фоне выполнения тяжелой физической нагрузки приводит к быстрому повышению температуры тела. Это был совершенно неожиданный результат, о котором мы сообщили в статье, опубликованной в журнале Nature Scientific Reports в 2018 году. Ход изменения температуры тела в течение суток – важный сигнал в синхронизации множества телесных функций; поэтому исследования в этом направлении были продолжены на МКС до 2019 года. Оценка результатов работы «Термолаба» продолжается и сейчас, но уже планируется разработка новой, улучшенной системы, которая после испытаний на МКС, вероятно, найдет свой путь к Луне – Gateway. Можно сказать, что я, таким образом, «вернусь» на Луну.

Во всех переездах за прошедшие годы меня сопровождал и сопровождает отцовский письменный стол. Синие пятна чернил, пролитых из авторучки, до сих пор видны на ясеневой столешнице. Теперь за этим столом пишутся не проповеди, а научные доклады, статьи и лекции. Это очевидно, что обе профессии – пастора и преподавателя высшего учебного заведения – имеют много общего. Поиск знания и сомнение можно и даже должно рассматривать как цементирующее ядро просветительского мышления, но их же можно считать и ядром протестантского просвещения. Поиск и сомнение призваны улучшить человеческую жизнь, но цель эта в конечном счете недостижима. Дело в том, что мы, люди, никогда не будем «готовы». Мы безостановочно развиваемся, поскольку эволюция – это нескончаемый процесс, правда, заканчивающийся смертью, – процесс, начавшийся задолго до возникновения жизни. В этом смысле эволюция охватывает не только описанное Чарльзом Дарвином «Происхождение видов», нет, она начинается задолго до этого, с так называемого Большого взрыва, как возникновение и развитие нашей Вселенной. Это может звучать туманно, но жизнь возникла совершенно в особых «галактических» условиях, и наследие этого процесса мы носим в себе. До сих пор этому уделяют мало внимания, когда речь идет о нашем здоровье и благополучии. Для того чтобы понять жизнь и человека, желательно сначала бросить взгляд на давно прошедшие, «безжизненные» времена – на наше космическое происхождение.

Большой взрыв, или Вселенная внутри нас

Из космоса в музей естествознания

Какое отношение человеческий организм и его функциональные системы имеют к возникновению Вселенной, которая развивалась и развертывалась за миллиарды лет до того, как человек впервые выступил на сцену естественной истории? Из каких основных веществ состоит жизнь? Какую роль в ней играет Луна? И почему физиолог интересуется началом времени и пространства, а оказывается, в конце концов, в Берлинском музее естествознания, перед скелетом брахиозавра?

Во времена моей юности я не только копался в земле, разбивая бесчисленные кубометры окаменевших отложений, но и смотрел в небо. После окончания курса геологии я смог объединить эти два увлечения, начав – в известном смысле – копаться в недрах обратной стороны Луны. Когда же я приступил к изучению медицины, в центре моего внимания оказалась человеческая природа – результат развития, продолжавшегося миллионы лет и по существу начавшегося задолго до «становления человека». При этом сблизились мои на первый взгляд столь различные сферы интересов. Только так, только в такой связи, и это мое глубокое убеждение, сможем мы разрешить загадку, связанную с пределами физических возможностей человека. Если мы состоим из тех же «веществ», что и наша планета, да и вся Вселенная, то, вредя природе, мы причиняем вред и самим себе. Именно это с нарастающей быстротой происходит в течение последних десятилетий. Надо во что бы то ни стало в самое кратчайшее время остановить этот процесс, угрожающий формировавшимся в течение миллиардов лет основам жизни.

Мы – часть барионной материи. Что это такое? Организм человека состоит из 76 химических элементов. Откуда они взялись? Насколько отличается состав наших тел от состава окружающей нас космической материи? Какие физические и химические предпосылки делают возможной жизнь на нашей планете или, наоборот, угрожают существованию жизни? В том, что касается частотного распределения элементов, наш организм, конечно, отличается от космоса. С атомистической точки зрения большую часть массы нашего тела составляет кислород. С химической точки зрения главное вещество организма – вода. У взрослого мужчины это соединение водорода и кислорода составляет 60 % массы тела, у новорожденного – 75, а у пожилых людей значительно меньше 60 %. Основные строительные блоки, из которых мы состоим, возникли в результате космических катастроф.

Давайте же в связи с этим вкратце рассмотрим развитие космоса, планетной системы, Земли и эволюцию жизни. С тех пор как я в юности рылся на дне долины близ Хаарштранга в верхнемеловых пластах, на эту тему появился целый рад новых данных, и некоторые из открытых феноменов до сих пор влияют на нашу физиологию. Тогда, в каменоломне близ Кливе, в шестидесятых годах, я рассказывал директору, что возраст окаменелостей верхнемелового периода составляет около 80 млн лет, возраст Земли – около 4,5 млрд лет, а возраст Вселенной достигает 9 млрд лет. Во взглядах на первые две оценки за прошедшие годы почти ничего не изменилось, но вот возраст Вселенной сейчас оценивают приблизительно в 13,8 млрд лет – если считать от момента Большого взрыва: именно тогда возникла известная нам материя, то есть упомянутая выше «барионная материя». Понятие «барионная материя» происходит от греческого слова βαρύς (барис), «тяжелый» или «весомый», а в научный обиход этот термин был введен космологами. Он помогает им описывать различные формы энергии во Вселенной. Барионная материя состоит из кварков и лептонов, которые, в свою очередь, состоят из мезонов и барионов, а возможно, и каких-то других частиц. Мы коротко остановимся на этом потому, что, во-первых, именно эту материю мы количественно и качественно изучаем самыми тонкими методами, чтобы понять ее поведение и структуру в различных химических и физических условиях, а во-вторых, мы и сами составляем крошечную, хотя и весьма специфическую часть этой материи во Вселенной. Согласно расчетам космологов, астрофизиков и астрономов, эта барионная материя составляет всего около 4 % всей Вселенной. Остальные 96 % (!) Вселенной – это приблизительно 73 % темной энергии (dark energy) и 23 % темной материи (dark matter). Как физиолог, я представляю себе это так: я знаю 4 % всей системы «тела» и на этом шатком основании должен делать выводы о функциях целостного организма и об их регуляции. Астрофизики и космологи – люди более смелые, но, возможно, так и должно быть. Биологам приходится труднее, потому что жизнь и ее феномены часто не поддаются физико-математическому моделированию, хотя иногда в некоторых областях их возможно описать и количественно.

Остается открытым один вопрос: откуда взялись химические элементы и как это отразилось на их распределении в космосе и в человеческом организме? Уже через три минуты после Большого взрыва во Вселенной образовались первые элементы, из которых состоит и наш организм, например водород. За ним последовали другие элементы периодической таблицы, такие как гелий или литий. Барионная материя на 99,8 % состоит из водорода (92,9 %) и гелия (6,9 %). Остальные 118 элементов периодической таблицы составляют, следовательно, всего 0,2 % всей материи Вселенной. Приблизительно через 10 000 лет после Большого взрыва материя и энергия были распределены во Вселенной почти равномерно. Незначительные различия в распределении материи приблизительно через 300 000 лет после Большого взрыва под влиянием гравитации привели к образованию первых звезд. Сегодня эти первые звезды обнаруживаются на окраинах Вселенной как квазары; их возраст оценивают в 13,6 млрд лет. В период между 3 и 5 млрд лет после Большого взрыва образовались между тем первые из около миллиарда галактик. В образовании этих систем важную роль сыграли небольшие различия в плотности и воздействие силы тяжести. Мы можем сегодня наблюдать эту разницу в распределении плотности внутри нашей Вселенной, поскольку она приводит к различиям в температуре разных ее частей. Эти различия невелики – всего 0,0002°C, но обнаружить их стало возможно благодаря применению высокочувствительных приборов.

Одна из этого миллиарда галактик – наш Млечный Путь, спиральная галактика. В центре ее находится черная дыра. В области этой черной дыры сила тяжести так велика, что обойти центр галактики не может даже свет. Для нашего краткого обзора важно, что решающую роль для возникновения и развития жизни на Земле сыграло то обстоятельство, что наше Солнце и его планетная система расположены в особой части галактики. Мы находимся – к нашему великому счастью – в 26 000 световых лет от центра галактики, при этом надо помнить, что световой год соответствует приблизительно 10 млрд км – расстоянию, которое свет проходит в течение одного года. Таким образом, мы пребываем на достаточно большом удалении от черной дыры в центре Млечного Пути с его невероятно мощным радиоактивным излучением, которое делает невозможной жизнь в том виде, в каком мы ее знаем. Наше Солнце находится ближе к периферии Млечного Пути в области, называемой рукавом Ориона, то есть в «пригодной для обитания» зоне галактики. Один оборот вокруг своей оси Галактика делает медленно, очень медленно – за 225–250 млн лет. Астрономы называют этот период обращения космическим или галактическим годом. Млечный Путь представляет собой спиральную галактику средней величины; диаметр ее составляет около 100 000 световых лет, а сама она насчитывает около 200 млрд неподвижных звезд.

Неподвижная звезда с размерами нашего Солнца производит энергию за счет реакций ядерного синтеза; при этом каждую секунду 600 млн тонн водорода превращаются в 596 млн тонн гелия. Недостающие 4 млн тонн выделяются в форме излучения свободной энергии. Большая потеря солнечной массы в секунду может на первый взгляд показаться тревожной, но при размерах Солнца за 4,6 млрд лет с начала образования нашей планетной системы это привело к потере всего одной тысячной его массы. Если же наш космический обогреватель выключится, то в течение одного дня глобальная температура на Земле снизится до 0 °C, в течение 10 дней до –70 °C, а через год мы начнем мерзнуть при температуре –269 °C, то есть при температуре, близкой к абсолютному нулю (–273,15 °C). Можно себе представить, что было бы, имей Солнце на 50 % большую массу. Тогда наша Земля с самого начала находилась бы в среде с намного более высокой температурой. Кроме того, более высокая скорость синтеза гелия из водорода привела бы к тому, что у Солнца оказалась бы существенно короче продолжительность жизни. Солнце горело бы ярче, как свеча на ветру, но запасы водорода истощились бы уже через 2 млрд лет, и эволюция жизни на Земле – если бы жизнь вообще возникла – остановилась бы на полпути.

Наши древние предки, очевидно, интуитивно сознавали значение Солнца, о чем говорит большое число солнечных божеств в разных культурах и религиях мира. Есть веские основания немного зорче присмотреться с наших современных позиций к этому космическому обогревателю и его физике, поскольку Солнце играет основополагающую роль как в возникновении и эволюции жизни, так и в непосредственном поддержании нашего нынешнего благополучия. Здесь необходимо понимать, что Солнце излучает частицы разных типов. Для начала надо различать солнечное излучение и солнечный ветер, излучение частиц. Солнечное излучение – это часть электромагнитного спектра Солнца, возникающая за счет излучения тепла с раскаленной поверхности нашего светила. Солнечное излучение обладает наибольшей интенсивностью в области видимого света (солнечного света), но содержит также частично рентгеновское и инфракрасное излучение. В зависимости от длин волн солнечное излучение в большей или меньшей степени поглощается земной атмосферой. Интенсивность достигающего поверхности Земли излучения, кроме того, зависит от погоды и положения Солнца. Солнечному излучению требуется около 100 000 лет для того, чтобы из солнечного ядра, где происходят процессы ядерного синтеза, достичь поверхности Солнца. Эта задержка обусловлена тем, что излучение по пути наружу постоянно сталкивается с другими атомными ядрами, что приводит к отклонению и отбрасыванию излучения и к торможению скорости его распространения внутри Солнца. После того как излучение достигает поверхности нашей звезды, ему требуется еще восемь минут для того, чтобы дойти до Земли.

Что именно происходит, когда это излучение сталкивается с относительно холодной (около 3000 °C) поверхностью Солнца, с разогретой до миллионов градусов солнечной короной и с чрезвычайно сильным магнитным полем, – предмет проводимых в настоящее время исследований. В буквальном смысле пролить свет на этот темный вопрос должны космические корабли Solar Orbiter Европейского космического агентства и космический зонд НАСА Parker Solar Probe. Эти зонды должны среди прочего прояснить, какие факторы влияют на «космическую погоду». Всем известно, что такое плохая погода, но что это за зверь – «космическая погода»? О ней не сообщают в конце выпуска новостей. В «космической погоде», как выяснилось, центральную роль играют солнечные ветры. При этом речь идет об электрически заряженных частицах газа, движущихся от Солнца с большой скоростью. Причина возникновения ветра заключается в протуберанцах солнечной короны и вспышках на Солнце, которые в определенной степени напоминают извержения земных вулканов. С точки зрения астрофизики солнечный ветер – составная часть космического излучения, но излучения не электромагнитного; он представляет собой поток частиц. Солнечный ветер состоит преимущественно из электрически заряженных, ионизированных атомов водорода (то есть из протонов и электронов), а также из небольшого количества (8 %) атомных ядер гелия. Помимо этого, в нем содержатся следы ионизированных атомных ядер таких элементов, как углерод, азот, кислород, сера и железо.

Вспышки и протуберанцы могут оказывать прямое и опосредованное влияние на организм человека. Почему? Эти явления воздействуют на магнитное поле Земли, которое действует как защитный экран от солнечного излучения, космического излучения и потока частиц солнечного ветра. Суммарная мощность электромагнитного излучения Солнца, солнечная постоянная, которую можно измерить за пределами земной атмосферы, составляет 1367 Вт/м2. То, что происходит на Земле под действием излучения такой мощности, зависит от эксцентриситета земной орбиты, а также от поглощения и рассеяния излучения в земной атмосфере. Рассеяние и поглощение в большой степени, в свою очередь, зависят от длин волн излучения; известно же, что солнечный свет содержит волны с разными длинами и лучи разных цветов легко выявляются при расщеплении света призмой или при возникновении радуги. Почти половина излучения, достигающего Земли и видимого человеческим глазом, имеет длину волны от 400 нм до 780 нм. Излучение этого диапазона при ясной погоде и при высоком положении Солнца летом в полдень почти беспрепятственно достигает поверхности нашей планеты. Ультрафиолетовое (УФ) излучение в диапазоне длин волн от 100 до 400 нм невидимо глазу. Оно составляет менее 10 % общего излучения, но представляет собой энергетически наиболее мощную часть оптического излучения. УФ-излучение подразделяется в зависимости от длины волны на УФ-А, УФ-B и УФ-C-излучение. УФ-A в значительной степени проникает сквозь земную атмосферу. Его ослабляют столкновения с молекулами азота и кислорода в атмосфере в результате так называемого рассеяния Рэлея. Это рассеяние обусловливает столь любимый нами голубой цвет неба, потому что атмосфера легче всего пропускает волны синей части спектра. УФ-B-излучение сильно поглощается озоновым слоем атмосферы, УФ-C – озоновым слоем и молекулами кислорода в атмосфере. Если солнечные лучи падают косо, то они распределяются на большей площади поверхности Земли и проходят большее расстояние в атмосфере, что уменьшает силу излучения. Благодаря этому факту высокий уровень излучения держится круглый год в области экватора, так как там солнечные лучи падают на поверхность Земли почти отвесно. Времена года поэтому в тропиках практически отсутствуют, климатические условия меняются только вследствие смены дня и ночи – так называемый суточный климат. В более северных и южных широтах, напротив, благодаря более острому углу падения солнечных лучей и изменению склонения Солнца к полюсу на фоне изменения долготы дня времена года характеризуются весьма значительной разницей. Поэтому в Центральной Европе у нас летом есть 16-часовой световой день, а при хорошей погоде мощность излучения составляет около 700 Вт/м2; зимой же при восьмичасовом световом дне она снижается до 247 Вт/м2.

Если, например, будет разрушен озоновый слой атмосферы, пребывание на улице станет рискованным, потому что в летнее время он поглощает большую часть ультрафиолетового излучения Солнца. Печально известные солнечные ожоги будут развиваться вследствие повышенной проницаемости атмосферы для этой части излучения или от того, что даже небольшое время нахождения на солнце станет слишком долгим. В ALMA я убедился в этом на собственном горьком опыте. ALMA – это парк с 64 радиотелескопами на севере Чили, недалеко от границы с Боливией. Расположен парк на плато, на высоте 5000 м. Круглый год там стоит сухая, безоблачная погода, что, конечно, очень хорошо для радиотелескопов. Для человека, однако, эта высота, экстремальная сухость и избыток ультрафиолетового излучения создает большие трудности. Менее 10 минут пребывания на солнце на такой высоте достаточно для европейца, чтобы получить солнечный ожог на открытых частях кожи, в чем я убедился сам. Повсюду стояли светофоры, но они не регулировали движение – белый, зеленый и красный свет предупреждали об уровне ультрафиолетового излучения. Все время моего многодневного пребывания в ALMA, где я проводил медицинское обследование персонала, на светофорах в течение дня всегда горел красный свет – высшая степень опасности.

Земная атмосфера простирается до высоты около 100 км. При этом надо отчетливо понимать, что защитный слой для всего озона в атмосфере имеет толщину всего 3 мм (!) – это толщина нескольких страниц этой книги. 90 % этого озона находится в стратосфере, на высоте от 15 до 50 км. Здесь УФ-C-излучение, обладающее самой высокой энергией, превращает молекулы кислорода (O₂) в молекулы озона (O₃). Нам следует проявить подлинный интерес к тому, чтобы этот озоновый слой оставался действенным и не разрушался от антропогенных воздействий. Потенциально опасны для озонового слоя галогенизированные углеводороды, в большом количестве производимые человеком. Галогенизированными называются такие углеводороды, в которых по меньшей мере один атом водорода замещен галогеном – фтором, хлором, бромом или йодом. Эти соединения применяются в качестве моторного топлива или средств охлаждения, а также выделяются при производстве изоляционных материалов для холодильников или морозильных шкафов. Когда галогенированные углеводороды ускользают в атмосферу, они могут через несколько лет достичь стратосферы. Сначала они безвредны для озонового слоя, но под действием мощного ультрафиолетового излучения они превращаются в реакционноспособные газы, которые затем разрушают озоновый слой.

Протуберанцы солнечной короны также могут оказывать на людей прямое и опосредованное влияние. При этих мощных выбросах в виде огромных пузырей из Солнца выталкиваются миллиарды тонн солнечного вещества, которые устремляются в межпланетное пространство со скоростью до 2000 км в секунду. Эти потоки состоят преимущественно из высокоэнергетических протонов, электронов и полностью ионизированных атомов. Когда такой поток частиц наталкивается на магнитное поле Земли, он вызывает не только чудесное северное сияние, но может при определенных условиях вызвать поломку искусственных спутников, нарушения в системах телекоммуникаций, нарушить навигацию судов и летательных аппаратов и даже привести к повреждению в линиях электропередачи. Событие Каррингтона, имевшее место в 1859 году, могло бы сегодня оказать поистине катастрофическое действие на наш сетевой мир. В том году астроном К. Каррингтон наблюдал величайший в истории протуберанец с гигантским выбросом солнечной материи. Эта вспышка была так сильна, что полярное сияние было зафиксировано в Риме, Гаване и на Гавайях, хотя обычно оно бывает только в высоких широтах. Произошло также отключение телеграфных сетей. Сегодня такой протуберанец мог бы поставить на грань смертельного риска астронавтов, находящихся вне защитной атмосферы, например на МКС, а в будущем на Луне или на Марсе. Поток ускоренных высокоэнергетических частиц может повредить материал наследственности, ДНК и привести к развитию рака.

С точки зрения космологии Солнце достигло своего зрелого возраста, а то, что будет с нашей звездой дальше, космологи и астрономы знают достаточно хорошо из сравнения с другими неподвижными звездами. При данных размерах Солнца запасов его водорода хватит для процессов ядерного синтеза приблизительно на 5 млрд лет. Дальнейшие события представляются довольно мрачными для жизни и существования людей на Земле. Дело в том, что в результате реакций ядерного синтеза Солнце понемногу теряет массу. В дальней перспективе это приведет к уменьшению силы тяжести, что повлечет за собой расширение Солнца. Солнце развивается; в будущем оно вырастет до размеров красного гиганта, границы которого достигнут орбит обращения Меркурия и Венеры, то есть Солнце «поглотит» эти планеты, а возможно, и Землю. Но задолго до этого наша планета станет необитаемой; моря испарятся, и вся поверхность Земли обратится в пустыню; она станет голой и раскаленной – и абсолютно непригодной для жизни. В конце концов, красный гигант взрывоподобно сбросит окружающую его водородную оболочку. Остаток звезды под действием силы тяжести схлопнется и образуется белый карлик, который после остывания станет черным карликом; гипотетически – это финальная стадия эволюции звезды. Внешняя температура упадет так низко, что Солнце перестанет излучать инфракрасные и видимые лучи.

Как и Луна, Земля была в самом начале полностью расплавленной. В ядре Земли сконцентрировались такие тяжелые элементы, как железо и никель, – они до сих пор пребывают в жидком состоянии, поскольку температура в ядре Земли достигает приблизительно 5000°. Также и земная мантия до сих пор имеет такую высокую температуру, что каменные породы в ней имеют жидкую консистенцию лавы. Скопления воды на доисторической Земле были поэтому тоже очень горячими. В течение сотен миллионов лет наша планета медленно остывала. Образовалась океаническая и континентальная земная кора, состоящая преимущественно из таких элементов, как кремний, магний и алюминий, при этом океаническая кора богаче магнием, а континентальная – алюминием. Океаны образовались, когда температура земной поверхности снизилась настолько, что вода перестала испаряться сразу после соприкосновения с раскаленными породами. При этом вода земных океанов имеет неземное происхождение. Появление воды было обусловлено, так же как и в случае «лунных морей», столкновениями с глыбами пыли и льда во время так называемой большой бомбардировки, которая имела место 3,9 млрд лет назад. Кажется странным, что 60 % воды нашего организма имеет такое космическое происхождение. Помимо этих столкновений особая система «Земля – Луна» оказала также решающее влияние на развитие земной жизни. Земля, в отличие от других планет Солнечной системы, имеет относительно большой спутник – Луну. Значение этой системы «Земля – Луна» не столь очевидно, и поэтому его редко правильно оценивают. Сегодня планетологи исходят из того, что Луна возникла в результате гигантского столкновения протоземли с похожим на Марс космическим объектом на раннем этапе развития Солнечной системы. Эта теория, среди прочего, может объяснить, почему Земля обладает относительно большим железным ядром, а Луна – малым. В ходе столкновения, как полагают планетологи, железный материал лунного ядра отложился в земное ядро, так сказать, инъецировал его; одновременно при столкновении земная кора, отделившись от протоземли, стала обращаться вокруг нее. Этот материал из горных пород обращался вокруг протоземли, затвердевал и в конце концов превратился в нашу Луну.

Образование Луны и ее гравитационного поля привело к стабилизации положения земной оси, к возникновению приливов и отливов в морях и к смене времен года в северных и южных широтах. Эта гипотеза развития системы «Земля – Луна» позволяет изящно объяснить наблюдаемое сходство обнаруживаемых на Земле и Луне изотопов кислорода и другие геохимические особенности, такие как, например, малое количество летучих веществ, которые под влиянием высоких температур в виде газов выделяются из исходного материала. В ходе столкновения Луна, кроме того, получила значительный импульс силы, приведший ее в движение. В наше время Луна обращается вокруг Земли приблизительно за 28 дней. Этому астрономическому факту мы обязаны этимологическим подарком – отрезок времени, соответствующий этой продолжительности, во множестве языков этимологически связан с обозначением Луны (месяц, Monat, month). В ранней фазе развития системы «Земля – Луна» скорость обращения была существенно выше, Луна была намного ближе к Земле, и это обстоятельство обусловливало гораздо более мощные приливы в первобытных океанах. Согласно некоторым подсчетам, 4 млрд лет назад Луна была на 150 000 км ближе к Земле, чем сейчас, и благодаря большой силе притяжения удалялась от Земли очень медленно – приблизительно на 2 см в год. Сейчас скорость удаления Луны от Земли составляет около 3,8 см в год, то есть почти удвоилась. Приливные силы замедляют вращение Земли. Одновременно термодинамические восходящие и нисходящие потоки в массивном жидком железном ядре Земли привели к образованию сильного магнитного поля. Это мощное магнитное поле и обширнейшие водные массы защитили феномены ранней жизни от губительного воздействия ультрафиолетового излучения.

В наши дни вода занимает две трети земной поверхности или 361 млн км2; общая площадь земной поверхности составляет 510 млн км2. Оставшаяся треть представлена континентальной сушей. В раннюю фазу развития Земли, 4,5 млрд лет назад, поверхность Земли была слишком горячей для того, чтобы на ней удерживалась жидкая вода. Потребовалось приблизительно 200–600 млн лет, чтобы земная кора остыла достаточно и вода перестала с нее испаряться. Вопреки ранним гипотезам о том, что вода возникла из земной коры, новейшие теории утверждают, что она была принесена на Землю кометами из пояса Койпера или облака Оорта. Пояс Койпера начинается за орбитой Нептуна. Этот пояс простирается на 40–500 астрономических единиц (1 астрономическая единица равна 150 млн км или расстоянию от Земли до Солнца). Кометы пояса Койпера движутся на расстоянии от 6 до 50 млрд км от Солнца, иногда – по очень вытянутым эллиптическим орбитам; периоды обращения этих комет исчисляются годами, а иногда и тысячелетиями. Еще в большей степени изобилует кометами облако Оорта, которое окружает нашу Солнечную систему. Это облако представляет собой скопление астрономических объектов в самой внешней области Солнечной системы, на расстоянии до 12 млн км от Солнца. Время от времени астрономические объекты вырываются из облака Оорта, вероятно, потому что другие объекты своей гравитацией нарушают их движение по орбитам. В этом случае, подчиняясь силе притяжения Солнца, они пересекают пояс Койпера и нашу планетную систему с ее поясом астероидов. На своем долгом пути к центральной звезде кометы отклоняются от него гравитационными силами планет или сталкиваются с ними. Эти столкновения отличаются невероятной силой, поскольку объекты на долгом пути к Солнцу движутся с нарастающим ускорением и достигают скорости до 200 000 км в час. Согласно второму закону Ньютона, сила равна массе, умноженной на ускорение. Притом, что такой объект весит много сотен тысяч тонн, невозможно даже вообразить себе, какая энергия высвобождается при резком торможении объекта, если он сталкивается с планетой.

Некоторые геологи и палеонтологи обнаружили признаки того, что на Земле каждые 26 млн лет происходит гибель фауны и флоры; на основании этого факта они выдвинули теорию Немезиды. Согласно этой теории, у Солнца должен быть некий сестринский объект, коричневый карлик. Коричневый карлик – это небесное тело, занимающее промежуточное место между звездами и планетами. Имея массу меньше 75 масс Юпитера, этот карлик не в состоянии запустить в своих недрах процессы термоядерного синтеза и слияния ядер водорода. Согласно теории Немезиды, такой темный коричневый карлик, двигаясь по своей вытянутой эллиптической орбите, каждые 26 млн лет пересекает облако Оорта и в ходе этого пересечения возмущает орбиты находящихся там комет. Так как, согласно новейшим статистическим расчетам, в облаке Оорта находятся миллиарды комет, некоторые из них могут сойти со своих орбит и направиться во внутреннюю область нашей планетной системы; происходит это через относительно регулярно повторяющиеся отрезки времени, равные 26 млн лет. Каждый раз это приводит к катастрофическим последствиям для нашей фауны и флоры. Таковы основные положения этой гипотезы.

Так как эти кометы почти на 90 % состоят из воды, то некоторые ученые связывают с кометами образование океанов в ранней фазе формирования Земли. Спектрографические исследования, выполненные с помощью телескопа Гершеля, позволяют предположить, что вода комет пояса Койпера имеет такой же изотопный состав, что и вода нашего Мирового океана. Естественно, есть и наблюдения, противоречащие этим взглядам и делающие чисто кометное происхождение воды маловероятным. Измерение изотопного состава водорода в кометах Галлея, Хякутаке и Хэйла-Боппа показало, что отношение дейтерия к протию в них приблизительно вдвое выше, чем в водах земного Мирового океана. Измерения, выполненные в декабре 2014 года космическим зондом «Розетта», который проанализировал состав водяного пара вблизи кометы Чурюмова – Герасименко, показали практически полное несоответствие с составом земной воды.

Согласно альтернативной теории, источник земной воды – пояс астероидов, то есть вращающиеся в его составе протопланеты. Анализ водяных включений в угольных хондритах, характеризующихся высоким содержанием углерода, показал, что изотопный состав этой воды сравним с составом океанической воды. Исследования, проведенные в 2019 году, позволяют сделать вывод о том, что вода попала на Землю при ее столкновении с протопланетой Тейя 4 млрд лет назад; эта вода – транснептунный объект. Таким образом, возникает очень интересная идея о том, что и вода нашего организма имеет транснептунное происхождение. Как мы увидим дальше, эволюция должна была протекать таким образом, чтобы эта транснептунная вода была всегда доступна нашим организмам в достаточном количестве. Во многих отношениях эта доступность воды сыграла центральную роль в развитии жизни на Земле, которое мы сейчас и рассмотрим.

Для ранних этапов развития наиболее важной была доступность жидкой воды и таких химических элементов, как углерод, водород, азот, сера и фосфор, которые, как уже упоминалось, возникли в результате катастрофических событий во Вселенной. Согласно новейшим расчетам, общее число живущих эукариотических видов, то есть видов, клетки которых обладают истинным ядром, окруженным двойной мембраной, достигает приблизительно 9 млн, из которых описаны только 1,25 млн, а это означает, что, предположительно, около 86 % сухопутных видов и 91 % водных организмов до сих пор не описаны, то есть неизвестны. Подавляющее большинство видов представлено насекомыми. Среди позвоночных животных описано около 70 000 видов, причем они отличаются большой вариативностью плана строения. Так, например, самое мелкое позвоночное животное, Paedophryne amanuensis из семейства лягушек, имеет длину 8 мм и весит несколько граммов, а самое крупное позвоночное – это синий кит, длина которого достигает 30 м, а вес 100 млн г (100 т). Среди позвоночных по числу видов на первом месте стоят рыбы.

При этом живущие сегодня виды составляют лишь ничтожную часть видов, живших на Земле в ходе исторического развития, – приблизительно 0,1 %! 99,9 % всех когда-либо появившихся видов вымерли; некоторые вымирали медленно, на протяжении миллионов лет, другие вымирали массово и быстро. Первое великое массовое вымирание видов, предположительно, имело место около 2,5 млрд лет назад, когда первоначально восстановительная атмосфера Земли, в которой не было кислорода, превратилась в результате накопления в ней кислорода в атмосферу окисляющую. К этому моменту истории Земли, как показывают многочисленные геологические данные, наша планета была полностью обледеневшей: «Земля-снежок». Это наблюдение было сделано в середине XX века знаменитым исследователем Арктики и геологом Дугласом Моусоном (1882–1958).

Это тотальное обледенение Земли продолжалось около 30 млн лет. После этого ледники начали отступать из экваториальных областей. В течение последующих 1,8 млрд лет Земля по большей части освободилась из ледяного плена. Приблизительно 800 млн лет назад расположенный на экваторе первоконтинент Родиния раскололся; начался период интенсивной вулканической активности; это явление геологи называют событием Франклина. В результате в атмосферу было выброшено огромное количество сернистых газов. Эти газы вступали в соединение с пылевыми и жидкими частицами, образуя аэрозоли, которые прикрывали атмосферу от солнечного излучения. Климат на изначально цельном континенте Родиния был сухим, потому что большая часть суши находилась на большом удалении от побережья; теперь, однако, с увеличением объема осадков, отдельные области приобрели более морской климат. Это привело к усилению эрозии суши, и обнажившиеся в результате выветривания силикаты могли теперь связывать углекислый газ, который был в изобилии доступен в атмосфере в результате вулканической активности. Оба фактора способствовали глобальному снижению температуры. Так, например, средняя глобальная температура поверхности Земли 750 млн лет назад всего за 500 000 лет снизилась с +15°C до –50°C, и ледник начал стремительно (по геологическим меркам) наступать с полюсов в направлении экватора. Началась мариноанская (протерозойская) фаза тотального оледенения; в области полюсов Земля покрылась ледяным панцирем толщиной в 3, а в области экватора – в 1,3 км. Это оледенение затормозило дальнейшее развитие на Земле на 10 млн лет. Компьютерные вычисления канадских ученых позволили предположить, что, когда ледники преодолели широту в 30°, то в течение 150 лет замерзли оставшиеся, еще свободные ото льда области вдоль экватора. События такого рода называют tipping points, переломными моментами, по достижении которых процесс внезапно начинает усиливаться самопроизвольно. Этот переломный момент возник благодаря тому, что с оледенением всей Земли усилилось отражение света от белой поверхности льда; возник так называемый альбедо-эффект. Это в течение короткого времени привело к экспоненциальному увеличению потерь тепла земной поверхностью.

Естественно, тут же возникает вопрос: как Земля – почти полностью замерзшая – смогла 635 миллионов лет назад освободиться от ледяного панциря? Следует указать на интенсивную вулканическую активность, которая оказала на климат действие двоякого рода. Прежде всего большое значение имели сульфатные частицы, которые в течение нескольких месяцев после извержения образуются в атмосфере из вулканических газов. Эти сульфатные частицы поглощают и рассеивают часто солнечные лучи. Это приводит к разогреванию в стратосфере, но одновременно задерживает часть солнечных лучей. Тем самым земной поверхности достигает меньше лучей, что приводит к еще большему охлаждению. Мощные, взрывоподобные извержения вулканов сами по себе оказывают сильное влияние на климат. При этом в атмосферу на высоту 10–50 км выбрасывается пепел, достигающий стратосферы; иногда пепел достигает даже мезосферы, как это, предположительно, было при извержении вулкана Тамбора в 1815 году, сильнейшем извержении за последние несколько столетий. Когда в 1991 году произошло извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах, а это было намного менее мощное извержение, глобальная температура на несколько лет снизилась на пару десятых градуса.

Но при этом запускается и другой процесс. Если вулканическая активность – по геологическим временным меркам – остается на высоком уровне, то, согласно наблюдениям палеоклиматологов, после «вулканической зимы» наступает в типичных случаях более сильное глобальное потепление климата. Причина кроется в одновременном выбросе таких тепличных газов, как углекислый газ и в особенности метан. Надо при этом заметить следующее: то, что человек сейчас делает, сжигая ископаемое топливо и леса, приводит к высвобождению в атмосферу углекислого газа в количествах, многократно превышающих его количество, выбрасываемое в атмосферу вулканами; вклад вулканов в общий объем углекислого газа в атмосфере составил в 2018 году менее процента. Таким образом, то, что творит сейчас человечество, – образно говоря – гигантская антропогенная вулканическая активность со всеми ее последствиями для глобального климата. Естественная история Земли наглядно показывает нам, какое влияние эти эффекты оказали на развитие форм жизни на нашей планете. На границе докембрия и кембрия более 600 млн лет назад возросшая вулканическая активность привела сначала, как и следовало ожидать, к дальнейшему снижению средней глобальной температуры. Но в конечном счете температура стала повышаться, что привело к отступлению оледенения и к взрывоподобному возникновению самых разнообразных биологических организмов. Последующее снижение температуры вызвало первое глобальное массовое вымирание организмов в более поздней истории Земли, за ним последовали и другие. Известно по меньшей мере пять таких массовых вымираний. Некоторые ученые видят в нынешнем ускоряющемся вымирании первый признак начала нового, шестого массового вымирания, движущая сила которого на этот раз – сам человек. В истории Земли такие события в течение коротких периодов (по геологическим масштабам) уничтожали бесчисленное множество видов. Самое массивное из известных вымираний в истории Земли произошло в пермском периоде, около 250 млн лет назад. В ходе этого массового вымирания погибло 96 % всех обитателей моря и более трех четвертей видов, обитавших на суше. По статистике, подобные события случаются каждые 200–600 млн лет. Если принять эту величину за масштаб, то массовое вымирание в настоящее время выглядит несколько преждевременным.

В среднем в настоящее время каждые 15 минут исчезает один вид. Таким образом, за один год исчезают 60 000 видов. Для выживания эукариотических организмов, то есть организмов, клетки которых имеют истинное ядро, существенное значение имеют умеренные условия окружающей среды. Простые организмы, такие как прокариоты, одноклеточные существа, лишенные ядер и клеточных стенок, такие как бактерии и археи, возникшие в самом начале истории развития Земли, напротив, встречаются сегодня в местах с экстремальными условиями – в термальных источниках, в водоемах с высоким содержанием солей, а также в областях с повышенным ультрафиолетовым облучением, например в условиях высокогорья. Археи – вместе с бактериями и эукариотами – составляют три домена жизни. В настоящее время известно около 700 видов прокариот, из которых некоторые способны переносить в горячих источниках температуру выше 110 °C. Часть этих организмов характеризуется весьма экзотическими путями обмена веществ; эти существа живут в таких местах, куда не проникает солнечный свет, а следовательно, невозможен фотосинтез, как, например, в глубинах океана. Поставщиками энергии там служат восходящие горячие потоки сероводорода, который и служит источником энергии для биохимических процессов. Такие факты говорят о том, что жизнь на Земле зародилась 3,6 млрд лет назад именно в таких местах. Термальные источники обеспечивают условия для преобразований трех первых молекул, необходимых для возникновения органической жизни: углерод, воду и энергию.