/
Текст
ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ
АВГУСТ 2023
о
° о V*
0<, V л*
О
о О
О
о
\л}' *
ДОМАШНЯЯ
ЛАБОРАТОРИЯ
Научно-практический
и образовательный
интернет-журнал
Адрес редакции:
homelab@gmx.us
Статьи для журнала направ-
лять, указывая в теме пись-
ма «For journal».
Журнал содержит материалы
найденные в Интернет или
написанные для Интернет.
Журнал является полностью
некоммерческим. Никакие го-
норары авторам статей не
выплачиваются и никакие оп-
латы за рекламу не принима-
ются.
Явные рекламные объявления
не принимаются, но скрытая
реклама, содержащаяся в
статьях, допускается и даже
приветствуется.
Редакция занимается только
оформительской деятельно-
стью и никакой ответствен-
ности за содержание статей
не несет.
Статьи редактируются, но
орфография статей является
делом их авторов.
При использовании материа-
лов этого журнала, ссылка
на него не является обяза-
тельной, но желательной.
Никакие претензии за не-
вольный ущерб авторам, за-
имствованных в Интернет
статей и произведений, не
принимаются. Произведенный
ущерб считается компенсиро-
ванным рекламой авторов и
их произведений.
По всем спорным вопросам следу-
ет обращаться лично в соответ-
ствующие учреждения провинции
Свободное государство (ЮАР).
При себе иметь, заверенные ме-
стным нотариусом, копии всех
необходимых документов на афри-
каанс, в том числе, свидетель-
ства о рождении, диплома об
образовании, справки с места
жительства, справки о здоровье
и справки об авторских правах
(в 2-х экземплярах).
Nft
ЩжШ П-П
- - ^
СОДЕРЖАНИЕ
История хромосом (окончание)
Начала органической химии
Статистика в аналитической химии
Август 2023
История
Ликбез
107
125
Химичка
Аналитическая химия металлов 147
Некоторые методы органической химии 176
Практикум по неорганическим синтезам (окончание) 196
Подключение дисплея к одноплатнику
Десятичный счетчик-дешифратор К561ИЕ8
Лаборатория на чипе
Адсорбционный холодильник
Технология покрытий (окончание)
Электролитно-плазменная обработка
Эгоистичный ген (окончание)
Репликант-13
Генная инженерия
Цветная неорганика
Слово о биохакерах
Электроника
213
229
Техника
236
245
Технологии
261
302
Мышление
306
Литпортал
403
Разное
499
524
562
НА ОБЛОЖКЕ
Рисунок к публикации «Генная инженерия».
История
ИСТОРИЯ ХРОМОСОМ
Мэтт Ридли
Хромосома 11.
Индивидуальность
Мы легко можем отличать расы людей по многим признакам: цвету кожи, разрезу
глаз, форме волос, — и в то же время каждый человек индивидуален и неповто-
рим. Каким-то удивительным образом общность и индивидуальность людей сплелись
вместе в одном геноме. Мы все подвержены стрессам, и под влиянием стрессов у
нас всех повышается содержание кортизола в крови, который совершенно одинако-
во угнетает иммунную систему. Совершенно одинаково в клетках наших организмов
включаются и выключаются гены в ответ на внешние стимулы. Но при этом все мы
разные. Одни флегматики — другие непоседы. Одни пугливы — другим нужен риск.
Одни инициативны — другие застенчивы. Одни молчаливы — другие говорливы. Мы
называем эти особенности индивидуальными отличиями. Этот термин подразумевает
нечто большее, чем просто черты характера, — это врожденные индивидуальные
элементы характера.
Чтобы разобраться в генах индивидуальности, оставим гормоны и перейдем к
химическим соединениям головного мозга, хотя различия между этими соединения-
ми и гормонами весьма относительны. На коротком плече хромосомы 11 находится
ген D4DR, который кодирует рецептор дофамина — особого белка, синтезируемого
в некоторых отделах головного мозга. Этот белок встраивается в мембрану нерв-
ной клетки в том месте, где она соприкасается с другой нервной клеткой (си-
напс) . Назначение белка состоит в том, чтобы уловить маленькую молекулу дофа-
мина, которую одна нервная клетка посылает другой. Дофамин — это нейромедиа-
тор. Неиромедиаторы выделяются в синапсах возбужденной нервной клеткой, чтобы
передать возбуждение смежной нервной клетке. Как только молекулы нейромедиа-
тора присоединятся к соответствующим рецепторам, клетка генерирует электриче-
ский импульс, который проходит по клеточной мембране к следующему синапсу,
где под действием импульса начинается впрыскивание нейромедиаторов в межси-
наптическое пространство. Так работает наш мозг: электрический сигнал генери-
рует химический сигнал, который трансформируется в новый электрический сиг-
нал . Благодаря тому, что в организме используется около полусотни разных хи-
мических медиаторов, нацеленных на разные рецепторы, нервная клетка может ра-
ботать в многоканальном режиме, обеспечивая информационную связь между разны-
ми процессами. Хотя аналогия между мозгом и компьютером весьма поверхностна,
принципы передачи информации вполне сопоставимы. Каждая нервная клетка снаб-
жена сверхчувствительными химическими переключателями, с помощью которых про-
исходит перераспределение электрических сигналов.
Синаптический
пузырёк
Нейротрансмиттер
Насос обратного
захвата
Нервное
окончание
Постсинаптическая
пластинка
Рецептор
ЛСинаптическая
I
щель
Тело
нейрона
Схема процесса передачи нервного сигнала в химическом синапсе,
Активная экспрессия в нервной клетке гена D4DR свидетельствует о том, что
этот нейрон принадлежит к одному из дофамин-зависимых каналов головного моз-
га. Эти каналы участвуют во многих процессах, в частности контролируют ток
крови по головному мозгу. Недостаток дофамина делает людей заторможенными и
безынициативными. В острой форме недостаток дофамина вызывает болезнь Паркин-
сона. Мышь с поврежденным геном дофамина умирает от голода в полной неподвиж-
ности. Но если ей в мозг ввести шприцом химический аналог дофамина, на какое-
то время к ней возвратится жизненная активность. Избыток дофамина в мозгу,
наоборот, делает мышь крайне любознательной и безрассудной. Многие наркотиче-
ские вещества оказывают стимулирующий эффект на синтез дофамина, а стабильно
высокое содержание дофамина в мозгу ведет к шизофрении и галлюцинациям. В
опытах на мышах было показано, что кокаин сильно повышает содержание дофамина
в области мозга, называемой центром удовольствия (nucleus acumbens). У мышей
наступала такая сильная зависимость от кокаина, что они отказывались от еды
ради очередной дозы. Точно так же и крысы, у которых в мозгу электроды были
подведены к «центру удовольствия», непрерывно давили на рычаг, посылающий им-
пульсы в мозг, забывая о еде. Но если им в мозг вводили химический ингибитор
дофамина, они быстро теряли интерес к «рычагу удовольствия».
Прилежащее ядро и вентральная область покрышки — части мезолим-
бического дофаминергического пути удовольствия.
Другими словами, дофамин выступает в роли стимулятора мозга. Если мало до-
фамина, человек теряет инициативу и внутреннюю мотивацию, слишком много — че-
ловеку все быстро надоедает, и он ищет новые приключения. Видимо, с уровня
дофамина начинаются индивидуальные различия между людьми. Дин Хамер (Dean
Hamer), перед тем как начать поиски гена приключений, заметил: «Пришло время
понять, чем отличаются между собой Лоуренс Аравийский и королева Виктория»1.
Поскольку в синтезе, управлении метаболизмом и восприятии дофамина участвуют
многие белки, не говоря уже о том, как много генов контролируют развитие моз-
га , никто, и тем более сам Дин Хамер, не могли предположить, что найдется
единственный ген, управляющий страстью к приключениям. Никто также не пола-
гал, что влияние этого гена на характер будет таким прямолинейным.
Первым и наиболее ярким генетическим различием между людьми с разными ха-
рактерами, которое удалось установить в лаборатории Ричарда Эбштеина (Richard
Ebstein's laboratory), был ген D4DR хромосоме 11. Внутри гена D4DR находится
повторяющийся участок — минисателлит длиной в 48 «букв», который повторяется
Дин Хамер упоминает королеву Викторию, являющуюся символом консервативной Англии,
и Лоуренса Аравийского (Thomas Edward Lawrence, больше известный как Lawrence of
Arabia) (1888-1935), британского военного деятеля, прославившегося своим успешным
посредничеством между британскими войсками и арабскими племенами, восставшими против
турецкого господства в 1916 году. Лоуренс Аравийский считается национальным героем
не только Англии, но и ряда стран Ближнего Востока, хотя Хамер, очевидно, намекает
на слухи о нетрадиционной дружбе Лоуренса и одного молоденького шаха.
от 2 до 11 раз. У большинства из нас в гене находится 4-7 копий мини сателли-
та, тогда как у некоторых людей может быть 2-3, или 8, 9, 10 и 11 копий. Чем
больше копий, тем менее эффективно рецептор улавливает молекулы дофамина.
«Длинный» ген D4DR предполагает слабую чувствительность нейронов к дофамину,
а «короткий» ген — повышенную чувствительность.
Хамер с коллегами решили узнать, как люди с «длинным» геном отличаются по
характеру от людей с «коротким» геном. Таким образом, они поставили перед со-
бой обратную задачу по сравнению с той, которую решал Роберт Пломин (Robert
Plomin), когда пытался отыскать ген, ответственный за уровень интеллекта (см.
главу 6) . Хамер же, наоборот, шел от обнаруженного гена к различиям в харак-
тере. Он протестировал 124 добровольца на склонность к авантюрам и приключе-
ниям, а затем сравнил структуру гена D4DR и их хромосомах.
Эврика! Хамер обнаружил, что участники эксперимента (Хамер признавал, что
выборка из 124 добровольцев маловата для обеспечения статистической достовер-
ности) , у которых была одна или две копии «длинных» генов (напомним, что у
каждого из нас по две одинаковые хромосомы, поэтому и гены у нас парные), от-
личались более авантюрным характером по сравнению с теми, у кого в геноме бы-
ло по два «коротких» гена. Длинным считали ген, в котором было более шесть
копий минисателлита. Хамер опасался, что открытый им ген может оказаться, по
его словам, «геном китайских палочек». Этот термин имеет отношение к одному
шуточному утверждению: люди с геном голубого цвета глаз обычно плохо владеют
китайскими палочками для еды. Конечно, никто всерьез не станет утверждать,
что между голубыми глазами и умением пользоваться палочками есть генетическая
связь. Просто так сложилось исторически, что европейцы с голубыми глазами
предпочитают вилку. Ричард Левонтин (Richard Lewontin) использовал другую
аналогию: тот факт, что у людей, которым нравится вышивание, обычно нет хро-
мосомы Y, не свидетельствует о том, что хромосома Y мешает вышиванию.
Поэтому, чтобы избежать скрытого общественно-культурного влияния на чистоту
эксперимента, Хамер повторил свои исследования в Соединенных Штатах Америки,
изучив характеры членов одной семьи. И опять была обнаружена прямая зависи-
мость : искатели приключений имели в своем геноме один или два «длинных» гена
D4DR. Теперь побочным культурным влиянием можно было пренебречь, так как чле-
ны одной семьи росли и развивались в одной и той же социальной среде. Разли-
чия в характерах, вероятнее всего, имели под собой генетическую основу.
Было предложено следующее объяснение: люди с «длинными» генами D4DR менее
восприимчивы к дофамину, поэтому мозгу для получения необходимого уровня ощу-
щений требуется подвергнуть организм более сильным переживаниям, тогда как
обычным людям вполне хватает впечатлений от обычной жизни. Чтобы продемонст-
рировать, на какие приключения толкает людей «длинный» ген D4DR. Хамер провел
исследования в среде гомосексуалистов и бисексуалов. Оказалось, что к бисек-
суальным отношениям, т. е. к любви с представителями как своего, так и проти-
воположного пола, были склонны люди с «длинным» геном D4DR. Мужчины как тра-
диционной, так и гомосексуальной ориентации, в 5 раз чаще изменяли свою сек-
суальную направленность и искали чего-то новенького, если у них в геноме была
одна или две копии «длинных» генов.
Нам по жизни хорошо знакомы эти типажи людей: легкие на подъем искатели
приключений и убежденные консерваторы не приемлющие ничего нового. Видимо, у
первых на 11-й паре хромосом лежат «длинные» гены D4DR, а у вторых — «корот-
кие» варианты этих генов. Хотя, конечно, в жизни не все так просто. По данным
Хамера ген D4DR лишь на 4% предопределяет характер. Он считает, что страсть к
приключениям на 40% является врожденной чертой характера, и существует еще
десяток генов, мутации в которых оказывают влияние на это качество. Да и сам
характер человека определяется еще многими индивидуальными склонностями. Если
предположить, что и остальные черты характера зависят от вариаций генов, то
тогда таких генов должно быть не менее полутысячи. И это только вариабельные
гены. К ним еще следует добавить множество консервативных генов, которые из-
меняются крайне редко, но эти изменения также могут повлиять на характер че-
ловека .
Такова генетика поведения. Теперь вы видите, с какой осторожностью следует
подходить к открытиям генов, управляющих поведением, поскольку любой из этих
генов будет лишь одним из полутысячи. Абсурдно по одному гену делать прогноз
о том, каким вырастет человек. Но уже в скором времени техника позволит легко
определять мутации в генах до рождения ребенка, и, вполне возможно, найдутся
женщины, которые захотят избавиться от плода, если в нем тот или иной ген ха-
рактера отличается от стандарта. Так можно будет пробовать до бесконечности,
ведь в полутысяче генов обязательно найдется парочка «паршивых». Любые попыт-
ки управления наследственностью с целью вывести совершенного человека будут
пагубны для человечества. Перебирая ген за геном и отбраковывая мутантные,
мы, в результате, останемся ни с кем, даже если выбирать среди миллионов лю-
дей. Мы все в той или иной степени мутанты. Единственная надежда на то, что
геном окажется настолько сложной и запутанной штукой, что власть имущие рев-
нители генетической чистоты никогда не смогут в нем разобраться и выбрать ге-
ны для сортировки людей.
Несмотря на то, что черты характера оказались наследственными признаками,
существуют методы, совершенно далекие от генетики, которые позволяют преодо-
леть генетические недостатки. Было замечено у обезьян, что мамы пугливых и
застенчивых детенышей силой заставляют их участвовать в играх и выяснять от-
ношения с другими членами стаи, в результате чего врожденная застенчивость
быстро проходит. Тем более у людей с помощью правильного воспитания можно
преодолеть врожденные пороки характера. Как ни странно, но знание о том, что
негативные черты характера наследуются, не мешает, а помогает преодолевать
их. Три психотерапевта, узнав из публикаций о генетической подоплеке характе-
ра, изменили тактику лечения людей, страдающих чрезмерной застенчивостью и
неуверенностью в себе. Вместо того чтобы пытаться преодолевать застенчивость,
они стали учить пациентов следовать своим врожденным наклонностям, не стесня-
ясь этого, и получать удовольствие от жизни. Оказалось, что такой подход дей-
ствует . Пациенты чувствовали облегчение, когда им говорили, что их характер
врожденный, т. е. естественный, а не дурная черта, приобретенная в результате
неправильного воспитания. Парадоксально, но снятие ощущения неправильности
собственного поведения вместе с разрешением группе пациентов вести себя в со-
ответствии с собственными склонностями существенно повышало самооценку людей
и способствовало налаживанию живого общения в группе. Таким образом, объясняя
человеку, что его застенчивость наследственна, можно помочь этому человеку
избавиться от чрезмерной застенчивости. Психоаналитики, консультирующие се-
мейные пары, также отметили, что семейные конфликты проще разрешить, если
объяснить семейной паре, что раздражающие черты характера обоих являются вро-
жденными. Поэтому их нельзя устранить, но нужно найти способ жить вместе, об-
ходя острые углы. Родителям гомосексуалистов также легче принять выбор их де-
тей , если они знают, что это врожденная склонность, а не результат их непра-
вильного воспитания. Осознание того, что черты характера являются врожденны-
ми, отключает эмоции и позволяет разуму найти решение проблемы.
Предположим, вы хотите вывести породу лисиц, которые были бы ручными и ме-
нее пугливыми. Метод известен уже на протяжении веков. В каждом помете нужно
отбирать самых темных щенков и оставлять их для спаривания. Через несколько
лет у вас будут относительно ручные лисы с темной шерстью. Этот дедовский
способ только 80-х годах прошлого столетия обрел новый смысл и подсказал
взаимосвязь между биохимией мозга и индивидуальностью. Психолог из Гарварда
Джером Каган (Jerome Kagan) руководил группой исследователей, занимающихся
проблемой застенчивости у подростков. Они обнаружили, что признаки необщи-
тельности и чрезмерной застенчивости проявляются уже в четырехмесячном воз-
расте, и уже тогда можно сказать, каким будет ребенок в 14 лет, а по подрост-
ку с уверенностью можно судить о том, каким он будет взрослым. Воспитанием
можно изменить многое, но некоторые наиболее глубокие индивидуальные особен-
ности все равно сохранятся.
Ну и что? Никто, кроме самых идейных сторонников социального детерминизма,
не удивится тому факту, что застенчивость является врожденным свойством. Но
исследователи заметили, что застенчивости обычно сопутствуют другие неожидан-
ные признаки. Застенчивые люди часто оказывались голубоглазыми (в исследова-
нии изучались только выходцы из Европы), склонными к аллергии, высокими и ху-
дыми, с узким лицом, учащенным сердцебиением и повышенным обменом веществ.
Все эти признаки контролируются группой нейронов в области, называемой у эм-
брионов нервным валиком, из которых затем развивается мозжечковая миндалина.
В этих клетках для передачи сигналов используется один и тот же медиатор —
норадреналин, — вещество, напоминающее дофамин. Все эти признаки также более
характерны для нордического склада характера. Каган предположил, что люди
данного типа возникли в ходе эволюции во время ледникового периода, так как
повышенный обмен веществ позволял лучше выдерживать холода. К повышенному об-
мену веществ приводит усиленная секреция норадреналина в мозжечковой миндали-
не, но это же ведет к развитию сопутствующих черт характера — флегматичности
и застенчивости, а также к бледности лица. Как и у лисиц — чем светлее, тем
пугливее.
Мозжечок.
Если Каган прав, то высокие худые люди с голубыми глазами больше боятся на-
чальства, чем кто-либо другой. Продвинутый начальник отдела кадров может
взять на вооружение этот признак, когда отправится вербовать новых подчинен-
ных. Впрочем, мы и так сталкиваемся с фактами генетической дискриминации лю-
дей во время приема на работу. Кадровые агентства обычно объявляют, что тре-
буются «коммуникативные сотрудники, способные легко налаживать деловые отно-
шения» — все это наследуемые качества. Каким ужасным станет мир, если в отде-
лах кадров предприятий станут предъявлять претензии к цвету глаз. Впрочем,
психологическая дискриминация ничем не лучше физической. Просто считается,
что таким качествам, как коммуникабельность и налаживание партнерских отноше-
ний, можно научиться. Но в действительности эти качества зависят от врожден-
ной работы химических медиаторов в мозгу, т. е. запрет на профессию по инди-
видуальным качествам характера ничем не отличается от запрета на работу по
признаку цвета глаз.
Дофамин и норадреналин относятся к моноаминам. Есть еще один важный для ра-
боты мозга и развития индивидуальности моноамин — серотонин. Но серотонин бо-
лее сложно устроен, чем дофамин и норадреналин. Его влияние на мозг довольно
разнообразно. В случае превышения содержания серотонина в мозгу человек ста-
новится целеустремленным и педантично аккуратным вплоть до того, что это мо-
жет привести к нервным расстройствам. Критически высокое содержание серотони-
на ведет к обсессивно-компульсивному психозу. Облегчение больному могут при-
нести препараты, блокирующие серотонин в мозгу. Недостаток серотонина делает
людей импульсивными. Именно с недостатком серотонина связаны преступления в
состоянии аффекта и самоубийства.
В медицине для лечения расстройств метаболизма серотонина используется пре-
парат Prozac, хотя до сих пор точно не известно, как он действует. По теории,
выдвинутой изобретателями препарата в компании Илай Лилли2, Prozac препятст-
вует реабсорбции серотонина нейронами, в результате чего концентрация серото-
нина в мозгу повышается.
Повышение содержания серотонина снимает приступы депрессии и беспричинного
волнения. Даже самый унылый пессимист с помощью серотонина превращается в оп-
тимиста. Но есть мнение, что Prozac оказывает противоположное действие: сни-
жает чувствительность нейронов к серотонину. На хромосоме 17 лежит ген белка,
который транспортирует серотонин сквозь клеточную мембрану. Частые изменения
были отмечены не в самом гене, а в активационной последовательности — фраг-
менте ДНК, который лежит непосредственно перед геном. Назначение этого фраг-
мента состоит в управлении скоростью экспрессии гена, и длина фрагмента может
меняться за счет уменьшения или увеличения числа повторов субъединицы длиной
в 22 «буквы». Эта «фраза» обычно повторяется 14-16 раз. Примерно каждый тре-
тий из нас несет в своих хромосомах две пары «длинного» гена, который отлича-
ется тем, что медленнее «выключается» клеткой. В результате у таких людей в
нейронах оказывается больше транспортеров серотонина, что ведет к более ак-
тивному поглощению серотонина клетками. Такие люди реже страдают неврастени-
ей, и с ними проще найти общий язык независимо от их пола, расы или образова-
ния.
Исходя из этих данных, Дин Хамер сделал вывод, что серотонин, скорее, спо-
собствует развитию чувства беспокойства и подавленности, а не снимает депрес-
сию. Он назвал серотонин химическим ремнем для наказания мозга. Но большинст-
во наблюдений все же свидетельствуют о противоположном действии серотонина:
умиротвореннее делает нас небольшой избыток серотонина, а не недостаток его.
Например, интересную связь установили ученые между пристрастием к сладким
2 Илай Лилли — крупнейшая фармацевтическая компания (Eli Lilly and Co.) в штате Ин-
диана, США. Основана в 1876 году военным врачом И. Лилли. Хотя механизм действия
препарата Prozac неизвестен, есть данные о том, что у пациентов, принимающих его,
проявляется склонность к суициду. Очередной скандал, в результате которого производ-
ство Prozac может быть закрыто, вызвало самоубийство вице-президента одной из компа-
ний в США Тима Витцака (Tim Witczak) в 2005 роду после 5-месячного курса лечения
препаратом Prozac, о чем много писала американская и мировая пресса. В роли обвини-
теля выступила вдова Витцака (Witczak К. 2005. Trouble in Prozac Nation. Fortune
Nov. 15).
снекам и зимней сонливостью. Была отмечена особенность, что зимними вечерами
у некоторых людей возрастает тяга к сладкому, в частности к богатым углевода-
ми снекам. У этих же людей отмечалась повышенная сонливость. Для восстановле-
ния сил им приходилось спать дольше обычного. Вероятно, речь идет вновь о ка-
ком-то генетическом меньшинстве в североевропейских странах, хотя ген «зимней
сонливости» пока еще не обнаружен. Было предложено следующее объяснение этого
явления. В результате сокращения светового дня в мозгу в больших количествах
начинает вырабатываться мелатонин — гормон, подготавливающий мозг ко сну. По-
скольку мелатонин синтезируется из серотонина, содержание серотонина в мозгу
сокращается. Чтобы быстро поднять уровень серотонина, мозгу требуется его хи-
мический предшественник триптофан. Транспорт триптофана в клетки стимулирует-
ся инсулином. А для того чтобы поджелудочная железа стала вырабатывать больше
инсулина, нужны углеводы — сладкие снеки.
Вы уловили суть? Итак, зимними вечерами вы едите сладкое печение и шоколад,
чтобы порадовать мозг порцией серотонина. Содержание серотонина в мозгу можно
регулировать с помощью диеты или изменения образа жизни. Например, диета и
пилюли для снижения содержания холестерина в крови также снижают и содержание
серотонина. Любопытный факт, практически все исследователи, изучавшие влияние
на людей лекарств и диеты, предназначенных для уменьшения риска сердечно-
сосудистых заболеваний, отмечали увеличение числа самоубийств и несчастных
случаев у тех, кто принимал лекарства. Подытожив результаты исследований,
ученые подсчитали, что антихолестериновые лекарства сокращают смертность на
14%, тогда как смертность от несчастных случаев, вызванных депрессивным со-
стоянием пациентов, возрастала на 78%. Поскольку несчастные случаи и само-
убийства случаются реже, чем инфаркты, то в целом данный курс лечения продле-
вает жизнь, но такой побочный эффект следует учитывать врачам, тем более, что
от человека, находящегося в депрессивном состоянии, могут пострадать и окру-
жающие. Еще 20 лет назад было отмечено, что у импульсивных, асоциальных и де-
прессивных людей, включая заключенных, насильников и неудавшихся самоубийц,
содержание холестерина в крови ниже среднего. Неудивительно, что Юлий Цезарь
опасался худого Кассиуса3.
Побочный эффект лекарств, снижающих уровень холестерина в крови, обычно от-
рицается врачами как статистический артефакт, но есть много свидетельств в
пользу этого, которые не могут быть простой случайностью. Например, ассоциа-
ция Mr Fit проводила соответствующие исследования в семи разных странах на
протяжении семи лет. Наблюдения охватили в общей сложности 351 000 человек.
Было отмечено, что в разных возрастных группах смертность людей, у которых
существенно повышено содержание холестерина в крови, превышает среднюю, но
соответствует смертности у людей с существенно пониженным содержанием холе-
стерина. Причем во второй группе среди причин смертности на первое место вы-
ходят несчастные случаи, самоубийства и убийства. Если выделить в одну группу
четверть мужчин с наименьшим содержанием холестерина, а в другую — четверть
мужчин с наивысшим его содержанием, то в первой группе частота самоубийств
будет вчетверо выше, чем во второй. Содержание холестерина в крови гораздо в
меньшей степени оказывает влияние на психику женщин. Я не предлагаю вернуться
к ежедневной яичнице, просто следует помнить, что чрезмерное понижение содер-
жания холестерина в крови небезопасно для одной части человечества, так же,
как повышение содержания холестерина в крови небезопасно для другой части че-
ловечества . В обоих случаях речь идет о меньшинстве. Для большинства здоровых
людей диеты не опасны, но и не нужны. Диета и лекарства от холестерина нужны
только тем, у кого есть генетическая предрасположенность к накоплению холе-
3 Мэтью имеет в виду трибуна Кассия Херея, организовавшего заговор против Юлия Цеза-
ря.
стерина в сосудах.
Связь между содержанием холестерина и агрессивным поведением наверняка обу-
словлена участием серотонина. Это доказали опыты на обезьянах. В медицинской
школе Бауман-Грей (Bowman Gray Medical School) в Северной Каролине Джей Ка-
план (Jay Kaplan) с коллегами посадили восемь макак на диету с низким содер-
жанием холестерина, но с достаточным содержанием жиров и других необходимых
веществ. Девять контрольных обезьян получали обычную пищу с высоким содержа-
нием холестерина. Очень скоро содержание серотонина в мозгу подопытных обезь-
ян снизилось вдвое. Уровень агрессивности и столкновений между членами под-
опытной группы возрос на 40% у обезьян обоего пола. Таким образом, недостаток
серотонина является причиной агрессивного поведения у обезьян, и этот же фак-
тор вызывает асоциальное поведение или самоубийства у людей. Наверное, если
бы у каждого человека на лбу был счетчик, показывающий содержание серотонина
в мозгу, мы бы безошибочно знали, при встрече с каким человеком лучше забла-
говременно перейти на другую сторону улицы.
Впрочем, принятие решения о необходимости носить такие датчики на лбу вы-
звало бы законные протесты у окружающих, поскольку это противоречило бы граж-
данским правам и свободе личности. Уровень серотонина в мозгу зависит от мно-
гих факторов, в том числе социальных. Чем выше ваша самооценка и чем значимее
вы чувствуете себя в обществе, тем выше содержание серотонина в мозгу. Опять
таки, опыты на обезьянах показали, что социальные отношения являются одним из
наиболее важных факторов, влияющих на метаболизм серотонина в мозгу. Самое
высокое содержание серотонина было зафиксировано у доминантных особей в стае,
и уровень гормона снижался в соответствии с понижением ранга в иерархии стаи.
Что здесь причина, а что — результат? Сначала считалось, что биохимия мозга
управляет поведением: много серотонина — больше воли к победе. Но оказалось —
все наоборот. Содержание серотонина зависело исключительно от того, кем мнила
себя обезьяна в стае.
Вопреки расхожему мнению, высокое положение на социальной лестнице ведет к
снижению агрессивности даже у мартышек-верветок. Лидеры совсем не обязательно
должны быть большими, злыми и агрессивными. Высокого положения можно добиться
благодаря умению примирять сородичей и заводить союзников. Их отличает спо-
койная уверенность в себе. Они менее импульсивны, менее склонны к тому, чтобы
рассматривать шалости и ошибки других как агрессию по отношению к себе.
Обезьяны отличаются от людей, но, как отметил Майкл Макгуайр (Michael
McGuire) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, любой человек, даже
ребенок, с первого взгляда может определить вожака стаи обезьян; он важный и
величественный, спокойный, уверенный в себе — все черты, которые мы ожидаем
от своего руководителя. Нет никакого сомнения в том, что такое поведение ли-
дера задается высоким содержанием серотонина в мозгу. Если в стае происходит
смена власти и лидер становится подчиненным, у него моментально снижается со-
держание серотонина и радикально изменяется характер. В обществе людей содер-
жание серотонина в мозгу точно так же зависит от социального статуса. Смеще-
ние с руководящей должности снижает уровень серотонина, а успехи по службе
повышают его. Люди могли бы хвастаться тем, что у них много серотонина в моз-
гу.
У людей часто бытуют упрощенно-карикатурные представления о наследственно-
сти и биохимии. Следует отметить, что врожденное низкое содержание серотонина
в мозгу не делает из человека преступника. Биохимия так же довлеет над созна-
нием, как и сознание над биохимией. Подобный пример мы уже рассматривали в
предыдущей главе в случае с кортизолом. Настроение, мысли, индивидуальность и
поведение находятся под контролем, как внутренней биохимии, так и социальных
отношений. События в окружающем мире могут напрямую влиять на биохимию за
счет регулирования экспрессии отдельных генов.
С другой стороны, нет сомнений в том, что все типажи характера, такие как
флегматик или холерик, являются врожденными. В связи с тем, что нейромедиато-
ры работают неодинаково, люди по-разному реагируют на одни и те же социальные
события. Известны гены, мутации в которых влияют на скорость синтеза серото-
нина, на чувствительность рецепторов серотонина, на различия в чувствительно-
сти к серотонину у нейронов в разных областях головного мозга. Депрессия зи-
мой может наступать из-за того, что у человека слишком чувствительна система
регуляции синтеза мелатонина, и это сразу же сказывается на содержании серо-
тонина в мозгу. Таких примеров прямого и побочного влияния можно привести еще
очень много. Известна одна датская семья, в которой мужчины в трех поколениях
были преступниками. Вы уже, конечно, догадались, что тут же был выделен зло-
вредный ген. У всех членов семьи была обнаружена мутация на хромосоме X. Из-
мененный ген отвечает за синтез моноаминоксидазы А. Моноаминоксидаза участву-
ет в метаболизме серотонина, разделяя его на составляющие компоненты. Не ис-
ключено, что изменение данного белка вело членов этой семьи на путь преступ-
лений, хотя объявление гена моноаминоксидазы геном «преступлений», наверное,
будет слишком примитивным. Мутации в этом гене происходят крайне редко и не
обнаружены у других осужденных за преступления, поэтому пока сложно сказать,
какую роль измененная моноаминоксидаза играет в становлении характера.
Данный факт еще раз показывает, какое место в развитии нашей индивидуально-
сти занимают врожденные изменения в биохимии мозга. Но влияние серотонина на
поведение уравновешивается влиянием социума и событий окружающего мира на со-
держание серотонина в мозгу. Некоторые люди более чувствительны к тому, что
происходит вокруг них, чем другие. Такова сложная природа отношений между ге-
нами и людьми, где все элементы системы оказывают равное влияние друг на дру-
га. Нет и не может быть детерминизма ни со стороны генов, ни со стороны со-
циума. В ходе эволюции гены развивались таким образом, чтобы не только управ-
лять поведением, но и быть чувствительными к сигналам из внешней среды.
Хромосома 12.
Индивидуальное
развитие
Многое в нашей жизни является аналогом того, что уже есть в природе. Лету-
чие мыши используют сонары, сердце работает, как насос, глаз аналогичен фото-
камере, естественный отбор соответствует методу проб и ошибок, ген — это ре-
цепт приготовления белка, мозг состоит из проводников (аксонов) и переключа-
телей (синапсов), гуморальная система работает по принципу обратной связи,
иммунная система действует, как контрразведка, а развитие организма напомина-
ет развитие экономики страны. Есть еще множество примеров удивительного сход-
ства и совпадений. Хотя некоторые аналогии довольно схематичны, они помогают
нам легче понять приемы и технологии, с помощью которых мать Природа решает
свои многочисленные проблемы. Многие технические решения мы нашли самостоя-
тельно, и лишь после этого стало понятно, как работает природа.
Но сейчас нам придется покинуть область простых и привычных аналогий и на-
правиться в неизведанные земли. Одно из самых замечательных, прекрасных и за-
гадочных явлений природы, которое происходит без видимых усилий, и чему со-
вершенно нет аналогий в техническом мире человека, — это развитие организма
из микроскопического комочка живой материи — оплодотворенной яйцеклетки. По-
пробуйте представить себе компьютер, или хотя бы компьютерную программу, спо-
собную на такое превращение. Даже если Пентагон сконцентрирует все свои фи-
нансы и соберет тысячи лучших умов в пустыне Нью-Мексико, вряд ли им удастся
изобрести бомбу, которая самостоятельно собиралась бы из груды металла и кучи
взрывчатки, хотя кролики в этой же пустыне каждый день успешно справляются с
подобной задачей.
Никакие другие аналогии не позволяют нам понять, как природе удалось совер-
шить этот подвиг. Где находится тот прораб, который руководит развитием яйце-
клетки, и где хранится план развития? Если отложить пока версию о Деснице
Господней, то становится очевидным, что план находится внутри яйцеклетки. Ка-
жется непостижимым, что сложно организованный организм может получиться из
неорганизованной протоплазмы. Не удивительно, что несколько столетий назад
большой популярностью пользовались теории преформации. Благодаря богатому во-
ображению исследователям удавалось увидеть внутри сперматозоида маленького
гомункулуса. Теория преформации, как отметил еще Аристотель, просто отодвига-
ет проблему вглубь, поскольку не объясняет, каким образом в сперматозоиде
смог появиться сложно организованный гомункулус. Более поздние теории были не
лучше, хотя наш старый знакомый, Уильям Бзтсон, неожиданно близко подошел к
ответу. Он предположил, что развитием организма управляет упорядоченная серия
частиц или сегментов внутри яйцеклетки. Для процесса развития он предложил
термин гомеозис. В 70-х годах прошлого столетия за дело взялись математики и
предложили многочисленные формулы, теорию стоячей волны и прочие сложности.
Математики ошибались. Природа нашла гораздо более простое решение, хотя точ-
ность и высокая надежность процесса развития организма поражает воображение.
И тут не обошлось без генов — именно они выступают в роли прорабов и храните-
лей плана, записанного в цифровом формате. Большая группа генов, управляющих
развитием, лежит посередине хромосомы 12. Обнаружение этих генов и открытие
принципа их работы — это, пожалуй, один из наиболее крупных интеллектуальных
призов, завоеванных современной генетикой, после того как был взломан код
ДНК.
Яйцеклетка кажется неорганизованным сгустком протоплазмы. Но вот происходит
серия делений клетки, и возникают две оси симметрии, проходящие от передней
части эмбриона к задней и от спины к животу. У дрозофил и лягушек инструкции
эмбриону идут от материнских клеток, которые указывают, где у эмбриона должна
быть голова, а где зад. У мышей и у человека асимметричность в развитии воз-
никает позже, и никто точно не знает каким образом. Вероятно, критическим мо-
ментом является прикрепление сгустка клеток к стенке матки.
У дрозофил и лягушек асимметричное развитие происходит под управлением гра-
диентов различных веществ, синтезируемых материнскими клетками. Нет сомнений,
что у млекопитающих развитие эмбриона также контролируется химическими гради-
ентами. Каждая клетка эмбриона анализирует химический состав жидкости вокруг
себя, посылает информацию в свой навигационный мини-компьютер и получает от-
вет : «я нахожусь в нижней части организма ближе к животу». Всегда полезно
знать, где ты находишься.
Но знание местоположения — это только начало. Другой вопрос, что следует
делать в той точке организма, где клетка обнаружила свое присутствие. За это
отвечает ряд гомеозисных генов. По сигналам из внешней среды эти гены включа-
ют программу развития исходной клетки в клетку крыла или почки. Безусловно,
внутри клетки нет никаких планов и инструкций, просто включение рецептором
одного гена влечет за собой серию включений других генов, а те запускают сле-
дующие гены и так далее шаг за шагом. Человеку проще понять развитие по плану
или инструкциям, чем представить себе длинный и сложный путь от яйцеклетки к
организму как децентрализованный самоуправляемый процесс, которым он и явля-
ется. Поскольку каждая клетка организма содержит в себе весь геном, нет необ-
ходимости ждать команд от кого-либо еще. В каждой клетке достаточно информа-
ции для самостоятельного развития. Важно только правильно определить свои ко-
ординаты в организме. Нам трудно представить такой путь самоорганизации, по-
скольку мы привыкли, что в нашем обществе все решения принимает правительст-
во. Может, это нам стоит попробовать жить по-иному.
2 клетки
Морула
Благодаря большой скорости размножения и нетребовательности мушки дрозофилы
стали излюбленным объектом исследований для генетиков еще в начале прошлого
века. Огромной стае плодовых мушек мы должны быть благодарны за открытие ба-
зовых принципов генетики. Именно на дрозофилах было показано, что хромосомы
содержат в себе единицы наследственности — гены, и именно на плодовых мушках
Мюллер открыл явление мутагенеза, вызванного рентгеновским облучением. Среди
мутантных мушек, полученных таким путем, ученые стали обнаруживать экземпляры
с нарушениями в развитии организма: с лапками вместо усиков или дополнитель-
ной парой крыльев вместо жужжалец. Эти изменения указывали, что что-то нелад-
но с хюмеозисными генами.
В конце 1970-х годов два немецких исследователя, Яни Нюссляйн-Фолхард (Jani
Nusslein-Volhard) и Эрик Вишаус (Eric Wieschaus), решили описать и изучить
все известные мутации развития у дрозофил. Они добавляли в питательную среду
для мух мутагенные вещества и отбирали экземпляры, у которых лапки, крылья и
другие части тела были не на месте. Постепенно стала вырисовываться целостная
картина из генов разного масштаба. Стало ясно, что в геноме у дрозофилы есть
«стратегические» гены, контролирующие развитие основных частей тела: головы,
груди и брюшка. Другие «тактические» гены определяют развитие лапок, усиков и
крыльев на основных частях тела. И, наконец, «локальные» гены контролируют
отдельные сегменты или области на туловище и конечностях мухи. Другими слова-
ми, хюмеозисные гены дрозофилы разделены на артели и бригады со своими прора-
бами и руководителями, между которыми весь организм мухи поделен на зоны от-
ветственности .
Открытие было совершенно неожиданным. Раньше считалось, что каждая часть
тела развивается самостоятельно в соответствии с сигналами от соседних орга-
нов . Идея о том, что для каждой части тела существует свой генетический план
развития, казалась странной и неправдоподобной. Но еще больше сюрпризов при-
несло открытие и расшифровка самих этих генов. Данное открытие признано одним
из наиболее ярких достижений науки в XX столетии. Ученые обнаружили кластер
из восьми хюмеозисных генов, собранных вместе на одной хромосоме. В научных
статьях их называют Нох-генами. Но особенно удивительным было то, что каждый
из генов контролирует развитие определенного сегмента тела дрозофилы, причем
на хромосоме эти гены лежат в том порядке, в каком следуют друг за другом
сегменты тела. Первый ген контролирует развитие рта, второй — лицевой части
головы, третий — задней части головы, четвертый — шейного сегмента, пятый —
груди, шестой — передней половины брюшка, седьмой — задней половины брюшка и
восьмой — отдельных частей на брюшке. Не только гены, но их последователь-
ность на хромосоме оказались не терпящими изменений.
Чтобы оценить всю неожиданность этого открытия, вам следует знать, насколь-
ко безразлично организм относится к размещению других генов на хромосомах. В
этой публикации я целенаправленно подбирал гены на хромосомах, чтобы ввести
их в логическую канву. Но в предисловии я предупредил вас, чтобы вы не попа-
лись на эту удочку, — в распределении генов по хромосомам нет и не может быть
никакой логики. Иногда организму бывает полезно, чтобы один ген находился ря-
дом с другим, но эти союзы крайне непостоянны. Что касается гомеозисных ге-
нов, то это, пожалуй, единственный случай, когда очередность генов на хромо-
соме имеет смысл.
На очереди уже стоял следующий сюрприз. В 1983 году группа ученых из лабо-
ратории Уолтера Геринга (Walter Gehring) в Базеле обнаружила, что все гомео-
зисные гены содержат внутри одинаковую последовательность из 180 нуклеотидов.
Ее назвали гомеоблоком. Сначала это показалось странным: если все гены одина-
ковы, то почему один дает команду на развитие лапок, а другой — на развитие
усиков? Но, видимо, эти команды зашифрованы в остальной части генов. У всех
электроприборов есть вилка для включения в сеть. Невозможно отличить тостер
от лампы, если смотреть только на вилку электропитания. Аналогия между гомео-
блоком и вилкой включения в сеть оказалась очень близкой. Гомеоблоку соответ-
ствует фрагмент белка, с помощью которого этот белок может прикрепляться к
молекуле ДНК и включать или выключать другие гены. Все гомеозисные гены ока-
зались прописями регуляторных белков, роль которых состоит в управлении дру-
гими генами.
Ученые использовали стабильную структуру гомеоблоков для поиска гомеозисных
генов в других геномах точно так же, как старьевщик роется на свалке в поис-
ках приборов с вилками электропитания. Коллега Геринга Эдди де Робертис
(Eddie de Robertis), действуя, скорее, интуитивно, обнаружил среди генов ля-
гушки такие, в которых содержалась последовательность нуклеотидов, напоминаю-
щая гомеоблок. Затем ученый перешел к генам мыши. И здесь нашлись гены прак-
тически с таким же участком ДНК из 180 «букв». Точно так же, как и у дрозофи-
лы, в геноме мыши эти гены были объединены в кластеры (отличие состояло в
том, что было обнаружено четыре кластера гомеозисных генов) и, более того, в
кластере гены были организованы в том же порядке: спереди — «ген головы»,
сзади — «ген хвоста».
Обнаруженная гомология между мышью и мушкой дрозофилой была довольно неожи-
данной, поскольку означала, что для правильного развития эмбрионов всех орга-
низмов важно не только наличие нужных генов, но и их правильная очередность
на хромосоме. Но еще больше поразило то, что гомеозисные гены мухи и мыши бы-
ли сходными. Так, первый ген в кластере у дрозофилы, названный lab, в точно-
сти походил на первые гены трех кластеров в геноме мыши: а±, Ы и di, — и все
последующие гены в кластере соответствовали своим аналогам в обоих геномах.
Есть, конечно, и отличия. В геноме мыши 39 Нох-генов, организованных в че-
тыре кластера, и в конце каждого кластера есть по пять дополнительных генов,
которых нет у дрозофилы. Кластеры также отличаются между собой. Некоторые ге-
ны представлены в одних кластерах и пропущены в других. Но сходство гомеозис-
ных генов мухи и мыши все же будоражит воображение. Это было настолько неожи-
данное открытие, что многие эмбриологи даже не восприняли его всерьез. Было
очень много скептицизма и разговоров о том, что открытие является результатом
сильного преувеличения случайных совпадений. Один ученый вспоминал, что когда
впервые услышал об этом открытии, сразу же отбросил его как «очередную сума-
сбродную идею Геринга». Но очень скоро стало ясно, что Геринг не шутил. Джон
Мзддокс (John Maddox), редактор журнала Nature4, назвал это открытие самым
важным за последние годы в генетике. Эмбриологи должны низко поклониться муш-
ке дрозофиле. В геноме человека тоже есть Нох-кластеры. Их столько же, сколь-
ко и у мыши, и один из них — кластер С — лежит на хромосоме 12.
Из этого открытия следуют два основных вывода: один эволюционный, а другой
прикладной. С точки зрения эволюции становится очевидной общность происхожде-
ния многоклеточных организмов от одного предка, в котором более 530 млн. лет
тому назад уже использовался точно такой механизм управления развитием эм-
брионов. Данный механизм оказался настолько удачным, что он сохранился неиз-
менным во всех ветвях эволюции, идущих от этого ствола. Все современные орга-
низмы, даже такие причудливые, как морские ежи, содержат в геномах одни и те
же кластеры гомеозисных генов. Как бы ни отличались мы от мухи или морского
ежа, наши эмбрионы развиваются по одному и тому же механизму. Невероятный
консерватизм генов эмбриогенеза оказался полной неожиданностью абсолютно для
всех. Прикладной аспект открытия состоял в том, что появилась уверенность в
возможности использования знаний о генетике дрозофилы, накопленных в течение
десятилетий, для объяснения и изучения работы генома человека. До сих пор
ученые знают гораздо больше о генетике дрозофилы, чем человека, поскольку ге-
ном мухи гораздо компактнее. При этом всегда были сомнения по поводу того,
применимы ли закономерности, выявленные на дрозофилах, к человеку. Теперь мы
видим, что базовые генетические механизмы оказались более консервативными,
чем это можно было предположить. Появилась возможность сквозь призму генома
дрозофилы пролить свет на геном человека.
Один из видов дрозофил. Один из видов морских ежей.
Поразительное сходство было обнаружено между другими генами, участвующими в
Nature — самый рейтинговый и авторитетный международный биологический журнал —
примеч. ред.
управлении развитием эмбриона. Раньше считалось, что голова — это изобретение
хордовых, у которых появились специальные гены, контролирующие развитие че-
репно-мозговой коробки на передней оконечности тела. Но теперь стало извест-
но, что две пары генов мыши, контролирующих развитие мозга — Otx и Етх, — в
точности соответствуют генам дрозофилы, которые так же контролируют развитие
головы мухи. Ген дрозофилы, несправедливо названный геном безглазия, который
управляет развитием глаз мухи, оказался идентичным соответствующему гену мы-
ши, которому присвоили имя pax-6. Геномы мыши и человека настолько похожи,
что все сказанное выше также применительно к человеку. Муха и человек — это
всего лишь вариации проекта построения тела, который был разработан еще у на-
шего червеобразного общего предка, жившего в кембрийский период. У всех его
предков одни и те же гены выполняют определенную работу. Конечно, есть разли-
чия, иначе нас нельзя было бы отличить от мух. Но разительные внешние отличия
оказались результатом незначительных вариаций основного механизма.
Исключения оказались даже более убедительными, чем само правило. Например,
у мухи есть два гена, которые управляют дифференциацией спинной (дорсальной)
и брюшной (вентральной) частей тела. Один ген называют декапентаплегальным —
т. е. экспрессия этого гена указывает клеткам, что они находятся в дорсальной
части тела и им следует развиваться соответствующим образом. Другой ген назы-
вают коротким гаструлярным, и он оказывает на клетки противоположное влияние.
У лягушек, мышей и, с высокой долей вероятности, у нас с вами, есть точно та-
кие же гены. «Текст» одного гена — ВМР4 — напоминает «текст» декапентапле-
гального гена дрозофилы, а другой ген — chordin — соответствует короткому га-
струлярному гену. Но что удивительно, у мышиных генов направленность действия
противоположная по сравнению с мушиными аналогами. Ген BMP4 управляет разви-
тием вентральной части тела, а ген chordin — дорсальной. Это говорит о том,
что артроподы и хордовые перевернуты с живота на спину по отношению друг к
другу. Когда-то у них был общий предок, у которого уже был вентрально-
дорсальный диморфизм тела. Одни из его потомков стали ползать на животе, а
другие — на спине. Сейчас трудно ответить на вопрос, у кого «правильная» сто-
рона тела. Видимо для нашего далекого предка было безразлично, на какой сто-
роне ползать. Это потом у его потомков появились конечности с той стороны,
где они были нужны. Задержимся немного на этом месте, и отдадим должное вели-
кому французскому исследователю Этьену Жоффруа Сент-Илеру (Etienne Geoffroy
St. Hilaire), который еще в 1822 году предположил данный феномен, исходя из
своих наблюдений за развитием эмбрионов, а также по тому факту, что централь-
ный нервный ствол у насекомых находится с брюшной стороны, а у хордовых — со
спинной. В течение 175 лет эта гипотеза отвергалась. Ученые полагали, что
нервные системы хордовых и насекомых просто возникли и развивались параллель-
но и независимо друг от друга. Но теперь стало ясно, что Сент-Илер был прав.
Сходство между генами развития оказалось настолько поразительным, что уче-
ные смогли поставить эксперименты, которые раньше никто не мог даже вообра-
зить . Оказалось возможным разрушить с помощью целенаправленного мутагенеза
один из гомеозисных генов дрозофилы и вставить в яйцеклетку соответствующий
ген человека. Из яйцеклетки развилась нормальная муха. Данный эксперименталь-
ный метод называется генетическим комплементированием. Нох-тен из генома че-
ловека оказался комплементарным гену мухи. Точно так же комплементарными ока-
зались мышиные гены Otx и Етх. Чужие регуляторные гены работали настолько хо-
рошо , что по внешнему виду невозможно было отличить, в каких мушках работали
собственные гены и в каких — чужие.
Это был триумф гипотезы о цифровой природе генетического кода. Гены — это
программные модули, которые можно запустить в любой системе, поскольку в них
использован один и тот же программный код и они выполняют одну и ту же рабо-
ту. Даже через 530 млн. лет независимого развития наши «компьютеры» могут
распознать и запустить «мушиные программы» и наоборот. Аналогия живого орга-
низма с компьютером оказалась довольно удачной. Время кембрийского эволюцион-
ного взрыва 540-520 млн. лет тому назад было временем экспериментирования с
дизайном многоклеточных организмов, точно так же, как 80-е годы прошлого сто-
летия были временем экспериментирования с архитектурой компьютеров. В раннем
кембрии, вероятно, возникли первые хюмеозисные гены. Счастливые обладатели
этих генов стали общими предками для хордовых, насекомых и многих других ор-
ганизмов, населяющих сейчас нашу планету. Нашими родоначальниками были округ-
ленные плоские черви (roundish flatworm — гипотетическое промежуточное звено
между плоскими и более совершенными кольчатыми червями), копошившиеся в дои-
сторической грязи кембрия. На тот момент, вероятно, они были лишь одной из
многочисленных форм жизни, но их потомки унаследовали всю землю. Трудно ска-
зать , были хюмеозисные гены лучшим техническим решением или просто хорошо был
поставлен маркетинг, и кто в кембрии выступал за Apple, а кто за Microsoft?
Один из видов плоских червей. Один из видов кольчатых червей.
Давайте ближе познакомимся с одним из Нох-генов на хромосоме 12. Ген С4 че-
ловека является аналогом гомеозисного гена dfdy дрозофилы, и у мухи он кон-
тролирует развитие ротовой части головы. «Текст» этого гена у человека подо-
бен соответствующим генам в остальных трех из Нох-кластерах: А4, В4 и D4, — а
у мыши этим генам соответствуют свои гены в четырех кластерах: а4, Ь4, с4 и
d4. У эмбрионов мыши эти гены работают в клетках, из которых затем развивает-
ся шейный отдел: шейные позвонки и нервная трубка спинного мозга внутри их.
Если с помощью направленной мутации разрушить один из этих генов, то один или
несколько шейных позвонков окажутся измененными. Изменения в позвонках до-
вольно специфичны. Все шейные позвонки в норме отличаются друг от друга. Из-
мененный позвонок будет выглядеть так же, как предшествующий позвонок. Други-
ми словами, гены Нох4 нужны для того, чтобы сделать последующий позвонок от-
личным от предыдущего. Если разрушить два гена Нох4, то половина позвонков
окажутся измененными, если три — изменения затронут еще большее число позвон-
ков. Получается, что четыре гена оказывают на развитие шейного отдела позво-
ночника кумулятивный эффект. В направлении от головы к копчику гены поочеред-
но включаются в работу и дорабатывают базовый дизайн позвонка до той формы,
которая требуется в данной части организма. Благодаря наличию четырех пар ге-
нов организм человека и мыши более надежно контролирует процесс развития, чем
единственный Нох-кластер у дрозофилы.
Также стало понятно, почему у позвоночных число генов в Нох-кластере дохо-
дит до 13, а у дрозофилы их всего восемь. У позвоночных есть еще хвост — про-
должение позвоночника над анальным отверстием — с множеством своих позвонков.
У насекомых такого сложно организованного хвоста нет. Дополнительные гены в
кластере Нох у человека и мыши, которых нет у дрозофилы, нужны для программи-
рования позвонков хвоста или копчика. В ходе эволюции, когда наши обезьяньи
предки лишились хвоста, произошло ингибирование соответствующих генов, кото-
рые работают у мыши.
Мы подошли к наиболее интригующему вопросу: почему у всех организмов гены в
кластере Нох упорядочены строго определенным образом — первый ген для головы,
а последний для хвоста? Окончательного ответа на этот вопрос пока нет, но
есть правдоподобные гипотезы. Первый ген в кластере не только включается в
переднем отделе тела, но и первым из генов кластера включается в работу. Та-
ким образом, к множеству генов, включаемых первым Нох-геном следует также от-
нести второй Нох-ген, и так по цепочке. Действительно, развитие эмбрионов
всех организмов начинается с головы. Следовательно, гены в кластере Нох рас-
положены в той последовательности, в которой они включаются в работу. Гены
как бы передают эстафетную палочку друг другу. Если мы рассмотрим усложнение
организма животных в ходе эволюции, то увидим, что эволюция шла в том же на-
правлении: постепенно усложнялись конечности и задняя часть туловища, тогда
как голова оставалась головой. Так что в последовательности Нох-генов отобра-
жается также эволюция видов, что соответствует известному утверждению Эрнста
Геккеля (Ernst Haeckel)5: «онтогенез повторяет филогенез», т. е. эмбрион раз-
вивается в той последовательности, в какой происходило развитие и усложнение
предковых форм этого вида.
Нох-гены лишь дают отмашку развитию эмбриона, установив для него оси разви-
тия от головы к хвосту и от спины к животу. За счет последовательного, растя-
нутого во времени включения генов гомеозисного кластера каждый из них работа-
ет в своем сегменте тела. Теперь уже по сегментам каждый Нох-ген запускает
каскад регулируемых им генов развития, многие из которых сами являются регу-
ляторами других генов. Благодаря этому сегменты тела развиваются по своему
индивидуальному плану и отличаются друг от друга. Так, одни сегменты превра-
щаются в конечности, другие — в крылья. Полиморфизм органов и частей тела
достигается не только за счет многообразия регуляторных генов, но и за счет
того, что один и тот же сигнал по-разному интерпретируется в разных частях
тела. Возьмем, например, уже знакомый нам декапентаплегальный (decapentaple-
gic) ген дрозофилы. Синтезируемый под его контролем регуляторный белок управ-
ляет как развитием лапок мухи, так и развитием крыльев. Этот ген, в свою оче-
редь, запускается белком другого гена, называемого hedgehog (ежик). Работа
этого белка состоит в том, что он взаимодействует с другим белком, блокирую-
щим промоторную часть декапентаплегального гена, и заставляет его освободить
промотор и разблокировать ген. Ген hedgehog относится к так называемым сег-
ментно-полярным генам, т. е. он работает во всех сегментах тела, но только в
их дистальных (краевых) частях. Если в эмбрионе мушки дрозофилы в сегменте, в
котором образуются крылья, перенести частицу из края сегмента в среднюю
часть, то у мухи вырастут «зеркальные» крылья с двумя сросшимися фронтальными
половинками посредине и двумя задними опахалами по краям.
Вас уже не удивит, что у гена hedgehog есть аналоги в геномах как человека,
так и птиц. У нас и у куриц есть три похожих гена: sonic hedgehog (Ёж Соник),
Indian hedgehog (индийский еж) и desert hedgehog (пустынный еж), выполняющих
одну и ту же работу. (Из-за названий генов может возникнуть впечатление, что
генетики страдают больным воображением. В генетических каталогах вы найдете
5 Эрнст Геккель (1834-1919), немецкий зоолог, основоположник биологии индивидуально-
го развития и экологии. Известен также своими расистскими взглядами, вдохновлявшими
Гитлера во время написания Mein Kampf. Онтогенез — развитие отдельной особи; филоге-
нез — происхождение и эволюция вида.
гены с именами tiggywinkle (прыгающий моллюск) и целые семейства генов с об-
щим именем warthog (бородавочник, или в данном случае, скорее, «бородавчатая
свинья») и groundhog (имя гена можно перевести как «земляная свинья», но так
по-английски называются многие животные — от сурка до трубкозуба). Что каса-
ется генов-ежиков, то такое название они получили по внешнему виду мушки дро-
зофилы с дефектным геном hedgehog6.) Точно также, как у дрозофилы, назначение
гена sonic hedgehog и его партнеров состоит в том, чтобы установить в конеч-
ностях оси фронтально-дорсальной асимметрии. У эмбриона сначала формируются
симметричные отростки конечностей и только под влиянием генов семейства
hedgehog происходит дифференциация конечности на переднюю и заднюю части. На
куриных эмбрионах проводили следующий эксперимент. В строго определенное вре-
мя микроскопический комок эмбриональных клеток смачивали в суспензии белка
hedgehog и аккуратно под микроскопом вставляли в среднюю часть почки будущего
крыла у 24-часового куриного эмбриона. В результате точно так же, как у дро-
зофилы, вырастали сдвоенные крылья. Каждое из них представляло собой пару
крыльев, сросшихся фронтальной частью с оперением, торчащим вперед и назад от
средней линии крыла.
Таким образом, у птиц и мух ген hedgehog определяет переднюю и заднюю части
крыла. У млекопитающих этот ген отвечает за правильное развитие пальцев на
конечностях. В каждом эмбрионе человека происходит трансформация беспалой
почки в пятипалую конечность. Но точно такая же трансформация произошла при-
мерно 400 млн. лет назад с плавниками рыб, вышедших на берег. Этот факт одно-
временно получил подтверждение, как в результате палеонтологических открытий,
так и наблюдений за развитием эмбрионов под контролем Нох-генов.
Изучение эволюции конечностей началось в 1988 году с обнаружения в Гренлан-
дии окаменелостей акантостеги (Acanthostega) . Полурыба-полумлекопитающее7,
вымершее 360 млн. лет назад, поразило ученых строением восьмипалой конечно-
сти, напоминающей конечность сухопутных животных. Это был один из вариантов
конечностей, которые природа апробировала на древних рыбах, позволив им ша-
гать по мелководью. Постепенно, после анализа многочисленных окаменелостей,
стал проясняться путь эволюции от плавника рыбы к пятипалой конечности, кото-
рой обладаем мы с вами. Сначала появились изогнутые дугой и торчащие вперед
из грудной клетки кости предплечий. Затем из костей запястья образовались на-
правленные назад косточки пальцев. Последовательность эволюционного развития
конечностей была открыта после того, как ученые выстроили в ряд найденные
окаменелости рыб и первых сухопутных животных. И тут палеонтологи получили
экспериментальное подтверждение своей теории от эмбриологов. Оказывается,
именно в такой последовательности в конечностях работают гомеозисные гены.
Сначала Нох-гены создают градиент экспрессии от вершины к основанию растущей
почки конечности, в результате чего в ней появляются и развиваются кости пле-
ча и запястья. Затем в запястье возникает новый градиент экспрессии hedgehog-
генов8, перпендикулярный первому градиенту, который дает толчок развитию кос-
6 Имя hedgehog (ежик) носит целое семейство генов индивидуального развития. Первый
ген этого семейства был обнаружен в 1978 году нобелевскими лауреатами Эриком Вишау-
сом (Eric Wieschaus) и Кристианой Нюссляйн-Фолхард (Christiane Nusslein-Volhard).
Такое название было предложено, поскольку мутантная мушка дрозофила была покрыта
мелкими щетинками, делающими ее похожей на ежа. Все остальные гены hedgehog названы
по видовым названиям ежей, за исключением гена sonic hedgehog, названного в честь
персонажа серии видеоигр Sonic the Hedgehog.
7 Наверное имеется ввиду полуземноводное. Млекопитающие произошли от пресмыкающихся
в конце триасового периода, приммерно на 150 млн. лет позже.
8 Изменения именно в гене sonic hedgehog привели к тому, что предки китов и дельфи-
нов лишились задних конечностей (Thewissen J. G. et al. 2006. Developmental basis
for hind-limb loss in dolphins and origin of the cetacean bodyplan. PNAS)
тей пальцев.
Acanthostega (реконструкция).
Нох-генами и hedgehog-генами не ограничивается перечень генов развития эм-
бриона. Множество других генов, определяющих, что и где должно расти, образу-
ют удивительную по надежности самоорганизующуюся систему: объединяющие и
разъединяющие гены (pax-genes и gap-genes) и еще множество генов с удивитель-
ными англо-немецко-японскими именами, такие как radical fringe (остаточная
бахрома), even-skipped (парно-пропущенный), fushi tarazu, hunchback (горбун),
Krtippel (калека), giant (гигант), engrailed (зазубренный), knirps (карапуз),
windbeutel (флюгер), cactus (кактус), huckebein (хромой), serpent (змея),
gurken (огурчик), oskar (оскар) и tailless (бесхвостый). Читая современные
статьи по эмбриологии, иногда думаешь, будто взялся за чтение очередной но-
веллы Толкиена о приключениях хоббитов. Приходится освоить массу новой терми-
нологии, чтобы понять, что к чему. Тем не менее, генетика индивидуального
развития полностью соответствует основным генетическим законам. Чтобы постичь
чудо развития организма из одной клетки, не потребовалась ни современная
ядерная физика, ни мудреная теория хаоса, ни квантовая динамика, ни новые ге-
нетические концепции. Так же, как и с генетическим кодом, проблема эмбрио-
нального развития, которая представлялась непостижимой загадкой, оказалась
вполне объяснимой последовательностью генетических событий. Все начинается с
градиента химических веществ, оказывающих влияние на яйцеклетку. Под влиянием
химических сигналов активизируются первые регуляторные гены, которые опреде-
ляют, где у эмбриона перед и где зад. Затем последовательно от головы к хво-
сту включаются другие регуляторные гены, придающие каждому сегменту тела свою
функциональность и специфичность. Следующая волна генов устанавливает фрон-
тально-дорсальную полярность сегментов, и уже локальные регуляторные гены
трансформируют клетки в отдельные органы и ткани. Процесс эмбрионального раз-
вития оказался довольно простым линейным химико-механическим процессом больше
в духе Аристотеля, чем Сократа9. Из простого химического градиента возникает
сложный полиморфизм органов и тканей. Насколько простыми были принципы инди-
9 Автор противопоставляет материалистический натурализм Аристотеля идеализму Сократа
— примеч. ред.
видуального развития, и насколько сложным и многообразным оказался конечный
результат. Несмотря на простоту базовых принципов, природа все еще бросает
вызов инженерам. До сих пор человеку так и не удалось сконструировать машину,
которая собирала бы сама себя из запчастей.
Хромосома 13.
История народов
Поразительное единообразие гомеозисных генов у червей, мух, кур и людей еще
раз подчеркивает общность нашего происхождения от единого предка. Обнаружить
это сходство нам позволило знание генетического кода — языка, на котором за-
писаны прописи белков в генах. Мы сравнили «тексты» генов и обнаружили в них
общие «слова». Точно так же, но в иной исторической перспективе, сравнение
языков дает возможность проследить общие корни разных народов. Например,
итальянский, французский, испанский и румынский языки происходят от латинско-
го языка, на котором говорили в Древнем Риме. Историю миграции народов можно
изучить, если объединить в исследовании лингвистический и генетический анализ
родственных связей между людьми. Напрасно историки сетуют на отсутствие исто-
рических документов, свидетельствующих о переселении того или иного народа в
далеком прошлом. Такие документы есть. Это гены и язык, на котором мы гово-
рим. По причинам, которые я постепенно буду раскрывать в этой главе, хромосо-
ма 13 является отличной отправной точкой для разговора о генеалогии человече-
ства.
В 1786 году английский судья в Калькутте сэр Уильям Джонс (William Jones)
созвал съезд Королевского азиатского общества (Royal Asiatic Society) и объя-
вил о своем открытии: древнеиндийский язык санскрит является прародителем ла-
тинского и греческого языков. Благодаря тому, что Джонс владел многими языка-
ми, он обнаружил сходство санскрита также с кельтским, готским и персидским
языками. Он предположил, что все эти языки имели общее происхождение. Джонс
пришел к такому заключению по той же причине, по которой современные генетики
сделали вывод о существовании 530 млн. лет назад округленных плоских червей —
предков большинства современных животных. Этой причиной явилось сходство
слов. Например, слово «три» звучит как «tres» в латинском, «treis» — в грече-
ском и «tryas» — в санскрите. Безусловно, в отличие от генетического «языка»
в разговорных языках гораздо проще происходит заимствование слов у народов,
которые живут на соприкасающихся территориях. Можно предположить, что слово
«три» было занесено в санскрит из языков европейских народов. Но дальнейшие
исследования подтвердили правоту Джонса. Все эти народы на огромной террито-
рии от Индии до Ирландии когда-то были одним народом и жили вместе на одной
территории. Затем в ходе вековой истории миграций общий язык рассыпался на
диалекты, которые стали самостоятельными языками.
Сравнив языки, мы даже можем предположить, какими были наши общие предки.
Индоевропейцы примерно 8 000 лет назад начали мигрировать из своей земли обе-
тованной, которую некоторые считают современной Украиной, но, скорее, это бы-
ла территория современной Турции (во всех индоевропейских языках есть общие
корни слов, обозначающих холмы и быстрые горные потоки). Наши предки занима-
лись земледелием и скотоводством — во всех языках есть общие слова, обозна-
чающие урожай, коров, овец и собак. Если учесть, что согласно археологическим
данным земледелие в те времена только зарождалось в так называемом перекрест-
ке изобилия — Сирии и Месопотамии, — становится понятным, что своему успеху в
расселении на двух континентах наши предки обязаны владению передовой техно-
логией тех времен — умением обрабатывать землю и выращивать урожай. Но раз-
несли ли они вместе со своим языком по дальним землям также свои гены? К это-
му вопросу мы еще вернемся чуть позже.
На родине индоевропейских народов — в Анатолии — сейчас говорят по-турецки,
на языке, который не относится к индоевропейской группе, и был занесен сюда
позже дикими всадниками с бескрайних степей центральной Азии. Эти «алтайские»
народы также владели передовой технологией — они разводили и использовали ло-
шадей, о чем свидетельствует не только история, но и их язык. У всех народов
алтайской группы много общих слов, связанных с лошадьми. Третья большая язы-
ковая группа — уральская. На языках этой группы говорят народы севера России,
Финляндии, Эстонии и, как ни странно, венгры10. Расселение этих народов про-
исходило в несколько этапов, примерно в то же время, корда в Европе появились
индоевропейцы. Вероятно, они тоже были обладателями какой-то передовой техно-
логии, возможно, занимались разведением северных оленей. В классической форме
уральский язык сохранился сейчас только у самоедов — оленеводов северо-
западной части России.
Но если мы копнем глубже, то найдем свидетельства того, что эти три группы
языков — индоевропейская, алтайская и уральская — также сходятся к одному об-
щему языку, на котором говорили народы Евразии примерно 15 000 лет назад. Су-
дя по общим корням во всех языках, это был народ охотников-собирателей, у ко-
торых еще не было домашних животных за исключением, возможно, собаки (волка).
Нет общего мнения по поводу того, какие народы являются их прямыми потомками.
Русские лингвисты Владислав Иллич-Свитыч и Арон Долгопольский относили к аф-
ро-азиатскому семейству также арабский язык и языки Северной Африки, тогда
как Джозеф Гринберг (Joseph Greenberg) из Стенфордского университета исключа-
ет эти языки, но добавляет к данному семейству языки коряков и чукчей, прожи-
вающих на северо-восточной оконечности Азии. Иллич-Свитыч даже написал не-
большую поэму на неизвестном древнем «ностратическом» языке. Корни и звучание
слов были выведены теоретически, на основе сравнительного анализа афро-
азиатского семейства языков.
Доказательством существования древнейшего языка наших пращуров служат от-
дельные слова и буквосочетания, которые мало изменились за все эти тысячеле-
тия. Например, в индоевропейских и уральских языках, а также монгольском, чу-
котском и эскимосском в слове «мне» присутствует звук «м», а в слове «ты» —
звук «т». Множество таких примеров сводит к минимуму вероятность простого
совпадения. Можно с уверенностью сказать, что португальский и корейский языки
сходятся к общему предковому языку.
Каким был секрет успеха ностратического народа, мы, видимо, никогда не уз-
наем. Возможно, эти люди первые придумали использовать собак во время охоты
или изобрели лук и стрелы. Возможно, причина их успеха была не столь матери-
альной, а состояла в более совершенном общественном укладе, например, в при-
нятии решений путем демократического голосования. Распространившись на огром-
ные территории, они не уничтожили коренные народы, жившие здесь до них. Дос-
товерно известно, что баскский язык, некоторые языки Кавказа и исчезнувший
этрусский язык не относятся к макросемейству ностратических языков, но зато
есть четкие связи между этими языками и китайским, а также языком индейцев
племени Навахо. Они образуют другое макросемейство языков на-дене. Мы вплот-
ную подошли к одной спекулятивной идее. Известно, что баски, которые сейчас
сохранились в Пиренейских горах (горы всегда были закоулками на путях великих
переселений, где находили прибежище потомки давно исчезнувших народов), ко-
гда-то населяли гораздо большую территорию, о чем свидетельствуют названия
местностей. Интересно, что эта территория совпадала с областью распростране-
ния кроманьонской наскальной живописи. Являются ли баскский язык и язык нава-
Ничего странного, венгры мигрировали на территорию современной Венгрии из степных
областей к востоку от Урала. А еще раньше отделились от своих ближайших языковых
родственников — хантов и манси.
хо лингвистическими окаменелостями первых кроманьонцев, которые вытеснили не-
андертальцев из Евразии? Являются ли носители этих языков прямыми потомками
мезолитических людей, на смену которым затем пришли люди неолита, говорящие
на индоевропейских языках? Скорее всего, нет, но все же небольшая вероятность
этого сохраняется.
В 1980-х годах великий итальянский генетик Луиджи Лука Кавалли-Сфорца
(Luigi Luca Cavalli-Sforza), вдохновленный открытиями лингвистов, задался
очевидным вопросом: соответствуют ли языковые границы генетическим? Границы
распространения генов, безусловно, более размыты в результате смешанных бра-
ков . Отличия между немцами и французами в генетическом плане гораздо менее
очевидны, чем различия в языке.
Тем не менее, некоторые закономерности начали проявляться. Собрав множество
примеров «классического полиморфизма» генов в популяциях людей и обработав
эти данные с помощью статистического метода основных компонентов, Кавалли-
Сфорца обнаружил в Европе пять центров, из которых происходило распростране-
ние полиморфных генов разных типов. Плавный градиент генетического полимор-
физма с юго-востока Европы в направлении северо-запада отображает путь рассе-
ления в Европу из Средней Азии земледельцев во времена неолита. На пути гене-
тического маршрута были обнаружены археологические свидетельства — стоянки
древних земледельцев, которые появились в Европе примерно 9 500 лет назад.
Этот генетический тренд обуславливает 28% генетического полиморфизма у совре-
менных европейцев. Другой резкий градиент полиморфизма на северо-востоке Ев-
ропы соответствует расселению народов уральской языковой группы. Влиянием
расселения этих народов объясняется 22% варьирования генов у европейцев. Тре-
тий градиент, который вдвое слабее предыдущего, расходится концентрическими
кругами от украинских и донских степей. Этот градиент соответствует расселе-
нию кочевников, пришедших в Европу за 3 000 лет до нашей эры из междуречья
Волги и Дона. Четвертая область генетического разнообразия представлена мно-
жеством вкраплений в Греции, Южной Италии и в Западной Турции и, вероятно,
отображает распространение античных греческих мегаполисов во втором и первом
тысячелетиях до нашей эры. Наиболее интригующим является едва вырисовывающий-
ся пятый центр распространения необычных генов в районе древней страны басков
в Северной Испании и в Южной Франции. Это еще раз подтверждает тот факт, что
баски являются древним донеолитическим народом, выстоявшим под напором индо-
европейцев .
Другими словами, генетика подтвердила лингвистические гипотезы о том, что
расселение и миграции древних народов, вооруженных новыми технологиями, сыг-
рали огромную роль в эволюции человечества. Генетические границы не так рез-
ки, как лингвистические, благодаря чему генетический анализ позволяет рас-
крыть больше нюансов истории народов. Даже в пределах одной страны генетиче-
ский полиморфизм часто совпадает с языковым. Например, в родной для Кавалли-
Сфорца Италии есть островки генетического полиморфизма, которые соответствуют
древней стране этрусков, Лигурии и Генуи, жители которых говорят на наречии,
не относящемся к индоевропейскому семейству языков, а также древним греческим
мегаполисам на юге Италии. Вывод прост: люди и их язык идут по земле вместе.
Археологи могут проследить время появления в Европе земледельцев неолита,
кочевников и древних мадьяр. Но как это происходило? Они просто расширяли
свои территории или мигрировали? Повстречалось ли им на новых землях коренное
население? Что произошло с коренным населением, были ли они все уничтожены
или ассимилировались с пришельцами? Или может пришельцы взяли себе в жены ме-
стных женщин, а мужчин убили? А может, расселялись не люди, а их культура на-
ходила все больше приверженцев, и вместе с новыми технологиями распространял-
ся и язык? Все модели возможны. Например, в Америке XVIII века коренное насе-
ление было почти полностью уничтожено европейцами, как в генетическом, так и
в лингвистическом плане, тогда как в Мексике в XVII веке процесс больше напо-
минал смешение. В XIX веке в Индии широко распространился английский язык, но
это практически не сопровождалось генетическим кровосмешением.
Генетический анализ позволяет нам лучше понять, какая из моделей экспансии
больше применима к древним историческим событиям. Плавный генетический гради-
ент, направленный с юго-востока к северо-западу Европы лучше всего объясняет-
ся моделью диффузного проникновения в Европу первых земледельцев неолита. Ге-
ны земледельцев с юго-запада смешивались с генами коренного населения, поэто-
му генетический полиморфизм постепенно сглаживается по мере продвижения на
северо-запад. Это указывает на многочисленные смешанные браки между пришель-
цами и коренным населением. Кавалли-Сфорца предположил, что, вероятнее всего,
мужчины-земледельцы брали себе в жены местных женщин из племен охотников и
собирателей, но не наоборот. То же самое сейчас происходит в центральной Аф-
рике между чернокожими крестьянами и пигмеями, ведущими полудикий образ жизни
в джунглях. Земледельцы, которые могли прокормить несколько жен и рассматри-
вали охотников как дикарей, никогда бы не позволили своим дочерям выйти замуж
за дикого охотника, но были не прочь заиметь себе в жены красавицу-дикарку.
Вторжение более развитой цивилизации сопровождалось закреплением на терри-
тории нового языка. Браки между пришлыми мужчинами и коренными женщинами вели
к смешению всех генов за исключением тех, которые находятся на хромосоме Y.
Так произошло на территории современной Финляндии. Финны генетически почти не
отличаются от соседних народов, исключение составляет лишь хромосома Y. Гены
только этой хромосомы однозначно указывают на североазиатское происхождение
финнов. Когда-то в далеком прошлом на территории современной Финляндии с ко-
ренным индоевропейским населением произошло наслоение языка уральской группы
и уральской Y-хромосомы. Весьма интересный факт был обнаружен в ходе популя-
ционных генетических исследований. Оказалось, что скорость распространения
генов митохондрий, передающихся только по женской линии, во много раз превос-
ходит скорость распространения мужских генов на хромосоме Y. Это связано с
тем, что в человеческом обществе обычно жена уходила к мужу (или выкрадыва-
лась) из своей семьи, а не наоборот.
Но какое отношение ко всему этому имеет хромосома 13? Так случилось, что на
этой хромосоме оказался известный ген BRCA2, который тоже многое может рас-
сказать о генеалогии людей. BRCA2 был вторым по счету геном «рака молочной
железы», обнаруженным в 1994 году. Довольно редкая мутация этого гена делает
женщин несколько более предрасположенными к данному заболеванию. Ген был об-
наружен в результате изучения нескольких исландских семей, в которых в ряде
поколений женщины страдали раком груди. Исландия — это уникальная естествен-
ная генетическая лаборатория, поскольку все ее население произошло от неболь-
шой группы норвежцев, высадившихся здесь в 900-х годах нашей эры. Уровень им-
миграции на протяжении последующих веков был низким. Поэтому родословная
практически всех 270 000 жителей острова начинается от тех нескольких тысяч
норвежцев, появившихся здесь до наступления «малого ледникового периода»
средних веков. Одиннадцать веков изоляции и опустошительные эпидемии XIV сто-
летия сделали остров заповедным местом для охотников за генами. Несколько
предприимчивых исландских генетиков, получивших образование в США, вернулись
на родину и открыли частную клинику по выявлению родословной исландских семей
по генетическим маркерам.
В двух местных семьях частые случаи рака молочной железы прослеживались во
многих поколениях вплоть до 1711 года. В обеих семьях была обнаружена одна и
та же мутация — делеция (недостаток) пяти «букв» в тексте гена BRCA2 после
999-й «буквы». Другая мутация в этом же гене — делеция 6 174-й «буквы» — ха-
рактерна для потомков евреев ашкенази. Примерно 8% случаев рака молочной же-
лезы у евреек ашкенази в возрасте около 42 лет связаны с этой мутацией, и еще
20% случаев связаны с мутацией в гене BRCA1, который находится на хромосоме
17. И вновь генетические заболевания стали результатом продолжительного ин-
бридинга, хотя и не в таких масштабах, как в Исландии. Генетическая чистота
евреев связана с многовековой практикой неприятия иноверцев и отвержения тех,
кто женился на чужеземке. Наиболее последовательные иудеи, к которым относят-
ся евреи ашкенази, также стали объектом пристального изучения генетиков. В
США. даже был создан Комитет по предупреждению генетических заболеваний евреев
(Committee for the Prevention of Jewish Genetic Disease), в задачи которого,
в частности, входит генетический анализ крови у школьников. Впоследствии, ко-
гда дети вырастают, прежде чем разрешить им вступление в брак, брачные агенты
запрашивают в базе данных результаты анализа, где они хранятся под анонимными
индивидуальными номерами каждого школьника. Если у обоих брачующихся будут
обнаружены одинаковые мутации, ведущие к болезни Тея-Сакса (детское слабо-
умие) или муковисцидозу, то в браке молодым откажут. Практические результаты
работы этого комитета, который остро критиковался в New York Times в 1993 го-
ду как «неоевгенический», впечатляют своей эффективностью. Муковисцидоз был
практически искоренен у еврейского населения США.
Таким образом, география распространения генов представляет не только ака-
демический интерес. Болезнь Тея-Сакса является результатом генетической мута-
ции, которая довольно часто встречается у евреев ашкенази по причинам, о ко-
торых мы говорили при рассмотрении хромосомы 9. Мутация Тея-Сакса на одной
хромосоме делает людей несколько более устойчивыми к туберкулезу, что отража-
ет историю жизни и болезней этого народа. Скученные в гетто на протяжении не-
скольких последних столетий, евреи ашкенази были особенно подвержены туберку-
лезу, поэтому не удивительно, что в их геноме накопились гены, препятствующие
данному заболеванию. Хотя ценой этой защиты была повышенная смертность детей
от генетического заболевания.
До сих пор нет такого простого объяснения факта распространения мутации на
хромосоме 13 у ашкенази, результатом которой становится рак молочной железы.
Скорее всего, у этого и у всех остальных расовых и этнических особенностей
генома есть свой практический смысл. Составление полной генетической карты
мира позволит лучше понять тенденции и процессы как древней, так и недавней
истории человечества.
Рассмотрим два интересных примера: употребление алкоголя и молока. Способ-
ность употреблять большие объемы спиртного во многом зависят от работы гена
на хромосоме 4, кодирующего синтез фермента алкогольдегидрогеназы. У многих
людей есть врожденная способность при необходимости быстро наращивать произ-
водство этого фермента — результат тяжелой многовековой практики. Люди, у ко-
торых данный фермент плохо работал, деградировали и умирали от алкоголизма.
Способность к потреблению спиртных напитков была зволюционно прогрессивной,
поскольку спирт убивал микробов, вызывавших опустошительные эпидемии дизенте-
рии и других желудочно-кишечных инфекций у оседло живущих средневековых зем-
ледельцев . «Не пейте сырую воду» — предупредят вас в любом туристическом
агентстве перед поездкой в тропические страны. Помимо бутилированной воды
безопасными напитками являются кипяченая вода и спиртные напитки. До XVIII
столетия включительно богатые европейцы пили только вино, пиво, кофе и чай.
Употребление любых других напитков было чревато опасностью кишечных инфекций.
(Опасность прошла, но привычка осталась.)
Однако скотоводы и кочевники, во-первых, не выращивали растений, пригодных
для ферментации и, во-вторых, не нуждались в стерилизации напитков, так как
жили обособленно поблизости от незагрязненных природных источников. Не удиви-
тельно, что коренные жители Австралии и Америки оказались столь восприимчивы
к алкоголизму. У них нет ферментов для быстрого расщепления этанола.
Подобную эволюцию пережил другой ген на хромосоме 1, ответственный за син-
тез лактазы. Этот фермент необходим для расщепления лактозы — молочного саха-
ра. Мы все рождаемся с данным геном, который активно работает, пока мы ма-
ленькие . Но у большинства людей и всех остальных млекопитающих этот ген вы-
ключается по мере взросления. Это объясняется тем, что млекопитающие употреб-
ляют молоко только в младенчестве. В дальнейшем нет смысла тратить энергию на
синтез ненужного фермента. Но несколько тысяч лет назад древние люди научи-
лись получать молоко от домашних животных и стали родоначальниками молочной
диеты. Вкусное и полезное для детей молоко оказалось трудным для переварива-
ния взрослым организмом продуктом ввиду отсутствия лактазы. Один из способов
превращения молока в диетическую пищу состоял в том, чтобы дать бактериям
съесть всю лактозу, оставив остальные питательные вещества человеку. Так поя-
вился сыр, содержащий мало лактозы и одинаково хорошо усваиваемый как детьми,
так и взрослыми.
Случайно в результате мутации в одном из регуляторных генов, чей продукт
выключал ген лактазы, фермент стал синтезироваться на протяжении всей жизни.
К радости изготовителей кукурузных и пшеничных хлопьев, которые подают к зав-
траку с молоком, большинство европейцев унаследовали эту мутацию. Примерно
70% европейцев легко усваивают молоко в зрелом возрасте, тогда как в отдель-
ных частях Африки, Восточной и Центральной Азии, а также Океании только 30%
населения имеют необходимый фермент. Частота мутаций может существенно ме-
няться даже в смежных районах. Возникает вопрос: каковы причины, которые за-
ставляли разные народы переходить на молочную диету?
Существует три основные гипотезы на эту тему. Первая и наиболее очевидная
состоит в том, что пастухи и кочевники переходили на молочную пищу, чтобы
разнообразить свое убогое питание на пастбищах. Во-вторых, переход на молоч-
ную диету мог стимулироваться недостатком солнца, и, следовательно, витамина
D. Витамин D вырабатывается под воздействием солнечных лучей но, кроме того,
им богато молоко. Основой для этой гипотезы послужил тот факт, что сырое мо-
локо больше пьют в Северной Европе, тогда как жители Средиземноморья предпо-
читают сыры. Третья причина характерна для засушливых районов, где молоко
могло быть дополнительным источником жидкости. Например, много молока потреб-
ляют бедуины и туареги Сахары.
Два биолога собрали сведения о потреблении молока у 62 народов и народно-
стей, чтобы найти статистическое подтверждение этим гипотезам. Они не обнару-
жили четкой корреляции между потреблением молока и широтой местности, или
особенностями ландшафта, что снижает вероятность второй и третьей гипотез. Но
потребление молока существенно возрастало у тех народов, чьи предки были ско-
товодами, как, например, народ тутси в центральной Африке, фуланы из западной
Африки, народы пустынь (бедуины и туареги), ирландцы, чехи и испанцы, — у
всех этих народов практически нет ничего общего за исключением того, что их
предки пасли отары овец, стада коров, или держали коз. Эти народы являются
чемпионами в потреблении молока на душу населения.
Есть свидетельства в пользу того, что эти народы сначала научились ското-
водству , а потом уже пристрастились к молочной диете. Сомнительно, чтобы они
перешли к скотоводству из-за генетической предрасположенности к потреблению
молока. Это важное открытие, показывающее, как культурно-социальные изменения
в обществе ведут к генетическим изменениям. Гены могут включаться и выклю-
чаться под влиянием волевых решений индивидуума. Перейдя к скотоводству, люди
самостоятельно создали новый эволюционный тренд. Это звучит почти так же, как
эволюционные ереси ламаркистов о том, что кузнец, нарастивший бицепсы тяжелым
трудом, может передать этот признак своему сыну по наследству. Это, конечно,
не так. И все же следует признать, что смена образа жизни создает эволюцион-
ный прессинг на геном, результатом которого становится генетическое разнооб-
разие популяций нашего вида.
Хромосома 14.
Бессмертие
Мы рождаемся и умираем, но геном бессмертен. Заглянув в прошлое, вы увидите
непрерываемую цепь 50 млрд. поколений, растянувшихся на 4 млрд. лет эволюции
жизни на Земле. Древнейшие гены первых живых организмов все еще работают в
наших клетках. Не было ни одного разрыва или фатальной ошибки в цепи жизни.
Но бессмертие в прошлом, как скажет вам любой биржевой брокер, не гарантирует
бессмертия в будущем.
Предком не так то просто стать. На страже стоит естественный отбор и отсеи-
вает все слабые звенья цепи. Если бы это было не так, эволюция утратила бы
свою адаптивную прогрессивность. Если человечество проживет еще миллион лет,
генетического следа многих из тех, кто живет сегодня, не будет в будущем. Ряд
генетических ветвей усохнут и сломаются, не оставив потомков. Когда-нибудь
человек как вид может исчезнуть с лица Земли. Большинство видов на Земле су-
ществовали не более 10 млн. лет, и многие не оставили после себя никаких до-
черних видов. Нашему виду уже около 5 млн. лет, и никаких новых видов людей
от нас пока не произошло. Если человечество погибнет, то все наши гены исчез-
нут и никогда больше не повторятся. Но пока существует жизнь на Земле, у всех
живых организмов будут родители и предки, уходящие беспрерывной цепью вглубь
времен к самому первому организму, появившемуся на нашей планете.
Но если геном бессмертен, почему умирает тело? Четыре миллиарда лет не за-
терли «текст» генома (во многом благодаря тому, что он записан в цифровой
форме), но каждый год жизни делает наше тело менее гибким и подвижным. Менее
50 циклов делений хватает для того, чтобы оплодотворенная клетка превратилась
в организм, и еще 100 циклов делений обеспечивают регенерацию кожи и органов
у взрослого человека в течение всей его жизни. Есть старая сказка о восточном
императоре, который решил одарить ученого математика за услугу всем, что тот
пожелает. Математик попросил положить на первую клеточку шахматной доски одно
зернышко риса, на вторую — два, на третью — четыре, на четвертую — восемь и
т. д. Императору показалось, что он легко рассчитается с мудрецом, но для за-
полнения 64 клеток ему понадобилось бы около 20 миллионов миллионов миллионов
миллионов зернышек риса. Несмотря на все богатства императора, задача оказа-
лась невыполнимой. Так же и с клетками тела человека. Яйцеклетка делится один
раз, затем каждая дочерняя клетка делится опять и т. д. На 47-м цикле деления
тело будет состоять более чем из 100 триллионов клеток. Поскольку многие
клетки органов скоро прекращают делиться, для наполнения тела необходимым ко-
личеством клеток требуется около 50 циклов делений. Однако некоторые клетки
продолжают делиться всю жизнь, обеспечивая регенерацию тканей и органов. В
течение жизни человека такие клетки проходят более сотни циклов деления, но
потом умирают. Сотни операций копирования вымарывают «текст» генома. Но ведь
мы только что сказали, что 50 млрд. операций копирования за всю историю жизни
на Земле не испортили «текст» самых первых генов. В чем же разница?
По крайней мере, часть ответа на этот вопрос кроется в хромосоме 14 в виде
гена ТЕР1. Продуктом этого гена является белок, который входит в состав одной
из самых удивительных биохимических машин — теломеразы. Отсутствие теломеразы
в клетках ведет к старению. Добавление теломеразы делает некоторые клетки
бессмертными.
История началась в 1972 году с подачи одного из первооткрывателей структуры
ДНК — Джеймса Уотсона (James Watson). Уотсон заметил, что белковая машина ко-
пирования ДНК, называемая полимеразой, не может начать считывание ДНК с само-
го начала. Молекуле полимеразы сначала нужно прикрепиться к цепи ДНК, в ре-
зультате какая-то часть нуклеотидов оказывается за активным центром полимера-
зы и не копируется. Каждый раз скопированный текст становится чуть короче
оригинала. Представьте себе копировальную машину, которая обеспечивает иде-
альное качество, но всегда начинает копирование текста со второй строки и за-
канчивает на предпоследней строке. Единственный способ справиться с такой не-
нормальной машиной — это заполнить первую и последнюю строки бессмысленными
повторами букв, которые не жалко потерять. Именно так и поступают хромосомы.
Каждая хромосома представляет собой длинную страницу текста, который копиру-
ется полимеразой полностью, за исключением самого начала и самого конца. По-
этому на своих концах хромосомы содержат бессмысленный текст более чем из ты-
сячи повторов «фразы» TTAGGG. Эти повторяющиеся фрагменты ДНК называются те-
ломерами. Благодаря наличию теломер на концах хромосомы неуклюжесть полимера-
зы не приводит к потере жизненно важной информации. Как металлический нако-
нечник на конце шнурка, теломеры предохраняют хромосому от изнашивания.
Клетка
Схема расположения теломер на хромосоме.
Но каждый раз после копирования хромосомы число теломер на концах уменьша-
ется. После снятия сотни копий хромосома становится настолько короткой, что
под угрозой оказываются важные гены. В среднем теломерные концы хромосомы
уменьшаются на 31 «букву» в год, но в тканях с высокой скоростью деления кон-
цы хромосом «сгорают» значительно быстрее. Вот почему клетки стареют и умира-
ют к определенному возрасту. Возможно, по этой же причине стареет и наше те-
ло, хотя по данному вопросу между учеными продолжаются жаркие споры. К вось-
мидесяти родам на концах хромосом остается в среднем 5/8 от числа теломер,
которые были при рождении.
Но почему гены не теряются в яйцеклетках и сперматозоидах, прародителях
всех остальных клеток организма? В этих клетках неустанно работает теломера-
за, наращивания горящие концы хромосомы за счет добавления новых теломер. Те-
ломераза, обнаруженная в 1984 году Кэролом Грейдером (Carol Greider) и Элиза-
бет Блэкберн (Elizabeth Blackburn), оказалась затейливым созданием. Это со-
единение содержит в себе молекулу РНК, которая используется в качестве шабло-
на для копирования теломер, а сам белок очень напоминает уже известную вам
обратную транскриптазу, благодаря которой ретровирусы и транспозоны приумно-
жают свое число (см. главу 9). Одни считают теломеразу предшественницей всех
Теломера
ретровирусов и транспозонов, исходной системой копирования РНК в ДНК. Другие
рассматривают теломеразу как реликт РНК-овой эпохи жизни на Земле — первый
организм, в основе которого лежал комплекс из молекул РНК и белка.
Еще следует отметить одну интересную особенность: «фраза» TTAGGG, которая
повторяется несколько тысяч раз на концах хромосом, совершенно одинакова у
всех млекопитающих. Более того, она одинакова у всех животных и грибов, начи-
ная от простейшей трипаносомы, вызывающей сонную болезнь, или плесени
Neurospora. У растений эта «фраза» отличается лишь дополнительной буквой Т в
начале: TTTAGGG. Совпадение не случайно. Теломераза использовалась еще у са-
мых древних организмов, и шаблонная РНК с тех пор почти не изменилась. Инте-
ресный факт, у реснитчатых простейших — шустрых инфузорий, покрытых пропелле-
рами ресничек, — для теломеразы используется несколько иной текст: TTTTGGGG
или TTGGGG. Другая особенность реснитчатых простейших состоит в варьировании
генетического кода, постоянного для всех остальных организмов. Все больше на-
капливается данных, свидетельствующих, что инфузории выпадают из общего ство-
ла жизни. Мое личное мнение состоит в том, что они произошли от самых первых
форм жизни, возможно, еще до появления бактерий. Вполне вероятно, что инфузо-
рии являются живыми ископаемыми, произошедшими непосредственно от Луки — об-
щего предка всех живых организмов. Хотя, соглашусь, за этой версией пока нет
экспериментально подтвержденных фактов.
Один из видов инфузорий.
Как это не иронично, но теломераза была выделена и хорошо изучена не у че-
ловека, а как раз у инфузорий. Нам до сих пор не известно, какие белки объе-
диняются вместе в составе теломеразы у человека. Вполне вероятно, что теломе-
раза млекопитающих может сильно отличаться от теломеразы инфузорий. Некоторые
скептики называют теломеразу «мифическим ферментом», поскольку ее так трудно
выделить из клеток человека. У инфузорий, хранящих свои гены на тысячах ма-
леньких хромосом, на концах каждой из которых расположены теломеразы, выде-
лить этот фермент значительно проще. Ген теломеразы млекопитающих был впервые
найден канадскими учеными в базе данных генов мыши но аналогии с геном инфу-
зорий. Затем уже похожий ген был обнаружен в геноме человека. Группа японских
ученых определила место гена теломеразы на хромосоме 14. Гену было присвоено
имя ТЕР1, что означает первый теломеразныи белок (first telomerase-associated
protein). Хотя этот белок действительно является необходимой составной частью
теломеразы, похоже, что обратная транскриптазная активность восстановления
концов хромосом связана не с ним. Уже найден подходящий кандидат на эту роль,
но нахождение гена на хромосомах человека на момент написания этой публикации
еще не было установлено11.
Среди всех прочих генов гены теломеразы в наибольшей степени подходят под
определение «гены молодости». Теломераза является настоящим эликсиром вечной
жизни для клеток. Исследователь Кол Харли (Cal Harley), который впервые уста-
новил факт укорачивания теломеразных хвостов у хромосом при делении, основал
свою компанию Geron Corporation, основной целью которой стало изучение тело-
меразы. В августе 1997 года мир облетела новость, что в Geron удалось клони-
ровать часть теломеразы. Цена акций компании сразу удвоилась, не столько из-
за ожиданий, что это открытие принесет нам вечную молодость, сколько из-за
того, что изучение теломеразы открывает перед нами новые перспективы в борьбе
с раком. Раковые клетки не могут жить без теломеразы.
Исследователи компании Geron продолжили работу по созданию бессмертных кле-
ток с помощью теломеразы. В одном из экспериментов были взяты две лаборатор-
ные культуры клеток, в которых отсутствовал ген теломеразы. Внедрение этого
гена в клетки вело к тому, что они становились способными делиться бесконеч-
но, не теряя своей молодости, тогда как контрольные культуры клеток давно
умерли. К моменту написания этой публикации срок жизни клеток с теломеразой
уже в 20 раз больше срока, отведенного им природой, и нет ни малейших призна-
ков уменьшения скорости их деления.
В организме человека ген теломеразы выключен во всех тканях за редким ис-
ключением, но этот ген активно работает в организме эмбриона. С момента вы-
ключения гена теломеразы жизнь человека «ставится на стрелку». С этого време-
ни длина теломер на концах хромосом отмеряет число делений в клетках разных
тканей, и в определенный момент укорачивание хромосом с концов достигает пре-
дела , за которым следует смерть клеток. У микробов12 никогда не включается
отсчет числа делений, поскольку ген теломеразы никогда не выключается. В зло-
качественных раковых клетках этот ген включается повторно. В линии мышиных
клеток с целенаправленно разрушенным одним из генов теломеразы теломеры на
концах хромосом прогрессивно укорачивались.
Похоже, что отсутствие теломеразы является основной причиной, ведущей к
старению и умиранию клеток. Но является ли это причиной старения и умирания
всего организма? Есть одно свидетельство в пользу данного утверждения: клетки
стенок артериальных сосудов обычно имеют более короткие теломеры, чем клетки
стенок вен. Это отражает более напряженный рабочий ритм артерий в условиях
постоянно меняющегося повышенного давления крови. Клетки артерий растягивают-
ся и сжимаются при каждом ударе сердца, что ведет к их быстрому износу и за-
мене новыми быстро делящимися клетками. Именно постоянное деление клеток в
стенках артерий ведет к быстрому укорачиванию длины теломер и старению кле-
ток. Вероятно, именно поэтому мы чаще страдаем от проблем с артериями, чем от
Сейчас уже известны все гены теломеразы у человека: ТЕР1, TER (template-
containing telomerase RNA — шаблонная РНК теломеразы) и TERT (telomerase reverse
transcriptase — обратная транскриптаза теломеразы), а также регуляция этих генов у
эмбрионов и в раковых клетках (Cong Y. S. et al. 2002. Human telomerase and its
regulation. Microbiology and Molecular Biology Reviews 66: 407-425).
12 Под микробами Ридли, вероятно, подразумевает простейших. В клетках бактерий нет
теломеразы, поскольку у кольцевых бактериальных хромосом нет концов, и процесс копи-
рования происходит без потери данных. Даже в тех редких случаях, когда у бактерий
встречаются линейные хромосомы (например, у Agrobacterium tumefaciens) , им все равно
как-то удается обойтись без теломеразы.
проблем с венами.
Старение мозга так просто не объяснить, поскольку нервные клетки в течение
жизни человека не делятся. Но этот пример не оказался смертельным ударом для
тех, кто считал отсутствие теломеразы причиной старения. Вспомогательные
клетки мозга, так называемые глиальные клетки, делятся довольно активно, а их
теломеры укорачиваются. Впрочем, мало кто из ученых разделяет версию о том,
что накопление «старых» клеток с сожженными концами хромосом является основ-
ной причиной старения организма. Большинство неприятных вещей, ассоциируемых
со старостью, таких как рак, дряхление и ослабление тонуса мышц, окостенение
сухожилий, седые волосы, снижение эластичности кожи, не имеют ничего общего с
проблемой деления клеток. В случае с раком проблема как раз и состоит в том,
что клетки делятся слишком активно.
Кроме того, виды животных сильно разнятся по продолжительности жизни. Более
крупные животные, например слон, живут обычно дольше мелких животных, что мо-
жет показаться странным, так как для того чтобы вырос слон, требуется значи-
тельно больше делений яйцеклетки, чем для получения мыши. Это противоречит
теории о том, что деление клеток ведет к их старению. Малоподвижные животные,
такие как черепахи и ленивцы, живут дольше. Эти наблюдения ведут к следующему
выводу, настолько простому, что он не может быть неверным, и врачи это под-
твердят : всем животным отпущено одинаковое число дыханий. Слон живет дольше
мыши, но и пульс у него значительно медленнее. Если жизнь измерить числом ды-
ханий, то окажется, что продолжительность жизни у слона и мыши одинакова.
И все было бы хорошо с теорией, если бы не исключения, касающиеся, прежде
всего, летучих мышей и птиц. Миниатюрные летучие мыши, даже те, которые не
впадают зимой в спячку, могут жить до 30 лет, и в течение всей жизни они
едят, дышат и качают кровь с невероятной частотой. Птицы, чья кровь на не-
сколько градусов теплее нашей, в крови которых сахара вдвое больше, чем у
нас, и потребление кислорода не сравнимо с таковым ни у одного из млекопитаю-
щих , обычно проживают длинную жизнь. Существуют две известные фотографии, на
которых изображен шотландский орнитолог Джордж Даннет (George Dunnet) с одним
и тем же буревестником на руке, но фотографии сделаны в 1950 и 1992 году. Бу-
ревестник выглядит совершенно одинаково на обеих фотографиях, чего нельзя
сказать о профессоре Даннете.
На выручку биохимикам и врачам, у которых не получалось разгадать секрет
старения, пришли эволюционисты. Дж. Б. С. Холдейн (J. В. S. Haldane) , Питер
Мидэвор (Peter Medawar) и Джордж Уильяме (George Williams) независимо друг от
друга сделали один и тот же вывод о причинах старения. Каждый вид наделен
своей программой старения, которая зависит от того, в каком возрасте особи
этого вида продолжают размножаться. Естественный отбор тщательно выметает все
генетические дефекты, которые могут повредить телу до или во время репродук-
тивного периода. Так происходит потому, что особи с дефектами в генах остав-
ляют меньше потомства или не оставляют его совсем. Но естественный отбор не
может повлиять на гены, которые ведут к разрушению организма уже после пре-
кращения репродуктивного периода, поскольку такие мутации никак не могут по-
влиять на число потомков. Возьмем, к примеру, буревестника Даннета. Он живет
так долго, потому что в жизни буревестника нет таких естественных врагов, как
кошки и совы для мыши. Мышь в естественных условиях вряд ли проживет дольше
трех лет, поэтому гены, которые приводят мышь к гибели на четвертый год, ни-
как не контролируются естественным отбором. Буревестники продолжают размно-
жаться и в 20 лет, поэтому гены, вредящие 20-летней птице, все еще находятся
под прессом естественного отбора.
Эта теория подтверждается результатами одного наблюдения, описанного Стиве-
ном Аустэдом (Steven Austad). Исследователь изучал животный мир острова Сапе-
ло (Sapelo), который находится в пяти милях от береговой линии Джорджии в Со-
единенных Штатах Америки. На острове обитает популяция виргинийских опоссу-
мов, изолированных от материка в течение 10 000 лет. Опоссумы, как и все сум-
чатые , живут недолго. В возрасте 2 лет они уже обычно умирают, став жертвами
катаракты, артритов, лишая и разнообразных паразитов. Но такая судьба уготов-
лена лишь избранным долгожителям, поскольку до 2-летнего возраста опоссумы
уже успевают попасть под грузовик или стать обедом для койота или филина. На
острове Сапело, где естественных врагов у опоссумов нет, они доживают до ста-
рости, и поэтому в поле зрения естественного отбора попадает здоровье опоссу-
мов после 2 лет. Больше потомства стали оставлять те особи, которые медленнее
старели. Это и обнаружил Аустэд на Сапело. Опоссумы там не только живут доль-
ше, но и медленнее стареют. Они продолжали размножаться после 2-летнего воз-
раста — что практически невозможно для материковых опоссумов, — оставаясь при
этом значительно гибче и подвижнее своих однолеток с большой земли.
Эволюционная теория старения очень хорошо объясняет тенденции старения у
разных видов. Становится понятным, почему долго живущие виды имеют большие
размеры (слон), хорошо защищены (черепаха и дикобразы) или способны избегать
хищников (летучие мыши и летучие рыбы). Во всех случаях снижение вероятности
гибели от несчастных случаев или хищников повышает степень естественной се-
лекции тех версий генов, которые способствуют увеличению продолжительности
жизни.
Предки людей на протяжении нескольких миллионов лет были достаточно больши-
ми, успешно использовали орудия для самообороны (даже шимпанзе умеют отгонять
леопарда с помощью палок), поэтому в меньшей степени страдали от хищников.
Результатом стало замедление старения и существенное увеличение продолжитель-
ности жизни. Детская смертность в возрасте до 5 лет снизилась до 50%, что
звучит шокирующе для современного общества, но в действительности значительно
ниже детской смертности у других видов в естественных условиях. Наш предок
каменного века начинал половую жизнь примерно в 20 лет, репродуктивный период
продолжался до 35 лет, и еще около 20 лет уходило на воспитание детей, после
чего в 55 лет человек вполне мог умереть без ущерба для популяции. Не удиви-
тельно, что в возрасте от 55 до 75 лет мы начинаем седеть, слабеть, терять
гибкость, слепнуть и глохнуть. В одночасье начинают приходить в упадок все
системы нашего организма. Так, когда-то рабочие автомобильных заводов Детрой-
та ходили по свалкам и смотрели, какие запчасти в старых автомобилях все еще
сохранили пригодность. Потом на заводе для этих запчастей снижали требования
к качеству. Нет смысла тратить деньги на производство таких надежных деталей,
которые переживут сам автомобиль. Мать Природа сконструировала все органы та-
ким образом, чтобы они могли служить нам до тех пор, пока мы не увидим наших
детей самостоятельными, но не дольше.
В результате естественного отбора длина теломер на наших хромосомах рассчи-
тана на 75-90 лет жизни. Еще пока нет никаких научных подтверждений, но впол-
не возможно, что у буревестника и черепахи теломеры от рождения длиннее, а у
опоссума — короче. Не исключено, что индивидуальные различия в продолжитель-
ности жизни также могут быть связаны с длиной теломерных хвостов на концах
хромосом. То, что индивидуальные различия существуют, уже было доказано. Чис-
ло копий теломеры у разных людей может колебаться от 7 000 до 10 000, причем
длина теломерных окончаний наследуется. Возможно, что именно этим объясняются
факты долгожительства членов отдельных семей, или даже представителей отдель-
ных народов. Наверное, у француженки Жанны Кальман (Jeanne Calment) из Арля
(Aries), которая в феврале 1995 года отметила свое 120-летие, на концах хро-
мосом было гораздо больше повторов «фразы» TTAGGG, чем у многих из нас. Она
умерла на 122-м году жизни, а ее брат дожил до 97 лет.
Но, скорее, мадам Калман следует благодарить за долгую жизнь не теломеры, а
другие свои гены. Длинные теломеры не помогут больному организму. Они будут
быстро укорачиваться, поскольку для регенерации поврежденных тканей необходи-
мо быстрое деление клеток. У больных с синдромом Вернера, организм которых
быстро и преждевременно стареет, действительно теломеры сокращаются со значи-
тельно большей скоростью, но при рождении они были примерно такой же длины,
как у других людей. Их быстрое расходование, вероятно, связано с тем, что ор-
ганизму постоянно приходится устранять повреждения тканей, причиненные возни-
кающими в большом количестве свободными радикалами — атомами с синглетными
электронами, образующимися во время неконтролируемого окисления. Атомарный
кислород — это агрессивное соединение, о чем вам засвидетельствует любой за-
ржавевший железный предмет. Большинство мутаций, влияющих на продолжитель-
ность жизни, по крайней мере, у мух и червей, связаны с генами, имеющими от-
ношение к ингибированию образования свободных радикалов, т. е. они связаны с
предотвращением повреждений, а не продлением жизни клеток, занятых устранени-
ем повреждений. Отбор червей нематод по одному гену позволил ученым вывести
такую линию долгожителей, что они жили бы до 350 лет, если спроецировать про-
должительность жизни червя на продолжительность жизни человека. Майкл Роуз
(Michael Rose) в течение 22 лет проводил селекцию мушек дрозофил, отбирая для
спаривания наиболее долго живущих особей. Мушки его породы, которую он назвал
Мафусаил в честь библейского героя, живут 120 дней, что вдвое превышает срок
жизни их диких сородичей. Они приступают к размножению в возрасте, когда ди-
кие мушки уже обычно умирают. При этом нет свидетельств того, что уже достиг-
нут предел продолжительности жизни. Изучая во Франции геномы людей, перешаг-
нувших столетний рубеж, ученые обратили внимание на три версии гена, лежащего
на хромосоме 6, который выглядит несколько иначе у долгожителей. Интересно,
что один вариант гена был характерен для мужчин-долгожителей, а другой — для
женщин.
Старение оказалось именно тем признаком, который находится под контролем
многих генов. Джордж Мартин (George Martin) подсчитал, что на процесс старе-
ния у человека влияют до 7 000 генов, т. е. 10% от общего числа генов. Поэто-
му абсурдно называть какой-то отдельный ген геном старения. Старение пред-
ставляет собой практически одновременное разрушение многих систем организма,
так что любой ген, определяющий функциональность той или иной системы, можно
отнести к генам старения. И здесь есть своя эволюционная логика. Любой ген
безнаказанно может накапливать в себе мутации, если их разрушительное влияние
проявится уже после окончания репродуктивного периода жизни.
Совсем не случайно получилось, что бессмертные линии клеток человека, под-
держиваемые в лабораториях всего мира, произошли из раковых опухолей. Наибо-
лее известная из них — линия HeLa, выделенная из опухоли шейки матки пациент-
ки Генриетты Лаке (Henrietta Lacks), чернокожей женщины, умершей в 1951 году.
Ее раковые клетки настолько бурно пролиферируют, что часто загрязняют другие
лабораторные образцы и подавляют рост любых других культур в чашках Петри. В
1972 году случайным образом они оказались в одной российской лаборатории, где
исследователи по ошибке посчитали, что имеют дело с инфицированием ткани ка-
ким-то новым неизвестным онковирусом. Клетки HeLa используют для создания по-
ливакцин , и они уже побывали в космосе. Суммарная масса всех культур HeLa по
всем лабораториям мира сейчас в 400 раз превышает вес собственного тела Ген-
риетты. Удивительно, но они бессмертны. Правда, никому не пришло в голову
спросить разрешения на проведение подобных исследований ни у Генриетты Лаке,
ни у членов ее семьи, которые были шокированы таким клеточным бессмертием лю-
бимого человека. Опомнившись, ученые Атланты объявили 11 октября днем «герои-
ни науки» Генриетты Лаке.
Клетки HeLa имеют на своих хромосомах неукорачивающиеся теломеры. Но если в
культуру ткани добавить «антисмысловую» РНК (т. е. РНК, содержащую обратный
текст РНК теломеразы, в результате чего антисмысловая РНК прикрепляется к те-
ломеразной и блокирует ее), то клетки HeLa теряют свое бессмертие. Они старе-
ют и умирают примерно после 25-го деления.
Раковым клеткам нужна активная теломераза. Опухоль черпает силы в эликсире
молодости и бессмертия. Но при этом рак является квинтэссенцией старения.
Частота возникновения онкологических заболеваний прямо пропорциональна воз-
расту. У одних видов эта кривая растет быстрее, у других медленнее, но сохра-
няется та же зависимость. Нет ни одного организма на Земле, у которого часто-
та возникновения рака в юном возрасте была бы больше, чем в старости. Возраст
является самым канцерогенным фактором. Все остальные факторы окружающей сре-
ды, и в частности курение, являются второстепенными, поскольку их влияние
сводится к ускорению старения. Курение повреждает клетки легких, что стимули-
рует деление клеток для восстановления ткани. Следовательно, с точки зрения
длины теломер они становятся старее, чем могли бы быть. Ткани, предрасполо-
женные к возникновению раковых опухолей, отличаются от других тканей тем, что
в них деление клеток происходило чаще для восстановления повреждений, причи-
няемых другими факторами. К таким тканям относятся кожа, семенники, легкие,
позвоночник, желудок и лимфоциты крови.
Возникла парадоксальная ситуация. Сокращение теломеров ведет к раку, но без
теломеразы, которая делает теломеры длиннее, раковые клетки не могут жить.
Дело в том, что включение гена теломеразы является уже последней ступенькой
превращения клетки ткани в злокачественную клетку опухоли. Теперь понятно,
почему удачное клонирование белков теломеразы в компании Geron вызвало такой
ажиотаж среди врачей, работающих над созданием лекарств против рака. Если
удастся найти в теломеразе уязвимое место, то раковую опухоль можно будет
смертельно поразить, заставив ее стареть с каждым циклом деления.
Хромосома 15.
Мужское и
женское
начало
В музее Прадо в Мадриде есть пара картин придворного художника XVII столе-
тия Хуана Карреньо де Миранда (Juan Carreno de Miranda) с названиями «La
Monstrua vestida» и «La Monstrua desnuda» («Одетый монстр» и «Раздетый
монстр»). На картинах изображена очень толстая пятилетняя девочка Евгения
Мартинес Вальехо (Eugenia Martinez Vallejo), не красавица, но все же не
монстр. Что-то в ее виде не так, как должно быть: необычная для ее возраста
полнота, маленькие ручки и ножки, странной формы рот и глаза. Видимо, ее для
забавы выставляли в цирке. Врач с первого взгляда на картины скажет, что пе-
ред нами типичный случай редкого генетического заболевания — синдрома Праде-
ра-Вилли. Дети с этим синдромом рождаются рыхлыми с мертвенно-бледной кожей,
сначала отказываются от груди, но потом начинают есть как не в себя. Им со-
вершенно не знакомо чувство сытости, поэтому они страдают от ожирения. Извес-
тен случай, когда ребенок с синдромом Прадера-Вилли, сидя на заднем сидении
автомобиля, съел 0,5 кг сырого бекона, пока родители ехали из магазина с по-
купками. Для людей с этим синдромом характерны короткие руки и ноги, недораз-
витые половые органы и слегка заторможенная психика. Часто они закатывают ис-
терики, особенно если им не дают еды, но также для них характерно, как сказал
один доктор, «исключительное проворство в собирании паззлов».
Синдром Прадера-Вилли впервые описан в Швейцарии в 1956 году. Мы могли бы
отнести этот синдром ко многим другим генетическим заболеваниям, о которых я
обещал не рассказывать в этой публикации, потому что ГЕНЫ НЕ ДЛЯ ТОГО, ЧТОБЫ
ВЫЗЫВАТЬ БОЛЕЗНИ. Но с этим синдромом связана одна интересная особенность,
раскрывающая некоторые принципы работы генома. В 1980-х годах врачи заметили,
что, как и все остальные генетические заболевания, синдром Прадера-Вилли час-
то встречается в одних семьях на протяжении нескольких поколений, но времена-
ми проявляется как совершенно другое заболевание — синдром Ангельмана. Забо-
левание настолько другое, что его можно было бы назвать антиподом синдрома
Прадера-Вилли.
Гарри Ангельман (Harry Angelman) работал доктором в Уоррингтоне, Ланкашир
(Warrington, Lancashire), когда впервые установил взаимосвязь между редкими
случаями появления так называемых детей-марионеток и наследуемым генетическим
заболеванием. В отличие от синдрома Прадера-Вилли дети с синдромом Ангельмана
рождаются с повышенным тонусом мышц, плохо спят, отличаются худобой, гиперак-
тивностью, для них характерна маленькая голова и большой рот, из которого
часто выглядывает слишком большой язык. Походкой они напоминают марионеток,
поэтому их часто так и называют. Для них также характерно постоянно хорошее
расположение духа, улыбка до ушей и приступы неуемного смеха. К сожалению,
веселый нрав сопровождается значительной умственной отсталостью. Часто они
даже не умеют разговаривать. Дети с синдромом Ангельмана рождаются реже, чем
дети с синдромом Прадера-Вилли, но очень часто оба синдрома наблюдаются в од-
них и тех же семьях в разных поколениях.
Синдром Ангельмана на картине Джованни Франческо Карото.
Как вскоре стало известно, оба синдрома вызывались проблемами в одной и той
же части хромосомы 15. Отличие состояло лишь в том, что в случае синдрома
Прадера-Вилли дефект наследовался от отца, тогда как в случае синдрома Ан-
гельмана — от матери.
Этот факт противоречит всему, что мы узнали о генах, начиная еще с Грегора
Менделя. Мы говорили, что в основе наследования лежит простая запись информа-
ции в виде генетического (цифрового по своей сути) кода. Теперь же мы узнаем,
что гены несут в себе не только прописи белков, но и что-то вроде печати в
паспорте с указанием места рождения — импринтинг13. Нечто особенное есть в
генах, полученных от матери и от отца, что позволяет отличить их, как будто в
одном из случаев текст генетического кода пишется курсивом. В некоторых тка-
нях работают не оба гена на разных хромосомах, а только материнский или толь-
Антигенный импринтинг (англ. Original antigenic sin, OAS — феномен первичного ан-
тигенного греха; англ. the Hoskins effect — эффект Хоскинса) — склонность иммунной
системы организма предпочтительно использовать уже существующую иммунологическую па-
мять (в виде В-клеток и/или Т-клеток, выработанных против некоторого инфекционного
агента) при столкновении с новым вариантом — мутацией — инфекции (вирусом или бакте-
рией) . Иными словами своего рода долгосрочная память иммунной системы, формируемая
на базе пережитых вирусных атак на организм и его реакций на них.
ко отцовский. Поэтому мутация в одном и том же гене может проявляться по-
разному, в зависимости от того, пришла она от отца или от матери, что и имеет
место в случае с синдромами Прадера-Вилли и Ангельмана. Как клетки отличают
отцовские гены от материнских, пока до конца не ясно, но некоторые гипотезы
уже начинают появляться. Другой интересный вопрос: в силу каких причин в ходе
эволюции возник импринтинг материнских и отцовских генов, какие преимущества
это дает организму и популяции в целом?
В начале 1980-х годов две группы ученых, работающие в Филадельфии и в Кем-
бридже , одновременно сделали удивительное открытие. Они пытались получить
мышь только от одного родителя. Поскольку в те времена клонировать мышь из
соматических клеток тела было еще невозможно (ситуация быстро стала меняться
после успешного опыта с овцой Долли), группа исследователей в Филадельфии
просто слила вместе два проядрышка оплодотворенных яйцеклеток. Когда сперма-
тозоид проникает в яйцеклетку, его ядро с хромосомами еще некоторое время со-
седствует с ядром яйцеклетки, не сливаясь с ним. Такие ядра внутри яйцеклетки
называются проядрышками. Ловкие ученые с помощью пипеток извлекают одно из
проядрышек и заменяют его другим. Можно слить проядрышки из двух яйцеклеток
или из двух сперматозоидов, в результате чего получается яйцеклетка с полным
набором хромосом, но только от отца или только от матери. В Кембридже с этой
целью использовали другой подход, но результат получился тот же. И в обоих
случаях эксперимент закончился неудачей. Эмбрионы не смогли нормально разви-
ваться и вскоре погибли в матке.
В случае с материнскими хромосомами эмбрион сначала развивался нормально,
но не образовывал плаценту, без которой быстро погибал. Напротив, когда в яй-
цеклетке объединили только отцовские хромосомы, получалась большая плацента и
покровы эмбриона, но самого эмбриона внутри не было. Вместо эмбриона разрас-
талась дезорганизованная масса клеток, в которой нельзя было различить ника-
ких частей тела.
Результаты экспериментов позволили сделать неожиданный вывод: отцовские ге-
ны ответственны за развитие плаценты, а материнские гены — за дифференциацию
клеток эмбриона в органы и части тела. Почему появилось такое распределение
труда между отцовскими и материнскими генами? Пятью годами позже Дэвид Хэйг
(David Haig) из Оксфорда утверждал, что знает ответ на этот вопрос. Он просто
взглянул на плаценту не как на материнский орган для вскармливания своего ча-
да, а как на орудие паразитизма, которое использует эмбрион для вытягивания
питательных веществ из крови матери и подавления всякого противодействия с ее
стороны. Плацента буквально врастает в материнскую плоть, заставляет расши-
ряться кровеносные сосуды и выделяет гормоны, которые повышают кровяное дав-
ление и содержание сахара в крови матери. Материнский организм в ответ повы-
шает уровень инсулина в крови, чтобы как-то противодействовать инвазии. Инте-
ресно, что в тех случаях, когда плацента не выделяет активные гормоны, отно-
шения эмбриона с материнским организмом складываются более дружелюбно. Други-
ми словами, хотя у матери и эмбриона единая цель, они часто не могут добиться
согласия относительно способов ее достижения и того, какие ресурсы мать долж-
на предоставить своему ребенку. Эти споры продолжаются и после рождения ре-
бенка, во время отлучения от груди, а впрочем, и все остальные годы.
Геном эмбриона наполовину состоит из материнских генов, что может привести
к конфликту интересов: должны ли материнские гены больше заботиться об эм-
брионе или о самой матери. Отцовским генам эмбриона такой конфликт не грозит.
Материнский организм их интересует только с точки зрения предоставления пищи
и укрытия на время развития эмбриона. В терминах человеческого общества муж-
ские гены просто не доверяют женским генам такой ответственный момент, как
создание плаценты, и берут этот процесс под свой персональный контроль. Имен-
но поэтому у эмбрионов, которые образовались в результате слияния двух прояд-
рышек сперматозоидов, так хорошо получалась плацента.
Исходя из своих чисто теоретических гипотез, Хэйг сделал практические выво-
ды , которые очень скоро подтвердились экспериментально. Так, он предположил,
что у яйцекладущих животных не должно быть импринтинга материнских и отцов-
ских генов, поскольку внутри яйца эмбриону бессмысленно спорить с организмом
матери о размерах желтка, выделенного для его пропитания. Эмбрион оказывается
вне организма матери еще до того, как получает возможность как-либо манипули-
ровать ее организмом. Даже у сумчатых животных, таких как кенгуру, у которых
роль плаценты выполняет складка кожи на животе, по гипотезе Хэйга не должно
быть импринтинга генов. Сейчас уже известно, что Хэйг был прав. Импринтинг
характерен только для плацентарных млекопитающих и для покрытосеменных расте-
ний.
Кроме того, вскоре Хэйг с триумфом отметил, что еще один случай импринтинга
был зафиксирован для пары генов в геноме мыши именно там, где он предсказы-
вал : в системе регуляции скорости роста эмбриона. Речь идет о гене, кодирую-
щем небольшой белок IGF2, напоминающий инсулин. Этот белок постоянно обнару-
живается в тканях эмбриона, но отсутствует у взрослых организмов. В эмбрионе
есть другой белок, IGF2R, который прикрепляется к белку IGF2, хотя смысл это-
го взаимодействия пока не ясен. Возможно, его задача состоит в удалении белка
IGF2 из организма. А теперь внимание. Оба гена, IGF2 и IGF2R, диверсифициро-
ваны по происхождению: первый считывается только с отцовской хромосомы, а
второй — только с материнской. Видимо, здесь мы наблюдаем пример небольшого
противостояния между родительскими генами: отцовский ген пытается ускорить
развитие эмбриона, а материнский — притормаживает его.
По теории Хэйга половой импринтинг как раз должен проходить по таким конку-
рирующим парам генов. Подобная ситуация должна проявляться и в геноме челове-
ка. Человеческий ген IGF2 на хромосоме 11 также считывается только с отцов-
ской хромосомы. Бывают случаи, когда на одной хромосоме оказывается две копии
этого гена, что вызывает синдром Беквита-Видемана. В этом случае сердце и пе-
чень вырастают слишком большими. Кроме того, развитие эмбриона часто сопрово-
ждается появлением опухолей. Для гена IGF2R у человека импринтинг не обнару-
жен, но, похоже, эту роль взял на себя другой диверсифицированный ген, HI9.
Если два диверсифицированных гена только то и делают, что воюют друг с дру-
гом, наверное, их можно было бы отключить без вреда для организма? Как ни
странно звучит эта гипотеза, но такое возможно. Разрушение обоих генов не ме-
шает развитию нормального эмбриона мыши. Мы возвращаемся к теме, которую уже
рассматривали на примере хромосомы 8, к вопросу об эгоистичных генах, рабо-
тающих исключительно ради самих себя и совершенно не заботящихся о процвета-
нии организма и популяции. Многие ученые полагают, что в половом импринтинге
генов нет никакого рационального зерна с точки зрения пользы для организма.
Это лишь еще одно подтверждение теории эгоистичных генов и полового антаго-
низма .
Как только мы начинаем мыслить категориями эгоистичных генов, в голову при-
ходят неожиданные идеи и гипотезы. Рассмотрим одну из них. Эмбрионы в одной
утробе, управляемые отцовскими генами, могут вести себя по-разному в зависи-
мости от того, какой набор генов им достался. Эти конкурентные различия будут
особенно сильно проявляться в тех случаях, когда яйцеклетки были оплодотворе-
ны семенем разных отцов, что в природе встречается довольно часто. Конкурен-
ция между эмбрионами может вести к отбору более эгоистичных отцовских генов.
От подобных рассуждений очень просто перейти к практике и экспериментально
проверить нашу догадку. Хорошим объектом исследований являются мыши. Разные
виды мышей существенно отличаются своим поведением. Так, для самок вида
Peromyscus maniculatus характерны беспорядочные половые связи, поэтому в каж-
дом помете можно найти мышат от разных отцов. В другом виде, Peromyscus
polionatus, самки моногамны и сохраняют верность своему единственному избран-
нику. Все мышата в помете происходят от одного отца.
Что произойдет, если мы скрестим между собой мышей этих двух видов, Р.
maniculatus и P. polionatus? Внешний вид потомства будет зависеть от того, к
каким видам относились самец и самка. Если взять самца P. maniculatus (с бес-
порядочными половыми связями), то у самки P. polionatus родятся мышата неве-
роятно крупного размера. Если отцом будет моногамный Р. polionatus, то у сам-
ки Р. maniculatus мышата родятся очень мелкими. Вы уловили суть эксперимента?
Отцовские гены вида Р. maniculatus развивались в условиях жесткой конкурент-
ной борьбы в утробе за материнские ресурсы с другими эмбрионами, некоторые из
которых даже не были их родственниками. Материнские гены Р. maniculatus, в
свою очередь, развивались таким образом, чтобы позволить матери урезонить
свои слишком активные эмбрионы. Отцовские и материнские гены вида Р.
polionatus эволюционировали в гораздо менее агрессивных условиях, поэтому у
самки данного вида не было средств, чтобы противостоять отцовским генам вида
P. maniculatus, а отцовские гены P. polionatus были недостаточно активными,
чтобы эмбрионы могли взять свое в утробе самки Р. maniculatus. Это вело к то-
му, что в одном эксперименте мышата оказались слишком большими, а в другом —
недоразвитыми. Яркая иллюстрация к теме импринтинга генов.
Никакая теория не обходится без изъянов. Данная теория слишком проста, что-
бы быть правдоподобной. В частности, исходя из этой теории, можно предполо-
жить , что изменения в диверсифицированных генах должны происходить довольно
часто, поскольку временный успех одного из генов в паре генов-антагонистов
стимулирует развитие другого гена. Но сравнение диверсифицированных генов у
разных видов не подтвердило эту догадку. Напротив, оказалось, что такие гены
довольно консервативны. Все больше становится ясно, что теория Хэйга объясня-
ет лишь некоторые случаи импринтинга.
Импринтинг генов ведет к удивительным последствиям. У мужчин материнская
копия хромосомы 15 содержит в себе знак того, что она пришла от матери. Но
уже в следующем поколении у дочери или сына эта же хромосома будет содержать
знак отцовского происхождения. В какой-то момент должно произойти переключе-
ние знака хромосомы на противоположный. Нет сомнений в том, что такое пере-
ключение происходит, поскольку только этим можно объяснить синдром Ангельма-
на. Никаких видимых повреждений на хромосоме 15 нет, просто две хромосомы ве-
дут себя так, как будто обе произошли от отца. Это объясняется тем, что в
нужный момент в организме матери не произошло переключение знака хромосомы.
Возникновение данной проблемы можно проследить в поколениях и обнаружить му-
тацию в небольшом участке ДНК, непосредственно примыкающем к диверсифициро-
ванным генам. Это так называемый центр импринтинга, который каким-то образом
указывает на происхождение хромосомы. Импринтинг генов осуществляется с помо-
щью метилирования — биохимического процесса, о котором мы уже говорили при
рассмотрении хромосомы 8.
Как вы помните, метилирование «буквы» С осуществляется клеткой для того,
чтобы отключить ненужные гены и взять под домашний арест эгоистичные самоко-
пирующиеся участки ДНК. Но на ранних этапах развития эмбриона при образовании
так называемых бластоцитов происходит деметилирование хромосом. Гены затем
вновь метилируются на следующем этапе развития эмбриона — гаструляции. Однако
деметилирование происходит не полностью. Диверсифицированным генам как-то
удается ускользнуть от данного процесса, при этом активизируется либо только
материнский ген, либо только отцовский, тогда как другой парный ген остается
метилированным (неактивным). Существует много версий того, как это все проис-
ходит, но пока нет ни одного экспериментально подтвержденного варианта.
Именно неполное деметилирование диверсифицированных генов делает такой
сложной задачей клонирование млекопитающих. Например, жаб можно очень просто
клонировать, взяв ядро из любой клетки тела и поместив его в яйцеклетку. Но
такую процедуру не удается выполнить с клетками млекопитающих, поскольку в
любой клетке как женского, так и мужского организма какая-то часть генов,
важных для развития эмбриона, обязательно отключена в результате метилирова-
ния. Поэтому вскоре после открытия явления импринтинга генов было заявлено,
что клонирование организма млекопитающих в принципе невозможно. В клонирован-
ном эмбрионе диверсифицированные гены будут либо включены, либо выключены на
обеих хромосомах, что приведет к дисбалансу в развитии эмбриона. «Таким обра-
зом, — делает вывод ученый, открывший импринтинг генов, — успешное клонирова-
ние млекопитающих с помощью ядер соматических клеток представляется невозмож-
ным» .
Тем не менее, совершенно неожиданно в 1997 году в Шотландии появилась кло-
нированная овца Долли. До сих пор создателям Долли и других клонов, вскоре
последовавших за ним, не совсем ясно, как удалось обойти проблему импринтин-
га. Похоже, что процедуры, которым подвергалась соматическая клетка перед
клонированием, стерли всю информацию о происхождении хромосом.
Диверсифицированный участок хромосомы 15 содержит около восьми генов. Ген,
отсутствие которого ведет к развитию синдрома Ангельмана, называется UBE3A.
Непосредственно за ним следуют два других гена, которые считают основными
кандидатами на роль генов, вызывающих синдром Прадера-Вилли. Эти гены называ-
ются SNRPN и IPW. До конца их роль не установлена, но можно предположить, что
виною всему является поломка в гене SNRPN.
В отличие от других генетических заболеваний данные синдромы вызваны не му-
тациями в соответствующих генах, а другими причинами. При формировании яйце-
клетки в яичниках обычно ей достается одна пара хромосом. В редких случаях
происходит сбой во время разделения хромосом, и в одной яйцеклетке оказывают-
ся две парные хромосомы. После оплодотворения такой яйцеклетки в ней уже ока-
зывается три пары хромосом: две от матери и одна от отца. Обычно такое случа-
ется при позднем материнстве и заканчивается, как правило, гибелью эмбриона.
Только в том случае, если в яйцеклетке оказывается три хромосомы 21, которая
является самой маленькой хромосомой человека, эмбриону удается выжить. При
этом рождается ребенок с синдромом Дауна. Во всех остальных случаях наличие
лишней хромосомы ведет к такой диспропорции биохимических реакций в клетках,
что развитие эмбриона становится невозможным.
Яйцеклетка не столь беззащитна перед превратностями судьбы. В короткий пе-
риод от оплодотворения до начала развития эмбриона она может освободиться от
лишней хромосомы. В результате в клетке остается, как и положено, две парные
хромосомы. Но в механизме удаления лишней хромосомы не учитывается ее проис-
хождение, поэтому удаление происходит случайным образом. Хотя случайное уда-
ление гарантирует, что в 66% случаев клетка избавится от одной из материнских
хромосом, изредка удаляется отцовская хромосома, и развитие эмбриона продол-
жается с двумя материнскими хромосомами. Опять таки, как правило, это не име-
ет большого значения, но не в случае с хромосомой 15. Если в яйцеклетке ока-
зались две материнские хромосомы 15, то сразу два гена UBE3A, вместо одного,
включаются в работу, но не работает ни один ген SNRPN. И как результат — син-
дром Прадера-Вилли.
На первый взгляд ген UBE3A не кажется таким уж важным. Его продуктом явля-
ется ЕЗ убихинон лигаза — белковый клерк среднего уровня с не вполне ясной
функцией, которая работает в некоторых тканях кожи и в лимфатических клетках.
Позже, в 1997 году, сразу три группы ученых обнаружили, что этот ген включа-
ется также в тканях мозга, как у мышей, так и у человека. Вот это важное от-
крытие! Оба синдрома, Прадера-Вилли и Ангельмана, указывают на определенные
органические повреждения мозга больных. Более того, оказалось, что и многие
другие диверсифицированные гены работают в мозгу. При исследовании мозга мыши
были получены данные о том, что лобные доли развиваются в большей степени под
контролем генов матери, тогда как за гипоталамус несут ответственность отцов-
ские гены.
Дисбаланс был обнаружен с помощью одного тонкого метода, состоящего в соз-
дании «химерных» организмов. Химерами в генетике называют организмы, получен-
ные в результате слияния клеток двух генетически неоднородных организмов. Та-
кое случается в природе, в том числе у людей. Человек никогда не догадается,
что он является «химерой», если не произвести детальный генетический анализ.
Просто два эмбриона на самых ранних стадиях развития объединяются и продолжа-
ют развитие как один организм. Можно рассматривать данный феномен как явле-
ние , обратное появлению однояйцовых близнецов. Вместо двух организмов с оди-
наковым геномом, получается один организм, клетки которого содержат хромосомы
двух разных геномов.
В лабораторных условиях довольно просто получить химерную мышь. Нужно лишь
слегка спрессовать клетки зародышей на ранней стадии развития. Но исследова-
тели из Кембриджа кое-что добавили в данный эксперимент: они объединили нор-
мальный эмбрион мыши с эмбрионом, полученным из яйцеклетки с двумя парами ма-
теринских хромосом (в яйцеклетке объединили проядрышки из этой и другой яйце-
клетки) . В результате получился мышонок с невероятно большой головой. В дру-
гом эксперименте второй зародыш получали путем слияния двух проядрышек спер-
матозоидов , т. е. второй эмбрион содержал только отцовские хромосомы. В этот
раз химерный мышонок получался с большим телом, но маленькой головой. Кроме
того, клетки с материнскими хромосомами были предварительно обработаны особым
образом, в результате чего ученые смогли определить их распределение в эм-
брионе. Оказалось, что стриатум, кора головного мозга и гиппокамп у экспери-
ментальной мыши состояли в основном из клеток, управляемых материнскими хро-
мосомами , тогда как такие клетки почти отсутствовали в гипоталамусе. В коре
головного мозга происходит обработка сигналов из окружающего мира и формиру-
ются поведенческие реакции. Отцовские хромосомы оказались слабо представлен-
ными в головном мозге, но их значительно больше в мышечной ткани. Что касает-
ся головного мозга, то они оказывают существенное влияние на гипоталамус, ги-
пофиз и предзрительное поле. Эти области мозга лежат в основе «лимбической
системы», ответственной за управление эмоциями. Роберт Триверс (Robert
Trivers) в шутку сказал, что кора головного мозга берет на себя заботу по об-
щению с родственниками с материнской стороны, тогда как гипоталамус выступает
совершенно эгоистичным органом.
Таким образом, если мы рассматривали плаценту как орган, который мужские
гены не доверяют женским генам, то женские гены не доверяют мужским генам
управление развитием мозга. Если с нашим развитием дела обстоят так же, как у
мышей, то мы с вами живем с материнскими мыслями и отцовским характером (это
верно лишь в той степени, в какой мысли и характер передаются по наследству).
В 1998 году у мышей был обнаружен еще один ген с половым импринтингом, кото-
рый оказывает существенное влияние на материнское поведение самок мышей. Сам-
ки с работающим геном Mest ведут себя как примерные матери. Если этот ген не
работает, то внешне самка мыши ничем не отличается от своих подруг, пока дело
не доходит до появления мышат. Матери из таких самок получаются ужасные. Они
не доводят до конца создание гнезда, они не возвращают в гнездо заблудившихся
мышат, не следят за их чистотой и вообще мало уделяют им внимания. Мышата у
таких самок обычно погибают. Неизвестно, по какой логике, но этот ген насле-
дуется по отцовской линии. В организме работает только та версия гена, кото-
рая находится на отцовской хромосоме, тогда как материнская версия гена бло-
кирована .
С позиций теории Хэйга о генетическом конфликте на этапе развития эмбрионов
этот факт трудно объяснить. Интересную теорию для объяснения данного феномена
предложил японский ученый Йо Иваса (Yoh Iwasa). Он предположил, что поскольку
пол эмбриона устанавливается отцовской хромосомой (либо хромосомой X, либо
хромосомой Y), то именно мужская хромосома X должна работать в женском орга-
низме , т. е. особенности женского поведения должны задаваться генами хромосом
со стороны отца. Если будет работать еще и женская хромосома X, то эффект фе-
минизации будет проявляться и у сыновей, а у дочерей — с удвоенной силой. От-
сюда логично заключить, что поведенческий половой диморфизм должен контроли-
роваться мужскими генами.
Лучшим подтверждением этой идеи явился естественный эксперимент, изученный
и описанный Дэвидом Скьюзом (David Skuse) с коллегами из Института здоровья
ребенка (Institute of Child Health) в Лондоне. Скьюз наблюдал восемь девушек
и девочек в возрасте от 6 до 25 лет с синдромом Тернера — генетическим забо-
леванием, вызванным отсутствием части хромосомы X. У мужчин только одна хро-
мосома X, но у женщин их две, хотя во всех клетках организма работает только
одна из хромосом X, тогда как другая инактивируется. По идее отсутствие части
хромосомы X у женщин не должно вести к большим проблемам. Действительно, жен-
щины с синдромом Тернера выглядят развитыми как физически, так и умственно,
но у них часто возникают проблемы с адаптацией в обществе. Скьюз с коллегами
решают изучить поведение большего числа пациентов с данным синдромом и про-
следить отличия между теми, кто унаследовал дефектную хромосому от отца, и
теми, кто унаследовал ее от матери. Двадцать пять девочек с дефектом в мате-
ринской хромосоме X легче вливались в коллектив и проявляли «высокую коммуни-
кабельность и хорошие практические навыки, благодаря чему налаживались отно-
шения с коллективом», что отличало их от девочек с дефектом в отцовской хро-
мосоме X. Скьюз с коллегами установили это с помощью стандартных тестов на
способность к обучению, а также с помощью вопросников для родителей, в кото-
рых предлагалось оценить: насколько ребенок заботлив по отношению к другим
людям; чувствует ли он, когда кто-то расстроен или разозлен; учитывает ли он
в своих поступках замечания взрослых; насколько капризен ребенок и может ли
он обходиться без внимания взрослых; насколько легко его успокоить, когда он
расстроен; часто ли он неосознанно обижает других людей; слушается ли он ро-
дителей и т. п. Родителям предлагалось выставить своей дочери по каждому во-
просу оценку по трехбалльной системе, после чего подсчитывался общий резуль-
тат . Все девочки с синдромом Тернера оказались более сложными детьми, чем
обычные девочки и мальчики их возраста, но оценки были почти вдвое хуже у де-
тей с дефектом в отцовской хромосоме X, чем у детей унаследовавших дефектную
хромосому от матери.
Ученые пришли к выводу о том, что где-то на хромосоме X есть ген или гены с
половым импринтингом, в результате чего эти гены работают только на отцовской
хромосоме и всегда выключены на материнской. Эти гены оказывают какое-то
влияние на социальное развитие ребенка, в частности, на его способность пра-
вильно оценивать чувства других людей.
Теперь становится ясно, почему аутизм, дислексия и другие проблемы с речью
чаще возникают у мальчиков, чем у девочек. У мальчиков только одна хромосома
X, унаследованная от матери. Необходимые гены на ней могут быть не только по-
вреждены, но и выключены в результате импринтинга. К моменту написания14 этой
публикации такие гены еще не были обнаружены, хотя факты импринтинга других
Действительно, на хромосоме X в последние годы было найдено несколько генов, му-
тации в которых ведут к дислексии и (или) к эпилепсии, но пока нет данных об имприн-
тинге этих генов (de Kovel С. G. et al. 2004. Genomewide scan identifies
susceptibility locus for dyslexia on Xq27 in an extended Dutch family. Journal of
medical genetics 41: 652-657; Lu J., Sheen V. 2005. Periventricular heterotopia.
Epilepsy & behavior 7: 143-149).
генов хромосомы X известны.
Еще более важный результат состоит в разрешении давнего спора, продолжающе-
гося на протяжении всего XX века: что определяет поведенческий половой димор-
физм — природа или социальные условия? Одни ученые пытались все свести к на-
следственности, отрицая роль обучения и социальных традиций; другие видели во
всем влияние социума и отрицали какое-либо наследование поведения. Впрочем,
роль обучения и влияния общества никто никогда не отрицал. Споры велись в ос-
новном вокруг того, имеет ли наследственность хоть какое-то влияние на пове-
дение мужчины и женщины. Я как раз писал эту главу, когда моя годовалая дочка
обнаружила маленькую пластмассовую куклу и вскрикнула от восхищения. Ее стар-
ший брат когда-то давно издал такой же крик, когда обнаружил игрушечный трак-
тор. Как и многим родителям, мне не верится, что такое различие в предпочте-
нии игрушек вызывается скрытым влиянием общества на годовалого ребенка. Маль-
чики и девочки по природе своей имеют разные склонности и интересы. Мальчики
больше склонны к соперничеству, проявляют интерес к машинам, оружию и к ак-
тивным действиям. Девочек больше интересуют окружающие люди, наряды и обще-
ние. Не только социальный уклад ведет к тому, что мужчины предпочитают карты,
а женщины — романы.
Как подтверждение сказанного выше можно привести один прискорбный случай,
произошедший в 1960 году в США. В результате неумело проведенного обрезания у
новорожденного мальчика был серьезно поврежден пенис. Доктора решили ампути-
ровать его и, чтобы избежать страданий юноши, провели операцию по смене пола
ребенка, превратив его в девочку с помощью хирургического вмешательства и
гормональной терапии. Джон стал Джоан и рос (или росла) с куклами и платьица-
ми. Девочка выросла и превратилась в молодую женщину. В 1973 году психолог-
фрейдист Джон Мани (John Money) опубликовал свое заключение о том, что Джоан
стала нормально развитой девушкой, что еще раз доказывает несостоятельность
теорий о генетической предопределенности роли мужчины и женщины в обществе.
До 1997 года никто не удосужился проверить этот факт. Когда Милтон Даймонд
(Milton Diamond) и Кейт Сигмундсон (Keith Sigmundson) попытались отыскать
Джоан, они нашли мужчину, счастливого в браке со своей женой. Его история от-
личалась от той, которую рассказал Мани. Ребенок постоянно чувствовал диском-
форт и желание носить брюки, играть с мальчишками и ходить по-маленькому
стоя. Когда ему было 14 лет, родители рассказали о произошедшем несчастье,
что мальчик воспринял с чувством облегчения. Он прекратил принимать гормоны,
изменил свое имя, снова став Джоном, начал одеваться и вести себя как мужчи-
на, согласился на операцию по удалению груди. В 25 лет он женился на женщине
и усыновил ее ребенка. Таким образом, этот случай стал ярким примером насле-
дования поведения мужчины и женщины даже вопреки целенаправленному влиянию
общества. Наблюдения над животными также свидетельствуют о наследственной ос-
нове поведенческих реакций самцов и самок. Мозг — это орган с врожденной по-
ловой принадлежностью. Теперь это утверждение подкреплено данными генетиков,
обнаруживших гены половых предпочтений и гены с половым импринтингом.
Хромосома 16.
Память
Напомним еще раз, геном — это книга рецептов всех белков организма. Внима-
тельно прочитав эту книгу от корки до корки и сделав поправки на некоторые
аномалии, такие, как импринтинг, опытный мастер сможет собрать по крупицам
целый живой организм. Подобрав точный механизм чтения и воспроизведения ге-
нов , можно повторить подвиг Франкенштейна и собрать человека в реторте. И что
потом? Недостаточно собрать тело и запустить первый вздох. Чтобы тело стало
живым, одного его существования еще недостаточно. Организм должен уметь при-
спосабливаться к условиям внешней среды, меняться в ответ на влияния извне,
стать самостоятельным, освободиться от своего создателя. Есть своя логика в
том, что гены, как несчастный студент-медик из известной книги Мэри Шелли
(Mary Shelly)15, теряют контроль над организмом, который они сами создали,
иначе их детище не найдет своего пути в мире и исчезнет в безвременье. Геном
не может указывать сердцу, когда ему биться, приказывать глазам моргать, а
мозгу думать. Несмотря на то, что гены задают некоторые параметры индивиду-
альности, интеллекта и характера, наступает момент, когда они делегируют свои
полномочия организму. На хромосоме 16 лежит ген, роль которого как раз и со-
стоит в передаче управления ходом событий от генома организму. Этот ген пре-
допределяет способность к обучению и запоминанию.
Жизнь человека во многом зависит от генов, доставшихся ему по наследству,
но еще больше она зависит от того, чему человек научился за свою жизнь. В ге-
номе запечатлен окружающий мир. Естественный отбор черпает информацию из из-
меняющегося мира и материализует эту информацию в изменении генома. Механизм
работает безотказно, но слишком медленно. Требуются поколения, чтобы какое-
либо изменение закрепилось в популяции. Не удивительно, что для собственного
процветания геному пришлось изобрести более быстрые механизмы моментального
изменения поведения в ответ на внешние стимулы. За поведение организма отве-
чает мозг и нервная система. Геном снабдил вас нервами, чтобы послать сообще-
ние о том, что руке горячо. Затем уже мозг говорит вам, что следует отдернуть
руку от раскаленной поверхности плиты.
Проблемой обучения занимаются нейробиологи и психологи. Обучение представ-
ляется нам противоположностью инстинкта. Инстинкт — это генетически наследуе-
мое поведение, тогда как обучение — это изменение поведения в результате по-
лучения новых знаний и опыта. «Между инстинктом и обучаемостью нет ничего об-
щего», — твердили нам социопсихологи на протяжении всего прошлого столетия.
Но почему одни поведенческие реакции инстинктивны, а другие являются резуль-
татом обучения? Почему дар речи инстинктивен, а владение языком приходит к
нам в результате практики и обучения? Джеймс Марк Болдуин (James Mark
Baldwin), герой этой главы, был малоизвестным американским теоретиком-
эволюционистом конца XIX века. В 1896 году он изложил свои взгляды в философ-
ской статье, которая оставалась почти незамеченной при жизни автора и после
его смерти на протяжении 91 года, пока ее не извлекла на свет в 1980 году
группа программистов. С удивлением они обнаружили, что трактат, написанный
почти 100 лет назад, наиболее полно отображает проблему их исследований —
создание искусственного интеллекта.
Рассуждения Болдуина касались одного основного вопроса: почему какая-то
часть информации оставлена природой для индивидуального обучения, вместо того
чтобы все было запрограммировано в инстинктах. Над обществом довлеет общее
убеждение, что инстинкт — это плохо, а обучение — хорошо, или, точнее, что
инстинкт — это примитивно, а обучение — прогрессивно. Мы верим, что отличие
человека от животных как раз и состоит в обучаемости премудростям жизни, вы-
теснившей животные инстинкты. Ученые, занимающиеся искусственным интеллектом,
следуя общественным воззрениям, сразу возвели в идеал идею создания самообу-
чаемого компьютера. Но в общечеловеческих взглядах кроется фатальная ошибка.
В поведении людей инстинктов ничуть не меньше, чем у животных. Мы ползаем в
младенчестве, стоим, ходим, плачем и моргаем точно так же инстинктивно, как и
другие животные. Обучение зарезервировано только для достижения дополнитель-
ных возможностей, таких как чтение, вождение автомобиля, заполнение налоговых
деклараций и отоваривание в магазинах, в основе которых лежат все те же жи-
вотные инстинкты. «Основная функция сознания, — пишет Болдуин, — состоит в
Мэри Шелли (1797-1851) — английская писательница, автор книги «Франкенштейн».
предоставлении возможности [ребенку] научиться тем навыкам, которые не пере-
дались по наследству».
Заставляя себя учиться чему-либо, мы улучшаем свою конкурентоспособность за
счет того, что впоследствии получаем возможность находить верные решения ин-
туитивно. Таким образом, обучение представляет собой иголку, за которой тя-
нется нить инстинктов. Аналогичный пример мы рассматривали, когда речь шла о
хромосоме 13. Тогда говорилось, что развитие скотоводства поставило перед че-
ловеком проблему переваривания лактозы. Первое решение было культурно-
социальным : молоко превращалось в сыр. Но позже организм нашел иное решение
проблемы и сделал его врожденным: ген лактазы стал активно работать не только
у детей, но и у взрослых. Возможно, даже грамотность со временем может стать
наследуемым признаком, если безграмотные люди достаточно долго будут нахо-
диться в ущемленном положении. Поскольку естественный отбор является процес-
сом выделения положительной информации из окружающей среды и кодирования ее в
генах, то эволюцию генома человека можно рассматривать как аккумулирование
генов обучаемости в течение последних 4 млрд. лет.
Но у превращения практических навыков в инстинкты есть свой логический пре-
дел . Например, хотя в основе разговорной речи лежит врожденный инстинкт,
трудно представить, какой путь должна пройти эволюция, чтобы сделать врожден-
ным еще и словарный запас. Более того, разговорная речь от этого только утра-
тила бы свою гибкость. Так, техническая терминология существенно облегчает
общение специалистов, но делает их речь непонятной для окружающих. Необходи-
мый словарный запас зависит от профессии человека, возраста, круга интересов
и прочих факторов, которые невозможно учесть в генах. Такая же гибкость про-
является и в животных инстинктах. Например, птицы способны корректировать по-
лученную по наследству систему навигации, что позволяет им чутко реагировать
на изменения климата и местности.
Болдуин представлял себе взаимоотношения между инстинктом и обучением не
как противоречие, а как взвешенную взаимопомощь, баланс которой устанавлива-
ется на определенном уровне для каждого вида. Так, молодые орлы учатся охот-
ничьим повадкам у своих родителей, что позволяет им лучше приспособиться к
конкретным условиям и основным объектам охоты в данном регионе. Кукушке при-
ходится рассчитывать только на свой инстинкт, так как она не знает своих ро-
дителей. С самого рождения кукушонок уже знает, что нужно избавиться от свод-
ных братьев и сестер, знает, как мигрировать на зиму в определенную область
Африки, как ловить гусениц, как подобрать подходящую пару птиц и незаметно
отложить яйцо в их гнездо. И все это благодаря врожденным инстинктам, а также
собственному жизненному опыту.
Точно так же как мы недооцениваем собственные инстинкты, мы часто недооце-
ниваем способность животных к обучению. Например, было установлено, что уме-
ние шмелей собирать нектар с разных видов цветковых растений основывается не
на инстинкте, а на обучении методом проб и ошибок. Умело обращаясь с одним
видом цветов, шмели поначалу ведут себя неуклюже на цветках иного вида. Но,
разобравшись в новом растении, например львином зеве, они уже профессионально
работают с другими растениями, у которых цветки построены по такому же прин-
ципу. Другими словами, шмель может не только учиться, но и обладает еще за-
датками абстрактного мышления.
Другой хорошо известный опыт по обучению животных был проведен на организ-
мах с простым строением — морских червях. Более примитивных созданий трудно
себе представить: тельце с веером жабр, заключенное на всю жизнь в домик-
трубку16 . Нервная система представлена группой ганглиев. Вся жизнь посвящена
питанию и размножению при отсутствии каких-либо поводов для неврозов. Такие
16 Судя по описанию - это морские трубчатые черви.
черви не могут мигрировать, общаться друг с другом, летать или размышлять.
Они просто существуют. Можно сказать, в что отличие от кукушки или шмеля у
них вообще нет поведения. Зачем таким существам инстинкты, не говоря уже об
обучении? И все же они обучаемы.
Трубчатый червь (один из видов).
Если направить на червя струю воды, он прячет свои жабры в трубку. Но если
струю воды направлять с некоей периодичностью, то черви начинают прятать свои
жабры не так интенсивно. Даже до них доходит, что регулярно повторяемые дей-
ствия не несут в себе опасности. Они «привыкают» к этому воздействию, а при-
вычка — это вид обучения. Если несколько раз перед тем как направить струю
воды на червей, воздействовать на резервуар с водой зарядом тока, черви нач-
нут прятать жабры гораздо интенсивнее. Этот феномен называется сенсибилизаци-
ей. Можно выработать классический условный рефлекс, как в знаменитом опыте с
собакой Павлова. Например, можно обучить червей прятать жабры в ответ на лег-
кое прикосновение к поверхности воды, если пару раз сопроводить это действие
разрядом тока. Теперь они станут реагировать на легкое прикосновение к по-
верхности воды, но будут равнодушны к обливанию струей воды. Таким образом,
уже у морских червей заложены те же задатки к обучению, которые были описаны
у собаки и у человека: привыкание, сенсибилизация и ассоциация, но при этом у
них еще не появился мозг. Все рефлексы и их изменения в ходе обучения контро-
лируются брюшным ганглием — маленьким скоплением нервных клеток.
У Эрика Канделя (Eric Kandel), исследователя, проводившего данный экспери-
мент, помимо удовольствия попугать червей, были и другие мотивы. Он хотел ус-
тановить базовые механизмы обучаемости. Что представляет собой обучение? Ка-
кие изменения происходят в нервных клетках, когда мозг (или брюшной ганглий)
усваивает новую привычку или меняет поведенческую реакцию? Центральная нерв-
ная система представляет собой сеть из множества нервных клеток, вдоль кото-
рых бегут нервные импульсы, передаваемые от клетки к клетке через синапсы.
Достигнув синапса, электрический сигнал преобразуется в химический, чтобы в
следующей клетке вновь превратиться в электрический сигнал. Так электричка
бежит по железной дороге до паромной переправы. Затем вагоны перевозятся теп-
лоходом на другой берег водоема, где движение вновь продолжается по железной
дороге. Кандель понял, что секрет лежит в синапсах, объединяющих нейроны.
Обучение каким-то образом связано с изменением физиолого-биохимических
свойств синапсов. Когда морской червь привыкает к струям воды, происходит ос-
лабление связи в синапсе, объединяющем сенсорный нейрон с тем нейроном, по
которому поступает команда мышцам спрятать жабры в трубке. Напротив, сенсиби-
лизация усиливает пропускную способность синапса. Постепенно Кандель с колле-
гами вычислили молекулу, которая следит за усилением или ослаблением пропуск-
ной способности синапса. Этой молекулой оказался циклический АМФ (циклический
аденозин-монофосфат).
Канделем был обнаружен и описан каскад биохимических реакций, запускаемых
циклическим АМФ. Пропустим для простоты сложные химические названия соедине-
ний, обозначим их просто А, В, Сит. д.
■ А превращается в В,
■ которое активизирует С,
■ открывающее канал D,
■ благодаря чему в клетку поступает больше Е,
■ которое продлевает процесс высвобождения F,
■ которое является нейромедиатором, передающим сигнал через синапс от од-
ного нейрона к другому.
Сообщу немножко подробностей относительно этой схемы. Вещество С присоеди-
няется к белку CREB и активизирует его, изменив пространственную конфигура-
цию. Животные с поврежденным белком CREB могут усваивать новую информацию, но
запоминают ее не дольше чем на несколько часов. Работа белка CREB направлена
на включение ряда дополнительных генов, с помощью которых на длительное время
изменяется форма и функциональность синапса. Один из генов, запускаемых бел-
ком CREB, называется CRE. Этот ген ответственен за синтез циклического АМФ.
Еще несколько деталей, и я вас окончательно запутаю. Но чуточку внимания и
терпения. Обещаю, что скоро ситуация прояснится.
Сейчас я познакомлю вас с «тупицей». Я не хочу никого обидеть, просто так
(dunce) называется мутант мушки, неспособный запомнить запах, после которого
следует разряд тока. Мутант обнаружили в 1970-х годах, и он был первым в се-
рии мутантов с проблемами обучения, полученных в опытах на мушках дрозофилах
с помощью облучения. Мутанты отбирались по неспособности запоминать простые
последовательности событий в эксперименте. Дефектные мушки отбирались для
скрещивания, в результате чего вскоре появилось много разных линий мутантных
дрозофил: cabbage (капуста), amnesiac (амнезивный), rutabaga (брюква), radish
(редиска) и turnip (репа). (В генетике дрозофилы в отличие от генетики чело-
века нет жестких требований к именованию генов, поэтому ученые придумывают
что хотят.) На сегодняшний день известно 17 мутаций у мушки дрозофилы, веду-
щих к проблемам с памятью. Воодушевленный работами Канделя, Тим Тулли (Tim
Tully) из известной лаборатории Колд-Спринг-Харбор (Cold Spring Harbor
Laboratory) поставил перед собой задачу разобраться в проблемах у этих мушек,
делающих их слишком забывчивыми. К радости Тулли и Канделя, все обнаруженные
мутации были в генах, белки которых либо участвуют в синтезе циклического
АМФ, либо являются рецепторами данного медиатора.
Тулли прекрасно понимал, что если с помощью направленного мутагенеза ему
удастся получить мутант, имеющий проблемы с обучением, то это даст ему в руки
инструмент для управления обучаемостью. Повредив ген белка CREB, ученый полу-
чил мутантный вариант мух, способных к обучению, но быстро забывающих урок.
Определив ключевой элемент обучаемости, Тулли вскоре получил другую мутацию,
которая делала мух настолько способными, что они ухватывали суть после одного
упражнения, тогда как для обычных мух урок приходилось проводить десятки раз,
пока они не начинали распознавать запах, после которого следует разряд тока.
Тулли говорил, что у этих мушек фотографическая память, но это свойство не
делало их счастливыми. Уж очень они были зависимы от условностей, как мни-
тельный человек, которому несколько раз попались статьи об авариях на велоси-
педах в солнечную погоду, в результате чего он отказался от поездок на вело-
сипеде в светлое время суток. Мышление требует взвешенной работы двух процес-
сов: запоминания и забывания. Со мной часто случается, что я точно помню, что
уже читал этот текст или слушал передачу, но совершенно не помню, о чем пой-
дет речь дальше. Память как будто растворяется в прошлом: еще видны контуры,
но уже не различимы детали. Неспособность забывать, это такая же болезнь па-
мяти, как и неспособность обучаться.
Тулли верил, что в основе всех процессов памяти лежит белок CREB, который
выполняет своеобразную роль повелителя целого сонма послушных генов. Стало
ясно, что ключ к памяти лежит в генетике. Нам только показалось, что мы вышли
из-под тирании генов, получив способность учиться, вместо того чтобы слепо
следовать врожденным инстинктам, как тут же оказалось, что в основе обучения
опять таки лежат гены, благодаря которым обучение стало возможным.
Вряд ли вас удивит тот факт, что белок CREB не является специфичным для
червей и мух. Почти такой же ген есть у мышей, и уже получены мутантные мыши
с дефектным геном CREB. Как и предполагалось, они оказались неспособными к
запоминанию простейших вещей, например, где находится платформа для выхода из
водного бассейна, — один из классических тестов проверки обучаемости у мышей.
Они также не могли запомнить, какая еда безопасна, а какая содержит токсин.
Любую мышь можно временно сделать забывчивой, если впрыснуть ей в мозг анти-
смысловую последовательность ДНК, временно блокирующую ген CREB. Сверхпамять
и плохая забываемость соответствуют состоянию гиперактивации гена CREB.
От генома мыши до генома человека всего один шаг. Ген CREB есть и у нас.
Этот ген лежит на хромосоме 2, но на хромосоме 16 находится другой вспомога-
тельный ген — CREBBP, который также вовлечен в процесс управления памятью. На
хромосоме 16 лежит еще один ген памяти, кодирующий альфа-интегрин, что и дало
мне право посвятить данную главу этой теме.
У плодовых мушек циклический АМФ наиболее активно синтезируется в особом
отделе мозга, называемом грибовидным тельцем; он представляет собой группу
нейронов, вздымающуюся в виде грибовидного отростка над и без того крошечным
мозгом едва заметной мушки. Если в мозгу мухи нет грибовидного тельца, она
полностью теряет способность к обучению в тестах с запахами и электрическим
разрядом. Грибовидное тельце выступает чем-то вроде офиса для белка CREB и
циклического АМФ. Только сейчас мы начинаем понимать, как работает эта систе-
ма. Проведя систематический поиск мутантов, имеющих проблемы с обучением, Ро-
нальд Дэвис (Ronald Davis), Майкл Гротеуил (Michael Grotewiel) и их коллеги в
Хьюстоне открыли у дрозофил еще одну мутацию, которую назвали volado. (Это
слово на сленге чилийских студентов обозначает неуклюжего и рассеянного чело-
века . Именно так студенты Сантьяго называют своих профессоров.) Также, как и
в случае с мутациями dunce, cabbage и rutabaga, мушки-volado испытывают про-
блемы с запоминанием простых тестов, но в отличие от других мутаций ген
volado не имеет ничего общего с циклическим АМФ и с белком CREB. Данный ген
кодирует рецептор белка, называемого альфа-интегрином, который также синтези-
руется в грибовидном тельце. Скорее всего, этот белок управляет образованием
новых синапсов между нейронами и интеграцией их в сеть.
Чтобы проверить, не является ли этот ген «геном китайских палочек» (см.
главу 12), т. е. не является ли его влияние на память опосредованным ухудше-
нием общего состояния здоровья мушки, исследователи из Хьюстона провели вели-
колепно спланированный эксперимент. В яйцеклетки мушек с разрушенным геном
volado они вставили генетическую кассету с активной копией этого гена. Секрет
заключался в том, что на кассете ген volado функционально был связан с белком
«теплового шока», т. е. ген volado включался в работу только вслед за своим
соседом, для активизации которого необходимо повышение температуры воздуха.
Если температура комнатная, мушек невозможно ничему обучить. Немного поднима-
ем температуру — и мушки начинают прекрасно запоминать тест, но несколькими
часами позже, когда организм мушек адаптируется к тепловому шоку, их способ-
ность к обучению сходит на нет. Эксперимент показал, что продукт гена volado
необходим во время обучения, т. е. он не только создает предпосылки для обу-
чения, но является инструментом, с помощью которого информация записывается в
мозг.
Тот факт, что белок, роль которого состоит в управлении образованием синап-
сов , является ключевым элементом запоминания, наводит нас на мысль, что па-
мять сама по себе является совокупностью синапсов между нейронами. Изучая
что-либо, мы изменяем физическую сеть нейронов мозга таким образом, чтобы с
помощью образования новых связей там, где их раньше не было или они были сла-
бы , записать в памяти новую информацию. Я готов принять, что память работает
именно так, но постичь этот процесс я не могу. Каким образом слово «volado»
может быть представлено комбинацией синапсов? Чтобы понять это, моему мозгу
явно не хватает синапсов. Впрочем, проблема памяти не станет проще, если све-
сти ее к комбинациям молекул в нейронах. Ученым предстоит раскрыть еще одну
грандиозную тайну человечества — тайну памяти. Каким сверхмощным компьютером
нужно обладать, чтобы разобраться в хитросплетениях миллиардов нейронов, ко-
торые не только предоставляют механизм памяти, но сами и являются памятью!
По-моему, это куда более сложная и интригующая тема, чем квантовая физика, не
говоря уже о всякой ерунде, связанной с летающими тарелками.
Давайте познакомимся с тем, что уже известно об этой великой тайне. Обнару-
жение мутации volado подбросило нам гипотезу, что интегрин играет ключевую
роль в процессах обучения и запоминания. Но еще раньше у ученых уже были све-
дения о важности интегрина. Так, к началу 1990-х годов уже было известно, что
лекарства, блокирующие интегрин, влияют на память. Особо сильное воздействие
эти препараты оказывают на процесс длительной потенциации, т. е. на долговре-
менную и ассоциативную память. В глубине мозга находится структура, называе-
мая гиппокампом (от греч. hippocampus — морской конек).
Часть гиппокампа называют рогом Амона (древнеегипетский бог, которого часто
изображали в виде козла или барана и которого Александр Македонский объявил
своим отцом после таинственного посещения им оазиса Сива в Ливии) . В роге
Амона собрано множество пирамидальных нейронов (опять ассоциация с Древним
Египтом), к которым подходят многочисленные отростки сенсорных нейронов. Пи-
рамидальный нейрон довольно трудно активизировать. Для этого требуется, по
крайней мере, несколько импульсов, пришедших одновременно от разных сенсорных
нейронов. После активизации пирамидальный нейрон становится более чувстви-
тельным, но его чувствительность избирательна. Он реагирует только на сигналы
от тех нейронов, которые активизировали его. Так, вид пирамиды и слово «Еги-
пет» могут образовать пару с общим пирамидальным нейроном, в результате чего
один сигнал вызывает ассоциацию с другим сигналом. В то же время словосочета-
ние «морской конек», даже если сигнал от него направляется к тому же самому
пирамидальному нейрону, не вызывает ассоциаций ни с пирамидами, ни с Египтом,
поскольку сигналы не были одновременными. Это пример работы процесса длитель-
ной потенциации. Возможно, теперь, если вы услышите слово «Египет», вам
вспомнится пирамидальный нейрон. Это значит, что у вас в гиппокампе сложилась
еще одна ассоциация.
Долговременная потенциация, также, как и процесс обучения морских червей,
полностью основана на изменении физиологических свойств синапсов. В данном
случае изменяется проводимость синапсов между сенсорными и пирамидальными
нейронами. Изменение свойств синапсов происходит с участим интегрина. Инте-
ресно, что блокирование инегрина не мешает возникновению ассоциации, но пре-
пятствует закреплению этой ассоциации на длительное время. Вероятно, от ин-
тегрина как-то зависит прочность образовавшегося синапса.
Рассмотрев приведенные выше примеры, можно предположить, что память хранит-
ся в пирамидальных нейронах. Воспоминания о детстве вообще не связаны с гип-
покампом. Они хранятся в коре головного мозга. В гиппокампе происходит подго-
товка материала для длительного запоминания. Каким-то образом вновь появив-
шиеся ассоциации передаются в кору головного мозга для длительного хранения.
Мы знаем это благодаря врачебным описаниям последствий нескольких трагических
несчастных случаев, произошедших в 50-х годах прошлого столетия. Один из па-
циентов, известный в научной литературе как Н.М., перенес лоботомию, необхо-
димую для прекращения припадков эпилепсии, которые появились у него после
аварии на велосипеде. Другой пациент, известный как N. А. , был оператором
авиационного радара. Однажды он собирал модель самолета за своим столом, что-
бы скоротать время. Так случилось, что он отвлекся от своего занятия и резко
повернулся. В это время его товарищ, тоже видимо от скуки, упражнялся с рапи-
рой и как раз делал выпад вперед. Рапира прошла через ноздрю прямо в мозг не-
счастного .
Оба человека по сей день страдают амнезией. Они помнят только то, что было
с ними в детстве и в молодости, но память резко обрывается на событиях, про-
исшедших за несколько лет до несчастного случая. Они помнят и могут повторить
то, что произошло несколько минут назад, если не перебить их. Но стоит их от-
влечь , и память моментально стирается. Кратковременная память не переходит в
долговременную. Они не помнят лиц людей, с которыми встречаются каждый день
на протяжении всех лет после несчастного случая. N.A. , у которого амнезия в
более легкой форме, жаловался, что не может смотреть фильмы, так как за время
рекламы полностью забывает, о чем был фильм.
Н.М. может усваивать новые практические навыки и легко затем использует их
в жизни, однако не помнит, когда он этому научился и кто его учил. Все выше-
изложенное свидетельствует о том, что процессуальная память формируется иначе
и отделена от декларативной памяти фактов и событий. Это различие между типа-
ми памяти подтверждается другими наблюдениями. Так, были описаны случаи амне-
зии у трех юношей, которые не могли запоминать факты и события, но, тем не
менее, закончили школу, поскольку чтение, письмо и решение задач давались им
без видимых затруднений. Сканирование мозга показало, что у всех трех юношей
размер гиппокампа меньше, чем у других людей.
Сейчас уже мы не только знаем, что запоминание происходит с участием гиппо-
кампа, но можем предположить, как это происходит. У пациентов Н.М. и N.A. бы-
ли повреждены участки мозга, связывающие между собой две области обработки и
хранения памяти — серединная часть височной доли большого мозга (была удалена
у Н.М.) и промежуточный мозг (частично поврежден у N.A.). Базируясь на этих
данных, неврологи постепенно сузили область поиска основного центра памяти до
области, называемой околоносовым кортексом17. В этой области сигналы от зри-
тельных, слуховых, обонятельных и других сенсорных нервов обрабатываются и
превращаются в ассоциативную память, вероятно, при активном участии белка
CREB. Затем информация передается в гиппокамп, а оттуда — в промежуточный
мозг для временного хранения. Если информация окажется востребованной, то она
передается для длительного хранения в кору головного мозга. Вам знаком этот
странный момент, когда вы вдруг ловите себя на том, что можете вспомнить но-
мер телефона, не заглядывая в записную книжку. Просто ночью во время сна ин-
формация из промежуточного мозга была помещена в кору головного мозга. В экс-
периментах на крысах было показано, что нейроны промежуточного мозга активи-
зируются ночью.
Мозг человека — гораздо более впечатляющее творение, чем геном. Триллионы
синапсов, образующих трехмерную сеть, несут в себе несравнимо больше информа-
ции , чем миллионы нуклеотидов, выстроенных в линейную нить. Мозг — не только
хранилище данных, но также самый мощный компьютер для обработки этих данных.
Для его функционирования необходима энергия и множество белков, обеспечиваю-
щих генерирование электрических импульсов и химических сигналов. Насколько
это сложнее молекулы ДНК, состоящей всего из четырех нуклеотидов! Кроме того,
синапсы и нейроны постоянно меняются и воспринимают новую информацию, даже
когда вы просто смотрите вдаль. Чтобы внести изменения в геном, требуются
многие поколения. Мозг воспринимает информацию, которая в свою очередь изме-
няет мозг, делает его более ловким в восприятии и обработке информации особо-
го типа. Этот процесс саморазвития мы называем практикой. Геном в этом плане
гораздо более консервативен. На протяжении миллиардов лет одни и те же гены
выполняют одни и те же функции под управлением одних и тех же механизмов кон-
троля и регуляции. Насколько наша жизнь разнообразнее и богаче сухой механики
генов! Остановимся на этом и вспомним, о чем предупреждал нас Джеймс Марк
Болдуин, и что так высоко оценили современные разработчики искусственного ра-
зума: генетическая наследственность и воля разума являются двумя сторонами
медали. Мозг создается генами. Мозг настолько хорош, насколько хорош проект
мозга, заложенный в генах. Способность мозга изменяться в ответ на сигналы из
окружающей среды также предопределена генами. Великой тайной природы является
то, как простой, линейный и консервативный геном может кодировать сложный,
трехмерный и динамически развивающийся мозг. Эта тайна еще ждет своих перво-
открывателей , в числе которых будут не только генетики, но и кибернетики, фи-
лософы и социологи. Гены демонстрируют нам удивительный пример прогрессивной
эволюции, но не за счет усиления контроля над организмом, а за счет делегиро-
вания своих полномочий более высокоорганизованным структурам. Нам есть чему
поучиться у наших генов.
Хромосома 17.
Смерть
Процесс накопления знаний означает не только возникновение новых связей ме-
жду нейронами, но и удаление старых связей. В мозгу эмбриона нервные клетки
образуют значительно более сложную сеть взаимосвязей, многие из которых раз-
рываются и исчезают по мере взросления. Например, у новорожденных половина
клеток зрительной коры головного мозга получает импульсы сразу от обоих глаз.
Вскоре после рождения в результате радикального обрезания лишних аксонов про-
Возможно более правильный термин - периферийный кортекс (Периренальная кора).
исходит разделение зрительной коры больших полушарий на области, которые об-
рабатывают информацию только от левого или правого глаза. Удаление несущест-
венных связей ведет к функциональной специализации областей мозга. Точно так
же скульптор скалывает лишние части в глыбе мрамора, чтобы освободить скрытое
в ней произведение искусства. У слепых от рождения младенцев млекопитающих
специализации зрительной коры мозга не происходит.
Устранение лишних связей между нервными клетками означает не только разрывы
синапсов. Гибнут сами клетки. Мы столько раз слышали печальную историю о том,
что нервные клетки гибнут и больше не восстанавливаются. За день можно поте-
рять до 1 млн. нервных клеток. Но вот у мыши с дефектным геном ced-9 нервные
клетки не умирают, что не делает ее умнее. Напротив, такую мышь ждет печаль-
ный конец с огромным, но совершенно неразвитым мозгом. У эмбрионов на поздних
месяцах развития и у грудных детей нервные клетки гибнут в мозгу с невероят-
ной скоростью. Но это не результат болезни, а способ развития мозга. Если бы
клетки не гибли, мы бы не могли думать.
Подталкиваемые определенными генами, к которым относится ген ced-9, здоро-
вые клетки организма совершают массовый суицид. (Разные гены семейства ced
вызывают гибель клеток других органов.) Гибель клеток осуществляется в стро-
гом соответствии с предначертанным планом. Так, у микроскопического червя не-
матоды эмбрион перед рождением из яйца состоит из 1 090 клеток, но затем 131
из них погибает, оставляя взрослый организм ровно с 959 клетками. Эти клетки
как будто приносят себя в жертву ради процветания организма наподобие солдат,
которые с криком «За Родину» идут в смертельную атаку, или подобно рабочим
пчелам, которые погибают, оставляя свое жало в теле незваного гостя. Анало-
гия, между прочим, не такая уж надуманная. Взаимоотношения между клетками ор-
ганизма действительно напоминают отношения между пчелами в улье. Предки всех
клеток организма были когда-то свободно живущими одноклеточными организмами.
Их «решение» организовать кооператив, принятое однажды 600 млн. лет назад,
было следствием тех же причин, которые заставили объединиться в семьи предков
общественных насекомых (только произошло это гораздо позже, примерно 50 млн.
лет назад). Генетически родственные создания, в одном случае на клеточном
уровне, а в другом — на уровне организмов, оказались гораздо более устойчивы-
ми к превратностям судьбы, когда распределили между собой функции, оставив
репродуктивную функцию в одном случае половым клеткам, а во втором — царице
семейства.
Аналогия оказалась настолько хорошей, что позволила ученым лучше понять
природу многих неинфекционных соматических заболеваний. Нередко среди солдат
возникают мятежи, направленные против командования, да и среди пчел дисципли-
на поддерживается не только инстинктом, но и коллективной бдительностью и из-
гнанием лодырей из улья. На генетическом уровне лояльность рабочих пчел своей
царице поддерживается тем, что пчелиная матка спаривается сразу с несколькими
самцами. Генетическая неоднородность потомства не дает возможности проявиться
генам, направленным на развал семьи и на возврат к одиночному образу жизни.
Проблема мятежа является острой также для клеток многоклеточных организмов.
Постоянно некоторые клетки забывают о своем патриотическом долге, который со-
стоит в обеспечении всем необходимым половых клеток. Вместо этого они начина-
ют делиться и вести себя как самостоятельные организмы. В конце концов, каж-
дая клетка является потомком свободно живущих предков. Прекращение деления
идет вразрез с основной тенденцией развития всех живых организмов, а точнее,
их генов, — воспроизводить самих себя. Во всех тканях организма каждый день
появляются мятежные произвольно делящиеся клетки. Если организм не сможет их
остановить, возникает раковая опухоль.
Но обычно у организма есть средства для подавления мятежа раковых клеток.
Каждая клетка содержит систему генов, которые стоят на страже организма, и
включают программу самоуничтожения при первых признаках бесконтрольного деле-
ния клетки. Наиболее известный ген клеточного суицида, о котором написано
множество статей, начиная с того дня, когда он был обнаружен в 1979 году, —
это ген ТР53, лежащий на коротком плече хромосомы 17. В этой главе мы расска-
жем о проблеме рака с точки зрения генов, чья задача состоит в обеспечении
самоликвидации раковых клеток.
В то время, когда Ричард Никсон в 1971 году объявил войну раку, ученые
практически ничего не знали о своем враге, помимо очевидного факта интенсив-
ного деления клеток в пораженных тканях. Также было очевидно, что в большин-
стве случаев онкология не является ни инфекционным, ни наследственным заболе-
ванием. Общепризнанным было мнение, что рак — это не отдельное заболевание, а
проявление самых разнообразных нарушений функционирования организма, часто
связанных с воздействием внешних факторов, которые ведут к неконтролируемому
делению клеток. Так, трубочисты «зарабатывают» рак мошонки в результате по-
стоянного контакта с дегтем; рентгеновское или радиационное облучение ведет к
белокровию; у курильщиков и строителей, работающих с асбестом, развивается
рак легких и т. д. и т. п. Также было понятно, что влияние канцерогенных фак-
торов может быть не прямым, а связанным с общим ослаблением иммунной системы
организма.
На проблему рака под другим углом зрения удалось посмотреть благодаря от-
крытиям нескольких конкурирующих групп ученых. Так, в 1960 году Брюс Эймс
(Bruce Ames) из Калифорнии показал, что общим между такими канцерогенами как
рентгеновское облучение и деготь является их способность разрушать ДНК. Эймс
предположил, что причина рака кроится в генах.
Другое открытие произошло намного раньше, еще в 1909 году: Пейтон Роус
(Peyton Rous) доказал инфекционную природу саркомы цыплят. Его работа долго
оставалась незамеченной, поскольку инфицирование довольно сложно воспроизво-
дилось в эксперименте. Но в 1960-х годах было описано множество новых онкови-
русов животных, включая вирус саркомы цыплят. В возрасте 86 лет Роус получил
Нобелевскую премию за свое давнее открытие. Вскоре были обнаружены онковирусы
человека и стало ясно, что целую группу онкологических заболеваний, таких,
как рак шейки матки, следует считать в некоторой степени инфекционными.
Как только стало возможным секвенирование (прочтение) геномов организмов,
ученые узнали, что известный вирус саркомы Роуса несет в себе особый ген, на-
званный src, который ответствен за онкологическое превращение клеток. В гено-
мах других онковирусов были обнаружены свои «онкогены». Так же, как и Эймс,
вирусологи увидели генетическую природу онкологии. Но в 1975 году только поя-
вившаяся теория о роли генов в развитии рака была перевернута с ног на голо-
ву. Оказалось, что страшный ген src имеет совсем не вирусное происхождение.
Это нормальный ген любого организма — куриного, мышиного и нашего с вами, —
который зловредный вирус саркомы Роуса просто стащил у одного из своих хозя-
ев .
Более консервативные врачи долго отказывались признавать генетическую подо-
плеку онкологических заболеваний — в конце концов, за исключением некоторых
редких случаев, онкология не является наследственным заболеванием. Они забы-
вали о том, что геном имеет свою историю не только от поколения к поколению,
но и в каждой отдельной клетке организма. Генетические заболевания в отдель-
ных органах или отдельных клетках, хотя и не передаются по наследству, все же
остаются классическими генетическими заболеваниями. В 1979 году, чтобы под-
твердить роль генов в возникновении рака, онкологическая опухоль у мышей была
вызвана экспериментально путем введения в клетки ДНК из раковых клеток.
У ученых сразу же возникли гипотезы относительно того, к какому классу ге-
нов могут относиться онкогены. Безусловно, это должны быть гены, ответствен-
ные за рост и деление клетки. Нашим клеткам нужны такие гены для пренатально-
го роста эмбриона и для развития детей, а также для затягивания и заживления
ран. Но чрезвычайно важно, чтобы большую часть времени эти гены оставались
выключенными. Неконтролируемое включение таких генов ведет к катастрофе. В
«куче» из 100 триллионов постоянно делящихся клеток у онкогенов есть уйма
возможностей обойти запреты и остаться включенными даже без помощи таких му-
тагенов, как сигаретный дым или солнечный ультрафиолет. К счастью, в клетках
также есть гены, роль которых состоит в уничтожении быстро делящихся клеток.
Первые такие гены были обнаружены в середине 1980-х годов Генри Харрисом
(Henry Harris) из Оксфорда, и им было присвоено имя опухолевых супрессоров.
Их действие противоположно активности онкогенов. Свою функцию они выполняют
по-разному. Обычно происходит блокирование цикла развития клетки на опреде-
ленной стадии до тех пор, пока механизмы внутреннего контроля не проверят со-
стояние клетки. Если тревога была ложной, клетка будет разблокирована. Стало
ясно, что для возникновения раковой клетки в ней должно произойти два собы-
тия: включение онкогена и разрушение гена-супрессора. Вероятность выполнения
двух условий довольно мала, но и это еще не конец истории. Обманув гены-
супрессоры, раковая клетка теперь должна пройти еще один более жесткий гене-
тический контроль. Специальные гены активизируются в результате неестествен-
ного деления клетки и дают команду другим генам на синтез веществ, убивающих
клетку изнутри. Эту роль берет на себя ген ТР53.
Ген ТР53 впервые был обнаружен Дэвидом Лэйном (David Lane) в Данди
(Dundee), Великобритания. Сначала его приняли за онкоген. Лишь позже стало
известно, что его роль состоит в подавлении раковых клеток. Лэйн со своим
коллегой Питером Холлом (Peter Hall) как-то раз в пабе спорили о назначении
гена ТР53, и Холл предложил на себе, как на морской свинке, доказать противо-
раковую роль гена. Чтобы получить разрешение для проведения опытов на живот-
ных, нужно было ждать месяцы, а волонтер был рядом. Холл несколько раз облу-
чил небольшой участок кожи на руке, а Лэйн в течение двух недель брал образцы
ткани для биопсии. Было обнаружено существенное повышение содержания в клет-
ках белка р53 — продукта гена ТР53 последовавшее вслед за облучением. Экспе-
римент показал, что ген включается в ответ на действие канцерогенного факто-
ра. Лэйн продолжил исследования белка р53 как противоракового препарата. К
моменту написания этой публикации в Данди должны были начаться клинические
испытания препарата на группе добровольцев под контролем врачей. Небольшой
шотландский городок в устье Тэи, который до сих пор славился лишь мешковиной
и мармеладом, постепенно превращается в мировой центр онкологических исследо-
ваний. Белок р53 стал уже третьим перспективным противораковым препаратом,
разработанным учеными Данди.
Мутация в гене ТР53 — одно из необходимых условий летального рака. В 55%
случаев рака у людей в раковых клетках обнаруживается дефект этого гена, а
при раке легких мутация обнаруживается более чем в 90% случаев. У людей с
врожденным дефектом гена ТР53 хотя бы на одной хромосоме вероятность возник-
новения онкологических заболеваний в юном возрасте достигает 95%. Возьмем,
например, рак прямой кишки. Обычно эта болезнь начинается с мутации в гене-
супрессоре АРС. Если в развившемся полипе произойдет следующая мутация в он-
когене RAS, то на месте полипа появляется опухоль аденома. Заболевание пере-
ходит в более опасную фазу после третьей мутации в одном пока неопределенном
гене-супрессоре. Но опухоль становится летальной карциномой только после то-
го, как произойдет четвертая мутация в гене ТР53. Похожие схемы развития при-
менимы к другим формам рака. И всегда последней происходит мутация в гене
ТР53.
Теперь вы видите, почему ранняя диагностика рака так важна для его успешно-
го лечения. Чем больше становится опухоль, тем большей становится вероятность
очередной мутации, как в силу общей теории вероятности, так и в результате
все ускоряющейся частоты деления клеток, что ведет к ошибкам в геноме. У лю-
дей, предрасположенных к онкологическим заболеваниям, часто обнаруживается
мутация в так называемых генах-мутаторах, что ведет к возрастанию числа слу-
чайных мутаций в реноме. К таким генам, скорее всего, относятся гены рака мо-
лочной железы, BRCA1 и BRCA2, о которых мы говорили при рассмотрении хромосо-
мы 13. Раковые клетки находятся под прессом такого же эволюционного процесса,
который довлеет над популяцией кроликов. Точно так же, как потомки быстро
размножающейся пары кроликов вскоре вытесняют своих более пассивных соседей,
в раковой опухоли линии быстро растущих клеток вытесняют умеренно растущие
клетки. Так же, как в популяции кроликов выживают и оставляют потомство лишь
те из них, кто умело прячется от сов и лисиц, в раковой опухоли из множества
мутаций отбираются только те, которые помогают раковым клеткам успешно проти-
востоять защитным силам организма. Развитие раковой опухоли происходит в точ-
ном соответствии с эволюционной теорией Дарвина. Несмотря на огромное разно-
образие мутаций, течение онкологических заболеваний сходно в большинстве слу-
чаев . Мутации случайны, но направленность селективного процесса и его меха-
низмы одинаковы для всех людей.
Также становится понятным, почему вероятность возникновения онкологических
заболеваний удваивается с каждым десятилетием нашего возраста, являясь пре-
имущественно болезнью пожилых людей. В результате случайных мутаций у части
людей в популяции рано или поздно происходят мутации в генах-супрессорах, та-
ких как ТР53, или в онкогенах, что ведет к необратимым и часто фатальным по-
следствиям. Доля онкологии среди причин смерти людей колеблется от 10 до 50%
в обратной зависимости от уровня развития медицины. Чем лучше врачи справля-
ются с другими заболеваниями, тем дольше становится средняя продолжительность
жизни и, соответственно, тем больше мутаций человек успевает накопить, и тем
более вероятным становится возникновение онкологических заболеваний. Вероят-
ность того, что в результате случайных мутаций будут повреждены важные гены-
супрессоры и активизированы опасные онкогены, чрезвычайно мала. Но если мы
умножим эту вероятность на число клеток в организме и число делений, то к оп-
ределенному времени эта вероятность перейдет в закономерность. «Одна фаталь-
ная мутация на 100 триллионов клеточных делений становится не такой уж редко-
стью» , — сказал по этому поводу Роберт Вайнберг.
Давайте ближе познакомимся с геном ТР53. Ген состоит из 1179 «букв» и коди-
рует довольно простой белок р53, который достаточно быстро разрушается в
клетке другими белками и «живет» в среднем не более 20 мин. Более того, все
это время белок р53 находится в неактивном состоянии. Но как только в клетке
возникают определенные сигналы, синтез белка стремительно возрастает, а его
деградация ферментами клетки прекращается. Что это за сигналы, до сих пор не
ясно. Определенно, фрагменты ДНК, образующиеся в результате разрушения или
неправильного копирования хромосом, являются одним из таких сигналов. Разо-
рванные фрагменты ДНК также влияют на активность самого белка р53. Как бойцы
спецназа, молекулы белка бросаются в схватку. Можно представить себе, что ли-
хой белок р53 выходит на сцену и заявляет: «С этого момента управление опера-
цией я беру на себя». Основная функция белка р53 состоит во включении в рабо-
ту других генов и белков. Дальше события развиваются по одному из следующих
сценариев: либо клетка прекращает пролиферацию и репликацию ДНК до того мо-
мента, пока ситуацию проясняют специальные репаративные белки, либо включает-
ся программа на самоуничтожение.
Еще одним сигналом, активизирующим белок р53, является недостаток кислорода
в клетке, что характерно для раковой опухоли. Внутри быстро растущей опухоли
нарушается кровоснабжение, и клетки начинают задыхаться. Злокачественные но-
вообразования справляются с этой проблемой за счет выработки специальных гор-
монов, которые заставляют организм взращивать новые артерии для питания опу-
холи. Именно этим артериям, напоминающим клешни рака, опухоль обязана своим
названием, используемым еще в Древней Греции. Целое направление в разработке
лекарств от рака посвящено поиску веществ, которые блокируют процесс ангиоге-
неза — образования новых кровеносных сосудов в раковой опухоли. Но обычно бе-
лок р53 разбирается в ситуации еще до того, как опухоль приступит к ангиоге-
незу, и уничтожает ее на ранних стадиях развития. В тканях с плохим крово-
снабжением, таких, как кожа, сигнал недостатка кислорода недостаточно четок,
что позволяет опухоли развиться и нейтрализовать белок р53. Вероятно, поэтому
меланома кожи столь опасна.
Не удивительно, что белку р53 присвоили имя «защитник генома», или даже
«Ангел-хранитель генома». Ген ТР53 представляет собой что-то вроде капсулы с
ядом во рту солдата, которая растворяется только при первых признаках измены.
Такое самоубийство клеток называют апоптозом, от греческого слова, обозначаю-
щего осенний листопад. Это наиболее эффективное естественное средство борьбы
с раком, последняя линия обороны организма. Сейчас все больше накапливается
сведений о том, что почти все современные успешные средства лечения рака, так
или иначе, оказывают влияние на белок р53 и его коллег. Раньше считалось, что
эффект радиотерапии и химиотерапии сводится к разрушению ДНК в быстро деля-
щихся клетках. Но если это так, почему в одних случаях лечение эффективно, а
в других — не оказывает никакого эффекта? В развитии любой раковой опухоли
наступает момент, когда ее клетки перестают реагировать на радио- и химиоте-
рапию. Какова причина этого? Если терапия просто убивает растущие клетки, эф-
фективность лечения должна только увеличиваться по мере ускорения роста опу-
холи.
Скотт Лоу (Scott Lowe) из лаборатории Колд-Спринг-Харбор нашел ответ на
этот вопрос. «Противоопухолевая терапия действительно, повреждает в некоторой
степени ДНК в растущих клетках, — сказал он, — но в недостаточной степени,
чтобы убить их». Зато фрагменты разрушенной ДНК являются лучшими стимулятора-
ми активности белка р53, который запускает процесс самоуничтожения раковых
клеток. Таким образом, радио- и химиотерапия больше напоминает вакцинацию —
процесс активизации внутренних защитных сил организма. Вскоре появились экс-
периментальные данные, подтверждающие теорию Лоу. Облучение, а также химиче-
ские вещества 5-фторурацил, этопозид и доксорубицин, часто используемые в хи-
миотерапии, вызывали апоптоз в лабораторной культуре тканей, инфицированной
онковирусом. А в тех случаях, когда на поздних стадиях заболевания раковые
клетки перестают реагировать на терапию, этому всегда сопутствует мутация в
гене ТР53. У неподдающихся лечению опухолей кожи, легких, молочной железы,
прямой кишки, крови и простаты мутация в гене ТР53 происходит еще на ранних
стадиях развития болезни.
Это открытие имело важное значение для поиска новых средств борьбы с раком.
Вместо того чтобы искать вещества, убивающие растущие клетки, врачам следова-
ло бы вести поиск веществ, запускающих процесс клеточного суицида. Это не оз-
начает, что химиотерапия бесполезна, но ее эффективность явилась следствием
случайного совпадения. Теперь, когда механизмы терапевтического влияния на
раковые клетки становятся более понятными, можно ожидать качественного проры-
ва в создании новых лекарств. В ближайшей перспективе можно будет, по крайней
мере, избавить больных от лишних мук. Если врач с помощью генетического ана-
лиза установит, что ген ТР53 уже разрушен, то нет необходимости подвергать
пациента болезненной, но бесполезной терапии в последние месяцы его жизни.
Онкогены, в их нормальном немутированном состоянии, необходимы клеткам для
роста и деления на протяжении жизни организма: кожа должна регенерировать,
должны формироваться новые клетки крови, срастаться кости, затягиваться раны
и т. д. Механизмы подавления роста раковых клеток должны регулироваться таким
образом, чтобы не мешать нормальному росту и развитию организма. В организме
есть средства, позволяющие клеткам не только быстро делиться, но и быстро
прекращать рост в нужный момент. Лишь сейчас становится ясно, как эти меха-
низмы реализуются в живой клетке. Если бы эти механизмы контроля были разра-
ботаны человеком, мы бы поражались его нечеловеческому гению.
И вновь ключевым элементом системы выступает апоптоз. Онкогены заставляют
клетку расти и делиться, однако в то же время, как это ни удивительно, неко-
торые из них выступают в роли триггеров клеточного самоубийства. Например,
ген Мус отвечает одновременно за рост и за смерть клетки, но его убийственная
функция временно блокируется внешними факторами, называемыми сигналами жизни.
Если сигналы жизни прекращают поступать, а белок гена Мус все еще находится в
активной форме, наступает смерть клетки. Творец, зная несдержанный характер
гена Мус, снабдил его двумя противоположными функциями. Если в какой-то из
клеток ген Мус выбивается из-под контроля, этот же ген ведет клетку к само-
убийству сразу после того, как прекращают поступать сигналы роста. Творец
предпринял также дополнительные меры предосторожности, увязав вместе три раз-
ных онкогена, Мус, Вс1-2 и Ras, так, чтобы они контролировали друг друга.
Нормальный рост клетки возможен, только если все три гена координируют свою
работу друг с другом. По словам ученых, открывших этот феномен, «как только
пропорции нарушаются, срабатывает затвор ловушки, и клетка оказывается мерт-
вой или в таком состоянии, что уже не представляет собой онкологической угро-
зы» .
Моя история о белке р53, как и вся моя публикация, должна послужить аргу-
ментом в споре с теми, кто считает генетические исследования опасными для че-
ловечества и предлагает всячески ограничивать ученых в проникновении в тайны
природы. Все попытки разобраться в работе сложных биологических систем, не
прикасаясь к ним, ущербны и бесплодны. Самоотверженный труд врачей и ученых,
в течение столетий изучавших рак, хотя и заслуживает признания, дал ничтожно
мало по сравнению с достижениями последнего десятилетия, когда врачи получили
в свои руки генетические методы исследований. Одним из первых идею проекта
«Геном человека» озвучил в 1986 году итальянский лауреат Нобелевской премии
Ренато Дульбекко (Renato Dulbecco), который просто заявил, что это единствен-
ный способ победить рак. Впервые у людей появилась реальная возможность полу-
чить лекарство от рака — наиболее частой и ужасающей своей неотвратимостью
причины смерти современных людей. И эта возможность была обеспечена генетика-
ми. Те, кто пугает людей мифическими монстрами генетических экспериментов,
должны помнить об этом.
Как только природа находит удачное решение одной проблемы, этот же механизм
используется для решения других проблем. Помимо выполнения функции устранения
раковых клеток, апоптоз играет важную роль в противостоянии инфекциям. Если
клетка обнаруживает, что заражена вирусом, для организма будет лучше, если
она самоликвидируется (заболевшие муравьи и пчелы также покидают колонию,
чтобы не заражать своих собратьев). Есть экспериментальные подтверждения суи-
цида зараженных клеток, и известны механизмы, с помощью которых некоторые ви-
русы пытаются заблокировать апоптоз клеток. Была отмечена такая функциональ-
ность мембранного белка вируса Эпштейна — Барр, вызывающего мононуклеоз. Два
белка у вируса папилломы человека, который вызывает рак шейки матки, блокиру-
ют ген ТР53 и другие гены-супрессоры.
Как я отмечал в главе 4, синдром Хантингтона вызывает незапланированный
апоптоз нервных клеток мозга, которые уже ничем не удается заменить. У взрос-
лого человека нейроны не восстанавливаются, поэтому повреждения головного и
спинного мозга часто ведут к необратимым последствиям. Способность к размно-
жению нейроны утратили в ходе эволюции, поскольку в ходе развития организма
каждый нейрон приобретает свою неповторимую функциональную уникальность и
особое значение в сети нейронов. Замена нейрона молодой, наивной и неопытной
клеткой принесет больше вреда, чем пользы. Поэтому апоптоз зараженных вируса-
ми нейронов в отличие от апоптоза в других тканях приводит лишь к эскалации
заболевания. Некоторые вирусы по неизвестным пока причинам активно стимулиру-
ют апоптоз нервных клеток, в частности энцефалитный альфавирус.
Апоптоз играет важную роль в элиминации активных транспозонов. Особо стро-
гий контроль над эгоистичными генами установлен для половых клеток. Было оп-
ределенно, что контрольные функции берут на себя фолликулярные клетки яични-
ков и клетки Сертоли в семенниках. Они индуцируют апоптоз в созревающих поло-
вых клетках, если в них обнаружены хоть какие-то признаки активности транспо-
зонов . Так, в яичниках пятимесячного эмбриона женского пола находится до 7
млн. яйцеклеток. К моменту рождения из них остается только 2 млн., и только
около 400 яйцеклеток произведут яичники в течение жизни женщины. Все осталь-
ные клетки, которые строгие контролеры посчитали недостаточно совершенными,
получают команду на самоубийство. Организм — это тоталитарное деспотичное го-
сударство .
Хромосома 18.
Исцеление
В начале третьего тысячелетия перед нами впервые открылась возможность
стать редакторами текста, записанного в геноме. Геном перестал казаться свя-
щенным, а стал чем-то вроде электронного документа на дискете. Мы можем кое-
что вырезать и кое-что добавить, переставить абзацы и изменить порядок слов.
В этой главе мы обсудим, как это можно сделать и надо ли это делать. Странно,
но лишь только в наших руках оказались инструменты для редактирования генома,
мы остановились в замешательстве, и нам вдруг захотелось по-прежнему взирать
на геном как на Святое Писание. Итак, давайте познакомимся с современными
средствами манипулирования генами.
Хотя перед генетиками никогда не ставились такие далекие цели, негласно
считается, что конечной целью развития генетики — если хотите, вершиной ее
развития — является генетическое моделирование человека. Вероятно, в будущем,
может, через несколько столетий, человека можно будет укомплектовывать новыми
генами, которых не существовало в природе. На современном этапе развития ге-
нетики речь идет пока только о добавлении генов, позаимствованных от других
людей или от животных и растений. Возможно ли это? А если возможно, соответ-
ствуют ли такие операции нашим представлениям об этике?
Давайте возьмем для примера ген на хромосоме 18, который подавляет развитие
рака позвоночника. Мы познакомились в предыдущей главе с данной разновидно-
стью генов-супрессоров, хотя точная локализация на хромосомах для многих из
них пока не установлена. Точное местонахождение на хромосоме 18 данного гена,
которому уже присвоили имя DCC, тоже не известно, однако известно, что данный
ген управляет ростом аксонов в стволе спинного мозга и вроде бы никак напря-
мую не связан с подавлением раковой опухоли. Возможно, супрессором является
другой ген, сцепленный с DCC. Известно только, что мутации в окрестностях
данного гена, выявляемые с помощью генетических маркеров, существенно повыша-
ют риск заболевания раком позвоночника. Появится ли возможность в будущем из-
влечь этот ген, как неисправную свечу зажигания из двигателя автомобиля, и
заменить его на исправную версию гена? Скорее всего, в ближайшем будущем это
станет возможным.
Я достаточно стар, чтобы еще помнить, как на заре своей журналисткой карье-
ры разрезал распечатку статьи на абзацы с помощью обычных ножниц и склеивал
их в нужной последовательности, пользуясь обычным клеем. Сейчас чтобы пере-
местить абзац с места на место я использую маленькие значки текстового редак-
тора, на которых добрые разработчики компании Microsoft поместили изображения
ножниц и других инструментов, чтобы обозначать те же самые действия. (Только
что перетащил и вставил данный абзац из другого места в тексте.) Тем не ме-
нее, принципы редактирования остались прежними: вырезаем в одном месте и
вставляем текст там, где он необходим.
Чтобы выполнить подобные действия над текстом генов, нам тоже потребуются
ножницы и клей. К счастью, природа уже подготовила эти инструменты для собст-
венных целей. В качестве клея выступает фермент лигазы, который склеивает ра-
зорванные нити ДНК. Ножницы — ферменты рестрикции — были обнаружены у бакте-
рий еще в 1968 роду. У бактерий эти ферменты используются для борьбы с виру-
сами. С их помощью чужеродная ДНК разрезается на кусочки. Но в отличие от
обычных ножниц рестриктазы довольно смышленые: они режут ДНК не где попало, а
лишь там, где обнаруживают определенный «текст». Сейчас известно более 400
разных рестриктаз, и каждая ищет только свой строго определенный текст. Рест-
риктазы работают как заправские редакторы, разрезая абзацы на части только
там, где находится ключевое слово.
В 1972 году Поль Берг (Paul Berg) из Стэнфордского университета с помощью
ферментов рестрикции разрезал в пробирке вирусную ДНК, а затем сшил кусочки
случайным образом с помощью фермента лигазы. Он стал первым человеком, полу-
чившим «рекомбинантную» ДНК. Люди научились делать то, что ретровирусы проде-
лывают уже миллионы лет: встраивают свои гены в хромосому. К концу прошлого
столетия была получена первая рекомбинантная бактерия: кишечная палочка со
встроенным геном лягушки.
Это сообщение взбудоражило общественность, обеспокоенную тем, не несут ли
новые технологии опасности человечеству. Опасения разделяли и сами ученые.
Ширилось мнение, что следует сделать паузу и хорошо подумать, прежде чем про-
должать эксперименты по рекомбинации генов. В 1974 году в среде ученых звуча-
ли призывы к объявлению моратория на проведение генетических экспериментов,
что еще больше насторожило широкую публику: если ученые не уверены в безопас-
ности, то тут, действительно, есть чего опасаться. Природа поместила бактери-
альные гены в бактерии, а лягушачьи — в лягушек. Кто мы такие, чтобы нарушать
естественный ход вещей? Не будут ли последствия ужасными для человечества?
Конференция, прошедшая в Асиломаре (Asilomar) в 1975 году, отбросила доводы
консервативно настроенных ученых и дала добро на возобновление исследований в
области генетической инженерии с соблюдением строжайших мер безопасности и
под наблюдением государственных комитетов. Ученые признали необходимость кон-
троля , и общественность постепенно успокоилась. Новый всплеск общественной
критики генетических исследований пришелся на середину 1990-х годов, но в
этот раз темой была не столько безопасность, сколько этичность методов.
Появились первые биотехнологические компании. Сначала Genentech, потом
Cetus и Biogen, а затем множество компаний по всему миру18. Невероятные новые
возможности вызывали интерес у бизнесменов. Ученые научились конструировать
бактерии, которые продуцируют несвойственные им белки, важные для медицины,
пищевой промышленности и других отраслей производства. Стали появляться и
первые разочарования. Например, оказалось, что бактерии не подходят для син-
теза большинства человеческих белков, да и степень изученности белков челове-
ка и их роли была недостаточной для их широкого медицинского использования.
Несмотря на объемные инвестиции в венчурные проекты, единственной компанией,
Компания Genentech, образованная в 1976 году, лидирует в области генной инжене-
рии, она занимается синтезом медицинских препаратов (инсулин и многие другие гормо-
ны, полученные с помощью бактерий). Cetus — компания по разработке методов генетиче-
ской диагностики. В этой компании был разработан наиболее широко используемый в ге-
нетике метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). Biogen — биотехнологическая компания
по производству лекарств для лечения аутоиммунных заболеваний и рака.
приносящей прибыли своим акционерам, является пока только Applied Biosystems,
которая занимается разработкой оборудования для других биотехнологических
компаний. Тем не менее, примеры успешного внедрения в производство продуктов
биотехнологической промышленности хорошо известны. В конце 1980-х годов гор-
мон роста, полученный с помощью генетически модифицированных бактерий, заме-
нил в медицине свой дорогостоящий и потенциально опасный аналог1, получаемый
из мозга умерших людей. Настороженность широких масс общественности относи-
тельно этичности и безопасности генетических исследований оказалась беспоч-
венной: за 30 лет использования методов генной инженерии не произошло ни од-
ного инцидента, приведшего к человеческим жертвам или к экологическим пробле-
мам . Пока все идет довольно гладко.
Методы генетической инженерии в большей степени повлияли на науку, чем на
промышленность. Стало возможным клонировать гены (не следует путать клониро-
вание генов с клонированием организмов). Суть клонирования состоит в том, что
отыскав иголку (ген) в стоге сена (геноме), исследователь получил возможность
вырезать этот ген и вставить его в бактерию, чтобы накопить миллионы копий
этого гена для дальнейших исследований. С помощью клонирования были созданы
библиотеки, включающие многие тысячи перекрывающихся фрагментов генома чело-
века, что дает возможность выбрать любой участок хромосомы для более при-
стального анализа. Именно с помощью генетических библиотек ученые, еще до на-
чала работ над проектом «Геном человека», отыскивали важные гены и «читали»
записанный в них текст. Кропотливый и утомительный труд — отыскать нужный аб-
зац в тексте, содержащем 3 млрд. букв, это стопка книг высотой 45 м. Сотруд-
ники Центра Сенгера (Sanger Centre), находящегося около Кембриджа и являюще-
гося лидирующей организацией в проекте «Геном человека», читают геном со ско-
ростью 100 млн. букв за год.
Очевидная проблема состоит в том, что 97% генома представлено бессмысленной
ДНК, интронами, повторяющимися минисателлитами и полуистлевшими псевдогенами.
Разработан метод, позволяющий сконцентрировать внимание на функциональных ге-
нах. Для этого создаются генетические библиотеки другого типа: библиотеки
кДНК (комплементарная ДНК). Работа по созданию такой библиотеки начинается с
выделения из клеток всех молекул РНК. В большинстве случаев эти молекулы
представлены информационной РНК — копиями генов, полученными в результате
трансляции. Осталось только преобразовать РНК обратно в ДНК, и вы получите
библиотеку работающих генов без вставок бессмысленных фрагментов ДНК. Пробле-
ма состоит лишь в том, что у полученных фрагментов ДНК нет никаких табличек,
указывающих на место гена в хромосомах. К концу 1990-х годов наметилось серь-
езное противостояние во взглядах и методах между двумя группами ученых, рабо-
тающих над проектом «Геном человека». Одна группа, возглавляемая бывшим про-
фессиональным серфингистом, ветераном войны во Вьетнаме и миллионером Крэйгом
Вентером (Craig Venter) с его компанией Celera19, предпочитала штурмовые ме-
тоды «шотган-секвенирования» генома человека с параллельным коммерческим па-
тентированием обнаруженных генов. Им противостояли академические круги Кем-
бриджа под руководством Джона Салстона (John Sulston), финансируемые общест-
венной организацией Wellcome Trust. Они предпочитали методы последовательного
системного изучения генома и опротестовывали любые попытки коммерциализации
19 В 2002 году Крзйг Вентер был уволен акционерами компании Celera, когда стало яс-
но, что патентирование генов не принесет прибыли, что еще раз убедительно подтверди-
ло невозможность коммерциализации фундаментальной науки. В научном плане доктор Вен-
тер был более успешным. Сейчас он возглавляет научно-исследовательский институт, но-
сящий его имя (J. Craig Venter Institute), кроме того, он был основоположником все-
мирно известного Института генетических исследований (TIGR — The Institute for
Genomic Research).
проекта. Неизвестно, какая сторона возьмет верх.
Вернемся к генетическим манипуляциям. Смоделировать гены для использования
в бактериях несравнимо проще, чем вставить новый ген в геном человека. Бакте-
рии легко абсорбируют маленькие циркулярные фрагменты ДНК, называемые плазми-
дами, и используют их как свои собственные. Кроме того, организм бактерии
представлен единственной клеткой, тогда как организм человека включает 100
триллионов клеток. Если цель состоит в генетическом модифицировании человека,
то ген нужно вставить либо во все клетки, где он используется, либо в оплодо-
творенную яйцеклетку еще до первого деления.
Открытие в 1970 году ретровирусов, способных создавать ДНК из молекул РНК,
подсказало возможный путь развития «генной терапии». Геном ретровируса пред-
ставлен небольшой молекулой РНК, содержащей команду для клетки: «скопируй ме-
ня и вставь в свою хромосому». Все, что осталось сделать, — это взять ретро-
вирус , удалить из него вредные гены, вызывающие болезнь, вставить вместо них
нужный ген человека и инфицировать полученными вирусами больного с генетиче-
ским дефектом. Дальше вирус выполнит свою назначенную природой работу: про-
никнет в клетки, скопирует себя и вставит полезные гены в хромосому.
На протяжении всех 80-х годов прошлого столетия велись бурные дискуссии о
том, насколько безопасной будет такая терапия. Что если ретровирус инфицирует
не только соматические клетки организма, но и половые, закрепив новый признак
в поколениях. Ретровирус может каким-то образом возвратить себе утраченные
гены патогенности и вызвать заболевание. Все что угодно может случиться.
Скандал произошел в 1980 году, когда Мартин Клайн (Martin Cline), занимавший-
ся генетическими заболеваниями крови, по собственной инициативе попытался
трансформировать геном израильского пациента, страдавшего талассемией. (Он
использовал другой подход, без ретровирусов.) Клайн потерял свою работу и до-
брую репутацию. Результаты его эксперимента никогда не публиковались. Все со-
шлись во мнении, что эксперименты над человеком проводить пока еще преждевре-
менно .
Эксперименты на мышах открыли как новые перспективы, так и множество скры-
тых проблем. Генетическая терапия оказалась не столько опасной, сколько неэф-
фективной. Каждый ретровирус способен заражать только клетки строго опреде-
ленной ткани. Размеры генов не должны быть слишком большими, иначе они не
уместятся в вирусном капсиде. Вирус вставляет свои гены случайным образом в
любом месте генома, часто гам, где эти гены не работают. Иммунная система ор-
ганизма, ведущая постоянную борьбу с болезнетворными вирусами, легко расправ-
ляется с «домашним» ретровирусом. Кроме того, в начале 1980-х годов были из-
вестны и изучены всего несколько генов человека. Даже если бы система работа-
ла, трудно было бы найти кандидата для генной терапии.
Однако к концу 1989 года генетика уже оставила за собой череду взятых рубе-
жей: с помощью ретровируса удалось вставить в организм кролика ген обезьяны,
переместить клонированный ген человека в клетки культуры ткани человека, а
также вставить ген человека в мышь. Три амбициозных лысых экспериментатора,
Френч Андерсон (William French Anderson) , Майкл Близ (Michael Blaese) и Сти-
вен Розенберг (Steven Rosenberg), решили, что пришло время переходить к экс-
периментам на людях. После долгой и упорной борьбы с американским федеральным
правительственным Консультативным комитетом по рекомбинантным ДНК
(Recombinant DNA Advisory Committee) они получили разрешение на проведение
генетических экспериментов с добровольцами, у которых была последняя стадия
онкологических заболеваний. Долгий спор выявил различия во взглядах между
учеными и врачами. Академические ученые считали, что проводить сейчас подоб-
ные эксперименты — это преждевременный и неверный шаг. Для врачей, которые
каждый день видят смерть больных от рака, недопустимым казалось промедление.
«К чему такая спешка?» — спросили как-то Андерсона на одной из очередных
встреч с правительственными чиновниками. «В этой стране каждую минуту умирает
один человек больной раком. За 146 минут нашего заседания уже умерло 146 че-
ловек», — ответил он. Наконец, 20 мая 1989 года разрешение было получено. Че-
рез 2 дня Морису Кунцу (Maurice Kuntz) , водителю трейлера, умирающему от ме-
ланомы, были введены новые модифицированные гены. Эти гены не были рассчитаны
на борьбу с раком или на постоянное пребывание в теле больного. Просто ма-
ленький «довесок» к традиционной терапии рака. Клетки лимфоцитов, взятые у
больного и натренированные в пробирках на поедание зловредных раковых клеток,
вводятся опять в тело больного. В этот раз в лимфоциты был вставлен один бак-
териальный ген с единственной целью — проследить распределение и время жизни
лимфоцитов в теле больного. Кунц умер, никаких ошеломляющих результатов не
было получено, но было положено начало генной терапии.
В 1990 году Андерсон и Близ вновь обратились в Комитет, имея еще более ам-
бициозный проект. В этот раз гены действительно должны были играть роль ле-
карства , а не только маркеров. Для эксперимента выбрали редкое генетическое
заболевание — острый комбинированный иммунодефицит (SCID — Severe Combined
Immune Deficiency). Генетический дефект ведет к быстрой гибели всех лимфоци-
тов и к смерти больного ребенка от инфекций. Если не содержать такого ребенка
в изолированной стерильной капсуле и не провести трансплантацию костного моз-
га от чудом нашедшегося подходящего донора, жизнь больного ребенка будет не-
долгой. Болезнь возникает из-за мутации в гене ADA на хромосоме 20.
Андерсон и Близ предложили использовать лейкоциты из крови больного ребенка
— заразить их ретровирусом с нормальным геном ADA и ввести в кровь ребенка.
Предложение вновь оказалось под градом критики, но уже с другой стороны. К
1990 году уже был предложен иной метод лечения болезни, называемый PEG-ADA.
Этот метод состоял в том, что в кровь больного вводится не ген ADA, а сам бе-
лок, полученный из организма коровы. Так же, как диабет (инъекции инсулина)
или гемофилию (инъекции коагулирующего фактора), болезнь SCID можно было ле-
чить инъекциями белка PEG-ADA. Зачем в таком случае прибегать к генной тера-
пии?
Любая появившаяся новая технология кажется совершенно неконкурентоспособ-
ной. Первые железные дороги были гораздо дороже речных путей сообщения и
весьма ненадежны. Только после длительного совершенствования и оттачивания
новых технологий удается привести их по цене и эффективности хотя бы к соот-
ветствию старым технологиям. То же происходило и с генной терапией. Белковая
терапия казалась более надежной и проверенной на практике, хотя ее очевидным
недостатком были ежемесячные инъекции дорогостоящего препарата, которые нужно
было продолжать в течение всей жизни. Если бы генетический подход удался, то,
выполнив одну процедуру, можно было бы снабдить организм геном, который необ-
ходим для его нормального функционирования.
В сентябре 1990 года Андерсон и Близ ввели в кровь трехлетней Ашанти Де
Сильва (Ashanthi DeSilva) клетки крови, снабженные генетически модифицирован-
ным геном ADA. Операция оказалась успешной. Число лейкоцитов в крови утрои-
лось , существенно повысилось содержание иммуноглобулинов, и концентрация бел-
ка ADA в крови достигла четверти от нормы у обычных людей. Нельзя сказать,
что благодаря генной терапии девочка полностью излечилась. Она продолжала
принимать регулярный курс инъекций PEG-ADA. Но стало ясно, что генная терапия
работает. На сегодняшний день каждый четвертый ребенок с синдромом SCID полу-
чил курс генной терапии. Ни в одном случае не удалось полностью отказаться от
инъекций PEG-ADA, но существенно снизились побочные эффекты от лекарственной
терапии.
Очень скоро список генетических заболеваний, поддающихся лечению методами
генетической терапии, пополнился другими болезнями, включая семейную гиперхо-
лестеринемию, гемофилию и муковисцидоз. Но, несомненно, основной целью был
рак. В 1992 году Кеннет Калвер (Kenneth Culver) предпринял дерзкий экспери-
мент, в котором снабженные генами ретровирусы были введены непосредственно в
тело человека. (До этого времени ретровирусами обрабатывали только культуры
клеток, которые затем вводили в организм.) Ретровирусы были введены 20 паци-
ентам прямо в мозговую опухоль. Не правда ли, звучит устрашающе, особенно ес-
ли говорить о ретровирусах. Но подождите, вы еще не узнали, какими генами бы-
ли снабжены ретровирусы. Каждый содержал ген, позаимствованный от вируса гер-
песа человека. После этого доктор Калвер предписал пациентам курс лекарств
против герпеса. Лекарства, нацеленные на белки вируса герпеса, атаковали ра-
ковые клетки. Положительный эффект был отмечен только у одного из пяти паци-
ентов . Не панацея, но результат обнадеживает.
Пока что генная терапия переживает свое детство. Когда-нибудь она станет
такой же привычной операцией, какой сейчас является пересадка сердца. Пока
еще трудно предугадать, какое из направлений борьбы с раком — использование
препаратов, препятствующих ангиогенезу, противотеламеразных препаратов, белка
р53 или методы генной инженерии — окажется наиболее успешным. Но никогда еще
у ученых не было такого оптимизма относительно возможности победить рак. И
этот оптимизм опирается почти исключительно на последние открытия в генетике.
Перспективность соматической генной терапии уже не вызывает сомнений. Опа-
сения, конечно, остались, но, по крайней мере, никого уже не смущает этиче-
ская сторона вопроса. Это всего лишь еще один вид терапии. Никто, кому дове-
лось иметь родственников или друзей, прошедших курс противораковой химиотера-
пии, не станет философствовать на отвлеченные темы этичности генетических ма-
нипуляций, если это даст возможность заменить химиотерапию на менее болезнен-
ные методы лечения. Основная угроза сейчас видится в том, что новые гены мо-
гут попасть в половые клетки и передаться следующим поколениям. Тем более,
что манипулировать генами половых клеток человека, на что наложено строжайшее
табу, намного проще, чем изменять геном соматических клеток. Именно создание
с помощью генной инженерии новых сортов растений и пород животных, у которых
новые признаки закреплены наследственно, вызвало волну протестов в 1990-х го-
дах против, согласно терминологии протестующих, «технологий Франкенштейна».
Причин того, что генная инженерия растений особенно быстро набирала оборо-
ты, было несколько. Во-первых, коммерческая заинтересованность — на новые эф-
фективные сорта сельскохозяйственных растений всегда был высокий спрос. В
древние времена с помощью примитивной селекции наши далекие предки превратили
дикие малопродуктивные растения в культурные сорта пшеницы, риса и кукурузы.
Добились они этого исключительно путем манипулирования генами растений, хотя
в те времена этого никто не знал. Уже в наши дни теми же методами селекции
удалось повысить суммарную урожайность сельскохозяйственных угодий на 20% в
перерасчете на душу населения земного шара, несмотря на стремительный рост
народонаселения. В основе «зеленой революции» также лежит генетическая моди-
фикация растений, но делалось это все вслепую. Насколько лучших результатов
можно достичь благодаря целенаправленной, точечной манипуляции генов?
Вторая причина успехов генной инженерии растений заключалась в простоте, с
которой можно клонировать и размножать растения. Нельзя отрезать кусочек хво-
ста мыши и вырастить из него новую мышь. С растениями же это удается проделы-
вать очень просто. И, наконец, третьей причиной было случайное обнаружение
необычной способности бактерии Agrobacterium заражать растения своим малень-
ким кольцевым фрагментом ДНК, называемым Ti-плазмидой. Попав в клетку, эта
плазмида встраивает себя в хромосому растения. Данная бактерия оказалась го-
товым природным вектором для переноса генов в растения. Исследователи расти-
рали листья растений до клеточной массы, заражали клетки бактерией, а затем
выращивали из клеток в культуре тканей новые генетически модифицированные
растения. Таким способом в 1983 году впервые был получен генетически модифи-
цированный табак, потом петуния, а затем хлопок.
Для злаковых, устойчивых к Agrobacterium, пришлось разработать более слож-
ный метод. Образно говоря, производилась инъекция генов непосредственно в
клетки растения, прикрепленные к микроскопическим крупинкам золота, для чего
использовались различные приспособления, как, например, акселератор частиц20.
Этот метод сейчас стал стандартным для всех генетических манипуляций с расте-
ниями. С его помощью были получены устойчивые к гниению помидоры, устойчивый
к долгоносику (Anthonomus grandis) хлопок, устойчивый к колорадскому жуку
картофель, устойчивую к мотыльку (Ostrinia nubilalis) кукурузу и много других
генетически модифицированных растений.
Переход от экспериментов с генетически модифицированными растениями к ре-
альному использованию не всегда проходил гладко. Иногда гены в полевых усло-
виях отказывались работать. Так, в 1996 году хлопковый долгоносик уничтожил
посевы генетически модифицированного хлопка, который должен был быть устойчи-
вым к этому вредителю. Иногда посевы уничтожали сторонники воинствующих эко-
логических организаций. Но ни разу выращивание подобных растений не принесло
ущерба людям или окружающей среде. Особо острая полемика относительно безо-
пасности генетической модификации растений велась в Европе. В частности, в
Англии, где репутация организаций, отвечающих за безопасность продуктов пита-
ния, уже была подмочена эпидемией «коровьего бешенства», генетически модифи-
цированные растения попали под запрет, хотя в США их использование в конце
1990-х годов стало уже повсеместной практикой. Масло в огонь подлили события
вокруг компании Monsanto, которая занялась разработкой растений, устойчивых к
их собственному гербициду сплошного действия «Раундап». Это позволяло ферме-
рам использовать «Раундап» для борьбы с сорняками на полях, засеянных генети-
чески модифицированными сельскохозяйственными растениями. Такая комбинация
«противоестественных манипуляций над природой» с расширением применения гер-
бицидов в сочетании с ростом доходов транснациональной корпорации довела «зе-
леных» до точки кипения. Экотеррористы по всей Европе стали уничтожать посад-
ки генетически модифицированного рапса и устраивать шествия в костюмах Фран-
кенштейна. Борьба с распространением подобных растений и продуктов из них
стала одним из трех основных направлений активности Greenpeace.
Журналисты быстро подхватили горячую тему и поляризовали ее до крайности с
помощью многочисленных ток-шоу, где неподготовленным зрителям предлагалось
ответить на вопрос: «Вы против генной инженерии или хотите жить среди монст-
ров?». Из-за вмешательства прессы и телевидения вынужден был подать в отстав-
ку ученый, занимающийся моделированием генетически модифицированного картофе-
ля. (Позже этот ученый стал одним из организаторов Friends of the Earth21.)
Генная пушка (англ. gene gun, biolistic particle delivery system) — устройство,
разработанное для трансфекции растений. Генная пушка доставляет частицы тяжелых ме-
таллов , покрытые плазмидной ДНК. Данную технологию часто называют биобаллистикой и
биолистикой (от англ. bioballistics, biolistics). При помощи генной пушки возможно
модифицировать клетки любого типа, в том числе и растительные. Первая генная пушка
была создана на основе гвоздезабивного пистолета. Каплю порошка вольфрама с генети-
ческим материалом наносили на пулю и выстреливали в чашку Петри, перед которой поме-
щали пластину с вырезом, останавливающим пулю. Пуля задерживалась металлической пла-
стиной, а частицы вольфрама с генетическим материалом попадали на чашку Петри. Клет-
ки в центре полностью разрушались частицами металла, но по периферии оставались це-
лыми и в них происходила трансформация. В настоящее время используют частицы золота
и серебра, так как золото не является токсичным для клеток, в сравнении с вольфра-
мом.
21 Friends of the Earth (Друзья Земли) — английская общественная организация, цель
которой — поиск экологичных решений техногенных, продуктовых и энергетических про-
блем, стоящих перед человечеством (www.foe.co.uk).
Вышла в свет научная публикация о том, что картофель, содержащий ген белка
лектина, токсичен для лабораторных крыс22. За научной публикацией последовала
истеричная телепередача на тему токсичности генетически модифицированных рас-
тений для всего живого. Журналисты не уловили сути научной проблемы. В статье
шла речь о токсичности лектинов, а не об опасности генной инженерии. Добавле-
ние мышьяка в котел делает пищу ядовитой, но это не значит, что готовка пищи
в котле опасна для здоровья.
Генетическая инженерия настолько безопасна, насколько безопасны гены, с ко-
торыми манипулируют ученые. Одни гены безопасны, другие опасны. Одни экологи-
чески «зеленые», другие токсичные. Устойчивый к «Раундапу» рапс может пред-
ставлять косвенную экологическую опасность, поскольку его выращивание поощря-
ет широкое использование химических гербицидов. Кроме того, есть опасность,
что ген устойчивости к гербициду передастся сорнякам. Напротив, устойчивый к
колорадскому жуку картофель экологичен, поскольку позволяет отказаться от
ядохимикатов и сократить применение техники и расход горючего для регулярной
обработки растений. Противники использования генетически модифицированных
растений в большей степени движимы неприятием новых технологий, чем любовью к
экологии. Они упорно не хотят замечать результаты тысячи проведенных экспери-
ментов, подтвердивших безопасность таких растений, как для человека, так и
для природы. Они пропускают мимо ушей отчеты о последних научных открытиях,
свидетельствующие о том, что горизонтальный перенос генов между видами явля-
ется обычным явлением не только для микроорганизмов, но и для животных с рас-
тениями. Поэтому в принципах, положенных в основу генной инженерии, нет ниче-
го «противоестественного». Задолго до появления современных генетических ме-
тодов селекционеры подвергали семена растений воздействию гамма-излучения,
чтобы повысить частоту мутаций и отобрать образцы с новыми генетически закре-
пленными признаками. Борцы за экологию не хотят признавать, что генетическая
модификация растений позволяет отказаться от повсеместного использования хи-
мических препаратов, обеспечивая естественную устойчивость растений к насеко-
мым-вредителям и гнилостным бактериям. Кроме того, повышение урожайности само
по себе экологично, поскольку ослабляет влияние антропогенных факторов на
природу.
Политизация научных вопросов ведет к абсурдным решениям. В 1992 году одна
из крупнейших в мире селекционных компаний Pioneer разработала генетически
модифицированную сою, добавив в нее ген бразильского ореха. Цель заключалась
в том, чтобы сделать бобы сои более полезными для тех людей, для которых соя
является основным продуктом питания. Задача состояла в том, чтобы устранить в
сое природный дефицит важной аминокислоты, метионина. Но вскоре стало извест-
но, что у мизерного процента людей в мире бразильский орех вызывает аллергию.
Специалисты компании Pioneer проверили генетически модифицированную сою и об-
наружили, что она тоже может быть аллергеном. Научный доклад компании пробу-
дил чиновников, которые немедленно запретили дальнейшие работы над проектом,
несмотря на то, что расчеты показывали минимальную вероятность гибели челове-
ка от анафилактического шока, тогда как сотни тысяч людей были бы спасены от
проблем, связанных с несбалансированным питанием. Эта история, вместо того
чтобы стать примером чрезмерной активности бюрократов, была растиражирована
«борцами за экологическую чистоту» как пример потенциальной опасности генети-
ческой модификации растений.
Несмотря на то, что многочисленные научные проекты попали под запрет чинов-
ников, в 2000 году в США более 50% урожая было получено от генетически моди-
Автор, вероятно имеет в виду статью Ewen S., Pusztai A. 1999. Effect of diets
containing genetically modified potatoes expressing Galanthus nivalis lectin on rat
small intestine. The Lancet 354: 1353-1354.
фицированных растений. Неизвестно — к счастью или к несчастью, но генная ин-
женерия стала повседневной практикой.
В генетической модификации животных тоже наметился прогресс. Сейчас доба-
вить ген в организм животного, так чтобы он наследовался в следующих поколе-
ниях, стало почти настолько же просто, как модифицировать геном растения. Для
этого нужно выделить необходимый ген; поместить его в носик очень тонкой пи-
петки; под микроскопом проткнуть яйцеклетку мыши, извлеченную в течение 12
часов после оплодотворения; нацелить носик пипетки на одно из двух проядрышек
и впрыснуть содержимое пипетки. Техника далека от совершенства. Только у 5%
мышат нужный ген окажется включенным, а у других животных, таких как коровы,
процент успеха еще ниже. Но у 5% генетически модифицированных мышат новый ген
окажется встроенным в одну из хромосом.
Генетически модифицированные мыши для ученых — все равно, что золотой песок
для старателей. Методом генетической модификации мышей исследователи просеи-
вают гены и пытаются разобраться, для какой цели служит тот или иной ген. Но-
вый ген можно взять не только от другой мыши, но практически от любого орга-
низма. В отличие от компьютеров, для которых необходимо конкретное программ-
ное обеспечение, любой ген можно запустить на воспроизведение в любом орга-
низме . Так, было обнаружено, что линию мышей с высокой частотой появления ра-
ковых опухолей можно вернуть к норме, если добавить в геном мыши хромосому 18
из генома человека. Это открытие было первым доказательством того, что на
хромосоме 18 сконцентрированы многие гены-супрессоры. Теперь осталось про-
фильтровать гены хромосомы 18 на мышах, чтобы определить, какие именно гены
ответственны за устойчивость к онкологическим заболеваниям.
Микроинъекции генетического материала позволили ученым разработать новый,
более совершенный метод генетических модификаций, с помощью которого можно
точечно изменять отдельные гены. Для такой генетической модификации часто ис-
пользуются стволовые клетки трехдневных эмбрионов. В 1988 году Марио Капекки
(Mario Capecchi) обнаружил, что если добавить в такую клетку измененный ген,
то он будет встроен в хромосому по месту нахождения копии этого гена, заменив
собой тот ген, который был на хромосоме. Капекки брал нормальный онкоген мыши
int-2 и добавлял его методом электропорации23 в стволовую клетку, взятую от
мыши с дефектным онкогеном. Затем ученый определял, заменит ли нормальный ген
своего дефектного двойника на хромосоме. Этот метод называется «гомологиче-
ской рекомбинацией». В методе используются естественные механизмы репарации
поврежденной ДНК. Когда репаративные белки обнаруживают дефект на хромосоме,
они используют в качестве шаблона аналогичный ген на другой хромосоме и заме-
няют дефектный ген нормальной копией. Если в ядро добавляются фрагменты ДНК с
измененной версией гена, то репаративные белки по ошибке воспринимают их как
шаблоны и копируют в соответствующие позиции на хромосомах. Генетически изме-
ненная стволовая клетка затем вновь помещается в эмбрион. В результате полу-
чается «химерный» организм, в котором часть клеток содержат измененный ген.
Метод гомологической рекомбинации позволяет ученым не только восстанавли-
вать поврежденные гены, но и выполнять противоположную задачу: целенаправлен-
но разрушать гены, добавив в ядро дефектную версию гена. В результате получа-
ются так называемые генетически нокаутированные мыши, в которых разрушен
Электропорация является одним из наиболее широко используемых методов физической
трансфекции благодаря своей простоте, быстроте и дешевизне. Специальный прибор —
электропоратор — в который помещаются клетки, создает электрическое напряжение для
кратковременного повышения проницаемости клеточной мембраны за счет образования по-
ровых отверстий, через которые может проникнуть экзогенная нуклеиновая кислота. Чем
больше напряжение, тем крупнее образующиеся поры. Если определить оптимальные усло-
вия электропорации, можно быстро и легко трансфицировать большое количество клеток.
только определенный ген, что дает возможность определить его природное назна-
чение. Так, роль генов в формировании памяти (см. главу 17) была установлена
почти исключительно с помощью «нокаутированных» мышей.
Генетически модифицированные животные представляют интерес не только для
ученых. Нашлось практическое применение для «модернизированных» овец, коров,
свиней и кур. В геном овцы был добавлен ген коагулирующего фактора человека в
надежде на то, что белок будет накапливаться в молоке и с его помощью можно
будет лечить больных гемофилией. (Клонированная овца Долли, наделавшая в 1997
году много шума во всем мире, была получена этой группой ученных почти слу-
чайно , когда они занимались генетической модификацией яйцеклеток.) Исследова-
тели из Квебека выделили из паука ген белка паутины и внедрили его в яйце-
клетку козы с целью получить генетически модифицированное животное с шелковой
нитью прямо в молоке. Другая компания нацелила свои исследования на генетиче-
скую модификацию кур в надежде превратить курицу в биофабрику, несущую яйца с
белковыми добавками, полезными как для кулинарии, так и для фармацевтики. Да-
же если эти фантастические проекты постигнет неудача, нет сомнений в том, что
со временем в области генетической модификации животных удастся достичь таких
же успехов, как и с генетически модифицированными растениями, т. е. мясные
породы скота будут давать больше мяса, молочные породы — больше молока, а ку-
ры — супердиетические яйца.
Методы генной инженерии становятся все проще и надежнее. Нет сейчас никаких
технических трудностей, которые не позволили бы высококвалифицированной груп-
пе специалистов провести генетическое моделирование человека. Через несколько
лет, наверное, будет возможно взять любую клетку организма, вставить в нее
новый ген в определенном месте на хромосоме, затем извлечь ядро клетки и за-
менить им ядро яйцеклетки. Из яйцеклетки можно будет вырастить человека, яв-
ляющегося точной трансгенной копией своего предшественника. Например, в клоне
будут все гены, кроме того, который вызвал раннее облысение. Можно клониро-
вать стволовые клетки и вырастить из них новую печень вместо той, что стала
жертвой горячительных напитков. Можно будет в лабораторных условиях вырастить
нейроны человека и испытывать на них новые лекарства, сохранив жизнь множест-
ву лабораторных животных. Может, кто-то на старости лет захочет вырастить се-
бе наследника и спокойно почить с радостной мыслью, что часть его плоти и
крови продолжает жить.
С открытием стволовых клеток человека все это стало технически возможным,
но насколько это этично? Ваш геном принадлежит только вам. Никакое правитель-
ство не сможет его национализировать, и никакая компания не сможет его ку-
пить . Но дает ли это вам право помещать свой геном в другого индивидуума?
Ведь клон, выращенный из вашей клетки, продолжит свою индивидуальную жизнь.
Посягательство на печень или почки своего клона станет обычным убийством. Че-
ловечество не готово сейчас к поиску ответов на такие вопросы, поэтому на все
эксперименты по клонированию или генетическому модифицированию человека нало-
жен строгий запрет. Под строгим контролем также находятся исследования ство-
ловых клеток, получаемых из эмбрионов. Эта область исследований открывает ши-
рокое поле деятельности для мошенников и врачей-преступников. Ужасающие по-
следствия клонирования людей стали темой многих фильмов ужасов, что вселяет в
людей неприятие самой возможности манипулирования с геномом человека. Боль-
шинство людей против клонирования. Но вряд ли по этому вопросу когда-то будет
проведен мировой референдум. Чтобы клоны людей стали реальностью, достаточно
желаний и денег немногих людей. Собственно, так и произошло с суррогатными
матерями и детьми из пробирок. Никто никогда не давал одобрения на внедрение
подобной практики. Человечество просто было поставлено перед фактом, и ему
пришлось удовлетвориться тем позитивным моментом, что бесплодные женщины об-
рели счастье материнства.
Более того, генная инженерия — это не единственное решение всех проблем.
Например, дефект гена-супрессора на хромосоме 18 ведет к повышению вероятно-
сти раковых заболеваний, но противостоять этому можно не только генетическими
методами. Гораздо более простое и доступное решение лежит под руками. Новые
исследования показали, что рак кишечника успешно предотвращают аспирин и не-
очищенные бананы24. С генетическими заболеваниями можно бороться не только
генетическими методами. Наиболее перспективным путем развития медицины пред-
ставляется совершенствование методов ранней генетической диагностики, за ко-
торым следует обычное медикаментозное лечение.
Хромосома 19. Меры
предосторожности
Когда в медицине появляется любая новая технология, перед человечеством
стоит морально-этическая дилемма. Если новая технология позволяет спасти
жизнь, человек чувствует себя виноватым, не воспользовавшись этой возможно-
стью , даже если это было слишком дорого или слишком рискованно. В каменном
веке люди вынуждены были просто наблюдать смерть своих близких от оспы. После
того как Дженнер (Jenner) изобрел коровью вакцину от оспы, те, кто не вос-
пользовался ею для вакцинации детей, становились виновными в их смерти. В XIX
столетии люди были также бессильны перед туберкулезом. После открытия пени-
циллина Флемингом (Fleming) преступником становился тот, кто вовремя не обра-
тился к врачу. Моральную ответственность за смерть людей несут не только от-
дельные индивидуумы, но еще в большей степени — государство. Богатые страны
не могут теперь игнорировать эпидемии дизентерии, отнимающие жизни у детей в
слабо развитых странах, поскольку язык не поворачивается сказать, что ничего
нельзя было сделать, — существует простая процедура оральной регидратации,
спасающая больных от смерти. Если можно что-то предпринять, то это нужно сде-
лать .
В настоящей главе речь пойдет о методах генетической диагностики двух наи-
более частых заболеваний современного человечества. Одно из них является бы-
стрым и безжалостным убийцей, а второе — медленным и немилосердным пожирате-
лем памяти. Речь идет о сердечно-сосудистых заболеваниях и о болезни Альцгей-
мера. Мне кажется, что современные ученые слишком щепетильны и предупреди-
тельны, когда речь заходит о генетических предпосылках обоих заболеваний.
Промедление с вводом в практику новых средств ранней диагностики делает уче-
ных виновными в смерти людей.
Давайте познакомимся с семейством генов аполипопротеинов, известных еще как
гены АРО. Их разделяют на четыре основные группы: А, В, Си, почему-то, Е. Но
в каждой группе существует еще множество вариантов, представленных генами на
разных хромосомах. Среди них нас наиболее будет интересовать ген АРОЕ, лежа-
щий на хромосоме 19. Прежде чем мы приступим к рассмотрению этого гена, да-
вайте разберемся в химических реакциях между холестерином и триглицеридными
жирами. Когда вы едите бекон с яичницей, в организм поступает огромная порция
жиров с холестерином — жирорастворимым веществом, из которого в организме об-
разуются многие гормоны (см. главу 11) . Печень переваривает эти вещества и
отправляет с кровотоком в другие органы и ткани. Поскольку триглицеридные жи-
ры и холестерин сами по себе нерастворимы в воде, их транспортировка по кро-
вотоку осуществляется с помощью особого белка, называемого липопротеидом. В
серии химических превращений липопротеид постепенно отдает свой груз тем
клеткам, которые нуждаются в жирах. В начале пути в кровь поступает полностью
К сожалению, автор не привел ссылки на научные публикации, в которых описывается
чудодейственное влияние аспирина и неочищенных бананов на рак кишечника.
загруженный белок, называемый VLDL (very-low-density lipoprotein — липопроте-
ид очень низкой плотности). По мере того как от белка отрываются триглицери-
ды, он превращается в LDL (low-density lipoprotein — липопротеид низкой плот-
ности ЛПНП, или, как его еще называют, «плохой холестерин») . Наконец, отдав
клеткам прицепной холестерин, белок превращается в HDL (high-density
lipoprotein — липопротеид высокой плотности ЛПВП, или «хороший холестерин»),
который возвращается в печень за новой порцией жиров.
Работа белка АРОЕ (читается как «апо-эпсилон») состоит в контроле за взаи-
модействием белка VLDL и рецептора на поверхности клетки, нуждающейся в триг-
лицеридах. Другой белок, АРОВ (апо-бета), управляет обменом холестерина между
липопротеидом и рецепторами клетки. Вполне очевидно, что мутации в генах АРОЕ
и АРОВ могут вести к развитию сердечно-сосудистых заболеваний. Если они плохо
работают, то жиры и холестерин задерживаются в кровеносном русле и, в конце
концов, оседают на стенках сосудов. Нокаутирование у мыши гена АРОЕ ведет к
быстрому развитию артериосклероза даже при соблюдении нормальной диеты. Без-
условно, мутации генов самих липопротеидов и белков-рецепторов также влияют
на циркуляцию холестерина и жиров в организме, что способствует развитию ин-
фарктов . Так, наследуемое генетическое заболевание, называемое семейной ги-
перхолестеринемией, вызывается редкой мутацией в «тексте» гена рецептора хо-
лестерина .
Ген АРОЕ выделяется среди других генов семейства своим полиморфизмом. Он
почти так же изменчив, как цвет глаз. Известны три основные версии этого ге-
на: Е2, ЕЗ и Е4. Поскольку белки от разных версий гена отличаются по способ-
ности отщеплять триглицериды от липопротеидов крови, изучение распространения
этих версий гена чрезвычайно важно для прогнозирования частоты сердечнососу-
дистых заболеваний. Вариант ЕЗ — наиболее активный и чаще всего встречается у
европейцев. Свыше 80% европейцев имеют хотя бы одну версию этого гена на сво-
их хромосомах, и у 39% ген представлен в двух копиях. Но в геноме 7% европей-
цев содержатся две копии гена Е4, что значительно повышает для них риск раз-
вития сердечно-сосудистых заболеваний. Это же справедливо и для 4% населения,
геном которых содержит две копии гена Е2.
Эти данные были получены для европейцев в целом. Как и во многих других
случаях генетического полиморфизма, в изменчивости гена АРОЕ прослеживается
четкая географическая закономерность. Чем дальше мы будем продвигаться на се-
вер Европы, тем больше будет увеличиваться в популяции доля гена Е4 и сокра-
щаться доля гена ЕЗ (Частота, с которой встречается ген Е2, остается постоян-
ной.) В Швеции и Финляндии ген Е4 встречается почти втрое чаще, чем в Италии.
Примерно в таких же пропорциях возрастает частота сердечно-сосудистых заболе-
ваний . Чем дальше от Центральной Европы, тем больше разнообразие. Примерно
30% европейцев имеют в геноме хотя бы одну копию гена Е4. В Восточной Азии
частота встречаемости этого гена минимальная — примерно у 15% населения. У
афроамериканцев, африканцев и полинезийцев — более 40% людей содержат хотя бы
одну копию гена Е4, в Новой Гвинее — более 50%. Это распределение гена, веро-
ятно, отображает долю жирной пищи в питании людей за несколько последних ты-
сячелетий. Так, известно, что в племенах Новой Гвинеи сердечно-сосудистые за-
болевания случались редко, пока люди жили в джунглях и питались традиционной
пищей: сахарным тростником, клубнями таро и лишь временами — мясом опоссумов
и древесных кенгуру. Но когда они находили работу в городах и переходили на
гамбургеры и чипсы, частота сердечно-сосудистых заболеваний возрастала стре-
мительно , превышая показатели для работающих вместе с ними европейцев.
Сердечно-сосудистые заболевания можно предупреждать и лечить. Те люди, у
которых в геноме две копии гена Е2, легко могут избежать инфаркта, если будут
помнить о том, что жирная и богатая холестерином пища для них смертельна.
Сколько человеческих жизней мог бы спасти простой генетический тест.
У многих людей существует ложное представление, что генетические дефекты
можно предупреждать только абортами или сложной генетической терапией. Нега-
тивных последствий дефектов в генах часто можно избежать с помощью специаль-
ной диеты или гимнастических упражнений. Вместо того чтобы внушать всему че-
ловечеству мысль о вреде жирной пищи, врачи действовали бы с большей эффек-
тивностью, если могли бы очертить группу риска, позволив остальным людям на-
слаждаться гоголь-моголем. Возможно, это противоречит профессиональному пури-
танскому инстинкту врачей, но, по крайней мере, не противоречит клятве Гиппо-
крата .
Но я не для того привел вас к генам АРОЕ, чтобы рассказывать о сердечно-
сосудистых заболеваниях, хотя, боюсь, мне снова придется нарушить свое обеща-
ние не связывать гены с болезнями. Гены этой группы давно находятся под при-
стальным вниманием ученых, поскольку предполагается их связь с еще более зло-
вещим и неизлечимым заболеванием: болезнью Альцгеймера. Прогрессирующую поте-
рю памяти и деградацию личности, сопутствующие старости (у некоторых людей
эти симптомы появляются в молодом возрасте), связывали с самыми разными фак-
торами: окружающей средой, патологией и несчастными случаями. Диагностическим
признаком болезни Альцгеймера являются нерастворимые белковые включения в
клетках мозга. Увеличение в размере этих включений ведет к гибели нервных
клеток. Первой гипотезой была вирусная инфекция. Затем под подозрение попали
частые травмы головы, например у боксеров. Наличие алюминия в составе включе-
ний бросило тень на использование кухонной алюминиевой посуды. По общему убе-
ждению врачей гены здесь ни при чем, поскольку во всех учебниках указывается
на отсутствие сведений о передаче этого заболевания по наследству.
Но, как сказал первооткрыватель генной инженерии Поль Берг (Paul Berg),
«все болезни генетические, даже если они вызываются чем-то другим».
В начале 1990-х годов удалось отыскать несколько семей в Америке, выходцев
из немцев Поволжья, в которых частота встречаемости болезни Альцгеймера в
разных поколениях превышала уровень случайности. Вскоре были обнаружены три
гена — один на хромосоме 21 и два на хромосоме 14, — которые удалось связать
с развитием болезни в юном возрасте. Позже, в 1993 году, было показано, что
гены на хромосоме 19 способствуют развитию болезни Альцгеймера у стариков.
Таким образом, у старческого слабоумия также оказалась генетическая подопле-
ка. Вскоре «преступники» были вычислены. Ими оказались уже знакомые вам гены
АРОЕ.
То, что гены липидного обмена могут быть связаны с болезнью мозга, можно
было предположить заранее. Уже давно было отмечено, что у страдающих болезнью
Альцгеймера обычно повышен уровень холестерина в крови. Но то, что влияние
холестерина на мозг окажется таким существенным фактором развития болезни,
стало для всех неожиданностью. И снова «плохой» версией гена оказался вариант
Е4. В случае отсутствия гена Е4 вероятность развития болезни Альцгеймера в
возрастной группе около 84 лет не превышает 20%, тогда как одна копия этого
гена повышает риск до 47%, и болезнь начинает проявляться уже в возрасте 75
лет. Люди с двумя копиями гена Е4 с вероятностью в 91% заболевают болезнью
Альцгеймера в возрасте 68 лет. К группе риска с генотипом Е4/Е4 относятся 7%
европейцев. Но всегда в группе риска находятся люди, избежавшие злого рока.
Так, в результатах одного исследования приводится пример мужчины с генотипом
Е4/Е4, который в свои 86 лет был в здравом уме и ясной памяти. Более того, у
многих здоровых людей, без каких-либо симптомов болезни Альцгеймера, в клет-
ках мозга обнаруживаются характерные белковые включения, причем их больше у
людей с геном Е4, чем у тех людей, в геноме которых присутствуют только гены
ЕЗ. Есть данные, что вероятность заболеть болезнью Альцгеймера у людей с ге-
нами Е2 даже меньше, чем у людей с генами ЕЗ, хотя разница незначительна.
Многочисленные экспериментальные данные убеждают нас, что взаимосвязь между
генами АРОЕ и болезнью Альцгеймера — не случайность и не результат побочного
эффекта.
Напомним, что ген Е4 редко встречается у жителей Восточной Азии немного ча-
ще у европейцев, но еще чаще он встречается у африканцев и меланезийцев Новой
Гвинеи. Можно предположить, что градиент встречаемости болезни Альцгеймера у
стариков должен быть соответствующим. Но не все так просто. Генотип Е4/Е4 по
сравнению с генотипом ЕЗ/ЕЗ в значительно большей степени повышает риск воз-
никновения болезни Альцгеймера у жителей Центральной Европы, чем у африканцев
или у испанцев и их потомков в Латинской Америке. Вероятно, на развитие бо-
лезни оказывает влияние еще какой-то ген25, отличающийся у людей разных рас и
национальностей.
Кроме того, ген Е4 пагубно влияет в большей степени на женщин, чем на муж-
чин . Болезнь Альцгеймера вообще чаще встречается у женщин. При этом генотип
Е4/ЕЗ делает женщину настолько же восприимчивой к болезни, как и генотип
Е4/Е4, тогда как один ген ЕЗ существенно снижает риск заболевания у мужчин.
Вам может показаться странным, что при такой зловредности ген Е4 вообще су-
ществует, да еще встречается с такой большой частотой. Если он виновен в раз-
витии двух таких страшных заболеваний, как инфаркт миокарда и болезнь Альц-
геймера, его давно должны были вытеснить из популяции более дружественные ва-
рианты гена ЕЗ и Е2. Вероятно, ответом на этот вопрос будет тот факт, что
мясную диету до недавнего времени мало кто мог себе позволить, поэтому побоч-
ный эффект гена Е4 в виде коронарных заболеваний оказывал незначительное
влияние на эволюцию наших предков. Что касается болезни Альцгеймера, то это
Вполне возможно, что таких генов несколько, и, похоже, один из них был найден.
Это ген KCNC3, кодирующий белок калиевых каналов нейронов. Калиевые каналы много-
кратно открываются и закрываются в течение миллисекунд, и нарушение в их работе ве-
дет к быстрому износу и гибели нейронов. Недавно были получены данные, что мутации
белка калиевых каналов могут быть первопричиной почти всех нейродегенеративных забо-
леваний, тогда как мутации в других генах лишь ускоряют деструктивные процессы в том
или ином отделе головного или спинного мозга (Waters M. F. et al. 2006. Mutations in
voltage-gated potassium channel KCNC3 cause degenerative and developmental central
nervous system phenotypes. Nature Genetics 38: 447-451).
заболевание вообще находится за полем эволюционного сражения не только пото-
му, что к моменту его наступления люди успевали вырастить своих детей, но к
тому же в каменном веке вообще редко кто доживал до такого возраста. Однако
мне кажется, что это не полный ответ. Все-таки у некоторых кочевых народов
мясо и сыр были едва ли не единственной пищей на протяжении многих веков, что
должно было повлиять на частоту встречаемости гена в популяции. Вполне воз-
можно, у гена Е4 есть еще какая-то функция в организме, о которой еще ничего
не известно, кроме того, что с этой функцией ген Е4 справляется успешнее, чем
ген ЕЗ. Напомню: ГЕНЫ НЕ ДЛЯ ТОГО, ЧТОБЫ ВЫЗЫВАТЬ БОЛЕЗНИ.
Разница между генами Е4 и ЕЗ состоит лишь в том, что 334-я «буква» у перво-
го гена G, а у второго — А. Ген Е2 отличается от гена ЕЗ наличием в позиции
472 «буквы» G вместо А. В результате в белке Е2 по этим позициям два цистеи-
на, а в белке Е4 — два аргинина, тогда как белок ЕЗ занимает промежуточное
положение между ними. Этих ничтожных изменений в тексте гена АРОЕ длиной в
897 «букв» оказывается достаточно, чтобы существенно изменить функциональную
активность белка. Какую работу выполняет этот ген в мозге, остается загадкой.
Есть сведения, что белок необходим для стабилизации белка tau, который, в
свою очередь, необходим для поддержания в целостности скелета нейронов, со-
стоящего из белковых микротрубочек. Белок tau склонен образовывать химическую
связь с фосфатом, в результате чего он теряет свою функциональность. Роль ли-
попротеида АРОЕ состоит в защите белка tau от фосфатов. По другой версии в
клетках мозга белок АРОЕ выполняет ту же функцию, что и в кровяных сосудах:
управляет переносом холестерина в клетку и из клетки. Холестерин необходим
клеткам для поддержания целостности их липидных мембран. Третья теория, кото-
рая ближе всего подводит нас к болезни Альцгеймера, состоит в том, что влия-
ние белка Е4 на мозг связано не с функциями этого белка, а с побочным эффек-
том — образованием прочной связи с амилоидным бета-пептидом, который выстила-
ет с внутренней стороны клеточную мембрану нейрона. Каким-то образом этот
комплекс способствует появлению и росту белковых включений внутри нейрона.
Когда-нибудь механизмы развития болезни будут известны, но уже сейчас в на-
ших руках есть средства для прогнозирования вероятности заболевания у людей.
Достаточно провести несложный генетический тест, и мы сможем точно рассчитать
вероятность того, что данный человек в старости заболеет болезнью Альцгейме-
ра. Но насколько полезными будут эти знания? Генетик Эрик Ландер (Eric
Lander) привел такой пример. Всем известно, что президент Рональд Рейган умер
от болезни Альцгеймера. В ретроспективе становится понятно, что первые сим-
птомы заболевания должны были проявиться еще в те времена, когда Рейган был в
Белом доме. Предположим, что какой-нибудь настырный журналист, желающий во
чтобы то ни стало дискредитировать Рейгана как кандидата в президенты в 1979
году, стащил бы салфетку, которой Рейган вытер рот, и провел бы анализ ДНК
(впрочем, тогда это было еще невозможно). Публикация сведений о том, что у
одного из самых старых кандидатов в президенты болезнь Альцгеймера может раз-
виться еще в срок его президентства, изменила бы ход истории.
Данный пример показывает, какое влияние на человеческое общество может ока-
зать владение генетической информацией, но имеем ли мы моральное право на
проведение таких анализов? Если спросить у врачей о целесообразности проведе-
ния тестирования генов АРОЕ, большинство из них ответят отрицательно. К тако-
му же выводу пришли участники британского Совета по биоэтике в Наффилде
(Nuffield Council on Bioethics). Весьма сомнительно, чтобы определение веро-
ятности возникновения неизлечимой болезни принесло кому-либо пользу. Возмож-
но, те, у кого в геноме не обнаружено ни одного гена Е4, вздохнут с облегче-
нием, но в каком ужасном положении окажутся те, для кого результаты анализа
прозвучат как приговор. Подобную моральную проблему мы уже обсуждали в главе
4, когда рассматривали синдром Хантингтона. Тогда злой рок был еще более не-
отвратимым, но, по крайней мере, результаты анализа не вводили людей в заблу-
ждение. Человек с двумя генами Е4, если ему повезло, может дожить до преклон-
ного возраста без симптомов болезни Альцгеймера. И наоборот, отсутствие гена
Е4 не дает полной гарантии, что данный человек не заболеет.
Сначала эти аргументы показались мне убедительными, но сейчас я уже в этом
не уверен. В конце концов, врачи посчитали этичным проводить тестирование на
ВИЧ-инфицирование, несмотря на то, что СПИД остается неизлечимой болезнью.
Опять таки, СПИД не является неизбежным итогом ВИЧ-инфекции. В некоторых слу-
чаях наличие вируса в крови не ведет к развитию заболевания. Безусловно, в
случае со СПИДом общество также озабочено контролем над распространением ин-
фекции, чего нет в случае болезни Альцгеймера. Но мы сейчас пытаемся посмот-
реть на проблему глазами больного, а не общества. В выступлениях участников
дискуссии Наффилдского совета по биоэтике прослеживается неявно выраженное
неприятие генетических методов тестирования в отличие от других тестов. По
утверждению составителя отчета заседания Фионы Колдикот (Fiona Caldicott), на
отношение к вопросу существенно повлиял тот факт, что восприимчивость челове-
ка к заболеванию сводилась лишь к набору его генов, что могло создать у людей
ложное ощущение заклейменности и убежденность в неотвратимости заболевания и
заслонить собой влияние социальных и других факторов. Ожидание начала заболе-
вания само могло стать причиной психического расстройства.
Аргумент совершенно верный, но он неверно интерпретируется. Наффилдский со-
вет оперирует двойными стандартами. «Социальные» объяснения проблем с психи-
кой, предлагаемые психоаналитиками и психологами, благословляются для исполь-
зования на практике, хотя в их основе лежат весьма ненадежные свидетельства,
а оптимизма пациентам они внушают ничуть не больше, чем результаты генетиче-
ского анализа. С благословения великих и известных специалистов по биоэтике
гадание на кофейной гуще продолжает процветать в психологии, тогда как надеж-
ные методы диагностики подвергаются остракизму только потому, что в их основе
лежит генетическое объяснение заболевания. В стремлении найти обоснование за-
прету генетической трактовки заболевания в пользу социальной Наффилдский со-
вет пытается доказать, что генетическое тестирование по генам АР0Е4 «недоста-
точно надежно», и это при том, что вероятности развития заболевания при гено-
типах Е4/Е4 и ЕЗ/ЕЗ отличаются восьмикратно. Как прокомментировал ситуацию
Джон Мэддокс (John Maddox), «есть основания полагать, что врачи отказались от
представившихся возможностей из-за робости сообщить пациентам нежелательную
генетическую информацию... но эта робость может завести слишком далеко».
Между прочим, хотя болезнь Альцгеймера все еще неизлечима, уже есть лекар-
ства , которые облегчают некоторые из ее симптомов. Кроме того, люди из группы
риска могут принять заранее некоторые меры предосторожности. Все рекомендации
врачей становятся более эффективными, если они адресованы тем, кто в этом ну-
ждается, а не всем подряд.
Человек, узнавший, что у него в геноме два гена Е4, может стать доброволь-
цем для испытания новых лекарств для лечения болезни Альцгеймера. Кроме того,
есть целый ряд профессий, способствующих развитию этого заболевания. Напри-
мер, хорошо известно, что бокс существенно повышает риск возникновения болез-
ни Альцгеймера, поэтому прежде чем становиться боксером, хорошо было бы прой-
ти тест на наличие гена Е4. Каждый шестой боксер приобретает к пятидесятилет-
нему возрасту, а некоторые, как Мухаммед Али (Mohammed All) , даже раньше, ли-
бо болезнь Паркинсона, либо болезнь Альцгеймера — симптомы этих заболеваний
довольно похожи, хотя генетические предпосылки совершенно разные. У боксеров,
заболевших болезнью Альцгеймера, практически всегда обнаруживается ген Е4.
Этот ген также сопутствует тем пациентам, у которых в результате операций на
головном мозге в нейронах были обнаружены характерные включения.
К группе риска могут относиться не только боксеры, но и другие спортсмены,
у которых часто случаются микротравмы головы. Хорошо известно, что многие ве-
ликие футболисты в старости страдали серьезными расстройствами психики; Дэнни
Бланчфлауэр (Danny Blanchflower) , Джо Мерсер (Joe Mercer) и Боб Пэйсли (Bob
Paisley) — это только недавние примеры заболевших известных английских футбо-
листов . Неврологи только сейчас начинают изучать связь между профессиональным
футболом и болезнью Альцгеймера. Однажды подсчитали, что футболист за сезон в
среднем 800 раз отбивает мяч головой. Микротравмы головы вполне ожидаемы.
Датские исследователи зафиксировали существенное ухудшение памяти у футболи-
стов, по сравнению с другими спортсменами, а норвежские врачи установили, что
профессиональный футбол ведет к органическим повреждениям мозга. Вновь таки,
для того, кто только начинает карьеру футболиста, полезно было бы знать, что
он относится к группе риска, если в его хромосомах есть две копии гена Е4.
Людей еще многих профессий можно отнести к группе риска, и даже тех людей,
которые из-за высокого роста часто бьются о дверной косяк. Мне самому инте-
ресно , каков мой генотип по генам АРОЕ. Была бы возможность, я бы прошел
тест.
Есть еще один повод для того, чтобы пройти тестирование. Сейчас в разработ-
ке находятся, по крайней мере, три новых лекарства от болезни Альцгеймера.
Было показано, что одно из них, такрин, который уже готовится к выпуску, ока-
зывает эффект только на больных с генотипом ЕЗ и Е2, но мало эффективен для
тех, у кого в геноме есть ген Е4. Еще раз геном преподал урок нашей индивиду-
альности. Эффективность лечения зависит от особенностей организма — очевидный
факт, который с большим нежеланием воспринимается фармацевтами и врачами,
предпочитающими лечить не человека, а человечество. Лекарство, эффективное
для одного пациента, может оказаться бесполезным для другого. Диета, способ-
ная одному спасти жизнь, может быть бессмысленной для другого. Наступит день,
когда врачи, прежде чем выписать кучу лекарств, будут делать анализ генотипа
пациента. Технология проведения такого анализа уже известна. Маленькая кали-
форнийская компания Affymetrix26 занялась производством генетических чипов —
библиотек всех генов человека, собранных в виде микроскопичных точек на не-
большой силиконовой пластинке. Когда-нибудь вместе с паспортом мы будем но-
сить с собой такие индивидуальные генетические чипы, с помощью которых докто-
ра смогут подобрать наиболее эффективный курс лечения.
Геном мыши (справа) и человека (слева) на ДНК-микрочипах.
26 В настоящее время Affymetrix является одной из наиболее известных в мире биотех-
нологических компаний, а слово «аффиметрикс» большинством ученых уже воспринимается
не как название компании, а как название нового эффективного метода исследований.
Человек, знающий по собственному опыту законы капиталистического мира, уже,
наверное, почувствовал истинную суть проблемы, из-за которой к вопросу гене-
тического тестирования многие врачи и ученые относятся с такой щепетильно-
стью, или даже брезгливостью. Предположим, что я профессиональный боксер и
мой генотип Е4/Е4. Следовательно, вероятность заболеть хоть ангиной, хоть бо-
лезнью Альцгеймера в зрелом возрасте у меня выше среднестатистической. Поло-
жительные стороны знания этого факта при общении с врачами мы уже рассмотре-
ли. Но, вместо врача, я иду к страховому агенту, чтобы получить закладную или
оформить медицинскую страховку. Мне предлагают заполнить форму с разными во-
просами: курю ли я, часто ли выпиваю, какой у меня вес, не болею ли я СПИДом,
есть ли среди моих родных больные с сердечно-сосудистыми заболеваниями — это
уже вопрос из области генетики. Каждый вопрос предназначен для того, чтобы
отнести меня к определенной группе риска и рассчитать баланс между прибылью и
риском страховой компании. Вполне возможно, что страховые компании в скором
времени захотят познакомиться с результатами генетических анализов, например,
узнать, какой у меня генотип — Е4/Е4 или ЕЗ/ЕЗ. Человеческая мораль и пре-
ступные намерения сплелись тут в тугой узел. Можно понять страховую компанию,
которая опасается, что человек, узнавший благодаря генетическому тесту, что
он обречен, специально застрахует свою жизнь. Сильно ли это отличается от
случая, когда клиент страхует дом от пожара и сам поджигает его? С другой
стороны, страховая компания может обернуть несчастье других в свою прибыль,
предлагая в качестве рекламы скидки тем, кто предоставит результаты генетиче-
ского тестирования, и у кого в геноме будут только гены ЕЗ. Такая махинация,
называемая «выковыриванием вишенок из пирога», уже сейчас применяется некото-
рыми страховыми компаниями, которые предлагают скидки молодым, худым, некуря-
щим клиентам с традиционной половой ориентацией. Эти скидки потом отбиваются
на повышении тарифов для старых тучных и курящих гомосексуалистов. Клиенты с
двумя генами Е4 будут отнесены к этой же группе.
Неудивительно, что многие американские страховые компании уже проявляют по-
вышенный интерес к методам генетического тестирования предрасположенности к
болезни Альцгеймера. Эта болезнь несет страховым компаниям слишком большие
расходы. В Англии, где базовое лечение обычно предоставляется бесплатно, ге-
нетическое тестирование вызывает интерес у агентов, занимающихся страхованием
жизни. Индустрия страхования чутко реагирует на все риски в обществе. Так,
распространение эпидемии СПИДа моментально привело к повышению страхового
взноса для гомосексуалистов, поскольку у них больше риск заразиться. По мере
того как генетическое тестирование будет превращаться в рутину, в странах со
страховой медициной будет разгораться социальный кризис. Если моя судьба из-
вестна по результатам тестирования, ни одна страховая компания не даст стра-
ховку на большую сумму, чем я успею заплатить (с учетом интереса компании) до
своей болезни или смерти. Те, кому лечение будет экстренно необходимо, будут
просто лишены возможности обратиться к врачу или лечь в больницу. Оценив ре-
альную перспективу кризиса, ассоциация страховых компаний Великобритании в
1997 году наложила мораторий на 2 года на запрашивание результатов генетиче-
ского тестирования, в случае если сумма закладной не превышает 100 000 фунтов
стерлингов. Многие компании заявили, что в обозримом будущем они не собирают-
ся использовать в своей работе данные генетического тестирования. Но на долго
ли хватит такой благородности?
Тем не менее, для большинства людей генетическое тестирование станет благом
и позволит оформить медицинскую страховку с меньшими страховыми взносами. Что
же в этом плохого? Действительно, в отличие от многих других вещей в жизни,
гены распределяются между людьми независимо от их богатства. Богатый человек
не сможет купить себе хорошие гены. Впрочем, богатые и так тратят на медицин-
ское страхование больше денег. Проблема лежит в области человеческой морали.
Решение курить, пить и вести распутный образ жизни, повышающий риск заразить-
ся СПИДом, принимается людьми более или менее добровольно, чего нельзя ска-
зать о выборе генов. Дискриминация на основе тестирования генов АРОЕ ничем не
отличается от дискриминации по цвету кожи или полу. Вполне понятно нежелание
некурящих платить такой же страховой взнос, как и те, кто добровольно губит
свое здоровье. Но если человек с генотипом ЕЗ/ЕЗ потребует, чтобы ему снизили
размер взноса за счет несчастного с генотипом Е4/Е4, это будет проявлением
нетерпимости и предвзятого отношения к человеку, который совсем не виновен в
том, что природа наградила его такими генами.
Идея использования генетических тестов при приеме на работу пока еще не по-
лучила широкого распространения. Опять-таки, в этом вопросе есть как положи-
тельные, так и отрицательные стороны. Как мы знаем, мутации в генах могут де-
лать человека предрасположенным к некоторым профессиональным заболеваниям. В
качестве средства предотвращения профессиональных заболеваний предварительное
генетическое тестирование было бы полезным как работодателю, так и устраиваю-
щимся на работу. Например, если работа сопряжена с риском оказаться под воз-
действием канцерогена, хотя бы такого, как солнечное облучение (работа на от-
крытом воздухе), то обнаружение проблем с геном р53 может предупредить опас-
ные последствия в будущем. Но есть риск, что работодатели захотят использо-
вать результаты тестирования для отбора более послушных людей, склонных к
корпоративному фанатизму (собственно, на поиск таких людей как раз и нацелены
интервью в кабинете начальника отдела кадров). Использование генетического
тестирования с подобными целями уже запрещено законодательно во многих госу-
дарствах как проявление дискриминации при приеме на работу.
Есть опасность, что ночные кошмары в виде коварных страховых агентов и ра-
ботодателей, тянущих руки к нашим генам, заставит нас отказаться от использо-
вания генетического тестирования в медицине. Но еще больше меня пугают при-
зраки государственных чиновников, которые считают себя в праве за меня ре-
шать , стоит ли мне идти на генетическое тестирование. Я не собираюсь обсуж-
дать свой геном ни со страховым агентом, ни с работодателем, но я хотел бы,
чтобы мой лечащий врач имел доступ к этой информации, и я готов с рвением фа-
натика отстаивать свое право решать, нужен мне генетический тест или нет. Мой
геном — это моя личная собственность, а не собственность государства, и мне
не нужны советы чиновников. Даже в демократических странах наметилась автори-
тарная тенденция со стороны государства в выработке неких общих для всех пра-
вил и законов: какую часть собственного генома нам разрешается посмотреть, а
какую нет. Следует помнить, что посягательство на наш собственный геном со
стороны государства ничем не отличается от посягательства на нашу частную
собственность.
Хромосома 20.
Политика
Неизвестность является двигателем науки. Наука — это ненасытная печь, в ко-
торую ученые должны постоянно подбрасывать дрова из окружающего нас леса не-
известности. Открытое пространство, которое появляется на месте вырубки, мы
называем расширяющейся областью знаний. Но чем шире открытое пространство во-
круг нас, тем длиннее становится линия границы, отделяющей знания от неиз-
вестности. Все больше областей неизвестного открывается нашему взору. До того
времени когда был обнаружен геном, люди понятия не имели о том, что внутри
каждой клетки находится документ длиной в 3 млрд. «букв». Но после обнаруже-
ния генома возникло еще больше вопросов о том, как этот геном организован и
каким образом в нем зашифрована информация о строении организма. Открытие ка-
ждого нового гена несет больше вопросов, чем ответов.
В этой главе мы узнаем об одной тайне природы, жизненно важной для челове-
чества, о которой до недавнего времени мы ничего не знали. Настоящего ученого
угнетают прописные истины учебников. Его влекут к себе вершины неизвестности,
представшие перед нашим взором благодаря последним открытиям. Такая глыба не-
известности была обнаружена на хромосоме 20. Уже две Нобелевские премии при-
суждены только за то, что были очерчены границы неизвестного, но таинственная
область все еще противостоит освоению учеными. Все великие тайны, пока они не
стали знаниями, являются областью всевозможных спекуляций. Эта тайна не стала
исключением и легла в основу больших политических страстей в 1996 году. Речь
идет всего лишь о небольшом гене, названном PRP.
История началась с овец. В XVIII столетии сельское хозяйство Великобритании
было революционизировано группой передовых целеустремленных предпринимателей,
среди которых был Роберт Бэквелл (Robert Bakewell) из Лестершира
(Leicestershire). Он обнаружил, что породы овец и крупного рогатого скота
можно улучшить и закрепить положительные качества, если провести близкородст-
венное скрещивание между отобранными передовыми особями и их собственными по-
томками. Методом имбридинга была выведена новая порода овец, отличающаяся бы-
стрым ростом, повышенной жирностью мяса и длинной шерстью. Но возник неожи-
данный побочный эффект. Некоторые овцы суффолкской породы страдали странной
формой психоза, который развивался постепенно у зрелых овец. Походка станови-
лась шаткой и неуверенной, они подолгу в исступлении чесались об ограду, вы-
глядели настороженными и отставали от отары. Вскоре больные овцы погибали.
Эта неизлечимая болезнь, названная скрепи, становилась серьезной проблемой,
поскольку в некоторых отарах погибала каждая десятая овца. Болезнь, которая
изначально была выявлена только у суффолкской породы овец, скоро распростра-
нилась на другие породы в Англии, а затем в других частях света27. Причины
заболевания оставались тайной. Не было признаков наследования болезни, но и
явные возбудители также не были обнаружены. В 30-х годах прошлого столетия в
Англии, после того как ветеринары опробовали новые схемы вакцинации от инфек-
ционных заболеваний, вспыхнула эпидемия скрепи у овец. Вероятно, причиной
эпидемии стало то, что некоторые вакцины готовили из мозга овец. Хотя биоло-
гический материал тщательно стерилизовался формалином, в нем сохранилось ин-
фекционное начало. Факт эпидемии привел ученый мир к убеждению, что скрепи
вызывается неизвестными микробами.
Но что это за микробы такие, которых не убивает формалин? На них также не
действовали детергенты, кипячение и ультрафиолетовое облучение. Инфекционный
агент проникал сквозь фильтры, через которые не могли пройти мельчайшие виру-
сы. Инфекция не вызывала иммунного ответа у заболевших животных, и от времени
инфицирования до появления первых признаков заболевания проходил довольно
долгий латентный период. (Латентный период существенно сокращался, если инфи-
цирование производилось непосредственно в мозг животного.) Скрепи предстало
перед миром ученых монолитом неизвестности, о который сломали свои копья не-
сколько поколений дерзких исследователей. Позже аналогичные симптомы заболе-
вания были обнаружены у норок в зверохозяйствах Америки, у диких лосей и чер-
нохвостых оленей в национальном парке «Скалистые горы», но эти открытия еще
больше запутали картину. Норки оказались устойчивыми к скрепи, когда их инфи-
цировали экспериментально от больных овец. В 1962 году Джеймс Пэрри (James
Parry) вернулся к генетической гипотезе. Он предположил, что скрепи может ка-
ким-то образом совмещать генетическую наследуемость и горизонтальную передачу
от особи к особи. Например, известно много инфекционных болезней, чувстви-
тельность к которым определяется генетически. Один из классических примеров —
холера, о чем мы говорили в главе 10. Но идея о том, что в качестве возбуди-
Российские фермеры называли эту болезнь «почесухой» — примеч. ред.
телей инфекционного заболевания могут выступать сами гены, противоречила на
тот момент всем генетическим аксиомам. Гипотеза Пэрри подверглась острой кри-
тике со стороны других ученых.
Примерно в это же время американский ученый Билл Хэдлоу (Bill Hadlow) при
рассмотрении фотографий срезов головного мозга умерших от скрепи овец (фото-
графии хранились в Wellcome Museum of Medicine — Музей медицины в Лондоне)
вдруг обнаружил, что они удивительно напоминают другие снимки, которые он уже
видел. Скрепи оказалась гораздо ближе к болезням людей, чем предполагали ра-
нее. Точно такое же поражение мозга наблюдалось у людей, умерших в Папуа Но-
вая Гвинея от ужасной и загадочной болезни куру. От этого заболевания голов-
ного мозга умерло много людей, особенно женщин, в племени Форе. Заболевание
начиналось с дрожи в ногах, которая постепенно переходила на все тело. Речь
становилась неразборчивой, и больные время от времени разражались приступами
беспричинного смеха. Примерно через год в результате серьезного органического
поражения головного мозга больные умирали. В конце 1950-х годов куру стала
одной из основных причин смертности женщин племени Форе, что привело почти к
троекратному превышению численности мужчин в племени. Болезнь также поражала
детей и, редко, взрослых мужчин.
Эта особенность инфекции породила догадку о связи заболевания с древними
традициями племени. В 1957 году причина была найдена и описана в классических
трудах двух докторов — Винсента Жигаса (Vincent Zigas) и Карлтона Гайдушека
(Carleton Gajdusek). Когда умирал достойный человек, женщины племени выполня-
ли сложный погребальный ритуал, в ходе которого тело умершего разрезалось на
части и съедалось. Ритуальный погребальный каннибализм был запрещен законом.
Неудивительно, что эта церемония проводилась тайно, и вовлеченные в нее люди
не были склонны делиться подробностями с посторонними. Но Гайдушеку окольными
путями удалось разговорить аборигенов о старых традициях прощания с почившими
родственниками, сводившихся к формуле «катим на куким на кайкай» — разрезали,
сварили и съели. Обычно женщины и дети съедали внутренние органы и мозг, а
мужчинам доставались мышцы. Это немедленно предоставило вероятный ответ на
многие вопросы: почему от куру страдали в основном женщины и дети, а также
почему заболевание часто возникало в семьях ранее умершего от куру человека,
включая не только кровных родственников, но и родню со стороны мужа или жены.
Смертность от куру постепенно снижалась из года в год, после того как риту-
альный каннибализм был запрещен законом и правительство усилило меры по со-
блюдению закона. Роберт Клитцман (Robert Klitzman) — студент Гайдушека — вы-
явил три группы риска в племени, к которым относились люди, посетившие риту-
альную церемонию еще в 1940-1950-х годах. Так, из пятнадцати участников цере-
монии погребения некой женщины Нено в 1954 году двенадцать человек впоследст-
вии умерли от куру. Из числа трех остальных людей один умер в молодом возрас-
те по другой причине; другой женщине было разрешено только присутствовать на
церемонии, поскольку она была второй женой мужчины, чьей женой была Нено; а
третий сознался, что ему досталась только рука.
Как только Билл Хэдлоу обнаружил сходство в картине поражения мозга от куру
у людей и от скрепи — у овец, он тут же написал письмо Гайдушеку в Новую Гви-
нею. Гайдушек сразу же уловил суть открытия. Если куру была формой скрепи у
людей, значит болезнью куру можно заразить лабораторных животных инъекцией в
мозг. В 1962 году коллега Гайдушека Джо Гиббс (Joe Gibbs) начал серию экспе-
риментов, в которых пытался заразить шимпанзе и некоторых других обезьян ма-
териалом, взятым из мозга умерших от куру людей (этичность подобных экспери-
ментов не является предметом рассмотрения этой публикации). Первые два шим-
панзе заболели и умерли через два года после инъекции. Симптомы болезни в
точности напоминали симптомы куру.
Доказательство того, что куру является природной формой скрепи у человека,
было важным открытием, но не могло существенно помочь в понимании болезни,
поскольку скрепи на тот момент было таким же таинственным заболеванием неиз-
вестного происхождения, как и куру. Начиная с 1900 года неврологи стали реги-
стрировать другое редкое деструктивное психическое заболевание у людей. Пер-
вый случай этого заболевания был описан в 1900 году в Бреслау (сейчас Вроцлав
в Польше) немецким доктором Гансом-Герхардом Креитцфельдтом (Hans-Gerhard
Creutzfeldt) у одиннадцатилетней девочки, болезнь у которой постепенно про-
грессировала в течение 10 лет. Заболевание впоследствии стало известно как
болезнь Крейтцфельда-Якоба, или БКЯ. Хотя первый случай заболевания был опи-
сан у ребенка, эта болезнь более характерна для людей преклонного возраста.
Кроме того, течение болезни никогда не бывает таким длительным. Скорее всего,
Крейтцфельд описал какую-то другую патологию, которая затем ошибочно была ас-
социирована с БКЯ в 1920-х годах другим доктором — Альфонсом Якобом (Alfons
Jakob) .
Вскоре после того как Гиббс заразил шимпанзе куру, стало известно, что
обезьяны также чувствительны к БКЯ. В 1977 году ситуация с этими болезнями
стала еще более угрожающей. Два случая БКЯ были обнаружены у пациентов, кото-
рых незадолго до этого обследовали в одной и той же клинике по поводу эпилеп-
сии. Исследования сопровождались внедрением в мозг электродов, которые до
этого использовались при обследовании пациента с БКЯ. Заражение произошло не-
смотря на то, что электроды были хорошо продезинфицированы после применения.
Оказалось, что возбудитель не только невосприимчив к формалину, детергентам,
кипячению и ультрафиолетовому облучению, но его невозможно убить даже жесткой
стерилизацией хирургических инструментов. Электроды были переданы для изуче-
ния и вживлены в мозг шимпанзе. Через некоторое время у обезьян развилась
классическая БКЯ. Стало ясно, что БКЯ может быть ятрогенным (передающимся во
время врачебного вмешательства) заболеванием; это еще больше обострило эпиде-
миологическую ситуацию. С тех пор болезнь убила более сотни человек, прини-
мавших по назначению врача гормоны роста, получаемые из гипофиза умерших лю-
дей. Поскольку препарат в одном флаконе получается в результате обработки не-
скольких тысяч гипофизов, несмотря на редкость БКЯ, вероятность того, что хо-
тя бы один из гипофизов будет получен от больного, оказалась достаточной,
чтобы вызвать небольшую эпидемию. Если вы склонны проклинать ученых за вмеша-
тельство в природу, ради справедливости примите к сведению также те случаи,
когда благодаря новым технологиям удалось избежать больших проблем. Еще до
того как в 1984 году был описан случай массового заражения людей препаратом
гормона роста, в практику уже вошел новый препарат, в котором гормон роста
получается не из трупов, а из генетически модифицированной бактерии. В ре-
зультате препарат не только стал более дешевым, но и совершенно безопасным.
Давайте еще раз перечислим, что было известно о таинственном заболевании к
1980 году. Овцы, норки, обезьяны и люди могут заразиться какой-либо версией
одной и той же болезни от вживления в мозг некоего вещества, содержащегося в
мозге больного. Инфекционный агент выживает после всех обычных методов стери-
лизации и остается невидимым для самого мощного электронного микроскопа. При
этом инфекция не передается при тесном контакте с больными людьми или при
кормлении грудью, не вызывает иммунного ответа, может оставаться латентной в
течение от 20 до 30 лет, и для инфицирования достаточно мизерной дозы зара-
женного материала, хотя вероятность заражения все же зависит от объема вве-
денной дозы. Что бы это могло быть?
Почти забытым остался тот факт, что первые случаи скрепи были описаны у
суффолкских овец, и вполне вероятно, что имбридинг привел к появлению и обо-
стрению этого заболевания. Постепенно стали появляться факты, что в некоторых
случаях (до 6% от всех зарегистрированных случаев) болезнь может носить се-
мейный характер, т. е. передаваться по наследству. Ключ к пониманию скрепи
лежал не в руках патологоанатомов, а в руках генетиков. Возбудитель скрепи
находился в геноме. Новое поразительное открытие произошло в Израиле. Когда в
середине 1970-х годов первые случаи БКЯ были зарегистрированы в этой стране,
израильские ученые заметили одну интересную закономерность. Все 14 случаев
заболевания были обнаружены у небольшой группы прибывших из Ливии эмигрантов,
что в 30 раз превышает случайную вероятность. Сразу же под подозрение попала
особенность их национальной кухни, центральное место в которой занимает осо-
бым образом приготовленный мозг овцы. Но версия оказалась ложной. Причина бы-
ла генетической: все заболевшие были отпрысками одной древней семьи. У всех у
них в геноме была выявлена мутация, общая для этой семьи и для некоторых дру-
гих семей в Словакии, в Чили и у ряда американских семей немецкого происхож-
дения .
Мир скрепи представлялся зловещим, загадочным и противоречивым. Одни ученые
настаивали на генетической природе заболевания, другие же предлагали револю-
ционную, или скорее даже еретическую гипотезу, которая, как казалось на пер-
вый взгляд, вела их в противоположном направлении. Еще в 1967 году впервые
возникло предположение, что у возбудителя скрепи может не быть ни ДНК, ни
РНК. Возможно, это единственный живой организм на планете, который не исполь-
зует нуклеиновые кислоты и не содержит ни единого гена. В середине прошлого
века, когда только что был раскрыт секрет структуры ДНК и Фрэнсис Крик полу-
шутя провозгласил «основную доктрину генетики» — ДНК => РНК => белок, — пред-
положение возможности существования организмов без ДНК было таким же нежела-
28
тельным, как проповеди Мартина Лютера в Риме.
В 1982 году генетик Стенли Прузинер (Stanley Prusiner) предложил свое объ-
яснение парадоксального явления одновременного существования лишенного ДНК
существа и вызываемой им болезни, которая тесно связана с геномом человека.
Прузинер обнаружил белковые образования, неподдающиеся разрушению обычными
протеазами, которые присутствовали в нервных клетках у больных животных, но
отсутствовали у здоровых. Выделив белок, ученый определил его аминокислотный
состав, рассчитал вероятную последовательность нуклеотидов в гене и постарал-
ся найти похожий ген среди генов мыши, а затем в геноме человека. В конце
концов Прузинер нашел этот ген, назвал его PRP (protease-resistant protein —
устойчивый к протеазам белок) и привел казавшуюся еретической теорию к вратам
храма науки. Его теория, которая с годами обрастала все новыми и новыми фак-
тами , гласит: PRP является нормальным геном человека и мышей, и его белок вы-
полняет свои определенные полезные функции у всех организмов. Этот ген не
имеет никакого отношения к вирусам. Но его продукт, известный как белок при-
он, обладает необычными свойствами. Прион может внезапно изменять свою про-
странственную конформацию, в результате чего он становится «липким» и устой-
чивым к протеазам клетки. Постепенно этот неправильный белок накапливается в
клетке в виде белковых комков, нарушающих работу клетки, и ведет к ее гибели.
Теория и так уже получилась революционной, но Прузинер пошел еще дальше. Он
предположил, что измененные прионы обладают свойством изменять форму обычных
прионов, преобразуя их в себе подобных. При этом не изменяется последователь-
ность аминокислот в белке или последовательность нуклеотидов в гене, но меня-
ется способ свертывания аминокислотной нити белка в трехмерную структуру.
Семена теории Прузинера попали на каменистую почву. Надо признать, что дан-
ная теория не могла адекватно объяснить некоторые особенности скрепи и других
подобных болезней, в частности, почему заболевание, вызываемое одним и тем же
Мартин Лютер (монашеское имя — Августин, 1483—1546) — немецкий христианский бого-
слов , бывший католический монах-августинец, инициатор Реформации, ведущий переводчик
Библии на немецкий язык. Ключевой создатель протестантизма, именем которого названо
одно из его крупнейших направлений — лютеранство.
белком, имеет такие разные проявления29. Как грустно отмечал сам Прузинер,
«гипотеза вызвала мало энтузиазма». Я очень хорошо помню то пренебрежение, с
каким эксперты в области скрепи воспринимали новую теорию Прузинера, когда я
задавал им вопрос об их отношении к данной гипотезе. (Я как раз готовил ста-
тьи о прионах и интересовался мнением разных ученых.) Но затем стали появ-
ляться новые факты, подтверждающие версию Прузинера. Например, стало извест-
но, что мышей с удаленным геном приона невозможно заразить ни одной из этих
нейродегенеративных болезней, тогда как всего нескольких измененных молекул
прионов было достаточно, чтобы вызвать болезнь у контрольных мышей. Таким об-
разом, болезнь вызывается измененными прионами и передается с их помощью.
Прузинер получил всеобщее признание и, вслед за Гайдучеком, поехал в Сток-
гольм за Нобелевской премией. Тем не менее, следует признать, что в чаще при-
онового леса осталось немало завалов и несрубленных деревьев. Сами прионы все
еще остаются тайной, и основная загадка состоит в том, зачем вообще они суще-
ствуют в природе. Ген PRP не только присутствует во всех изученных геномах
млекопитающих, но и оказался весьма консервативным геном, мало изменившимся в
ходе эволюции. Это указывает на то, что в организме белок выполняет очень
важную функцию. Данная функция наверняка связана с работой мозга, поскольку
экспрессия гена включается именно в этом органе. Работа приона может быть
связана с обменом ионами меди, которые имеют с белком близкое сродство. Но из
эмбриона мыши с удаленными обеими копиями гена вырастает нормальная мышь.
Следовательно, какой бы важной ни была функция приона, организм мыши может
обойтись без этого гена. Пока нет ни одной правдоподобной гипотезы, которая
связывала бы этот потенциально опасный ген с какой-либо полезной для организ-
ма функцией30.
От смертельной болезни нас отделяет всего одна или несколько мутаций. Ген
PRP человека содержит 253 «слова», каждое длиной в три буквы. Из них первые
22 или последние 23 слова обрезаются сразу же после окончания синтеза белка.
Мутации в четырех точках гена ведут к возникновению прионового заболевания,
причем каждая мутация связана только со своей определенной формой болезни.
Например, замена в 102-й позиции пролина лейцином вызывает болезнь Герстмана-
29 Оказалось, что прионы не единственны в своем роде. Были открыты некоторые другие
белки, конформационные изменения которых не только ведут к патологическим изменениям
их собственных функций, но измененные белки также катализируют аналогичные изменения
в нормальных белках. Возникает цепная реакция, ведущая к гибели нервных клеток и,
как следствие, к нейродегенеративной болезни. К таким белкам относится медь/цинк-
зависимая супероксид-дисмутаза (SOD1). Мутация в гене этого белка ведет к развитию
семейного амиотрофического латерального склероза (Furukawa Y.et al. 2006. Disulfide
cross-linked protein represents a significant fraction of ALS-associated Cu, Zn-
superoxide dismutase aggregates in spinal cords of model mice. Proceedings of the
National Academy of Sciences of the USA 103(18): 7148-7153). Есть версии, что причи-
ной болезней Альцгеймера и Паркинсона являются такие же измененные белки. Впрочем,
пока нет фактов заражения других людей измененными белками, в отличие от прионов.
30
Данные последних лет заставляют нас удивляться не только зловредности прионов, но
и многообразию их положительных функций в организме. (Естественно, положительные
функции проявляются только тогда, когда прион находится в нормальной конфигурации.)
Оказалось, что без прионов невозможна регенеративная работа стволовых клеток (Couzin
J. 2006. The prion protein has a good side? You bet. Science 311: 1091), без них не-
возможно правильное развитие центральной нервной системы (Steele A. D. et al. 2006.
Prion protein (PrPc) positively regulates neural precursor proliferation during
developmental and adult mammalian neurogenesis. Proceedings of the National Academy
of Sciences of the USA 103: 3416-3421), а мутация, связанная с заменой валина метио-
нином в 129-й позиции белка приона, существенно влияет на память (Papassotiropoulos
A. et al. 2005. The prion gene is associated with human long-term memory. Human
Molecular Genetics 14: 2241-2246).
Штраусслера-Шейнкера — наследуемая версия хронического нервного заболевания,
ведущего к смерти в преклонном возрасте. Замена 200-й аминокислоты — лизин
вместо глутамина — ведет к версии БКЯ, обнаруженной у ливанских евреев. Заме-
на аспартата аспарагином в позиции 178 является причиной классической БКЯ. Но
в дополнение к последней мутации может произойти еще замена валина метионином
в 129-й позиции белка приона, что ведет к самому мучительному из всех прионо-
вых заболеваний — фатальной семейной инсомнии. Это заболевание является до-
вольно редкой формой наследуемой генетической болезни, при которой больной
умирает после нескольких мучительных месяцев бессонницы. При фатальной семей-
ной инсомнии происходит разрушение таламуса (зрительного бугра), который,
среди многих прочих функций, отвечает за чередование бодрствования и сна.
Скорее всего, различия в симптомах разных прионовых заболеваний определяются
тем, какая область головного мозга повреждается первой.
В течение десятилетия после того как эти факты стали известны, ученые за-
действовали все свои ресурсы и суперсовременные технологии, чтобы продвинуть-
ся вглубь таинственной области знаний. С помощью экспериментов непостижимой
сложности, проводимых в лаборатории Прузинера и во многих других лабораториях
мира, открывались все новые стороны и особенности прионов. У «плохих» прионов
происходит изменение структуры центральной области (между 108-й и 121-й ами-
нокислотами) . Любые мутации внутри этой области вели к такому фатальному из-
менению функций прионов, что экспериментальные мышата умирали в утробе или
сразу после рождения. Те мутации, которые ведут к описанным выше прионовым
заболеваниям, происходят на периферии белка и лишь косвенно изменяют структу-
ру центральной области. Наука постепенно получает все новые и новые сведения
о прионах, но новые знания ставят перед нами все больше новых вопросов и от-
крывают новые просторы неизвестности.
Почему изменения структуры белков31 оказываются столь пагубными? Прузинер
предполагал, что существует еще один неизвестный белок X, на который влияет
измененный прион. Но почему этот белок никому не удалось обнаружить? Мы этого
не знаем.
Вероятно, виной всему образование дисульфидных мостиков между остатками аминокис-
лоты цистеина в белковой цепочке. Дисульфидные мостики стабилизируют молекулу белка,
но также могут сшивать между собой соседние молекулы, в результате чего образуются
нерастворимые и неподдающиеся ферментации белковые конгломераты. Белки с «неправиль-
ной» структурой могут мешать сборке вновь синтезируемых белков, образуя с ними суль-
фидные связи. Такой механизм развития заболевания был показан для амиотрофического
латерального склероза, вызванного мутацией в гене SOD1, который также находится на
хромосоме 21 (Rakhit R., Chakrabartty A. 2006. Structure, folding, and misfolding of
Cu, Zn superoxide dismutase in amyotrophic lateral sclerosis. Biochimica et
Biophysica Acta. Epub ahead of print).
Почему белок, синтезируемый во всех областях мозга, в зависимости от места
мутации по-разному влияет на мозг? Например, у коз одна мутация в гене приона
ведет к сонливости, а другая — к гиперактивности. Ответ на этот вопрос до сих
пор не найден.
Почему существуют межвидовые барьеры, препятствующие передаче заболевания
от вида к виду? Эффективность заражения существенно возрастает только при
инъекции непосредственно в мозг. Но и при пероральном приеме зараженного ма-
териала вероятность развития заболевания сохраняется. Нам пока еще не извест-
ны механизмы заражения и факторы, оказывающие влияние на этот процесс.
Не вполне понятна зависимость развития инфекции от дозы зараженного мате-
риала. Чем больше дефектных прионов вводили в мышь в экспериментах, тем быст-
рее развивалось заболевание. Но скорость и вероятность возникновения заболе-
вания зависели также от числа копий гена PRP в геноме мыши.
На вероятность возникновения заболевания также оказывает влияние гетерози-
готность генотипа. Например, если в одной копии гена PRP в 129-й позиции на-
ходится валин, а в другой — метионин, то такие люди более устойчивы к прионо-
вым инфекциям (за исключением фатальной семейной инсомнии), чем в том случае,
если в обеих копиях гена будут два валина или два метионина. Почему так про-
исходит, мы не знаем.
С передачей прионовых болезней от вида к виду связана еще одна непонятная
особенность. Так, мышь очень сложно заразить прионами хомяка, и наоборот. Но
если в геном мыши поместить ген PRP хомяка, то такую трансгенную мышь очень
легко заразить инъекцией вытяжки из мозга погибшего хомяка. У трансгенных мы-
шей с генами PRP человека можно вызвать заболевания, сходные с фатальной се-
мейной инсомнией и с БКЯ. Мышь становится более чувствительной к прионовым
заболеваниям человека, если оба гена мыши заменить на соответствующие гены
человека. Присутствие в геноме мыши собственного гена PRP делает ее более ус-
тойчивой к заражению. Является ли этот феномен результатом конкуренции между
генами, мы пока не знаем.
Успешное заражение одного вида животных от другого ведет к изменению
свойств дефектных прионов. Так, если удастся заразить мышь от хомяка, то ве-
роятность передачи инфекции от больной мыши здоровой прогрессивно возрастает
с каждой новой мышью. Что при этом происходит с белками прионов, мы не знаем.
Почему болезнь развивается с нарастающей скоростью от места инъекции, как
будто для превращения «хороших» прионов в «плохие» необходим непосредственный
контакт между ними? Известно, что в распространении болезни особую роль игра-
ют В-лимфоциты иммунной системы, которые разносят болезнь по организму. Но
как это происходит, до сих пор неизвестно.
Среди всей этой лавины вопросов незамеченным остался тот факт, что прионы
опровергают еще одну догму генетики, даже более важную, чем догма Фрэнсиса
Крика. В начале этой публикации я сообщил вам, что в основе жизни лежит циф-
ровой код. В случае с генами прионов мы также имеем дело с мутированием циф-
рового кода — заменой одного нуклеотида другим. Но результат этих изменений
невозможно понять и предсказать без знаний пространственной структуры белков.
Мир прионов аналоговый32, а не цифровой. Форма молекулы белка важна ничуть не
Открытия последних лет в корне изменили генетические догмы. Оказалось, что функ-
ционирование генома невозможно понять, основываясь только на последовательности нук-
леотидов. Гены включаются в работу, или отключаются, в результате изменения про-
странственной организации ДНК. Геном представляет собой сочетание двух типов инфор-
мации: цифровой (последовательность нуклеотидов) и аналоговой, для которой недавно
был предложен новый термин — «гистоновый код» (Valley С. М. et al. 2006. Chromosome-
wide, allele-specific analysis of the histone code on the human X chromosome. Human
Molecular Genetics. Epub ahead of print).
меньше, чем последовательность аминокислот в ней. Наличие дефектных молекул,
их концентрация, место нахождения и еще множество неизвестных факторов могут
изменить форму нормальной молекулы белка даже без изменения ее состава. Тем
не менее, детерминизм аналоговой системы прионовых заболеваний не уступает
детерминизму болезни Хантингтона. Известны случаи БКЯ, когда болезнь поражала
близнецов в одном и том же возрасте, хотя всю жизнь они прожили далеко друг1
от друга.
Структура 23-230 аминокислот белка, образующего прион, приводя-
щий к губчатой энцефалопатии крупного рогатого скота.
Прионовые заболевания развиваются как цепная реакция. Одна дефектная моле-
кула белка вступает в контакт с другой молекулой и преобразует ее по своему
образу и подобию. Затем обе молекулы изменяют структуру двух других молекул
белка, и так цикл за циклом количество дефектных белков нарастает в геометри-
ческой прогрессии. Именно таким образом представил себе цепную ядерную реак-
цию Лео Силард (Leo Szilard) в 1933 году, ожидая зеленого света на одном из
лондонских перекрестков: распадающийся атом порождает два нейтрона, каждый из
которых вызывает распад двух других атомов, освобождая уже четыре нейтрона.
Через 12 лет виртуальная идея воплотилась в ужас Хиросимы. Хотя прионовая
цепная реакция намного медленнее атомной, она также может привести к взрыву.
Доказательство тому — эпидемия куру в Папуа Новой Гвинее. С начала 80-х годов
прошлого столетия Прузинер доказывал возможность возникновения эпидемии у лю-
дей. И действительно, в сердце Европы возник эпицентр новой, еще более мас-
штабной эпидемии прионовой инфекции. На этот раз же в эпицентре эпидемии ока-
зались коровы.
Никто не знает точно, когда, где и каким образом — опять проклятая неиз-
вестность , сопутствующая прионам, — дефектные прионы попали в корм коров.
Скорее всего, это произошло в конце 1970-х или в начале 1980-х годов. Причи-
ной тому могли быть изменения аграрной политики Великобритании, приведшие к
изменению цен на корма. Все больше старых овец стали поступать для переработ-
ки на костную муку, чему способствовали растущие компенсации фермерам. И од-
нажды это произошло: в котел попало животное, инфицированное дефектным при-
оном. Вполне возможно, что это была умершая от скрепи овца. Тщательная термо-
обработка костей и внутренностей животных не спасла от заражения, поскольку
прионы невозможно разрушить кипячением.
Вероятность заражения коровы была минимальной, но если умножить ее на сотни
тысяч коров, получивших зараженный корм, то этой вероятности оказалось доста-
точно, чтобы запустить цепную реакцию. Умершие от бешенства коровы поступили
опять на комбинаты производства кормов, принеся с собой новую порцию прионов.
Чем больше прионов было в корме, тем выше становилась вероятность заражения и
тем больше новых прионов поступало в корма на комбинатах. Первые признаки за-
болевания начинали проявляться у больных коров примерно через пять лет после
заражения. Поэтому когда к концу 1986 года были описаны первые шесть случаев
необычного заболевания у коров, зараженными в Англии уже были не менее 50 000
животных. За время эпидемии до конца 90-х годов, когда с болезнью удалось
справиться, от коровьей губчатой энцефалопатии (коровьего бешенства) умерло
более 180 000 голов крупного рогатого скота.
В первый же год после обнаружения эпидемии английским ветеринарам в резуль-
тате кропотливой детективной работы удалось установить источник заражения —
комбикорма, содержащие костную муку. Данная модель заражения оказалась един-
ственной, с помощью которой удалось объяснить все нюансы и аномалии распро-
странения эпидемии, например тот факт, что на острове Гернси заболевания ста-
ли регистрировать намного раньше, чем на острове Джерси. Корма на эти острова
поставляли два разных комбината, причем на одном из них костная мука в каче-
стве пищевой добавки использовалась более интенсивно. К июлю 1988 года в силу
вступил закон, запрещающий использование костной муки при производстве кор-
мов. Удивительно, как быстро завертелись шестеренки медлительной бюрократиче-
ской машины. В августе 1988 года Саутвудский комитет33 (Southwood committee)
рекомендовал уничтожить всех животных с признаками коровьего бешенства и не
допускать их использования для производства кормов и пищевых добавок.
Правительством была допущена первая ошибка: было решено выплачивать ферме-
рам компенсацию только в размере 50% от стоимости заболевшего животного. Эко-
номия в данном случае была несоизмерима с риском того, что фермеры, ради со-
хранения прибыли, могли «не заметить» первых признаков заболевания. Впрочем,
когда в будущем размер компенсации был повышен, ожидаемого скачка новых слу-
чаев заболевания не произошло. Фермеры оказались более ответственными, чем о
них думала широкая публика.
Через год в силу вступил закон, запрещающий использование мозгов коров при
изготовлении пищевых добавок для людей. В 1990 году этот запрет был распро-
странен на использование мозгов телят. Закон мог бы быть принят и раньше, но,
учитывая экспериментальные данные о том, что перекрестное заражение скрепи
других видов животных, за исключением прямой инъекции в мозг, происходит
крайне редко, данные меры предосторожности на тот момент казались чрезмерны-
ми. Действительно, было известно, что обезьян практически невозможно заразить
через пищу прионами человека, если только не скармливать им огромные дозы ин-
фекционного материала. (Инъекция в мозг повышала вероятность заражения в 100
млн. раз.) Вероятность пищевого заражения человека прионами овец и коров ка-
залась настолько мизерной, что говорить об опасности говядины для человека
могли только паникеры.
Ученые подтверждали, что вероятность межвидовой передачи прионов перорально
стремится к нулю. В экспериментах удавалось заразить таким способом одно из
нескольких сотен тысяч лабораторных животных. Но в этом-то и заключался про-
счет ученых и правительственных организаций. Ведь в роли подопытных кроликов
оказались 50 млн. граждан Великобритании. В таком масштабном «эксперименте»
Саутвудский комитет был создан в 1988 году при правительстве Великобритании для
разработки мер по борьбе с эпидемией коровьего бешенства.
дюжина случаев заражения неизбежно должна была произойти. Для политиков и
простых людей «безопасность» является абсолютным понятием. Когда ученые заяв-
ляли, что вероятность заражения очень мала, широкие массы общественности по-
лагали , что случаев заболевания не будет вообще, а не что их будет мало.
Коровье бешенство, как и все другие прионовые заболевания до этого, препод-
несло ученым свои сюрпризы. Среди других домашних животных, получавших ту же
самую костную муку с кормом, к коровьему бешенству наиболее чувствительными
оказались кошачьи. За время эпидемии от коровьей губчатой энцефалопатии умер-
ли более 70 домашних котов, три гепарда, пума, оцелот и тигр. Но не было за-
регистрировано ни одного случая болезни у собак. Будут ли люди так же чувст-
вительны к коровьему бешенству, как кошки, или так же устойчивы, как собаки?
К 1992 году ситуация с коровьим бешенством была взята под контроль, хотя
пик эпидемии еще не был пройден, учитывая пятилетний латентный период. Число
заболевших животных неуклонно сокращалось, но истерия в обществе лишь только
начала набирать свои обороты. Все большей нелепостью с этого времени начинают
отличаться постановления правительства. Благодаря ранее принятым запретитель-
ным актам говядина в Великобритании стала безопасной как никогда, но именно
сейчас люди стали бойкотировать говядину в магазинах.
В марте 1996 года правительство признало, что, по меньшей мере, 10 граждан
Великобритании умерли от формы прионового заболевания, которое подозрительно
напоминало по своим симптомам коровье бешенство, и не регистрировалось до сих
пор. Паника в обществе, подогреваемая прессой, достигла своего апогея. Дикие
предсказания о миллионах новых жертв болезни воспринимались совершенно серь-
езно. Ситуацией не преминули воспользоваться компании, торгующие «органиче-
скими продуктами питания». В обществе ширились слухи о том, что болезнь вызы-
вают пестициды; что ученые сговорились с правительством и скрывают правду;
что к возникновению проблемы привели непрофессионализм и коррупция в прави-
тельстве; что эпидемия давно поразила Францию, Ирландию и Германию, но про-
дажные политики не говорят об этом.
Правительство чувствовало себя обязанным каким-то образом реагировать на
критику и ширящуюся панику у людей. Когда все необходимое уже было сделано,
отвечать можно было только новыми бессмысленными запретительными актами и за-
конами. Так был принят закон о запрете на использование в пищу коров старше
30 месяцев — закон, который лишь подстегнул панику и разрушил отлаженную ин-
дустрию сельского хозяйства и пищевой промышленности. Чуть позже под давлени-
ем европейских политиков правительство провело «селективный забой» 100 000
голов рогатого скота, хотя в бессмысленности и расточительности этого акта,
поставившего многие фермы на грань разорения, никто не сомневался. Мероприя-
тие было настолько несвоевременным и запоздалым, что напоминало жертвоприно-
шение для успокоения общественного мнения. Демонстративный забой скота не
спас Англию от запрета на ввоз говядины из Великобритании в Европу. В 1997
году правительство издало новый запрет на употребление блюд из говядины с
костями. Англичанам предложили отказаться от любимых телячьих ребрышек, хотя
риск заразиться от употребления таких блюд не превышал риск погибнуть от уда-
ра молнии. Обжегшись на горячем, правительство стало дуть на холодное, что
вызывало раздражение в обществе и инстинктивное неповиновение. Я сам за собой
заметил, что после принятия закона стал чаще заказывать тушеные телячьи хво-
сты.
1996 год в Англии прошел в ожидании эпидемии коровьего бешенства у людей.
Шесть человек умерло в течение года, после чего число заболевших стало сни-
жаться. Впрочем, до сих пор нельзя с уверенностью подвести черту под числом
жертв новой формы БКЯ. Вероятнее всего, число пострадавших не превысит соро-
ка. Безусловно, каждый случай заболевания — это трагедия человека и его близ-
ких, но все же это еще не эпидемия. Опрос пострадавших и их родственников по-
казал, что все заболевшие были заядлыми мясоедами в те годы, когда эпидемия у
коров достигла своего пика, хотя один из пострадавших оказался вегетарианцем.
Но эта закономерность, скорее всего, была артефактом. Родственники больных с
диагнозом БКЯ, который, по результатам вскрытия оказался ложным, также указы-
вали на то, что заболевшие предпочитали мясную диету. Люди просто верили, что
мясо является источником заражения, и вспоминали то, что подтверждало их ве-
ру.
Что в действительности было общим для большинства пострадавших от коровьего
бешенства, это гомозиготный генотип с метионином в 129-й позиции в обеих ко-
пиях гена PRP. Пока не ясно, были ли люди с гетерозиготным генотипом или с
валином в 129-й позиции более устойчивыми к инфекции, или у них просто более
длинный латентный период. Действительно, при заражении обезьян коровьим бе-
шенством инъекциями в мозг отмечался более длительный латентный период, чем в
случае с другими прионовыми заболеваниями. Впрочем, поскольку новая волна за-
болеваний не последовала, а с 1988 года уже прошел срок, в несколько раз пре-
высивший среднюю продолжительность латентного периода у коров, можно заклю-
чить, что межвидовой барьер оказался достаточно прочным, как и было предска-
зано в экспериментах, и худшие годы уже позади. Нельзя исключить, что вспышка
новой формы БКЯ у людей в конце прошлого столетия вообще не имела ничего об-
щего с употреблением зараженной говядины. Сейчас многие склоняются к тому,
что некоторые вакцины и другие медикаменты, изготовляемые из коровьих органов
и сыворотки крови, спешно снятые с производства в конце 1980-х годов, пред-
ставляли гораздо большую угрозу, чем говяжий бифштекс.
От БКЯ не застрахованы даже вегетарианцы, не прикасавшиеся к мясу в течение
всей жизни, не покидавшие Англии и не работающие на фермах или в мясных лав-
ках. Величайшая тайна прионов состоит в том, что если отбросить все известные
способы заражения, включая каннибализм, хирургическое вмешательство, гормо-
нальные инъекции и употребление зараженного мяса коров, в 85% случаев БКЯ яв-
ляется спорадическим заболеванием, возникновение которого нельзя объяснить
ничем, кроме как равновероятной случайностью. Это противоречит нашим пред-
ставлениям о том, что у любой болезни должна быть причина. БКЯ могут вызвать
случайные мутации, которые происходят без каких-либо внешних причин с часто-
той одна мутация на миллион человек.
Прионы застигли ученых врасплох, обескуражив их открывшейся глубиной незна-
ния. Мы даже не предполагали, что может существовать форма саморепродукции
без использования ДНК, в основе которой вообще не лежит цифровой код. Более
того, такая форма жизни не только оказалась возможной, но и явилась причиной
страшного заболевания. Нам до сих пор не понятно, каким образом изменения в
пространственной структуре белка могут вести к таким пагубным последствиям.
«Трагедии людей и их семей, этнологические катастрофы и экономические потря-
сения были результатом неправильного сворачивания одной маленькой молекулы».
Хромосома 21.
Евгеника
Хромосома 21 — самая маленькая в геноме человека. Поэтому ее следовало бы
назвать хромосомой 22, но другая хромосома, носящая это имя, до последнего
времени считалась самой маленькой. Когда ошибка была установлена, менять ну-
мерацию уже никто не стал. Вероятно потому, что хромосома 21 содержит наи-
меньшее число генов, она единственная в геноме (не считая половых хромосом),
лишняя копия которой не приводит к немедленной смерти эмбриона. Во всех ос-
тальных случаях дополнительная копия любой другой соматической хромосомы ве-
дет к такому дисбалансу развития организма, что эмбрион не доживает до рожде-
ния. Иногда ребенок рождается с лишней копией 13-й или 18-й хромосомы, но
умирает в течение нескольких дней. Дети с третьей копией хромосомы 21 жизне-
способны, отличаются добродушным нравом и живут многие годы. Они заслуживают
опеки и поддержки со стороны общества, но их нельзя считать «нормальными».
Эти люди больны синдромом Дауна. Они выделяются в толпе людей: низкий рост,
рыхлое телосложение, близко посаженные глаза, добродушное выражение лица.
Кроме того, у них замедленное умственное развитие, слабое здоровье и они бы-
стро стареют, часто страдают особой формой болезни Альцгеймера и редко дожи-
вают до 40 лет.
Дети с синдромом Дауна чаще рождаются у стареющих матерей. Вероятность рож-
дения ребенка с синдромом Дауна возрастает экспоненциально с каждым годом
возраста матери, от 1 на 2 300 новорожденных в возрасте 20 лет, до 1 на 100 в
возрасте 40 лет. Из-за высокой частоты встречаемости этот синдром стал одной
из первых целей пренатальнои генетической диагностики, а эмбрионы с лишней
хромосомой 21 — первыми ее жертвами. Во многих странах амниоцентез34 на нали-
чие лишней копии хромосомы 21 предлагается, в некоторых — в довольно навязчи-
вой форме, всем беременным женщинам в возрасте старше 35 лет. Если дефект об-
наруживается , женщину убеждают сделать аборт. Медперсонал часто прибегает к
обману или запугиванию женщины, действуя так из лучших побуждений. Действи-
тельно, несмотря на добродушие детей с синдромом Дауна, большинство людей
предпочли бы не иметь их.
Дети с синдромом Дауна.
Если вы придерживаетесь того же мнения, то для вас это пример человечной
медицины, чудесным образом и с наименьшими потерями предупреждающей появление
на свет неприспособленного для жизни ребенка. Но это же событие можно рас-
сматривать как поощряемое правительством убийство человеческого существа под
предлогом борьбы за здоровье и чистоту человеческой расы. Как бы мы ни отно-
сились к этому вопросу, следует признать, что пренатальная диагностика явля-
ется реализацией на практике идей евгеники через полстолетия после того, как
нацистские вожди Германии гротескно дискредитировали евгенику как античелове-
Амниоцентез — анализ клеток в околоплодной жидкости, который проводится на ранних
сроках беременности.
ческое направление науки.
Эта глава посвящается темной стороне генетики, паршивой овце великой семьи
генетиков — убийствам, стерилизации и принудительным абортам, исполняемым во
имя генетической чистоты человечества.
Отцом евгеники был Фрэнсис Гальтон (Francis Galton). Гальтон во многих сво-
их чертах был антиподом Дарвина, хотя считал себя рьяным сторонником и про-
должателем идей дарвинизма. Если Дарвина отличали глубокие знания методоло-
гии , спокойствие, скромность и сговорчивость, то Гальтон был интеллектуальным
дилетантом, психически и сексуально неуравновешенным человеком и по натуре
своей шоуменом. И все же он был блистательной и харизматической личностью. Он
исследовал Южную Африку, изучал близнецов, увлекался статистикой и мечтал об
Утопии35. Сегодня он не менее знаменит, чем воспетый им Дарвин, и эту извест-
ность нельзя свести лишь к дурной славе. Всегда существовала угроза превраще-
ния дарвинизма в политическое мировоззрение. Гальтон стал одним из тех, кто
претворил эту угрозу в жизнь.
Философ Герберт Спенсер (Herbert Spencer) также с воодушевлением воспринял
идею естественного отбора наиболее приспособленных форм жизни и использовал
эти представления для обоснования основных положений теории невмешательства
правительства в экономическое развитие страны и для оправдания индивидуализма
в викторианском обществе. Свою теорию Спенсер назвал социальным дарвинизмом.
Представления Гальтона были гораздо прозаичнее. Если по теории Дарвина виды
изменяются в результате систематического селективного отбора, точно так же,
как породы домашних животных, следовательно, человеческую расу тоже можно
улучшить в результате тщательной селекции. Собственно Гальтон апеллировал да-
же не к дарвинизму, а к гораздо более древней практике селекции домашних жи-
вотных и растений. Он взывал: «Дайте нам возможность улучшить стадо нашего
собственного вида так же, как мы проделали это со многими другими видами.
Пусть человечество продолжается от своих лучших, а не худших представителей».
В 1885 году для селекции человека Гальтон предложил новый термин — «евгени-
ка».
Но кто эти «мы», о которых говорили Спенсер и Гальтон? В свете спенсеров-
ского индивидуализма под «мы» подразумевался практически каждый из нас. Евге-
ника по Спенсеру предполагала осознанное стремление каждого индивидуума по-
добрать себе пару с крепким здоровьем и светлым умом. От обычного выбора себе
мужа или жены евгеника Спенсера отличалась большей ответственностью индиви-
дуумов перед обществом. В представлениях Гальтона под «мы» понималось нечто
более коллективное. Первым и наиболее убежденным последователем Гальтона был
Карл Пирсон (Karl Pearson) — радикальный социалист-утопист и блистательный
математик. Очарованный и напуганный стремительно растущей экономической мощью
Германии, Пирсон придал евгенике черты ура-патриотизма. Селекции должны под-
вергаться не индивидуумы, а целые нации. По Пирсону, только за счет селекции
граждан Англия сможет удержаться в лидерах европейской экономики. Ответствен-
ность за подбор семей должно взять на себя правительство. Евгеника Гальтона и
Пирсона — это уже даже не политизированная наука, это наукоподобная политиче-
ская доктрина.
В данном ссысле имеется ввиду утопический социализм — принятое в исторической и
философской литературе обозначение предшествовавшего марксизму учения о возможности
преобразования общества на социалистических принципах, о его справедливом устройст-
ве . Главную роль в разработке и внедрении в общество идей о строительстве социали-
стических отношений ненасильственным образом, лишь силой пропаганды и примера, сыг-
рала интеллигенция и близкие к ней слои. Само понятие возникло из книги «Утопия» То-
маса Мора (1516) в которой он показал своё понимание наилучшей системы общественного
устройства на примере вымышленного островного государства.
К 1900 году идеи евгеники овладели массами. Имя Евгений стало чрезвычайно
популярным, а планирование семьи и научный подбор семейных пар стали темой
обсуждения широкой общественности. По всей Великобритании организовывались
евгенические кружки и собрания. Пирсон писал Гальтону в 1907 году: «Мне дове-
лось слышать фразу, произнесенную представительной матроной из среднего клас-
са относительно слабых детей: „А, видимо это был не евгенический браклл». Пло-
хие физические данные призывников на бурскую войну породили столько же деба-
тов о необходимости научного планирования семей, сколько о необходимости
улучшения условий жизни граждан.
Похожие процессы в обществе происходили и в Германии, где гремучая смесь
героической философии Ницше в сочетании с доктриной о биологической предна-
значенности Эрнста Геккеля породили теорию взаимосвязи между биологическим,
экономическим и социальным прогрессом. Тоталитаризм власти в Германии способ-
ствовал еще большему вовлечению биологии в националистические доктрины, чем
это было в Англии. Но какое-то время евгеника оставалась только идеологией,
не превращаясь в практику.
Начало было мирным и благодушным. Но очень скоро от призывов к спариванию
лучших представителей общества сторонники евгеники сместили акцент на запре-
щение продлевать род тем, чьи гены, по их мнению, несут вред человечеству. К
таковым были отнесены в первую очередь асоциальные личности: алкоголики, эпи-
лептики, уголовники и люди с психическими отклонениями. Наибольшего развития
эти идеи получили в США. В 1904 году Чарльз Давенпорт (Charles Davenport) ,
восхищенный Гальтоном и Пирсоном, убеждает Эндрю Карнеги (Andrew Carnegie)
основать для него лабораторию Колд-Спринг-Харбор (Cold Spring Harbor
Laboratory) для изучения вопросов евгеники. С самого начала Давенпорт нацели-
вает свою работу главным образом на предупреждение появления на свет «генети-
чески вредных» детей, а не на пропаганду «генетически полезных» браков. Он
говорил, что теперь, когда менделизм доказал партикулярную природу наследст-
венности, следует пересмотреть старую национальную идею плавильного горна
Америки. Научные взгляды Давенпорта были примитивными, если не сказать боль-
ше . Например, он полагал, что страсть к морю у моряков объясняется наличием у
них гена талассофилии (любви к морю). Но Давенпорт, безусловно, был талантли-
вым и влиятельным политиком. Воспользовавшись широкой популярностью недавно
изданной книги Генри Годдарда (Henry Goddard) о, скорее всего, вымышленной
семье Калликаков (Kallikaks), в которой умственная неполноценность передава-
лась по наследству из поколения в поколение, Давенпорт и его сторонники убе-
дили правительство в том, что нация находится на грани генетической деграда-
ции. Теодор Рузвельт писал: «Однажды мы поймем, что наша главная обязанность
и неотвратимый долг состоят в том, чтобы порядочные граждане правильного типа
оставили после себя тех, кто унаследует их добрую кровь». Граждан «неправиль-
ного типа» просьба не беспокоиться.
Американский энтузиазм относительно евгеники подпитывался сильными антиим-
мигрантскими настроениями в обществе. Во времена стремительного наплыва имми-
грантов из Восточной и Южной Европы не трудно было впасть в паранойю относи-
тельно угрозы размытия «хорошего» англо-саксонского ядра американской нации.
Идеи евгеники предоставляли удобное прикрытие расистским убеждениям тех, кто
хотел ограничить поток иммигрантов. Ограничительный иммиграционный акт 1924
года был прямым результатом кампании, проведенной сторонниками евгеники. На
протяжении 20 лет на основе этого акта миллионам иммигрантов из Европы было
отказано в праве начать новую, более счастливую жизнь в США из-за того, что
чиновники посчитали их «генетически неперспективными». Акт просуществовал в
качестве закона еще 40 лет без каких-либо изменений.
Ограничение иммиграции было не единственной победой евгенистов. В 1911 году
в шести штатах были приняты законы, позволявшие принудительно стерилизовать
психически неполноценных людей. Через шесть лет еще девять штатов приняли
аналогичные законы. Если правительство штата имеет права отнять жизнь у пре-
ступника, то, по логике сторонников евгеники, правительство штата тем более
имеет право лишить человека права оставить после себя потомство (как будто бы
психически больные люди совершили преступление, родившись такими). «Это пре-
дел глупости... говорить в подобных случаях о свободе или правах личности, по-
скольку такие личности... просто не имеют права оставлять после себя потомст-
во», — писал американский врач, некто Робинсон (W. J. Robinson).
Верховный суд сначала отклонял большинство приговоров о стерилизации, но с
1927 года изменил свое отношение к ним. Так, верховный суд одобрил приговор
штата Виржиния о стерилизации Кэрри Бак (Carrie Buck) — семнадцатилетней де-
вушки, направленной в колонию для эпилептиков и душевнобольных в Линчберге
(Lynchburg) вместе с ее матерью Эммой и дочерью Вивиан. После беглого осмотра
Вивиан, которой было только семь месяцев от рождения, была объявлена слабоум-
ной, после чего суд постановил стерилизовать Кэрри. Судья Оливер Уэнделл
Холмс (Oliver Wendell Holmes) глубокомысленно заметил: «Трех поколений слабо-
умных вполне достаточно». Вивиан умерла ребенком, но Кэрри выжила и дожила до
преклонных лет — респектабельная полноценная женщина, составляющая кроссворды
в свободное от работы время. Ее сестра Дорис, также стерилизованная в детст-
ве, узнала об этом только после того, как не смогла завести ребенка и обрати-
лась к врачу. Штат Виржиния продолжал принудительно стерилизовать людей
вплоть до 70-х годов прошлого столетия. В Америке, претендующей на роль бас-
тиона демократии, только с 1910 по 1935 год было стерилизовано более 100 000
человек в 30 штатах.
Америка стала пионером евгеники, но и другие страны не отставали от нее. В
Швеции было стерилизовано более 60 000 человек. Аналогичные законы были при-
няты и использовались в Канаде, Норвегии, Финляндии, Эстонии и Исландии. Фа-
шистская Германия вырвалась в лидеры: 400 000 стерилизованных, многие из ко-
торых затем были уничтожены. Так за 18 месяцев Второй мировой войны 70 000
стерилизованных душевно больных были отравлены газом, чтобы освободить место
в госпиталях раненым солдатам.
Великобритания оставалась, пожалуй, единственной протестантской страной,
где никогда не использовались евгенические законы, и не допускалось вмеша-
тельство государства в дела семьи. Никогда в Англии не было законов, не до-
пускающих браки между душевно больными, и никогда психические заболевания не
были поводом для насильственной стерилизации. (Все же следует отметить, что в
госпиталях поощрялась работа докторов, убеждавших душевнобольных пациентов
провести стерилизацию на добровольной основе.)
Британия была не единственной страной такого рода. В странах, где было
сильно влияние римско-католической церкви, евгеника держалась на коротком по-
водке . Не было подобных законов и в Нидерландах. Советский Союз, в большей
мере озабоченный уничтожением своих лучших людей, а не худших, был идейным
противником евгеники. Но Великобритания занимает особое место в этом ряду,
поскольку именно английские ученые в первой половине XX века были наиболее
пылкими пропагандистами идей евгеники. Помимо вопроса, как могло так произой-
ти, что многие страны в XX веке приняли и использовали средневековые законы,
не менее интересно выяснить, как родоначальница евгеники Англия смогла избе-
жать принятия таких законов? Кого мы должны благодарить?
Определенно, ученые здесь ни причем. Сейчас многие ученые предпочитают го-
ворить, что с самого начала рассматривали евгенику как псевдонауку, особенно,
после того как появились данные о многочисленных «молчащих» мутациях, никак
не проявляющих себя в фенотипе, а также о том, что большинство признаков на-
ходятся под контролем множества генов. Но во времена расцвета евгеники эти
ученые почему-то не печатали свои критические статьи. Напротив, многие из них
считали за честь, когда правительственные организации приглашали их в качест-
ве экспертов передовой генетической науки. Правительства требовали от них не-
медленного научного обоснования для своих политических доктрин. Так, в фаши-
стской Германии половина членов Академии наук были членами нацистской партии.
Ни одна другая профессия не была так обласкана правящим режимом. Естественно,
никто из этих ученых не критиковал евгенику.
Рассмотрим в качестве примера деятельность еще одного ученого — сэра Ро-
нальда Фишера. Вместе с Гальтоном и Пирсеном он был еще одним основателем со-
временной статистики и известен всему миру как великий математик. (К счастью,
статистика была не такой опасной наукой, как генетика.) В своих взглядах на
биологию Фишер был последователем Менделя. Кроме того, он возглавлял Евгени-
ческое общество Великобритании. Фишер был озабочен проблемой «асимметричности
кривой рождаемости в обществе» в сторону представителей бедного класса. В
среде нищих и малообеспеченных рождалось больше детей, чем у богатой аристо-
кратии. Даже Джулиан Хаксли (Julian Haxley) и Холдейн (J. В. S. Haldane), ко-
торые стали ярыми критиками применения евгеники на практике, до 1920 года бы-
ли в числе сторонников Фишера. В действительности от евгеники их отвратили в
большей степени не псевдонаучные теоретические постулаты, а перегибы с нару-
шением прав человека, допускаемые в США.
Социалистов также нельзя отнести к спасителям Англии от ужасов практической
евгеники. Хотя с 30-х годов прошлого столетия лейбористская партия официально
выступала против применения евгеники на практике, именно видные представители
этой партии приложили немало усилий для теоретического обоснования евгеники.
До 30-х годов вы не найдете ни одного критического замечания со стороны дея-
телей Фабианского общества относительно селекции человека, зато во многих вы-
сказываниях Уэллса (Н. G. Wells) , Кейнса36 (J. M. Keynes) , Джорджа Бернарда
Шоу (George Bernard Shaw), Хэвлока Эллиса37 (Havelock Ellis), Гарольда Ласки38
(Harold Laski), Сидни и Беатрис Вебб39 (Sidney and Beatrice Webb) звучали
призывы к немедленным действиям для предотвращения размножения глупых и де-
фективных людей. Приведем, например, высказывание одного из героев новеллы
Бернарда Шоу «Человек и сверхчеловек» (Man and superman): «Из-за своей трусо-
сти мы прикрываемся от естественного отбора занавеской филантропии; из-за
своей лени мы отказываемся от искусственного отбора под предлогом щекотливо-
сти и морали».
Особенно богаты сочными высказываниями новеллы Герберта Уэллса: «Рождение
детей нельзя рассматривать исключительно как частную жизнь людей, так же, как
к частной жизни нельзя отнести распространение инфекций больными людьми и шум
соседей поздней ночью». Или: «Толпы черных, коричневых, желтых и грязных бе-
лых людей... заполонят мир». Или: «Очевидно, что человечество во всей своей
массе становится заложником претензий неимущих людей... Предоставить им равен-
ство, значит опуститься до их уровня, защищать и помогать им, значит потвор-
ствовать их стремительному размножению». Наконец он находит решение: «устра-
нение лишних людей можно проводить безболезненно с помощью опиума». К сча-
стью, этого не произошло.
Социалисты с их верой в планирование, национализацию и убежденностью в пра-
ве правительства вмешиваться в частную жизнь людей, были особо восприимчивы к
Джон Мейнард Кейнс (1883-1946) — великий английский политик и экономист.
37 Хэвлок Эллис (1859-1939) — врач, психолог и сексопатолог, был тесно связан с дру-
гими социальными реформаторами — Бернардом Шоу и Кейнсом.
38 Харольд Ласки (1893-1950) — экономист, видный деятель Лейбористской партии.
39 Сидни и Беатрис Вебб — муж и жена, экономисты, одни из основателей Фабианского
общества — социалистического движения за реформирование капиталистического строя не-
революционным путем.
евгеническим идеям. Именно среди друзей Пирсона в Фабианском обществе тема
евгеники была особенно популярной и лежала в основе их представления о социа-
лизме . Евгеника рассматривалась как передовая философия, обосновывающая все
возрастающую роль государства в жизни общества.
Очень скоро представители обеих правящих партий Великобритании, консерва-
тивной и лейбористской, стали рьяными сторонниками евгеники. В 1912 году в
Лондоне состоялась Первая международная конференция по евгенике, председате-
лем которой был экс-премьер министр Артур Бальфур (Arthur Balfour) , а в числе
спонсирующих вице-президентов были министр внутренних дел Уинстон Черчилль. В
1911 году Дискуссионное общество Оксфордского университета (Oxford Union)
одобрило основополагающие принципы евгеники с перевесом два к одному. Как от-
метил Черчилль, «люди осознали, что интенсивное размножение слабоумных явля-
ется угрозой для нации».
Нашлись люди, выступавшие против превалирующих взглядов в обществе. Не-
сколько интеллектуалов относились с подозрением к идеям евгеники. Среди них
Хилэр Бэллок (Hilaire Belloc) и Г. К. Честертон (G. К. Chesterton), которым
принадлежит высказывание: «Евгенисты нашли путь объединить между собой камен-
ное сердце и размягченный мозг». Но, без сомнения, большая часть британцев
была на стороне принятия законов соблюдения генетической чистоты.
В истории Великобритании было два момента, когда страна была наиболее близ-
ка к принятию таких законов: в 1913 и 1934 годах. В первом случае законы не
прошли благодаря твердой позиции нескольких оппонентов, не побоявшихся высту-
пить против общественного мнения. В 1904 году правительством была организова-
на Королевская комиссия под председательством графа Рэднора (Earl of Radnor)
по «контролю над душевнобольными». В отчете за 1908 год особо отмечалась на-
следуемость психических заболеваний. Не удивительно, что в составе комиссии
было много сторонников евгеники. Как недавно убедительно показал Джерри Ан-
дерсон (Gerry Anderson) в своей диссертации, с этого момента правительство
Великобритании оказалось под мощным давлением лоббистов евгенического общест-
ва, требующих от чиновников реальных действий. В министерство внутренних дел
были направлены сотни резолюций из муниципальных советов и комитетов по обра-
зованию со всей страны, требующих принятия закона, запрещающего рождение ум-
ственно отсталых детей. Новое Евгеническое образовательное общество бомбарди-
ровало своими запросами членов парламента и добилось встречи с министром
внутренних дел Великобритании для обсуждения этого вопроса.
В течение какого-то времени это ни к чему не вело. Министр внутренних дел
Герберт Глэдстоун (Herbert Gladstone) с подозрением относился к идеям евгени-
ки. Но ситуация изменилась, когда его заменил на посту в 1910 году Уинстон
Черчилль. Евгенисты, наконец, получили в правительстве своего пылкого сторон-
ника. Еще в 1909 году Черчилль распространил в правительстве речь Альфреда
Тредгольда (Alfred Tredgold) в поддержку евгеники. Только вступив в должность
министра внутренних дел в 1910 году, Черчилль сразу же направил премьер-
министру Великобритании Герберту Асквиту (Herbert Asquith) докладную записку
с предложением как можно скорее принять соответствующие законы. «Мне кажется,
что следует еще в течение этого года перекрыть и запечатать источник, из ко-
торого безумие черпает свои силы, — писал он. — Проклятие пациентов психушек
должно умереть вместе с ними». Последние сомнения относительно того, что
именно имел в виду Черчилль, развеивают свидетельства Уилфрида Скэйвена Блан-
та (Wilfrid Seawen Blunt), писавшего о том, что Черчилль лично защищал вра-
чей, проводивших стерилизацию умственно отсталых людей, используя для этого
хирургическое вмешательство или рентгеновское облучение.
Конституционный кризис 1910-1911 годов и уход Черчилля в Адмиралтейство по-
мешали ему выдвинуть закон на обсуждение. Но в 1912 году шумиха вокруг зако-
нодательства поднялась с новой силой уже в кабинете Тори, и рядовой член пар-
ламента Гершом Стюарт (Gershorn Stewart) выдвинул свой собственный проект за-
кона. Новый госсекретарь Реджинальд Маккенна (Reginald McKenna) с большой не-
охотой вынужден был поставить на обсуждение проект закона, известного как
«Mental Deficiency Bill» (Закон об умственно неполноценных). Закон должен был
запретить воспроизведение потомства людьми с умственными недостатками и пред-
полагал уголовное преследование тех, кто вступал в брак с умалишенными. Хотя
в тексте закона ничего не говорилось о принудительной стерилизации, косвенно
такая возможность предполагалась как мера, к которой государство может при-
бегнуть для реализации закона.
За то, что закон не прошел, мы должны быть благодарны одному человеку, воз-
главившему оппозицию, — радикальному борцу за свободу совести и права челове-
ка, парламентарию Джозайе Веджвуду (Josiah Wedgwood). Он был потомком извест-
ной семьи промышленников, родословная которой тесно переплеталась с родослов-
ной Дарвинов. Дедушка Чарльза Дарвина, тесть и шурин носили имя Джозайя Вед-
жвуд. Парламентарий Джозайя Веджвуд имел профессию судостроителя. Он был из-
бран в парламент в 1906 году в составе либеральной партии, но позже примкнул
к лейбористской партии и закончил свою карьеру в 1942 году в Палате лордов.
(Сын Дарвина Леонард в это время возглавлял Евгеническое общество Великобри-
тании .)
Веджвуд был ярым противником евгеники. Он говорил, что Евгеническое общест-
во «пытается разводить рабочий класс как скот», и утверждал, что законы на-
следственности «не настолько ясны, чтобы стать основанием какой-либо доктри-
ны , а тем более лежать в основе правосудия». Но, прежде всего, Веджвуд высту-
пал против нового закона по той причине, что он нарушал права человека. Он
был шокирован тем, что закон давал право чиновникам и полицейским насильст-
венно забирать детей из семьи, основываясь лишь на заявлении соседей, что
члены этой семьи «недостаточно умные». К Веджвуду вскоре присоединились дру-
гие защитники прав человека из кабинета Тори, такие, как лорд Роберт Сесил
(Robert Cecil). Они следовали такому принципу: «Личность выше государства».
Пункт из текста закона, гласящий, что «ради интересов общества их [слабоум-
ных] следует лишить возможности оставлять после себя потомство», просто при-
водил Веджвуда в бешенство. Он говорил: «вместо защиты демократии и прав лич-
ности от посягательства государства, что можно было ожидать от правительства
либералов, нам приходится выслушивать подобные гнусности».
Атака Веджвуда была настолько эффективной, что правительство отклонило за-
кон, который был представлен вновь через год уже с совершенно размытой форму-
лировкой. В нем уже «не было ни малейших ссылок на идеологические постулаты
евгеники» (слова Маккенны) и оскорбительные положения касательно регулирова-
ния семьи государством и запрещения иметь детей, были исключены. Веджвуд по-
прежнему был против закона и на протяжении двух суток, подкрепляясь лишь
плитками шоколада, не давал принять закон, предложив более 200 поправок. Но
когда число его сторонников сократилось до четырех парламентариев, Веджвуду
пришлось сдаться, и закон был принят.
Веджвуд, вероятно, считал, что он проиграл. Принудительное взятие на учет
умственно неполноценных стало в Великобритании обычной практикой, что сущест-
венно ограничивало их права, в частности права на семью и детей. Но в дейст-
вительности именно благодаря Веджвуду правительству Англии на многие годы бы-
ло привито неприятие методов и доктрин сторонников евгеники. Веджвуду удалось
высветить основной недостаток всех евгенических проектов. Дело даже не в том,
что все эти проекты основывались на псевдонаучных домыслах и изначально были
не эффективными. Основная проблема состояла в их деспотичности и средневеко-
вой жестокости, поскольку все эти проекты предполагают грубое вмешательство
государства в дела личности и семьи.
В начале 1930-х годов экономическая депрессия вызвала стремительный рост
безработицы. Экономические проблемы возродили к жизни уже было усопшие док-
трины евгеники. Количество членов Евгенического общества Великобритании дос-
тигло рекордной цифры, поскольку многие люди, что было совершенно абсурдным,
видели корни экономического кризиса в расовом вырождении; что соответствовало
предсказаниям теоретиков евгеники. Именно в эти годы многие страны приняли
евгенические законы. Например, в 1934 году законы о принудительной стерилиза-
ции вступили в силу в Швеции и Германии.
В Великобритании давление на правительство также крепло год от года. Силь-
ное влияние оказал отчет правительственного комитета, названного «докладом
Вуда» (Wood report), в котором указывалось на рост числа психических заболе-
ваний в Англии по причине того, что умственно отсталые отличаются повышенными
репродуктивными способностями. (Этому комитету принадлежит тщательная класси-
фикация людей с психическими дефектами на дебилов, слабоумных и умственно от-
сталых .) Но лоббистов Евгенического общества в правительстве постигла неуда-
ча. Проект закона, предложенный депутатом от лейбористской партии, был забло-
кирован в Палате общин. Тогда евгенисты сменили тактику, сконцентрировав вни-
мание на гражданских организациях. Департаменту здравоохранения настойчиво
предлагалось организовать комитет под управлением сэра Лоуренса Брока
(Laurence Brock) для рассмотрения дел по стерилизации умственно ущербных лю-
дей.
Члены комитета Брока, несмотря на свою бюрократическую подоплеку, отлича-
лись несвойственным чиновникам фанатизмом. По свидетельствам современных ис-
ториков, «члены комитета даже не пытались всесторонне и взвешенно рассматри-
вать дела и судьбы отдельных людей». Теория о наследственной передаче психи-
ческих заболеваний рассматривалась как аксиома. Все противоречивые данные иг-
норировались , а малейшие свидетельства в пользу теории представлялись как
убедительные доказательства. Другая идеологическая опора евгеники — колос-
сальная рождаемость в среде умственно отсталых и асоциальных элементов обще-
ства — также принималась без какого-либо глубокого научного анализа. Комитету
пришлось отказаться от принудительной стерилизации лишь под напором острой
критики со стороны журналистов и общественных организаций. Чтобы соблюсти ви-
димость добровольности, душевнобольным предлагалось дать расписку о согласии
на проведение операции. Истинное положение вещей открывается в опубликованных
рекомендациях практикующим врачам: «во многих случаях согласия на стерилиза-
цию от душевнобольных удавалось добиться уговорами и выплатой им денежной
компенсации».
Отчет Брока, внешне оформленный как суждения экспертов, был чистой воды
пропагандой. Это была первая обкатка технологий «научного» пиара по созданию
в обществе искусственного кризиса, для решения которого затем можно требовать
от правительства денег и нужных политических решений. В дальнейшем чиновники
от науки не раз будут прибегать к этим методам, например чтобы раздуть про-
блему глобального потепления.
Отчет готовился как основа для принятия закона о принудительной стерилиза-
ции , но ему не суждено было увидеть свет. На этот раз на пути закона встали
не столько отдельные критически настроенные личности, такие, как Веджвуд,
сколько общее изменение отношения к проблеме в среде ученых и в обществе.
Многие пылкие сторонники евгеники изменили свои взгляды под влиянием новых
данных о том, что влияние генов на развитие человека не столь прямолинейно,
как полагали раньше. Огромное влияние оказали труды социобиологов и психоло-
гов о влиянии общества на человека, в частности работы Маргарет Мид (Margaret
Mead). Лейбористы теперь стали непримиримыми противниками евгеники, разглядев
в ней форму классовой войны буржуазии против рабочих. С другой стороны, евге-
ника придавалась анафеме католической церковью.
Во второй половине 1930-х годов стали просачиваться сведения из Германии о
том, что на практике означают законы о принудительной стерилизации. (В Герма-
нии этот закон был принят в 1934 году.) Со стороны комитета Брока стало нера-
зумно нахваливать нацистские законы. Со всей очевидностью проявился античело-
веческий характер доктрин евгеники, используемых нацистами в качестве инстру-
мента травли неугодных.
Размышляя о евгенике, я пришел к выводу, что все самое худшее в этой исто-
рии связано не с наукой, а с политикой. Евгеника обанкротилась, как и многие
другие социальные проекты, в которых интересы общества ставятся выше права
личности. Это гуманитарная, а не научная проблема. Вполне возможно, что вы-
вести породу «хороших» людей вполне возможно с помощью тех же приемов, кото-
рые люди использовали для выведения пород собак. Наверняка методами регулиро-
вания семьи и принудительной стерилизацией можно было бы сократить уровень
психических заболеваний в обществе и укрепить здоровье нации. Но на это по-
требовалось бы так много лет грубого насилия над человеческой личностью, что,
в конце концов, человечество утратило бы те качества, которые отличают нас от
животных. Карл Пирсон как-то ответил Веджвуду следующей фразой: «Морально то,
что полезно обществу, и нет больше никаких иных определений морали кроме это-
го» . Эту чудовищную фразу можно написать эпитафией на могиле евгеники.
Но мертва ли евгеника? Читая сообщения в газетах о генах интеллекта, о
стволовых клетках и генетической терапии, о пренатальной диагностике и прочих
методах генетического анализа, мы понимаем, что евгеника жива. Утверждение
Гальтона о том, что большая часть человеческой природы наследуется генетиче-
ски, находит все новые подтверждения в результатах современных исследований.
(Тем не менее, как уже говорилось в главе 6, поведение и интеллект человека
нельзя свести исключительно к влиянию генов.) Все в большей степени методы
генетического скрининга позволяют родителям отбирать детей до их рождения по
наличию или отсутствию определенных генов. Философ Филип Китчер (Philip
Kitcher) назвал методы генетического скрининга пассивной евгеникой: «очень
скоро каждый из нас сможет стать судьей, чтобы с помощью генетических тестов
произвести на свет ребенка с такими генами, которые мы нашли полезными».
Эта пассивная евгеника происходит каждый день в больницах по всему миру, и
жертвами ее чаще всего становятся эмбрионы с лишней хромосомой 21. Если бы не
пренатальная диагностика, они родились бы с синдромом Дауна. Если бы дети ро-
дились, они бы прожили короткую жизнь, но благодаря своему добродушному нраву
вполне могли бы чувствовать себя счастливыми и быть любимыми родителями,
братьями и сестрами. С другой стороны, нельзя ставить знак равенства между
убийством человека и предотвращением рождения нежеланного ребенка на стадии
бесчувственного эмбриона. Мы приближаемся к бесконечным дебатам о законности
абортов, о праве женщины прервать беременность и о праве государства оказы-
вать влияние на принятие этого решения. Старый и ни к чему не ведущий спор.
Новые генетические тесты предоставляют родителям дополнительные поводы, чтобы
решиться на аборт. Очень скоро методы тестирования достигнут такого уровня,
что станет возможно не только пренатально диагностировать генетические забо-
левания, но и по желанию родителей отбирать эмбрионы с определенными способ-
ностями. Сохранение мальчиков и избавление беременных от эмбрионов женского
пола уже стало практикой в Индии и Китае, что чревато серьезными демографиче-
скими проблемами в будущем.
Стоит ли радоваться тому, что человечество вырвалось из пут евгеники на го-
сударственном уровне, чтобы угодить в паутину евгеники на уровне обыватель-
ском? Впрочем, на решения семей по-прежнему оказывают влияние многочисленные
государственные институты и частные компании: доктора, компании медицинского
страхования и общество в целом. Известно немало примеров того, как в 70-х го-
дах прошлого столетия доктора убеждали женщин согласиться на стерилизацию из-
за того, что они были носителями опасных генов. С другой стороны, если запре-
тить любое генетическое тестирование, чтобы избежать злоупотреблений, мы ли-
шимся мощных инструментов ранней диагностики и станем заложниками случая. Обе
крайности одинаково вредны — как запрещение генетического тестирования, так и
принудительное применение этих методов. Решение о том, проводить или не про-
водить тестирование, должен принимать сам пациент, а не чиновник. Китчер при-
держивался того же мнения: «Что касается решения проводить тот или иной тест,
это решение должен принимать каждый сам для себя». То же говорил и Джеймс
Уотсон: «К решению этих вопросов нельзя допускать людей, которые думают, что
знают что-то лучше других... Будущее генетического тестирования должно опреде-
ляться запросами пациентов, а не решениями чиновников» (цитата из интервью
для Sunday Telegraph, 8 февраля 1997 года).
Хотя споры все еще ведутся, и некоторые ученые опасаются, что вмешательство
людей в селекцию генов приведет к генетическому вырождению человечества,
большинство все же сходится в том, что здоровье конкретных людей важнее гипо-
тетических проблем общества. Есть существенное отличие между индивидуальной и
государственной евгеникой. Генетическая диагностика дает возможность отдель-
ным людям принять свое частное решение в соответствии с собственными пред-
ставлениями о том, что хорошо и что плохо, тогда как государственная евгеника
предполагала национализацию этих решений не на благо людей, а на благо всего
общества в соответствии с представлениями об этом благе у небольшой группки
людей в правительстве. Это различие часто упускается из виду во время споров
о том, что «мы» можем допустить, а что должны запретить из методов современ-
ной генетики. Кто такие эти «мы»? Мы — это каждый из нас в отдельности, или
это «лучшие» наши представители в правительстве, заботящиеся об абстрактных
интересах государства и нации?
Давайте рассмотрим два примера проявления евгеники в наши дни. В США. суще-
ствует Комитет по предупреждению генетических заболеваний евреев (Committee
for the Prevention of Jewish Genetic Disease), в функции которого входит кон-
троль за результатами генетических анализов у школьников. Комитет может реко-
мендовать молодоженам не вступать в брак, если у обоих партнеров в геноме
есть одинаковые дефектные гены. Хотя на молодых оказывается давление со сто-
роны общества, и эта практика часто критиковалась как проявление евгеники,
люди вольны не прислушаться к рекомендациям комитета и принять собственное
решение. Никаких принудительных мер со стороны комитета не предполагается.
В качестве другого примера возьмем Китай, где продолжают действовать законы
о принудительных абортах и стерилизации по решению врачей. Министр здраво-
охранения Чэнь Мин Чжан (Chen Ming Zhang) недавно пенял на то, что слишком
много проблемных детей рождаются «у этнических меньшинств в приграничных и в
бедных районах». Законы о материнстве и защите здоровья новорожденных, приня-
тые в 1994 году, предполагают проведение обязательного генетического тестиро-
вания в родильных домах с предоставлением права докторам, а не самим рожени-
цам, принимать решение о целесообразности аборта. Примечательно, что почти
90% китайских генетиков считают подобные законы справедливыми, тогда как по-
добное мнение разделяют только 5% генетиков в США.. Что касается абортов, то
85% ученых в США. считают, что решение должна принимать только сама женщина. В
Китае такого мнения придерживаются лишь 44% ученых. Синь Мао (Xin Мао) , про-
водивший данный опрос в Китае, прокомментировал эти цифры практически словами
Карла Пирсона: «Китайская культура сильно отличается от западной культуры. Во
главу угла ставятся интересы общества, а не индивидуумов».
Многие современные публицисты приводят евгенику в качестве примера того,
какой вред могут нанести бесконтрольные исследования, особенно в области ге-
нетики. На мой взгляд, евгеника является примером того, какой вред могут на-
нести бесконтрольные государственные чиновники.
Хромосома 22.
Свобода выбора
За несколько месяцев до начала нового тысячелетия, когда я уже заканчивал
эту публикацию, пришло радостное известие. В Центре Сенгера (Sanger Center),
который находится около Кембриджа, — ведущей лаборатории проекта «Геном чело-
века» — полностью была расшифрована хромосома 22. Все 15,5 млн. «слов» (или
около того, реальная длина хромосомы меняется от человека к человеку в зави-
симости от числа повторов минисателлитов) 22-й главы генома человека были оп-
ределены и переведены в текст длиной в 47 млн. знаков, представленных четырь-
мя латинскими буквами — А, С, G и Т.
На конце длинного плеча хромосомы 22 лежит огромный и сложно устроенный ген
чрезвычайной важности, названный HFW. Ген представлен четырнадцатью экзонами,
которые в сумме составляют строку в 6 000 знаков. Текст подвергается сущест-
венному редактированию после трансляции в результате сложного процесса сплай-
синга РНК. В результате образуется сложный белок, который синтезируется в
строго определенной области предлобной доли головного мозга. Значение белка,
если обобщить и не вдаваться в детали, состоит в том, чтобы наделить нас сво-
бодой выбора. Без белка HFW мы бы превратились в безвольные растения.
Предыдущий абзац был научной фантастикой. На хромосоме 22 нет никакого гена
HFW, как, впрочем, и на других хромосомах. После 22 глав описания научных
фактов мне захотелось поразвлечься и дать волю фантазии.
Но что мы подразумеваем под словом «я»? Кто этот «я», который решил доба-
вить немножко отсебятины, следуя сиюминутному порыву? Человек — это биологи-
ческое существо, собранное воедино генами. Гены определили форму моего тела,
количество пальцев на руке и число зубов во рту. Гены предопределили мою спо-
собность к иностранным языкам и половину моих интеллектуальных способностей.
Когда я запоминаю что-то, за этим тоже стоит ген CREB, запускающий каскад ре-
акций сохранения информации в мозгу. Гены создали мой мозг и делегировали ему
ряд функций по управлению организмом в ответ на стимулы из окружающей среды.
Гены также снабдили меня чувством свободы выбора и принятия таких решений,
которые я посчитаю правильными. Нет никаких явных ограничений, которые не по-
зволили бы мне сделать то, что я захочу, или запрещали бы что-то. Я могу
сесть в машину и прямо сейчас поехать в Эдинбург просто потому, что я этого
хочу, или добавить еще пару абзацев своих фантазий. Я свободный элемент Все-
ленной , наделенный свободой выбора.
Откуда проистекает эта свобода выбора? Источником ее не могут быть гены,
иначе это была бы не свобода, а диктатура. Многие ученые полагают, что свобо-
да выбора является продуктом общественных отношений и культуры. В таком слу-
чае свобода выбора относится к той части нашего бытия, на которую не распро-
страняется влияние генов. Вырвавшись из тирании генетического детерминизма,
мы завоевываем приз — свободу выбора.
Большинство социобиологов разделились на два лагеря: одни верят в генетиче-
ский детерминизм поведенческих реакций человека, другие верят в свободу воли.
Интересно, что те же люди, которые отрицают генетический детерминизм, легко
соглашаются на детерминизм другого типа — влияние семьи и общества. Кажется
странным, что ученые, защищающие человеческое достоинство от тирании генов,
находят не обидным для себя тиранию общества и окружающей среды. Однажды я
был раскритикован в печати за высказывание (которого не делал) о том, что по-
ведение человека полностью определяется генами. Мой оппонент привел пример
влияния на характер социальных факторов: известно, что люди, жестоко обращаю-
щиеся с детьми, обычно сами подвергались насилию в детстве, из чего было сде-
лано заключение, что именно насилие в детстве превращает людей в семейных ти-
ранов, и гены здесь ни при чем. Автор был возмущен идеей, что наше поведение
может контролироваться какими-то бездушными генами. Ему даже не пришло в го-
лову, что он приводит пример ничуть не менее бессердечного детерминизма и
предвзятого отношения, в соответствии с которым люди, страдавшие в детстве,
обязательно должны стать жестокими семейными тиранами. Чем социальный детер-
минизм лучше генетического?
Совершенно не верно представлять генетическую наследственность как фатализм
и противопоставлять ей влияние окружающей среды на человека как источник сво-
боды. Наиболее существенное влияние на характер оказывают события в утробе,
на которые мы не можем никак реагировать или которыми мы не можем управлять.
В то же время, как уже говорилось в главе 6, многие гены интеллекта определя-
ют не способности, а интерес. Владельцев этих генов отличает желание учиться.
Но этого же от своих учеников может добиться талантливый учитель. Природа го-
раздо более гибка, чем доктрины, выстраиваемые учеными.
Олдос Хаксли (Aldous Huxley) в своей книге «О дивный новый мир»40 (Brave
new word), написанной в 1920-е годы, годы разгула евгеники, изображает ужа-
сающий мир людей, одетых в униформу и лишенных всякой индивидуальности. Каж-
дый человек кротко и с готовностью занимает свою ячейку в жестко разграничен-
ном на касты обществе, послушно выполняет предначертанные задачи и радуется
предписанному досугу. Вся эта дистопия была сотворена работающими рука об ру-
ку тоталитарной властью и продвинутыми учеными.
Читая книгу, вдруг начинаешь осознавать, что евгеники в ней как раз и нет.
Касты общества не были выведены генетически. По автору, разделение людей на
касты достигалось сначала изменением химического состава среды в реакторе,
представляющем собой искусственную матку, затем промыванием мозгов и развити-
ем условных рефлексов по Павлову и применением транквилизаторов. Другими сло-
вами, для создания дистопии автор устранил природу и полностью заменил ее со-
циумом с изощренными методами воспитания. Это был кошмар социальный, а не ге-
нетический. Судьба каждого человека предопределялась обществом, а не генами.
Олдос Хаксли талантливо показал все ужасы социального детерминизма. Трудно
сказать, что было ужаснее — евгенические опыты по выведению чистой арийской
расы в фашистской Германии или выведение советского человека в СССР методами
социального насилия. Оба экстремизма были одинаково ужасными.
К счастью, человечество удивительно устойчиво к любому промыванию мозгов.
Чем строже запреты, тем слаще запретный плод для человека. Генетически в че-
ловеке заложено скептическое отношение к власти, особенно в молодости, что
защищает наше врожденное естество от влияния государственной пропаганды и
нравоучений педагогов так же, как и от семейной тирании жестоких родителей.
Кстати, вернемся к рассмотренному выше примеру того, что семейные тираны вы-
растают из детей, подвергавшихся насилию в детстве. Этот факт действительно
имеет место, но что здесь является главенствующим — социальный фактор или на-
следование генов, обуславливающих жестокость? Последние исследования данного
вопроса не оставили места социальному влиянию. Оказалось, что в семьях с при-
емными детьми или в тех случаях, когда жестокость исходит от отчима или маче-
хи, передача жестокости детям соответствует модели случайного распределения.
Это же справедливо в отношении всех других классических примеров влияния
социума на человека, как например: криминальная среда порождает преступников;
матери-одиночки своим влиянием подготавливают дочерей к разводу; асоциальное
поведение родителей ведет к конфликтности детей; тучные родители закармливают
своих отпрысков и т. д. Все эти примеры были темами многих диссертаций и во-
шли в учебники по психологии и социологии. Несколько лет назад Джудит Рич
Харрис (Judith Rich Harris) решила перепроверить эти данные. Оказалось, что в
многочисленных исследованиях социологов вопрос наследования всех этих призна-
40 Домашняя лаборатория 2016-02.
ков просто не рассматривался. Обнаруженная взаимосвязь немедленно принималась
как доказательство влияния социальных факторов на развитие личности, хотя ис-
следования в области генетики поведения и наблюдения за близнецами убедитель-
но доказывали, что, например, семейная неуживчивость и склонность к разводам
наполовину предопределяется генетически. Оставшиеся 50% случаев можно связать
с факторами индивидуальной жизни, тогда как события, влиявшие на обоих близ-
нецов в детстве, практически никак не отражаются на их будущей семейной жиз-
ни. Другими словами, случаи разводов в нескольких поколениях семьи следует
объяснять не дурным примером или воспитанием, а генетически заложенной неу-
живчивостью. Наблюдения за усыновленными и удочеренными детьми в Дании пока-
зали, что склонность к правонарушениям корреляционно связана с преступностью
биологических родителей, тогда как криминальные поступки новых родителей
очень слабо влияли на будущую жизнь подростков. И даже в этом случае негатив-
ное влияние оказывалось в большей мере не дурным примером усыновивших родите-
лей, а криминогенной средой обитания всей семьи.
В действительности дети гораздо в большей степени влияют своим поведением
на родителей, чем родители способны изменить врожденные наклонности своих чад
воспитанием. В главе 8, посвященной половым хромосомам, я уже приводил пример
заблуждения, будто бы в семьях с отстраненным от детей отцом и чрезмерно за-
ботливой матерью чаще появляются сыновья с нетрадиционной половой ориентаци-
ей. Скорее всего, все происходит наоборот. Феминизация сына делает отца от-
страненным, что встревоженная мама пытается скомпенсировать повышенной забо-
той о сыне. Та же самая ошибка кроется в утверждении, что аутентичные дети
чаще появляются у холодных сдержанных матерей. Просто мать, на протяжении го-
дов мучительно и безуспешно пытающаяся найти путь к душе своего ребенка, на-
конец , отчаявшись, прекращает эти попытки.
Харрис систематически разрушала догмы, лежавшие в основе социологии и пси-
хологии XX века о том, что формирование личности и культуры детей происходит
исключительно под влиянием родителей и общества. В психологии Зигмунда Фрейда
(Sigmund Freud), теории развития поведения Джона Уотсона (John Watson) и ан-
тропологии Маргарет Мид (Margaret Mead) воспитательный детерминизм принимался
как само собой разумеющийся факт, но никогда не проверялся. Лишь в последнее
время наблюдения за близнецами, за детьми иммигрантов и приемными детьми со
всей очевидностью показали, что на развитие характера в первую очередь оказы-
вают влияние наследственность и сверстники, а уж затем — родители.
В 1970-х годах после выхода книги Э. О. Уилсона (Е. О. Wilson) «Социобиоло-
гия» идея генетического наследования характера оказалась под шквалом критики.
Среди основных оппонентов были коллеги Уилсона по Гарварду Ричард Левонтин
(Richard Lewontin) и Стивен Джей Гулд (Stephen Jay Gould). Их любимый слоган,
ставший заголовком книги Левонтина, звучал бескомпромиссно: «Это не в наших
генах!». В это время не было убедительных доказательств в пользу ни одной из
теорий, но спустя 25 лет интенсивных исследований в области генетики поведе-
ния мы можем с уверенностью сказать, что гены действительно оказывают сущест-
венное влияние на характер, культуру и поведение человека.
Следует понимать, что обнаруженное влияние генов на развитие личности не
отрицает влияния на человека окружающей среды. Это влияние огромно и превос-
ходит влияние генов, хотя непосредственное воздействие со стороны родителей
составляет лишь небольшую его часть. Но и эта небольшая часть чрезвычайно
важна. Чтобы убедиться в этом, достаточно взглянуть на тяжелые судьбы детей,
оставшихся без родителей. Родители формируют домашнюю среду обитания, и сча-
стливая семейная атмосфера чрезвычайно важна для нормального развития лично-
сти. Но чем старше становится ребенок, тем в большей мере в нем проявляются
черты, заложенные от рождения, а не приобретенные в ходе воспитания. Рич Хар-
рис обнаружила, что все мы разделяем общественную и частную области нашей
жизни, причем уроки, полученные в одной из этих областей, оказывают очень
слабое влияние на другую область. Мы умело обращаемся к жизненному опыту в
той или иной области, даже не замечая этого раздвоения личности. В эмиграции
дети легко воспринимают язык и акцент своих сверстников, но не своих родите-
лей. Особенности отношений между детьми наследуются подростками от старших
младшими, тогда как мир взрослых людей существует параллельно, хотя его со-
ставляют те, кто еще совсем недавно был ребенком. Так, например, тенденции к
сглаживанию различий между мужчинами и женщинами в жизни общества во второй
половине XX века никак не отразились на том, что во дворе дома дети образовы-
вали компании, разделяясь по половому признаку. Каждый родитель знает, что
ребенок в большей степени копирует поведение своих сверстников, а не родите-
лей. Психологи и социологи, долгое время отрицавшие какое-либо влияние генов
на человека, уже не могут игнорировать эти факты.
Я не собираюсь повторять в этой главе все доводы сторонников генетического
и социального влияния на развитие личности, о чем уже говорилось в главе 6. Я
только хотел обратить внимание на тот факт, что социальный детерминизм точно
так же не предполагает наличия у человека свободы воли, как и генетический
детерминизм. Необходимость подчинять себя требованиям и устоям общества даже
в большей степени угнетает личность, чем активность собственных генов. Кон-
фликтность и непослушание подростков проистекает чаще всего не от дурного
влияния со стороны, а в результате конфликта между врожденными наклонностями
и требованиями социума.
Итак, отрицание влияния генов на характер не снимает проблемы детерминизма.
Если я застенчив только из-за того, что что-то случилось со мной в детские
роды, значит эти события не менее фатальны для человека, чем гены, отвечающие
за характер. В обоих случаях допускается одна и та же ошибка — вера в абсо-
лютность и неотвратимость влияния на человека либо генов, либо социальных со-
бытий. Критики генетического детерминизма подменяют понятие врожденности по-
нятием фатализма, что в корне не верно. Представим, что вы заболели, но не
хотите обращаться к врачу, полагая, что и без него либо выздоровеете само-
стоятельно, либо умрете. Если рассматривать только две крайности, самоизлече-
ние или смерть, то для доктора действительно не остается места. В этом рассу-
ждении упускается из виду факт, что обращение к врачу как раз является тем
важным событием, которое может изменить ход болезни. Детерминизм легко приме-
ним для ретроспективного объяснения событий в прошлом, но не для объяснения
будущего.
Но до сих пор генетика вызывает внутреннюю настороженность у людей, по-
скольку представляется чем-то фатальным и неизбежным. Это совершенно не так.
Основная цель генетики человека состоит в поиске средств, в большинстве своем
негенетических, для устранения последствий дефектов в генах. Хотя в этой пуб-
ликации приводились примеры мутаций, равносильных приговору, все же есть го-
раздо больше примеров того, как раскрытие генетических механизмов позволяло
если не вылечить, то по крайней мере улучшить состояние больного с генетиче-
ским дефектом, вовремя применив терапевтические процедуры или изменив пита-
ние . Кроме того, как говорилось в главе 6, информация о том, что некоторые
проблемы с образованием, такие как дислексия, являются не приобретенными, а
врожденными дефектами, совсем не вызвала чувства обреченности у больных, их
родителей и педагогов. Никто не решил, что поскольку дислексия — это врожден-
ный порок, значит с ним не нужно бороться. Как раз, наоборот: благодаря новым
знаниям об истинных причинах проблемы удалось разработать принципиально новые
и более эффективные методы образования. Как уже говорилось в главе 12, психо-
логи подтвердили, что осознание пациентом своей проблемы, например чрезмерной
застенчивости, как врожденного (другими словами — естественного) свойства
только помогало психотерапевту убедить человека в его нормальности и праве
быть самим собой.
Генетический детерминизм также не несет никакой угрозы политическим свобо-
дам. Противоположностью демократии является политический волюнтаризм, а не
наследуемость человеческой натуры. Мы лелеем демократию, поскольку она позво-
ляет нам реализовать свои врожденные персональные особенности, но как только
сталкиваемся со сложностями жизни, пытаемся оправдаться предопределенностью
этих событий. Один исторический пример: в феврале 1994 года гражданин США.
Стивен Мобли (Stephen Mobley) жестоко убил менеджера пиццерии Джона Коллинза
(John Collins), за что был приговорен к смертной казни. В апелляции к верхов-
ному суду о замене смертной казни на пожизненное заключение адвокат Мобли по-
пытался обратиться к генетике. Адвокат утверждал, что поскольку в родословной
Мобли было много убийц и преступников, он убил человека не по своей воле, а
потому, что на это толкнула его генетическая предрасположенность к убийству.
Впервые в истории была сделана попытка использовать генетический детерминизм
для оправдания поступков виновного.
Мобли был бы рад отказаться от дарованной природой свободы выбора и пытался
свалить все на генетическую предопределенность. Впрочем, так поступают все
преступники, которые пытаются разыграть из себя перед судом душевнобольных.
Так же поступает ревнивый супруг, заявляя, что убил неверную жену в состоянии
аффекта, не ведая, что творит. Этим же пытаются оправдать свою измену невер-
ный муж или жена. Так же и мать пытается оправдать своего ребенка, объясняя
все влиянием дурной компании, и мы с вами легко соглашаемся с тем, что в на-
ших личных неудачах виноваты родители с их неправильным воспитанием. Точно
так же политики пытаются объяснить преступность в обществе дурным наследием
прошлого, а экономисты в кризисах винят врожденное паникерство потребителей.
Так же биографы в своих трудах стараются откопать корни неблаговидных поступ-
ков своих героев в событиях детства. И точно так же ведут себя все те, кто
пытается разглядеть свою судьбу в гороскопах. Во всех перечисленных случаях
люди пытаются уйти от проблемы, спрятавшись за детерминизм. Видимо, именно
этим стремлением уйти от ответственности можно объяснить такое широкое рас-
пространение учений о факторах, как генетических, так и социальных, предопре-
деляющих судьбу человека помимо его воли.
Полная ответственность человека за свои поступки — необходимое условие для
существования правосудия. Но это такая же фикция, как и предположение о пре-
допределенности поступков человека. Человек сам принимает решение, как посту-
пить в той или иной ситуации, но эти решения принимаются в соответствии с на-
клонностями характера, которые в свою очередь предопределяются генетическими
и социальными факторами. Это противоречие известно как дилемма Юма, названная
так по имени Дэвида Юма (David Hume) , который обозначил ее, но так и не смог
разрешить: «Если наши поступки закономерно предопределены, то мы не ответст-
венны за них; если же наши поступки случайны, то мы также не можем за них от-
вечать». Здравый смысл подсказывает нам, что оба допущения ошибочны.
Христианский мир решает данную дилемму уже на протяжении двух тысячелетий,
хотя в Библии этот вопрос поднимался еще раньше. Казалось бы, что Бог, по оп-
ределению, отрицает свободу воли, так как все в мире происходит по его воле.
Но без свободы выбора теряет смысл понятие греха и персональной ответственно-
сти человека за свои поступки. Поэтому в религии свобода воли присутствует и
рассматривается как дар Божий человеку, чтобы человек мог сделать свой выбор
между добродетелью и грехом.
Кстати о вере. Некоторыми биологами-эволюционистами недавно было высказано
предположение, что вера в Бога — это выражение одного из основных универсаль-
ных инстинктов человека. Даже была обнаружена группа генов, которой приписы-
вается связь с силой веры. (Есть даже сведения, что в височных долях мозга
существуют нервные узлы, размер и активность которых непосредственно влияли
на силу религиозных верований человека, а фанатичная вера часто сопутствует
эпилепсии, очаг которой находится в височной доли мозга.) Религиозный ин-
стинкт может быть не чем иным, как побочным продуктом еще более глубокой ин-
стинктивной веры в то, что в природе ничего не происходит само по себе, даже
удар молнии. Эта вера развивалась вместе с сознанием человека и его представ-
лений о себе. Если с горы сорвался камень и чуть было не пришиб человека, то
для мозга гораздо проще решить, что кто-то неведомый пытался убить его, чем
представить себе, что жизнь могла оборваться из-за нелепой случайности. Даже
наш язык построен на принципе антропоморфизма окружающей среды. Я говорил
вам, что гены делегировали свои полномочия мозгу. На самом деле ничего подоб-
ного они не делали и делать не могли. Просто так произошло и закрепилось эво-
люционно.
Э. О. Уилсон (Е. О. Wilson) в своей книге «Стечение обстоятельств» (Consil-
ience: The Unity of Knowledge) полагает, что наша мораль представляет собой
закодированное выражение наших врожденных инстинктов. По его представлениям
моральность предопределена врожденными инстинктами. «Правильно то, что есте-
ственно», — говорит он. Это ведет к парадоксальному выводу: если вера в Бога
естественна, то она верна, независимо от того, есть Бог или его нет. Впрочем,
сам Уилсон нарушил собственный принцип инстинктивной предопределенности чело-
веческой морали и из набожного человека в молодости превратился в агностика.
Даже человек, верящий в детерминизм, легко может избежать детерминизма в сво-
ей жизни, когда ему это удобно. Как же разрешить этот парадокс? Если наше по-
ведение не случайно, то оно закономерно, т. е. чем-то предопределено, а зна-
чит не свободно. Но каждый день мы доказываем свою свободу выбора в очень
важных и рутинных ежедневных поступках. Чарльз Дарвин описывал свободу воли
как заблуждение, вызванное нашей неспособностью проанализировать источники
собственных мотивов. Современные дарвинисты, такие, как Роберт Триверс
(Robert Trivers), даже пытались объяснить, как это заблуждение возникло в хо-
де эволюции. Пинкер (Pinker) называл свободу воли «идеализацией человеческого
бытия, без которого невозможна игра в этику». Писательница Рита Картер (Rita
Carter) назвала свободу выбора иллюзорным побочным продуктом мышления. Фило-
соф Тони Ингрэм (Tony Ingram) говорил, что свобода воли — это что-то, что мы
подразумеваем у других по отношению к нам, от нежелания мотора лодки заво-
диться до непослушания наших детей, наделенных нашими же генами.
Мне кажется, что сейчас мы подошли намного ближе к разрешению парадокса
свободы выбора и детерминизма поведения человека. Вспомните, как при рассмот-
рении хромосомы 10 я описывал ответ организма на стресс как реализацию генов
в ответ на определенные сигналы из окружающей среды. Гены могут влиять на по-
ведение, но, выбирая то или иное поведение, человек влияет на свои гены. Цепь
событий замкнулась. В системах с циклической взаимосвязью простая цепочка
взаимосвязанных событий может привести к непредвиденному результату.
Великий французский математик и последователь Ньютона Пьер-Симон де Лаплас
(Pierre-Simon de Laplace) как-то сказал, что если бы ему были известны поло-
жение и скорость всех молекул во Вселенной, он бы мог предсказывать будущее.
Хотя он подозревал, что будущее все равно будет скрыто от него, понять, поче-
му это происходит, не мог. Можно было бы предположить, что ответ лежит на
субатомном уровне квантовой механики, где свойства и отношения частиц вероят-
ностны и мир не напоминает систему ньютоновских бильярдных шариков. Но такой
ответ мало что нам дает, поскольку мы существуем не в субатомном мире, а в
мире ньютоновской механики. Очень трудно предположить, что наша воля каким-то
образом может быть связана с принципами неопределенности Гейзенберга. Мое ре-
шение написать эту главу совсем не напоминало игру в кости. Да и вообще, сво-
бодный выбор очень слабо напоминает случайность. Как раз наоборот, это зако-
номерное решение, принятое нами на основе определенных фактов.
Лаплас нашел бы ответ на свой вопрос, если бы знал теорию хаоса. В отличие
от квантовой физики в основе данной теории положена не случайность. Хаотиче-
ская система определяется математиками как детерминистическая, а не случай-
ная. И, в то же время, теория предполагает, что даже если вам известны пара-
метры всех элементов системы, вам не удастся однозначно предсказать ход ее
развития из-за того, что элементы сложным образом взаимодействуют друг с дру-
гом, и постоянно меняют свои параметры. Даже системы с незначительным числом
элементов могут вести себя хаотично, если в них реализован принцип рефлексив-
ности — одно событие устанавливает стартовые условия для целого каскада дру-
гих событий, в результате чего одно незначительное событие может иметь гло-
бальные последствия. Примерами хаотических систем могут быть динамика измене-
ния котировок акций на бирже, долгосрочный прогноз погоды и фрактальная гео-
метрия береговой линии. Во всех этих примерах общая динамика процесса вполне
прогнозируема, но никогда невозможно рассчитать отдельные нюансы и кратко-
срочные события. Мы с уверенностью можем сказать, что зимой будет холоднее,
чем летом, но каждый год люди гадают, будет ли снег на Рождество.
Поведение человека также является хаотичной системой. Стресс может изменить
экспрессию определенных генов, которые повлияют на поведение человека, что в
свою очередь изменит экспрессию тех же и некоторых других генов. И так по це-
почке круг за кругом. Таким образом, поведение человека непредсказуемо в
краткосрочной перспективе, но строго предопределено на продолжительном вре-
менном участке. Человек может решить не есть целый день. Ничего страшного не
произойдет, если денек поголодать. Но с высокой долей уверенности можно пред-
положить , что в течение недели любой случайно взятый человек принимал пищу.
При этом время приема пищи трудно предсказать, так как оно зависит от множе-
ства причин: привычки (во многом диктуемой генами); погоды (индивидуальное
хаотическое воздействие множества погодных факторов); событий, которые от-
влекли человека от еды (важные собрания, встречи, неприятные известия и дру-
гие непредсказуемые факторы). Наложение врожденных предпочтений на внешние
условия делает поведение человека непредсказуемым, но вполне объяснимым и
предопределенным, если взять к рассмотрению отдельный поступок. Где-то между
этой непредсказуемостью и предопределенностью лежит свобода выбора.
Нам никогда не избавиться от детерминизма, присутствующего в той или иной
мере во всех наших решениях, но мы можем различить «хороший» детерминизм,
идущий от нас, от насильственного «плохого» детерминизма, диктуемого против
нашей воли. Профессор Шинсуке Шимойо (Shin Shimojo) из Калифорнийского инсти-
тута технологий, когда я обсуждал с ним этот вопрос, предложил мне провести
простой эксперимент. Для этого нужно вживить в мозг человека электроды в об-
ласти передней опоясывающей извилины, где формируются команды «произвольных»
движений. Подача импульса приведет к тому, что испытуемый поднимет руку или
сделает какое-нибудь другое движение, причем ему будет казаться, что все эти
движения делаются произвольно без какого-либо принуждения. На вопрос, зачем
испытуемый выполнил то или иное действие, он ответит, что просто так захотел.
(Надо сознаться, что я не рискнул поучаствовать в подобном эксперименте, по-
этому принимаю на веру слова профессора.) Этот эксперимент совершенно не от-
рицает свободы выбора, поскольку наш выбор также диктуется обстоятельствами,
как в данном примере — электрическим импульсом. Наш выбор настолько свободен,
насколько мы не ощущаем чужого влияния.
Философ А. Дж. Айер (A. J. Ауег) определил свободу выбора следующим обра-
зом: «Если я страдаю маниакальным неврозом и хожу по комнате кругами вопреки
своему желанию, или если я так поступаю по принуждению, значит мои поступки
не свободны. Но если по комнате я хожу прямо сейчас, то это мой свободный вы-
бор, причем то, что у моего поступка могут быть свои скрытые причины, совер-
шенно не отменяет свободы моей воли».
Психолог Линдон Иве (Lyndon Eaves), изучавший близнецов, сделал следующий
комментарий по этому поводу: «Свобода состоит в способности переступать через
препятствия окружающей среды. Это свойство возникло и развилось у нас в ре-
зультате естественного отбора, поскольку оно предоставляет очевидные адаптив-
ные преимущества... Стимулы для преодоления барьеров могут поступать как из
внешней среды, так и от наших генов».
Свобода для человека заключается в реализации своего внутреннего детерми-
низма, а несвобода — в реализации детерминизма социума и окружающей среды,
довлеющего над личными интересами. Внутренний и внешний детерминизм может
быть одной и той же природы, важно лишь, откуда он исходит. Антипатия людей к
клонированию человека во многом происходит из страха, что нечто, принадлежа-
щее только нам, может использоваться и подчиняться чужой воле. Страх перед
генетическим детерминизмом также происходит из-за угрозы потери контроля над
собственной волей. Эгоистичные гены уже представляются не частью нашего орга-
низма, а чем-то внешним. Хотя в действительности именно из наших генов проис-
текает свобода воли. Безусловно, это не один ген. (Как я уже говорил, первые
абзацы данной главы о гене HFW были моей фантазией.) Наша человеческая приро-
да со всей ее гибкостью и волей определяется многими генами, благодаря чему
невозможно найти людей с двумя одинаковыми характерами. Все мы уникальны, как
и уникален геном каждого человека.
Ликбез
НАЧАЛА ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Реформатский С.Н.
Непредельные
спирты ряда
спн2по
Замещение водорода в углеводородах СпН2п на гидроксильную группу приводит к
образованию непредельных спиртов. Последние, как и сами углеводороды, харак-
теризуются или присутствием двойной связи между углеродными атомами, или же
замкнутой группировкой. Первые существенно отличаются от предельных спиртов
способностью к реакциям прямого присоединения. Свойства же, обусловливаемые
присутстиием водного остатка, общи для всех спиртов.
Простейший спирт в этом ряду — виниловый СН2:СН(ОН); название заимствовано
от радикала винила — СН2:СН; производится из этилена; с достоверностью не из-
вестен. Вообще те спирты, в которых гидроксил стоит при углероде, связанном с
другим двойной связью, в момент образования испытывают перегруппировку ато-
мов, превращаясь в алдегиды или кетоны; так, вместо СН2:СН(ОН) получается ук-
сусный алдегид СН3' СН:О.
Из пропилена СН2:СНСН3 замещением Н в группе СН3 на гидроксил производится
аллиловый спирт (радикал СН2:СНСН2 называется «аллил»), иначе — пропенол
СН2 :СН'СН2 (ОН) . Получается он из йодистого аллила действием уксусно-серебряной
соли (1) и последующим обмыливанием полученного эфира (2):
С3Н51 + СНзСООАд = СН3СООС3Н5 +Ад1 (1)
СН3СООС3Н5 + КОН = С3Н5ОН + СНзСООК (2)
Может быть получен и восстановлением непредельного алдегида — акролеина:
СН2:СНСН:0 + Н2 = СН2: СНСН2 (ОН)
Наиболее удобно получать его действием щавелевой кислоты на глицерин в при-
сутствии нашатыря при нагревании до 260 С; при этом глицерин теряет частицу
воды и атом кислорода (т. е. восстановляется):
С3Н5(ОН)3 = Н20 + О + С3Н5ОН
Аллиловый спирт — бесцветная, подвижная жидкость удушливого запаха с т.
кип. 96 С. С водой смешивается во всех отношениях. Что он спирт первичный,
доказывается реакцией его окисления: получается алдегид — акролеин
СН2 : СН' СН : О и кислота — акриловая СН2 : СН' СООН, содержащие также три атома уг-
лерода. Если его окислять марганцовокалиевой солью в присутствии щелочи, то
присоединяется атом кислорода и частица воды и получается глицерин:
СН2:СНСН2(ОН) + О + Н20 = СН2 (ОН) СН (ОН) СН2 (ОН) .
Эта реакция, равно как способность присоединять С12, Br2, HC10 и др. , а
также величина частичного светопреломления, доказывают непредельность аллило-
вого спирта.
Аллил-диметил-карбинол
сн3.
СН.
>С(ОН) • СН2-СН:СН3
спирт третичный; получается по реакции Зайцева действием смеси цинка и йо-
дистого аллила на ацетон и последующим разложением продукта водой:
1) C3HsJ-|-Zn = C3H5ZnJ;
снзч сн5ч
2) >C:0-UC5H5ZnJ= >C-OZnJ;
""" / СНУ 1
CHg/ CH3
С3Н5
CHgv CHg\
3) )C-OZnJ-j-HaO=^ >C-OH-f-Zn(OH)J.
сн/ 1 ch/ j
C3HS C3H5
Замена в этой реакции цинка магнием значительно повышает выход спирта
(Яворский).
Густоватая жидкость камфарного запаха с т. кип. 119 С; способен присоеди-
нить два атома брома.
Получение аллил-диметил-карбинола по Зайцеву
В реторте, охлаждаемой ледяной водой, к сухому зерненому цинку медленно, из
воронки с краном, приливают смесь 200 г йодистого аллила с 70 г высушенного
на СаС12 ацетона. На другой день перемешивают содержимое реторты лучинкой и,
прилив воды, соединяют реторту с холодильником и приемником и перегоняют. На-
сытив дестиллат поташом, при помощи делительной воронки, отделяют масло от
водной жидкости; сушат его сплавленным поташом и перегоняют с дефлегматором,
собирая при 115—125 С; эту фракцию просушивают безводным баритом или карбидом
кальция и фракционируют. Спирт кипит при 118—119 С.
К спиртам с замкнутой группировкой углеродных атомов относится ментол
CioHig'OH, находящийся в мятном масле совместно с другими соединениями; из
масла он может быть выкристаллизован. Твердое тело с т. пл. 43 С и т. кип.
213 С. Применяется для приготовления мигреневых карандашей, как дезинфицирую-
щее средство при насморке и др. Для него принимают следующую формулу:
# ХН2-СН(0Н)ч*
сн3-сн( >сн-с,нг
хсн3 сн/
Следующие факты доказывают правильность этой формулы:
1) отсутствие реакций присоединения для ментола указывает на то, что в нем
нет двойных связей,
2) реакция окисления говорит за принадлежность его к спиртам вторичным: при
окислении ментола получается кетон CioHisO — ментон (т. кип. 207 С), нахо-
дящийся также в мятном масле.
А что он — спирт, за это говорит его способность образовать алкоголяты и
сложные эфиры. При нагревании с иодистоводородной кислотой гидроксил замеща-
ется на атом водорода, и получается углеводород ментан СюН20л который есть
гексагидроцимол. При нагревании с безводной сернокислой медью ментол теряет
молекулу воды и две молекулы водорода, переходя в цимол (параметил-изо-
пропил-бензол) Ci0Hi4; отсюда следует, что в формуле ментола есть шестичленное
кольцо углеродных атомов и две боковых группы — метил и изопропил, находящие-
ся в параположении.
Вследствие присутствия трех асимметрических атомов углерода (они обозначены
звездочками) ментол оптически деятелен (левый).
Спирты
ряда
СпН2п-20
Здесь известны представители и с открытой цепью атомов углерода и с замкну-
той. К последним относится борнеол, или борнейская камфора, CioHiv'OH.
Находится в растительном царстве. Образуется при восстановлении японской
камфоры (совместно со своим стереоизомером — изоборнеолом):
сн5
снч
сн.
-со
сн.
■СЬЬОН
сн3*осн3
СН0-
4-Н,=
сн—сн,
сн.
СН3 - С * СН3
сн—сн,
i2 w* ^ля2
Ка м фора Бо рнеол
При окислении борнеола получается камфора. Борнеол — тело кристаллическое,
похожее на камфору; т. пл. 203 С; т. кип. 212 С. Спирт вторичный. При отнятии
воды превращается в камфен. При действии соляной кислоты на борнеол гидроксил
замещается на атом хлора, и, получается хлористый борнил Ci0Hi7Cl, оказавшийся
тождественным с искусственной камфорой; на основании этого факта установлена
формула последней. И действительно как хлористый борнил, так и искусственная
камфора через отнятие НС1 превращаются в камфен. Сюда же относится терпинеол
С10Н17 (ОН) .
Спирты
ряда
СпН2п-бО
В этом ряду наиболее важны спирты, производящиеся от ароматических углево-
дородов; они характеризуются замкнутой группировкой атомов углерода и разде-
ляются на две группы: одни имеют водный остаток в боковой цепи, напр.
СбН5'СН2 (ОН) , а другие — в бензольном ядре, например СбН5 (ОН) или СН3'СбН4(ОН) .
Первые называются ароматическими спиртами, а вторые — фенолами. Последние,
в отличие от ароматических спиртов, растворяются в щелочах и дают окрашивание
с FeCl3.
Ароматические спирты и по свойствам и по способам получения напоминают
спирты жирного ряда. Они также могут быть и первичными, и вторичными, и тре-
тичными. Бензиновый, или бензойный, спирт C6H5'CH2(OH) находится в природе в
свободном состоянии и в виде эфира уксусной кислоты в жасминном масле (до
65%); может быть получен восстановлением соответствующего алдегида или дейст-
вием уксусно-серебряной соли на хлористый бензил СбН5'СН2С1 и последующим об-
мыливанием полученного эфира. Жидкость слабо ароматического запаха с т. кип.
206 С. При окислении, как спирт первичный, дает два продукта с тем же числом
атомов углерода: бензойные алдегид и кислоту. Несмотря на присутствие трех
двойных связей, за что говорит и светопреломление бензилового спирта, реакции
присоединения затруднены (ср. бензол и его гомологи). Получают его обыкновен-
но действием едкого кали на бензойный алдегид, причем одновременно образуется
и калиевая соль бензойной кислоты:
2СбН5СН:0 + КОН = СбН5СН2(ОН) + СбН5СООК
Вероятно, бензойный алдегид под влиянием КОН сначала уплотняется, образуя
бензиловый эфир бензойной кислоты СбН5СООСН2'СбН5, который затем едким же кали
обмыливается, распадаясь на бензиловый спирт и бензойнокислый калий. В ре-
зультате получилось, что КОН одну молекулу бензойного алдегида окислило, а
другую восстановило. Эта реакция носит название реакции Каницаро, впервые
изучившего ее.
По Фаворскому механизм реакции Каницаро такой:
i
CH:0 + H*0
CH:0 + H20
I
C.H,
Уксусный эфир бензилового спирта СН3'СОО'СН2'СбН5 получается из хлористого
бензила СбН5'СН2С1 и уксуснокислого натрия. Применяется в парфюмерии.
Фенил-этиловый спирт СбН5'СН2'СН2 (ОН) входит в состав розового масла; получа-
ют его при восстановлении (по Буво) эфира фенилуксусной кислоты натрием в
присутствии спирта:
C6H5CH2COOR + 2Н2 = СбН5СН2СН2(ОН) + ROH.
Жидкость с т. кип. 220—222 С, поступает в продажу под названием искусствен-
ного розового масла.
Получение бензилового спирта и бензойной кислоты
В закрытом пробкою стеклянном сосуде емкостью 150—200 см3 взбалтывают до
образования неисчезающей эмульсии смесь 25 г бензойного алдегида с холодным
раствором 23 г КОН в 15 г Н20, оставляют иа 12—15 часов. К кашеобразной массе
приливают воды до полного, растворения кристаллов (СбН5'СООК) и несколько раз
извлекают спирт эфиром. По отгонке эфира перегоняют с термометром, собирая
продукт, переходящий в пределах 204—207 С. Выход — около 11 г.
Из оставшегося щелочного раствора получают бензойную кислоту, приливая к
нему соляной кислоты до кислой реакции. При этом выделяются кристаллы
СбН5'СООН, которые отфильтровывают, промывают холодной водой, сушат на негла-
зурованной тарелке и перекристаллизовывают из горячей воды. Для полного очи-
щения возгоняют. Т. пл. 121,5 С.
Фенолы суть третичные спирты, производящиеся из ароматических углеводородов
через замещение водорода в бензольном ядре на гидроксил. Их спиртовая природа
выражается в способности при действии натрия образовать алкоголяты, называе-
мые фенолятами, а при взаимодействии с кислотами — давать сложные эфиры. Тем
не менее фенолы имеют и существенные отличия, обусловливаемые присутствием в
них бензольного ядра, а именно:
1) третичные жирные спирты легко окисляются с распадением частицы; в фенолах
же подобное окисление затруднено; здесь, как и при гомологах бензола, лег-
ко происходит лишь окисление боковых групп;
2) действие азотной кислоты на фенолы выражается прежде всего в нитровании
их, тогда как при жирных спиртах — в окислении;
3) действием дымящей серной кислоты получаются феноло-сульфокислоты; отпаде-
ния же воды ни при действии серной кислоты, ни при действии других водоот-
нимающих веществ никогда не бывает;
4) самое важное отличие заключается в том, что фенолы обладают слабокислыми
свойствами; это видно из того, что феноляты образуются не только при дей-
ствии свободных металлов, как в жирном ряду, но также и при действии щело-
чей:
',/ОН | _ |
см\он .сн-он chu-он
сн/он \:н.он соон
=: Ov **~^
,он—\
QH5 QH» CflHs
С6Н5ОН + NaOH = C6H5ONa + Н20
кроме того, феноляты, подобно солям кислот, растворяются в воде, почти не
изменяясь, тогда как алкоголяты от воды распадаются сполна на спирт и щелочь.
Причиною появления кислых свойств в фенолах не может быть водный остаток: он
есть и в жирных спиртах; действие это следует приписать радикалу фенилу и его
гомологам. Между гидроксильными соединениями в минеральной химии известны и
основания [Na'OH, Pb(OH)2], и кислоты [N02OH, S02(OH)2]; основные свойства
первых обусловливаются присутствием электроположительного элемента (Na, РЬ) ,
а кислотные свойства вторых — присутствием электроотрицательных групп (N02,
S02); отсюда прямой вывод: радикал фенил СбН5 (и его гомологи) имеет электро-
отрицательный характер; этим и объясняются особенности бензольных производных
(фенолов, аминов и др.) по сравнению с жирными.
Однако фенолы — лишь очень слабые кислоты: их соли (феноляты) разлагаются
на холоду1 даже слабейшей из обыкновенных кислот — угольной, т. е. фенолы вы-
тесняются из своих солей угольной кислотой:
C6H5ONa + С02 + Н20 = СбН5ОН + NaHC03
Поэтому феноляты не могут быть получены действием углекислых солей на фено-
лы. Кроме того, за слабую кислотность фенолов говорят и термохимические дан-
ные : теплота нейтрализации фенола едким натром почти вдвое меньше таковой же
при кислотах; а именно, для фенола она = 7,34 К, а для кислот = 13,7 К.
Способы
получения
фенолов
1) Общий способ получения жирных спиртов из галогенопроизводных не может
быть применен для получения фенолов, потому что в ароматических производных
галоген положен настолько прочно, что не способен вступать в аналогичные ре-
акции. Впрочем этот переход можно осуществить несколько иным путем, а именно:
при действии магния на галогенопроизводные углеводородов получают соответст-
вующее магниевое соединение:
СбН5Вг + Мд = СбН5МдВг;
если в эфирный раствор полученного магний-бром-фенила пропускать воздух, не
содержащий С02, то получается кислородное соединение СбН5'0'МдВг, которое при
действии НС1 дает фенол:
2C6H5OMgBr + 2HC1 = 2СбН5ОН + МдВг2 + МдС12
2) Многие фенолы образуются при сухой перегонке органических веществ, а по-
тому находятся в каменноугольном и древесном дегте, откуда их выделяют, поль-
зуясь растворимостью фенолов в щелочах.
3) Фенолы получаются при сплавлении щелочных солей сульфо-кислот со щелоча-
ми:
C6H5S03K + КОН = СбН5ОН + K2S03
4) При кипячении ди-азосоединений с водою:
При кипячении возможно и обратное течение реакции.
C6H5N:NS04H + Н20 = СбН5ОН + N2 + H2S04
Обыкновенный фенол, или карболовая кислота, СбН5'ОН добывается как из той
фракции каменноугольной смолы, которая называется карболовым маслом, так и из
других. Их смешивают с раствором NaOH, причем фенол переходит в фенолят и
растворяется; щелочной раствор фенолята механически отделяют от не-
растворившихся соединений (нафталин и др.) и разлагают фенолят или серной или
угольной кислотой, причем выделяется нечистая маслообразная карболовая кисло-
та ; для очищения ее перегоняют и затем кристаллизуют.
Большие количества фенола получают теперь из бензола; для этого его сульфи-
руют, сульфокислоту переводят в соль натрия и, наконец, сплавляют последнюю с
NaOH (см. третий способ получения фенолов). Обыкновенный фенол — бесцветная
лучистая кристаллическая масса с т. пл. 43 С и т. кип. 181 С. При 16 С одна
часть его растворяется в 15 частях воды; кроме того, и сам он немного раство-
ряет воду и тогда делается жидким. В спирте и эфире растворяется очень легко.
На воздухе краснеет2 и расплывается. Запах фенола характерный, вкус жгучий.
Ядовит. Служит прекрасным антисептическим средством, а потому применяется для
дезинфекции. Кроме того, служит исходным материалом для получения пикриновой
и салициловой кислот, для изготовления бакелита3. При восстановлении порошко-
образным никелем, при избытки водорода, фенол почти сполна переходит в цикло-
гексанол СбНц'ОН. Для фенола характерны следующие две реакции: водный раствор
фенола с хлорным железом дает фиолетовое окрашивание (образуется фенолят же-
леза) , с бромной водой — хлопчатый осадок трибром-фенола СбН2Вг3'ОН с т. пл.
92 С; последняя реакция применяется и для количественного определения фенола.
Висмутовая соль трибром-фенола под названием ксероформа применяется, как
антисептик вместо йодоформа. Замещение ЗН на три атома иода легко идет в при-
сутствии NH3.
Получение фенола
100 г КОН и около 3—4 см3 Н20 в никелевой или железной чашке нагревают при
320—330 С, помешивая никелевым шпателем, до сплавления; всего удобнее помес-
тить чашку в котелок с кипящим (т. кип. 351 С) антраценом. Руки и особенно
глаза необходимо защищать от брызг. К сплаву, при помешивании, возможно быст-
ро прибавляют 50 г высушенного при температуре 100—120 С измельченного суль-
фобензолового калия и при температуре 320—330 С нагревают, пока масса не сде-
лается легкоподвижной. Потом охлаждают, растворяют в воде и прибавляют соля-
ной кислоты до кислой реакции. Всплывшее бурое масло извлекают эфиром; по от-
гонке эфира два раза перегоняют с термометром, собирая в первый раз то, что
переходит в пределах 175—190 С, а во второй — при 180—183 С. Выход — около 16
г.
Свойства фенола
1 г фенола взбалтывают с небольшим количеством воды, чтобы образовалась
эмульсия. По прибавлении NaOH эмульсия пропадает, вследствие образования лег-
ко растворимого фенолята.
Если через этот раствор пропускать СОг, то жидкость снова (не скоро) мутит-
ся вследствие выделения свободного фенола.
2 Покраснение фенола есть результат его окисления на свету кислородом воздуха; дока-
зано образование при этом: хинона, гидрохинона, пирокатехина и С02.
3 Фенолы легко конденсируются с муравьиным алдегидом в присутствии кислот и щелочей,
образуя пластические массы, называемые бакелитами, разной степени твердости, широко
применяемые вместо каучука особенно в электротехнике. Химически они не изучены.
Свойства фенола
К водному раствору фенола прибавляют FeCl3: фиолетовое окрашивание.
К водному раствору фенола приливают избыток бромной воды: хлопчатый осадок.
При действии на фенол азотной кислоты, смотря по условиям, получаются моно-
, ди- и тринитрофенолы. Из последних важен тот, у которого группы N02 нахо-
дятся на местах 2, 4 и 6, а гидроксил иа 1-м. Он известен под именем пикрино-
вой кислоты СбН2 (ОН) (N02)3- Это — старейшая из искусственных органических кра-
сок (теперь уже не применяемая), окрашивающая шерсть и шелк (но не бумагу) ,в
желтый цвет. Ее получали уже в XVIII столетии из смол и из индиго; теперь ее
добывают нитрованием фенола (или лучше — сульфофеноловой кислоты). Образуется
она при действии азотной кислоты иа многие органические вещества (анилин,
шелк, кожу и др.). Из горячей воды кристаллизуется в светло-желтых блестящих
листочках с т. пл. 122,5 С. В холодной воде трудно растворима, в спирте же
легко. Водный раствор имеет кислую реакцию и горький вкус. Кислотные свойства
пикриновой кислоты выражены очень сильно, благодаря влиянию электроотри-
цательных групп N02; так, она вытесняет угольную кислоту из карбонатов, обра-
зует хлорангидрид СбН2 (NO2) 2С1, хлор которого от действия воды легко замещает-
ся обратно на гидроксил, между тем как галогенозамещенные бензольных углево-
дородов, галоген которых находится в ядре, не реагируют с водою даже и при
нагревании. Пикриновая кислота применяется как взрывчатое тело (мелинит, лид-
дит, шимоза). Взрывает она при перегревании или от сотрясения, вызываемого
взрывом гремучей ртути. Взрыв обусловливается ее разложением на газообразные
и парообразные продукты:
СбН2(0Н) (N02)3 = 6C0 + Н20 + 3N + Н
Соли ее, называемые пикратами, хорошо кристаллизуются и при ударе или на-
гревании взрывают. Соли калия и аммония в смеси с селитрой и углем применяют-
ся для взрывов. Соль калия трудно растворима в воде и потому применяется в
анализе для качественного определения калия. Пикриновая кислота применяется
еще при ожогах как антисептикум и как успокаивающее боли средство. Для пикри-
новой кислоты характерна (открытая Фрицше, 1857 г.) способность давать с аро-
матическими углеводородами кристаллические соединения, разлагаемые аммиаком
(см. нафталин). С цианистым калием пикриновая кислота дает интенсивное крас-
ное окрашивание.
При действии белильной извести пикриновая кислота дает хлорпикрин СС1з'Ы02 —
тяжелая жидкость с т. кип. 112 С, чрезвычайно резкого запаха, раздражающего
глаза и слизистые оболочки носа и гортани. Он же образуется при действии
конц. НЫОз на хлороформ.
Получают хлорпикрин действием хлора на трехпроцентный раствор пикриновой
кислоты в присутствии избытка соды.
Получение пикриновой кислоты
1 см жидкой карболовой кислоты по каплям прибавляют к 10 см3 HN03 уд. веса
1,3. Смесь все время взбалтывают и под конец доводят до кипения. По охлажде-
нии кристаллизуется пикриновая кислота. Ее перекристаллизовывают из воды.
Желтые иглы.
Получение пикрата калия
Спиртовый раствор 0,5 г пикриновой кислоты смешивают со спиртовым раствором
КОН; осаждается желтая калиевая соль. Ее отфильтровывают и высушивают на воз-
духе . Часть сухой соли ударяют на наковальне, а часть нагревают на платиновом
шпателе: в обоих случаях происходит взрыв. Из осторожности следует брать для
опыта малые количества соли.
Свойства пикриновой кислоты
В горячий конц. водный раствор пикриновой кислоты погружают лоскутки белой
бумажной и шерстяной ткани; потом промывают водой с мылом: бумага не окраши-
вается, а шерсть делается желтой.
Ближайшие гомологи обыкновенного фенола называются крезолами4 СбН4 (ОН) (СН3) ,
затем следуют ксиленолы СбН3(ОН) (СН3) 2 . От нафталина производятся два (аир)
нафтола СюН7 (ОН) , кислотные свойства которых слабее фенольных.
К более непредельным циклическим спиртам относятся важные в физиологическом
отношении так называемые стерины; они очень распространены как в животном
(зоостерины), так и в растительном (фитостерины) царстве.
Наиболее изучен холестерин С27Н45'ОН; он (а также и его эфиры) находятся
почти во всех органах животного организма, но главным образом в мозгу и нерв-
ном веществе. Желчные камни содержат холестерин в очень большом количестве;
отсюда его обыкновенно и получают. Ланолин — жир овечьей шерсти — состоит
главным образом из эфиров холестерина.
Тело кристаллическое с т. плавления 148 С, в воде нерастворим, трудно рас-
творяется в спирте и легко в эфире. Оптически деятелен. Формула строения его
еще точно не установлена, но что он содержит одну двойную связь и что он
спирт вторичный, — доказано. Виндаус и Виланд считают его гидроароматическим
близким к терпенам соединением с четырьмя замкнутыми группировками (два шес-
тичленных и два пятичленных кольца).
Эргостерин С27Н41ОН, получаемый из дрожжей, содержит три двойных связи.
Особенный интерес представляет в том отношении, что под влиянием фиолетовых
лучей превращается в вещество (витамин), уже в малых дозах излечивающее ра-
хит.
Таблица некоторых фенолов.
Название
Обыкновенный фенол
Орто-крезол
Мета-крезол
Пара-крезол
Карвакрол (СН3С3Н7ОН: 1, 4,2)
Тимол (СН3С3Н7ОН:1,4,3) .
Формула
С6Н5ОН
С6Н4(ОН) (СН3)
С6Н4(ОН) (СН3)
С6Н4(ОН) (СН3)
С6Н3(СН3) (С3Н7) (ОН)
С6Н3(СН3) (С3Н7) (ОН)
Т. пл. С
43
30
4
36
0
50
Т. кип. С
181
191
203
203
237
230
Двухатомные спирты,
или гликоли
Двухатомные спирты производятся из углеводородов замещением двух атомов во-
дорода на водные остатки. При этом, как было упомянуто, спирты с двумя гидро-
ксилами при одном атоме углерода, как, напр., СН2(ОН)2, в свободном состоянии
не существуют: они в момент образования теряют воду и превращаются в алдегиды
или кетоны:
СН2(ОН)2 = Н20 + СН20 (муравьиный алдегид) .
Но производные таких спиртов известны; например, простые и сложные эфиры:
Крезолы применяются для дезинфекции; антисептическое действие их (особенно м-
крезола) в 4—10 раз сильнее, чем у обыкновенного фенола.
СН2(ОСН3)2 "" метилал, СН2 (ОСН3СО) 2 — уксусный эфир метилен-гликоля.
Простейший двуатомный спирт, производящийся из этана, имеет формулу
СН2 (ОН)—СН2 (ОН) . Это — спирт двупервичный, потому что в нем две группы
СН2 (ОН) . Из пропана производятся два двухатомных спирта: СН3'СН (ОН) СН2 (ОН) —
первично-вторичный и СН2 (ОН) СН2СН2 (ОН) — двупервичный. Из других углеводоро-
дов возможно образование еще первично-третичных, вторично-третичных, двутре-
тичных и т. д. Двухатомные спирты носят, кроме того, название — гликоли, дан-
ное по причине их промежуточного положения между одноатомными алкоголями и
глицеринами (трехатомные спирты); в слове „гликоль" один слог принадлежит
слову „глицерин", а другой — слову „алкоголь".
Кроме того, двухатомные спирты разделяются еще на а-гликоли, в которых гид-
роксилы стоят при соседних углеродных атомах, например СН3'СН (ОН) СН2 (ОН) ; р-
гликоли с гидроксилами у углеродных атомов, разъединенных одним углеродом,
например СН2 (ОН) СН2СН2 (ОН) ; у~гликолил например: СН2 (ОН) СН2СН2СН2 (ОН) и т.
Д.
Название отдельных гликолей составляется по названию того непредельного уг-
леводорода, который получается по отнятии от гликоля двух гидроксилов; так,
отнимая гидроксилы от СН2 (ОН) СН2 (ОН) , получаем СН2:СН2 — этилен, а потому и
название: „этилен-гликоль". СН3'СН (ОН) СН2 (ОН) есть „пропилен-гликоль" и т. д.
Рациональные названия изомерных а-гликолей составляются по производству их из
этилен-гликоля; например СН3'СН(ОН) СН(ОН) СН3 есть симметрический днметил-
этилен-гликоль.
По женевской номенклатуре первый называется „этан-диол", второй — „пропан-
диол-1,2", третий — „бутан-диол-2,3".
Способы
получения
гликолей
1) Гликоли получены были впервые Вюрцем (1856) действием уксусно-серебряной
соли на двугалогенопроизводные5 предельных углеводородов и последующим обмы-
ливанием образовавшегося сложного эфира. Вюрц исходил из бромистого этилена:
СН3Вг СН2(ОСН3СО)
1)| + 2СНз' COOAg = | + 2AgBr.
CH2Bf CH2(OCH3CO)
CH3(OCH3COJ CH2(OH)
2) j +2КОН= | + 2СН3*СООК*
CH,(OCHtCO) CH3(OH)
2) Окислением этиленных углеводородов слабым раствором марганцовокалиевой
соли (Вагнер:
СН2:СН2 + О + Н20 = СН2(ОН) СН2(ОН) .
3) Присоединением к этиленным углеводородам хлорноватистой кислоты (а) и
действием на получаемый хлоргидрин или влажной окиси серебра или водной щело-
чи (Ь) :
5 При действии воды на двугалоидопроизводные этиленных углеводородов в нейтральной
среде образуются главным образом гликоли; в кислой же среде последние переходят в
алдегиды и кетоны.
a) СН2:СН2 + НС10 = СН2С1СН2 (ОН)
b) СН2С1СН2(ОН) + АдОН = СН2 (ОН) СН2 (ОН) + АдС1
4) При восстановлении водородом кетонов, кроме вторичных спиртов, обыкно-
венно образуются еще двутретичные гликоли, называемые пинаконами:
>СгО+Н2 +0:С<; = )С(ОН)-С(ОН)<
СН/ NCHa СН/ \СН3
Физические
свойства
гликолей
Низшие члены — бесцветные, трудно летучие, густые жидкости, без запаха,
сладковатого вкуса. Смешиваются с водой и спиртом, но в эфире растворяются
довольно трудно6. Температуры кипения гликолей высоки, напр. этилен-гликоль
кипит при 197,5 С; они значительно выше температур кипения спиртов одноатом-
ных с тем же числом атомов углерода, а последние так же разнятся от соответ-
ствующих углеводородов. Удельные веса колеблются около единицы: то больше, то
меньше. Двувторичные и двутретичные (пинаконы) гликоли обыкновенно кристал-
личны и в воде растворяются не легко.
Химические
свойства
гликолей
Химические свойства гликолей вполне отвечают свойствам спиртов одноатомных,
так как обусловливаются присутствием водных остатков. Разница только в том,
что здесь возможны два ряда производных: в реакцию вступает или только один
гидроксил или оба вместе. Так, при действии натрия сначала замещается один
водород СН2 (ОН) СН2 (ONa) , а затем и другой СН2 (ONa) CH2 (ONa) ; сложные эфиры
также двух родов: СН2 (ОН) СН2 (ОСН3СО) и СН2 (ОСН3СО) СН2 (ОСН3СО) . Действием РС15
оба гидроксила замещаются на хлор; хлористо- и бромисто-водородные кислоты
замещают на галоид лишь один водный остаток с образованием уже упомянутых га-
логенгидринов гликолей.
При действии слабых кислот а-гликоли, вероятно, теряют сначала частицу во-
ды:
СН2(ОН) СН2(ОН) = Н20 + СН2:СН(ОН),
но получающиеся при этом непредельные спирты, как известно, не способны к
существованию и в момент образования перегруппировываются в алдегиды или ке-
тоны7; в данном случае получается уксусный алдегид СН3'СН:0; из симметрическо-
го же диметил-этилен-гликоля образуется метил-этил-кетон:
6 Вообще, если формула органического соединения содержит много гидроксилов, то оно
обыкновенно легко растворимо в воде и нерастворимо в эфире; поэтому многоатомные
спирты совершенно не растворяются в эфире и легко растворяются в воде. Кроме того,
замечено, что сладкие вещества по большей части легко растворяются в воде и трудно в
эфире.
7 По мнению Красуского, при переходе а-гликолей в алдегиды и кетоны предварительно
образуются окиси. Фаворский полагает, что при переходе этилен-гликоля в уксусный ал-
дегид промежуточным продуктом является ди-окси-эгилеи (диоксан).
СНзСН(ОН) СН(ОН) СН3 -> СНзС(ОН) :СНСН3 -> СН3СОСН2СН3
Y" и 5-гликоли при действии кислот дают окиси; а р-гликоли, в зависимости
от строения, переходят или в алдегид, или в кетон, или в окись (Либен).
При окислении гликолей наблюдаются те же правильности, как и при одноатом-
ных спиртах, т. е. образование тех или других продуктов окисления находится в
зависимости от того, какие спиртовые группы входят в состав данного гликоля:
первичные, вторичные или третичные.
Этиленгликоль СН2 (ОН) СН2 (ОН) удобнее всего получать кипячением бромистого
этилена с водой в присутствии поташа; полученный раствор выпаривают на водя-
ной бане, извлекают гликоль спиртом и, удаливши последний отгонкою, гликоль
перегоняют. Этилен-гликоль — бесцветная, трудно подвижная, сладковатая жид-
кость с т. кип. 197,5 С и уд. весом 1,125 при О С. При охлаждении затвердева-
ет и плавится при —11,5 С. Легко растворим в воде и спирте и трудно в эфире.
В технике получают этиленгликоль из этилена; присоединяют к нему хлорнова-
тистую кислоту и полученный хлоргидрин СН2С1—СН2'ОН нагревают со щелочью.
Этиленгликоль, благодаря своим физическим и химическим свойствам, а также и
дешевизне, получил широкое применение: как растворитель, в косметике вместо
глицерина, как средство против замерзания воды в автомобильных радиаторах;
взрывчатый двуазотныи эфир его входит в состав динамита; дигликолевый эфир
под названием диоксана:
СН2— О — СН2
I I ;
сн2 — о — сн2
фабрично получаемый по способу Фаворского, перегонкой гликоля с H2S04, при-
меняется как растворитель для нитроцеллюлозных лаков. Между прочим диоксан
(т. пл. 11 С, т. кип. 101 С) очень пригоден для определения молекулярного ве-
са в криоскопии и эбуллиоскопии8.
Получение С2Н4 (ОН) 2
В круглодонной литровой колбе, соединенной с вертикальным холодильником,
кипятят смесь 91 г бромистого этилена, 69 г чистого К2СОз в полулитре воды до
тех пор, пока весь бромюр не перейдет в раствор (около 10 часов); для избежа-
ния толчков в жидкость стоймя помещают тонкие длинные лучинки. По окончании
реакции смесь выливают в чашку и воду выпаривают на водяной бане почти до-
суха. Кристаллическую массу два раза извлекают абсолютным спиртом, фильтруют;
из фильтрата спирт отгоняют на соляной бане (т. кип. 40% раствора NaCl =
108,5 С). Остаток перегоняют с термометром, собирая фракцию 170—200 С, кото-
рую вновь перегоняют, собирая продукт в пределах трех градусов. Т. кип. 197
С. Выход около 8 г; он может быть увеличен, если выпаривание воды и отгонку
спирта вести в разреженном пространстве.
Из превращений этилен-гликоля рассмотрим лишь реакцию окисления, так как
остальные указаны при изложении общих свойств гликолей. Этиленгликоль — спирт
двупервичный; следовательно каждая спиртовая группа отдельно или обе вместе
Криоскопия (от греч. крио — холод и греч. акопесо смотрю) — метод исследования рас-
творов , в основе которого лежит измерение понижения точки замерзания раствора по
сравнению с температурой замерзания чистого растворителя. Эбулиоскопия (от лат.
Ebullio — вскипаю и др.-греч. Екопгсо — смотрю) — метод исследования растворов, осно-
ванный на измерении повышения их температуры кипения по сравнению с чистым раствори-
телем .
могут превратиться сначала в алдегидные, а затем в карбоксильные группы; в
результате этого образуются пять продуктов окисления с тем же числом атомов
углерода:
1) СН2(ОН)'СН:0 — алдегид гликолевой кислоты,
2) СН2(ОН)'СООН — гликолевая кислота,
3) СН:ОСН:0 — глиоксаль,
4) СН:0'СООН — глиоксиловая кислота,
5) СООНСООН — щавелевая кислота.
Тетраметил-этилен-гликоль — представитель группы
пинаконов:
СНдч уСНо
>С(ОН)-С(ОН)< ;
СНаХ NCH3
получается при восстановлении ацетона амальгамой натрия. Кристаллы с т. пл.
42 С; из воды кристаллизуется гидрат пинакона с 6Н20, который плавится при 46
С. При окислении дает ацетон. При нагревании с небольшим количеством H2S04
теряет 2Н20 и дает диметил-бутадиен СН2=С (СН3)—С (СН3) =СН2; при перегонке же с
избытком разбавленной H2S04 теряет одну молекулу воды и превращается в кетон,
называемый пинаколином (СН3) 3С-СО-СН3 .
Формула эта установлена А. Бутлеровым в 1873 г. Превращение пинакона в пи-
наколин сопровождается перегруппировкой атомов, называемой „пинаколиновой пе-
регруппировкой" .
При восстановлении пинаколина получается пинаколиновый спирт (СН3) 3С—СН'ОН—
СН3; при отнятии от него молекулы воды происходит „обратная пинаколиновая пе-
регруппировка", и получается тетраметил-этилен (СН3) 2С=С (СН3) 2. Значит, при
прямой перегруппировке симметричное строение молекулы переходит в не-
симметричное , а при обратной — наоборот.
Из непредельных гликолем важны двуатомные фенолы — производные бензола —
СбН4(ОН)2: пирокатехин с гидроксилами в орто-положении, резорцин с гидроксила-
ми в мета-положении и гидрохинон, у которого гидроксилы занимают пара-положе-
ние . По химическим свойствам они сходны с одноатомными фенолами. Гидрохинон
обладает восстановительными свойствами и потому применяется в фотографии как
проявитель. Получается восстановлением хинона. Как и его изомеры, гидрохинон
— тело твердое, легко растворимое в воде, спирте и эфире; т. пл. 169 С.
Неполный метиловый эфир пирокатехина ОНСбН4'ОСН3 (т. пл. 33 С) называется
гваяколом; калиевая соль сульфогваяколовой кислоты ОНСбН3 (ОСН3) S03K под на-
званием тиокола применяется при лечении туберкулеза.
Свойства гидрохинона
К водному раствору гидрохинона приливают аммиачный раствор окиси серебра:
получается черный осадок (Ад).
Трехатомные спирты,
или глицерины
Трехатомные спирты характеризуются присутствием трех водных остатков, и
простейший из них содержит три углеродных атома. Несуществование глицеринов с
одним и двумя атомами углерода понятно, потому что тогда при одном углеродном
атоме стояло бы несколько гидроксилов; но производные их известны, например,
орто-муравьиный эфир СН(ОС2Н5)3 есть простой эфир спирта СН(ОН)3; в момент об-
разования эти глицерины теряют частицу воды и дают карбоновые кислоты; напри-
мер, вместо СН(ОН)3 получается Н20 и НСООН — кислота муравьиная.
Способы
получения
1) Действием воды в присутствии оснований на такие трехгалогенопроизводные
углеводородов, в которых атомы галогена расположены при различных углеродных
атомах:
СН2С1СНС1СН2С1 + ЗН20 = СН2(ОН) СН(ОН) СН2(ОН) + 3HC1
2) Окислением непредельных одноатомных спиртов марганцово-калиевой солью в
присутствии щелочи:
СН2:СНСН2(ОН) + О + Н20 = СН2 (ОН) СН (ОН) СН2 (ОН) .
3) Присоединением НС10 к непредельным одноатомным спиртам (а) и последующим
действием воды в присутствии оснований на образовавшийся хлоргидрин (Ь):
a) СбНцОН + НС10 = СбНцС1(0Н)2
b) СбНцС1(0Н)2 + Н20 = СбНц(ОН)3+ НС1
Обыкновенный глицерин СН2 (ОН) СН (ОН) СН2 (ОН) открыт Шееле в 1778 г. при ки-
пячении оливкового масла с окисью свинца и назван им „жировым сахаром". Очень
распространен в природе, входя в состав жиров, т. е. сложных эфиров, образо-
ванных глицерином и жирными кислотами.
Глицерин получается как побочный продукт при фабрикации стеариновых свечей.
Водный раствор его, остающийся после обмыливания жира и по отделении кислот,
сгущают в разреженном пространстве (в вакуум-аппаратах) и обесцвечивают жи-
вотным углем. Для окончательной очистки глицерин перегоняют в вакуум-
аппарате .
Во время мировой войны немцы (Нейберг) разработали новый способ техническо-
го добывания глицерина, а именно, видоизменив несколько процесс спиртового
брожения. Известно, что глицерин является обычным побочным продуктом при ви-
нокуренном производстве, но образуется его очень мало (около 2,5—3,6%); ока-
залось, что если вести брожение в присутствии сернисто-кислого натрия, то ко-
личество глицерина увеличивается до 36%. Так его и стали добывать.
Полный синтез глицерина можно осуществить так:
1) соединением углерода с водородом получается ацетилен;
2) ацетилен, соединяясь с водою, дает уксусный алдегид;
3) уксусный алдегид окисляется в уксусную кислоту;
4) последняя с известью превращается в кальциевую соль;
5) уксуснокислый кальций при сухой перегонке дает ацетон;
6) при восстановлении ацетона получается изопропиловый спирт;
7) при нагревании этого спирта с хлористым цинком получается пропилен;
8) пропилен, присоединяя молекулу хлора, дает хлористый пропилен,
9) который дальнейшим действием хлора (в присутствии йода) превращается в
трихлоргидрин глицерина,
10)этот последний при нагревании с водой при 180 С дает глицерин.
Вот уравнения, выражающие эти реакции:
1) С2 + Н2 = СН=СН;
2) СН=СН + Н20 = СН3СН:0;
3) СН3СН:0 + О = СНзСООН;
4) 2СН3СООН + Са(ОН)2 = (СН3СОО)2Са + 2Н20;
5) (СН3СОО)2Са = СНзСОСНз + СаС03;
6) СНзСОСНз + Н2 = СНзСН(ОН) СН3;
7) СН3СН(ОН) СН3 = Н20 + СН3СН:СН2;
8) СН3СН:СН2 + С12 = СН3СНС1СН2С1 ;
9) СН3СНС1СН2С1 + С12 = СН2С1СНС1СН2С1 + НС1;
10)СН2С1СНС1СН2С1 + ЗН20 = СН2(ОН) СН(ОН) СН2(ОН) + 3HC1.
Глицерин — сиропообразная, бесцветная, гигроскопическая жидкость сладкого
вкуса, без запаха, с т. кип. 290 С и уд. весом 1,265 при 18 С. При продолжи-
тельном охлаждении медленно затвердевает, образуя кристаллы, напоминающие по
виду сахарный песок, плавящиеся при 17 С. С водой и спиртом смешивается, в
эфире же не растворим. Химические его свойства обусловливаются присутствием
трех водных остатков, так что он образует соответствующие алкоголяты, эфиры и
пр. При действии НС1 на глицерин образуются хлоргидрины: монохлоргидрин
СзН5С1(ОН)2, дихлоргидрин СзН5С12 (ОН) и эпихлоргидрин
СН,-СН-СН2С1
\7
О
Окончательный продукт действия пятихлористого фосфора — трихлоргидрин
С3Н5С13. Так же образуются и соответствующие бромистые соединения; йодистые
соединения, вследствие непостоянства, распадаются с образованием или йодисто-
го аллила СН2 : СН' СН21, или йодистого изопропила СН3' CHI' СН3, или пропилена
СН3СН:СН2.
Трехатомность глицерина доказывается образованием трех-азотного эфира; при-
сутствие же двух первичных спиртовых групп и одной вторичной доказывается об-
разованием следующих продуктов окисления глицерина:
1) глицеринового алдегида СН2 (ОН) СН(ОН) СН :0,
2) глицериновой кислоты СН2 (ОН) СН (ОН) СООН,
3) диоксиацетона СН2 (ОН) СОСН2 (ОН) ,
4) тартроновой или оксималоновой кислоты СООН СН (ОН) СООН.
Продукты 1-й, 2-й и 4-й доказывают присутствие первичных групп, а 3-й —
присутствие вторичной спиртовой группы. При более энергичном окислении полу-
чаются уже продукты с меньшим числом атомов углерода: кислота гликолевая
СН2 (ОН) СООН, щавелевая СООН СООН и др.
Доказательство присутствия гидроксилов по Шоттен-Бауману
К раствору 1 см глицерина в 2 см воды приливают 4 см хлористого бензоила
СбН5'СОС1 и взбалтывают. В это же время понемногу прибавляют к смеси КОН так,
чтобы жидкость постоянно была слабощелочной. Взбалтывание прекращают тогда,
когда исчезнет запах СбН5'СОС1. Образовавшийся твердый трехбензойный эфир гли-
церина С3Н5 (0'СбН5'СО) з перекристаллизовывают из спирта и, прожав кристаллы ме-
жду бумагой, определяют т. пл. (74 С).
Применение глицерина очень обширно; его употребляют в красочном производст-
ве, при фабрикации ликеров, при мыловарении, в медицине и парфюмерии; но в
особенности большое количество глицерина идет на приготовление нитроглицери-
на.
Между производными бензольных углеводородов различают трехатомные спирты,
трехатомные фенолоспирты и трехатомные фенолы.
Ко второй группе относится протокатеховый спирт СбН3 (ОН) 2СН2 (ОН) ; от него
производятся: ванилевый спирт СбН3 (ОН) (ОСН3) СН2 (ОН) , ванилин
СбН3(ОН) (ОСН3)СН:0 и пиперонал СбН3 (02СН2) СН :0.
К группе трехатомных фенолов СбН3(ОН)3 принадлежат: пирогаллол, флороглуцин
и оксигидрохинон. В первом три гидроксила занимают положения 1, 2, 3; во вто-
ром — 1, 3, 5; в третьем — 1, 2, 4.
Пирогаллол, или пирогалловая кислота, образуется при нагревании галловой
кислоты СбН2 (ОН) з'СООН отпадением элементов угольного ангидрида. Белые иглы
или листочки с т. пл. 132 С; растворяется легко в воде, несколько труднее в
спирте и эфире. Ядовит. Применение его в газовом анализе основано на спо-
собности поглощать в присутствии щелочи кислород. При этом образуется гекса-
окси-дифенил (ОН) 3СбН2—СбН2 (ОН) 39 . Вследствие восстановительных свойств пиро-
галлол применяется в фотографии как проявитель. Употребляют его ив фармации,
а также для окраски волос.
Свойства пирогаллола
К водному раствору пирогаллола приливают аммиачный раствор окиси серебра;
выделяется черный осадок (Ад) . С раствором окислившегося железного купороса
получается синевато-черное окрашивание.
Свойства пирогаллола
В двухлитровую колбу насыпают около 10—20 г пирогаллола; прилив затем конц.
водной щелочи, колбу сейчас же плотно закрывают пробкой, в отверстие которой
вставлена стеклянная трубочка, соединенная посредством длинной каучуковой
трубки с длинной вертикальной стеклянной узкой трубкой; нижний конец послед-
ней опущен в стакан с окрашенной жидкостью. Колбу сильно встряхивают. Вслед-
ствие поглощения кислорода давление в колбе уменьшается, и окрашенная жид-
кость поднимается по трубке. При этом щелочной раствор пирогаллола буреет.
Что побурение щелочного раствора происходит от действия кислорода, можно
доказать так: в пробирке растворяют в воде 1—2 г пирогаллола и по газоотвод-
ной трубке, погруженной в этот раствор, пропускают СОг до полного вытеснения
воздуха; после этого, прекратив ток газа, приливают КОН. Окрашивания нет. Ес-
ли же пропустить в щелочной раствор несколько пузырьков кислорода (или возду-
ха) , сейчас же наступит побурение.
Флороглюцин получается при сплавлении резорцина с КОН. Кристаллизуется с
двумя мол. Н20, образуя призмы с т. пл. 218 С. Функционирует и как Фенол (1)
и как кетон (2).
с-он
НС СН
1) 1 II
НО'С С-ОН
%/
сн
. СО
Н2С СН.
2) II
ОС СО
сн,
Как фенол образует эфиры и феноляты, а как кетон восстановляется водородом
в флороглуцит СбН9(ОН)з и реагирует с гидроксиламином. Такое явление называет-
ся тавтомерией10 (ср. изатин, ацетоуксусный эфир и др.) .
Интересен синтез флороглюцина из хлорангидрида малоновой кислоты и ацетона
в присутствии мрамора:
По Ниренштейну при этом образуется гексаокситрифенохинон 0:СбН2(ОН)2:
СбН2(ОН)2:СбН2(ОН)20.
10 Явление тавтомерии предсказано было Бутлеровым еще в 1868 г. , а установлено Ларом
в 1885 г. Переход винилового спирта в уксусный алдегид есть также тавтомерия. Резор-
цин также проявляет тавтомерию.
/COCI CH3 CO — СН
Н2С\ + >С0 = Н2С< >СО + 2НСК
XCOCJ СН/ чСО — СН/
Спирты
высшей
атомности
Первый член в ряду четырехатомных спиртов — эритрит СН2 (ОН) СН(ОН) СН(ОН)
СН2(ОН) находится в свободном состоянии в некоторых водорослях и в виде эфи-
ра в лишаях рода Roceila: отсюда он и получается. Эритрит образует кристаллы
с т. пл. 120 С и т. кип. 330 С. Растворим хорошо в воде, мало в алкоголе и
нерастворим в эфире. Сладок. При окислении сначала одна первичная спиртовая
группа превращается в алдегидную (образуется эритроза) и далее — в карбок-
сильную (эритритовая кислота), а затем обе — в карбоксильные (получается ме-
зовинная кислота).
К ближайшим производным четырехатомных спиртов относятся аурин (1) и розо-
ловая кислота (2):
/СвН,.ОН /CeH3(CHs).OH
1) С~С6Н4-0Н 2) С^ОдН^ОН
■\
с6н4*о
<W0
они произошли через отпадение частицы воды от соответствующих четырехатом-
ных феноло-спиртов:
/С6НгОН уС&Н3(СН>ОН
С(ОН)^С^ * ОН и С(ОН)^-С&Н4 • ОН
чс6н4*он 4<VV0H
Аурин получают нагреванием фенола с щавелевой кислотой в присутствии конц.
H2S04, а розоловую кислоту — окислением мышьяковой кислотой смеси фенола с
крезолом. По внешнему виду они сходны между собою: зеленые иглы или призмы с
металлическим блеском; растворяются в щелочах — аурин с фуксино-красным окра-
шиванием, а розоловая кислота — с фиолетовым; из этого раствора от действия
кислот вновь выделяются, и окрашивание исчезает. На этом основано их примене-
ние как индикаторов при насыщении кислот щелочами.
Получение и свойства аурина
В пробирке нагревают смесь 2 г обыкновенного фенола с 0,6 г щавелевой ки-
слоты и 5 см3 серной кислоты. Жидкость выливают в воду и нейтрализуют избыт-
ком щелочи; получается тёмнокрасный раствор; прибавлением кислоты вызывают
исчезновение красной окраски.
Простейший представитель пятиатомных спиртов арабит СН2'ОН— (СН'ОН) 3—СН2'ОН
получен восстановлением арабинозы СН2' ОН— (СН' ОН) 3—СН : О: кристаллическое тело с
т. пл. 102 С; в присутствии буры вращает плоскость поляризации влево. С ара-
битом стереоизомерны адонит и ксилит.
Из шести-атомных спиртов наиболее известен маннит СН2'ОН— (СН'ОН) 4—СН2'ОН;
распространен в растительном царстве. Получается из манны; так называют высо-
хший сок ясени. Маннит извлекают отсюда горячим спиртом и очишают кристалли-
зацией, причем он выделяется в, иглах или призмах, легко растворимых в воде и
горячем спирте и нерастворимых в эфире; т. пл. 166 С. Вкус его сладкий. В
присутствии буры обнаруживает правое вращение. Нормальное строение маннита
доказывается получением из него при действии иодистоводородной кислоты нор-
мального вторичного йодистого гексила СбН131; за шести-атомность говорят шес-
ти-уксусный и шести-азотный эфиры; кроме того с РС15 образуется кристалличе-
ский гекса-хлоргидрин СбН8С1б с т. пл. 187,5 С. Реакция окисления маннита до-
казывает присутствие первичных и вторичных спиртовых групп: так, например,
образование маннозы (1) и кислот манноновой (2) и сахарной (3):
1) СН2(ОН) • (СНОН)4СН:0,
2) СН2(ОН) • (СНОН)4СООН,
3) СООН • (СНОН) 4' СООН
говорит за присутствие первичных групп; а получение фруктозы
СН2 (ОН) ' (СНОН) 3'СО'СН2 (ОН) — за присутствие вторичной спиртовой группы.
Кроме правого маннита в настоящее время известны и его стереоизомеры; к ним
относятся: дульцит, сорбит, идит и талит11.
В мясе, в мускулах сердца и в растениях находится инозит СбНб(ОН)б — шести-
гидроксильное производное гексаметилена; т. пл. 221 С. Сладок. Инозит в рас-
тительных и животных организмах находится или в виде метиловых эфиров или
эфиров фосфорной кислоты; последние под названием фитина употребляются в ме-
дицине .
Гекса-окси-бензол Сб(ОН)б, в виде Сб (ОК)б получается при действии калия на
окись углерода и потому образуется при добывании калия из поташа. Белое кри-
сталлическое тело; легко окисляется. При перегонке с цинковой пылью дает бен-
зол.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
11 Вследствие присутствия в формуле маннита четырех асимметрических атомов углерода, по
стереохимическои гипотезе, возможно существование 10 оптически деятельных изомеров. При
четырех асимметрических С должно быть 16 активных изомеров, но так как формула маннита
симметрична, то число стереоизомеров сводится только к 10.
Ликбез
СТАТИСТИКА В АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Плахотний И.Н.
НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ
Понятие «неопределенность» (англ. «Uncertainty»), появилось более 30 лет
назад. Неопределенность и связанные с ней величины (стандартная неопределен-
ность, расширенная неопределенность и т.д.), в последнее время широко исполь-
зуются при представлении результатов измерений, особенно в европейских стра-
нах. То же происходит и у нас - эти термины (и соответствующие величины) при-
меняются все чаще. Так, понятие неопределенности фигурирует в ряде норматив-
ных документов.
Как известно, фундаментальным понятием классической теории измерений явля-
ется погрешность
5± = Х±-11
отклонение результата измерения Х± от истинного значения измеряемой величи-
ны р. Погрешность возникает из-за несовершенства процесса измерений. Хотя по-
грешность не может быть точно известна (из-за неизвестности истинного значе-
ния) , это понятие удобно использовать для статистического описания процесса
измерений. Распределение погрешности б совпадает с распределением результатов
измерений X с точностью до начала координат.
Рассмотрим теперь, как определяется неопределенность. Согласно EUROC-
HEM/CITAC Guide "Quantifying Uncertainty in Analytical Measurements" , Second
Ed., 2000, неопределенность - это «Параметр, связанный с результатом измере-
ния и характеризующий разброс значений, которые с достаточным основанием мо-
гут быть приписаны измеряемой величине. ... Этим параметром может быть, на-
пример , стандартное отклонение или ширина доверительного интервала».
Согласно других определений - неопределенность следует рассматривать как
«параметр центрированной случайной величины, представляющей собой разность
между истинным значением измеряемой величины и результатом измерений, то есть
величины, совпадающей по модулю с погрешностью измерений, но противоположной
ей по знаку». Другими словами, это параметр распределения величины р—X.
Рассматривая подробнее имеющиеся литературные данные можно сказать, что во
всех случаях в связи с неопределенностью рассматриваются симметричные распре-
деления результатов измерений (результаты измерений рассматриваются как вы-
борка из нормально распределенной генеральной совокупности), а в качестве па-
раметра , упомянутого в определении неопределенности, всегда рассматриваются
стандартные отклонения, характеризующие случайные и скрытые (не выявленные)
ошибки измерений, оцененные разными способами (стандартная неопределенность,
суммарная стандартная неопределенность), либо кратные им величины (расширен-
ная неопределенность). Фактически предполагается нормальное распределение ре-
зультатов измерений.
Обсуждение погрешностей данное выше известно как "классический подход" к
измерению. Он хорошо служил науке об измерениях, но он основан на допущении,
что измерение, в конечном счете, может быть описано единственным истинным
значением. В последние годы произошел сдвиг в понимании того, что концепция
«истинного» значения может быть не корректной, а поэтому понятия правильно-
сти, случайной и систематической погрешностей также могут быть не правомерны-
ми. «Подход с точки зрения неопределенности» принимает, то, что есть только
одна неопределенность эксперимента являющаяся следствием различных компонен-
тов . Неопределенность характеризует степень с которой значение измеряемой ве-
личины известно после измерения, принимая во внимание данную информацию от
измерения.
Основные причины, по которым вводится понятие «неопределенность», следую-
щие.
1. Отсчет доверительного интервала в отсутствие систематических погрешностей
ведется от -Т среднего значения результатов измерений Х±. Вообще говоря,
при использовании понятия «погрешность» отсчет должен был бы вестись от
математического ожидания р2 , а величину -* используют не от хорошей жизни
- истинное значение неизвестно, а -* - есть наилучшая оценка для р. Исполь-
зование понятия «неопределенность» с этой точки зрения более логично - в
определениях всех рассчитываемых параметров фигурируют только наблюдаемые
величины.
2. Способы оценки интервала, в котором лежит истинная величина, более разно-
образны и детально прописаны в документах, использующих понятие «неопреде-
ленность». В частности, учитываются реально имеющие место, но зачастую иг-
норируемые в отечественных нормативных документах скрытые, или не выявлен-
ные , систематические ошибки.
3. Использование «неопределённости» позволяет наглядно решать вопрос о соот-
ветствии (или несоответствии) измеренной характеристики качества установ-
ленным нормам. Если значение нормы не перекрывается расширенной неопреде-
лённостью результата измерения, то, основываясь на этом результате можно
делать надёжное заключение о соответствии (или несоответствии) объекта ис-
пытания этой норме. Правда, то же относится к корректно рассчитанному до-
верительному интервалу.
4. Понятие «погрешность» исходно не являлось на Западе настолько же привыч-
ным, как у нас. Поставленные перед необходимостью оценивать интервал, в
котором лежит истинное значение, зарубежные специалисты в качестве основы
взяли «неопределенность» - у них был выбор.
ГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
ВЫЯСНЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ
НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ
Диаграмма
Исикавы1
Материал
Методы
Измерения
Результат
Показатели
качества
Исполнитель
Оборудование
Ч.
Процесс
J
Назначение метода
Применяется при разработке и непрерывном совершенствовании продукции (мето-
да) . Диаграмма Исикавы - инструмент, обеспечивающий системный подход к опре-
делению фактических причин возникновения проблем.
Цель метода
Изучить, отобразить и обеспечить технологию поиска истинных причин рассмат-
риваемой проблемы для эффективного их разрешения.
Суть метода
Причинно-следственная диаграмма - это ключ к решению возникающих проблем.
Диаграмма позволяет в простой и доступной форме систематизировать все потен-
циальные причины рассматриваемых проблем, выделить самые существенные и про-
вести поуровневый поиск первопричины.
План действий
В соответствии с известным принципом Парето, среди множества потенциальных
причин (причинных факторов, по Исикаве), порождающих проблемы (следствие),
лишь две-три являются наиболее значимыми, их поиск и должен быть организован.
Для этого осуществляется:
■ сбор и систематизация всех причин, прямо или косвенно влияющих на иссле-
"Причинно-следственная диаграмма" («рыбий скелет»). Автор метода: К. Исикава (Япо-
ния) , 1952 г.
дуемую проблему;
■ группировка этих причин по смысловым и причинно-следственным блокам;
■ ранжирование их внутри каждого блока;
■ анализ получившейся картины.
Общие правила построения
■ Прежде чем приступать к построению диаграммы, все участники должны прийти
к единому мнению относительно формулировки проблемы.
■ Изучаемая проблема записывается с правой стороны в середине чистого листа
бумаги и заключается в рамку, к которой слева подходит основная горизон-
тальная стрелка - "хребет" (диаграмму Исикавы из-за внешнего вида часто
называют "рыбьим скелетом").
■ Наносятся главные причины (причины уровня 1) , влияющие на проблему,
"большие кости". Они заключаются в рамки и соединяются наклонными стрелка-
ми с "хребтом".
■ Далее наносятся вторичные причины (причины уровня 2) , которые влияют на
главные причины ("большие кости"), а те, в свою очередь, являются следст-
вием вторичных причин. Вторичные причины записываются и располагаются в
виде "средних костей", примыкающих к "большим". Причины уровня 3, которые
влияют на причины уровня 2, располагаются в виде "мелких костей", примы-
кающих к "средним", и т. д. (Если на диаграмме приведены не все причины,
то одна стрелка оставляется пустой).
■ При анализе должны выявляться и фиксироваться все факторы, даже те, кото-
рые кажутся незначительными, так как цель схемы - отыскать наиболее пра-
вильный путь и эффективный способ решения проблемы.
■ Причины (факторы) оцениваются и ранжируются по их значимости, выделяя осо-
бо важные, которые предположительно оказывают наибольшее влияние на пока-
затель качества.
■ В диаграмму вносится вся необходимая информация: ее название; наименование
изделия; имена участников; дата и т. д.
Достоинства метода
Диаграмма Исикавы позволяет:
■ стимулировать творческое мышление;
■ представить взаимосвязь между причинами и сопоставить их относительную
важность.
Недостатки метода
Не рассматривается логическая проверка цепочки причин, ведущих к первопри-
чине , т. е. отсутствуют правила проверки в обратном направлении от первопри-
чины к результатам. Сложная и не всегда четко структурированная диаграмма не
позволяет делать правильные выводы.
Диаграмма
Парето2
Назначение метода
Применяется практически в любых областях деятельности. Японский союз ученых
и инженеров в 1979 г. включил диаграмму Парето в состав семи методов контроля
качества.
Цель метода
Выявление проблем, подлежащих первоочередному решению.
Суть метода
Диаграмма Парето - инструмент, позволяющий выявить и отобразить проблемы,
2 Авторы метода: В. Парето (Италия), 1897 г, М. Лоренц (США), 1979 г.
установить основные факторы, с которых нужно начинать действовать, и распре-
делить усилия с целью эффективного разрешения этих проблем.
Различают два вида диаграмм Парето:
1. по результатам деятельности - предназначена для выявления главной проблемы
нежелательных результатов деятельности;
2. по причинам - используется для выявления главной причины проблем, возни-
кающих в ходе производства.
К.оличес1 цепная мера фактора
(зафаты па изготомлепис)
/
/
/
/
/
/
/
/
t
Крив
А
ая Парето ^^^с
В
12 3 4 5
с:
6
-100%
-Is'
.а.
о. Р
- 2 S
ГЗ
£- —
~ 5 з
п п
В. Р-
С 5
— -0
Исследуемые факторы (номера ичлелий): (1—5) — факторы.
представляющие интерес; 6 — прочие факторы
План действий
1. Определить проблему, которую надлежит решить.
2. Учесть все факторы (признаки), относящиеся к исследуемой проблеме.
3. Выявить первопричины, которые создают наибольшие трудности, собрать по
ним данные и проранжировать их.
4. Построить диаграмму Парето, которая объективно представит фактическое
положение дел в понятной и наглядной форме.
5. Провести анализ диаграммы Парето.
Общие правила построения диаграммы Парето
Решить, какие проблемы (причины проблем) надлежит исследовать, какие дан-
ные собирать и как их классифицировать.
Разработать формы для регистрации исходных данных (например, контрольный
листок).
Собрать данные, заполнив формы, и подсчитать итоги по каждому исследуемому
фактору (показателю, признаку).
Для построения диаграммы Парето подготовить бланк таблицы, предусмотрев в
нем графы для итогов по каждому проверяемому фактору в отдельности, накоп-
ленной суммы числа появлений соответствующего фактора, процентов к общему
итогу и накопленных процентов.
Заполнить таблицу, расположив данные, полученные по проверяемому фактору,
в порядке убывания значимости.
Подготовить оси (одну горизонтальную и две вертикальные линии) для по-
строения диаграммы. Нанести на левую ось ординат шкалу с интервалами от 0
до общей суммы числа выявленных факторов, а на правую ось ординат - шкалу
с интервалами от 0 до 100, отражающую процентную меру фактора. Разделить
ось абсцисс на интервалы в соответствии с числом исследуемых факторов или
относительной частотой.
■ Построить столбиковую диаграмму. Высота столбца (откладывается по левой
шкале) равна числу появлений соответствующего фактора. Столбцы располагают
в порядке убывания (уменьшения значимости фактора). Последний столбец ха-
рактеризует "прочие", т. е. малозначимые факторы, и может быть выше сосед-
них.
■ Начертить кумулятивную кривую (кривую Парето) - ломаную, соединяющую точки
накопленных сумм (количественной меры факторов или процентов). Каждую точ-
ку ставят над соответствующим столбцом столбиковой диаграммы, ориентируясь
на его правую сторону.
■ Нанести на диаграмму все обозначения и надписи.
■ Провести анализ диаграммы Парето.
Достоинства метода
■ Простота и наглядность делают возможным использование диаграммы Парето
специалистами, не имеющими особой подготовки.
■ Сравнение диаграмм Парето, описывающих ситуацию до и после проведения
улучшающих мероприятий, позволяют получить количественную оценку выигры-
ша от этих мероприятий.
Недостатки метода
При построении сложной, не всегда четко структурированной диаграммы возмож-
ны неправильные выводы.
Процесс оценки
неопределенности
согласно EURACHEM/CITAC
Процесс оценивания неопределенности
• Процесс оценивания неопределенности описан в
руководстве EURACHEM/CITAC и состоит из четырех
основных последовательных шагов.
Старт
Спецификация
параметров
Идентификация
Источников
неопределенности
Ж
Упрощение группировкой
источников,
существующих данных
Количество
сгруппированных
компонентов
Количество оставшихся
компонентов
Привести компоненты к
стандартной
неопределенности
Шаг1
Шаг 2
ШагЗ
Конец
Расчитать суммарную
стандартную
неопределенность
При необходимости
пересчитать крупные
компоненты
Расчитать расширенную
неопределенность
Шаг 4
The Uncertainty Estimation Process
Step 3
- Quantification of uncertainties
■ Try to find an uncertainty for each component
• Some are normal distributed
Others may have a
rectangular distnbution
f^
jy
Процесс оценки
неопределенности
согласно
NORDTEST TR 537
В руководстве NORDTEST TR 537 «Handbook for calculation of measurement
uncertainty in Environmental laboratories» приводится альтернативный процесс
оценки неопределенности, базирующийся на данных, которые учитывают результаты
межлабораторных испытаний и валидации методов (внутрилабораторная воспроизво-
димость, робасность).
Satfy nMKxtnd
*
3 pone* tt$i *©•. ««*ts ь tx
CytOHrpt
♦
QuT^r bttOrgyrtt
♦
С *vt* ого*** to t**c*n v*c**M*t»
I
Cteuttt ey*t**3 tre*j t/ttfjrtv
<
•t^l
и 1
t
CiCbtttt^indcd jne^jrt» и • 2 w,
Measurement uncertainty model - fish-bone diagram
covering the analytical process from sample arrival to report
QC - Reproducibility within
laboratory, l£
Method and lab bias
• Reference material
• Imerlab companion
• Validation
Reproducibility
between laboratories
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ
ОЦЕНКИ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ
Рекомендации
ISO/IEC 17025:2005
Стандарт ISO/IEC 17025:2006 определяет международное признание результатов
испытаний и калибровок лабораториями, получивших аккредитацию от органов, ко-
торые заключили MRA3 с аналогичными органами других стран. Он законодательно
закрепил необходимость наличия процедур оценивания неопределенности измере-
ний, проводимых в аккредитованных лабораториях:
■ при выборе, разработке и оценивании пригодности методов и процедур, кото-
рые используются в деятельности лаборатории (п. 5.4.1);
■ при использовании стандартизованных и нестандартизованных или разработан-
ных лабораторией методов и процедур калибровки или испытания (п. 5.4.6);
■ при оформлении свидетельств о калибровке и протоколов испытаний
(п.5.6.2.1.1. 5.10.4.1);
■ при создании программ и процедур калибровки своих собственных исходных
эталонов, образцовых веществ и оборудования, для обеспечения прослеживав-
MRA - The Mutual Recognition Arrangement - соглашение о взаимном признании нацио-
нальных эталонов и сертификатов о калибровке и измерениях, выпускаемых национальными
метрологическими институтами, подготовленное Международным комитетом по мерам и ве-
сам (МКМВ) .
мости проводимых лабораторией калибровок и измерений до Международной сис-
темы единиц (SI) (п. 5.6).
Основные термины и положения
по оцениванию неопределенности
измерений4
Неопределенностью измерения называется параметр, связанный с результатом
измерений и характеризующий рассеяние значений, которые могут быть обоснован-
но приписаны измеряемой величине.
Приведенное выше определение термина неопределенность сосредотачивает вни-
мание на интервале значений, которые, как полагает аналитик, могут быть обос-
нованно приписаны измеряемой величине.
Источники неопределенности
На практике неопределенность результата измерения может возникать вследст-
вие влияния многих возможных источников, включая, например, такие как непол-
ное определение измеряемой величины, пробоотбор, эффекты матрицы и мешающие
влияния, условия окружающей среды, погрешности средств измерений массы и объ-
ема, неопределенности значений эталонов, приближения и допущения, являющиеся
частью метода и процедуры измерений, а также случайные колебания.
Стандартная неопределенность — неопределенность результата измерений, выра-
женная как стандартное отклонение.
Суммарная стандартная неопределенность - стандартная неопределенность ре-
зультата измерений, когда результат получают из значений ряда других величин,
равная положительному квадратному корню суммы членов, причем члены являются
дисперсиями или ковариациями этих других величин, взвешенными в соответствии
с тем, как результат измерений изменяется в зависимости от изменения этих ве-
личин .
Оценка (неопределенности) по типу А - метод оценивания неопределенности пу-
тем статистического анализа ряда наблюдений.
Оценка (неопределенности) по типу В - метод оценивания неопределенности
иным способом, чем статистический анализ ряда наблюдений.
Расширенная неопределенность - величина, определяющая интервал вокруг ре-
зультата измерений, в пределах которого, можно ожидать, находится большая
часть распределения значений, которые с достаточным основанием могли бы быть
приписаны измеряемой величине.
Коэффициент охвата - числовой коэффициент, используемый как множитель сум-
марной стандартной неопределенности для получения расширенной неопределенно-
сти.
Основные положения концепции неопределенности:
1. Все составляющие неопределенности в результате измерения можно сгруппиро-
вать в две категории в соответствии со способом их оценивания:
4 Согласно GUM «Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement»ISO, Geneva,
First Edition. 1995 и EURACHEM / CITAC Guide Quantifying Uncertainty Analytical
Measurement, Second Ed., 2002.
■А - составляющие, оцениваемые путем применения статистических методов
(обработкой результатов многократных измерений);
■В - составляющие, оцениваемые другим способом (по характеристикам, взя-
тым из предыдущих экспериментов, из паспорта на прибор, методик выполне-
ния измерений, из справочников и т.д.)- К источникам этих неопределенно-
стей относятся: случайные погрешности однократных измерений; поправки,
вводимые в результат измерения, неисключенные систематические погрешно-
сти , погрешности справочных данных и т.д.
. Составляющие типа А оцениваются как стандартные (среднеквадратические) от-
клонения средних арифметических многократных наблюдений (неопределенности
типа А - иа) . Эти составляющие характеризуются числами степеней свободы v
(для прямых многократных измерений v = п-1 , где п - количество многократ-
ных наблюдений, выполненных при измерении). Если между составляющими типа
А наблюдается статистическая взаимосвязь (корреляция), тонеобходимо указы-
вать коэффициенты корреляции г (х±, Xj) =r1D.
. Составляющие типа В также оцениваются как предполагаемые стандартные
(среднеквадратические) отклонения, получаемые из известных границ, в кото-
рых могут находиться значения этих составляющих (неопределенности типа В
- ив) . Между составляющими типа В может существовать предполагаемая взаи-
мосвязь, тогда следует указывать коэффициенты предполагаемой корреляции.
. Суммарная стандартная (среднеквадратическая) неопределенность ис рассчиты-
вается по правилу суммирования дисперсий:
uc=,ju2A+u2B
. Интервальной оценкой неопределенности является расширенная неопределен-
ность U, которую получают путем умножения стандартной суммарной неопреде-
ленности ис на так называемый коэффициент охвата к. При указании расширен-
ной неопределенности указывают уровень доверия вероятность Р. Обычно эта
вероятность принимается равной 0.95.
Основные формулы
для определения
неопределенности
1. Стандартная неопределенности типа А
«д*,)= iH
j(x^-x,.)2
2. Стандартная неопределенность типа В
лМ
где, 0i - неисключенная систематическая погрешность, oci - коэффициент, свя-
занный принимаемым законом распределения (oci = 3 для равномерного, oci = 6 для
треугольного, oci = 2 для арксинуса и oci = 4 для нормального закона распреде-
ления) .
3. Коэффициенты чувствительности. Расчет их необходим для определения вкла-
да неопределенности каждой входной величины в неопределенность измеряемой
С; — — _ АрХ^,..., Лт
' &.. дХ,
4. Вклад неопределенности каждой входной величины в неопределенность изме-
ряемой величины.
и1(у) = сги(х1)
5. Суммарная стандартная неопределенность
«oo=JZc'-"2(*,-)
6. Эффективное число степеней свободы
V гг —
и4 (у)
2>,4O0/v,
7. Коэффициент охвата
^ — t
к *(0.05,i/e#)
8. Расширенная неопределенность
U = к- и{у)
Базовый алгоритм
оценивания
неопределенности
в измерениях
1. Составление
модельного уравнения
)=/(A','.....A'j
J
2. Оценка входных величин, внесение поправок на
известные систематические эффекты -Y|. Д"2,..., Хт
3. Вычисление оценки
результата измерения
У = А*\ Хт)
I
4. Оценивание стандартных неопределенностей
входных величин и\х( ), i = ].2....,m
i
4-а. По типу А: и a \xi ) 11 4-6. По типу /J: М/Дл,)
1
I
5. Определение коэффициентов
ч увез вител ьн ости
с, = Of/dx,. / = 1.2...., т.
I
6. Вычисление вкладов неопределенности
каждой входной величины в неопределен-
ность измеряемой величины 1^{\') = с{и(х,)
I
8. Вычисление суммарной стандарт-
ной неопределенности ис{у)
I
7. Определение попарной коварна-
нии входных величин и(х1,хк)
9. Выбор коэффициента охвата к
и вычисление расширенной
неопределенности lf{y)=kuc(\')
10. Запись результата измерения
Y = y±l\\), p = 0,95
Важным фактором корректной оценки неопределенности является составление мо-
дельного уравнения. Модельным уравнением является зависимость между выходной
и входными величинами. Как входные величины, в модельное уравнение входят как
измеренные величины, так и разные поправки и коэффициенты. Расширенную и сум-
марную стандартную неопределенность выходной величины образует неопределен-
ность входных величин.
Значения входных величин находят путем измерения с одноразовым или многора-
зовым наблюдением, или оцениванием, из внешних источников (паспортные данные
на мерную посуду, весы и тому подобное). Определяют типы оценивания неопреде-
ленности (А или В) и законы распределения входных величин.
Составление бюджета
неопределенности
Вычисленные вклады неопределенности удобно представлять в виде бюджета не-
определенности, который включает в себя список всех входных величин Xi, . . . ,Хт
их оценок Xi, . . . ,хт вместе с принадлежащими им стандартными неопределенностя-
ми измерения и(х±) и законами их распределения, а также числами степеней сво-
боды. Кроме этого для каждой величины таблица должна содержать вклад неопре-
деленности .
Для занесенных в таблицу числовых значений должны указываться единицы изме-
рения для соответствующей величины. В нижней строке бюджета неопределенности
можно расположить информацию о выходной величине (входная величина Y, ее
оценка у, неопределенность входной величины и (у) , эффективное число степеней
свободы veff, коэффициент охвата к, расширенная неопределенность U) .
Бюджет неопределенности представляет собой таблицу и является удобной осно-
вой для составления программы для оценивания неопределенности измерений в
среде Excel.
А
Исходные данные
У
12
13 11341 17
14 11815 93
15 11435 39
16 11703 49
17 11854 5
13 11503 67
19 11908 67
20 11547 67
21 11926 32
22 среднее
23 11726.31222
В
Исходные
данные X
(рассчет по
калибровке)
4 0539066
4 0388989
3 8126290
3 9720418
4 0618327 \
3 8532284 \
4 0940423
3 8793909
4 1045370
знач.
3.9856
24 СКО
25 62 08779936
Количество
2 ^ измерений
23 Критерий Горвица
29 2 088503221
0 1108
\
9
RSDr
2 77881053
Q
1
\ 1
D
Калибровка
исходные денные по
Y
672829
8337 99
10041 33
11829 33
13433 51
15086 585
Е
Калибровка
исходные
данныепо X
1 013777525
1 970908498
2 983718011
4 046866536
5 000715306
5 983637145
F
32 682
G
Коэффициенты 1
регрессии 1
a. [v.e]
5023 322 |
b? [1 мкг]
1681 797
Модельное уравнение измерения
Т т /-* 1
,, - Л' ' J о
(0 —
1
( д - a )
f =
1 ы •/;; -10 h 1
*1 =(A17-$G$14)/$G$17
1 =СРЗНАЧ(В13:В21)
^ =СТАНДОТКЛОН(В13:В21)
А
, РАСЧЕТ HI
з Входные
величины
4
5 Х? [мкг]
6 У0?[мл]
7 »' ,/г/
3 Гс/Д"кл]
Выходная
q величина
10 С. [°о]
[| -В23
ЪрПРЕДЕЛЕ!^
I Значение
I входное
I величины
3 9856120
7 5
0 01
4
Значение
выходной
величины, %
74 7302
| -В25
Г^С5/КОРЕНЬ(9)
=С6/КОРЕНЬ(3) |
=($B$5+D5/2)*$B$6/($B$7*$B$8*10)-
($B$5-D5/2)*$B$6/($B$7*$B$8*10)
С \\ 0 Е F G !
фОСТИ ИЗМЕРЕЦЦЯ СОДЕРЖАНИЯ Д.В. ТрибенурОН-Метила (GUM) J
Границы входной
1 величины
0 110752605
0 1
0 0001
02
Суммарная
стандартная
неопределенность
| 2 3774
1 \Стандартная
^^определенность
Ъкодной величины
\1 0 036917535
* 0 057735027
5 7735Е-05
0 115470054
Эффективное
число степеней
свободы
у 1034
Число
степеней
свободы
8
10000
10000
10000
Коэффициент
охвата
, 1 9623
Закон
распределения
А. нормальный
В, равномерный
В, равномерный
В, равномерный
Вклад 1
неопределенности
1 0 6922
0 5753
-0 4315
-2 1577
Расширенная неопределенность
, 4 6651
i / i i
| =KOPEHb(G5A2+G6A2+G7A2+G8A2) "
1 /
/ L
1 1 Г
=С10*Е10
=СТЬЮДРАСПОБР(0.05; D10)
=MEnOE((C10A4)/(G5A4/E5+G6A4/E6+G7M/E7+G8M/E8))
Метод
Монте-Карло
Недостатки подхода GUM к оценке неопределенности:
■ В основе общего подхода лежит т.н. закон распространения неопределенности,
базирующийся на разложении нелинейной модельной функции в ряд Тейлора пер-
вого порядка. Применение такого подхода при существенно нелинейной зависи-
мости дает смещенную оценку результата измерений и недостоверную оценку
суммарной стандартной неопределенности.
■ При нахождении расширенной неопределенности предполагается, что закон рас-
пределения выходной величины в соответствии с центральной предельной тео-
ремой - нормальный и коэффициент охвата хорошо аппроксимируется коэффици-
ентом Стьюдента с числом степеней свободы, определяемым формулой Велча-
Саттерсвейта. Первое предположение справедливо для случая линейного мо-
дельного уравнения, большого числа входных величин и их симметричных зако-
нов распределения.
_ и\у)
■ Формула Велча-Саттерсвейта принципиально не предназначена для работы с
коррелированными входными величинами и ее применение в этом случае может
привести к существенной недостоверности оценивания расширенной неопреде-
ленности .
Основываясь на указанных недостатках, было предложено применить метод ста-
тистического моделирования (метод Монте-Карло) для определения расширенной
неопределенности в измерениях.
Порядок оценивания расширенной неопределенности согласно и с использованием
метода статистического моделирования Монте-Карло и применением программного
обеспечения MS Excell с пакетом анализа является наиболее удобным и легко
осуществленным. Он заключается в следующих операциях:
1. Формирование массивов данных
■ а) Генерируют L массивов (по количеству входных величин; для абсолют-
ного градуирования L = 7) случайных чисел заданного объема п (п = 105) ,
что подчиняются необходимым законам распределения. Для этого используют
программу MS Excell с пакетом анализа и опцию «Генерация случайных чи-
сел». Для входных величин, оцениваемых по типу "А", генерируют нормально
распределенные массивы с заданием среднеквадратического отклонения в со-
ответствии с оценкой каждой входной величины. Для входных величин, оце-
ниваемых по типу ПВП, генерируют равномерно распределенные массивы из
заданием симметричного диапазона оценок этих входных величин. То есть,
если для дозирования объема V0 используется мерная пипетка вместимостью
10 см3, то оценка V0 будет составлять ±0,1 см3, (от -0,1 см3 к +0,1 см3) .
■ б) Формируют массив выходной величины, путем подстановки значений
входных величин, которые сгенерировали, в модельное уравнение.
■ в) Упорядочивают (ранжируют) массив выходной величины.
2. Расчет параметров бюджета неопределенности (расширенной и стандартной
суммарной неопределенности, коэффициента охвата) по методу Монте-Карло
По получении массива данных выходной величины определяют:
■ оценку среднего результата измерения по формуле:
п
д = \
где yq - значение выходной величины; п - объем массива выходной величины.
■ оценку суммарной стандартной неопределенности результата измерения
,£iy<,-h2
где п - объем массива выходной величины; yq - значение выходной величины; У
- оценка среднего результата измерения.
■ расширенную неопределенность для заданного уровня доверия. Для получения
оценки расширенной неопределенности необходимо рассчитать интерквантиль-
ный интервал по формуле:
h =-\y -y 1
где Yn(i+p)/2 и Yn(i-P)/2 - соответственно п(1+р)/2 и п(1-р)/2 члены упорядочен-
ного массива данных выходной величины.
Для р = 0,95 и п = 105 квантилей распределения выходной величины оценивают-
ся для 97500 и 2500 члена упорядоченного массива выходной величины.
■ оценку коэффициента охвата по формуле:
Ь = йр1йе(у)
где р - расширенная неопределенность для заданного уровня доверия;
/J (у)
cV//- оценка суммарной стандартной неопределенности.
Схема реализации алгоритма Монте-Карло:
•• ••
— • • •.
•vu i
•v-i i
•t«i i
_j
r- ——---
i Ti:
i —'—
■ ,Y"
•
•
j x„2
; 1
ч j"
• • • ■ |
j- +
* г
1 • • • |
J \m
1
x\m !
i :
L
Y2w !
• 1
• 1
• 1
xm j
;|ri=/(vn.Ti: xj
' + ■■• ♦ ♦
4 — J J
! v:=/(.t:,,.y:, х2я)
: • ... ff
I J T
i •
i •
\\)„ =J \\\>X»2 *m t
! * ... ff
J 1
^^...^^-«■^■^^^«■^
Mv>=i£.v,:
И-1
1
'/• -)| • >*WM -%'1-^1
p t с \ • j
b«*»e*w_»ww»_«**««»e*a_*__«___w.
При реализации метода Монте-Карло в среде Excell устанавливают надстройку
«Анализ данных», в которой вызывают функцию «Генерация случайных чисел»
Бзмие Вид Надстройки
z>ct по .■ да лить
олбцам дубликаты —;
.труктура
_ j] -.на ли: даииьк
V^ Поиск решения
■нализ данным
Инструменты анализа
Двухфакторный дисперсионный анализ без повторений
Корреляция
Ковариация
Описательная статистика
Экспоненциальное сглаживание
Двухвыборочный F-тест для дисперсии
Анализ Фурье
Гистограмма
Скользящее среднее
Генерация случайных чисел
%*
щ
ок
Отмена
Справка
1. Генерируют массив из 10000 данных входной величины, оцениваемой по типу
А. В данном примере это X - масса вещества, нанесенного в точку ТСХ пла-
стинки, получаемая в результате расчета с использованием уравнения рег-
рессии , описываемого калибровочную зависимость между площадью хроматогра-
фического пятна и соответствующей массы вещества.
2
-
;:; '
10
11
12
1J
14
15
16
В С П
Расчет расширенной неопределенное
Трибенурон-метила мет*
Входные
величины.
X. [мкг]
4 0299
3 7540
3 9930
3 8956
4 0549
3 9497
4 3057
3 9634
4 2699
3 7899
Входные величины, опенпваемые
по типу В
У0,[мл1
ш.[г]
Уа1.[мкл|
ир.Бзи»^ Вид Нлдсгаой> .•
-ъ- ;.*•-",■ ^ -з
'Т."|Л^.Ц,-|Г( ,\,> 1Н> ГТП — ,''
^^Н Генерация случайным чисел
Число переменных: 9
Число случайных чисел: 10000
Распределение: Нормальное
ГЪр.-^г-фы
Среднее- 3.9856
Стандартное отклонение = 0.0369*
Случайное рассеивание:
Параметры быеодь
л Выходной интервал: $А$8 ">
Новый рабочий лист:
Новая рабочая книга
V
1. ^аннь■•
с+:
Отмена
v Справка
2. Генерируют массив из 10000 данных входной величины, оцениваемой по типу
В. В данном примере это V0 - исходный объем экстракта.
1
4
0
Ч
10
11
12
13
14
1 Г-
l j
16
Г
13
19
►
А. В С U
Расчет расширенной неопределенносх
Трибенурон-метила метк
Входные
величины.
X, [мкг]
4 0299
3 7540
3 9980
3 8956
4 0549
3 9497
4 3057
3 9634
4 2699
3 7399
3 9044
3 9314
Входные величины, оцениваемые
по типу В
У0.[.мл]
7 4728
7 5808
7 5784
7 5031
7 5883
7 5302
7 4869
7 5804
7 5749
7 5673
7 5565
7 4982
ш.[г]
У,,.[мкл]
т
i
с
Генерация случайным чисе/
Число переменных:
Число случайных чисел:
Распределение:
П-£;р JHfTpbi
Между 7.4 и
Случайное рассеивание:
I ГЬрЭИ<г1 рЫ ЗЫЬ.мД'Э
» Выходной интервал:
Новый рабочий лист:
Новая рабочая книга
1
10000
Равномерное
7.6
$В$8| >
„———** 1
ок
Отмена
^ Справка
j
3. Продолжают генерирование массивов из 10000 данных входных величин, оцени-
ваемых по типу В. В данном примере это m - масса навески препарата и Vai,
- объем экстракта, нанесенный микрошприцом в точку на ТСХ пластинке.
генерация случайный чисел
Расчет расширенной неопределенности измерени
метила методом Монте
Входные величины,
оцениваемые по типу А
X, [мкг]
4 0299
3 7540
3 9930
3 3956
4 0549
3 9497
4 3057
3 9634
4 2699
3 7899
Входные величины, оцениваемые
v0.[m.i]
7 4723
п 5803
7573-1
7 503'
7 5833
7 5302
7 4859
7 5804
7 5749
7 5673
по типу В
Ш.[Г]
0 0099
0 0099
0 0100
0 0100
0 0100
0 0100
0 0101
0 0100
0 0099
0 0100
Уа1.[мкл]
4ic.no переменных:
Число случайных чисел:
Распредепение:
ПорзМггТрЫ
Между 0.009ч и
1
10000
Равномерное
0,0101
ок
Отмена
Справка
Случайное рассеивание:
Параметры бые-сд.:
о Выгодной интервал:
Новый рабочий лист:
Новая рабочая книга
$С$8|
После того как будут сгенерированы все массивы входных величин, в колонке
«Е» будет выполнен расчет выходной величины (массовой доли трибенурон-
метила) в препарате защиты растений, согласно модельного уравнения для
всех 10000 значений. Полученные данные необходимо скопировать диапазоном
«Е8:Е10008» и вставить в колонку "F" используя специальную вставку только
«Значений», которая исключает копирование формул расчета.
1 Расчет расширенна
Входные величины,
; оцениваемые по типу А
1 X. [мкг]
4 С2Э9
: 3 754С
3 993С
3 8956
4С549
*: 35497
•- 4 3057
3 9634
Ч 4 2699
3 7399
*• 3 9044
3 93U
4С416
3 9432
=(A8*B8)/(C8*D8*10)
ь : и - i
i неопределенности измерения содержа н
метила нетодо м \1онтр-Кст ю ■
Входные величины, оцениваемые
по типу В
\'0.[мл| пь[г]
Уа,.[мкл|
7 4723 0 0099 3 8303
7 5603 0 0099 4 0494
7 5784 0 0100 3 8229
7 5С81 0 0100 3 8137
7 5883 0 0100 4 0460
7 5302 0 0100 4 1130
7 4869 0 0101 4 0456
7 5804 0 0100 3 8329
7 5749 0 0099 3 9582
^ 5673 0 0100 3 8254
7 5565 0 0100 3 9790
7 4932 0 0101 3 9505
7 4205 0 0100 3 8468
7 4986 0 0101 4 0329
Выходная
величина %
."3 3026
70 6642
79 3331
76 3804
75 9921
72 1867
79 1422
774114
82 4573
74 6034
74 3519
73 3948
73 1569
73 4333
i
с
С
С
(
(.
X.
с
с
с
и
тия содержания Д.В. Трибенурон-
тпе-Карло
специальная вставка
-1г
все
формулы
о {значения'
формэты
примечания
^сповия на :начения
.■перация
о нет
сложить
вычесть
пропускать пустые ячейки
■ ■—ш^^иП"! 1
^^^^^^^^^^^^■^В—*шии(
с исходной темой
без рамки
ширины столбцов
формуды и форматы чисел
значения и форматы чисел
умножить
разделить
транспонировать
ОК Отмена
д
5. Для получения результата по расчету расширенной неопределенности, скопи-
рованные данные в колонке "F" необходимо ранжировать (упорядочить) по
возрастанию, используя возможности Excell. После ранжирования в ячейке
«G8» будет рассчитан интерквантильный диапазон, обеспечивающий получение
значения расширенной неопределенности. Суммарная стандартная неопределен-
ность расчитывается как СКО из 10000 значений выходной величины. Коэффи-
циент охвата находят путем деления значения расширенной неопределенности
на величину суммарной стандартной неопределенности.
=G8/E10008
Расчет расширенной неопределенности измерения содержания
метила методом Монте-Карло
=(F9758-F258)/2
Входные величины,
оцениваемые по типу А
X. [МКГ|
Входные величины, оцениваемые
по тнпг В
У0,[МЛ!
Ш.[Г]
\а1.[МКЛ|
Выходная
величина %
0
Ч
10
11
12
' ";
14
15
16
4 0004
3 9084
3 9897
3 9556
4 0087
3 9736
4 0923
3 9782
4 0804
7 4728
1 5808
7 5784
7 5081
7 5883
7 5302
7 4869
^ 5804
7 5749
0 0099
0 0099
0 0100
0 0100
0 0100
0 0100
0 0101
0 0100
0 0099
3 8803
4 0494
3 8229
3 8137
4 0460
4 1180
4 0456
3 8829
3 9582
77 7285
73 5706
79 2246
78 0650
75 1261
72 6238
75 2195
77 6999
78 7972
=Е10008
Сколько
значимых
цифр?
Для измерений, проводимых посредством современных приборов, цифры обычно
выводятся в электронном виде и должны использоваться как таковые, даже если
не понятно какие из них реально значимы. Только когда Вы пишете конечный ре-
зультат , то число следует округлить до соответствующего числа значимых цифр.
Способ, которым записан результат, должен сказать кое-что о точности ре-
зультата . Чем больше цифр приведено, тем более подразумевается точность. Зна-
чимые числа это те числа, которые содержат полезную информацию. Может быть не
уместным приводить длину плавательного бассейна с точностью до долей милли-
метра .
Для решения вопроса о том, что такое корректное число, необходимо знать не-
определенность измерения. Это может быть следствием знаний, опыта или здраво-
го смысла аналитика, или может быть получено из стандартного отклонения по-
вторных экспериментов.
Если известно стандартное отклонение или 95% доверительный интервал, то за-
писывайте эти числа с двумя значащими цифрами. Тогда результат измерения мо-
жет быть записан с тем же количеством десятичных знаков. Например:
(1.123±0.032) М.
Принцип расчета
неопределенности
согласно
NORDTEST TR 537
1 Шаг Действие Образец аммонийный азот NH4-N
1
2
3
4
5
6
Определить параметры
Определить значение Rw
А) через контрольный
образец;
Б) через шаги
неохваченные контрольным
образцом
Определтъ значение
смещения при выполнении
анализа
Преобразовать компоненты
в стандартные
неопределенности и(х)
U(bias>
Расчитать суммарную
стандартную
неопределенность ис
U(Rw)
Расчитать расширенную
Неопределенность
С =2-uL
Аммонийный азот в воде определяют соответственно EN/ISO
11732/11 Заказчик заявляет о уровне неопределенности ± 10 %
А) Контрольный предел отклонения установлен ± 3,34 %
Б) Контрольный образец включает все аналитические шаги
Это значение находят из результатов межлабораторных испытаний
для лаборатории, усредняя их и из значения межлабораторной
воспроизводимости. Например, межлабораторные сравнений за
последние 3 года результаты смещения были 2.4; 2.7; 1.9: 1.4; 1.8:
и 2.9 Корень средний квадрат смещения (RMS) равен 2.25 %.
Неопределенность относительно номинальных значений равна
u(Cref)= 15%.
Доверительные интервалы подобных распределений
должны быть преобразованы в стандартную неопределенность.
!."Я../ = 3.34 2 = :.6""=\>
iii /?il*->:i = tJrAIS.^' - ui Cret г
Стандартные неопределенности должны быть возведены в квадрат
и просуммированы. Суммарная стандартная неопределенность
равна квадратному корню из этой суммы квадратов
:/: =^j:<[R г +izi\hias\)Z = л/l .б""2 + 2."l: =3.18
^ = 2-3.18 = 6.36*6 '-V
Является ли полученная
неопределенность разумной?
На этот вопрос нет простого ответа! Все зависит от того для ответа на какой
вопрос требуется Ваш результат и как много времени и ресурсов Вам выделено.
Важно, что Вы должны выдать измерение с достаточной правильностью для того,
чтобы дать возможность принять необходимое решение.
Чтобы дать ответ на этот вопрос следует воспользоваться руководством
EURACHEM/CITAC Guide «Use of uncertainty information in compliance
assessment», First Edition 2007.
Для принятия решения о соответствии полученного результата какой-либо спе-
цификации, необходимо принять во внимание неопределенность измерения. На ри-
сунке 1 показано типичные сценарии, которые возникают, когда результаты изме-
рений, например концентрации аналита, используются для оценки соблюдения
верхнего предела спецификации.
Figure 1 Assessment of Compliance with an Upper Limit
Upper
Limit
A
s
(I)
Result minus
ьхрапдйй
uncertainty
above limit
У
4
N
(ii)
Result above
limit limit
within
expanded
uncertainty
interval
J
~^=
N
fiii)
Resurt below
limit; limit
within
expanded
uncertainty
interval
A
4
(iv)
Resurt plus
expanded
uncertainty
below limit
Вертикальные линии показывают ±U расширенную неопределенность для каждого
результата и связанные кривой указывают на выведенную плотность вероятности
функции для значения, показывая большую вероятность значения, находится оно
рядом с центром расширенной неопределенности интервала или вблизи концов.
Случаи 1) и iv) достаточно ясны; результаты измерений и их неопределенности
обеспечивают хорошее доказательство того, что значение соответственно значи-
тельно выше или ниже предела. В случае (11) однако, существует высокая веро-
ятность того, что значение выше предела, но предел тем не менее находится в
диапазоне интервала расширенной неопределенности.
В зависимости от обстоятельств, особенно связанных с риском принять непра-
вильное решение, вероятность принятия неправильного решения может быть мини-
мизирована, чтобы оправдать решение о несоответствии результата заявленной
спецификации. Аналогичным образом в случае (111) вероятность того, что значе-
ние находится ниже предела может или не может быть достаточной, чтобы принять
результат для оправдания соответствия спецификации.
Этот документ содержит дополнительные указания по настройке соответствующих
критериев для принятия однозначных решений по вопросам соответствия, учитывая
результаты связанные с информацией о неопределенности.
Ключом к оценке соответствия является принятие концепции «Правила разреше-
ния». Эти правила дают рецепт для принятия или отклонения продукта, основан-
ный на результате измерения, его неопределенности и пределов спецификации или
ограничений, принимая во внимание приемлемый уровень вероятности принятия не-
правильного решения. На основе «Правила разрешения» определяются «зоны прием-
лемости» и «зоны исключения», таким образом, что если результат измерения на-
ходится в зоне приемлемости, то продукт объявляется соответствующим, а если в
зоне исключения, то продукт признается несоответствующим.
Начало зоны исключения находится в пределах спецификации L плюс значение д,
(так называемой предохранительной полосы).
Значение g выбирается так, чтобы для измерения результата, большего или
равного L+g вероятность ложного отклонения была меньше или равна а. То есть,
если результат находится в зоне исключения, то принятое правило дает низкую
вероятность того чтобы разрешенный предел на самом деле не было превышено
(рис. 2а).
На (рис 2Ь) g был выбран для обеспечения низкого риска ложного признания.
В общем случае g будет кратно и стандартной неопределенности. Для случая,
когда распределение вероятных значений приблизительно нормально, значение
1.64*и даст вероятность 5% , а значение 2.33*и означает вероятность 1%.
Figure 2: Acceptance and Rejection zones for an Upper Limit
a) Upper limit
g: the 'guard
band'
Acceptance zone Rejection zone
b)
9 I
Acceptance zone Rejection zone
В некоторых случаях спецификация устанавливает верхний и нижний пределы,
например контроля состава.
Рис. 3 показывает зоны принятия и исключения для такого случая, где предо-
хранительные полосы выбраны так, что для образца существует высокая вероят-
ность того, что параметр находится в пределах спецификаций.
Чем больше значение и тем больше доля образцов, которые будут оцениваться
неправильно. Чем меньше значение и, тем выше будет стоимость анализа. Таким
образом в идеале и должна быть выбрана оптимально для минимизации затрат на
анализ, однако не в ущерб правильности.
Figure 3: Acceptance and rejection zones for simultaneous
Upper and Lower Limits
LOvver lirm: Upper imt
Speo'ica'jGn zone
.9 9.
\
Rejection zone Acceptance zone Rejection zone
Информация о том как это сделать однако очень редко доступна. В некоторых
случаях, когда спецификации устанавливает верхний и нижний пределы, макси-
мальный допустимый размер и определяется как доля разницы между этих преде-
лов. Например, одна такая спецификация утверждает, что расширенная неопреде-
ленность должна быть не более чем одной восьмой части этой разницы. Общий
подход должен проводить скрининг измерений с помощью метода сравнительно де-
шевого и относительно большой неопределенности, а проверять с помощью метода
с небольшой неопределенности для этих образцов, для которых в результате
скрининга не было выработано четкого решения.
Как согласуется погрешность
с неопределенностью?
Формулы пересчета параметров неопределенности в параметры погрешности:
где
S - оценка СКО случайной погрешности
с
Jz - суммарная стандартная неопределенность
N - количество результатов параллельных измерений
VV - Оценка эффективного количества степеней свободы
где
$й - оценка СКО не исключенной систематической погрешности (НСП)
S - оценка СКО случайной погрешности
S1 - суммарная стандартная неопределенность
Формулы пересчета параметров неопределенности в параметры погрешности:
0ц» =W'Se
где
\ - оценка СКО неисключеннои систематической погрешности (НСП)
0(р) - оценка границы НСП
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Химичка
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ МЕТАЛЛОВ
Витер В.Н.
Определение
никеля
Украинская монета 2 гривны - наиболее популярные лигатуры нержавеющей стали
- хром и никель. Не удалось обнаружить хром, - значит, необходимо провести
качественное определение никеля. Для этого нужен банальный реактив - аммиак и
несколько менее доступный - диметилглиоксим.
В колбочку налил 10 мл концентрированного раствора аммиака. Добавил 3 мл
раствора монеты в соляной кислоте - порциями по 1 мл. От первой порции в рас-
творе появились белые хлопья, после третьей стало заметно, что хлопья бурые,
а раствор приобрел фиолетовый цвет. Бурые хлопья - Fe(ОН)3 - гидроксид железа
(III) . Фиолетовый раствор - аммиачный комплекс никеля (аммиакат) ,
[Ni(NH3) 4] (ОН)2. Схожую окраску имеет только аммиакат меди. Теперь добавляю
насыщенный раствор диметилглиоксима в спирте. Результат - интенсивно-красная
окраска. Именно так выглядит никелевый комплекс диметилглиоксима. Аналогичный
осадок дает только палладий. Но, даже, если сделать фантастическое предполо-
жение, что в обычных монетах номиналом 2 гривны содержится палладий, то это
не отменяет факта, что палладий не растворяется в соляной кислоте.
solution
ofVcoin
(inlHGI)
А, если в растворе может быть и никель, и палладий, как их отличить? Цвет
осадка несколько другой (у никеля - красный или малиновый, у палладия - ко-
ричневый) , но это ненадежный критерий. Есть и более строгий способ. Палладие-
вый комплекс с диметилглиоксимом выпадает в т.ч. и в сильнокислой среде, а
никелевый - в щелочной (допускается осаждать никель в нейтральной или слабо-
кислой среде). Более того, "уже готовый" осадок диметилглиоксимата никеля в
сильнокислой среде растворяется.
Состав именно монет в 2 гривны в сети я не нашел, было только упоминание
"сталь с гальваническим покрытием" - раз так, то это может быть и черная
сталь, тем более что наносить гальванические покрытия на нержавеющую сталь,
хотя и возможно, но сложно (т.н. ванна "никель-страйк", например). Зато на
черную сталь гальваника наносится без проблем. Тот же никель, например. Плюс
- дешевле делать монеты из черной стали (можно даже - без строгого соблюдения
ее состава от партии к партии), раз поверх ее все равно наносится защитное (и
декоративное) покрытие. Первоначальною стойкость монеты в кислоте как раз
можно и объяснить наличием гальванического покрытия.
Позже, выполняя эксперимент с ружейной гильзой, я заметил, что в моем ам-
миаке (в растворе аммиака, который я использовал для осаждения гидроксидов и
перевода в аммиачный комплекс никеля) присутствуют белые хлопья, которые об-
разовались в результате разрушения стекла. В нашем случае это непринципиаль-
но, поскольку осадок отфильтровывается.
Тем более, что для опыта с гильзой использовались уже остатки аммиака рас-
твора - с дна бутылки. Для экспериментов с монетой - использовался верхний
слой, который содержал осадка значительно меньше или не содержал его вовсе.
После суток реакции монеты 5 гривен и концентрированной соляной кислоты об-
разовался желтый раствор. Как и в случае с монетой 2 гривны необходимо было
определить в нем никель. Качественная реакции - та же: образование красного
осадка комплекса никеля с диметилглиоксимом. Реакция простая, специфичная и
эстетичная: даже, если у меня в распоряжении был не лимитированный набор ре-
активов , от данного метода не стоило бы отказываться в пользу другого.
К 10 мл концентрированного раствора аммиака в колбе добавил 3 мл раствора
монеты в соляной кислоте. Сразу же образовалось много дыма (еще до добавления
раствора) - это хлорид аммония. В результате реакции выпало немного бесцвет-
ных хлопьев, раствор слегка окрасился. Интенсивность окраски получилась на-
сколько слабой, что цвет я не смог различить (должен быть - фиолетовый). Ни-
келя в отобранной пробе раствора явно мало (за счет того, что общая концен-
трация металлов в соляно-кислом растворе в этот раз была, видимо, ниже, чем в
аналогичном опыте с монетой 2 гривны). Решил оставить все, как есть, не до-
бавлять дополнительные порции раствора монеты в кислоте, поскольку реакция на
никель с диметилглиоксимом - довольно чувствительная.
Отфильтровал осадок, к фильтрату добавил насыщенный раствор диметилглиокси-
ма в спирте. А дальше пришлось пережить несколько неприятных минут. Вместо
ожидаемого красного цвета раствор стал... коричневым. Так вел себя кобальт
(присутствие заметных количеств которого в монете маловероятно - слишком цен-
ный металл), но никель должен дать красный (или розовый) осадок.
Со временем заметил, что раствор у поверхности стал слегка розовым, потом
стало заметно образование розовых хлопьев по всему объему, потом - осадка
стало много (уже красного).
Никель обнаружен. Наверняка это - материал покрытия (или один из его компо-
нентов) . На гальванике поверх железа обычно кладут медь, потом - никель,
сверху - хром. Иногда - медь по стали, а по меди - сразу хром (без промежу-
точного слоя никеля). Хром сверху нужен, потому что он твердый и устойчивый к
истиранию. В монете 2 гривны хром обнаружить не удалось. Возможно, хромового
покрытия на монете и не было (анализ нужно было делать систематически и i
надлежащих условиях, а не "на коленках" - чтобы потом не сомневаться в ре-
зультатах) . В монете 5 гривен хром определять не пробовал.
но oN о
Ч /
н
Позже понял, почему анализируемый раствор после прибавления диметилглиокси-
ма сначала стал коричневым. Никелевый комплекс данного лиганда практически
нерастворим в воде - на этом свойстве основано количественное определение ни-
келя гравиметрическим методом. Но... в органических растворителях никелевый
комплекс диметилглиоксима вполне растворим, причем сам комплекс ярко-красный
в твердом виде, а его растворы в органике - желтые. Диметилглиоксим я добав-
лял к исследуемому раствору именно в виде его раствора в спирте, причем коли-
чество спирта была сопоставимо с количеством анализируемой пробы, поэтому
сначала получился желтый раствор, а только потом стал формироваться красный
осадок.
Как я догадался? Раствор диметилглиоксима в спирте я добавлял к анализируе-
мой пробе дважды. После первого раза сначала образовался желтый раствор, из
которого стали формироваться малиновые хлопья осадка. Добавил еще одну порцию
диметилглиоксима в спирте - хлопья растворились (возможно, не полностью) с
образованием желто-коричневого раствора, из которого потом выпал красный оса-
док. Но желтый цвет частично остался: из-за высокой концентрации спирта в
растворе часть комплекса так и осталась в растворенном виде.
Понял бы раньше - можно было бы добавить в раствор воды. И сейчас - не
поздно, но придется все делать заново.
Определение
меди
Для обнаружения меди я взял жидкий образец, который образовался после пол-
ного растворения монеты 5 гривен в смеси азотной и соляной кислоты. В процес-
се ступенчатого растворения монеты обнажилась поверхность красного медного
покрытия, которое потом растворилось в смеси азотной и соляной кислот. То
есть, было четко видно, что медь в составе монеты есть, но для химического
анализа нужно представить более убедительные доказательства, а именно - про-
вести качественную реакцию. То есть, характерную реакцию, в которую вступает
только определяемое вещество и не вступают другие соединения, которые могут
быть в анализируемом образце (как вариант - другие вещества также вступают в
эту (или параллельную) реакцию, но с другим результатом: образова-
ние/отсутствие осадка, выделение раза, изменение цвета, появление характерно-
го запаха и т.п.)
В нашем случае в растворе точно есть никель (это мы уже установили качест-
венной реакцией с другой монетой 5 гривен; согласно данным сайта Национально-
го банка монета сделана из цинкового сплава с гальваническим покрытием, зна-
чит, в анализируемом растворе есть цинк. Таким, образом, нам необходимо опре-
делить медь в присутствии никеля, цинка и, возможно, других металлов. Ах да,
набор реактивов и оборудования ограничен, поэтому придется обойтись подручны-
ми средствами.
Решил поступить так же, как уже делал с монетой 10 копеек (точнее, с рас-
твором, который образовался при действии на монету смеси уксусной кислоты и
перекиси): добавить в кислый анализируемый раствор гранулы цинка и наблюдать
образование красно-коричневых хлопьев металлической меди.
В стакан налил немного анализируемого раствора, добавил трехкратный объем
дистиллированной воды, потом - гранулы цинка. Началось слабое выделение газа,
на поверхности гранул образовался темно-серый рыхлый налет губчатого металла.
Это может быть, как медь, так и никель (или их смесь). Теоретически никель не
должен выделяться на поверхности цинка в кислой среде, поскольку перед нике-
лем должен выделиться водород, но на практике - одно другому не мешает: если
концентрация ионов водорода недостаточна, возможно одновременное выделение и
металлического никеля - Ni, и водорода - Н2.
Наблюдая слабую реакцию с выделением водорода, я пожалел, что разбавил ис-
следуемый раствор водой (опасаясь, что реакция кислот с цинком будет слишком
бурной). Чуть позже стало заметно, что металлическая губка приобрела коричне-
вый оттенок - значит, медь.
Чтобы результат был однозначным, добавил в раствор концентрированную соля-
ную кислоту по каплям. Выделение газа активизировалось (кроме водорода выде-
лялись и оксиды азота, а также, вероятно, - и другие продукты восстановления
азотной кислоты), раствор в месте попадания капель стал желтым (хлоридные
комплексы металлов образовались в месте избытка соляной кислоты). В результа-
те большая часть налета на гранулах цинка (металлическая губка)... исчезла.
Частично, налет, по-видимому, механически сорвали пузырьки водорода, а час-
тично он растворился в смеси кислот: азотной и соляной. В слабокислой среде
анион нитрата также проявляет окислительные свойства, но не особо сильные,
доказательство: медь и, возможно, никель, которые выделились из раствора (на
гранулах цинка) в присутствии нитрата. В сильнокислой среде окислительные
свойства нитрата проявляются гораздо сильнее, наглядная иллюстрация - раство-
рение многих металлов, в частности, - меди и никеля в азотной кислоте. Поэто-
му при добавлении соляной кислоты в раствор, содержащий нитраты, раствориться
могли и медь, и никель (металлы).
Какой смысл тогда было добавлять соляную кислоту? Чтобы отличить медь от
никеля: в избытке соляной кислоты и металлического цинка азотная кислота по-
степенно восстановится. Азотную кислоту необходимо было убрать, чтобы она не
мешала осаждению меди - для этого и нужен избыток соляной кислоты. В стакане
останутся: соляная кислота, цинк (гранулы на дне) , а также - катионы меди,
никеля и цинка. В таких условиях медь будет осаждаться в виде металла, никель
- нет (если никель и выпадет, он должен раствориться в соляной кислоте).
Небольшими порциями продолжил добавлять концентрированную соляную кислоту,
что активизировало реакцию.
В результате в стакане образовалась коричнево-красная губка меди - ее ни с
чем не спутаешь. Никель, цинк или другие металлы такой губки не дают.
Медь обнаружена.
Количество губки со временем росло. В струях пузырьков газа она напоминала
водоросли. К этому моменту запах азотной кислоты в газах, отходящих из стака-
на, давно исчез (нюхать раствор не советую: пары и аэрозоль соляной и азотной
кислот не очень полезны для здоровья и могут помешать Вашей долгой и счастли-
вой жизни).
Оставил стакан на ночь. Утром выделение газа продолжалось - очень слабое.
Губчатая медь осталась, раствор был голубой. Дополнительно выпал белый осадок
(вероятно, - хлорид цинка).
Определение
цинка
После определения меди в украинской монете 5 гривен осталось определить
цинк. Нет, я безусловно, верю утверждению на сайте Национального банка, что
монета сделана из цинкового сплава, вот только мудрые люди говорят, что ве-
рить государству - себе дороже. Поэтому проведем качественное определение
цинка в монете.
Для начала в раствор монеты в кислоте я добавил в избыток раствора едкое
кали. Гидроксид меди - в осадке, гидроксид цинка в растворе, т.к. он дает
гидроксокомплекс в избытке щелочи. Гидроксиды железа, никеля, марганца (в
случае присутствия данных металлов) - также будут в осадке. Фильтруем осадок,
а к фильтрату по капле при перемешивании добавляем азотную кислоту (или любую
другую сильную кислоту). В результате выпадает белый осадок гидроксида цинка
Zn(OH)2, который растворяется при дальнейшем добавлении кислоты с образовани-
ем прозрачного и бесцветного раствора. Как вариант, осадок гидроксида цинка
можно растворить, добавив избыток едкого кали.
Все хорошо, но, если вместо цинка (или вместе с цинком) в монете был алюми-
ний, то гидроксид алюминия А1(0Н)3 будет вести себя аналогично гидроксиду
цинка. Гидроксид алюминия так же будет растворяться в избытке едкого кали и
окажется в фильтрате после отделения осадка нерастворимых гидроксидов. Если к
этому раствору добавлять по каплям кислоту, то гидроксид алюминия сначала вы-
падет в осадок, а потом - растворится в избытке кислоты.
Это я помнил и тогда, только не было у меня вдохновения заниматься опреде-
лением алюминия во время качественного анализа латуни (в условиях кухни).
Как отличить гидроксиды цинка и алюминия? Гидроксид цинка растворяется в
избытке водного аммиака, гидроксид алюминия - нет. Цинк легко образует рас-
творимый комплекс с аммиаком, алюминий - нет. Таким образом, после осаждения
гидроксида кислотой к нему необходимо добавить избыток аммиака: гидроксид
цинка растворится, гидроксид алюминия - нет. То есть, полное растворение
осадка означает, что цинк есть, алюминия - нет. Если осадок не растворится,
это означает, что есть алюминий (без цинка или одновременно с некоторым коли-
чеством цинка, поскольку частичное растворение осадка можно и не заметить).
К трем частям дистиллированной воды добавил одну часть твердого гидроксида
калия (по объему - взвешивать не стал), полностью растворил. Потом к этому
раствору стал по каплям добавлять анализируемый раствор (монета 5 гривен,
растворенная в смеси соляной и азотной кислот). Сразу же на дне образовался
голубой желеобразный осадок, который первоначально не смешивался с остальным
раствором. Перемешал, на дне - светло-голубой осадок, который постепенно стал
отслаиваться от раствора. Профильтровал через бумагу. Фильтрат - прозрачный и
бесцветный. Вероятно, он содержит гидроксокомплекс цинка: K[Zn(OH)4] - гидро-
ксоцинкат калия.
По каплям стал добавлять концентрированную азотную кислоту. Вскоре раствор
стал бело-мутным - выпал гидроксид цинка.
По каплям при перемешивании добавил раствор аммиака. Осадок быстро раство-
рился с образованием прозрачного и бесцветного раствора аммиаката цинка.
Снова стал добавлять по каплям концентрированную азотную кислоту. Аммиачный
комплекс цинка разложился - снова образовалась белая муть гидроксида цинка.
При дальнейшем добавлении кислоты осадок исчез, раствор стал прозрачным и
бесцветным - нитрат цинка.
И, наконец, добавляю аммиак при перемешивании: сначала выпал гидроксид цин-
ка, который растворился в избытке аммиака с образованием прозрачного и бес-
цветного раствора аммиаката цинка.
Цинк обнаружен, алюминий - отсутствует.
Кстати, интересная система: гидроксокомплекс цинка - кислота - аммиак. На-
звать это "химическими колебаниями" будет неточно, я бы сказал это - химиче-
ское "перетягивание каната".
К гидроксокомплексу цинка добавляем по каплям сильную кислоту - выпадает
осадок гидроксида цинка, в избытке кислоты он растворяется. Теперь добавляем
аммиак: сначала выпадает гидроксид цинка, а в избытке аммиака он растворяется
с образованием аммиачного комплекса. Снова добавляем кислоту - сначала выпа-
дает гидроксид цинка, потом в избытке кислоты он растворяется.
Вместо аммиака можно взять сильную щелочь (едкий натр, едкое кали) - ре-
зультат будет тот же. Сам опыт можно начинать не с основного комплекса цинка,
к которому добавляют кислоту, а исходя из сульфата (нитрата, хлорида) цинка,
к которому добавляют щелочь или аммиак. Возможны и другие комбинации. Резуль-
тат будет аналогичным.
То есть, любой из реагентов при действии на раствор цинка сначала вызывает
образование осадка, а потом - его растворение. Дальнейшее прибавление этого
реагента уже ничего не меняет. Теперь - добавляем противоположный реагент -
снова осадок гидроксида цинка сначала выпадает, потом растворяется. После че-
го система уже не изменяется под действием данного реагента. Добавляем первый
реагент - снова получаем осадок, который потом растворяется, и т.д.
Вместо цинка можно взять медь или никель и использовать комбинацию: кислота
- аммиак: процессы будут аналогичными с той разницей, что данные металлы об-
разуют окрашенные соединения - в отличие от цинка.
Другой эксперимент.
В первом эксперименте я взял чешуйки едкого кали и в три раза больший объем
воды. В этот раз объемы едкого кали и воды были примерно равны (а, по-
видимому, едкого кали было больше) - т.е. раствор едкого кали был более креп-
ким. К моему удивлению, вся щелочь растворилась минут за 15.
Стал добавлять анализируемый раствор в стакан с едким кали по капле. Капли
стали застывать в голубые гелевые образования, похожие на водоросли. Происхо-
дящее напоминало опыт "Химические водоросли" ("Коллоидный садп), хотя и не
буквально. Капли оседали на дно, превращаясь в гель и не смешиваясь с осталь-
ным раствором. Не то водоросли, не то амебы, не то - медузы: трудно сказать,
на что это больше похоже. Потом эти образования объединились в синюю гелеоб-
разную массу на дне.
Все напоминало первый эксперимент, пока я не решил перемешать содержимое
стакана. В результате голубой осадок постепенно... растворился. Не весь, но
большая часть. Причем, чем больше я перемешивал реакционную смесь, тем больше
осадка растворялось.
Раствор стал синим, на дне осталось немного осадка. По-моему, - зеленого
цвета - это цвет гидроксида никеля (II), Ni(OH)2, но в цвете осадка я не уве-
рен.
Факт в том, что гидроксид меди растворился (II) в крепкой щелочи!
Образовался гидроксокупрат калия, К2[Си(ОН)4]. Что гидроксид меди (II) рас-
творяется в насыщенных растворах щелочей, я прочитал в школьном учебнике еще,
когда учился в школе (что было удивительно, поскольку почти все другие знания
и факты я почерпнул не из школьных учебников, а из книг, которые сам выби-
рал) . Вот только мои многочисленные попытки провести эту реакцию в лаборато-
рии не принесли успеха. Я брал растворы едкого натра, иногда - раствор с
осадком твердой щелочи и добавлял раствор соли меди. Результатом был черный
оксид меди, СиО: дело в том, что гидроксид двухвалентной меди - Си(ОН)2 легко
дегидратируется, иногда - даже под слоем раствора. Тепло реакции благоприят-
ствовало этому процессу.
А с гидроксидом калия все вышло - неожиданно и непрошено. Кстати, в прошлый
раз я тоже заметил, что местами раствор становится синим, но списал это на
образование суспензии гидроксида меди. На самом деле купрат калия,
К2[Си(ОН)4] образовался и тогда - в местах, где было больше щелочи, но при
перемешивании раствора он разложился, т.к. в реакционной смеси в целом не
хватало щелочи для его стабилизации. В этот раз щелочи было достаточно: я по-
лучил синий раствор и немного светлого (зеленого?) осадка.
С одной стороны, это замечательно: увидеть реакцию, которую я всю жизнь
мечтал увидеть, но не получалось. С другой стороны, мне нужно разделить медь
и цинк - поскольку в данных условиях (реакции с кислотами и аммиаком) медь
ведет себя аналогично цинку и мешает его обнаружению.
К счастью, такое разделение - не проблема. Гидроксокомплекс цинка (цинкат
калия), K2[Zn(OH)4] - сравнительно устойчив и не требует большого избытка
(или высокой концентрации) щелочи, а гидроксокомплекс меди (купрат калия) -
неустойчив и требует для своего образования высокой концентрации и избытка
щелочи. Значит, если раствор над осадком отобрать и небольшими порциями вы-
лить в избыток воды, то купрат калия разрушится - гидроксид меди Си(ОН)2 бу-
дет в осадке, а цинкат калия K2[Zn(OH)4] останется в растворе.
Плохо, что таким образом я разбавлю анализируемый раствор водой (было опа-
сение, что образование и растворение гидроксида цинка будет трудно увидеть),
но эту проблему я решил за счет объема: раз концентрация цинка будет ниже,
значит анализируемого раствора для последующего обнаружения цинка нужно брать
больше.
В чистый стакан налил около 60 мл дистиллированной воды и стал в него не-
большими порциями добавлять полученный синий раствор (стараясь не задеть оса-
док) - добавил примерно 2/3 объема. В стакане скоро возникла муть, позже -
появились голубые хлопья: это осаждался гидроксид меди. Оставил раствор -
большая часть хлопьев осела. Профильтровал через бумагу - образовался про-
зрачный и бесцветный раствор. Таким образом, медь осталась на фильтре в виде
гидроксида Си(ОН)2Л а цинк остался в растворе в форме цинката калия
K2[Zn(OH)4] .
К полученному раствору цинката калия по каплям стал добавлять концентриро-
ванную азотную кислоту. Сразу же первые капли вызвали образование на дне бе-
лого желеобразного осадка, который растворился при перемешивании. Некоторое
время так и продолжалось: на дне создавался локальный избыток азотной кисло-
ты, который вызывал выпадение гидроксида цинка, но в целом едкое кали остава-
лось в избытке, поэтому при перемешивании осадок быстро растворялся, новые
порции кислоты вновь вызывали образование осадка, а перемешивание вело к его
растворению и т.д. Продолжалось это сравнительно долго - из-за большого коли-
чества щелочи в растворе, но, разумеется, щелочь начала заканчиваться. Осадка
гидроксида цинка возникало все больше, а при последующем перемешивании он
растворялся все труднее, пока не перестал растворятся.
Гидроксоцинкат калия разрушился с образованием осадка гидроксида цинка:
[Zn(OH)4]2" + 2Н+ = Zn(OH)2 + 2Н20
В этот момент добавление азотной кислоты прекратил, чтобы осадок гидроксида
цинка не растворился в ее избытке. Теперь нужно проверить действие на осадок
аммиака (в предыдущей части статьи было отмечено, что таким способом можно
отличить гидроксид цинка от внешне похожего гидроксида алюминия, который не
растворяется в аммиаке).
Добавлял аммиак при перемешивании, в результате осадок постепенно раство-
рился с образованием бесцветного аммиаката цинка:
Zn(OH)2 + 4NH3 = [Zn(NH3)4]2+ + 20Н"
Теперь - действие азотной кислоты на аммиакат цинка. К прозрачному и бес-
цветному раствору аммиаката стал порциями добавлять азотную кислоту при пере-
мешивании. Сначала ничего не происходило, поскольку в прошлый раз я добавил
чрезмерный избыток аммиака. Но он стал заканчиваться и на дне появился белый
осадок гидроксида цинка. Сперва он растворялся при перемешивании, потом - пе-
рестал . Продолжил добавлять азотную кислоту - в ее избытке осадок гидроксида
цинка растворился:
[Zn(NH3)4]2+ + 20H" + 4Н+ = Zn(OH)2 + 4NH4+
Zn(OH)2 + 2Н+ = Zn2+ + 2Н20
Образовался прозрачный и бесцветный раствор нитрата цинка. Теперь - снова
добавил аммиак, осадок гидроксида цинка снова выпал, потом растворился в из-
бытке аммиака:
Zn2+ + 2NH3 + Н20 = Zn(OH)2 + 2NH4+
2+
Zn(OH)2 + 4NH3 = [Zn(NH3)4] + 20H
В стакане образовался прозрачный и бесцветный раствор аммиаката цинка. Хотя
в этом уже не было потребности, добавил к аммиакату цинка азотную кислоту,
наблюдая, сначала образование, а потом растворение белого осадка гидроксида
цинка.
Химичка
НЕКОТОРЫЕ МЕТОДЫ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
2C-I
2C-I — психоделический фенэтиламин из семейства 2С. Систематическое назва-
ние — 2,5-диметокси-4-йодофенэтиламин. Открыт и популяризован Александром
Шульгиным. Вещество используется для развлечения или в роли энтеогена; в ме-
дицине и промышленности не используется. Встречается в виде светло-
коричневого кристаллического порошка.
По субъективным ощущениям некоторых потребителей вещества, 2C-I похож на
свой аналог 2С-В, однако обладает более продолжительным действием, менее рез-
ким началом, меньшей змпатией, но большей ментальной глубиной. Может наблю-
даться стимулирующий эффект.
2C-I признаётся запрещённым наркотическим веществом в ряде европейских
стран. В США. нет прямого запрета на владение, продажу или употребление данно-
го вещества, однако законодательством предусмотрена ответственность за 2С-В,
a 2C-I может быть расценен как его аналог в соответствии с федеральным зако-
ном.
Запрещён на территории России с 26 октября 2011 года как производная 2,5-
Диметоксифенэтиламина.
Синтез по
Шульгину
Раствор 50 г 2,5-диметоксибензальдегида в 100 г нитрометана обрабатывали 5
г безводного ацетата аммония и нагревали на паровой бане в течение 4 часов.
Раствор декантировали от небольшого количества нерастворимого вещества и уда-
ляли растворитель в вакууме. Прозрачный маслянистый остаток растворяли в 100
мл кипящего изопропилового спирта, который после кратковременного отстаивания
образовывал плотные кристаллы. После доведения до комнатной температуры их
удаляли фильтрованием, продукт промывали изопропиловым спиртом и сушили на
воздухе, получая 56,9 г 2,5-диметокси-р-нитростирола в виде эффектных оранже-
вых кристаллов с т.пл. 119-120 С. Аналитический образец из этилацетата пла-
вился при 120-121 С.
Суспензию 60 г ЛАГ в 500 мл безводного ТГФ помещали в инертную атмосферу,
перемешивали магнитной мешалкой и доводили до температуры кипения с обратным
холодильником. Добавляли по каплям 56 г 2,5-диметокси-р-нитростирола, раство-
ренного в ТГФ, и реакционную смесь кипятили с обратным холодильником в тече-
ние 36 часов. После доведения до комнатной температуры избыток гидрида разру-
шали 40 мл ИПС, а затем 50 мл 15%-ного раствора NaOH. Для легкого перемешива-
ния потребовались дополнительные 100 мл ТГФ, а для полного превращения солей
алюминия в рыхлую, белую, поддающуюся фильтрации консистенцию потребовались
дополнительные 150 мл Н20. Это твердое вещество удаляли фильтрованием, а оса-
док на фильтре промывали дополнительным количеством ТГФ. Объединенный фильт-
рат и промывные воды упаривали под вакуумом от растворителя, а остаток рас-
творяли в разбавленной H2S04. Промывка 3x75 мл СН2С12 удалила большую часть
цвета, а водную фазу подщелочили водным раствором NaOH и повторно экстрагиро-
вали ЗхЮО мл СН2С12. После удаления растворителя получали 39,2 г бледно-
янтарного масла, которое перегоняли. Фракция, кипящая при 80-100 С при 0,4 мм
рт. ст., имела массу 24,8 г и представляла собой амин молочно-белого цвета. В
качестве свободного основания он подходил для большинства дальнейших синтети-
ческих стадий, которые могли бы потребоваться, но в этой форме он быстро по-
глощал углекислый газ при контакте с воздухом. Его легко преобразовать в гид-
рохлорид путем растворения в 6 объемах изопропилового спирта, нейтрализации
концентрированной НС1 и добавления достаточного количества безводного Et20
для получения постоянной мутности. Кристаллы гидрохлорида 2,5-диметоксифене-
тиламина (2С-Н) образовывались спонтанно, их удаляли фильтрованием, промывали
Et20 и сушили на воздухе. Т.пл. 138-139 С.
Смесь 7,4 г фталевого ангидрида и 9,05 г 2,5-диметоксифенилэтиламина нагре-
вали открытым пламенем. Образовалась одна прозрачная фаза с потерей Н20. По-
сле того как горячий расплав оставался неподвижным в течение нескольких ми-
нут, его выливали в чашку для кристаллизации, получая 14,8 г сырого твердого
продукта. Его перекристаллизовывали из 20 мл CH3CN с учетом эндотермического
растворения и экзотермической кристаллизации. Оба перехода должны быть выпол-
нены без спешки. После фильтрации твердые вещества промывали 2x20 мл гексана
и сушили на воздухе до постоянной массы. Выход 12,93 г N-(2-(2,5-
диметоксифенил)этил)фталимида был получен в виде электростатических желтых
кристаллов с т.пл. 109-111 С. Образец, перекристаллизованный из ИПС, имел бе-
лый цвет, т. пл. 110-111 С.
К раствору 12 , 9 г N-(2-(2,5-диметоксифенил)этил)фталимида в 130 мл теплой
(35 С) уксусной кислоты при интенсивном перемешивании прибавляли раствор 10 г
монохлорида йода в 40 мл уксусной кислоты. Смесь перемешивали в течение 1 ча-
са при температуре около 30 С. Реакционную смесь выливали в 1500 мл Н20 и
экстрагировали 4x75 мл СН2С12. Экстракты объединяли, промывали один раз 150
мл Н20, содержащей 2,0 г дитионита натрия, и растворитель удаляли в вакууме с
получением 16,2 г N-(2-(2,5-диметокси-4-иодофенил)этил)фталимида в виде жел-
то-янтарного цвета, твердые вещества с т.пл. 133-141 С. Эта точка плавления
была улучшена путем перекристаллизации из 75 мл CH3CN с получением 12,2 г
бледно-желтого твердого вещества с точкой плавления 149-151 С. Небольшая про-
ба из большого количества ИПС дает белый продукт с температурой плавления
155,5-157 С.
К раствору 12 ,2 г N-(2-(2,5-диметокси-4-иодофенил)этил)фталимида в 150 мл
горячего ИПС добавляли 6,0 мл гидразингидрата и нагревали прозрачный раствор
на водяной бане. Через несколько минут образовалось белое твердое вещество,
похожее на творог (1,4-дигидроксифтализин). Нагревание продолжали еще не-
сколько часов, реакционную смесь охлаждали и твердые вещества удаляли фильт-
рованием. Их промывали 2x10 мл EtOH, объединенный фильтрат и промывки удаляли
от растворителя в вакууме с получением остатка, который при обработке водным
раствором хлористоводородной кислоты давал 3,43 г объемистых белых кристал-
лов . После перекристаллизации из 2 масс Н20, фильтрации, промывки сначала
ИПС, а затем Et20 и сушки на воздухе получали 2,16 г гидрохлорида 2,5-
диметокси-4-иодофенетиламина (2C-I) в виде белого микрокристаллического твер-
дого вещества с 246-247 С.
Из гидрохинона
30-40 мл концентрированной серной кислоты растворяли в 800 мл воды. Добав-
ляют 50 г гидрохинона, после чего в раствор небольшими порциями добавляют
примерно 85 г дихромата калия и периодически энергично встряхивают, поддержи-
вая температуру около 20 С. Через 3 дня смесь охлаждали, зеленоватый осадок
отфильтровывали, сушили. Выход: 44 г (около 90%).
П-метоксифенол
К 50 г гидрохинона и 6 г хингидрона добавляют раствор 30 мл серной кислоты
в 250 мл метанола. Реакционной смеси дают постоять семь дней. Избыток метано-
ла отгоняли из прозрачного коричневатого раствора (набрали 150 мл, время на-
гревания 45 мин). Черный остаток разбавляют водой, небольшим количеством рас-
твора гидроксида натрия и экстрагируют прозрачную смесь растворителем (толу-
ол-этилацетат-ацетон). Экстракты объединяют, обрабатывают кальцинированной
содой и подвергают перегонке. Основной продукт собирают в диапазоне темпера-
тур 235-255 С. (Значительная часть вещества перегонялась при 240-243 С).
Масса продукта желтого цвета 36 г, выход 64%.
Реакция Раймера — Тимана
46 г гидроксида натрия растворяли в 52 мл раствора метанола и воды. К ще-
лочному раствору добавляли 18 г п-метоксифенола. Смесь нагревали на водяной
бане (диапазон температур 58-83 С). В смесь небольшими порциями в течение 140
мин добавляли 23 мл СНС13 и энергично встряхивали. Реакция позволила пройти
еще 15 мин. После этого смесь разбавляли раствором 30 мл серной кислоты
(конц.) в воде, экстрагировали СНС13, который отгоняли с водяным паром. Полу-
чали около 750 мл мутной жидкости желтого цвета. Из дистиллята экстрагировали
СНС1з, который упарили. Выход 14,6 г окрашенной жидкости.
Метилирование в этиленгликоле
60 г карбоната калия суспендировали в 60 мл свежего дистиллированного эти-
ленгликоля. Затем добавили 30 мл гидроксиметоксибензальдегида и 18 мл мети-
лиодида.
Реакционную смесь кипятили и периодически встряхивали в течение 5,5 часов.
После охлаждения глубоко красноватую массу перегоняли с водяным паром. Объем
дистиллята около 1,2 л, содержит рыхлое белое твердое вещество.
Этот материал экстрагировали СНС13. Полученный раствор экстрагировали 3*50
мл 20%-ного раствора NaHS03. Комплекс разрушали требуемым количеством 20%
NaOH. Белое твердое вещество экстрагировали, растворитель отгоняли. Выход:
5,3 г (иглы после перекристаллизации из гексана).
Катализатор
0,5 г MeNH2'HCl помещают в колбу, содержащую 25 см3 EtOH и около 1 г кальци-
нированной соды и выдерживающую пару часов при периодическом перемешивании.
Приготовленный раствор MeNH2 добавляют к раствору 2, 5ДМБА в 5 см3 EtOH и 4 см3
MeN02. колбу упаковывают в черный пакет и выдерживают при комнатной темпера-
туре около 100 ч (через 3 ч выделяется оранжевое твердое вещество). Реакцион-
ную массу разбавляют 50 мл воды и хранят в холодильнике. Воду выливали и
грязно-оранжевое твердое вещество перекристаллизовывали из 26 мл этанола. Ре-
ципитат собирали и использовали на стадии восстановления.
Амин
Нитростирол растворяли в 60 мл лед. уксусной кислоты, 80 мл этанола, 30 мл
воды, 0,5 г HgBr2. В реакционный сосуд в течение 30 мин добавляли около 12 г
алюминиевой фольги. Реакция экзотермическая. Примерно через 90 мин в колбу
добавляют несколькими порциями 150 г NaOH в 350 мл воды. Суспензию несколько
раз экстрагировали смесью толуол/бутилацетат/бутанол. Органический раствори-
тель экстрагируют разбавленной серной кислотой. Темно-коричневый раствор экс-
трагируют СНС1з и обрабатывают углем, фильтруют.
Раствор обрабатывали едким натром и экстрагировали СНС13. Последнюю обраба-
тывали содой, фильтровали и выпаривали растворитель. Янтарное масло (около
4,5 г) растворяли примерно в 50 мл этанола и титровали этанольным раствором
серной кислоты. (Расчеты показали наличие 3,6 г основания). Какие-либо твер-
дые вещества не отделялись.
Йодирование
Полученный раствор сульфата делят на две равные части. Одну часть разбавля-
ли этанолом до объема 150 мл. К раствору добавили около 5 г йода (очень хоро-
шего порошка) и около 6 г Ag2S04. Колбу накрывали черным карманом и периоди-
чески встряхивали в течение 15 ч. После этого реакционную смесь нагревали
около 30-40 мин и периодически встряхивали. Ag2S04 отделили. Темно-янтарный
раствор разбавляли небольшим количеством воды и в колбу добавляли Na2S03.
Цвет раствора изменился на желтый. Спирт отгоняли, остаток обрабатывали едким
натром, экстрагировали СНС13, растворитель упаривали. Выход: около 2,5 г ян-
тарного масла. Масло обрабатывали избытком соляной кислоты. Реакционную смесь
разбавляли этанолом, водой и упаривали на водяной бане. Темно-коричневую смо-
листую массу обрабатывали ацетоном, твердое вещество кремового цвета отделяли
фильтрованием, сушили. Выход: 250 мг воздушного порошка светло-кремового цве-
та.
Через азид его
гидрокоричной
кислоты
Брался покупной 2,5-ДМБА, он в присутствии морфолина конденсировался с ма-
лоновой кислотой с образованием 2,5-диметоксикоричной кислоты. Ее фильтрова-
ли, растворяли в метаноле и кипятили с серной кислотой, с получением раствора
метилового эфира. К нему прямо без выделения добавляли суспензию в метаноле
никеля Ренея, приливали серную кислоту при перемешивании и получали таким об-
разом метиловый эфир 2,5-диметоксигидрокоричной кислоты. Его йодировали йодом
с нитратом серебра. Полученный метиловый эфир кипятили в спирте с гидразин
гидратом, получался гидразид. Его диазотировали и получали азид. Азид кипяти-
ли в толуоле, получая изоцианат, который при обработке водной соляной кисло-
той давал гидрохлорид 2C-I.
По этой методике получен 2C-I с выходом 47,2% (18,9 ммоль из 40 ммоль гид-
разид а) .
2,5-Диметоксикоричная кислота
О.
О
О..
о
о
-">--. .--"'""•->- ^-' "--
"О
о
о.
-.*--.
о
с
"О
2,5-DMBA MW 166,18, 330 mmol, 55g
СН2(СООН)2 MW 104,06, 2 eq. , 670 mmol, 70 g
Py MW 79,101, d = 0.98, 5 eq., 1600 mmol, 127 g, 130 ml
H2S04 80 ml
2,5-DMCA MW 208,22
В круголодонную колбу емкостью 0,5л, снабженную обратным холодильником, по-
местили смесь ДМБА и малоновой к-ты с пиридином. Смесь нагрели при перемеши-
вании до растворения твердых веществ (50 С) , после чего добавили 5 мл морфо-
лина. Температуру смеси осторожно повысили до 70-75 С, так чтобы скорость вы-
деления газа была не слишком большой, через час повысили температуру до 90 С
и еще через 30 минут смесь довели до кипения и кипятили в течение 2 часов.
Остывшую РМ вылили при перемешивании в раствор 80 мл серной к-ты в 800 мл
холодной воды, выпавший желтый кристаллический осадок отфильтровали, тщатель-
но промыли на фильтре холодной водой.
Для проведения последующих превращений, сырую кислоту суспендировали в 200
мл толуола в 1 л круглодоннои 2-горлой колбе, после чего толуол отогнали на
роторе и остаток использовали непосредственно на следующей стадии, считая вы-
ход количественным.
Повторный синтез
■ 2,5-DMBA MW 166,18, 660 mmol, llOg
■ CH2(COOH)2 MW 104,06, 2 eq. , 1350 mmol, 140 g
1 Py MW 79,101, d = 0.98, 5 eq. , 3350 mmol, 265 g, 260 ml
■ H2S04 160 ml
■ 2,5-DMCA MW 208,22, 670 ммоль, 140 г (100%)
В 2 л круглодонную колбу, снабженную обратным холодильником, поместили 110
г 2,5-ДМБА, 140 г малоновой к-ты и 260 мл пиридина (используется неочищен-
ный) . Смесь нагрели до 50 С и перемешиванием добились растворения кристалли-
ческих компонентов, после чего добавили 10 мл морфолина, тщательно встряхнули
и оставили на ночь (происходит медленное выделение С02, вывод холодильника
закрывают ватной пробкой).
Метиловый эфир 2,5-диметоксикоричной к-ты и его восстановление
■ 2,5-DMCA MW 208,22, 330 ммоль
■ Ni/Al 50/50 660 ммоль, 70г
■ H2S04 120 ml
■ Methyl ester MW 224,26, 245 mmol, 55g (74.3%) bp = 156-8°C / 5 Torr
К сырой, высушенной азеотропной отгонкой, диметоксикоричной кислоте (из
первой наработки), находящейся в 1 л 2-горлой колбе, добавили 500 мл метанола
и 3 мл серной к-ты. Реакционную массу кипятили в течение 6 часов, после чего
оставили на ночь.
Колбу снабдили баней с холодной водой, в центральное горло поместили меха-
ническую мешалку, а боковое снабдили капельной воронкой (с 200 мл 60%об. сер-
ной к-ты). К полученному раствору метилового эфира диметоксикоричной к-ты
прибавили никель Ренея в виде суспензии в минимальном объеме метанола, полу-
ченный выщелачиванием 75 г сплава Ренея. При интенсивном механическом переме-
шивании к РМ прибавили по каплям, в течение 3 часов, раствор серной к-ты. По-
сле прибавления всей серной к-ты, смесь перемешивали дополнительно в течение
30 минут, добавили 150 мл толуола и перемешивали еще 15 минут. Остатки никеля
отфильтровали (РМ разбавляется водой, суммарный объем после фильтрования со-
ставляет 1,5 л), органический слой отделили, водный экстрагировали дополни-
тельно 50 мл толуола. Толуольный экстракт осушили и упарили на роторе, оста-
ток перегнали в вакууме масляного насоса (перегоняется практически нацело).
Повторный синтез
■ 2,5-DMCA MW 208,22, 660 ммоль, 140 г
■ Ni/Al 50/50 660 ммоль, 140г
■ H2S04 250 ml
■ Methyl ester MW 224,26, 557 mmol, 125g (74.3%) bp = 130-1°C / 1 Torr
В качестве растворителя используется метанол, общим объемом 1,2 л.
Реакцию проводили в 2 л стакане, при охлаждении льдом (Т РМ поддерживали на
уровне 25-30 С) при интенсивном механическом перемешивании. Скорость прибав-
ления серной кислоты поддерживали на таком уровне, чтобы РМ не пенилась слиш-
ком сильно и температура не повышалась выше 30 С.
Метиловый эфир и гидразид 3-(4-Йод-2,5-диметоксифенил)пропионовой к-ты
■ Methyl ester MW 224,26, 200 mmol, 45g
■ Йод MW 253,81, 1 eq., 200 mmol, 50.7g
■ AgN03 MW 169,87, 210 mmol, 35,7g
N2H4H20 MW 50.0, 35 ml
Гидразид MW 350,16, 33g (94 mmol) (47%)
О | О . о
*-
O'
O'
~N
i" --^ ^o К -•■'- "o
В 2л круглодонной колбе приготовили раствор 35,7 г нитрата серебра и 45 г
метилового эфира 3-(2,5-диметоксифенил)пропионовой к-ты в 1,2 л метанола. К
нему при перемешивании, защитив колбу от воздействия света с помощью алюми-
ниевой фольги, прибавили по каплям раствор 50,7 г йода в ^600 мл метанола в
течение 2 часов. РМ перемешивали дополнительно в течение получаса, после чего
оставили на ночь.
После фильтрования (осадок промыли 2 раза метанолом и промывки объединили с
фильтратом) фильтрат упарили при атмосферном давлении до объема 500 мл, доба-
вили 35 мл гидрата гидразина (вспенивание). Потемневший раствор кипятили с
обратным холодильником в течение 15 минут, охладили до комнатной температуры,
отфильтровали от небольшого темного осадка и продолжили кипячение в течение 3
часов, после чего оставили на ночь. Выпавшие кристаллы отфильтровали, промыли
2 раза метанолом.
Азид 3-(4-йод-2,5-диметоксифенил)пропионовой к-ты
и его перегруппировка по Курциусу
,0 i О |
I II I || .vN I
I :i N — 11 ' N — i :i
к ^-:-' "o i" "-•" "о г" --^ -o
I I I
Mo -c°2 ,АД0 h-ci
Эти процедуры совершенно стандартные и для химика не составит труда восста-
новить методику для своей эксплуатации.
Диазотирование в АсОН гидрохлорида гидразида 2C-I-кислоты
■ Гидразид MW 350,16, 17,5д (50 mmol)
■ НС1 36% MW 36.46, 5 ml
■ NaN02 3.5g
■ АсОН 70 ml
■ 2C-IHC1 MW 343,59, 15,7 mmol, 5,4g, 31.4%
Диазотирование в АсОН
■ Гидразид MW 350,16, 15,0g (42.8 mmol)
■ NaN02 3.5g
■ AcOH 50 ml
■ 2C-IHC1 MW 343,59, 20,4 mmol, 7g, 47.6%
Делалось кажется так: к раствору гидразида в АсОН добавлялся насыщенный
водный раствор нитрита натрия при охлаждении и перемешивании, это дело какое-
то время перемешивалось, далее разбавлялось водой и экстрагировался азид то-
луолом. Толуольныи экстракт осушался хлористым кальцием и осушенный кипятился
часик с ОХ. Далее к нему добавлялось небольшое количество конц. соляной ки-
слоты и фильтровался гидрохлорид 2C-I.
Диазотирование трифторацетата гидразида в ДМФА
3-[Диметил(фенил)силил]-3-фенилпропионилазид 5а. Гидразид кислоты 4а (298
мг, 0.926 ммоль) растворяли в ДМФА (5 см3), содержащем 4М водную соляную ки-
слоту (4М, 0.5 см3, 2 ммоль), охлаждали до -5 С и обрабатывали насыщенным
раствором нитрита натрия (70 мг, 1 ммоль) в воде. Перемешивание продолжали
при температуре от -5 до 0 С в течение 10 мин, разбавляли ледяной водой (50
см3) и экстрагировали холодным (0 С) хлороформом, не содержащим этанола (2 х
10 см3). Органический экстракт промывали ледяной водой и сушили над безводным
MgS04 при 0 С.
Аналогичным образом моноацилазиды 5b-d получали из соответствующих моногид-
разидов 4b-d по приведенной выше схеме. Для приготовления диацилазида 10 М
водн. использовали соляную кислоту (4 экв.) и нитрит натрия (2 экв.).
Длинный
синтез
Он был задуман как попытка утилизации 2,5-диметокси-4-нитробензальдегида,
побочного продукта нитрования 2,5-DMBA. Основной продукт, 3,6-диметокси-2-
нитробензальдегид, был использован в совершенно другом синтезе
No
^Ч-
GnN"
1)NaBhVEtOH
2)SOCI2/DCM
OnN
N>
1)BrMgCH(C00Et)2/THF
2JHCI /H20, Д
OnN
COOH
1)H2-Pd /C
2)HCI0i; NaN02
3)Nal, A
s
COOH
1)Et3N; EtOCOCI
2)NaN3
3)Д,-М2
4)HCI /H20 -THF
^
S
^Hg^CI-
2,5-Диметокси-4-нитробензилхлорид
■ 4-N02-2,5-DMBA, C9H9NO5, MW 211.17
■ 4-N02-2,5-DMBnCl, C9Hi0ClNO4, MW 231.64
К суспензии 4.796 г 2,5-диметокси-4-нитробензальдегида в 100 мл 95%-ного
EtOH и 25 мл THF прибавили 0.95 г NaBH4 и перемешивали при комнатной темпера-
туре (исходное вещество растворяется, выпадают хлопья, раствор оранжевый) 1 ч
15 мин (ТСХ в СНС13 - Ме2СО 19:1 v/v показывает завершение реакции), после
чего к смеси по каплям прибавили при перемешивании 2 мл АсОН (сильное выделе-
ние Н2) , упарили в вакууме, остаток распределили между 10 мл воды и 60 мл
СНС1з, органический слой отделили, сушили фильтрованием через смесь Na2S04 и
целита, упаривали в вакууме и высушивали в вакууме масляного насоса, что дало
жёлтые мелкие кристаллы 2,5-диметокси-4-нитробензилового спирта.
Их суспендировали в 40 мл сухого DCM, прибавили 3 мл S0C12, 2 капли Аликва-
та 336 и перемешивали при комнатной температуре. Исходное вещество растворя-
лось, медленно выделялись НС1 и S02. Через 1 ч 40 мин прибавили ещё 1 мл
S0C12 (по ТСХ реакция ещё не завершилась) и оставили ещё на 1.5 ч (по ТСХ
видны следовые количества исходного спирта; возможно, хлорид частично гидро-
лизуется на пластинке), после чего упарили в вакууме и остаток (грязно-жёлтые
кристаллы) высушивали в вакууме масляного насоса, что дало 5.296 г (колич.)
2,5-диметокси-4-нитробензилхлорида.
3-(2,5-Диметокси-4-нитрофенил)пропионовая кислота (без очистки)
EtBr, MW 108.97, d 1.460
Mg, AW 24.31
CH2(COOEt)2, MW 160.17, d 1.055
4-N02-2,5-DMP-(CH2)2COOH, CnHi3N06, MW 255.23
В 3-хгорлой круглодонной колбе ёмкостью 250 мл, снабжённой обратным холо-
дильником, капельной воронкой и якорем магнитной мешалки создали атосферу ар-
гона, после чего прибавили 1.22 г активированного Mg (2.2 eq.) и 35 мл абс.
THF. При перемешивании прибавляли по каплям раствор 3.4 мл EtBr (2 eq.) в 15
мл абс. THF (к концу прибавления смесь закипает) и продолжали перемешивание
без внешнего нагревания 1 ч.
К полученному раствору EtMgBr медленно прибавляли 13.8 мл (4 eq.) свежепе-
регнанного в вакууме диэтилмалоната (после 3 мл смесь почти кипит; этан выде-
ляется, пока не прибавлено ^7 мл) . К полученному раствору магниевого произ-
водного диэтилмалоната за один приём прибавили раствор полученного ранее 2,5-
диметокси-4-нитробензилхлорида (5.296 г, 1 eq.) в 50 мл абс. THF и смывали
остатки вещества с капельной воронки ещё 15 мл абс. THF. Различить исходный
хлорид и продукт по ТСХ (петр. эфир - EtOAc 7:3 v/v) не удаётся; теплового
эффекта нет, поэтому смесь оставили при комнатной температуре в темноте на
ночь и 8 дней.
После этого пробу реакционной смеси (1 мл) распределили между бензолом и
водой, органический слой промывали водой, упаривали и к остатку прибавляли
3%-ный раствор AgN03 в МеОН. После 1 ч стояния при комнатной температуре
осадка галогенидов серебра не образуется. Эквивалентное количество бензилхло-
рида в тех же условиях даёт обильный осадок AgCl. Был сделан вывод о полноте
протекания реакции.
Реакционную смесь подкислили 5 мл АсОН, фильтровали через вату, упарили в
вакууме и остаток распределили между 70 мл PhMe и 100 мл воды; органический
слой промыли ещё 2x100 мл воды и упарили в вакууме досуха, что дало 16.88 г
тёмно-жёлтой маслообразной смеси диэтилового эфира (2,5-диметокси-4-
нитробензил)малоновой кислоты с избытком малонового эфира, которая частично
закристаллизовалась в течение ночи.
К полученной смеси прибавили 50 мл воды и 50 мл конц. соляной кислоты и пе-
ремешивали при кипячении (баня 120 С) с обратным холодильником. Через 0.5 ч
растворение неполное; прибавили ещё по 30 мл воды и соляной кислоты и кипяти-
ли при перемешивании в течение ночи. Смесь побурела; растворение всё равно
неполное. После охлаждения до комнатной температуры из смеси выпадают кри-
сталлы: тёмно-бурые из масла и жёлтые из водного слоя. Смесь экстрагировали
хлороформом, 40 мл и 4x20 мл; объединённые экстракты промыли 50 мл воды, су-
шили фильтрованием через смесь Na2S04 и целита, упаривали в вакууме и высуши-
вали в вакууме масляного насоса, что дало 5.8 г (колич.) буроватых кристал-
лов. По ТСХ (PhH - EtOAc 1:1 v/v) одно основное пятно с Rf ^0.6 и небольшая
примесь с более высоким Rf, вероятно, спирт. Хлорида нет совсем.
3-(2,5-Диметокси-4-иодфенил)пропионовая кислота
IDMP(CH2)2COOH, C11H13IO4, MW 336.13
Неочищенную (а зря!) 3-(2,5-диметокси-4-нитрофенил)пропионовую кислоту (5.8
г) суспендировали в смеси 90 мл 95%-ного EtOH, 10 мл АсОН, 25 мл воды и 1 мл
НСООН (растворение почти полное) и дважды повторяли вакуумирование до вскипа-
ния и заполнение прибора водородом из газометра. Прибавили 0.26 г 10%-ного
Pd/C и перемешивали при доступе водорода из газометра. За 3 ч 40 мин поглоти-
лось ^0.25 л Н2. Прибавили 0.21 г 10%-ного Pd(OH)2/C и гидрировали ещё 1 су-
тки, после чего прибавили ещё 0.13 г 10%-ного Pd(OH)2/C, вакуумировали до
вскипания, заполнили прибор водородом и гидрировали ещё одни сутки, хотя рас-
твор уже потерял жёлтую окраску и поглощения водорода не происходило.
Катализатор удалили фильтрованием через слой целита, раствор упарили в ва-
кууме досуха и остаток несколько раз соупаривали с водой для удаления летучих
кислот. На воздухе продукт сильно побурел. Теперь это сироп, малорастворимый
в воде. К нему прибавили 50 мл воды, 5.5 мл НС104 d 1.5416 (растворение не-
полное, т. е. есть полимеры, почернело), охладили смесью льда с NaCl (частич-
но кристаллизуется) и по каплям при перемешивании прибавляли раствор 1.59 г
NaN02 в 5 мл воды. Перемешивали при охлаждении чуть ниже 0 С 40 мин, после
чего прибавили раствор 10 г NaI'2H20 в 30 мл воды. Газовыделение слабое. Чёр-
ную смесь со смолистым осадком медленно нагрели до кипения, охладили и экст-
рагировали хлороформом.
За точность описания в этой части я не ручаюсь, так как решения принимались
спонтанно и действия не записывались.
Экстракты фильтровали, упаривали, из полученной чёрной смолы продукт экст-
рагировали горячим раствором Ыа2СОз в несколько приёмов, экстракты фильтрова-
ли, обрабатывали активированным углём, подкисляли; выпавшую темно-окрашенную
массу высушивали и многократно экстрагировали горячим гептаном. Экстракты ещё
горячими обрабатывали небольшим количеством силикагеля для сорбции окрашенных
примесей и фильтровали. Объединённые экстракты упаривали и кристаллизовали,
кажется, из смеси СНС1з - петр. эфир. Всего получено 2.882 г (38% на альде-
гид) светло-бурых кристаллов, как ни странно, чистых по ТСХ.
2,5-Диметокси-4-иодфенэтиламина гидрохлорид
Et3N, MW 101.19, d 0.726, VM 139.38
EtOCOCl, MW 108.52, d 1.135, VM 95.61
NaN3 FW 65.01
2C-IHC1, C10H15CIINO2, FW 343.59
К раствору 2.882 г 3-(2,5-диметокси-4-иодфенил)пропионовой кислоты в 30 мл
абс. THF прибавили 1.44 мл (1.2 eq.) Et3N (после прибавления 1.18 мл раствор
был щелочным, т. е. мол. масса кислоты не ниже расчётной), охладили в бане с
температурой -20 С и по каплям при перемешивании прибавили в течение 10 мин
0.99 мл (1.2 eq.) EtOCOCl. Образовавшийся осадок гидрохлорида триэтиламина
смыли со стенок колбы 5 мл абс. THF и перемешивали при -20 С 40 мин. Затем
прибавили по каплям при перемешивании и охлаждении раствор 1.68 г NaN3 в 9 мл
воды за 8 мин. Реакционная смесь после этого состоит из двух слоев и твёрдой
фазы. Прибавили 13 мл воды (твёрдая фаза растворяется) и перемешивали 1.5 ч
(за это время баня отогрелась до 0 С) . Далее прибавили ледяной воды до сум-
марного объёма ^100 мл и экстрагировали смесью PhH - Et20 2x40 и 2x20 мл,
пропуская экстрагент через воронку с колотым льдом для охлаждения. Экстракты
промыли 100 мл ледяной воды, сушили Na2S04 при +5 С, фильтровали через вату,
упаривали в вакууме (баня 40 С) и полученное буроватое масло высушивали не-
сколько минут в вакууме масляного насоса (во время экстракции, упаривания и
высушивания ацилазид медленно разлагался с выделением азота).
Ацилазид растворили в 30 мл абс. PhMe в атмосфере аргона и медленно нагрели
до начала интенсивного выделения азота. Через несколько минут, когда реакция
замедлилась, смесь довели до кипения (баня 120 С) и кипятили 20 мин. Охладили
в атмосфере аргона, упарили в вакууме и прибавили при перемешивании 15 мл
конц. соляной кислоты. При этом бурое масло сырого изоцианата закристаллизо-
валось; выделение С02 слабое. После прибавления 50 мл THF и растирания комков
осадка происходит выделение С02, разогревание смеси и образование мелкодис-
персного осадка гидрохлорида продукта. После прибавления ^20 мл воды образу-
ется прозрачный раствор. Его упаривали в вакууме до удаления THF; из образо-
вавшейся кашицы кристаллов экстрагировали несолевые примеси эфиром (40 и 2x20
мл; экстрагируется очень мало), снова упаривали почти досуха, растирали с 20
мл воды, выдерживали в морозильнике до начала замерзания воды, фильтровали,
перенося кристаллы на фильтр холодной разбавленной (1:10) соляной кислотой,
смывали маточный раствор с кристаллов эфиром, промывали смесью эфир - THF 1:1
(всего 30 мл) и сушили током воздуха, что дало 2.518 г (85%) рыхлых белых
кристаллов с лёгким оттенком. Маточный раствор и смывы упарили до начала от-
гонки воды, экстрагировали несолевые примеси 2x5 и 2.5 мл DCM, упарили водный
раствор до ^2 мл, выдерживали в морозильнике до начала замерзания, кристаллы
отфильтровывали, перенося на фильтр с помощью эфира, промывали 2x5 мл 1:1
смеси эфира с THF и сушили током воздуха, получая дополнительно 0.192 г про-
дукта. Общий выход 2.710 г (92%); по ТСХ продукт чист и очень близок к 2С-Е.
2С-Н синтез через
конденсацию Дарзена
94,5 г (1 моль) хлоруксусной кислоты растворяли в 350 мл (10 моль) метано-
ла, 2,5 мл (5 г) 98% H2S04 добавляли, и смесь обрабатывали в течение 12 ча-
сов . Раствор нейтрализовали с помощью Na2C03, фильтровали, а большую часть
метанола удаляли путем испарения. Остаток промывали 100 мл воды, сушили над
Na2S04 и дистиллированным чистым метилхлорацетатом собирали при 130-132 С.
(Внимание: метилхлорацетат - лахриматор!)
Метил 2,5-диметоксифенилглицидат
15% раствор метоксида натрия в метаноле готовили путем растворения 2,75 г
свежесрезанного металла натрия (120 ммоль) в 50 мл МЕОН (осторожность: сильно
экзотермические, медленно добавляют мелкие кусочки). Полученный раствор затем
добавляется по капле в течение одного часа к хорошо перемешанному раствору
метилхлолоацетата (140 ммоль, 10,9 г), в котором 2,5-диметоксибензальдегид
(100 ммоль, 16,6 г) был растворен. На протяжении всего дополнения температура
сохранялась между 15-20 С, после чего перемешивание продолжалось еще час при
комнатной температуре.
2,5-диметоксифенилглицидная кислота
В течение двух часов приведенный выше эфирный раствор добавляется каплю к
раствору 9,8 г 85% КОН (0,15 моля) в 13 мл воды, сохраняя температуру между
15-20 С. Реакционную смесь перемешивают еще три часа при этой температуре,
затем при комнатной температуре в течение 12 часов, затем охлаждают до 10 С и
отфильтровали.
2,5-диметоксифенилацетальдегид
Твердое вещество промывается 2x15 мл метанола, а затем добавляется в смесь,
состоящую из 50 мл воды, 50 мл метиленхлорида и 14 г КН2Р04, сохраняя при
этом реакционную смесь при перемешивании в течение двух часов при комнатной
температуре. Затем два слоя разделяют, водную фазу дважды экстрагивают 25 мл
метиленхлорида, затем выброшены, в то время как органические слои собирают и
промывают 25 мл DH20.
2,5-диметоксифенилацеталдоксим
Объединенные органические экстракты добавляются капля с сильным перемешива-
нием в 25% водного раствора 0,3 моль гидроксиламина (от 20,9 г гидроксиламина
гидрохлорида и 12 г NaOH в 100 мл воды) , сохраняя температуру при -5 С в те-
чение примерно двух часов. Затем добавляются 0,4 грамма хлорида натрия, а
слои разделяют, водный слой экстрагируют 3x10 мл DCM, а объединенные органи-
ческие экстракты добавляются к 50 мл метанола.
Вышеуказанный альдоксим затем снижается с использованием любого подходящего
метода для получения 2,5-диметоксифенетиламина (2С-Н).
Синтез 2С-Н с
высоким выходом
В трехгорлую колбу на магнитной мешалке, оснащенную впуском аргона, холо-
дильником и делительной воронкой, было добавлено 20 г LAH до 350 мл сухого
THF. Содержимое давали остыть в ледяной/водяной бане в течение около 30 минут
с помешиванием на максимуме. Затем 25 г 2,5-диметокси-В-нитростерола добавля-
ли медленно (время добавления около 1 часа) в растворе THF (350 мл). Во время
дополнения было добавлено больше льда, чтобы сохранить охлажление. Когда был
добавлен весь нитростерен, колбе было позволено стоять в бане льда/вода в те-
чение дополнительных 20 минут с перемешиванием. Охлаждающая баня была удалена
и нагревалось содержалось в условиях рефлюкса в течение 20 часов. Колбу снова
охлаждали на льду/воде, а 20 мл ТТФ:Н20 (50:50) добавляли каплю через холо-
дильник . Поток аргона был немного увеличен в этот момент, чтобы быстрее очи-
стить водород.
Затем 20 мл 4Н NaOH добавляли медленно. Каждой части разрешено отреагиро-
вать до того, как была добавлена следующая. 60 мл воды добавляли, и реакцион-
ная смесь перемешивали в течение часа или около того, пока она не стала почти
белой и гранулированной. Смесь фильтровали через фарфоровый фильтр, а с
фильтра извлекали дважды с помощью 50 мл ТТФ в отдельный стакан. Органические
растворители объединяли и испарились в вакууме. Остаток растворяли в воде/НС1
(рН = 1). Водную фазу промывали 3x50 мл СН2С12. Органическую фазу повторно
обработала с помощью 50 мл HCl/воды. Затем объединенную водную фазу защедачи-
вали с NaOH (рН = 14) и извлекали с помощью 4x50 мл СН2С12. Органическая фаза
сушилась К2СОз. Остаток (2С-Н) был лишь слегка окрашен и весил 16,98 г (75%).
Согласно оригинальной статье JMC, также можно напрямую высушить раствор THF
после фильтрации неорганического лития/соли алюминия, испарить растворитель и
дистиллировать непосредственно, чтобы получить свободную базу. Примерно такой
же объем работы, и вы получите еще более чистый продукт.
Была найдена следующая вариация. Устраняет использование THF, но вам пона-
добится экстрактор Soxlet.
5,5 г нитростерола было помещено в непрерывный экстрактор Сокслета. К колбе
добавляли 3,8 г LAH в сухой эфире 200 мл. После того, как извлечение было за-
вершено , смесь позволяли рефлюкс еще на 6 часов. Обработка с концентрирован-
ным Na-K-тартратом дала 3,5 г (87%). Дистиллированние (140с/2 мм) дало 3 г
чистой свободная база.
2С-Н путем каталитического
гидрирования 2,5-диметоксинитростирона
Н,
Pd/BaSO,
Восстановление предпочтительно выполняется в смеси уксусной и серной кисло-
ты в качестве реакционной среды. Подходящие условия реакции - это комнатная
температура и давление 2-3 атм. Реакция предпочтительно проводится в течение
короткого периода после прекращения поглощения водорода.
В этом процессе могут использоваться обычные палладизированные катализаторы
сульфата бария. Предпочтительный катализатор включает в себя около 7-8 весов%
палладия. Он может быть получен путем осаждения сульфата бария в присутствии
свежевысажденного палладия.
2,5-диметокси-р-нитростирол (5 г) растворяется в смеси ледяной уксусной ки-
слоты (125 мл) и концентрированной серной кислоты (19 г) . Добавляются пять
граммов палладизированного сульфата бария, и водород пропускается через смесь
при комнатной температуре. Смесь постоянно встряхивается во время реакции.
Девяносто процентов теоретического количества водорода (4 молей) поглощается
через 10 минут, после чего не отмечается дальнейшее поглощение водорода.
Встряхивание смеси продолжается в течение полчаса, после чего смесь охлажда-
ется, и достаточный гидроксид натрия добавляется для нейтрализации серной ки-
слоты. Затем добавляется метанол (250 мл). Для полного осаждения сульфата на-
трия. Соль промывается и отфильтрована метанолом, а комбинированные фильтраты
и исходная жидкость испаряются в вакууме. Осадок делают сильно щелочным и из-
влекается 100 мл эфира. Экстракт сушат над гидроксидом калия, после чего рас-
творитель удаляется, а остаток дистиллирует, давая 3 г (68%) 2,5-
диметоксифенетиламина кипящего при 148 С/8 мм рт. Продукт представляет собой
бледно-желтое масло, которое образует белый гидрохлорид который плавится при
139 С.
2С-Н через
2,5-диметоксиманделонитрил
Реактивы
2,5-диметоксибензальдегид
KCN
Этилхлорформиат С3Н5СЮ2
ТГФ
Палладий на углероде, любой процент
Безводный EtOH
п^ п
н + с А, +
СГ О + KCN
250 г 2,5-диметоксибензальдегида (1,5 моль) растворяется в 600 мл ТГФ, 162
г этилхлорформиата (1,5 моль) добавляется, и раствор перемешивают в ледяной
ванне до прохладного. 98 г KCN, растворенного в 250 мл воды, добавляется од-
новременно , смесь сохраняется при 0 С в течение 8 часов. После этого периода
времени льду разрешается растаять, и реакции позволяют согреться до комнатной
температуры в течение дополнительных 10 часов. После завершения добавляется
1500 мл воды, и смесь извлекается в 3 раза с 125 мл DCM. Комбинированные экс-
тракты DCM высушивают с помощью сульфата натрия, отфильтровают и остатки дис-
тиллируется в тяжелом вакууме с получением 356,8 г манделонитрила в качестве
бледно-желтой вязкой жидкости (ВР 115-120 С при 0,3 мм рт.)
Всю массу манделонитрила растворяют в 2 л этанола, содержащего 175 г H2S04,
и добавляют 20 г 10% Pd/C. Либо гидрирование при высоком давлении, либо гид-
рирование при атмосферном давлении. Единственная разница между ними будет за-
ключаться во времени реакции: при 80 psi 100% абсорбция происходит через 90
минут, при атмосферном давлении выход 90% будет получен путем барботирования
EtOH потоком Н2 в течение 8 часов. Когда гидрирование завершено, реакционную
смесь фильтруют для извлечения Pd/C, который можно промыть дополнительным ко-
личеством МеОН и использовать повторно несколько раз. Фильтрат охлаждают на
бане со льдом и медленно добавляют 71,5 г NaOH при перемешивании, по заверше-
нии, если делать это достаточно медленно, смесь все еще будет прохладной. Так
как добавление NaOH не приведет к осаждению большой массы сульфата натрия,
после этого дайте смеси перемешиваться на ледяной бане еще 30 минут, чтобы
обеспечить полное осаждение сульфата натрия. Сульфат натрия отфильтровывают,
и реакционную смесь направляют непосредственно на дистилляцию, где выделяют
205,88 г 2С-Н, выход 90%.
При гидрировании под высоким давлением количество растворителя можно сокра-
тить вдвое, а возможно, и больше, что делает эту реакцию чрезвычайно универ-
сальной. При применении к 3,4,5-триметоксибензальдегиду выход манделонитрила
будет снижен до ^80%.
СИНТЕЗ
2,5-ДИМЕТОКСИБЕНЗАЛЬДЕГИДА
2-гидрокси-5-метоксибензальдегид через формилирование 4-метоксифенола
200 г монометилового эфира гидрохинона растворяли в растворе 190 г гидро-
ксида натрия в 550 мл воды и нагревали полученный раствор до 50 С на водяной
бане. К раствору, поддерживаемому при 50-60 С, из двух отдельных капельных
воронок прибавляли по каплям 420 г хлороформа и раствор 560 г гидроксида на-
трия в 500 мл воды, после чего реакционную смесь нагревали в течение 1 часа,
при температуре 50-60 С и атмосферном давлении. После охлаждения выпавшую в
осадок натриевую соль 2-гидрокси-5-метоксибензальдегида отфильтровывали и
промывали 100 мл этанола. Полученную натриевую соль растворяли в 800 мл воды,
слегка подкисляли разбавленной серной кислотой (1200 мл добавляли ЗН разбав-
ленной серной кислоты при комнатной температуре и атмосферном давлении) и за-
тем экстрагировали 200 мл толуола. Экстракт сушили хлоридом кальция, перего-
няли для удаления толуола и затем перегоняли при пониженном давлении с полу-
чением 132 г 2-гидрокси-5-метоксибензальдегида, имеющего точку кипения 110
С/5 мм рт.ст.
Формилирование с параформальдегидом/метоксидом магния
В RBF на 2000 мл, снабженный обратным холодильником, механической мешалкой
и капельной воронкой, загружают 32 г магния, а затем 200 мл сухого метанола.
Можно добавить больше МеОН, чтобы Мд растворялся быстрее. Реакция бурная.
Иногда колбу приходится охлаждать, чтобы холодильника не разбрызгивалось. Ко-
гда смесь начнет загустевать, медленной струей из капельной воронки добавляют
250 г 4-метоксифенола в 300-500 мл горячего толуола. Смесь нагревают при хо-
рошем перемешивании. (Осторожно - выпавший в осадок фенолят может прилипнуть
ко дну).
Когда весь магний растворится, МеОН выпаривают (можно также не выпаривать
1 round bottom flask - круглодонная колба
весь2) . Суспензию 180 г параформальдегида3 в толуоле добавляют небольшими
порциями через каждые 10 мин (экзотермически!), при хорошем перемешивании
густой смеси. Это занимает около часа. Смесь желтеет и становится менее гус-
той. Затем смесь перемешивают еще 30 мин и подкисляют разбавленной серной ки-
слотой4. Слой толуола отделяют и толуол отгоняют. Остальное — 2-гидрокси-5-
метоксибензальдегид.
Полученный таким образом продукт не загрязнен 4-метоксифенолом, но содержит
димер в качестве примеси. Его можно очистить с помощью бисульфитного аддукта
или перегнать при пониженном давлении. Выход составляет около 80%. Альдегид
может окрашивать кожу в желтый цвет.
Получение метоксида магния
Алкоксиды магния получают нагреванием 2,43 (100 ммоль) порошка магния, (2
ммоль) йода, 0,2 моль спирта при 60 С до исчезновения йодной окраски. Затем
добавляли остальную часть спирта (МеОН 1,4 моль; EtOH 0,7-1,1 моль; н-РгОН/н-
ВиОН 0,4-0,6 моль) и смесь кипятили с обратным холодильником до тех пор, пока
весь порошок магния не выварился. Полученные алкоксиды магния в спирте можно
использовать непосредственно.
Магниевое ортоформилирование фенолов
Фенол (37,6 г, 0,4 моль) добавляли к метоксиду магния (259 г 8% (мае./мае.)
раствора в метаноле; 20,7 г, 0,24 моль) и смесь нагревали до температуры ки-
пения с обратным холодильником. Примерно половину метанола отгоняли и к ос-
татку добавляли толуол (300 г). Азеотропную смесь толуола и метанола удаляли
фракционной перегонкой до тех пор, пока температура реакции не повышалась до
95 С. Взвесь порошка параформальдегида (43,2 г, 1,44 моль) в толуоле (75 г)
добавляли небольшими порциями в течение 1 часа к реакционной смеси при 95 С с
одновременным удалением летучих веществ перегонкой. Перемешивание продолжали
при 95 С в течение 1 ч, после чего смесь охлаждали до 25 С и медленно добав-
ляли к 10%-ной серной кислоте (450 г). Полученную смесь перемешивали при 30-
40 С, после чего водный раствор слой отделяли и экстрагировали толуолом
(2x100 г). Объединенные органические слои и экстракты промывали 10%-ной сер-
ной кислотой (50 г) и водой (50 г) и выпаривали при пониженном давлении с по-
лучением альдегида в виде бледно-желтого масла (48,35 г, 84% мае./мае. по
данным ГХ и 1H-NMR - сравнение с эталонным стандартом и с коммерческим образ-
цом известной чистоты; выход 83%).
В похожей реакции были использовали следующие условия:
Магниевый порошок (7,3 г, 0,3 моль), метанол (112 г), толуол (48,5 г) и ме-
токсид магния (1,6 г 8% мае./мае. раствора в метаноле; 1,5 ммоль) кипятили с
обратным холодильником в течение 2 ч до растворения магния и прекращение вы-
деления водорода. К смеси добавляли 4-нонилфенол (112 г, 0,5 моль).
Удобный метод ортоформилирования фенолов
Сухой (Р2О5) параформальдегид (135 ммоль) добавляли к смеси фенольного про-
изводного (20 ммоль), коммерчески доступного безводного дихлорида магния (30
ммоль) и сухого (Na) триэтиламина (75 ммоль) в ацетонитриле (100 мл; перего-
няли над СаН2) , и смесь нагревали с обратным холодильником в течение регист-
2 Один раз попробовал не выпарить все это и вроде нормально все заработало.
3 Использовался сухой параформальдегид.
4 В патенте подкисленную смесь перемешивают в течение 5 часов. Я не уверен в этой
получасовой цифре - просто действуйте по ситуации. Разложение фенолята можно наблю-
дать визуально по мере его растворения в толуоле. Правда, его нужно старательно со-
скребать со стенки колбы.
рируемохю времени реакции. Смесь охлаждали до комнатной температуры, после
чего добавляли 5% НС1 и продукт экстрагировали эфиром. Высушенный (MgS04)
экстракт упаривали, а остаток очищали флэш-хроматографией на силикагеле.
2,5-дигидроксибензальдегид
из 3-гидроксибензальдегида
Раствор м-гидроксибензальдегида (61 г) и NaOH (25 г) в воде (400 мл) при
интенсивном перемешивании и выдержке при 30-35 С одновременно обрабатывают из
отдельных капельных воронок водными растворами персульфата калия (150 г в
1500 мл) и NaOH (200 мл, 40%), прибавления в течение 90 мин при таких скоро-
стях, чтобы смесь всегда была щелочной. После 36 часов стояния раствор темно-
коричневого цвета становится слабокислым (бумага Congo Red) и неизмененный м-
гидроксибензальдегид (31 г) экстрагируют эфиром. Затем раствор сильно подкис-
ляют (350 мл конц. НС1) и медленно нагревают до 70 С, отфильтровывая посте-
пенно образующийся темно-коричневый аморфный осадок (это вещество, обугливаю-
щееся выше 330 С, почти нерастворимо во всех органических соединениях, но
легко растворим в водном ЫагСОз - он содержит альдегидную группу, о чем сви-
детельствует образование п-нитрофенилгидразона, и неизменно составляет около
40% выхода). 2,5-дигидроксибензальдегид экстрагируют из фильтрата эфиром,
эфир удаляют выпариванием и остаток экстрагируют бензолом. Выход 13 г, т.пл.
89-92 С. Это вещество кристаллизуется из бензола в виде ярко-желтых игл, но в
них еще содержится растворитель. Они быстро выцветают при комнатной темпера-
тур® л оставляя желтые иглы, т.пл. 98-99 С.
2-Алкокси-5-метоксибензальдегиды из
2-гидрокси-5-метоксибензальдегида
Пример 1
50 г 2-гидрокси-5-метоксибензальдегида, 68 г карбоната калия и 50 г диме-
тилсульфата кипятили с обратным холодильником в 250 мл ацетона в течение при-
мерно 3 часов при перемешивании. По окончании реакции реакционную смесь
фильтровали, из фильтрата отгоняли ацетон и остаток выливали в 300 мл воды.
Осажденные кристаллы собирали фильтрованием и сушили, в результате чего полу-
чали 45 г 2,5-диметоксибензальдегида, имеющего точку плавления 48 С (выход:
82,5%).
Пример 2
При выдерживании смеси 2-гидрокси-5-метоксибензальдегида, карбоната калия и
диметилсульфата, как в примере 1, при комнатной температуре реакция заверша-
лась за 7 дней. Это было подтверждено газовой хроматографией. Обработав реак-
ционную смесь, как описано в примере 1, получили 44,5 г 2,5-
диметоксибензальдегида, имеющего точку плавления 47 С (выход: 81,5%).
Пример 4
Повторяя процедуры, описанные в примере 1, за исключением того, что вместо
50 г диметилсульфата использовали 31 г диэтилсульфата, получали 53 г 2-
этокси-5-метоксибензальдегида, имеющего точку плавления 47-48 С (Выход:
97,5%) .
2-гидрокси-5-метоксибензальдегид
в 2,5-диметоксибензальдегид
4,7 г неочищенного темно-коричневого 2-гидрокси-5-МеО-бензальдегида, полу-
ченного формилированием Реймера-Тиманна (перегнанного с водяным паром), поме-
щали в треххюрлый RBF емкостью 150 мл. Туда же добавили 25 мл диоксана (невы-
сушенного, но выдержанного над FeS04 для удаления перекисей), 5 г свежерас-
плавленного карбоната калия, 1 мл МеОН и, наконец, 2 мл (4,6 г = 25% молярно-
го избытка) йодистого метила. Центральное горлышко колбы было снабжено холо-
дильником, одно из боковых горловин - термометром, а третье было заглушено
для использования в дальнейшем для различных испытаний и добавок. Аппарат
промывали бутаном и все доводили до очень слабого кипения на водяной бане.
Температура, измеренная внутри кипящей жидкости, сначала составляла ^77 С,
повышалась до 85 С через ^30 минут и поднималась до 92 С в течение следующих
3 часов. Кипячение продолжалось всю ночь.
Аликвоту жидкости отбирали шприцем, подкисляли, выпаривали на сквозняке для
удаления канцерогенного диоксана и нюхали. Был очевиден специфический запах
непрореагировавшего исходного материала, смешанный с несколько похожим, но
сладким ароматом п-диМеО-бензола.
Поэтому добавили 0,7 мл Mel и возобновили рефлюкс. Через 4 часа (внутренняя
температура 92 С) был проведен еще один тест, который снова показал присутст-
вие исходного материала. Добавляли еще 0,7 мл Mel и кипятили с обратным холо-
дильником еще несколько часов; третий тест выявил завершение реакции.
Смесь заливали 60 мл 20% КОН, насыщали NaCl и экстрагировали 30+15 мл ИПС.
Спирт отделяли, добавляли около 10 г Na2S04 при слабой попытке высушивания, а
затем 90 мл насыщенного водного раствора метабисульфита. Смесь подвергали ин-
тенсивному механическому перемешиванию в течение 7 мин, осадок (попавший в
спиртовой слой) отфильтровывали, дважды промывали небольшим количеством ИПС
до почти полного удаления желтого окрашивания, отжимали между фильтровальной
бумагой и несколько сушили под сквозняком. Все еще содержащий немного ИПС, он
весил 8,7 г.
Полученный таким образом аддукт бросали в 50 мл предварительно охлажденного
в морозильной камере 20% КОН, перемешивали и оставляли на 30 мин в теплой во-
де . Выпавший альдегид отфильтровывали, промывали 3 раза водой, отжимали между
фильтрами как можно более сухими, измельчали на пластине и оставляли сушиться
на воздухе. Все еще содержащий немного воды, он был грязно-белым, но все еще
красивым ванилиновым порошком без какого-либо заметного запаха и весил 3,6 г.
После высыхания было 2,7г.
2,5-Диметоксибензальдегид
прямым метилированием
неочищенного продукта
орто-формилирования
4-метоксифенола
1.а. Получение 2-гидрокси-5-метоксибензальдегида из 4-метоксифенола
Смесь 600 г ацетонитрила, 186,2 г 4-метоксифенола (1,5 моль) и 214 г (2,25
моль) безводного хлорида магния нагревали до 45 С и при этой температуре по
каплям добавляли 227,4 г (2,25 моль) триэтиламина. Затем добавляли парафор-
мальдегид (150 г, 4,75 моль) и реакционную смесь нагревали до температуры ки-
пения с обратным холодильником. Метанол удаляли в течение 3 часов перегонкой
с использованием 10-дюймовой колонки, заполненной насадкой Perm-State. Масса
удаленного метанола (температура паров 60-65 С) составляла 130 г. Раствор ох-
лаждали до 60 С и добавляли к 900 мл воды. Раствор подкисляли 240 мл конц.
НС1 и экстрагируют 150 г этилацетата. Этилацетатный раствор однократно промы-
вали 300 мл водопроводной воды, очищали от диатомовой земли и упаривали на
роторном испарителе при давлении 10 мм и температуре 85 С. Масса продукта со-
ставляла 206,5 г, процент площади жидкостной хроматографии составлял 86%, ве-
совой процент жидкостной хроматографии составлял 82%. Общий выход анализа со-
ставил 74%.
1 .Ь. Метилирование сырого 2-гидрокси-5-метоксибензальдегида
Вышеупомянутое сырое масло (6,1 г, проба 81%, 0,33 моля), 25 мл ацетона,
6,8 г карбоната калия и 5 г диметилсульфата кипятили с обратным холодильником
в течение 3 часов и заливали 200 мл воды. Темное масло затвердевало в течение
ночи, продукт собирали фильтрованием и сушили, получая 5,6 г твердого вещест-
ва черного цвета (выход 77%, чистота 83%).
I.e. Метилирование дистиллированного 2-гидрокси-5-метоксибензальдегида
Масло из примера 1а перегоняли при 10 мм рт.ст. через 6-дюймовую колонку
Вигре. Собирали светло-желтую фракцию, кипящую при 124-129 С. Процент площади
жидкостной хроматографии составлял 95%, а весовой процент жидкостной хромато-
графии составлял 90%. общий выход анализа в расчете на исходный 4-
метоксифенол составил 70% Затем перегнанное масло превращали в 2,5-
диметоксибензальдегид по методике, описанной в примере lb. Выход светло-
желтых кристаллов составил 82%.
2. Выделение калиевой соли 2-гидрокси-5-метоксибензальдегида
Черное масло из примера 1а (202 г, проба 82%, 1,1 моль) растворяли в 900 г
ацетона, раствор охлаждали до 0-5 С и обрабатывали по каплям 136 г 45%-ного
раствора гидроксида калия, поддерживая температуру ниже 5 С. Полученную
взвесь ярко-желтого твердого вещества перемешивали 30 мин и фильтровали. Оса-
док продукта промывали 750 г холодного ацетона и сушили при комнатной темпе-
ратуре в печи, продуваемой азотом. Всего было получено 210 г продукта ярко-
желтого цвета с массовым содержанием 91%. Общий выход в пересчете на 4-
метоксифенол составил 67%.
4. Выделение натриевой соли 2-гидрокси-5-метоксибензальдегида
Черное масло из примера 1а (45,9 г, проба 82%, 0,25 моль/моль) растворяли в
100 г этилацетата и раствор охлаждали до 0-5 С. и обрабатывают по каплям 20 г
50%-ного раствора едкого натра, поддерживая температуру ниже 5 С. Полученную
суспензию ярко-желтого твердого вещества перемешивали в течение 1 часа и
фильтровали. Осадок продукта промывали 75 г холодного этилацетата и сушили
при комнатной температуре в продуваемой азотом печи. Всего было получено 39,1
г продукта ярко-желтого цвета, массовый процент по данным ВЭЖХ 72% (% площади
составлял 98,4). Общий выход в пересчете на 4-метоксифенол составил 48%.
5. Алкилирование калиевой соли в ацетоне
Взвесь 21,7 г калиевой соли (90 мае. % пробы, 0,103 моль), 100 мл ацетона и
15 г (0,119 моль) диметилсульфата нагревали до 35-40 С. и выдерживали при
этой температуре в течение 2 часов, после чего анализ с помощью ТСХ показал,
что реакция завершилась. Полученную взвесь заливали 300 мл воды, образовав-
шиеся светло-желтые кристаллы отфильтровывали, промывали водой и сушили на
воздухе. Масса продукта составила 15,1 г (выход 88,3%).
7. Алкилирование калиевой соли в изопропиловом спирте
Суспензию 19,0 г калиевой соли (90% масс, 0,09 моль), 65 г изопропилового
спирта, 0,1 г бромида тетрабутиламмония и 13,9 г (0,11 моль) диметилсульфата
нагревали до 35-40 С. и выдерживали в течение 30 минут, после чего анализ с
помощью ТСХ показал, что реакция завершилась. Полученную суспензию обрабаты-
вали 65 г воды и суспензию продукта охлаждали до 20 С. Продукт собирали
фильтрованием, промывали 50% водным раствором изопропилового спирта и сушили.
Масса продукта 10,9 г (выход 70%).
8. Алкилирование натриевой соли в ацетоне
Суспензию 7,87 г натриевой соли (73 вес. % анализа, 0,033 моля), 25 мл аце-
тона и 5 г (0,04 моля) диметилсульфата кипятили с обратным холодильником в
течение 3 часов, после чего анализ с помощью ТСХ показал, что реакция проте-
кала полностью. Полученную взвесь заливали 200 мл воды, образовавшиеся свет-
ло-желтые кристаллы отфильтровывали, промывали водой и сушили на воздухе.
Масса продукта 5,1 г (выход 88,3%).
Литература
l.R. Aldred et al., J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1, 1823 (1994)
2.N. U. Hofsl0kken, L. Skatteb0l, Convenient Method for the ortho-
Formylation of Phenols, Acta Chem. Scand. 53, 258-262 (1999)
3. Neubauer and Flatow, Z. Physiol. Chem. 52, 375 (1907)
4. J. Chem. Soc. 2339 (1927)
5. Process of Synthesizing 2-Hydroxy-5-Methoxybenzaldehyde, Brit. Pat.
1,377,317
6. Leon Rubenstein, Substitution in Derivatives of Quinol Ethers, J. Chem.
Soc. 127, 1998-2004 (1925)
7.1. Shinichi, S. Kazuya, Process for Preparing 2-Alkoxy-5-
Methoxybenzaldehyde, US Pat. 3,867,458
8. Process for preparing 2,5-Dimethoxybenzaldehyde, US Pat. 6,670,510
9. Levin Daniel, Preparation of 2-hydroxyarylaldehydes, Eur. Pat. EP0529870
Химичка
ПРАКТИКУМ ПО НЕОРГАНИЧЕСКИМ СИНТЕЗАМ
В.А. Алешин, К.М. Дунаева, Н.А. Субботина
СИНТЕЗ
ХЛОРОКСИДА
ФОСФОРА (V)
Оксихлорид фосфора (фосфора хлорокись, фосфорилхлорид, хлорангидрид орто-
фосфорной кислоты, трихлороксид фосфора(V)) — неорганическое соединение с
формулой Р0С13, бесцветная ядовитая жидкость, дымит на воздухе.
РОС!
В холодной воде и спирте разлагается.
Хорошо растворяется в бензоле, хлороформе,
сероуглероде, четыреххлористом
углероде.
Температура плавления - 1,18; 1,25 С, кипения - 105,4; 107,2 С.
Примененяется в органическом синтезе, в химико-фармацевтической промышлен-
ности, производстве синтетических красителей и пластмасс.
Является высокотоксичным веществом, включено в список АХОВ. Вызывает раз-
дражение слизистых оболочек, боль в глазах, сухой кашель, чувство удушья,
цианоз, возможен отёк легких, сердечные расстройства. Отмечается скрытый пе-
риод действия: раздражение и слезотечение появляются через 2—6 часов. При по-
падании на кожу вызывает медленно заживающие ожоги. ПДК в воздухе — 0,4
мг/м3.
Реактивы:
1. Пентахлорид фосфора.
2. Пентоксид фосфора.
Оборудование:
1. Прибор для перегонки.
2 . Термометр.
3. Приемник.
Собрать прибор, изображенный на рис. 1. Все части прибора должны быть пред-
варительно высушены.
РС15
+ Р.Ос
р
У
кГ^-
ч*^-
Рис 1. Прибор для получения и отгонки хлороксида фосфора (V) . 1 -
колба Кляйзена с дефлегматором и холодильником, 2 - алонж, 3 - при-
емник, 4 - хлоркальциевая трубка.
В сухой камере приготовить 15 г смеси пентахлорида и пентоксида фосфора,
взятых в стехиометрических количествах. Для этого РС15 измельчить в фарфоро-
вой ступке, добавить к нему Р2О5 и перемешать стеклянной палочкой. Смесь бы-
стро перенести в колбу 1. Осторожно нагреть колбу Кляйзена через асбестовую
сетку, наблюдая за ходом реакции. Собрать в заранее взвешенный приемник фрак-
цию, кипящую при температуре 106 - 107 С. Закрыть приемник пробкой.
СИНТЕЗ
ХЛОРИДА
ТИОНИЛА
Тионилхлорид (хлористый тионил) SOCI2 — хлорангидрид сернистой кислоты. От-
носится к тионилгалогенидам.
Тионилхлорид — бесцветная дымящаяся на воздухе жидкость с удушающим запа-
хом. Молекула тионилхлорида имеет пирамидальное строение. С точки зрения со-
става и структуры вещество представляет собой серосодержащий аналог фосгена.
Т. плав. -104,5, кип. 76,11.
При нагревании выше температуры кипения тионилхлорид начинает разлагаться с
образованием S2C12, S02, Cl2. Выше 440 С наблюдается полный распад соединения.
В воде разлагается на диоксид серы и хлороводород.
Широко применяется в органическом синтезе в качестве хлорирующего агента,
например, для получения хлорангидридов карбоновых кислот и алкилгалогенидов.
Применяют в производстве красителей, фармацевтических препаратов, графена,
для хлорирования.
Реакция кодеина с тионилхлоридом и последующим каталитическим восстановле-
нием и деметилированием используется для получения дезоморфина.
Применяют в качестве положительного электрода в одноразовых литиевых хими-
ческих источниках тока, т. н. литий-тионилхлоридных батарейках.
Токсичен, раздражает и разъедает слизистые оболочки, вызывая тяжёлые ожоги.
При н.у. тионилхлорид легко испаряется (парциальное давление паров 16 кПа) .
Его пары обладают очень сильным раздражающим действием при контакте с кожей,
глазами и слизистыми оболочками. Вдыхание паров тионилхлорида может вызвать
отек легких. Чрезмерное воздействие может привести к появлению симптомов не-
фиброзного повреждения легких. При воздействии вещества возможны обострения
астмы и других респираторных заболеваний, кожной аллергии, экземы. При кон-
такте с веществом место контакта промывают большим количеством воды. Пары
тионилхлорида тяжелее воздуха.
При попадании в ЖКТ или легкие вещество активно всасывается в организм. Ле-
тальная концентрация (LC5o) для крысы 500 ррт при вдыхании паров в течение 1
часа. При попадании в ЖКТ запрещается вызывать рвоту водой.
В России класс опасности 2, максимальная разовая ПДК в воздухе рабочей зоны
0,3 мг/м3 (1998 год). В США. предельный пороговый уровень однократного воздей-
ствия согласно OSHA и ACGIH 1,0 ррт (5,0 мг/м3) (2001 год) .
Вещество разлагается при разогреве свыше 140 С с образованием токсичных и
едких дымов. Бурно реагирует с водой, образуя токсичные пары диоксида серы и
хлорводорода. Реагирует с опасностью пожара и взрыва со многими веществами,
например, аминами, основаниями и металлами.
Вещество входит в Список 3 Конвенции о запрещении химического оружия как
прекурсор некоторых боевых нервно-паралитических отравляющих веществ.
Не горюч, но многие реакции могут привести к пожару или взрыву. При темпе-
ратурах выше 140 С (в том числе в огне) выделяют раздражающие или токсичные
пары и газы. Запрещается применение воды при тушении пожара, если рядом есть
тионилхлорид. Допустимо применение порошковых и углекислотных средств туше-
ния.
Реактивы:
1. Пентахлорид фосфора -5г.
2. Сульфит натрия.
3. Серная кислота конц.
Оборудование:
1. Колба Вюрца.
2. Капельная воронка.
3. Промывалки - 2 шт.
4. Газоподводящая трубка.
5. Прибор для перегонки.
6. Приемник - 2 шт.
7. Алонж.
8. Хлоркальциевая трубка.
/\
VF?
2. а
V
(конц) ~ТГ~ А1
X
ь
f
3
4.
зол
-I )
<yj
+ Н.0
h2so4
(конц)
РС15^>
^£w 6
^VT^U3
Ц с—
Рис. 1. Прибор для получения и отгонки хлорида тионила. 1 - кол-
ба Вюрца, 2 - капельная воронка, 3,4 - промывалки с серной ки-
слотой, 5 - колба Клайзена с дефлегматором и холодильником, 6 -
алонж, 7 - приемник, 8 - хлоркальциевая трубка.
Собрать прибор, изображенный на рис. 1. На дно сухой колбы Кляйзена помес-
тить 5 г пентахлорида фосфора, так чтобы газоподводящая трубка слегка каса-
лась твердого вещества. В колбу Вюрца поместить 25 г сульфита натрия и смо-
чить его 5 мл воды. В капельную воронку поместить 30 мл концентрированной
серной кислоты. Пустить воду через холодильник. Медленно открывая кран ка-
пельной воронки, пропустить через прибор ток сухого диоксида серы. Наблюдать
за течением процесса, периодически покачивая прибор вместе со штативом.
Если реакция протекает очень медленно, колбу можно немного подогреть слабым
пламенем горелки. После того как весь пентахлорид фосфора вступит в реакцию
заменить подводящую диоксид серы трубку на стеклянную пробку. Отогнать во
взвешенный приемник фракцию, кипящую при 80 - 85 С, нагревая реакционную кол-
бу лижущим пламенем горелки. Отсоединить приемник от прибора, закрыть его
стеклянной пробкой.
Добавить к остатку в реакционной колбе через стеклянную воронку сравнимое с
ним (по объему) количество твердого сульфита натрия и закрыть горло колбы
пробкой. Нагреть колбу горелкой и собрать выделяющуюся жидкость в новый взве-
шенный приемник, отметив температуру паров отгоняющейся жидкости.
Перегнать весь полученный хлорид тионила во взвешенный приемник (рис. 2) .
Отсоединить приемник от прибора, закрыть его стеклянной пробкой, взвесить и
рассчитать выход в процентах.
Рис. 2. Перегонка тионила хлорида.
ПОЛУЧЕНИЕ БЕЗВОДНОГО
ХЛОРИДА МАГНИЯ
Хлорид магния (хлористый магний) — бинарное неорганическое химическое со-
единение магния с хлором, магниевая соль соляной кислоты. Растворяется в во-
де , этаноле. Встречается в природе в виде минерала бишофита.
Температура плавления 713 С, температура кипения 1412 С. Хлорид магния
весьма гигроскопичен; растворимость в воде при 20 С — 35,3 % по массе. Хлорид
магния образует кристаллогидраты с 1, 2, 4, 6, 8 и 12 молекулами воды.
Хлорид магния применяют главным образом в производстве металлического маг-
ния , МдС12 *6Н20 используется для получения магнезиальных цементов.
Используется для обработки ледяного и снежного покрова в качестве добавки.
В результате реакции со снегом вызывает его таяние.
Хлорид магния зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е511.
Хлористый магний и водный раствор хлористого магния не токсичны, пожаро- и
взрывобезопасны.
Имеет 3-й класс опасности (умеренно опасные вещества) и агрессивные корро-
зионные свойства.
Реактивы:
1. Магний - 0,2 - 0,3 г.
2. Этанол - 15 мл.
3. Хлорид натрия -20г.
4. Серная кислота конц. - 35 мл.
Оборудование:
1. Колба Вюрца.
2. Капельная воронка.
3. Промывалки - 5 шт.
4. Двугорлая колба.
5. Шариковый холодильник.
6. Газоподводящая трубка.
7. Хлоркальциевая трубка.
8. Реактор.
9. Пробирка - приемник.
10.П-образная трубка.
11.Стакан.
Собрать прибор, изображенный на рис.1. В колбу Вюрца 1 поместить 20 г хло-
рида натрия, смочить его 3-5 мл концентрированной соляной кислоты. В ка-
пельную воронку налить 35 мл концентрированной серной кислоты. В двугорлую
колбу 7 поместить 0,2 - 0,3 г магния в виде порошка и прилить к нему 15 мл
абсолютированного этилового спирта. Охладить колбу в бане со льдом.
10
NaCI
4 HCI н> T-
■h 'л^2>
ion
w
h,so4
конц
0~N
Рис. 1. Прибор для получения хлорида магния в спирте. 1 - Колба
Вюрца, 2 - капельная воронка, 3,4,10 - промывалки с серной к-
той, 5,9 - предохранительные промывалки, 6 - газоподводящая
трубка, 7 - колба двугорлая, 8 - обратный холодиьник, 11 - баня
со льдом, 12 - хлоркальциевая трубка.
Осторожно приоткрыть кран капельной воронки и медленно по каплям добавлять
в колбу 1 серную кислоту. Хлорид водорода должен пробулькивать через все про-
мывалки, в том числе и через промывалку 10. (Поскольку хлорид водорода погло-
щается спиртом, скорость потока в последней промывалке меньше чем в осуши-
тельных) . Ток газа должен быть достаточно интенсивным. Хлористый водород -
удушливый газ, вызывает сильные ожоги слизистой оболочки, разрушает зубы и
т.д. ПДК в воздухе рабочей зоны 5,0 мг/м3. Поток газа регулировать по скоро-
сти пробулькивания в последней промывлке (1-2 пузырька в сек).
Растворение магния происходит достаточно быстро и иногда сопровождается вы-
падением кристаллов. После полного растворения металла вынуть газоподводящую
трубку и закрыть горло колбы стеклянной пробкой. Заменить холодильник хлор-
кальциевой трубкой 12.
Собрать прибор для отгонки этанола в вакууме (рис.2). Смазать шлифы (только
керны) вакуумной смазкой, шлиф реактора 1 смазать снизу на 1/3 высоты. Вста-
вить керны в муфты, поворачивая их вокруг оси. Правильно смазанный шлиф дол-
жен быть прозрачным, а вакуумная смазка не выступать из зазора.
Перелить полученный раствор в реактор 1 через воронку. Если в колбе выпали
кристаллы, предварительно растворить их, нагревая колбу в бане с теплой во-
дой.
Рис. 2. Отгонка растворителя в вакууме. 1 - реактор, 2 - соедини-
тельная трубка, 3 - приемник, 4 - водяная баня, 5 - баня со льдом.
СИНТЕЗ
СУЛЬФАТА
ГИДРАЗИНА
Сульфат гидразиния — неорганическое соединение, соль гидразина и серной ки-
слоты с формулой N2H6S04, бесцветные кристаллы, растворимые в воде.
Температура плавления - 254 С. Растворимость в воде - 2.87 г/100 мл, в эта-
ноле - 0.04 г/100 мл.
Известен под названием пСигразинп и пСегидринп и применяется в качестве
средства для лечения больных раком. Он способствует улучшению углеводного об-
мена раковых клеток, таким образом задерживая их рост и вызывает распад неко-
торых опухолей.
Реактивы:
1. Мочевина - 3,5 г.
2. Перманганат калия - 30 г.
3. Хлористоводородная кислота (конц.) - 60 мл.
4. Гидроксид натрия - 25 г.
Оборудование:
1. Прибор для получения сухого хлора.
2. Стеклянный стакан емкостью 150 мл.
3. Фарфоровый стакан емкостью 150 мл.
4. Магнитная мешалка.
В колбу емкостью 200 мл поместить раствор гидроксида натрия (8 г гидроксида
натрия растворено в 35 мл воды). Колбу поместить в баню со льдом. В охлаждае-
мый раствор пропускать в течение 1-1,5 часа ток хлора (рис. 1) до прекраще-
ния поглощения. (Под тягой! Хлор смертельно опасен, при концентрации выше 0,1
мх1/л вызывает рефлекторный паралич дыхания. ПДК в рабочей зоне 1,0 мг/м3) .
Температура раствора во время хлорирования не должна превышать 5 С. Полноту
поглощения хлора определяют периодическим взвешиванием колбы.
Рис. 1. Схема прибора для получения Рис. 2. Получение гидроксида гидрази-
гипохлорита натрия. на. 1 - магнитная мешалка, 2 - акти-
ватор, 3 - баня со льдом, 4 - стакан,
5 - капельная воронка, 6 - термометр.
В стакан емкостью 150 мл налить 10 мл 35%-го раствора гидроксида натрия.
При перемешивании стеклянной палочкой внести в стакан раствор 0,1 г MnS04*
5Н20 или 0,03 г MnCl2*4H20 в 1 мл воды и 2,5 г мочевины. Охладить стакан в
пластмассовой бане смесью льда с поваренной солью, после чего поставить баню
со стаканом на магнитную мешалку и включить её (рис.2).
Постепенно ввести в раствор из капельной воронки 21 мл охлажденного раство-
ра гипохлорита натрия. Температура даже в конце реакции не должна подниматься
выше 10 С.
Убрать баню со льдом, включить нагрев на магнитной мешалке и медленно (2 С
в минуту) нагреть до 60 С. Снять стакан с раствором с мешалки и оставить под
тягой до следующего дня. В фарфоровый стакан (рис. 3) налить 25 мл 50%-го
раствора серной кислоты. Укрепить над стаканом капельную воронку, в которую
перелить полученный накануне раствор и прикапывать его при интенсивном пере-
мешивании стеклянной палочкой в фарфоровый стакан (надеть очки!). Температура
при этом не должна подниматься выше 40 - 50 С. По окончании прикапывания рас-
твор охладить до 22 - 25 С.
Рис. 3.
Отфильтровать выпавший сульфат гидразина под пониженным давлением (рис. 4)
на стеклянном фильтре N2 или N3 (очки!), последовательно промыть вещество два
раза охлажденной водой, спиртом и эфиром (порциями по 5 мл).
Вакуум
Рис.
СИНТЕЗ
ТРИИОДИДА
СУРЬМЫ
Иодид сурьмы(III) — бинарное неорганическое соединение сурьмы и иода с фор-
мулой БЫз, тёмно-красные, бордовые кристаллы, реагируют с водой, ядовит.
Температура плавления - 167; 170,5 С, кипения - 397; 401 С.
Реагирует с водой. Растворяется в этаноле, ацетоне, сероуглероде, хлорово-
дороде, бромоводороде, аммиаке, изопропиловом спирте.
Легко очищается возгонкой в инертной атмосфере или в вакууме.
Гидролизуется водой до оранжевых, нерастворимых в воде, но растворимых в
изопропиловом спирте, кристаллов.
Как и все остальные неорганические производные трёхвалентной сурьмы, иодид
сурьмы (III) ядовит.
Реактивы:
1. Йод.
2. Сурьма - 0,25 г.
3. Четырехлористыи углерод - 50 мл.
Оборудование:
1. Колба одногорлая.
2. Холодильник.
3. Стакан.
4. Воронка со стеклянным фильтрующим дном N 2.
3
2
нр
1
Sb .
У
Рис. 1. Прибор для получения БЫз- 1 - реакционная колба, 2 - обрат-
ный холодильник, 3 - хлоркальциевая трубка.
СС14 +
U
В колбу прибора (рис.1), состоящего из одногорлой колбы 1, шарикового холо-
дильника 2 с хлоркальциевои трубкой 3, поместить 0,25 г тонко измельченной
сурьмы и свежевозогнанный иод (недостаток 10% от стехиометрического количест-
ва) . Туда же прилить 50 мл сухого тетрахлорида углерода. Следует помнить, что
тетрахлорид углерода ядовит и впитывается через кожу. Нагреть смесь в реакци-
онной колбе 1 газовой горелкой через асбестовую сетку до кипения. Нагревание
смеси проводить в течение 1,5-2 часов, следя за тем, чтобы кипение раствори-
теля не было очень бурным. Конец реакции характеризуется исчезновением мали-
новой и появлением соломенно-желтой окраски раствора. Оставить раствор с
осадком на ночь.
На следующий день нагреть раствор до кипения и декантировать в стакан (Под
тягой! Пары СС14 ядовиты, ПДК в рабочей зоне 20 мг/м3) . Стакан с раствором
охладить в бане со льдом. При охлаждении выпадают кристаллы Sbl3. Маточный
раствор из стакана декантировать обратно в реакционную колбу, еще раз нагреть
до кипения. Полученный раствор перенести в стакан с кристаллами иодида сурь-
мы. Эту операцию проводить до полного извлечения иодида сурьмы из колбы (не-
прореагировавшей сурьмой пренебречь). Стакан со смесью снова охладить. Выпав-
шие кристаллы отфильтровать при пониженном давлении на стеклянном фильтре N 2
(очки!) . Промыть осадок на фильтре 5 мл сухого, охлажденного во льду СС14.
Вещество высушить на воздухе и перенести в бюкс.
Вакуум
Рис. 2. Фильтрование под пониженным давлением.
СИНТЕЗ
ТЕТРАЙОДИДА
ОЛОВА
Иодид олова (IV), также известный как тетрайодид олова, является химическое
соединение с формулой Snl4. Эта тетраэдрическая молекула кристаллизуется в
виде ярко-оранжевого твердого вещества, которое легко растворяется в неполяр-
ных растворителях, таких как бензол, сероуглерод, хлороформ, этанол, бензол.
Соединение гидролизуется в воде.
Температура плавления 143 С, кипения 348,5 С.
Соединение неустойчиво и постепенно обратимо разлагается в дийодид олова и
элементный йод.
b-Г
Реактивы:
1. Йод.
2. Олово -1г.
3. Четырехлористыи углерод - 50 мл.
Оборудование:
1. Колба одногорлая.
2. Холодильник.
3. Стакан.
4. Воронка со стеклянным фильтрующим дном N 2
НО
-CCI4 + U
Рис. 1. Прибор для получения Snl4. 1 - реакционная колба,
ный холодильник, 3 - хлоркальциевая трубка.
2 - обрат-
В колбу прибора (рис. 1), состоящего из одногорлой колбы 1, шарикового хо-
лодильника 2 с хлоркальциевой трубкой 3, поместить 1 г измельченного олова и
свежевозогнанный иод (недостаток 10% от стехиометрического количества). Туда
же прилить 50 мл сухого тетрахлорида углерода. Следует помнить, что тетрахло-
рид углерода ядовит и впитывается через кожу.
Нагреть смесь в реакционной колбе 1 газовой горелкой через асбестовую сетку
до кипения. Нагревание смеси проводить в течение 1,5-2 часов, следя за тем,
чтобы кипение растворителя не было очень бурным. Конец реакции характеризует-
ся исчезновением малиновой и появлением соломенно-желтой окраски раствора.
Оставить раствор с осадком на ночь.
На следующий день нагреть раствор до кипения и декантировать в стакан (Под
тягой! Пары СС14 ядовиты, ПДК в рабочей зоне 20 мг/м3) . Стакан с раствором
охладить в бане со льдом. При охлаждении выпадают кристаллы Snl4. Если кри-
сталлов выпало мало, раствор перенести в фарфоровую чашку и упарить на песча-
ной бане до половины объема (рис. 2.). Раствор охладить в бане со льдом. Вы-
павшие кристаллы отфильтровать при пониженном давлении (рис.3.) на стеклянном
фильтре N2 (очки!). Промыть осадок на фильтре 5 мл сухого, охлажденного во
льду СС14. Вещество высушить на воздухе и перенести в бюкс.
Рис. 2. Упаривание на песчаной бане,
Вакуум
Рис. 3. Фильтрование под пониженным давлением.
СИНТЕЗ
ГИДРОСУЛЬФИДА
НАТРИЯ
Гидросульфид натрия (кислый сернистый натрий, химическая формула — NaHS) —
неорганическая кислая натриевая соль сероводородной кислоты.
При стандартных условиях, гидросульфид натрия — это белые кристаллы, рас-
творимые в воде. Образует несколько кристаллогидратов, например NaHS*2H20 или
NaHS•ЗН20.
Температура плавления 350 С. В расплавленном состоянии гидросульфид натрия
имеет чёрный цвет. Растворимость в воде 75,5 г/100 мл (20 С).
При хранении во влажных условиях выделяет сероводород.
Применяют в кожевенной промышленности как компонент состава для удаления
наружного слоя шкур. Используют как сырьё в химической промышленности (для
производства зтилмеркаптана, бутифоса, красителей). Применяют в текстильной
промышленности. Используется как восстановитель окисленной руды в горно-
добывающей промышленности, при флотировании и извлечении металлосодержащего
концентрата.
Рис. 1 .Прибор для получения гидросульфида натрия. 1 - капельная во-
ронка, 2 - колба Вюрца, 3 - счетчик пузырьков, 4 - осушительные ко-
лонки с пятиокисью фосфора, 5 - тройник с зажимом, 6 - колба реакци-
онная, 7 - газоподводящая трубка, 8 - "палец", 9 - обратный холо-
дильник, 10 - хлоркальциевая трубка.
Реактивы:
1. Натрий - 0,6 г.
2. Спирт абсолютированный - 25 мл.
3. Диэтиловый эфир - 100 мл.
Оборудование:
1. Колба трехгорлая.
2. Обратный холодильник.
3. Трубка газоподводящая.
4. Изогнутая пробирка на шлифе "палец".
5. Колба Вюрца.
6. Капельная воронка.
7. Колонки осушительные - 2 шт.
8. Промывалка.
9. Воронка со стеклянным фильтрующим дном N3.
Собрать прибор, изображенный на рис.1, состоящий из треххюрлой колбы, об-
ратного холодильника, изогнутой пробирки ("пальца") для натрия и газоподводя-
щей трубки для аргона (азота) и сероводорода. Конец газоподводящей трубки
должен доходить почти до дна колбы. Для получения сухого сероводорода исполь-
зуется прибор, состоящий из колбы Вюрца и капельной воронки, промывалкой с
вазелиновым маслом для контроля скорости подачи газа и двух осушительных ко-
лонок, заполненных оксидом фосфора(V) на стеклянной вате. При заполнении ко-
лонок пятиокисью фосфора необходимо надеть защитные очки и перчатки. Прибор
после сборки проверяют на герметичность.
В трехгорлую колбу налить 25 мл абсолютированного этилового спирта. Свобод-
ное горло колбы закрыть стеклянной пробкой. Заполнить прибор сухим аргоном
(азотом) через газоподводящую трубку и закрыть зажимом шланг, подводящий ар-
гон. Кусочек металлического натрия (примерно 0,7 - 0,8 г) очистить скальпелем
от слоя оксида в фарфоровой ступке под слоем керосина и разрезать на более
мелкие кусочки. Натрий брать только пинцетом!
Взвешивание проводить в бюксе с бензолом. Затем 0,5 - 0,6 г натрия промыть
от бензола в бюксе с эфиром (Огнеопасно! При работе с эфиром не должно быть
открытого огня в радиусе до 5 м!) , быстро обсушить и перенести в изогнутый
"палец". Вынуть пробку из горла колбы и быстро вставить в него "палец" с ку-
сочками натрия. Вторично продуть прибор аргоном. Осторожно поворачивая палец
ввести постепенно весь натрий (примерно, в течение 10 - 15 мин) в реакционную
колбу не допуская закипания спирта.
Ar(N.)
г
V
I Вакуум
ХГ
Рис. 2.
После полного растворения металла в спирте через газоподводящую трубку про-
пускать ток сероводорода (под тягой!) до прекращения поглощения газа (пример-
но в течение часа). При работе с сероводородом помните, что он токсичен, ПДК
в рабочей зоне 10 мг/м3, а в смеси с воздухом 4,5 - 45,5 об. % взрывоопасен.
Полученный гидросульфид натрия высаливают из раствора диэтиловым эфиром.
Для этого в спиртовой раствор NaHS добавляют 70 - 100 мл абсолютированного
диэтилового эфира, внося его порциями по 20 - 25 мл и следя за выпадением
кристаллов.
Выпавшие кристаллы отделить от маточного раствора с помощью стеклянного
фильтра N3 фильтрованием под уменьшенным давлением (очки!) в атмосфере сухого
аргона или азота (рис. 2) , промыть абсолютированным диэтиловым эфиром. Воз-
душно-сухой препарат поместить в бюкс.
Электроника
ПОДКЛЮЧЕНИЕ ДИСПЛЕЯ К ОДНОПЛАТНИКУ
Николаев Б.
Сейчас появилось достаточно много различных дешевых одноплатников с
очень достойными характеристиками, которые вполне можно назвать эко-
номичными и портативными. Однако очень часто встает вопрос вывода
изображения на дисплей: к сожалению, в подобные устройства обычно
ставят урезанные версии чипсетов без видеовыхода на обычные матрицы.
Конечно, в них практически всегда есть HDMI, но это совершенно не
выход для портативного устройства: прожорливый чип скалера будет
очень негативно влиять на время работы от АКБ. Да и сами подобные
дисплеи очень дорогие. В этой статье я расскажу Вам о существующих
протоколах для дисплеев, подскажу, как применить экранчики от старых
навигаторов /мобильников и мы подключим с вами SPI -дисплей к одно-
платнику без видеовыхода. Причем мы реализуем как просто библиотеку,
которая позволяет выводить произвольную графику из ваших программ,
так и службу, которая будет напрямую копировать данные из фреймбуфе-
ра и преобразовывать в формат для нашего дисплея.
На самом деле, существует достаточно много различных физических протоколов
для общения с дисплеями. На программном уровне, общение с ними относительно
стандартизировано, однако на аппаратном уровне различий довольно много. Самые
распространенные из них:
■ MIPI DSI — дифференциальный многоканальный LVDS протокол. Если говорить
совсем условно — то это эдакий быстрый низковольтный SPI, который для пе-
редачи одного байта использует минимум 4 линии — D+, D-, CLK+, CLK-, где
фактических линии две, но для подавления помех используются доп. линии ин-
вертированной полярности, из которых затем вычитаются положительные. Этот
протокол позволяет подключать дисплеи очень высокого разрешения и исполь-
зуется практически во всех современных смартфонах. Насколько мне известно,
такие дисплеи имеют собственную видеопамять размером с буфер кадра (т.е.
для 1920x1080x3 дисплея — ^5мб).
■ TTL/RGB — относительно простой для реализации протокол, очень похож на
VGA, но, по сути, является цифровым: для передачи пикселей используются
отдельные линии — например, 5 битов красного, 6 битов синего и 5 битов зе-
леного (RGB565). Не требует инициализации и обычно не имеет системы команд
— пиксели синхронизируются с помощью тактовых сигналов HSYNC/VSYNC. Эти
крайне дешевые дисплеи можно встретить на старых китайских игровых консо-
лях, планшетах и автомобильных навигаторах (о них ниже), а также КПК (но
на них даташиты найти сложнее). На МК и одноплатниках их использовать мож-
но, но для этого нужно большое кол-во пинов (^18). У таких дисплеев нет
собственной памяти, поэтому обновлять картинку нужно всегда, иначе будет
белый дисплей. Есть еще аналоговая разновидность, практически один в один
похожая на VGA, используется в ранних автомобильных телевизорах — но ей
управлять сложнее из-за кучи различных тактовых сигналов.
■ 8080 — 8 или 16-битная параллельная шина, именно этот протокол использова-
ли большинство телефонов в середине-конце нулевых, а его 16-битная разно-
видность использовалась в ультрадешевых китайских смартфонах начала 2010-х
(Fly Jazz, Explay N1, Fly Era Nano 1, Fly Wizard — дисплеи всех этих копе-
ечных на вторичке телефонов можно использовать и в своих проектах!). Зани-
мает минимум 11 пинов — 8 на данные, 2 на сигналы RD/WR (он определяет,
хотим ли мы сейчас что-то прочитать или записать) и 1 DC (определяет, куда
мы пишем данные — в регистры, или в видеопамять). Такие дисплеи имеют соб-
ственную ОЗУ, поэтому необязательно гонять в них данные постоянно.
■ SPI — популярный протокол, который используется и в DIY-проектах и возмож-
но в китайских старых MP3-плеерах (информация пока не точная). Отличается
тем, что требует всего 3 пина для подключения — MOSI (данные), CLK (такто-
вая частота) и DC (имеет ту же роль, что и в 8080 дисплеях) . Он гораздо
предпочтительнее для использования в домашних проектах, поскольку хардвар-
ный SPI есть во многих микроконтроллерах/одноплатниках, а частенько к нему
в комплект идёт DMA., позволяя разгрузить процессор. Кроме того, эти дис-
плеи использовали в телефонах начала нулевых — Nokia и Siemens точно ис-
пользовала именно их. Причём у Siemens сами пины не на шлейфе, а «прижима-
ются» — бери да подпаивайся, только бустер подсветки до 12В придётся сде-
лать .
■ 12С — редкий протокол для дисплеев из-за медлительности. Сейчас использу-
ется в недорогих OLED-модулях низкого разрешения, использовался в мобиль-
никах самого начала нулевых (Ericsson) и Motorola C350.
Я не стал упоминать «большие» протоколы типа HDMI или eDP — они так или
иначе, в физическом плане близки к MIPI DSI. Как видите — протоколов много и
самых разных, соответственно и дисплеи нужно искать в разных местах. Дешевые
DIY-дисплеи можно найти за довольно разумные деньги на алике. Пичем Вы вольны
выбирать интерфейс — кому-то удобнее SPI, кому-то удобнее 8080. Я лично вы-
брал SPI — поскольку он есть в «хардварном» виде на большинстве одноплатников
и доступен для программирования как из обычного пользовательского режима
(т.е. можно пользоваться шиной из обычной программы), так и из драйверов.
Однако есть способ найти дисплеи «бесплатно» — из старых и нерабочих уст-
ройств . Например, из автомобильных навигаторов. Что самое приятное в них —
так это то, что дисплеи там обычно стандартизированы — как по размерам, так и
по шлейфу. Суть вот в чем: китайские компании довольно долго производили 4м
дисплеи с разрешением 480x232 и резистивным тачскрином.
Поэтому Вы практически на 100% можете быть уверены, что один дисплей подой-
дет к другому навигатору и покажет картинку (а если нет — то открываем дата-
шит на дисплей и корректируем тайминги). Эти дисплеи используют TTL/RGB про-
токол , поэтому для того, чтобы с ними работать, вам понадобится либо много
свободных пинов, либо превратить микроконтроллер в видеоконтроллер (Raspberry
Pi Pico/ESP32 должен с этим справиться без проблем). Большинство из этих дис-
плеев работает в 16-битном режиме, т.е до 65536 цветов. Ниже прилагаю распи-
новку к ним:
Pin.No
1
2
3
4
5-12
13-20
21-28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
Symbol
LEDK
LEDA
GND
VCC
R0-R7
G0-G7
В0-В7
GND
CLK
D1SP
11SYNC
У SYNC
DE
NC
GND
XR
YD
XL
YU
Function
back light power supply negative
hack light power supply positive
Ground
Power supply
Red Data
Green Data
Blue Data
Ground
Colock signal
Display on/off
Horizontal sync input in RGB mode (short to GND if not used)
Vertical sync input in RGB modefshort to GND if not used)
Data enable
No Connection
Ground
Touch panel X-right
Touch panel Y-bot/om
Touch panel X-left
Touch panel Y-upl
Для более удобно подключения, можно использовать breakout-платы для 40-пин
шлейфов.
На некоторых одноплатниках уже есть готовый 40-пин коннектор для подключе-
ния ваших дисплеев. Большинство из них базируется на базе чипсетов AllWinner
FlC100s/FlC200s/V3s и экран работает там «из коробки», за исключением тачск-
рина (с ним надо повозиться), известные мне — Lctech Pi, MangoPi:
Если Вам нужен маленький дисплей, то можно взять оный от старого нерабочего
кнопочного телефона. Из самых простых — Siemens С65, S65, М65, А55, А65. Эти
дисплеи работают по протоколу SPI и к ним легко подпаяться. Как еще один из
вариантов — дисплей от «народного» Motorola C350, который работает через ин-
терфейс SPI, но требует 12-битного формата на цвет:
1 https://aliexpress.ru/item/1005005333447959.html?sku_id=12000032646582276
Обратите внимание, что для этих дисплеев нужно самому мастерить бустер под-
светки: от 3.7В они не заведутся. Сименсовским дисплеям нужно 12В — связано
это с тем, что светодиоды в подсветке подключены последовательно, дабы умень-
шить потребление. Если есть желание — можно разобрать модуль и перепаять све-
тодиоды параллельно, но «кушать» такая сборка будет ощутимо, проще взять
step-up преобразователь до 12В с алика.
MIPI дисплеи можно достать из копеечных старых смартфонов
ZTE/Lenovo/MTC/Билайн и.т.п. Предпочтительнее здесь именно именитые бренды,
поскольку и ZTE и Lenovo делятся исходниками прошивки — так что можно будет
найти команды инициализации и самому запустить дисплей. Кроме инициализации
дисплея, там же можно будет найти и драйвер тачскрина — обычно они общаются
по протоколу 12С и при очень большом желании, можно будет заставит работать и
его.
Для работы с ними, я также рекомендую Breakout-платы, а схему на коннектор
дисплея можно найти в сервисмануале или схеме устройства (если таковой имеет-
ся для вашего смартфона). Для Lenovo подобные ищутся без проблем, но для то-
повых Samsung S2/S3/S4 с крутыми OLED-дисплеями за MIPI-дисплеи придётся за-
быть , т.к. схем в открытом доступе нет.
LENOVO
Display Circuit
LCD Connector circuit
-a !i»w:
m
s*
:w>4pmJ: &е&"й&
0
P"1
3*
=3 т
и й»"!Р?СЭ
j i
r!6si *clk^"; |—yj.
*Л ЙГ алл • I—>-4-
m [psf dat"a"i |>"» (—±_^.
,ДД^Д/^ЯУ "
MP1 LAN
nllgTK'r—у
■ih
4
4
■ih
4
■ih
18
"TT
12
10
7Г
Hi'
+■
ГИ2а*23вн03»4УЦ0&|
JfOI
8080 дисплеи можно достать из старых китайских «кнопочников». Ищите те мо-
дели, на которые есть сервис-мануал (Fly DS124 и другие модели, некоторые
Explay), тогда Вы сможете прочесть ID дисплея из регистра 0x0 (вида
0x9325/0x7739 и т.п.), найти даташит на интересующий вас контроллер и исполь-
зовать его в своем проекте. В этих дисплеях самое приятное — паябельный шлейф
и подсветка 5В, которая будет работать и на 3.7В, но немного тусклее.
Если же Вам хотелось бы экранчик побольше, с разрешением 480x320, то смот-
рите в сторону очень дешевых мобильников из начала 2010х — Explay Nl, Fly-
Jazz, Fly Wizard. Вполне может быть так, что у Вас лежит подобный девайс бу-
дучи разбитым или утопленным, а дисплей остался.
Обратите внимание, что эти дисплеи используют 18-битный физический интер-
фейс, но для программного доступа должно хватать 16-бит. Кроме того, на этом
шлейфе есть пин IM0 — он отвечает за установку режима работы контроллера дис-
плея . Если бы у нас был еще IM1 и IM2, то мы могли бы хоть режим SP1 устано-
вить, но в данном случае, мы можем установить либо 8-битный режим, либо 16-
битный. Можете отследить пин IM0 на шлейфе и если он идет к обвязке, где
предположительно разрывается/соединяется IM1/IM2, то можете попробовать разо-
рвать/кинуть на них высокий уровень. Насчет подсветки на таких дисплеях пока
что не знаю. Если распиновки на телефон нет, то поищите диагностические пя-
тачки под коннектором, с осциллографом или даже просто тестером можно попы-
таться найти распиновку.
3.5" WVGA LCM
IMD
0
1
DATA USED |
lflBTT ВДОО 17) J
зеггздоооб; 1
^Vr^l
JL~
""•/.o-
Use LCD|_D[00ilj7^
When use 18bit tgrtc
AI
-v\v*-
Pn
1
2
3
4
S
6
7
a
9
10
11
12
13
14
IS
16
17
18
19
10
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
33
39
40
41
42
43
44
4S
46
Osscnpt-cr.
CABC 1
(3ND 1
1M0 1
1£DIA 1
l£D2A 1
LH>2(X4) 1
1_Ю2(ХЗ] 1
Lff>2(K2) 1
LH>2(X1) |
1_Ю1|Ч4] 1
LH)l(K31 |
1Ю1(К2) |
LEDllXll 1
ОС |
HUES |
017 |
016 1
015 |
014 1
013 1
012 ]
Oil |
010 |
09 |
OS ]
07 |
06 |
DS |
04 |
03 ]
02 1
01 ]
00 |
GND |
NRO |
ННЯ 1
RS 1
NCS
FMARK 1
VO 1
ЮЧСС |
MQ4B)
r*axR) |
Novn |
MCPCL)
LCD 10 ]
На этом предлагаю перейти к практической реализации нашего драйвера дис-
плея. Как я уже говорил, реализовать его можно двумя способами: в виде user-
space библиотеки для вывода картинки из обычных программ, так и kernel-mode
драйвер, который будет реализовать framebuffer, что позволит выводить туда и
X Window System, и SDL — что душе угодно.
У каждого подхода есть плюсы и минусы. Перечисляю их:
■ Универсальность: Библиотека сможет выводить только ту картинку, которая
формирует для нее программа. Однако, она может это делать максимально эф-
фективным для этого образом, да и никто не мешает написать сервис, который
будет копировать из /dev/fbO картинку на наш дисплей (однако это лишняя
нагрузка на процессор), китайцы так и делают.
■ Производительность: Kernel-mode драйвер может быть теоретически быстрее,
хотя по факту вся SPI-подсистема Linux выделен в удобный spidev.
■ Стабильность: По понятным причинам, User-space библиотека будет куда ста-
бильнее драйвера и не крашнет систему в случае ошибки.
Работать мы будем с простеньким 1.8м дисплеем, который имеет разрешение
128x160, работает на контроллере ST7739.
В качестве одноплатника я взял Orange Pi One. Сейчас старые модели RPi и
Orange Pi (но не их Mini и Zero версии) стоят копейки.
У
•
№ЩШ!§ЩР№МШ^^|
• > r**n 1 - (т
• . # '• *Й-Щ
^fl^^k. '
ШШ7
L
^^и
iy *•«,
ШИНЫ
^^ и
ф
i^^^tek^ i
pQ
^^^^^^к
1
V
Накатываем систему на флэшку (я выбрал Debian с ядром 3.4 — то, которое еще
не имело поддержки DeviceTree) и идем изучать гребенку:
OUT/IN
P^j—^
Л^Д"^^
-••-
— -»#НМД-
-••-
-••-
-••—iLibS-
-••-
-••-ЯяиЛ-
-Ела
Видим SPI? Он нам и нужен! Подключаем питание дисплея (З.ЗВ на VCC, 5B на
LED и не забываем землю), подключаем сигнальные линии (SCK — CLK, SDA — MOSI,
АО и RESET — цепляем на произвольный GPIO, на котором «ничего нет», я выбрал
РАЮ и РА20 пины). Если SPI Вам нужен только для дисплея, то можно просто по-
ставить перемычку между CS и землей. Оставлять его «в воздухе» нельзя — иначе
дисплей не будет работать.
Если подключили все верно, то при включении одноплатника, Вы увидите под-
светку .
Теперь для того, чтобы им управлять, нам нужно получить доступ к шине SPI и
проинициализировать контроллер. Для этого убеждаемся в том, что у нас есть
spidev в каталоге /dev/, где spidevO.О — первый контроллер SPI с первой лини-
ей CS, spidevO.1 — первый контроллер SPI с второй линией CS. У OrangePi One в
стоке он только один — а для CS предлагается использовать sysfs. Кроме этого,
нам нужно «экспортировать» и задать направлением пинам, которые мы будем ис-
пользовать для сигналов RESET и DC. Для этого пишем номера пинов на гребенке
прямо в устройство /sys/class/gpio/export, например так:
echo 10 > /sys/class/gpio/export
echo 20 > /sys/class/gpio/export
echo out > /sys/class/gpio/gpio20/direction
echo out > /sys/class/gpio/gpiolO/direction
Обратите внимание, что в свежих версиях ядра появилось нормальное API для
доступа к GPIO из userspace, управлять пинами через sysfs — в какой-то степе-
ни считается плохим тоном.
Открываем устройство как обычный файл:
fd = open ("/dev/ spidevO. 0", 0_RDWR | OJSTONBLOCK) ;
dcFd = open("/sys/class/gpio/gpiolO/value", 0_RDWR);
resetFd = open("/sys/class/gpio/gpio20/value", 0_RDWR);
И отправляем контроллер дисплея в RESET:
gpHelperSetState(resetFd, 0);
usleep(250000); // 250ms
gpHelperSetState(resetFd, 1);
После этого, реализовываем методы для передачи данных через SPI. В Linux,
общение через эту шину идёт посредством транзакции, причем размер одной тран-
закции ограничен конкретным SPI-контроллером. В случае AllWinner, тут от 64,
до 128 байт. Для каждой транзакции можно установить тактовую частоту —
AllWinner поддерживает до ^ЮОмгц.
void CLCM::Command(unsigned char cmd) {
spi_ioc_transfer tf;
memset(&tf, 0, sizeof(tf));
tf.bits_per_word = 8;
tf.len = 1;
tf.speed_hz = 64000000;
tf.tx_buf = (unsigned long)&cmd;
gpHelperSetState(dcFd, 0);
if(ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(l) , &tf) < 0)
LOG("SPI transfer failed\n");
}
void CLCM::Data(unsigned char data) {
spi_ioc_transfer tf;
memset(&tf, 0, sizeof(tf));
tf.bits_per_word = 8;
tf.len = 1;
tf.speed_hz = 64000000;
tf.tx_buf = (unsigned long)&data;
gpHelperSetState(dcFd, 1);
if(ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(l), &tf) < 0)
LOG("SPI transfer failed\n");
}
Теперь нам нужно инициализировать дисплей. Для этого, нужно передать ему
несколько команд, которые задают настройки развертки, поворота, внутренние
настройки цветности и т.п.:
void CLCM::SoftwareReset() {
Command(0x11);//Sleep out
usleep(120000);
//ST7735R Frame Rate
Command(OxBl);
Data(0x01)
Data(0x2C)
Data(0x2D)
Command(0xB2)
Data(0x01)
Data(0x2C)
Data(0x2D)
Command(ОхВЗ)
Data(0x01)
Data(0x2C)
Data(0x2D)
Data(0x01)
Data(0x2C)
Data(0x2D)
// End ST7735R Frame Rate //
Command(0xB4);//Column inversion
Data(0x07);
// ST7735R Power Sequence //
-ST7735R Gamma Sequence
Command(OxCO);
Data(0xA2);
Data(0x02);
Data(0x84);
Command(OxCl) ;
Data(0xC5);
Command(0xC2);
Data(OxOA);
Data(0x00);
Command(ОхСЗ);
Data(0x8A);
Data(0x2A);
Command(0xC4) ;
Data(0x8A);
Data(OxEE);
// End ST7735R Power Sequence
Command(0xC5);//VCOM
Data(OxOE);
Command(0x36) ;//MX, MY, RGB mode
Data(0xC8);
//
Command(OxeO)
Data(0x02)
Data(Oxlc)
Data(0x07)
Data(0x12)
Data(0x37)
Data(0x32)
Data(0x29)
Data(0x2d)
Data(0x29)
Data(0x25)
Data(0x2b)
Data(0x39)
Data(0x00)
Data(0x01)
Data(0x03)
Data(0x10)
Command(Oxel)
Data(0x03)
Data(Oxld)
Data(0x07)
Data(0x06)
Data(0x2e)
Data(0x2c)
Data(0x29)
Data(0x2d)
Data(0x2e)
Data(0x2e)
Data(0x37)
Data(0x3f)
Data(0x00)
Data(0x00)
Data(0x02)
Data(0x10)
Command (0x2A)
Data(0x00)
Data(0x02)
Data(0x00)
Data(0x81);
Command(0x2В);
Data(0x00);
Data(0x01);
Data(0x00);
Data(OxAO);
// End ST7735R Gamma Sequence //
//Command(ОхЗА);
//Data(0x05);
Command(ОхЗА);//65к mode
Data(0x05);
Command(0x2C)///Display on
Command(0x29)///Display on
// Set viewport
int xl = 0;
int x2 = 128;
int yl = 0;
int y2 = 160;
Command(0x2A) ;
Data(xl»8) ;
Data(xl);
Data(x2»8) ;
Data(x2);
Command(0x2B);
Data(yl»8) ;
Data(yl);
Data(y2);
Data(y2);
Command(0x2C); // Начинает запись фреймбуфера в память
}
Для передачи фреймбуфера, мы реализовываем отдельный метод, который разо-
бьёт его на транзакции. В нашем случае, фреимбуфер занимает 128 * 160 * 2 =
40960 байт, делим на 64, получаем 640 транзакций на передачу одного кадра.
void CLCM::Bitmap(void* data, int len) {
gpHelperSetState(dcFd, 1);
for(int i = 0; i < len / 64; i++) {
spi_ioc_transfer tf;
memset(&tf, 0, sizeof(tf));
tf.bits_per_word = 8;
tf.len = 64;
tf.speed_hz = 32000000;
tf.tx_buf = (unsigned long)data;
data += 64;
if(ioctl(fd, SPI_IOC_MESSAGE(l), &tf) < 0)
LOG("SPI transfer failed\n");
}
Компилируем нашу программу, запускаем и видим: на дисплее появился мусор, а
это значит, что он успешно проинициализирован. Если у Вас всё равно белый
дисплей — смотрите подключение и убедитесь, что подключили сигнальные линии
RESET/DC куда надо. После инициализации, на DC должен быть логический О (ОВ),
на RESET — логический 1 (3.3В).
Пишем простенький загрузчик TGA и выводим картинку на экран:
CImage* img = CImage: : FromFile ("test, tga") ;
if(img)
Bitmap(img->RGB, img->Width * img->Height * 2) ;
Всё работает и у нас есть картинка на дисплее! Производительность системы,
скажем так, оптимальная, но учтите: чем выше разрешение, тем выше нагрузка на
ядро!
Это всё конечно замечательно, однако зачастую есть необходимость отображать
картинку, которые рисуют другие программы — X Window System, или, например,
порт эмулятора денди на SDL1.2. Для этого, нам нужен способ выводить на наш
дисплейчик то, что рисуется в главный фреймбуфер — /dev/fbO. И для этого, у
нас есть целых два способа:
1. Реализация kernel-mode драйвера фреймбуфера: Это правильный вариант, одна-
ко , при условии отсутствия dts, придется «подвигать» родной драйвер на
другой фреймбуфер, либо перенастраивать уже имеющееся окружение на
/dev/fbl.
2. Служба-прослойка, которая копирует фреймбуфер и вручную рисует на наш дис-
плей . Этот способ я подсмотрел у китайцев: именно он реализован в драйвере
дешевых дисплеев для Raspberry Pi. В целом, если так подумать, то это дей-
ствительно довольно простой, портативный (не зависящий от версии ядра) и
шустрый метод.
Именно второй способ мы и выберем в силу его некоторой диковинности. Фрейм-
буфер Linux имеет одну очень приятную особенность: он способен сам выполнять
преобразования формата пикселей и динамически менять размер рабочего про-
странства. Мы можем просто попросить драйвер установить комфортный для нашего
дисплея режим (128x160), цветность (RGB565) и читать уже готовые битмапы, по
необходимости пересылая их на дисплей.
Давайте напишем простенькую службу для этого. Наша служба должна быть уни-
версальной, дабы уметь выводить картинку на несколько разных дисплеев, в за-
висимости от статически слинкованных с ней драйверов. Для этого мы сразу оп-
ределяем структуру, описывающую процедуру инициализации и вывода уже готовой
картинки на экран:
struct CLCM {
char* name;
int width, height;
void(*init)();
void(*presentBuffer)(void* buf);
};
CLCM lcm7735 {
.name = "ST7735",
.width = 128,
.height =160,
.init = &st7735Init,
.presentBuffer = &st7735Bitmap
};
CLCM* lcmListf] = {
&lcm7735
};
Теперь у нашей службы есть некоторая гибкость. Захотели — поставили дисплей
на базе ILI9341, захотели — на базе ILI9325, достаточно лишь портировать код
инициализации.
Открываем всем необходимые устройства и назначаем нашему фреймбуферу желае-
мое разрешение. Обратите внимание, что мы можем весь буфер кадра отобразить в
наш процесс с помощью mmap: это гораздо быстрее и экономичнее к памяти, чем
выделять отдельный буфер под read/write.
bool setupFrameBuffer() {
LOG("Open framebuffer device");
fbDevice = open("/dev/fbO", 0_RDWR);
if(!fbDevice) {
LOG("Failed to open primary framebuffer");
return false;
}
ioctl(fbDevice, FBIOGET_VSCREENINFO, &fbVar);
fbVar.xres = lcm->width;
fbVar.yres = lcm->height;
if(ioctl(fbDevice, FBIOPUT_VSCREENINFO, &fbVar) < 0) {
LOG("Unable to set framebuffer size :c");
return false;
}
ioctl(fbDevice, FBIOGET_VSCREENINFO, &fbVar); // Get yet another time for test
LOGF("Parent FB: %ix%i %i-bits", fbVar.xres, fbVar.yres, fbVar.bits_per_pixel);
ioctl(fbDevice, FBIOGET_FSCREENINFO, &fbFix);
fbMem = (char*) mmap (0, fbFix. smem_len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,
fbDevice, 0) ;
buf = (unsigned short*)malloc(lcm->width * lcm->height * 2);
if (! fbMem) {
LOG("mmap failed");
return false;
}
return true;
}
К сожалению, в случае с OrangePi, мне не удалось запросить драйвер обраба-
тывать картинку в формате RGB565, поэтому для вывода пришлось выделять внеш-
ний буфер, где мы на лету конвертируем картинку из 32х-битного RGB в 16-
битный .
inline unsigned short lcmTo565(unsigned int r, unsigned int g, unsigned int b) {
short ret = ((r & 0Ы1111000) «8) | ( (g & 0Ы1111100) « 3) | (b » 3) ;
return bswap_16 (ret) ;
}
Ну и переходим, собственно, к копированию фреймбуфера на наш дисплей:
void lcmCopyFramebuffer() {
int bpp = fbVar.bits_per_pixel / 8;
for(int i = 0; i < lcm->width; i++) {
for(int j = 0; j < lcm->height; j++) {
unsigned char* rgbData = (unsigned char*)&fbMem[(j * fbFix.line_length)
+ (i * bpp)];
buf[j * lcm->width + i] = lcmTo565(rgbData[0], rgbDatafl], rgbData[2]);
}
}
lcm->presentBuffer(buf);
}
Да, это вся программа. Тестируем наш результат:
Работает! Теперь если мы захотим запустить, например, эмуляторы, или вывес-
ти иксы на внешний экранчик — то мы сможем сделать это без каких либо про-
блем.
Как видите, даже из казалось бы, из неактуальных и нерабочих гаджетов можно
вытащить дисплеи для собственных проектов. Документация по протоколам доступ-
на в свободном доступе в сети, да и со схемами уже не так сложно, как в нуле-
вых.
Даже с практический точки зрения нет никаких проблем в том, чтобы подклю-
чить дисплеичик даже к устройствам, где подобный видеовыход и не предусмот-
рен.
Электроника
Q5
Ql|
QO
Q2|
Q6
Q7|
Q3
Земля
7]
3
7]
3
Щ
js\
jj
Щ
JT7T7
4017
щ
if
Ш
Ш
Ш
m
9
Питание
Сброс
Счет
Стоп
Перенос
Q9
Q4
Q8
ДЕСЯТИЧНЫЙ СЧЁТЧИК-ДЕШИФРАТОР К561ИЕ8
Десятичный счётчик-дешифратор просто считает входные импульсы и выводит ло-
гическую единицу на выход, соответствующий тому числу, до которого он досчи-
тал.
Казалось бы, простая микросхема CD4017, или К561ИЕ8, имеет в своём составе
31 логический элемент, не считая 5 триггеров. Согласитесь, было бы утомитель-
но паять такую схему на отдельных логических элементах и тем более транзисто-
рах, не говоря о лампах или реле!
Хотя в случае реле функцию счётчика-дешифратора выполнял шаговый искатель.
В нём спусковой механизм, подобный тому, что в часах, (в терминологии часов-
щиков — «спуск», или «ход»), вместо маятника или балансира приводился в дви-
жение электромагнитом, а вместо стрелок были ножи переключателя, которые вра-
щались между контактами.
Такие декадные шаговые искатели использовались на телефонных станциях. Пре-
рыватель номеронабирателя посылал в линию число импульсов тока, соответство-
вавшее набранной цифре, а шаговые искатели в количестве, соответствующем чис-
лу цифр в номере, отсчитывали эти импульсы и переключали контакты так, чтобы
подключить аппарат вызывающего абонента к аппарату абонента с набранным номе-
ром.
Интегральный счётчик-дешифратор К561ИЕ8, как следует из названия, состоит
из двоичного счётчика, (только особого, как мы увидим ниже), и двоично-
десятичного дешифратора.
Счётчик построен на пяти синхронных D-триггерах. Такой триггер, (от англий-
ского delay — задержка или data — данные), — запоминает состояние входа и вы-
даёт его на выход. D-триггеры имеют, как минимум, два входа: информационный D
и синхронизацию С. После прихода активного фронта импульса синхронизации на
вход С D-триггер открывается. Сохранение информации в D-триггерах происходит
после спада импульса синхронизации. Поскольку информация на выходе остаётся
неизменной до прихода очередного импульса синхронизации, D-триггер называют
также триггером с запоминанием информации или триггером-защёлкой.
CARRY OUT
(1г)
(й^Ы^
о о!
С 01
R
о о5
о S3
vdo
CLOCK
6Ь
|-ЛЛЛг-4
Ж Ж
.®—он>
*ACL »MPUT3 PROTECTS© BV
CMOS PROTECTION NETWORK
to 55
CLOCK
RESET
»гсс-г§7«5«э
CLOCK INHIBIT
"0"
"Iм
"2"
"3"
-4»
"5"
"6"
"7"
"8"
"9"
L
-• -•-
STV.
n
г
r
r~\
nr\
ГТЛ
г
~\
ГТЛ
r~T^
ПГЛ
ГТЛ
CARRY OUT
J
f >g 2 Timing diagram for CD4017B.
Импульсы синхронизации на все пять триггеров приходят с 14 ноги микросхемы,
являющейся счётным входом, или входом тактирования — Clock. Перед этим они
проходят через инвертирующий триггер Шмитта, чтобы микросхема воспринимала
сигналы с разными уровнями логических единицы и нуля, и элемент И-НЕ.
Этот элемент предназначен для того, чтобы при высоком уровне сигнала запре-
та тактирования на выводе 13, — Clock inhibit, — счётчик не реагировал на
входные импульсы.
Сигнал запрета тактирования проходит через два элемента НЕ, что может пока-
заться бессмысленным. Однако в микросхеме таким образом реализован просто не-
инвертирующий буфер — усилитель-повторитель сигнала.
Транзистор, включённый по схеме с общим эмиттером или общим истоком, в за-
висимости от того, биполярный он или полевой, инвертирует входной сигнал. Ко-
гда на входе плюс, (рассматриваем NPN или N-канальный МОП в схеме с плюсовой
шиной питания и минусом на массе), транзистор открывается и притягивает выход
к земле.
0V
Когда на входе низкий уровень, транзистор закрыт, и выход подтянут резисто-
ром или чем-то более интересным к плюсу питания. Что-то интересное — это ис-
точник тока на полевом транзисторе, который очень часто используется внутри
микросхем для организации подтяжки нужной точки схемы к нужной шине.
Получается, что если бы мы собирали буфер-повторитель на транзисторах, их
нам понадобилось бы как минимум два. То есть, это были бы два инвертора, или
элемента НЕ, включённые последовательно.
Спросите, почему бы не применить эмиттерный или истоковый повторитель? —
Потому что он не является честным буфером. Напряжение на его выходе ниже на-
пряжения на базе или затворе на определённую, и немалую величину. То есть по-
лучится деградация уровня сигнала, которая в цифровой схеме неприемлема.
Чтобы получить настоящий буфер, повторяющий на выходе входное напряжение,
транзисторному повторителю нужен ещё и операционный усилитель, имеющий в сво-
ём составе несколько транзисторов. Чего ни мы, ни создатели микросхемы не со-
чтём целесообразным.
4 vs
supply
out
LOAD
Потому два логических элемента НЕ один за другим — это полностью осмыслен-
ное техническое решение, а не шутка чертёжника.
Итак, высокий логический уровень на выходе элемента ИЛИ-НЕ будет лишь в од-
ном случае: когда на обоих его входах логический 0. То есть, когда на входе
запрета тактирования низкий уровень, (для чего проще всего подпаять эту ножку
к логической земле) , а на входе тактирования логическая 1. (Триггер Шмитта
ведь инвертирующий).
Ножка 15 — вход сброса — Reset — через такой же буфер из двух инверторов
подаёт сигнал сброса на все пять триггеров.
А вот считает десятичный счётчик по-своему, не так, как привычный нам дво-
ичный , каждый триггер которого, просто делит частоту входного сигнала на 2.
Здесь такое происходит только между первым и вторым триггером, а также между
третьим, четвёртым и пятым.
Перенос единицы на вход D третьего триггера происходит только в случае, ко-
гда на обоих входах соответствующего элемента ИЛИ-НЕ логический 0.
То есть, когда второй триггер установлен в единицу (сигнал на ИЛИ-НЕ берёт-
ся с инвертирующего выхода), и хотя бы один из двух триггеров — первый и тре-
тий — установлен в единицу.
Получается такая последовательность состояний триггеров:
00000 - 00001 - 00011 - 00111 - 01111 - 11111 - 11110 - 11100 - 11000 -
10000.
Со следующим тактом система возвращается в 00000, и всё повторяется снова.
Так работает десятичный счётчик.
Отметим, что эта система кодирования чисел отличается и от 4-разрядного
двоично-десятичного кода, применяемого в телефонии, и от системы кодирования
«2 из 5», где десятичная цифра кодируется 5 разрядами, из которых 2 бита ус-
тановлены в 1, а 3 бита — в 0, что даёт ровно 10 комбинаций.
У нас получается, что от 0 до 4 выходное число равно числу единиц в коде. А
от 5 до 9 оно равняется 10 минус число единиц в коде.
Сигнал переноса — Carry Out — на 12-м выводе микросхемы является инвертиро-
ванным сигналом с выхода пятого триггера. От 0 до 4 его уровень высокий, а от
5 до 9 — низкий.
Далее дешифратор на десяти элементах И переводит этот пятиразрядный код в
десятичный:
на первом и пятом триггерах — 00000;
на первом и 0 на втором триггере — 00001;
на втором и 0 на третьем — 00011;
на третьем и 0 на четвёртом — 00111;
на четвёртом и 0 на пятом — 01111;
на первом и на пятом — 11111;
на первом и 1 на втором — 11110;
на втором и 1 на третьем — 11100;
на третьем и 1 на четвёртом — 11000;
на четвёртом и 1 на пятом триггере — 10000.
Такая гениальная система двоичного кодирования десятичных чисел называется
кодом Джонсона, и позволяет обойтись для каждого из выходов дешифратора все-
го-навсего одним двухвходовым элементом И. Соответственно, счётчик носит на-
звание счётчика Джонсона на сдвиговом регистре с перекрёстной обратной свя-
зью.
Лично меня это приводит в восхищение. Такое грамотное применение дискретной
математики — просто противоположный полюс по сравнению с подходом ардуинщика,
у которого вместо любого схемотехнического узла микроконтроллер.
А в программе того контроллера все расчёты с плавающей точкой, которая гу-
бит и производительность, и точность, и мешает сравнению величин. А где точка
фиксированная, там перепутаны целые с неотрицательными, не учтены переполне-
ния, и все тайминги на пустых циклах. «Счётчики? Прерывания? — Не слышали о
таких».
Не поймите неправильно, к миру Ардуино и всего ему подобного я отношусь с
огромной любовью и уважением. Такие любительские средства разработки и отлад-
ки снижают порог вхождения настолько, что сделать свои первые шаги в мир
электроники сможет и дошкольник, и человек преклонного возраста, не говоря
уже обо всех остальных. Это просто прекрасно!
Но стремиться к повышению инженерной культуры даже в простых казуальных са-
моделках можно и нужно. Хотя бы потому, что это интересно, и позволяет повы-
сить самоуважение и веру в свои силы.
До пандемии ковида и дефицита полупроводников заменять даже простейшие
триггеры микроконтроллерами было экономически обоснованным, если не стоял во-
■ о,
■ 1,
■ 2,
■ з,
■ 4,
■ 5,
■ 6,
■ 7,
■ 8,
■ 9,
если
если
если
если
если
если
если
если
если
если
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
прос надёжности. Далее времена изменились, и люди снова вспомнили о своих
верных друзьях — старых добрых микросхемах и транзисторах.
А в мире сложных разработок необходимы знания не только микроконтроллеров и
процессоров, но самых разных схемотехнических узлов, которые дополняют друг
друга и совместно создают прекрасную умную технику.
Под каждую конкретную задачу систему на чипе не создать. Нужно уметь рабо-
тать и с операционными усилителями, и со стандартной логикой, и с транзисто-
рами , и преобразователь напряжения уметь рассчитать и трассировать. Потому
продолжаем изучать составляющие электроники на простых примерах.
Бегущие огни многие из нас уже собирали. А что, если сделать их не одномер-
ными, а двумерными? То есть, чтобы они бегали не по вектору, а по матрице?
Получится эффект с множеством вариантов настройки, в зависимости от частоты
вертикальной и горизонтальной развёртки.
Вот и схема нашего двумерного эффекта. Про блокировочные конденсаторы тут
не забыли: присутствуют керамический С6 и электролитический оксидный С1.
5Л
\1/ п 1 'V* 'V* О" О" ^>" О* V О"
ir^ .П .П ш^] ш^] ш^] ш^] ш^] ш^]
ГМ Т L1 \ Т L1 Т L1 \ Т L1: Т LI T LI .| T Lltl T L1 7
Г©«зТу.| Ы Ы ]Ы ]щ \Щ ]щ Ы
S901.1*9
У
^
f-5; w ^ ^
f-5:g" ЩЩЩЩЩЩЩЩ
Г@пЛу1 M M Ы Ы m ]щ Ы
HOl fn&J Turl TurJ ТЫ TlbJ |и?| Tijfi Tigs]
f—2C W W W 'Ш ^ W Ц*4 1ей|
^
w
_§^1а щШ+МщЩщУщ
у.*
^
£*
>Л1
W
&
Горизонтальная и вертикальная развёртка устроены почти одинаково. Выводы
запрета тактирования, — ножка 13, — обеих CD4017 соединены с землёй. Ножка 12
— вывод переноса — не используется и висит в воздухе. Она представляет собой
выход, а не вход, потому висеть в воздухе имеет полное право.
Десятый выход, — ножка 11, — каждого дешифратора соединён с его входом
сброса, — ножкой 15. В узле горизонтальной развёртки напрямую, а в узле вер-
тикальной через резистор R1 3.3 кОм, потому что в правом положении переключа-
теля S4 горизонтальная развёртка тактируется сигналом сброса вертикальной.
Одинаковые тактовые генераторы собраны на интегральных таймерах NE555. Каж-
дый из них имеет переменный резистор регулировки частоты и переключатель час-
тотных диапазонов. Высокую частоту задаёт керамический времязадающий конден-
сатор, низкую — электролитический.
В схеме горизонтальной развёртки используются NPN транзисторы S9014, вклю-
чённые по схеме с общим эмиттером. Потому предусмотрены резисторы в цепи ба-
зы, номиналом по 10 килоом.
Такие же транзисторы применены в схеме вертикальной развёртки, но тут они
включены по схеме с общим коллектором, потому в базовых резисторах не нужда-
ются . У такого каскада от природы высокое выходное сопротивление. Резисторы
по 220 Ом задают токи светодиодов.
Стоит похвалить авторов схемы за использование одинаковых транзисторов в
верхнем и нижнем ключах. Очень лаконичное, грамотное решение.
Можно посмотреть примеры1 живой динамической красоты, которую создаёт эта
довольно простая и принципом работы и в сборке (если хватит терпения паять
почти полторы сотни деталей2) .
Можно попробовать превратить эту игрушку в осциллоскоп используя микросхему
LM3915.
Audio
-U
.vi;:
* Ye I low
""Yellow
.4*."
"Yellow
Yellov,
Yellow
.ч;т;
Yellow-
Yellow
:t%d
Вт
4
Yellow
R~d
* R~d
""1 г
"' j; Open cucuit, t re indication
lttt ,: Short circuit, Ьй>г shApt- indication
Power
LM3915 — это микросхема логарифмического драйвера дисплея, обычно исполь-
зуемая для визуализации аудиосигналов. Он может управлять как 10-сегментным
светодиодным индикатором, так и матричным светодиодом. Микросхема также по-
зволяет легко программировать опорное напряжение и ток светодиода в зависимо-
сти от применения путем выбора правильного значения резисторов.
1 https://www.youtube.com/watch?v=JmZ0521Iins
2 https://alii.pub/6ngzbf
На видео вы могли заметить ещё два красивых светодиодных эффекта. И качаю-
щийся колокольчик, и электронная юла построены на обычных симметричных муль-
тивибраторах, на двух транзисторах.
S1
Vibration switch
— kti
111 111
BDIWD2 D3^D4*J»
TLmTLHD I I lkdTledT
flRI flR2 r|R3 f| R4 fl R5 П R6
M iK M iK Mim Mim Mik M iK
CR2032 Ц 1 c
.=_BT2
CR2032
O.luFI
>
01 '
9013
R4
1M
C2
0.1 uF
Q2
9013 1/
i I
Oe
±
4 b
Hr
Цй
I
ffl: ff& 6
Техника
ЛАБОРАТОРИЯ НА ЧИПЕ
Новосадская А.
Эргономичные и многофункциональные девайсы захватывают мир. Да и такой
тренд на уменьшение свойственен не только для техники, но и для науки. Если
ранее в микробиологии для идентификации болезнетворных микроорганизмов ис-
пользовали множество окрасок и биохимических тестов (сколько реактивов уходи-
ло на одни только среды Гисса, специальные питательные индикаторы, меняющие
свои цвета, позволяющие выявлять биохимические особенности и определять энте-
робактерии), то сейчас, с накоплением знаний и миниатюризацией технологий, не
составляет труда определить заболевание, а то и вид бактерий за несколько ча-
сов, а то и минут, воспользовавшись высокоточными методами ПЦР или ИФА. Более
того, результаты ПЦР не нужно визуализировать методом электрофореза. Вполне
себе существует риал-тайм-метод, позволяющий детектировать результаты реакции
прямо в ходе её протекания.
Визуализация результата ПЦР методом гель-электрофореза. Получен-
ный результат подсвечивают через трансиллюминатор.
• Ill I
Контроль
Среда Гисса с бромкрезоловым пурпурным (индикатор).
А возможно ли миниатюризовать целую лабораторию до размера лабы для фикси-
ков? Как ни странно, такие решения уже существуют. Поговорим о них подробнее,
ведь при всей своей футуристичности они продвинулись достаточно далеко и по-
стоянно совершенствуются. Технология называется «лаборатория-на-чипе».
Лаборатория-на-чипе - это миниатюрное устройство, позволяющее объединять
несколько лабораторных анализов на плоскости размером в несколько квадратных
сантиметров. Она работает автономно.
Чтобы понять, как организована работа в лаборатории на чипе, сперва следует
вспомнить про то, как построена работа в обычной лаборатории. В целом, все
операции в лаборатории сводятся к слиянию одних жидкостей с другими с после-
дующей фиксацией результатов. Вспомните свои лабораторные по химии в школе,
когда один раствор подмешивали к другому и получали результат.
В классических лабораториях, в целом, история точно такая же, только требо-
вания к чистоте и пробоподготовке другие. Отсюда следует, что операции смеши-
вания , транспортировки и т. п. можно перевести из макромира, где идут опера-
ции с миллилитрами, в микромир, где операции идут на микро- и наноуровне.
Как же устроена такая лаборатория, если там производятся такие мелкие опе-
рации? Лаборатория-на-чипе изготавливается в виде пластины с множеством мик-
роканалов, которые могут пересекаться между собой или идти параллельно, обра-
зовывать схемы или же причудливые узоры. Функционально эти многочисленные
канальцы напоминают сообщающиеся сосуды. В них происходит смешивание одних
жидкостей с другими в точных пропорциях и точных объемах. В результате выпол-
няется реакция так, как если бы она выполнялась в пробирке. Только вот нам не
нужно столько реактивов и не нужен лаборант. Результаты работы можно фиксиро-
вать с помощью микроэлектродов или с применением фотометрии. По сути, точно
так же, как делают в больших лабораториях. Такие чипы работают под действием
микрогидродинамики, и манипуляции с ними известны под общим названием «техно-
логия микрофлюидных чипов», или просто «Микрофлюидика».
Отдельным же направлением развития лабораторий на чипе является цифровая
микрофлюидика. В широком смысле цифровая микрофлюидика является частным слу-
чаем обычной микрофлюидики, где все также сводится к перемещению жидкости по
микроканалам, однако, основная особенность цифровой флюидики заключается в
методе переноса жидкости и определении траектории её движения.
1 Среда - полужидкая питательная среда с целью идентификации энтеробактерий по тесту
ферментации одного из углеводов (лактозы, глюкозы, сахарозы, мальтозы, арабинозы,
фруктозы, маннозы, ксилозы, рамнозы, раффинозы, галактозы) или из многоатомных спир-
тов (маннита, дульцита, инозита, сорбита). При росте микроорганизмов, ферментирующих
углевод, наблюдается изменение цвета среды с пурпурного на желтый. Газообразование
сопровождается появлением пузырьков в столбике среды или на ее поверхности. Рост
микроорганизмов, не ферментирующих углевод, не изменяет цвет среды.
Если в канальной микрофлюидике жидкость может перемещаться только по зара-
нее проложенным каналам, то в цифровой микрофлюидике жидкость может динамиче-
ски менять направление движения под действием электрического поля. Обычно ре-
акционные камеры изготавливаются с применением электродной решетки, напоми-
нающую пиксели ЖК-экрана. Подавая электрический сигнал на определенные элек-
троды, можно управлять движением жидкости. Причем направление движения, объем
капель, скорость и другие характеристики определяются с помощью написанной
заранее программы. Цифровая микрофлюидика не только перспективна с научной
точки зрения, но и очень эстетична.
Это электрическая актюация пико- и нанообъемных капель жидкости на гидро-
фобной поверхности с кучей электродов. Фактически, движение капель по «вирту-
альным» каналам за счет электрического воздействия на них.
Внешний вид лаборатории-на-чипе.
Обычно самыми востребованными анализами в лаборатории-на-чипе являются про-
боподготовка, ПЦР и секвенирование. Большинство чипов ориентировано на диаг-
ностику заболеваний или же на иной молекулярно-биологический анализ. Намного
реже можно встретить чипы, предназначенные для биологического или химического
синтеза веществ.
А теперь напомню, лаба достигает максимум нескольких квадратных сантиметров
в поперечнике. Стандартное лабораторное оборудование, необходимое для прове-
дения подобных работ имеет размеры на несколько порядков больше, в то время,
как лаборатория на чипе — менее спичечного коробка. Это ее неоспоримое пре-
имущество и самый большой минус.
С экономической точки зрения - одни достоинства. Больше не нужны огромные
количества реактивов, на синтез или доставку которых уходит уйма времени. Не
нужно эксплуатировать научных сотрудников и студентов (хоть студенты и бес-
платно это делают, но не все). А точность и скорость анализа при этом намного
выше, чем при проведении анализа специалистами-биологами и химиками. Всё-таки
человеческого фактора никто не отменял. Более того, с увеличением количества
анализов на одном чипе уменьшается стоимость каждого отдельного анализа.
А вот второе преимущество на деле ещё и огромный минус. Это быстрая диагно-
стика и отклик. В микромире диффузия химических веществ, переключение потока
и рассеивание тепла происходит в разы быстрее, чем в макромире. Можно изме-
нять температуру за миллисекунды или смешивать вещества за такое же время.
Это другая физика. Совсем не бытовая. То, что может работать у вас в лабора-
тории или дома, окажется совершенно неэффективным и малопригодным в каналах
микролаборатории. Так, для чипов становятся существенными такие параметры как
вязкость, поверхностное натяжение, число Рейнольдса и пр.
Перемещение жидкости в микрофлюидных каналах достигается посредством нагне-
таемого извне градиента давления. Такой градиент обычно создается внешними
насосами. Также управлять жидкостями могут и микроклапанные системы, дейст-
вующие как на основе пьезоэлектрических систем, так и на основе термических и
обратных клапанов.
В случае цифровой микрофлюидики наиболее простая и понятная реализация пе-
ремещения жидкости достигается при помощи двумерной электродной сетки. В каж-
дой ячейке сетки находится электрод. Напряжение, прилагаемое к активированно-
му электроду на ячейке, создает электрическое поле, которое будет тянуть на
себя соседние микрокапли посредством минимизации энергии. Ввиду того, что
электроды в сетке активируются независимыми входами, ими просто управлять. Но
нужно быть осторожным, ведь чем больше размер сетки, тем труднее будет разра-
батывать входы и точки доступа. Особенность в том, что для каждого электрода
в отдельной ячейке требуется нанесение индивидуальной электрической линии,
причем она не должна пересекать другие линии и электроды. Соответственно,
большая плотность электродов влечет трудности при разработке.
Но для решения таких проблем нашелся свой метод. Это сетки с перекрестными
ссылками. Тут уже используется двухслойная структура, где напряжение подается
на перпендикулярные линейные электроды верхнего ряда и нижнего столбца. Вся
прелесть в том, что каждый линейный электрод действует одновременно как ис-
полнительный и как собственная адресная линия. Таким образом сокращается ко-
личество электродов. Но нет плюсов, на которые не нашлись бы свои минусы. Ес-
ли на сетке объявится несколько капель, которые будут находиться на одной
строке или столбце, то активация столбца или строки приведет к передвижению
всех капель. Это называется микродроповая интерференция.
Микродроповое вмешательство. Если две капли находятся на одном столбце,
то, при подаче напряжения, будут перемещаться обе капли:
00 ООО ООО I 000 00
(a) it ill iii _. i i i ii
I I ••• I I I ••• I I I *"o ' I ' **• ' ■
oooooooooooooooooooooooo oooooooooooo
1 I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I
I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I
о-- о-- i/ Microdrop 1 --о --о
о-- о-- J (actuated) --о --о
.£: UUJUJJJUUJUUJ7JJU E=|
jzj:
0 оазазззаазааоиза -g:
0 о-- паюю^апюпЗпза ::g 0
g-g11 uujujjjuujuisaauu ::g::§
Г: UUJUJJ'JUU'JUGULIUU ::g
'g:: ппппгиаппппппгаа ::°*
§--r: uujujjjuujuuuuuu ::g--g
§::g:: папапюаппааэана ::°::§
.§-- пазазззаазаоцаза ::g.
:g:: UUJUJJJUUJUUJUJU ::g-
0 £: аазаз^аазаащрп ::g 0
g::g- UUUUJJJUUJUUJLXJU ::g:=g
o-
o--
-o
I-- ааэаззнаазааюю ~°
-O
У -:§
g:: DDUDiaiiaDIDQaiQ
/-2o-- o-- Microdrop 2.-o -_0
/_ io-- o-- (stationary)--о —o
I I I I I I I I I I i I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I
I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I
ooooooooooooooooooooooooooooooooooooo
ii ... iii ••• iii ••• iii ••• ii
ii iii iii iii ii
oo ooo ooo ooo oo
I II
roro
en ел
a> Ln
Но такая задача легко алгоритмизируется и реализуется при помощи программи-
рования. Первые айтишники, задействованные в разработке чипа, предложили мар-
шрутизатор microdrop2. Алгоритм, основанный на линейном программировании, по-
зволил разделить передвижение по кликам. То есть по программе, где отобража-
ется электродная сеть и есть возможность тапать на желаемое местоположение
капли. Но это только алгоритмическое решение микродропа и усложнение схемы
передвижений капель.
Сейчас же разработчики предлагают мультиплексор, использующий нелинейную
зависимость между движением капли и приложенным к ней напряжением. Контроли-
руемое перемещение капель достигается путем удвоения дифференциального напря-
жения, между перекрывающимися электродами, имеющими противоположные полярно-
сти. Система построена таким образом, что только удвоенное напряжение преодо-
левает пороговое напряжение, необходимое для перемещения. Таким образом, мож-
но передвинуть только одну или пару капель на большой матрице.
Подача напряжения меньше порогового по столбцам:
2 http://www.cse.cuhk.edu.hk/~fyyoung/paper/aspdaclO_crossrouter.pdf
(b)
/=10
/=2 o-[
/=3 0-[
/=4 04
/= 5 О
/=6 о
/=7 o-{
/=8 о
/=9 о
/' = 10o
/' = 11 о
/' = 12o
/= 13o
/'= 14o
/ = 150-4
/=160-Г
II II M II II II II II II II II II II II II II
-'fOGO-tbtnO'-JOOCO-»-'-'--'-'-*-'
О -» M U Д Ol O)
1111111111111111
ГГ П
1! Г!
П П
П tl
TT ТУ
»f " " 91
Г.1 Г! ЕС
ff Tf EC
Г! tl Г1 IL-
rr ■ rr tt ■ rr
114 li:
■■Tl FT --»»---{
Г1 fl \tl—ГТ
I! H Tl \t!
II tf If—TT
n " " "
Microdrop 1
(actuated)
Microdrop 2
(actuated)
Подача напряжения по строке,
перекрывающимися электродами:
Удвоение дифференциального напряжения между
(с)
v0(180
/'= 1
1=2
/=3
■)/=4
/=5
/=6
/=7
/=8
/-9
/= 10
/= 11
/= 12
/= 13
/ = 14
/= 15
;= 16
HI
с?
О
II М II II II II II II II
-•MUbOlffiNlffllD
II II II И II II II
О -» 1Ч> СО *>• СЛ О)
iirinrinnnnnnnnnnrir
тт тт Ti тт tt tt ft it tt tf IE
ГТ ТГ II П Г! Tt
II II II II II II
" " " " " " " " " " "■
Tl Tl Tl—ГТ-
T! Fl П П ft П tl П Tl ГС
TT Tf Tf Tf TT TT Tf -TT-
Tf tt tf tt
I! 11 II tl I? !l II II Tl !l IB
I! II II Il_
Tl П П Tl Tl Г1 II ГГ Tl
tl Tl Tl II
-TT—TT—TT— 'TT — TT — TT— TT — TT—TT— 4 I T I'
tl tl TT-
TT Tf tl tl TT Tf tf Tf TT Tf It
TT \tT TT
Tf TT fl Tf TT Tf Tf TT TT Tl ТП
tf ti ti ti ti ti ti n n ti tf
Г? T! fl И Г? ft fl II Tt IT TF
tt tt ti tt tt tt tT tt tt tt те
tl TT TT Tf Tl ff TT Tf II" II T> ТГ
Microdrop 1
(actuated)
N
Microdrop 2
(stationary)
Над каплями и производятся все манипуляции. Капли могут сливаться и дро-
биться. И если по слиянию у читателя вопросы вряд ли возникнут, то насчет
дробления и дозирования капель могут и появиться. Дело в том, что движение
капель в чипе основано на явлении электросмачиваемости (изменение смачиваемо-
сти под действием электрического поля). Угол смачиваемости необходимо контро-
лировать . Это можно делать с помощью только низкоуровневых языков программи-
рования или интегрируя высокоуровневый и низкоуровневый код. Причем буквально
смена угла на один градус может привести к разделению капель на другие объе-
мы. И при работе в обычной лаборатории такой объем спокойно бы приняли за по-
грешность , которой можно пренебречь, а в чипе ошибка может быть фатальной.
А вот в классической микрофлюидике капли можно разделять за счет создания
Y-образных каналов, которые просто позволяют не только поделить капли, но и
направить их «по адресу»:
Слияние и дробление капель на чипе.
Сейчас чипы, действующие по принципу классической микрофлюидики, могут быть
изготовлены в лаборатории при наличии в оной чистого помещения. И стоит отме-
тить, что цифровая микрофлюидика как раз тут не особо подойдет. Все потом,
что «цифру» еще как следует не изучили и не оптимизировали, это направление
пока только развивается. А обычная микрофлюидика уже доступна и понятна, а
посему ниже будет следовать описание создания чипа как раз под классику.
Для создания каналов используют технологии травления стекла или кремния
плавиковой кислотой. Для создания каналов используется технология фотолито-
графии. Стекло или кремниевые пластины используются такие же, что и для про-
изводства интегральных схем, но вот только по каким-то причинам отбракован-
ные. Их легко можно найти на китайских интернет-площадках и подходят они уже
для решения иных прикладных задач. У них идеально гладкая поверхность, что
позволяет наносить на поверхность рисунки любой формы, точно также как и при
изготовлении микросхем. Рисунок наносится на пластину с использованием фото-
резистивной краски. Краской смазывают подложку и облучают ультрафиолетом (по-
дойдет даже лампа для маникюра).
В местах, задетых ультрафиолетом, краску можно будет снять и добраться до
кремния. После чего все смазывают плавиковой кислотой и она выжигает все,
кроме мест, покрытых фоторезистивной краской. Причем, на скорость прожигания
напрямую влияет концентрация плавиковой кислоты. Так можно контролировать
глубину прожигания. После всех манипуляций краску можно удалить и получить
слой кремния с рисунком.
Фоторезист на
кремниевой
подложке
Паттерн
фоторезиста
Маска
Воздействие УФ-
излучением
Мастер-шаблон
Изготовление формочки для лаборатории-на-чипе.
Потом на основе кремния делают формочку и заливают ее полидиметилсилоксаном
(ПДМС), а затем добавляют отвердитель. Почти как работа с эпоксидной смолой.
Только вот ПДМС намного устойчивее. После того, как ПДМС застынет, его можно
отделить от формочки и получится пласт с рисунком, полученным на первоначаль-
ной пластине. Сверху ПДМС накрывают стеклом и получают герметичный блок,
внутри которого расположены каналы. Та самая лаборатория-на-чипе. В стекле
проделывают отверстия, которые будут служить входами и выходами. В них можно
пропускать трубки, а также дозировать и отбирать жидкости. Важно, чтобы ла-
боратория не превратилась в герметичный сосуд, а иначе как все контролиро-
вать? Замкнутая система попросту превратит лабораторию в одноразку.
Мастер-
шаблон
\
Заливка Снятие
полимером полимерной
реплики
Сверление
входов/ Обработка Склеивание
выходов плазмой
Мне кажется, «будущее» лаборатории-на-чипе заключается в переходе на цифро-
вую флюидику, как на более простой и управляемый метод. Да и не нужно будет
мучиться над созданием множества канальцев или заказывать их на аутсорсе. Ес-
ли преодолеть сложности разработки, с которыми сейчас сопряжена цифровая мик-
рофлюидика, чипы станут значительно дешевле. Далее дело за малым — сделать
удобный маршрутизатор.
Сейчас от лаборатории-на-чипе отпочковался занятный кейс под названием ор-
ган-на-чипе: внутри канальцев воссоздают работу систем клеток, органов для
изучения их функций, изучения влияния на них внешних факторов и многого дру-
гого . Это, конечно, очень большой шаг вперед для науки.
Читатели, вероятно, слышали про «интернет вещей», или 1оТ. А исследователи
из компании «КвантуМДэкс» из Ньюкасл-апон-Тайн в Англии планируют создание
«интернета жизни», который объединит сведения, получаемые в лабораториях-на-
чипе по всему миру, причем учетом геолокации чипа. Только вообразите, какой
массив данных можно будет получить. Это позволит эпидемиологам оперировать
невероятно подробными данными о распространении болезней в режиме реального
времени. Так можно мониторить малярию, помогать прогнозировать вспышки Эболы,
определять новые резистентные штаммы. Есть надежда, что новые технологии по-
могут предотвратить эпидемии.
Техника
АБСОРБЦИОННЫЙ ХОЛОДИЛЬНИК
Говоря о широко известных типах газовых холодильников, их можно разделить
на компрессионные и абсорбционные.
По принципу действия их можно считать почти одинаковыми: оба типа холодиль-
ников построены на использовании отбора тепла из охлаждаемой камеры с помощью
жидкого хладагента. Например, на картинке ниже в левой части (а) показана
принципиальная схема компрессионного холодильника, в то время как в правой
части (б) — абсорбционного:
/
Принцип действия компрессионного холодильника основан на том, что механиче-
ский компрессор (1) сжимает газообразный хладагент, испаряющийся внутри испа-
рителя (2) (которым выступает змеевик внутри холодильника), и направляет его
в большой змеевик-конденсатор (3) , находящийся позади холодильника и охлаж-
дающийся окружающим воздухом. Конденсатор и испаритель разделены так называе-
мым вентилем (4), суть которого заключается в создании разницы давлений между
конденсатором и испарителем. В качестве подобного вентиля в реальных холо-
дильниках выступает так называемая капиллярная трубка — медная трубка с очень
маленьким проходным сечением (например, 0.2 мм). Таким образом, за счёт ма-
ленького проходного сечения трубки через неё может проходить только ограни-
ченное количество сжиженного хладагента в единицу времени, благодаря чему в
секторе конденсатора увеличивается давление, и несмотря на относительно высо-
кую температуру (40-50 С), хладагент сжижается, в то время как в условиях го-
раздо более разряжённой атмосферы в секции испарителя при температурах -5...-10
С хладагент закипает и испаряется, отбирая тепло и понижая температуру в ка-
мере холодильника.
Принцип действия абсорбционного холодильника весьма схож, как можно видеть
по картинке (б) : точно так же холодильник охлаждается с помощью хладагента,
кипящего в испарителе (2) . Также для превращения хладагента в жидкую форму
служит конденсатор (3).
Но на этом сходства заканчиваются, так как в этом случае вместо компрессора
используется так называемый тепловой компрессор, в качестве которого выступа-
ет абсорбер (5) и генератор (6), где в абсорбере хладагент (аммиак) жадно по-
глощается водой, что по своей сути соответствует всасывающему такту поршнево-
го компрессора в компрессионных холодильниках. Связано это с тем, что аммиак
очень сильно поглощается водой: например, при 0 С 1 л воды может поглотить
более 1 000 л аммиака. Далее этот водоаммиачный раствор поступает в генера-
тор, где раствор подогревается, и из него начинает активно испаряться аммиак
— этот этап соответствует нагнетательному такту в компрессионных холодильни-
ках.
В компрессионных холодильниках в качестве хладагента используется фреон, а
в абсорбционных — аммиак, за счёт больших возможностей его поглощения водой.
Несмотря на то, что абсорбционный принцип известен достаточно давно, по-
строить на его основе работающую установку долгое время не удавалось, так как
для этого необходимо было решить противоречия: в одном и том же в газовом
контуре на одних участках давление должно быть высоким, а на других — низким,
кроме того, необходимо было включить в систему какой-то нагнетательный насос.
Да, в наше время это кажется достаточно простым, но на тот момент инженерам
это не удавалось, и только в 1922 году шведским изобретателям Платену и Мун-
терсу удалось решить этот вопрос, причём весьма оригинально — дополнительно
включив в систему газообразный водород, а также тем, что их система не содер-
жит каких-либо вентилей, компрессоров, а суммарное давление во всех частях
системы одинаково, но есть нюансы: дело в том, что согласно закону Дальтона
суммарное давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений её компо-
нентов, то есть тех давлений, которые каждая из компонентов смеси имела бы,
если бы заняла весь доступный объём.
В созданном изобретателями холодильнике, несмотря на то, что общее давление
в системе везде одинаковое, давление водорода существенно выше в испарителе и
абсорбере. Таким образом, суммарное давление системы составляет 14-16 атмо-
сфер, при этом давление паров аммиака в испарителе достигает 2-3 атмосферы,
то есть водород автоматически устанавливает нужные давления в частях системы
даже без всяких вентилей.
Для обеспечения циркуляции же (так как в генераторе не весь аммиак будет
испаряться из воды, в результате чего будет образовываться газообразный амми-
ак и обеднённый раствор, который необходимо вновь подавать в абсорбер), они
просто-напросто абсорбер расположили чуть ниже генератора. А для подачи жид-
кости с более низкого уровня на высокий (то есть из абсорбера в генератор),
они соединили их простым устройством под названием термосифон, которое пред-
ставляет собой простую трубку, соединённую с дном абсорбера и верхней частью
генератора.
Трубка по всей своей длине подогревается тем же самым источником тепла, что
и генератор. Таким образом, внутри трубки, заполненной раствором, образуются
пузырьки газообразного аммиака, жидкость в целом становится как бы легче и
начинает переливаться из нижнего уровня в верхней (из абсорбера — в генера-
тор) .
В итоге изобретателям удалось создать крайне удачное устройство, которое не
содержит каких-либо движущихся механических частей, сложных элементов конст-
рукции (вентилей), но в то же время вполне себе отлично работает!
Это вызвало большой интерес со стороны промышленников к подобному устройст-
ву и начиная с 1922 года подобные холодильники стали активно производиться.
Мало того, подобный тип холодильников, не претерпев серьёзных изменений,
вполне успешно производится и по сей день!
Сильными сторонами подобного типа холодильников является не только отсутст-
вие каких-либо движущихся механизмов в составе конструкции (а, соответствен-
но, отсутствие потребности в осуществлении техосмотров и смазки механизмов),
но и всеядность: подобные холодильники могут работать от любого источника те-
пла, в качестве которого может выступать как электричество, так и любой иной
нагрев! Например, известны холодильники, использующиеся в автодомах для путе-
шествий, где в качестве источника нагрева используется три варианта:
■ от электричества 220 вольт,
■ от электричества 12 вольт,
■ от газовой горелки.
Кроме того, сильной стороной подобных холодильников является практически
полная бесшумность (ну, может, только слабое шипение, если используется газо-
вая горелка для подогрева), а также большая долговечность (известны экземпля-
ры, произведённые более чем 50 лет назад и всё так же успешно работающие и
ныне).
Ниже мы рассмотрим усреднённую конструкцию производимых промышленностью аб-
сорбционных холодильников (производятся ли ещё на данный момент — неизвест-
но) , чтобы понять некоторые их нюансы.
Изучение конструкции реальных холодильников поможет лучше понять их устрой-
ство и принцип действия и, кто знает, может быть, вы когда-то соберёте и свой
такого типа.
Промышленностью производится ряд холодильников с объёмом рабочей камеры от
30 до 200 дм3, где потребляемая мощность варьируется от 75 до 200 Вт.
В своей работе холодильники используют следующие компоненты смеси для за-
грузки :
■ аммиак: бесцветный газ с очень резким запахом, легко растворяется в воде.
Водный раствор аммиака имеет щелочную реакцию, благодаря чему его утечки
легко обнаруживаются: лакмусовая бумажка синеет при попадании на неё паров
воды, содержащих аммиак;
■ абсорбент: бидистиллят воды;
■ ингибитор: для защиты внутренней поверхности трубопроводной системы от
коррозии в состав раствора вводят хромат натрия в количестве приблизитель-
но 2% от объёма раствора;
■ инертный газ: водород.
Водоаммиачный раствор изготавливается с помощью смешивания аммиака с дис-
тиллированной водой двойной перегонки. Система заполняется этим раствором под
давлением 1,47-1,96 МПа, при этом количество раствора для заполнения агрегата
варьируется от 350 до 750 см3, а концентрация аммиака в нём составляет 34-
36%.
Насыщение водного раствора аммиаком ведётся при включённой вытяжной венти-
ляции. Также необходимо учитывать, что аммиак является горючим газом, и рядом
не должно быть открытого огня.
Создание водоаммиачного раствора и заправка раствором холодильного агрегата
производятся по определённым регламентам, которые можно найти в специализиро-
ванной литературе, например, приведённой в конце этой статьи.
Электронагреватели таких аппаратов в общем случае изготавливаются из нихро-
мовой проволоки Х20Н80-Н-1-0,25 сечением 0,25 мм, свитой в спираль (2), на
которую надеты фарфоровые втулки (4):
Электронагреватель: 1 — металлическая гильза; 2 — нихромовая
спираль; 3 — песок; 4 — втулка спирали; 5 — фарфоровые бусы.
Сама же спираль вставлена в металлическую гильзу длиной 200-250 мм и диа-
метром 20-25 мм (1) , сделанную из трубы. Оставшееся свободное пространство
между гильзой и втулками спирали заполнено песком (3).
В зависимости от требуемой мощности нагреватели могут разделяться по коли-
честву ступеней (1-2-3) и по напряжению. Например, одноступенчатый нагрева-
тель имеет мощность 125 Вт, в то время как двухступенчатый — 200 и 75 Вт
(мощность может переключаться по потребности).
Нужная мощность может выставляться владельцем холодильника вручную с помо-
щью соответствующего переключателя, либо, в случае с использованием газового
подогрева, также с помощью выставления нужного расхода сгорающего газа.
Для обеспечения же автоматического режима работы холодильники снабжаются
терморегуляторами (типа АРТ-2А или Т-110), которые обеспечивают циклический
режим работы, который ввиду некоторой инертности холодильного цикла обеспечи-
вает нужную температуру, в то же время сохраняя экономичность холодильника.
Рассмотрим работу конкретного агрегата на примере известного холодильника
«Морозко-ЗМ»:
Живой аммиак
Насыщенная
газовая смесь
аммиака с водородом
"бедная" парогазовая
смесь аммиака с
водородом
1ары аммиака
Концентрированный
раствор аммиака
раствор
Водоаммиачный пар
Абсорбционно-диффузионный холодильный агрегат (АДХА) холодильни-
ка «Морозко-ЗМ». 1 — теплообменник; 2 — сборник раствора; 3 —
аккумулятор водорода; 4 — абсорбер; 5 — регенеративный газовый
теплообменник; 6 — дефлегматор; 7 — конденсатор; 8 — испаритель;
9 — генератор; 10 — термосифон; 11 — регенератор; 12 — трубки
слабого раствора; 13 — пароотводящая трубка; 14 — электронагре-
ватель; 15 — термоизоляция.
Концентрированный водоаммиачный раствор подогревается с помощью нагревателя
(14) в термосифоне (10) генератора (9) до достижения температур 165-175 С,
при этом образуется парожидкостная смесь с меньшим удельным весом, чем вес
концентрированного раствора в сборнике (2) . После того как смесь выходит из
термосифона, от неё отделяется водоаммиачный пар, в то время как слабоаммиач-
ный раствор через трубку (12) поступает в верхнюю часть абсорбера (4). Далее
пар через трубку (13) поступает в регенератор (11), после чего подаётся через
дефлегматор (6) в конденсатор (7).
Охлаждение пара концентрированным раствором в регенераторе 11 даёт увеличе-
ние концентрации пара без непроизводительных потерь тепла. Дальнейшее повыше-
ние концентрации пара (для чего используется окружающий воздух) с одновремен-
ным отделением от него воды происходит в дефлегматоре (6), после чего пар по-
ступает в конденсатор (7), а флегма — в регенератор (11).
Процесс удаления из паров аммиака паров воды производится на выходе из ге-
нератора. При этом концентрированный раствор аммиака отделяется от паров,
другими словами, пары аммиака очищаются от примеси воды, при этом пары воды
вместе с концентрированным раствором возвращаются в генератор.
Далее пары конденсируются в концентраторе, после чего сливаются в испари-
тель (8) , где происходит испарение жидкого аммиака, в ходе которого происхо-
дит поглощение тепла из окружающей камеры.
В системе между абсорбером и испарителем происходит циркуляция водорода под
высоким давлением в смеси с аммиаком.
После испарителя паро-водородная смесь спускается через регенеративный га-
зовый обменник (5) в сборник раствора (2), куда также поступает и неиспарив-
шаяся часть жидкого аммиака. В это же время выходящая из испарителя паро-
водородная смесь отдаёт аммиак сливающемуся сверху противотоком слабому амми-
ачному раствору, стекающему вниз.
После того как паро-водородная смесь очистилась от большей части аммиака,
она становится бедной, у неё уменьшается удельный вес, и она вытесняется из
абсорбера более богатой смесью, после чего поступает в регенеративный тепло-
обменник (5) , где происходит её охлаждение с помощью насыщенной паро-
водородной смеси, поступающей из испарителя. Далее бедная паро-водородная
смесь поступает в испаритель.
Водоаммиачный раствор, обогатившись аммиаком в абсорбере, поступает в сбор-
ник раствора (2), теплообменник (1), где происходит его подогрев слабым рас-
твором, возвращающимся из генератора, после чего нагретый раствор поступает в
термосифон (10) и процесс повторяется.
Интенсификация процессов теплообмена холодильника обеспечивается за счёт
развитой оребрённой снаружи поверхности трубок.
Аккумулятор водорода (3) используется для сбора водорода и газообразного
аммиака, выполняя роль стабилизатора работы холодильного агрегата в случае
повышения температуры окружающей среды.
А теперь подумаем, можем ли мы как-то улучшить работу подобного агрегата?
Как нетрудно было заметить по описаниям выше, основными типами холодильни-
ков абсорбционного типа являются всё же подогреваемые с помощью электричест-
ва, что не совсем удобно в ряде применений — например, для выездов на природу
или в походе. Почему: так как потребует использования соответствующего элек-
трогенератора , который будет, как правило, бензиновым, производящим большое
количество выхлопных газов и шума. Кроме того, подобные генераторы не отлича-
ются особой экономичностью и придётся запастись изрядным количеством топлива.
Но есть альтернатива — многие любители берут подобные холодильники, произ-
водимые серийно, и переводят их кустарным способом на иные источники подогре-
ва, например газовый подогрев, как в видео1, где человек перевёл подобный хо-
лодильник на подогрев с помощью газовой горелки, что обеспечивает бесшумную
работу холодильника круглые сутки во время походов. При этом потребление на-
гревателя составляет всего лишь 2,5 л пропана на 5 суток непрерывной работы.
Есть вариант переделки для автодома2.
Применив же свои навыки электронщика и программиста, можно легко обеспечить
кратковременно-периодичный режим работы системы для увеличения её экономично-
сти.
1 https://www.youtube.com/watch?v=fhcZGbZ2kC4&t=23s
2 https://www.youtube.com/watch?v=LShAHB69qOQ
В результате мы можем получить весьма надёжный, бесшумный и экономичный аг-
регат, дающий нам возможность охлаждения продуктов весьма продолжительное
время вдали от цивилизации.
Более ленивые же могут просто взять готовый газовый холодильник для автодо-
мов и просто использовать его в своих целях.
Особо экстремальные самоделыцики могут попробовать изготовить его самостоя-
тельно , тем более принцип его работы не так уж и сложен.
Для желающих более сильно углубиться в холодильные процессы, думается, бу-
дет весьма полезен источник [2] в списке источников ниже, так как там, в гла-
ве VIII, даётся разбор и иных видов смесей для абсорбционных холодильников, а
также весьма подробный разбор физики протекающих процессов в целом.
Литература:
1. Интернет-газета «Холодильщик».
2 . А. В. Быков - «Теплофизические основы получения искусственного холода».
3. Д. А. Лепаев, В. В. Коляда - «Ремонт холодильников».
Абсорбционная холодильная машина (АБХМ) — холодильная установка испаритель-
ного типа, в которой удаление паров хладагента из испарителя производится за
счёт абсорбции хладагента в абсорбенте. Разделение хладагента и абсорбента
как правило производится с помощью дистилляции или ректификации. Абсорбцион-
ный принцип работы позволяет обходиться без компрессора, а в небольших холо-
дильниках — и вовсе без движущихся частей, обеспечивая циркуляцию веществ за
счёт тепловых эффектов. Абсорбционные холодильники имеют более низкий холо-
дильный коэффициент и более низкую холодопроизводительность, по сравнению с
парокомпрессиоными, однако позволяют производить холод за счёт прямого сжига-
ния топлива или другого источника тепла необходимой температуры.
Наибольшее распространение получили холодильные машины, использующие в ка-
честве хладагента — аммиак, а абсорбента — воду. В климатических и водоохла-
дительных установках, если не требуется получение температур ниже О С, в ка-
честве хладагента может использоваться вода, а абсорбента — крепкий раствор
бромида лития.
История создания АБХМ:
■ Первое документированное использование искусственного охлаждения в 1756
году было осуществлено английским учёным Вильямом Калленом.
■ Способность концентрированной серной кислоты поглощать (абсорбировать) во-
дяной пар впервые была замечена Геральдом Найрне в 1777 году.
■ В 1810 году Джоном Лесли создана первая искусственная ледоделка на основе
поглощения сернистого газа водой.
■ В 1834 году английским врачом Джейкобом Перкинсом (Jacob Perkins) (1766—
1844) была построена холодильная машина с использованием насоса (компрессо-
ра) на диэтиловом эфире.
■ Французским учёным Фердинандом Карре (1824—1900) и его братом Эдмондом
Карре (Edmond Carre) в 1846 году была изобретена аммиачная абсорбционная
холодильная машина. Несмотря на то, что это изобретение быстро продемонст-
рировало свою полезность, его не использовали несколько следующих десяти-
летий .
■ В 1871 году была построена машина, работающая на метиловом эфире.
■ В 1850 году Эдмонд Карре создал абсорбционную машину на воде и концентри-
рованной серной кислоте.
■ В 1922 году шведские студенты Карл Мунтерс и Бальцар фон Платен изобрели
первый в мире абсорбционный холодильник, который работал на газе, керосине
или электричестве, и был запатентован в 1923 году.
■ В 1923 году австралийцем Эдвардом Халлстромом изобретён оригинальный амми-
ачный абсорбционный холодильник упрощённой конструкции — Icy Ball (англ.
ледяной шар).
■ В 1926 году физики Альберт Эйнштейн и Лео Силард изобретают так называемый
холодильник Эйнштейна, который был запатентован в США. 11 ноября 1930 года.
■ В начале XX века в Москве была открыта фирма, которая предлагала всем же-
лающим агрегат под названием «Эскимо». Данный агрегат был изготовлен по
принципу, предложенному Фердинадом Карре. При своих больших габаритах, аг-
регат не издавал громкого шума и был универсальным. Для работы необходимы
были уголь, дрова, керосин или спирт. Один цикл работы «Эскимо» позволял
получить 12 кг льда.
■ Применение абсорбции в промышленном кондиционировании началось в конце
1950-х годов.
■ В 1985 году была разработана и запатентована более эффективная АБХМ —
трёхступенчатая абсорбционная холодильная машина с тремя конденсаторами и
тремя генераторами.
■ В 1993 году был запатентован альтернативный цикл трёхступенчатой абсорбци-
онной холодильной машины с двойным конденсатором.
По типу цикла охлаждения выделяют машины периодического и непрерывного дей-
ствия. Существуют холодильные машины с использованием различных пар веществ,
но наибольшее распространение получили аммиачно-водные и водно-бромлитиевые
холодильные машины. Существуют холодильные машины закрытого и открытого типа
— последние как правило применяются при использовании в качестве хладагента
воды.
Абсорбционный холодильный агрегат периодического действия — самый простой
вид абсорбционных холодильников. В простейшем случае состоит из пары резер-
вуаров, «горячего» и «холодного», соединённых трубкой. «Горячий» резервуар
совмещает в себе функции абсорбера и кипятильника, а «холодный» — конденсато-
ра и испарителя. При заправке такого холодильника «горячий» резервуар запол-
няется раствором хладагента с абсорбентом (как правило аммиака в воде). Перед
началом работы необходимо разделить два этих вещества путём кипячения раство-
ра в первом резервуаре и охлаждения второго. За счёт разности температур ки-
пения в охлаждаемый резервуар попадает в основном хладагент, а абсорбент ос-
таётся в «горячем». После приведения агрегата в действие, хладагент в «холод-
ном» резервуаре испаряется, забирая тепло, и переходит по трубке во второй,
где поглощается абсорбентом. Вместо воды в качестве абсорбента может исполь-
зоваться твёрдый поглотитель, например хлорид кальция. Функции испарителя и
конденсатора также могут быть разделены.
Недостаток такого холодильного агрегата: он не может обеспечивать непрерыв-
ное производство холода. Кроме того, подобные холодильники имеют очень низкий
холодильный коэффициент, т.к. с одной стороны тепло, необходимое для нагрева
раствора до температуры кипения, после заправки рассеивается в окружающую
среду, а с другой при работе часть произведённого холода уносится хладагентом
в абсорбер. Такие устройства применялись в первой половине XX века в качестве
переносных источников холода для разносной торговли и кемпинга.
В абсорбционной машине непрерывного действия (см. рисунок) происходит по-
стоянная циркуляция хладагента и абсорбента. Так же, как и в машине периоди-
ческого действия, хладагент и абсорбент разделяются дистилляцией, для чего
раствор нагревается в кипятильнике (2), затем хладагент конденсируется в кон-
денсаторе (4) , а освобождённый от хладагента абсорбент подаётся в абсорбер
(7). Жидкий хладагент поступает в испаритель (6), где испаряется, а затем па-
ры хладагента удаляются из испарителя благодаря разрежению, создаваемого аб-
сорбером .
Для облегчения циркуляции в систему может быть добавлен буферный газ, как
правило — водород. За счёт буферного газа давление в системе постоянно, испа-
рение происходит за счёт изменения парциального давления, что позволяет упро-
стить циркуляцию хладагента. Такая система позволяет обходиться без движущих-
ся частей, обеспечивая циркуляцию абсорбента с помощью термосифона — трубки,
внутри которой жидкость поднимается вверх за счёт кипения. Такая система при-
меняется в бытовых абсорбционных холодильниках, устанавливаемых в автодомах.
В промышленных холодильниках могут применяться многоступенчатые холодильные
машины, позволяющие утилизировать низкопотенциальное тепло, либо получать бо-
лее низкие температуры.
На представленной ниже схеме Бромид-Литиевой абсорбционной холодильной ма-
шины для охлаждения воды охладитель состоит из двух камер.
■ Верхняя — генератор (AT). Это горячая камера с относительно высоким давле-
нием.
■ Нижняя — испаритель (VD) и абсорбер (АВ). Это холодная камера с очень низ-
ким давлением (2мБар).
Г-&.
WT
1
1
/
/
У'е:
1 ^S-r
2 /^
/' '■-;,;"
' )
AB\
<!
( )\ KUW
У HM
—y- *—
__^s
АЩ\
3 | ^
*•
KW
Под действием тепла (НМ) в генераторе из раствора бромида лития выделяются
пары воды (хладагента), которые переносятся в конденсатор. Водяной пар кон-
денсируется, отдавая тепло воде охлаждающего контура KuW. Охлаждённая вода по
линии 5 поступает в испаритель, где при низком давлении закипает при темпера-
туре +6 С и забирает тепло от охлаждаемого контура чиллер-фанкойл (KW). Насос
VD прокачивает воду на форсунки, что способствует более интенсивному теплооб-
мену. В других типах АБХМ охлаждаемый контур не обрызгивается, а погружается
в ванну хладагента.
Оставшийся концентрированный раствор бромида лития по линии 1-2 через рас-
творный теплообменник/гидравлический затвор WT1 переходит в абсорбер. Для
улучшения абсорбции раствор разбрызгивается форсунками и поглощает водяной
пар из испарителя. Процесс абсорбции связан с выделением теплоты, которая от-
водится охлаждающим контуром KuW в абсорбере АВ. Полученный раствор воды и
бромида лития перекачивается по линии 3-4 в генератор через регуля-
тор/теплообменник WT1, и цикл повторяется снова.
Абсорбционные машины открытого типа применяются для кондиционирования воз-
духа. Хладагентом в таких машинах как правило является вода, что не позволяет
получать температуры ниже ОС. В качестве абсорбента может использоваться
бромид лития. Такие кондиционеры позволяют также регулировать влажность воз-
духа.
\\(^пп m-yi^t ^ir
По сравнению с компрессионными холодильниками, АБХМ обладают следующими
преимуществами:
■ Минимальное потребление электроэнергии. Электроэнергия требуется для рабо-
ты насосов и автоматики.
■ Минимальный уровень шума.
■ Экологически безопасны. Хладагентом является бромид лития, вода выполняет
функцию промежуточного теплоносителя.
■ Утилизируют тепловую энергию сбрасываемой горячей воды, дымовых газов или
производственных процессов.
■ Длительный срок службы (не менее 20 лет).
■ Полная автоматизация.
■ Пожаро- и взрывобезопасность.
■ Абсорбционные машины не подведомственны Ростехнадзору.
Абсорбционные охладители, по сравнению с компрессионными охладителями отли-
чает :
■ Более высокая цена оборудования, примерно в 2 раза выше (на мощности ниже
500 кВт)? чем цена обычного охладителя. При больших мощностях (2 МВт и вы-
ше) стоимость АБХМ приближается к стоимости ПКХМ.
■ Необходимость наличия дешёвого (бесплатного) источника тепловой энергии с
достаточно высокой температурой.
■ Относительно низкая энергетическая эффективность — тепловой коэффициент
(отношение подведённой тепловой энергий к полученному холоду), равный
0,65-0,8 — для одноступенчатых машин, и 1—1,52 — для двухступенчатых ма-
шин.
■ Существенно больший вес, чем у обычного охладителя.
■ Необходимость использовать открытые охладители — градирни, что увеличивает
водопотребление системы.
Литература:
1. Холодильные машины: Учебник для студентов втузов специальности «Техника и
физика низких температур»/А. В. Бараненко, Н. Н. Бухарин, В. И. Пекарев,
Л. С. Тимофеевский: Под общ. ред. Л. С. Тимофеевского.- СПб. Политехника,
1997 г.- 992с.
2. Кондрашова Н.Г., Лашутина Н.Г. Холодильно-компрессорные машины и установ-
ки. . — М.: Высшая школа, 1973.
3. Л.М. Розенфельд. Холодильные машины и аппараты. — М. : Государственное из-
дательство торговой литературы, 1955.
Модель абсорбционного холодильника
Григорьев И.Н.
Для начала рассмотрим принцип действия обычной (компрессионной) холодильной
машины. Данная машина предназначена, чтобы отнимать тепло у холодного тела и
передавать его более нагретому телу. Разумеется, второй закон термодинамики
при этом не нарушается, поскольку упомянутый процесс требует подвода энергии
извне (вспомните, что обычный бытовой холодильник потребляет электроэнергию).
Принцип работы компрессионного холодильника можно понять из рисунка. Газо-
образный хладагент: аммиак, фреоны, углекислый газ сжимается компрессором 4 и
переходит в жидкое состояние. Хладагент при этом нагревается и отдает свое
тепло во внешнюю среду (работающий холодильник нагревает помещение, в котором
находится; если прикоснуться к трубкам, расположенным сзади холодильников
старых типов, вы почувствуете тепло).
Далее жидкий (и остывший) хладагент попадает через узкую трубку (капилляр -
2) в зону с пониженным давлением (испаритель -3), при этом он испаряется, ох-
лаждается и отнимает тепло от предметов в рабочей камере. Далее хладагент
снова засасывается в компрессор, где сжимается, конденсируется, нагревается
т.д.
Схема работы компрессионного холодильника: 1. Конденсатор, 2. Капил-
ляр , 3. Испаритель, 4. Компрессор.
Аммиачный абсорбционный холодильник имеет несколько другую конструкцию. Ох-
лаждение рабочей камеры также осуществляется за счет испарения жидкого аммиа-
ка, однако, циркуляция хладагента в системе происходит не благодаря компрес-
сору. В абсорбционном холодильнике движение хладагента осуществляется за счет
растворения аммиака в воде с последующим его испарением из раствора, разделе-
нием аммиака и воды (в дефлегматоре или ректификационной колоне), конденсаци-
ей и охлаждением жидкого аммиака. Кроме аммиака в абсорбционных холодильниках
могут использоваться и другие хладагенты. Такие холодильники могут работать
без движущихся частей, однако они имеют ряд недостатков: быстрая коррозия
тРУб, чувствительность к положению в пространстве, недолговечность и более
низкие показатели производительности на единицу объема. Схема абсорбционного
холодильника приведена на рисунке.
Абсорбционные водоаммиачные холодильные машины (АВХМ) устанавливают вне по-
мещений на многоярусной металлической или железобетонной "этажерке". Последо-
вательно расположенные на разных ярусах цилиндрические емкости образуют рек-
тификационную колонну TS. Из генератора AT насыщенный пар аммиака с большим
содержанием воды поступает в ректификационную колонну. Выход 7 колонны TS со-
единен с конденсатором V. Содержание воды в аммиаке на выходе из колонны со-
ставляет всего лишь 0.2%. Отделенная в ректификационной колонне вода по тру-
бопроводу 8 возвращается в генератор AT. Охлажденный в конденсаторе V жидкий
аммиак скапливается в накопителе HS и по необходимости расходуется для охлаж-
дения контура теплоносителя 1-2 через теплообменник WT3. Забрав тепло, аммиак
перекипает, и в газовой фазе поступает в абсорбер АВ. Процесс абсорбции свя-
зан со значительным выделением тепла. Абсорбер и подаваемый абсорбент (через
теплообменник WT2) охлаждаются контуром охлаждения 9. Насыщенный раствор ам-
миака в воде по магистрали 6, дополнительно подогреваясь в теплообменнике WT1
возвращается в генератор AT.
Трубка Фарадея может быть с легкостью использована для получения жидкого
аммиака, причем в качестве источника аммиака Фарадей взял комплекс аммиака с
хлоридом серебра. Однако трубку Фарадея можно также использовать для создания
простой модели аммиачного абсорбционного холодильника.
Мы попробовали создать модель абсорбционного холодильника, запаяв в обре-
занную 25 мл пипетку около 15 мл раствора аммиака (чистота - Ч.Д.А.).
Были большие опасения, что при нагреве резервуара пипетку разорвет, однако
трубка выдержала, причем в двух случаях из трех мы нагревали ее непосредст-
венно в пламени. В ходе опыта из-за контакта с пламенем треснул стеклянный
экран (неосторожность экспериментатора). Однако в холодном колене конденсиро-
вался жидкий аммиак - и это главное.
При охлаждении резервуара (расширение пипетки) в стакане с холодной водой
на колене с жидким аммиаком образовался иней.
Конденсат, который собрался в холодном колене, испаряется легко и без ос-
татка - значит, он представляет собой жидкий аммиак без заметной примеси во-
ды.
Для начала мы получили около 1 мл жидкого аммиака. Стекло трубки выдержива-
ло, хотя ее нагревали уже 5 или 6 раз. Пользуйтесь защитными очками и защит-
ным экраном - взрыв трубки вполне вероятен. Греть нужно на небольшом пламени,
чтобы кипение раствора было совсем слабым. Аммиак (с примесью воды) испаряет-
ся из раствора, конденсируется и стекает в холодное колено, которое периоди-
чески охлаждали водой со снегом.
Предварительно была сделана "морозильная камера" из пенопласта. Для контро-
ля температуры в нее вставили уличный термометр. Трубку с аммиаком поместили
в "морозилку", противоположное колено трубки (резервуар с раствором) служило
для поглощения паров аммиака.
Сразу охлаждать резервуар ледяной водой мы не стали, вначале налили в ста-
кан с резервуаром теплую воду, выждали некоторое время и только потом налили
воду со снегом. Периодически встряхивали резервуар.
В морозильной камере удалось получить весьма скромную температуру - минус 4
С, однако аммиака было совсем немного (а охлаждающая поверхность - неболь-
шой) .
В конце эксперимента извлекли холодное колено с остатком аммиака. В принци-
пе, опыт весьма нагляден: колено покрывается инеем. Если резервуар с раство-
ром встряхивать, иней образуется быстро.
В "Основах химии" Д. И. Менделеевадается следующее описание экспериментов
Фарадея по сжижению аммиака:
Для превращения [аммиака] в жидкость Фарадей употребил следующий способ.
Сухое хлористое серебро AgCl, при пропускании сухого аммиака поглощается зна-
чительное количество аммиака, особенно при охлаждении. Полученное при этом
соединение аммиака с хлористым серебром вводится в изогнутый конец 2 толсто-
стенной стеклянной трубки 1, представленный на рисунке, и открытый конец 3
запаивается. Тогда слегка нагревают полученное соединение, причем аммиак вы-
деляется потому, что оно легко диссоциирует. Другой конец трубки помещен в
охлаждающую смесь 4.
Давление выделяющегося газа и охлаждение одной части прибора заставляют вы-
деляющийся аммиак сгущаться, в сгущенном состоянии он собирается в охлажден-
ном конце в виде жидкости. Если прекратить нагревание, то хлористое серебро
снова поглотит аммиак. (Таким образом, одна трубка может служить для большого
числа опытов).
Как видите, описанный способ получения жидких газов очень простой и может
быть с легкостью осуществлен в домашних условиях. В его основе лежит два важ-
ных момента.
Во-первых, еще Майкл Фарадей понял, что получать газ и переводить его в
жидкое состояние можно в одном и том же сосуде - это значительно упрощает ус-
тановку .
Во-вторых, устойчивость трубки (или цилиндра) к действию давления тем выше,
чем меньше их диаметр и толще стенки. Этим условиям хорошо удовлетворяют
трубки от пипеток. Не следует, однако забывать, что опыт опасен и трубки вре-
мя от времени взрываются. Сам Майкл Фарадей от этого несколько раз пострадал.
ТЕХНОЛОГИЯ ПОКРЫТИЙ
К.Г. Сабеев
РАЗДЕЛ №9
РОДИРОВАНИЕ
Родирование является сравнительно новым процессом. Электролитические покры-
тия родием обладают повышенной коррозионной стойкостью, значительной твердо-
стью, уступающей лишь хрому. Коэффициент отражения родиевых покрытий несколь-
ко меньше, чем серебряных, но в отличие от серебра родий длительное время не
тускнеет. Поэтому родиевые покрытия можно использовать для защиты серебряных
поверхностей от потускнения.
В настоящее время в ювелирной промышленности электролитические покрытия ро-
дием применяют для изделий из сплавов белого золота. Благодаря высокому коэф-
фициенту отражения родия внешний вид хорошо отполированных родированных изде-
лий с бриллиантами необычно красив. Технология родирования довольно проста,
но требует тщательного проведения подготовительных операций (обезжиривания,
промывания изделий), а также аккуратности при работе с электролитом.
Наибольшее распространение имеет сернокислый электролит родирования. Состав
электролита и режим работы следующие:
■ Родий (в расчете на металл), г/л 2-3
■ Серная кислота H2S04 (d = 1,84 г/см3) , мл/л 30 - 40
Плотность тока. А/дм2 - 1-3.
Температура, С - 18-25.
Электролит получают осаждением из раствора треххлористохю родия гидрата
окиси родия с последующим растворением полученной гидроокиси родия в серной
кислоте. Для этого к нагретому раствору треххлористого родия приливают 15-
процентный раствор гидрата окиси калия, при этом выпадает желтый рыхлый оса-
док гидроокиси родия. Осадок промывают 3-процентным раствором сернокислого
калия до отрицательной реакции промывных вод на хлор-ионы. Затем осадок рас-
творяют в серной кислоте и проводят повторное осаждение гидрата окиси родия.
Полностью отмытый от хлор-ионов осадок растворяют в серной кислоте. Родирова-
ние проводится с нерастворимыми платиновыми или родиевыми анодами.
Контроль родиевого электролита при его работе проводится по основным компо-
нентам . Серную кислоту можно определить титрованием 0,1 Н раствором гидрата
окиси натрия в присутствии индикатора метилового оранжевого; родий определяют
либо восстановлением его тиомочевиной с последующим прокаливанием полученного
осадка, либо объемным титрованием. Корректирование электролита в процессе ра-
боты проводят добавлением концентрированного раствора сульфата родия.
Большее влияние на качество родиевых покрытий (их светлый тон, блеск) ока-
зывают примеси в электролите. По литературным данным, все металлы, кроме ни-
келя, являются вредными, если их содержание в электролите превышает 2-3 мг/л.
Незначительные примеси меди, серебра, кадмия ухудшают качество покрытий, при-
дают покрытиям молочный оттенок. Такое же действие оказывает хлорион. Для
удаления примесей посторонних металлов приходится регенерировать электролит,
разрушая сернокислый комплекс и осаждая родий в виде гидроокиси.
Вредное влияние на работу электролита оказывают также примеси органических
веществ. Для их ликвидации электролит кипятят с 30-процентным раствором пере-
киси водорода (15 - 20 мл/л) в течение 3 часов, а затем фильтруют. Такая об-
работка способствует также стабилизации родиевого комплекса, состав которого
может изменяться в процессе эксплуатации электролита и оказывать влияние на
структуру и внешний вид покрытий, а также на выход металла по току. Это свя-
зано с тем, что родий в сернокислом растворе образует комплексные соединения
различного состава: желтый сульфат родия (Rh2 (S04) з'15Н20) и красный сульфат
(Rh2 (S04) з'4Н20) . Из сульфатных растворов, имеющих красную окраску, родий вы-
деляется в основном в виде темных неблестящих покрытий. Из растворов желтого
цвета качество получаемых покрытий полностью удовлетворяет требованиям юве-
лирной промышленности.
Чтобы получаемые покрытия были зеркально-блестящими, ювелирные изделия пе-
ред родированием должны быть отполированы и иметь шероховатость поверхности
не ниже 9 - 10-го класса. Очистку от полировочных паст производят в органиче-
ских растворителях, после чего детали сушат до полного удаления следов рас-
творителя. Для того чтобы избежать попадания в ванну примесей органических
веществ, применяют обезжиривающие растворы, не содержащие добавок смачивате-
лей и эмульгаторов. При выполнении всех требований электролит родирования
долгое время обеспечивает получение зеркально-блестящих покрытий.
ХИМИЧЕСКОЕ
ОКРАШИВАНИЕ
ЛАТУНИ
Зачищенную, обезжиренную и промытую деталь опускают в один из следующих
растворов.
1-й раствор
■ Гипосульфит 11 г
■ Свинцовый сахар 39 г
■ Вода до 1 л
Температура раствора 70 С.
2-й раствор
В 250 мл кипящей воды растворяют 10 г едкого натра и 10 г молочного сахара.
Затем, непрерывно помешивая, подливают к раствору 10 мл концентрированного
раствора медного купороса.
В течение 3-10 мин деталь, находящаяся в одном из растворов, окрашивается в
золотистый, голубоватый, синий, фиолетовый и, наконец, в радужный цвет.
Когда нужный цвет получен, деталь вынимают, сушат и полируют суконкой. Си-
невато-черный цвет латунь приобретает при погружении подготовленной детали на
1-3 мин в следующий раствор:
■ Аммиак (25 %-ный нашатырный спирт) .... 500 мл
■ Двууглекислая (или углекислая) мель 60 г
■ Латунь (опилки) 0,5г
После смешивания компонентов раствор энергично взбалтывают 2-3 раза, после
чего в него погружают деталь.
В коричневый цвет латунь окрашивается при погружении детали в один из сле-
дующих растворов.
1-й раствор
■ Гипосульфит
■ Медный купорос
■ Вода
Температура раствора 70 С.
2-й раствор
■ Сернистый натрий
■ Вода
Температура раствора 70 С.
3-й раствор
■ Уксусно-кислый свинец 30 г
■ Гипосульфит 90 г
■ Вода до 1 л
Температура раствора 80 - 90 С.
Чтобы приготовить 3-й раствор, нужно оба вещества отдельно растворить в по-
ловинном объеме воды, затем слить их вместе и нагреть до 80 - 90 С.
После окрашивания деталь промывают теплой водой, сушат и покрывают бесцвет-
ным лаком.
СЕРЕБРЕНИЕ
Простой способ
В качестве серебрящего состава применяют отработанный гипосульфит (фиксаж),
50г
50 г
до 1 л
100 г
до 1 л
уже непригодный больше для закрепления фотопленок или фотобумаги . Способ от-
личается крайней простотой. Медную деталь зачищают до блеска, кипятят в содо-
вом растворе и тщательно промывают водой. Затем опускают в использованный ги-
посульфит . Через некоторое время на деталь осядет серебро. После промывки во-
дой деталь сушат и полируют суконкой. Качество серебрения и прочность сцепле-
ния серебра с медью зависят от концентрации серебра в растворе гипосульфита.
Горячий
способ
Этим способом можно серебрить любые металлы. Заключается он в следующем:
чисто обработанную деталь погружают на цинковой ленте в кипящий раствор, со-
стоящий из следующих компонентов:
■ Железосинеродистый калий ... 120 г
■ Поташ 80 г
■ Хлористое серебро 7,5 г
■ Дистиллированная вода до 1 л
Процесс серебрения оканчивается после полного покрытия серебром поверхности
детали. Затем деталь вынимают из раствора, промывают и полируют. Следует пом-
нить , что при кипении раствора выделяются вредные вещества, поэтому кипячение
следует проводить на открытом воздухе или под вытяжкой.
Химическое
серебрение
Щ Несколько листов матовой фотобумаги «Унибром» разрезают на куски и опус-
кают в раствор фиксажной соли (соль разводят в объеме воды, указанном на упа-
ковке) .
Зачищенную и обезжиренную деталь помещают в этот раствор и натирают эмуль-
сионным слоем бумаги до тех пор, пока на поверхности детали не образуется
плотный слой серебра. После промывки в теплой воде деталь протирают сухой ве-
тошью .
Д В 300 мл отработанного фиксажа (оставшегося после печатания фотографий)
добавляют 1-2 мл нашатырного спирта и 2 - 3 капли формалина (раствор хранят
и работают с ним только в темноте).
Зачищенную и обезжиренную деталь помещают в раствор на 0,5 - 1,5 ч, затем
промывают в теплой воде, высушивают и протирают мягкой ветошью.
Паста для
серебрения
Детали из меди, бронзы, латуни, медненого железа можно посеребрить с помо-
щью паст.
Щ Пасту для серебрения приготовляют следующим образом: в 300 мл дистилли-
рованной воды или воды, полученной изо льда бытовых холодильников, растворяют
2 г азотнокислого серебра (ляписа) и к раствору подливают 10%-ный раствор по-
варенной соли до тех пор, пока не прекратится выпадение осадка хлористого се-
ребра. Этот осадок 5-6 раз промывают в проточной воде.
Отдельно в 100 мл дистиллированной воды растворяют 20 г гипосульфита и 2 г
1 Пленочная фотография ныне не является массовым процессом, но для некоторых это
хобби. Кроме того, по-прежнему используется в некоторых научных исследованиях.
хлористого аммония (нашатырь). Затем в образовавшийся раствор небольшими до-
зами добавляют хлористое серебро до тех пор, пока оно не прекратит раство-
ряться. Полученный раствор фильтруют и смешивают с мелко размолотым мелом до
консистенции густой сметаны.
Заранее обезжиренную деталь натирают пастой с помощью ваты или марли до об-
разования на ее поверхности плотного слоя серебра, после чего деталь промыва-
ют водой и протирают сухой ветошью.
Отполированную и обезжиренную деталь натирают тканью или куском мягкой
кожи, на которую нанесена паста такого состава:
■ Хлористое серебро 6 г
■ Поваренная соль 8 г
■ Кислый виннокислый калий
(винный камень) 8 г
Перечисленные вещества растирают в ступке и хранят в темной посуде, перед
употреблением смесь разводят дистиллированной водой до получения жидкой пас-
ты. Когда деталь покроется слоем серебра, ее промывают в воде и натирают до
блеска мягкой фланелью.
Д Пасту для серебрения приготовляют так: в сосуд насыпают 2 г нашатыря, 4
г винного камня и 1 г азотнокислого серебра (ляписа), добавляют немного дис-
тиллированной воды до получения полужидкой кашицы. Затем тканью, с нанесенной
на нее пастой, отполированную и обезжиренную деталь натирают до серебряного
блеска.
Химический способ серебрения
неметаллических материалов
Химическим способом можно металлизировать и неметаллические детали, напри-
мер из пластмасс, стекла, керамики, дерева и т. д. Приводимый ниже раствор
для серебрения неметаллических материалов дает очень хорошие результаты, осо-
бенно при металлизации стекла (серебрение зеркальных поверхностей сосудов,
колб ламп накаливания, отражателей для проекционной аппаратуры и т. п.).
В состав ванны для серебрения входят следующие вещества:
Состав А
■ Серебро азотнокислое 12 г
■ Аммоний азотнокислый 18 г
■ Вода дистиллированная 500 мл
После полного растворения веществ раствор доливают дистиллированной водой
до 750 мл.
Состав Б
■ Едкий натрий (химически чистый) 19 г
■ Вода дистиллированная 500 мл
После полного растворения едкого натрия раствор доливают дистиллированной
водой до 750 мл.
Состав В
■ Сахароза 12,5 г
■ Винная кислота 1,5 г
■ Вода дистиллированная 125 мл
Раствор кипятят в течение 20 мин, а затем доливают дистиллированной водой
до 500 мл.
Все растворы хранят отдельно в темных сосудах с притертыми пробками.
Раствор для серебрения получают при смешивании составов А и Б, к которым
непосредственно перед серебрением добавляют состав В. Детали, предназначенные
для серебрения, тщательно очищают в горячем растворе соды, ополаскивают про-
точной водой и погружают в ванну со свежеприготовленным раствором. Рабочая
температура раствора 18-20 С, время серебрения - 10 мин. Металлизацию можно
проводить два или три раза последовательно, однако каждый раз в свежем рас-
творе. Посеребренные детали сушат при температуре 50 С в течение 1 часа, а
при температуре 18 - 20 С - в течение 24 часов. Со стекла, фарфора или кера-
мики серебряный слой можно легко снять азотной кислотой.
Окрашивание серебряных
предметов в фиолетовый
цвет химическим способом
Серебряные или посеребренные предметы приобретают фиолетовый цвет в раство-
ре , состоящем из следующих веществ:
■ Сернокислый натрий безводный 12,5 г
■ Углекислый натрий 5 г
■ Вода 500 мл
Раствор нагревают до 80 С и погружают в него предмет на несколько секунд.
Затем предмету дают просохнуть. Поверхность предмета можно покрыть прозрачным
лаком.
Химический раствор для
окрашивания серебряных
предметов в черный цвет
Серебряные или посеребренные предметы становятся черными после кипячения их
в растворе серноватисто-кислого натрия (100 г на 500 мл воды).
После кипячения в этом растворе предметы сушат и покрывают прозрачным ла-
ком.
Извлечение серебра из
отработанного фиксажа
На построение фотографического изображения расходуется лишь часть серебра,
содержащегося в светочувствительном слое фотоматериала. Большая же часть се-
ребра переходит в фиксаж и проявитель, ее можно выделить и собрать.
1-й способ
Позволяет выделить чистое серебро, состоит в следующем: в сосуд с истощен-
ным фиксажем всыпают железную стружку или мелкие железные гвозди, хорошо от-
мытые от жира с помощью бензина. Время от времени раствор взбалтывают. Спустя
7-10 дней раствор сливают, и гвозди высушивают на воздухе. Серебро, осажден-
ное на гвоздях, осыпается в виде черного порошка, который затем можно спла-
вить в слитки.
2-й способ
Истощенный фиксаж и равный объем отработанного метолгидрохинонового прояви-
теля сливают в один сосуд. К полученной смеси добавляют 30%-ный раствор едко-
го натрия из расчета по 100 мл на каждый литр отработанного фиксажа. Серебро
при этом осаждается в виде мельчайшего чистого серебряного порошка. Процесс
длится не менее 48 ч.
Образовавшийся за это время осадок серебра отфильтровывают и сушат. Остав-
шийся водный раствор тиосульфата натрия, т. е. фиксаж, можно вновь использо-
вать в работе.
3-й способ
В отработанный фиксаж, который находится в стеклянном сосуде, укладывают
полированный лист латуни. Через 48 ч на него осядет почти все металлическое
серебро из истощенного раствора. После осаждения лист хорошо промывают водой
и высушивают. Затем с его поверхности осторожно соскабливают слой серебра.
4-й способ
К 1 л использованного фиксирующего раствора добавляют 5 - 6 г гидросульфита
натрия и 5 - 6 г безводной соды. Через 19 - 20 ч образовавшееся в виде черно-
го мелкого порошка металлическое серебро фильтруют, а обессеребренный фикси-
рующий раствор подкисляют бисульфитом натрия и вновь используют для работы.
5-й способ
Для этого способа приготовляют 20 %-ный раствор сернокислого натрия и вли-
вают его в отработавший фиксаж из расчета 20 мл раствора на каждый литр фик-
сажа. Тщательно перемешав раствор, ему дают отстояться в течение суток. Затем
раствор сливают с осадка, а осадок высушивают на бумаге. Осадок представляет
собой сернистое серебро. Осаждение ведется на открытом воздухе или при уси-
ленной вентиляции; для уменьшения выделения сероводорода отработанный, фикси-
рующий раствор предварительно подщелачивают.
РАЗДЕЛ №10
ЗОЛОЧЕНИЕ
Золочение металлических
изделий горячим способом
В стеклянном сосуде смешивают 20 г азотной и 20 г соляной кислоты. В этой
смеси растворяют 1 г золота. Когда золото растворится, в раствор добавляют 1
г хлористой сурьмы и 1 г чистого олова. Сосуд с раствором помещают в горячую
воду и кипятят, пока не растворится олово, после чего добавляют 20 г насыщен-
ного раствора борной кислоты. Изделия, предназначенные к золочению, очищают,
полируют и кипятят в растворе едкого калия или натра. Раствор на изделие на-
носят кистью; высушенное изделие нагревают на пламени спиртовки или на костре
из древесного угля. После прогревания получается хорошая позолота, не требую-
щая полировки. Хранят раствор в стеклянном сосуде с притертой пробкой в тем-
ном месте.
Золочение без
внешнего источника
тока
Контактное золочение применяется для получения очень плотных и равномерных
покрытий, отличающихся высокой прочностью сцепления, и если не требуется
большая толщина покрытия. Электролиз этим методом не нуждается в источнике
внешнего тока. Разность потенциалов, необходимая для осаждения золота, созда-
ется гальваническим элементом, в котором катодом служит покрываемое изделие,
погруженное в электролит золочения, а анодом - цинковая пластинка, находящая-
ся в концентрированном растворе поваренной соли и соединенная с изделием про-
волокой , как показано на рис. 8.
3 *
Рис. 8. Разрез ванны для покрытия сцеплением с поверхностью деталей
изделия золотом без внешнего источника тока. 1 - стеклянный сосуд, 2
- кольцевой электрод из цинка, 3 - стакан из пористой керамики, 4 -
медная проволока - подвеска, 5 - опоры подвески - изолятор.
Для электролиза может применяться любой подогретый электролит золочения из
числа указанных в таблице, приведенной ниже.
Золочение способом погружения основано на создании разности потенциалов на
границе поверхности покрываемого металла и прилегающего к ней слоя электроли-
та. Покрытия хорошего качества образуются лишь на латунных или латунированных
деталях. Поэтому детали из других металлов предварительно латунируют (мини-
мальная толщина слоя 1-2 мкм) . Процесс золочения автоматически прекращается
при получении слоя золота толщиной около 0,1 мкм, но покрытие получается
плотным, глянцевым и обладает хорошим сцеплением с поверхностей деталей.
Составы растворов и режимы работы
при золочении способом погружения
Компоненты и режимы
работы
Хлорное золото
Кислый углекислый калий
Хлористый натрий
Сульфит натрия
Железосинеродистый калий
Температура, С
Выдержка, мин
Концентрация растворов, г/л
1-го
0,4
150
-
-
-
70-80
3-5
2-го
3,5
-
2
30
3
70-80
5-10
3-го
1,5
100
-
-
-
70-80
5-10
Снятие недоброкачественных
золотых покрытий
Для снятия недоброкачественных покрытий позолоченные серебряные изделия
подвешивают в качестве анодов в 5%-ный раствор соляной кислоты при температу-
ре 18-20 С. Катодами служат железные или свинцовые пластины. Анодная плот-
ность тока 0,1-1 А/дм2. Подвески медные. Кроме того, золотое покрытие можно
снять в «царской водке».
«Царская водка» представляет собой смесь кислот (50 % азотной кислоты, сме-
шанной в 50 % соляной кислоты). Применяют смесь для травления меди, латуни,
железа, стали, цинка и т. д. Этот раствор действует на металлы почти мгновен-
но; коррозия и грязь при этом исчезают, и поверхность металла становится бле-
стящей или чаще матовой.
Ювелиры используют эту смесь для определения чистого золота.
Примечание:
Используя активные кислоты, необходимо строго соблюдать правила безопасно-
сти. Следует помнить, что, разбавляя кислоту водой (например, серную кисло-
ту) , нужно кислоту вливать в воду, а не наоборот, так как в противном случае
происходит разбрызгивание кислоты, что может повлечь за собой тяжелые ожоги.
РАЗДЕЛ №11
ХИМИЧЕСКОЕ
ТРАВЛЕНИЕ
МЕТАЛЛОВ
Для изготовления шкал, рисунков, надписей на металле широко применяется хи-
мическое травление.
Химические растворы
для травления
железа и стали
Самые простые и эффективные растворы для травления железных и стальных де-
талей - это разбавленные неорганические кислоты, особенно 20%-ная серная ки-
слота, травление в которой производится при 45 - 50 С, или 20-5%-ная соляная
кислота, в которой детали травят при комнатной температуре.
Для травления используется также 10-15%-ная ортофосфорная кислота, нагретая
до 60 - 70 С. В ней травят детали, которые будут затем лакировать или же их
поверхность оставят без дальнейшей обработки. Если после травления предусмот-
рено гальваническое покрытие поверхности, то эта ванна непригодна.
Химическое травление
поверхностей
цветных металлов
Травление меди и латуни
На латуни раствор образует светло-желтый налет, на меди - светло-розовый.
Раствор содержит:
■ Азотная кислота концентрированная 250 мл
■ Соляная кислота концентрированная 150 мл
■ Этиловый спирт денатурированный 100 мл
■ Вода 500 мл
Детали травят, кратковременно погружая в ванну с раствором, после чего вы-
нимают и сразу же промывают водой.
Матовое травление меди
После травления на меди получается шероховатая (до матовой) поверхность.
600
400
3 г
2 г
500 мл
500 мл
10 мл
5 г
г
г
Состав ванны:
■ Азотная кислота 40 %-ная . . .
■ Сернистая кислота концентрированная
■ Хлористый натрий
■ Сернокислый цинк
Блестящее травление меди и ее сплавов
■ Серная кислота концентрированная
■ Азотная кислота концентрированная
■ Соляная кислота концентрированная
■ Сажа
Рабочая температура ванны 18-20 С. Обезжиренные детали погружают в ванну с
раствором на 10 - 30 с, после чего вынимают, промывают водой и сушат.
Раствор для травления алюминия и его сплавов
Водный раствор содержит:
■ Фтористый натрий 40 г/л
■ Едкий натрий 50 г/л
Рабочая температура ванны 70 - 80 С, время обработки около 1 мин.
Другой водный раствор содержит:
■ Оксид хрома 30 г/л
■ Серная кислота концентрированная 150 г/л
Рабочая температура ванны 70 С, время обработки 1-1,5 мин.
Химические растворы
для удалении ржавчины
с железных и
стальных деталей
Ржавчина с масляными и другими загрязнениями, покрывающими железные и
стальные детали, плохо поддается механической очистке (особенно на профилиро-
ванных поверхностях). Лучше использовать специальные химические растворы, ко-
торые не только удаляют ржавчину, но одновременно обезжиривают, травят и пас-
сивируют поверхность металла.
■ Ортофосфорная кислота концентрированная 15 г
■ Бутиловый спирт 4 г
■ Вода до 1 л
Состав наносят на загрязненные места и оставляют до высыхания. Затем деталь
очищают щеткой. Водой обмывать ее не надо.
■ Винная кислота 15 г
■ Ортофосфорная кислота концентрированная 280 г
■ Вода до 1л
После снятия ржавчины деталь промывают водой и сушат. Рабочая температура
ванны около 20 С.
Ортофосфорная кислота концентрированная 280 г
Бутиловый спирт 30 г
■ Этиловый спирт денатурированный 120 мл
■ Гидрохинон 1 г
■ Вода до 1 л
Рабочая температура ванны 18-20 С. Очищенные детали обмывают водой и сушат.
Простейший способ
декоративного окрашивания
стальных изделий
Электрохимическим способом можно окрасить стальные изделия в любой цвет.
Если окрасочный слой покрыть лаком, он будет надежно защищать изделие от кор-
розии .
В состав раствора, в котором окрашиваются стальные изделия, входят следую-
щие компоненты:
■ Медный купорос 60 г
■ Сахар-рафинад 90 г
■ Едкий натрий 45 г
■ Вода до 1 л
В 200 - 300 мл дистиллированной воды растворяют медный купорос, затем в по-
лученный раствор добавляют сахар. Отдельно в 250 мл воды растворяют едкий
натр и к нему небольшими порциями (при помешивании) добавляют раствор медного
купороса с сахаром. После смешения этих двух растворов доливают дистиллиро-
ванную воду до 1 л.
Деталь зачищают, полируют и обезжиривают в растворе, применяемом при нике-
лировании , а затем тщательно промывают в теплой воде.
Из красной меди (желательно марок МО, Ml) изготовляют дополнительный элек-
трод . Деталь и электрод подключают к батарейке от карманного фонаря (или к
другому источнику постоянного тока 4-6 В), причем медный электрод должен быть
подключен к плюсу батареи, а деталь - к минусу. В раствор сначала опускают
медный электрод, а затем деталь. Через 5 - 10 с батарею отключают, и окраши-
вание продолжается без питания электротоком.
Находясь в растворе от 2 до 25 мин, деталь окрашивается в следующие цвета
(по порядку их появления):
■ коричневый,
■ фиолетовый,
■ синий;
■ голубой,
■ светло-зеленый,
■ желтый,
■ оранжевый,
■ красно-лиловый,
■ зеленовато-синий,
■ зеленый,
■ розово-красный.
Деталь можно вынимать из раствора (проверяя окраску) и снова опускать в
раствор - процесс будет идти нормально. При выдержке детали в растворе более
25-30 мин процесс циклически повторяется много раз.
По мере испарения электролита в ванну добавляют дистиллированную воду, так
как повышение концентрации электролита ухудшает качество окраски. Для получе-
ния более контрастных цветов в готовый электролит надо добавить 20 г углеки-
слого натрия (безводной соды). Если окраска получилась неудачной, пленку мож-
но легко снять, если протереть деталь нашатырным спиртом. Окрашенные детали
промывают водой, сушат и покрывают бесцветным лаком.
Простой способ
декоративной отделки
алюминиевой поверхности
под перламутр
Алюминиевую поверхность зачищают металлической щеткой, делая небольшие
штрихи в разных направлениях (создавая определенный рисунок). Стружку и грязь
удаляют с поверхности чистой ветошью.
Чистую алюминиевую поверхность покрывают ровным слоем 10%-ного раствора ед-
кого натра (рабочая температура раствора 90 - 100 С). После высыхания раство-
ра на алюминиевой поверхности образуется красивая пленка с перламутровым от-
ливом. Для лучшей сохранности пленку покрывают бесцветным лаком.
Более красивая пленка получается, если перед нанесением раствора едкого на-
тра изделие или деталь нагреть до 80 - 90 С.
Химический способ
осветления изделий и
деталей из силумина
Изделия и детали из силумина (сплав алюминия с кремнием) быстро покрываются
оксидной пленкой темных тонов. Однако они длительное время могут быть блестя-
щими , если их осветлить.
Изделия или детали зачищают и, если надо, полируют, затем обезжиривают,
промывают и погружают на 10-20 мин в следующий раствор:
■ Хромовый ангидрид 100 г
■ Серная кислота концентрированная 10 г
■ Вода до 1 л
Рабочая температура раствора 18-20 С.
После осветления изделия и детали промывают и сушат, а чтобы поверхности
изделий и деталей не окислялись длительное время, их покрывают бесцветным ла-
ком.
ПОЛИРОВАНИЕ СТАЛИ
И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Полирование применяют для улучшения чистоты поверхности деталей, приборов,
устранения на них следов предыдущей обработки (штрихи, царапины, небольшие
вмятины и мельчайшие неровности). Различают два вида полирования - предвари-
тельное и окончательное. Предварительное полирование применяют для механиче-
ского удаления неровностей поверхности незакрепленными абразивами (в свобод-
ном состоянии) или зернами, закрепленными на рабочей поверхности полироваль-
ного круга. Окончательное полирование выполняют мелкими шлифовальными порош-
ками или мягкими эластичными кругами с нанесенными на них топкими полироваль-
ными пастами.
Самой тонкой отделки поверхности достигают трением куска войлока или шер-
стяной ткани, смазанной специальной пастой для полировки металла. После поли-
ровки поверхность приобретает зеркальный блеск.
Известковая паста применяется для полирования никеля, латуни, алюминия и
других металлов, состав ее (в %) следующий:
■ Венская известь 71,8
■ Церезин 1,5
■ Стеариновая кислота 2,3
■ Солидол Т 1,5
■ Скипидар 2,2
Состав пасты (в %) для полировки стали и других металлов:
■ Парафин 20
■ Стеарин 10
■ Сало техническое 3
■ Микропорошок М5 0 67
Воскообразные и жидкие материалы смешивают и разогревают в водяной бане
(или на небольшом огне). Затем в горячую массу замешивают сухие компоненты.
Пасты ГОИ предназначены для полировки стали и других металлов и представля-
ют собой оксид хрома, замешанный на воскообразных веществах. Пасты выпускают
трех сортов: грубая, средняя и тонкая.
При отсутствии хромовой пасты с успехом можно применить масляную краску ок-
сид хрома, разведенную керосином.
Крокусная паста (оксид железа) продается в магазинах в готовом виде (в зу-
бопротезированин применяется под названием «паста для золота»).
Применяется крокусная паста для полировки латуни, бронзы, серебра и других
металлов.
Порошок «Блеск», разведенный машинным маслом, применяется для тонкой поли-
ровки металлов.
Химический способ
полирования металлов
Полировать металлы можно химическим способом, т.е. простым погружением де-
тали или предмета в ванну с полировальным раствором без применения электриче-
ского тока. Для этой цели можно использовать фарфоровые стаканы или ванночки.
Полировальный раствор состоит из следующих веществ:
■ Фосфорная кислота концентрированная.... 350 мл
■ Азотная кислота концентрированная 50 мл
■ Серная кислота концентрированная 100 мл
■ Сернокислая или азотнокислая медь 0,5 г
Рабочая температура ванны 100 - 110 С. Время полирования от 0,5 до 4 мин.
При полировании выделяются удушливые пары, поэтому ванна должна находиться в
вытяжном шкафу или на открытом воздухе.
Этот раствор хорошо полирует алюминий и его сплавы. Пригоден он и для поли-
рования других металлов, однако рабочие условия (время полирования, темпера-
тура) должны быть иными.
РАЗДЕЛ № 12
ХИМИЧЕСКИЕ
СПОСОБЫ
ОТДЕЛКИ
Цвет металлов и сплавов в основном довольно однообразен - это сероватые се-
ребристые или слегка голубоватые тона. Исключение составляет золото, имеющее
интенсивно желтый цвет, и медь, обладающая характерным красным (горячим) цве-
том. Кроме того, латуни и бронзы имеют желтоватые и зеленоватые тона, а спла-
вы никеля и меди, именуемые французским, немецким, американским золотом, ино-
гда очень приближаются к цвету золота. Однако в практике художественной от-
делки изделий из металла очень часто требуются более разнообразные цвета и
оттенки, которые легко получаются при химической отделке художественных изде-
лий из металла.
Сущность химической отделки заключается в следующем: под действием различ-
ных химических веществ на поверхности металла происходит реакция с образова-
нием новых химических соединений, которые прочно соединяются с основным ме-
таллом и придают ему тот или иной цвет. Образующиеся соединения в большинстве
случаев являются окислами или другими химическими образованиями. Иногда хими-
ческая отделка является очень стойкой - не изменяется даже при нагревании или
действии слабых кислот; в других же случаях пленки не прочны, легко стираются
или смываются водой; для придания им прочности изделия после химической от-
делки закрывают бесцветным лаком.
Химическая отделка сильно отличается от покраски. Главное отличие - это го-
раздо более тонкая пленка - в пределах сотых долей микрона.
Получение прочных защитных пленок в области художественной промышленности
применяют очень широко. Это обусловлено тем, что кроме антикоррозионных
свойств, они обладают декоративными качествами и значительно расширяют цвето-
вую палитру художника-металлиста. В современных условиях химическим способом
возможно получение самых разнообразных цветов и оттенков на поверхности худо-
жественных изделий из металлов и сплавов.
Современной химией разработано огромное разнообразие всевозможных приемов
химической отделки металлов, которые широко применяются в различных отраслях
промышленности.
Для отделки художественных изделий в зависимости от металла (или сплава),
из которого они выполнены, можно применять один из следующих способов.
Отделка
изделий
из меди
Для получения коричневых тонов, от светлого до темного, применяют раствор
сернистого аммония. На 1 л воды берут 20 - 25 г сернистого аммония. Изделия
предварительно нагревают и в нагретом состоянии погружают их в раствор или,
если они крупные, покрывают раствором, нанося его кистью. Интенсивность тона
отделки зависит от температуры предварительного нагрева изделия: чем она вы-
ше, тем темнее коричневый тон покрытия.
Отделка
изделий
из латуни
Для получения различных оттенков желто-оранжевого, малинового, фиолетового
и синего цвета применяют смесь следующих растворов: готовят раствор сернова-
тисто-кислого натрия (гипосульфит натрия) - 130 г на 1 л горячей воды. От-
дельно в 1 л горячей воды растворяют 35 г кристаллического свинцового сахара
(азотнокислого свинца). Оба раствора сливают вместе.
Протравленные в азотной кислоте и промытые в воде изделия при постоянном
движении погружают в нагретую до 80 С смесь растворов. На изделии возникают
различные цвета, которые быстро сменяют друг друга в такой последовательно-
сти:
■ желтый,
■ оранжевый,
■ красный,
■ малиновый,
■ фиолетовый,
■ синий.
Синий постепенно тускнеет, переходит в серый, и процесс заканчивается. Как
только получен желаемый цвет, изделие быстро вынимают из раствора, промывают,
просушивают и закрывают бесцветным лаком, так как пленка малопрочна.
Интересная окраска с радужными переходами получается, если изделие извле-
кать из раствора постепенно после того, как на нем появится желтая окраска.
Если изделие медленно и равномерно извлекать из раствора, то его верхняя
часть останется желтой с переходом в оранжевый, далее красный, фиолетовый и,
наконец, нижняя часть, которая дольше всего будет находиться в растворе, при-
обретает синий цвет. После этого изделие необходимо тщательно промыть, просу-
шить и покрыть лаком. Смесь растворов быстро теряет свои окрашивающие свойст-
ва, поэтому ее нельзя хранить, и каждый раз следует употреблять свежие, толь-
ко что приготовленные растворы.
Для получения серого и черного цвета можно использовать хлористую сурьму
(сурьмяное масло), которую намазывают на готовое изделие и натирают щетинной
(жесткой) щеткой или кистью. Получив необходимый цвет, изделие промывают и
просушивают. В зависимости от продолжительности времени, в течение которого
происходит обработка изделия, также от концентрации раствора можно получать
различные оттенки, начиная от светлых серовато-фиолетовых и кончая совсем
черными. Эта отделка очень прочная.
Для меди и латуни можно применять отделку крепкой азотной кислотой. Это
старый проверенный долголетней практикой способ, но он требует известного на-
выка и, главное, большой осторожности при обращении с крепкой азотной кисло-
той, которая небезопасна для человека. Особенно вредны ядовитые газообразные
выделения, образующиеся при проведении работ.
Процесс заключается в следующем: на медное или латунное изделие при помощи
ватного тампона, намотанного на деревянную палочку (в виде кисти), наносят
крепкую (или разведенную водой) азотную кислоту. После этого на поверхности
возникает бурная реакция с выделением газа.
Медная или латунная поверхность при этом сначала зеленеет, а потом посте-
пенно чернеет. Реакция постепенно ослабевает и прекращается. После этого из-
делие нагревают, и процесс вновь активизируется. Нагревание продолжают до
полного испарения всей азотной кислоты. Затем изделию дают охладиться и его
тщательно промывают в горячей (лучше проточной) воде и высушивают. В зависи-
мости от концентрации кислоты, продолжительности обработки и степени нагрева
можно получить самые различные тона - от оливково-зеленых, коричневых, серых
до черных. Эта отделка очень прочная. По желанию ее можно шлифовать и полиро-
вать .
Отделка изделий из
железных сплавов
Наиболее простой, доступный и зарекомендовавший себя способ отделки черных
металлов (черный декапир, кровельная сталь) - это обработка масляными вещест-
вами с их последующим нагревом. Он заключается в следующем. После тщательной
подготовки (очистки) готовое изделие покрывают растительным маслом (например,
натуральной олифой) и нагревают до 300-400 С. Наиболее равномерный нагрев
происходит в печи, что позволяет получить и наиболее равномерную тонировку.
На поверхности изделия образуется прочная красивая плёнка черно-коричневого
цвета различных оттенков.
Светло- и темно-серые тона можно получить при обработке изделий слабыми
растворами азотной кислоты. Раствор готовят не крепче 1:10 (одна часть азот-
ной кислоты на десять частей воды); более концентрированные растворы исполь-
зовать не следует, так как они травят само изделие. Сначала поверхность при-
обретает матово-зернистое строение, а при продолжительной обработке изделие
разъедается и разрушается, так как скорость реакции прогрессирует за счет вы-
деления тепла.
Различные оттенки с радужными переходами от охристо-золотистого, краснова-
то-коричневого, фиолетового до синего можно получить за счет образования
«цветов побежалости». Для этого хорошо очищенное изделие постепенно и равно-
мерно нагревают, а при температуре 220 С на нем образуется тонкая пленка оки-
слов железа, придающая изделию различные цвета. С повышением температуры или
с увеличением времени пребывания изделия при данной температуре окисная плен-
ка утолщается, и цвет изделия изменяется. Этим простым способом можно при оп-
ределенном навыке получать достаточно прочную и декоративную тонировку.
Для отделки не очень больших изделий в синий и синевато-черные тона можно
применять раствор следующего состава:
■ каустической соды (едкий натр) 700 г,
■ нитрита натрия 250 г
■ нитрата натрия (натриевая селитра) 200 г
■ воды 1 л.
Подготовленное изделие погружают в раствор, нагретый до кипения (135 - 145
С). В течение всего процесса тонировки раствор должен кипеть.
Полированные стальные изделия воронят, т. е. погружают в расплавленную на-
триевую селитру при температуре 310 - 350 С. В течение 3-5 мин на поверхности
детали образуется тонкая, но очень прочная пленка красивого синеватого цвета.
Отделка
изделий
из алюминия
Наиболее простой и декоративный прием отделки изделий из алюминия, при по-
мощи которого хорошо выявляются все детали рельефа и изделие приобретает за-
конченный вид с темными углублениями и светлыми выступающими частями рельефа,
- это обработка копотью с керосином (тонировка). Процесс тонировки сводится к
следующему: всю поверхность чеканного изделия равномерно покрывают тонким
слоем копоти. Для этого изделие держат лицевой поверхностью вниз над сильно
коптящим пламенем керосиновой горелки или еще лучше горящей бересты, а затем
протирают тампоном, смоченным в керосине. Стирая копоть с выступающих частей
рельефа и сохраняя ее в углублениях, можно получить то более темные, то более
светлые тонировки.
Для получения темно-серого цвета алюминиевые изделия обрабатывают соляной
кислотой с небольшим добавлением раствора медного купороса и серной кислоты
(в пределах 3 - 5 %). Процесс протекает быстро, изделия при этом нагревают
(экзотермическая реакция), а раствор теряет активность и требует периодиче-
ского обновления.
Следует заметить, что качество, цвет и быстрота процесса сильно зависят от
марки алюминия, т. е. от содержания в нем различных примесей. Чем ниже марка,
тем процесс идет успешней. Например, вторичные сплавы алюминия отделывают
этим способом очень хорошо и быстро, а наиболее чистый алюминий при тониров-
ках этим способом приобретает менее темные оттенки, и процесс идет труднее.
Отделка
изделий
из серебра
Для получения коричневых и серых тонов (под «старое серебро») применяют
раствор серной печени. Серную печень готовят следующим образом: смесь одной
части серы (в порошке) и две части поташа подогревают в течение 20 - 25 мин
при постепенном помешивании до полного сплавления и образования густой массы
серовато-коричневого цвета с запахом сероводорода. Сплавление лучше всего
проводить в железной посуде (например, в консервной банке), мешать железным
прутком, подогревать на электроплитке, так как на открытом огне (например, на
газовой горелке) сера легко загорается. Готовую массу выливают на чугунную
или керамическую поверхность. Остывшую и затвердевшую серную печень разбивают
на куски и хранят в стеклянной банке с притертой пробкой, так как она легко
поглощает влагу из воздуха и теряет свои свойства.
По мере необходимости раствор готовят из расчета 10 - 20 г на 1 л воды.
Раствор применяют горячим; процесс идет еще успешнее, если изделие предвари-
тельно подогреть и погрузить в раствор горячим. В зависимости от концентрации
раствора и температуры изделия можно получать различные оттенки - от светло-
коричневых, темно-коричневых и до серых. Более суток раствор хранить нельзя,
так как он теряет свои свойства. Лучшие результаты дают свежие, только что
приготовленные растворы.
ХИМИЧЕСКИЕ
ПОКРЫТИЯ
МЕТАЛЛАМИ
Химическое никелирование
изделий из стали, меди,
латуни и бронзы
Детали из стали и медных сплавов можно покрыть никелем химическим путем.
Такое покрытие не только хорошо защищает детали от коррозии и придает им кра-
сивый внешний вид, но и обладает повышенной износоустойчивостью. Достоинство
химического никелирования состоит еще и в том, что никель равномерно осажда-
ется на всех, в том числе и внутренних, поверхностях деталей.
Деталь, подлежащую декоративному никелированию, необходимо соответствующим
способом подготовить: отшлифовать, отполировать и обезжирить. Стальные детали
обезжиривают в растворе, содержащем на 1 л воды 20 - 30 г едкого калия (или
едкого натра), 25 - 50 г кальцинированной соды и 5 - 10 г жидкого стекла (си-
ликатного клея) ; медные - в растворе, содержащем (на то же количество воды)
100 г тринатрийфосфата и 10 - 20 г жидкого стекла. Перед никелированием мед-
ные детали необходимо подержать на железе 0,5 - 1 мин. Следует также иметь в
виду, что сплавы, содержащие более 1 - 2 % свинца или кадмия, химическому ни-
келированию не поддаются.
Обезжиривание стальных и медных деталей при комнатной температуре заканчи-
вается через 40 - 60 мин, при температуре 75 - 85 С - через 20 - 30 мин. За-
тем деталь тщательно промывают в проточной воде и погружают на 0,5 - 1 мин в
5%-ный раствор соляной кислоты для снятия пленки оксидов, после чего еще раз
промывают в воде и сразу переносят в раствор для никелирования. В 1 л воды,
нагретой до 60 С, растворяют 30 г хлористого никеля и 10 г уксуснокислого на-
трия. Затем температуру доводят до 80 С, добавляют 15 г гипофосфата натрия -
и раствор готов. В него погружают деталь, повышают температуру до 90 - 92 С и
поддерживают ее на этом уровне до окончания процесса никелирования. При более
низкой температуре скорость процесса резко замедляется, а при нагревании выше
95 С раствор может испортиться.
Необходимое количество (объем) раствора зависит от площади никелируемой де-
тали. Отношение этой площади (в квадратных дециметрах) к объему раствора (в
литрах) должно быть в пределах 2,5 - 3,5.
Так, например, при S/V = 3 за 1 ч толщина слоя никеля составит 10 км.
Применяемые химикаты не ядовиты, обезжиривание и никелирование не сопровож-
даются выделением вредных газов.
Химическое меднение стальных
и чугунных деталей
Довольно легко медь химическим способом осаждается на железо, сталь и чу-
гун . Покрытие получается удовлетворительным.
Для покрытия этих металлов составляют раствор из следующих веществ:
■ Сернокислая медь 8 - 50 г
■ Серная кислота концентрированная 8 - 50 г
■ Вода до 1 л
Рабочая температура 18-20 С. После тщательной очистки и обезжиривания дета-
ли погружают на несколько секунд в раствор. Детали, покрытые медью, извлекают
из раствора, промывают водой и сушат.
Химическое
хромирование
металлов
Детали из стали, меди и латуни химически хромируют в растворе, содержащем:
■ Фтористый хром 14 г
■ Гипофосфат натрия 7 г
■ Лимоннокислый натрий 7 г
■ Уксусную кислоту ледяную ... 10 мл
■ Едкий натрий (20 %-ный раствор) 10 мл
■ Воду до 1 л
Рабочая температура около 80 С. Очищенные и обезжиренные детали металлизи-
руются в течение 3-8 часов. При химическом хромировании стальных предметов
рекомендуется их сначала химически помеднить. Детали с осажденным слоем хрома
промывают в воде и сушат.
Химическое
никелирование
металлов
Раствор для никелирования состоит из следующих веществ:
■ Сернокислый никель-аммоний . 50г
■ Хлористый аммоний 40 г
■ Вода до 1 л
В раствор добавляют небольшое количество металлического цинка и непрерывно
его перемешивают.
Химический способ
лужения металлов
Деталь из стали, меди, латуни химически лудят в растворе, содержащем:
■ Хлористое олово 10 г
■ Молочнокислый натрий 100 г
■ Воду до 500мл
Для мелких деталей приготовляют другой раствор:
■ Хлористое олово 5 г
■ Сернокислый алюминий-аммоний
(алюмоаммонийные квасцы).... 150 г
■ Вода до 500 мл
Рабочая температура раствора 18-20 С. Перед лужением детали очищают и обез-
жиривают .
Окрашивание оловянных
изделий в бронзовый цвет
химическим способом
Оловянные изделия хорошо окрашиваются в бронзовый цвет химическим способом.
Изделия погружают в раствор или протирают тканью, смоченной в растворе, со-
стоящем из следующих веществ:
■ Сернокислая медь 25г
■ Сернокислое железо закисное 25 г
■ Вода до 500 мл
Затем изделие сушат, очищают щеткой, протирают тканью и снова погружают в
раствор, состоящий из следующих веществ:
■ Уксуснокислая медь 100 г
■ Уксусная кислота 10%-ная ... 400 мл
После этого изделие сушат. При желании его можно отполировать и покрыть
прозрачным лаком.
«Золочение»
латуни
Латунь и изделия из нее на воздухе быстро тускнеют и окисляются. Для предо-
хранения отполированных до блеска изделий от окисления латунные детали часто
покрывают особым золотистым лаком.
Более простой и доступный способ заключается в следующем: латунную деталь
после тщательной очистки и полировки погружают в 10-15%-ный раствор какой-
либо щелочи для удаления с ее поверхности жиров. Затем деталь промывают в во-
де и на 1-2 сек опускают в слабый (2-3%-ный) раствор серной или соляной ки-
слоты. Хорошие результаты получаются, если латунь опустить в раствор бисуль-
фита натрия, после чего промыть в воде и опустить в раствор уксуснокислой ме-
ди, подогретый до 36 - 40 С.
В зависимости от времени, в течение которого деталь находится в растворе,
латунь окрашивается от светло-золотистого цвета до цвета червонного золота и
даже до красновато-фиолетового оттенка. За цветом окраски следят, время от
времени вынимая деталь из раствора. После окрашивания деталь промывают водой
и сушат на воздухе. Окраска получается стойкой и со временем не изменяется.
Уксуснокислая медь имеется в продаже, но ее можно приготовить и самим. Для
этого нужно 5 г медного купороса растворить в 0,5 л воды, после чего смешать
с раствором уксуснокислого свинца (аптечная свинцовая примочка или свинцовый
сахар).
Второй раствор составляется из 8 г уксуснокислого свинца и 0,5 л воды. При
смешивании растворов выпадает осадок сернокислого свинца, и в растворе оста-
ется уксуснокислая медь. Этот раствор и будет служить рабочим раствором. Оса-
док можно отфильтровать или оставить на дне сосуда.
Окраска меди
под золото
В 100 г воды растворяют 4 г каустической соды и 4 г молочного сахара, кипя-
тят 15 мин, затем при постоянном размешивании прибавляют малыми дозами 4 г
раствора насыщенного медного купороса. В горячую смесь погружают хорошо очи-
щенные медные изделия. В зависимости от продолжительности действия они приоб-
ретают различную окраску - от золотой, зеленой до полной черноты.
Пассивирование
латуни
При пассивировании латуни образуется устойчивая защитная пленка, похожая на
позолоту. Эта пленка не боится влаги, поэтому рыболовы пассивируют латунные
блесны.
Зачищенную, отполированную и обезжиренную деталь опускают на 1 сек в рас-
твор, приготовленный из 1 части азотной и 1 части серной кислоты, и сразу же
переносят в крепкий раствор двухромовокислого калия (хромника) на 10 - 15
мин.
После этого деталь промывают и сушат.
РАЗДЕЛ № 13
РАБОТЫ ПО
ГАЛЬВАНОТЕХНИКЕ
Что необходимо знать
о гальванопластике
и гальваностегии
Гальванопластика - электрохимический способ копирования (получение точных
копий изделий). Широко используется в технике при изготовлении матриц в поли-
графии, пресс-форм для прессования грампластинок и т. п. Этим способом изго-
товляют металлические сетки, ювелирные изделия, копии скульптур, гравюр, де-
тали сложной конфигурации. Способ отличается исключительно высокой точностью
воспроизведения рельефа изделия.
Гальваностегия - электрохимический процесс покрытия одного металла другим,
более устойчивым в механическом и химическом отношении, например, стальные
детали покрывают хромом, никелем, медные - никелем, серебром или другими ме-
таллами .
В принципе гальванопластика не отличается от гальваностегии. Однако гальва-
ностегические и гальванопластические процессы имеют свои особенности и отли-
чаются, прежде всего, методами подготовки поверхности перед осаждением на нее
металла.
В гальваностегии поверхность подготавливается так, чтобы покрытие прочно
держалось на ней. В гальванопластике, наоборот, покрытие должно легко отде-
ляться. Поэтому в последнем случае уделяется большое внимание нанесению токо-
проводящих слоев (в случае покрытия непроводников) и разделительных слоев
(если копия получается с металла).
Далее, в то время как для гальваностегических покрытий используют многие
металлы и сплавы (серебро, цинк, олово, никель, медь, хром и их сплавы), в
гальванопластике обычно применяют лишь отложения меди, никеля и серебра и
значительно реже - других металлов. В связи с тем, что гальванопластические
отложения отличаются от гальваностегических значительно большей толщиной, со-
ставы электролитов и режимы, применяемые в гальванопластике, также несколько
отличаются от принятых в гальваностегии.
В гальванопластике металл обычно наращивают не на металл, а на тонкий токо-
проводящий слой, нанесенный на поверхность непроводника, или на разделитель-
ный, плохо проводящий слой, нанесенный на металл, поэтому в технологический
процесс вводят дополнительную по сравнению с гальваностегией операцию «затяж-
ки» металлом - первичное наращивание металла на токопроводящий слой до полно-
го закрытия его. Составы электролитов для ванн затяжки и режим работы не-
сколько отличаются от обычных.
Гальванопластика
Сущность процесса гальванопластики заключается в осаждении металла из галь-
ванических ванн на снятую с оригинала форму для получения металлической ко-
пии. Причем с абсолютной точностью воспроизводят все подробности оригинала.
Процесс изготовления гальванокопий состоит из следующих операций:
1. изготовление форм;
2 . нанесение электропроводящего слоя на формы и зарядка;
3. загрузка форм в гальванованну и процесс наращивания.
Формы для снятия гальванопластических копий изготовляют из различных мате-
риалов . Они должны отвечать следующим требованиям: давать точный отпечаток;
иметь минимальную усадку; не растворяться в электролите и не загрязнять его;
легко связываться с электропроводящим слоем.
Гипсовые формы изготовляют обычным приемом, но перед завешиванием в ванну
тщательно просушивают и затем пропитывают специальным составом из воска и па-
рафина с добавкой канифоли. Гипсовые формы легко снимаются с глиняных и с
пластилиновых оригиналов. Это их преимущество, но в работе они не очень хоро-
ши, так как в электролите часто размокают и разрушаются.
Восковые формы можно легко снять только с металлических изделий и сырых
гипсовых моделей. Наименьшую усадку при затвердевании дает следующий состав
(%) :
■ канифоль - 70,
■ воск пчелиный - 20,
■ парафин - 10.
Температура плавления 80 - 90 С. Существуют и другие рецепты (в весовых
частях):
1. воск пчелиный - 17, скипидар - 2, графит - 1;
2. воск пчелиный - 6, церезин - 9, графит - 1;
3. воск пчелиный - 45, церезин - 45, парафин - 5, скипидар - 3, графит - 18.
Процесс снятия форм сводится к следующему: модель тщательно очищают от пыли
и, смочив ее слегка водой, укладывают на ровную поверхность. Окружив модель
рамкой из металлической полоски, ее заливают растопленным воском, дав ему
предварительно слегка остыть. При заливке, струю направляют не на модель, а
рядом, чтобы избежать образования в форме пузырей. Готовую форму следует сни-
мать с модели еще теплой.
Формы из высокополимеров: различные эластичные пластмассы, каучуковый ла-
текс , хлорвинил; эти формы эластичны, легко снимаются со сложных оригиналов.
При наращивании их укладывают в гипсовые кожухи; они могут быть использованы
многократно. Целлулоидные и акриловые формы изготовляют путем тиснения или
прессовки с невысоких рельефов.
Металлические формы можно изготовить из листового свинца путем тиснения или
из листовой латуни, или меди методом чеканки. С металлического оригинала (мо-
дели) можно снять также гальванопластическую форму.
Материалы, из которых изготовляют формы (гипс, воск, пластмассы) - диэлек-
трики, т. е. не проводят ток и поэтому для того, чтобы сделать их электропро-
водными, требуется их специальная обработка: механическое натирание графитом
или металлическим порошком (медным, серебряным); химическое - осаждение или
выделение металлического слоя меди, серебра или других металлов из солей. За-
рядка форм, т. е. снабжение их проводниками, имеющими контакт с электропрово-
дящим слоем и катодной штангой. Проводники для зарядки форм изготовляют из
мягкой, отожженной медной или латунной проволоки толщиной 0,15 -0,5 мм. Сече-
ние проволоки не должно быть очень малым, так как такие провода нагреваются
при максимальных плотностях тока. Контактирующие провода прокладываются на
расстояние 0,5-1 см от границ готового изделия. Это позволяет легко удалять
облой и производить обработку готового изделия.
Подвески, на которых формы завешиваются в ванне, делают из одножильных изо-
лированных проводов с крючком на одном конце для соединения ее с катодной
штангой; другой конец соединяют с проводником. В сложных формах делают допол-
нительные проводники, цель которых - увеличить площадь соприкосновения токо-
ведущих проводников с электролитом и тем ускорить процесс затяжки.
Формы с проводящим слоем из серебра загружают в ванну под током. Формы, об-
работанные графитом, можно опускать в ванну без тока, а затем его включать.
При загрузке необходимо следить, чтобы в поднутрениях не оставался воздух
(пузырьки); для этого изделия загружают медленно, чтобы воздух успел выйти из
формы, или смазывают формы спиртом; необходимо также следить, чтобы не смылся
графит, что происходит, если форма завешивается слишком поспешно, небрежно.
Если удельный вес материала, из которого сделана форма, меньше, чем у элек-
тролита (воск и др.), то к форме необходимо привешивать грузы (например, сви-
нец) , иначе формы будут всплывать. Свинцовые грузы следует предварительно по-
крыть слоем воска, погрузив их в растопленный воск, чтобы на грузах не осаж-
далась медь.
Для гальванопластики применяют ванны из различных материалов и размеров.
Наибольшее распространение сейчас имеют стальные сварные ванны, обложенные
листовой резиной или виниловым пластиком. Можно применять также в качестве
материала для ванн свинец, керамику, стекло. Источником тока обычно служит
либо низковольтная динамомашина, либо выпрямитель, обеспечивающий напряжение
3 - 12 В и плотность тока 1,5-2 А/дм2.
Состав обычных медных электролитов и режимы отложения:
■ Медный купорос - 200 - 250 г/л
■ Серная кислота - 30 - 35 г/л
Плотность тока - 1,5 - 2 А/дм2; температура 18 - 20 С. Она может повышаться
до 25 - 28 С за счет джоулева тепла.
Аноды - чистая красная медь МО и Ml; недопустимо присутствие в анодах мышь-
яка и сурьмы (вредная примесь) - от них осадок делается хрупким; примесь дру-
гих металлов - железа, цинка, никеля - заметно не вредит.
Неполадки и их причины:
1. Осадок неровный, поверхность покрыта шишками (дендритами) - электролит за-
грязнен графитом, анодным шламом и т. п. Электролит необходимо профильтро-
вать .
2. Крупнокристаллический осадок на катоде и осадок сернокислой меди на аноде
свидетельствуют об избытке купороса. Электролит следует разбавить водой.
3. Осадок темно-бурого красноватого цвета, грубо шершавый, рыхлый, хрупкий -
недостаток кислоты. Следует ее добавить.
4. Красный цвет осадка на углах и краях - «горелости» - велика плотность то-
ка.
Равномерное отложение меди на сложных, сильно профилированных формах - наи-
более трудная задача. Даже на ровной плоской поверхности толщина слоя не бы-
вает одинаковой, - она толще по краям и тоньше в середине, на ребрах, углах,
выступах - толще, а в углублениях - тоньше; в очень глубоких и поднутренных
местах формы осаждения иногда не происходит. Причина - неравномерное распре-
деление силовых линий, которое зависит от формы электродов, расстояния между
ними, от состава электролита и т. п.
Средоточие силовых линий вызывает неравномерность в плотности тока по по-
верхности сложно профилированной формы. На выступах плотность тока возраста-
ет, а на углубленных местах падает, и от этого слой осажденной меди неодина-
ков . Главная задача технологии гальванопластики - стремиться к равномерному
осаждению металла по всей поверхности формы. Для этого обычно применяют раз-
личные экранные кассеты, цель которых - изменить направление силовых линий и,
следовательно, улучшить процесс осаждения, сделать его более равномерным.
Применяется также способ постепенного погружения формы с последующим экра-
нированием уже наращенных участков (рис. 9) или установка дополнительных ано-
дов в местах глубоко профилированных и поднутренных, куда не достигают сило-
вые линии от основного анода. На дополнительные аноды надевают шламозадержи-
вающие чехлы из тонкой капроновой или стеклянной ткани; аноды приклеивают при
помощи церезина к просушенным частям формы. Можно также периодически изменять
направление постоянного тока при помощи реле времени. Реверсирование тока за-
медляет рост металла на выступах и углах, так как анодное растворение металла
идет наиболее интенсивно именно на выступающих участках.
1 0 ©
II 1 '
м\ 1 1
\П i—ИГ
i t? и
\\\ W*||
| \||
L3»*** J
\
I i
1 [
* J
Рис. 9. Способ наращивания при постепенном погружении формы с
экранированием.
Оборудование для гальваностегии ничем не отличается от оборудования, приме-
няемого для гальванопластики.
В качестве гальванической ванны может быть использована любая стеклянная
банка такого размера, чтобы покрываемый металлом предмет свободно в ней раз-
мещался и при этом не находился слишком близко от анодных пластин.
Удобнее всего пользоваться четырехугольными стеклянными банками (рис. 10).
Из толстой медной проволоки или трубок делают поперечные перекладины, из
которых две (а) служат для подвешивания никелевых или медных пластин - ано-
дов, а третья (б) - для никелируемых или омедняемых предметов.
Покрываемые предметы подвешивают на медных проволоках. Анодных пластин
должно быть две. Важно, чтобы покрываемые предметы были обращены к анодам
своими наибольшими площадями и находились с ними примерно в параллельных
плоскостях. Перекладины, к которым подвешиваются аноды и покрываемые предме-
ты, необходимо снабдить клеммами для удобства и надежности - соединения (см.
рис. 12). Проволоки, которыми прикреплен анод к перекладине, должны находить-
ся выше уровня электролита, особенно если они сделаны из другого металла.
Анодные пластины включаются между собой параллельно и присоединяются обяза-
тельно к клемме «плюс» источника тока (аккумулятора пли выпрямителя).
Рис. 10. Гальваническая ванна в четырехугольной банке.
В круглой банке анодную пластину приходится сгибать в виде цилиндра (с)
(рис. 11).
Рис. 11. Гальваническая ванна в круглой банке.
I'1'К
fi-Np J.
£Z
HZZJ
Рис. 12. Схема включения гальванической ванны в электрическую цепь
Аноды должны быть тщательно очищены от оксидов, грязи и обезжирены, так же
как и предметы, предназначенные для покрытия металлом.
Важным условием успешного никелирования и меднения является чистота. Если в
электролите появилась легкая муть или образовался осадок, электролит необхо-
димо профильтровать. На рис. 12 показана схема включения гальванической ван-
ны. В качестве источника можно использовать автомобильный аккумулятор или вы-
прямитель (напряжением 6-12 В), питающийся от сети переменного тока напряже-
нием 127 - 220 В. К схеме необходимо подключать вольтметр и амперметр. Если
поверхность покрываемого предмета менее 2 дм2, можно использовать миллиампер-
метр на 500 мА. Сопротивление реостата должно быть порядка 8-10 Ом, чтобы
можно было изменять ток в пределах долей ампера.
При сборке электрической цепи ванны очень важно не спутать полюсы у аккуму-
лятора или выпрямителя, так как анодные пластины должны быть обязательно под-
ключены к положительному полюсу, а деталь (предмет) - к отрицательному. При
неправильном включении будет «растворяться» металл детали или предмета, что
приведет к порче электролита.
Ровное плотное покрытие предмета никелем или медью зависит от величины
электрического тока, не превосходящей известного предела и зависящей от пло-
щади поверхности предмета.
Например, если норма плотности тока равна 0,5 А на 1 дм2 и предмет имеет
общую поверхность около 0,5 дм2, то ток не должен превышать 0,5 х 0,5 = 0,25
А. При большем токе никель или медь будут откладываться темным, непрочным,
легко отделяющимся слоем. Если предмет имеет заостренные части, плотность то-
ка следует уменьшить в 2 - 3 раза.
Предметы погружают в ванну под напряжением. Для этого их сначала подвешива-
ют на медных голых проводниках диаметром 0,8 - 1 мм к перекладине (медная
трубка), подключают к источнику электрического тока (при этом реостат включа-
ют на полное сопротивление) и опускают в ванну с электролитом. Затем, умень-
шая сопротивление реостата, доводят ток до нормы.
Во время гальванизации деталь или предмет два-три раза вынимают из ванны на
короткое время и осматривают. Если металл откладывается неравномерно, изменя-
ют положение предмета, повернув его к аноду той стороной, на которой слой ме-
талла получается тоньше.
При правильном процессе никелирования никель откладывается матовым, повсюду
ровным, серебристым слоем. Появление темных пятен свидетельствует о плохом
обезжиривании. Тонкий слой металла откладывается на детали или предмете за 20
- 30 мин, толстый слой - за несколько часов.
Предмет, вынутый из ванны, как бы хорошо он ни был предварительно отполиро-
ван , имеет матовую поверхность. Для придания блеска его полируют тончайшим
мелом (зубным порошком) при помощи суконки. Можно также полировать крокусом,
но очень осторожно, чтобы не повредить слой никеля.
Примечание
В любительских конструкциях широко применяется алюминий. Анодирование можно
выполнять переменным током 12 - 24 В. Деталь (лист) полируют до зеркального
блеска, протирают ацетоном и химически обезжиривают в растворе едкого натра
50 г/л. Время обезжиривания 3-5 мин, температура раствора 50 С.
Анодирование переменным током заключается в следующем.
Если анодируется деталь (лист), то она является первым электродом, а вторым
может быть обработанная алюминиевая болванка или лист.
Контакты токоподводов обязательно должны быть алюминиевые. Электролитом
служит 20-процентный раствор серной кислоты.
Условия анодирования следующие.
1. Для алюминия и плакированного дюралюминия плотность тока 1,5-2 А/дм2 при
напряжении 12 В. Время анодирования 25-30 мин, температура электролита не
выше 25 С.
2. Для неплакированного дюралюминия плотность тока 2-3 А/дм2 при напряжении
12 - 20 В. Время анодирования 20 - 25 мин, температура электролита - около
25 С.
С копируемого предмета или изделия прежде всего снимают отпечаток, т. е.
делают форму из легкоплавкого металла, воска, пластилина или гипса. Копируе-
мый предмет, натертый мылом, кладут в картонную коробку и заливают легкоплав-
ким сплавом Вуда или другими легкоплавкими сплавами.
После отливки предмет вынимают и полученную форму обезжиривают и подвергают
меднению в электролитической ванне. Для того чтобы металл не откладывался на
тех сторонах формы, где нет оттиска, их покрывают при помощи кисточки рас-
плавленным воском или парафином. После меднения легкоплавкий металл расплав-
ляют в кипящей воде и получают матрицу. Матрицу заливают гипсом или свинцом,
и копия готова.
Для изготовления форм применяют следующую восковую композицию:
■ Воск 20 в. ч.
■ Парафин 3 в. ч.
■ Графит 1 в. ч.
Если форму изготовляют из диэлектрика (воск, пластилин, парафин, гипс), ее
поверхность покрывают электропроводным слоем. Проводящий слой может быть на-
несен способом восстановления некоторых металлов (серебра, меди, никеля) или
механическим путем - втиранием в поверхность формы чешуйчатого графита мягкой
волосяной кистью. Графит тщательно растирают в фарфоровой ступке, просеивают
через сито или марлю и наносят на поверхность изделия мягкой кистью или ват-
ным тампоном. Графит лучше прилипает к пластилину. Формы из гипса, дерева,
стекла, пластмассы и папье-маше покрывают раствором воска в бензине. На по-
верхность , не успевшую высохнуть, наносят графитную пудру, а лишний, не при-
липший графит сдувают.
Гальваническое покрытие легко отделяется от формы, покрытой графитом. Если
форма выполнена из металла, то на ее поверхности необходимо создать электро-
проводящую пленку оксида, сульфида или другой нерастворимой соли, например на
серебре - хлорида серебра, на свинце - сульфита свинца, чтобы форма хорошо
отделялась от покрытия.
Медные, серебряные и свинцовые поверхности обрабатывают 1 %-ным раствором
сульфида натрия, в результате чего на них образуются нерастворимые сульфиды.
Подготовленную форму погружают в ванну, схема которой находится под током,
чтобы не растворилась разделяющая пленка. Сначала проводят «затяжку» (покры-
тие) проводящего слоя меди при малой плотности тока в растворе такого соста-
ва:
■ Сернокислая медь (медный купорос) 150 - 200 г
■ Серная кислота 7 - 15 г
■ Этиловый спирт 30-50 мл
■ Вода 1000 мл
Рабочая температура электролита 18-25 С, плотность тока 1-2 А/дм2. Спирт
необходим для повышения смачиваемости поверхности. После того как вся поверх-
ность «затянется» слоем меди, форму переносят в электролит, предназначенный
для гальванопластики.
Для гальванопластических работ (меднение) рекомендуется следующий состав:
■ Сернокислая медь (медный купорос) 340 в. ч.
■ Серная кислота 2 в. ч.
■ Вода 1000 в . ч.
Температура электролита 25 - 28 С. Плотность тока 5-8 А/дм2.
Чтобы изготовить металлические листья растений, со свежих листьев снимают
отпечатки на восковой композиции следующим образом. В формочку из плотной бу-
маги заливают восковую композицию, дают ей остыть почти до полного отверде-
ния, но с таким расчетом, чтобы поверхность ее была эластичной. Затем на по-
верхность воска накладывают листья и прижимают их стеклом. Когда стекло и ли-
стья снимают, на восковой композиции остается четкий отпечаток листьев.
После полного затвердения воска форму с отпечатком осторожно графитируют
мягкой кистью. Установив проводники на форме, подвешивают груз и опускают ее
в гальваническую ванну.
Для покрытия металлом насекомых (бабочек, жуков и т. п.) их соответствующим
способом подготавливают: насекомых выдерживают в 1,5%-ном растворе сулемы,
высушивают, покрывают лаком или тонким слоем воска. Затем поверхность нужно
сделать токопроводящей, для этого ее при помощи кисточки смазывают жидкой ка-
шицей из графита, разведенного на спирте или водке. После высыхания излишки
графита удаляют.
После этого предмет подвешивают на нескольких тонких медных проволочках
диаметром 0,1 - 0,2 мм, перекручивая или перевязывая их - неоднократно крест-
накрест, и помещают в гальванопластическую ванну. Для устранения плавучести в
электролите бабочку, жучка и т. п. прикрепляют парафином к стеклу или кусочку
пластмассы. Металл начинает откладываться, прежде всего, около медных прово-
лочек , распространяясь очень медленно на всю остальную поверхность. Поэтому в
начале процесса ток должен быть в несколько раз меньше нормального, когда же
вся поверхность окажется «затянутой» металлом, доводят его до нормы. Продол-
жительность процесса - несколько часов. Толщина покрытия может колебаться от
0,1 до 2 мм.
Рис. 13. Вид жука, покрытого металлом.
Используя метод гальванопластики, можно металлизировать кружева для декора-
тивно-художественного украшения различных предметов.
Кружева растягивают на рамке и пропитывают парафином. Затем их проглаживают
утюгом между листами бумаги для удаления излишков парафина. Далее наносят
электропроводящий слой мелкого графита, избыток его тщательно сдувают с кру-
жев . Проложив проводники по краю кружева, их крепят на пластмассовой рамке
или рамке из толстого провода с хлорвиниловой изоляцией, вместе с которой
кружева погружают в электролит.
Кружева, покрытые медью, обрабатывают латунной щеткой. Паяют их оловянно-
свинцовым припоем.
Гальваностегическая отделка металлизированных кружев заключается в нанесе-
нии декоративного слоя серебра или золота или в оксидировании.
Любители-коллекционеры, увлекающиеся сбором старинных монет, могут исполь-
зовать простой способ снятия копий со старинных монет.
Каждую сторону монеты аккуратно оттискивают на пластилине. Чтобы монета не
прилипла к пластилину, ее смачивают мыльным раствором. Кромки оттисков под-
равнивают так, чтобы углубление в пластилине было равно половине высоты моне-
ты. Затем холодной водой смывают мыло, подсушивают пластилин, пока его темпе-
ратура не достигнет комнатной - 18 - 20 С.
Затем на поверхность оттиска мягкой кисточкой напиливают порошок бронзы (в
хозяйственных магазинах он продается под названием «Краска под золото»). На
блестящую бронзовую пленку надо гальваническим способом осадить слой меди.
Напыленная бронза не проводит электрического тока, и медь на нее не может
осесть. Чтобы такую поверхность сделать токопроводящей, ее обрабатывают кон-
центрированным раствором двухлористого олова. Поверхность из золотисто-желтой
превратится в оловянно-желтую и станет электропроводящей.
Для осаждения на этой поверхности слоя меди надо иметь гальваническую ванну
с раствором медного электролита. Для электролита на 1 л дистиллированной или
кипяченой воды берут 220 - 250 г медного купороса, 15 - 18 г серной кислоты и
35 - 40 г этилового спирта. Спирт можно заменить двойным количеством водки
или 2 - 3 г фенола (карболовая кислота).
Затем в нескольких местах токопроводящей поверхности оттиска втыкают то-
ненькие жилки от многожильного провода и соединяют их с общим проводом. От-
тиснутая форма будет в ванне минусом (катод). С положительным полюсом соеди-
няют кусочек меди, равный по площади монете или чуть больше нее. Все это
опускают в раствор электролита. Расстояние между электродами 8-10 см.
В качестве источника тока используется выпрямитель либо четыре-пять элемен-
тов «373» «Сатурн», соединенных последовательно и включенных в соответствую-
щей полярности. Через 1-2 мин осматривают оттиск. Если осаждающийся на нем
слой меди имеет красноватый цвет, как бы поджаренный, значит, ток велик и на-
до отсоединить один элемент или уменьшить напряжение на выходе выпрямителя.
Опытным путем добиваются, чтобы слой меди приобрел телесно-красноватый от-
тенок с мелкими поблескивающими кристаллами. В этом случае медь будет пла-
стичной .
Осаждать ее нужно в течение 5 - 6 ч. Потом модель вынимают из пластилина,
промывают теплой водой и ножницами выравнивают края. Внутреннюю часть модели
покрывают флюсом (канифоль, растворенная в спирте или бензине), заливают до
краев оловом или припоем ПОС-60. После заливки обе половины монеты подравни-
вают и, наконец, спаивают между собой. Шов зачищают, монету промывают и опус-
кают ее на несколько минут в раствор электролита (без подключения электриче-
ского тока). Оловянный шов покроется тонким слоем меди.
Копия монеты готова. Пройдет несколько месяцев, медь потускнеет, покроется
окисью, и тогда трудно будет отличить копию от оригинала.
Способ изготовления мемориальных досок ничем не отличается от способа изго-
товления копий с медалей, барельефов и т. п.
На таких досках обычно имеется текст, рама, часто барельефное изображение
(рис. 14).
Мемориальную доску или просто доску с надписью обычно изготовляют следующим
образом. На ровный деревянный планшет натягивают ватманскую бумагу, размер
которой несколько больше размера изготовляемой доски, края бумаги приклеивают
к планшету; затем бумагу увлажняют водой, и после высыхания она сильно натя-
гивается. На бумаге размечают расположение текста, рамы, барельефа и других
деталей композиции доски. Все детали композиции доски изготовляют отдельно в
соответствии с ее размерами. Барельеф и раму выполняют гальванопластическим
способом и обрезают по контуру.
Буквы для текста выпиливают из пластмассы, не деформирующейся при 60 - 70 С
(температура заливаемого воска). По разметке на ватманской бумаге буквы на-
клеивают на нее нитролаком. Барельеф предварительно заливают с обратной сто-
роны воском для создания ровной плоскости и тоже приклеивают его нитролаком.
Так же устанавливают и раму доски. Под барельефом и другими деталями доски не
должно быть воздуха, так как он образует раковины на поверхности восковой
формы.
Великий
^русский поэт А
Пушкин |
Александр %
Сергеевич rf;
Рис. 14. Мемориальная доска.
Затем лист ватманской бумаги с наклеенными деталями протирают подсолнечным
или касторовым маслом, чтобы не прилипал воск.
Вокруг подготовленной таким образом модели доски устанавливают обечайку в
виде обычной деревянной рамы, высота стенок которой должна настолько превы-
шать высоту рельефа модели, чтобы получилась достаточно массивная, толстая и
прочная форма, не подвергающаяся деформации.
Стык между обечайкой и доской тщательно промазывают глиной или пластилином
во избежание протекания воска.
Приготовленную модель заливают восковой композицией. После затвердевания
воска обечайку разбирают, восковую форму снимают, переворачивают лицевой сто-
роной вверх и осторожно извлекают из нее заформованные детали. Для удаления
из восковой формы деталей, особенно пластмассовых букв, лучше всего пользо-
ваться тонким шилом или ножом с узким концом. Затем форму осматривают, устра-
няют дефекты, подрезают края.
Подготовленную форму укладывают на лист пластмассы толщиной 10-15 мм, в ко-
тором имеются отверстия для закрепления формы. После зарядки и нанесения на
форму электропроводящего слоя ее помещают в гальваническую ванну.
ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ
Основным оборудованием гальванического участка являются ванны, снабженные
бортовой вентиляцией. Объем ванн зависит от размеров и количества обрабаты-
ваемых изделий и колеблется в пределах 15 - 50 л для ванн золочения, 100 -
500 л для ванн серебрения и 1 - 2 л для ванн родирования.
Обезжиривание изделий химическим и электрохимическим путем проводят в свар-
ных прямоугольных ваннах, изготовленных из 3-5-миллиметровой листовой стали.
Объем этих ванн зависит от размеров и количества обрабатываемых изделий и ко-
леблется в пределах от 100 до 200 л. Ванны для обезжиривания должны быть
снабжены подогревом и иметь специальные вентиляционные устройства, выполнен-
ные в виде бортовых отсосов. В ваннах предусматривают также специальные уст-
ройства в виде карманов для удаления с поверхности раствора пены и масла.
Ванны для нанесения гальванических покрытий изготовляют в основном из не-
ржавеющей стали и в случае необходимости выкладываются изнутри различными
изоляционными материалами. Для щелочных и цианистых электролитов специальной
обкладки ванн изнутри не требуется. Однако во всех случаях применение ванн,
выложенных изолирующими материалами, имеет свои преимущества. Такие ванны не
допускают утечки тока через корпус, на них не осаждается металл в процессе
электролиза и не создаются дополнительные препятствия для равномерного рас-
пределения тока.
Для кислых электролитов применяют ванны, выложенные изнутри винипластом.
Однако следует помнить, что винипласт не выдерживает эксплуатации при темпе-
ратуре выше 55 С.
При родировании используют стеклянные ванны, что предохраняет электролит от
возможного загрязнения.
Подогрев электролита в ваннах может осуществляться при помощи пара, горячей
воды (пароводяными рубашками, находящимися снаружи ванны) или электрического
тока (с помощью нагревателей с наружной стороны ванны).
Перемешивание электролита производится сжатым воздухом или движущейся (вра-
щающейся) катодной штангой; движение катодной штанги возвратно-поступательное
- с частотой 12-15 об/мин.
Для фильтрации электролитов золочения необходимы устройства периодического
действия; обычно применяются передвижные фильтры, состоящие из насоса, фильт-
ра, подающей и отводящей труб. В последнее время широко используются фильтры,
работающие по типу фильтр-прессов.
Золочение мелких изделий проводится во вращающихся барабанах или колоколах,
внутри которых прикреплены медные пластины, подсоединенные к отрицательному
полюсу источника тока. Загруженные в колокол или барабан изделия, пересыпаясь
при вращении, все время имеют контакт с медными пластинами; скорость золоче-
ния в таких ваннах на 20 - 30 % ниже, чем в стационарных.
Ванны автоматического или полуавтоматического типа при гальванической обра-
ботке ювелирных изделий в настоящее время не используются, так как частая
смена номенклатуры изделий затрудняет их широкое внедрение.
Простейшая
гальваническая
ванна
Для электрохимического окрашивания деталей из стали, латуни или меди необ-
ходимо собрать гальваническую ванну и электрическую схему, как показано на
рис. 15.
Медная
пластина
Резистор 150 Он
_ ^ Окрашиваемая деталь
Стеклянная Банка
с электролитом
Рис. 15. Простейшая гальваническая ванна.
На 1 л электролита требуется:
■ Медного купороса 60 г
■ Сахара-рафинада 90 г
■ Едкого натра 45 г
Приготовляют электролит следующим образом. В раствор медного купороса объе-
мом 200 - 300 мл добавляют 90 г сахара и тщательно размешивают. Отдельно в
250 мл воды растворяют 45 г едкого натра и к нему небольшими порциями, посто-
янно помешивая, приливают раствор медного купороса с сахаром. Затем добавляют
воду, чтобы получился 1 л раствора.
При работе с едким натром необходимо соблюдать осторожность! Чтобы цвета
были более контрастными в готовый электролит добавляют 20 г безводной соли
углекислого натрия. После окрашивания деталь промывают водой, сушат и покры-
вают бесцветным лаком.
Рецепты электролитов
для гальванических ванн
Электролит для быстрого меднения
■ Сернокислая медь (медный купорос) 250 г
■ Серная кислота концентрированная 20 г
■ Хромовый ангидрид 2 г
■ Вода до 1 л
Рабочая температура от 18 до 25 С, рекомендуется перемешивание,
тока 5 А/дм2 .
Электролит для матового никелирования
■ Сернокислый никель 217,5 г
■ Хлористый никель 46,5 г
■ Борная кислота 31г
■ Вода до 1 л
Плотность
Рабочая температура ванны 50 - 70 С, плотность тока 1,5 - 5 А/дм2, рН 5,2 -
5,8.
Электролит для никелирования (твердое покрытие)
■ Сернокислый никель 150 г
■ Хлористый аммоний 20 г
■ Борная кислота 25г
■ Вода до 1 л
Рабочая температура ванны 50 - 60 С, плотность тока 2,5 - 5 А/дм2, рН 5,6 -
5,9.
Электролит для декоративного хромирования
■ Хромовый ангидрид 400 г
■ Серная кислота концентрированная 4 г
■ Вода до 1 л
Рабочая температура 25 - 65 С, плотность тока 20 - 50 А/дм2.
Электролит для хромирования (твердое покрытие)
■ Хромовый ангидрид 250 г
■ Серная кислота концентрированная 25 г
■ Вода до 1 л
Рабочая температура 25 - 65 С, плотность тока 20 - 50 А/дм2.
Электролит для лужения
■ Оловянно-кислый натрий 75 г
■ Едкий натр 11,5 г
■ Уксуснокислый натрий 25г
■ Вода до 1 л
Рабочая температура 65 - 70 С, плотность тока 2-4 А/дм2.
Электролит для серебрения
■ Хлористое серебро 40 г
■ Железосинеродистый калий
(красная кровяная соль) 200 г
■ Поташ 20 г
■ Вода до 1 л
Температура электролита 20 - 80 С. Плотности тока 1 - 1,5 А/дм2. Анод из
серебра.
Простейшая установка для
гальванического покрытия
металлических поверхностей
В ремонтной и любительской практике с успехом можно использовать миниатюр-
ную безванновую гальваническую установку (рис. 16).
Она состоит из специальной кисти со щетиной (диаметр кисти 20 - 25 мм, кор-
пус ее выполнен из органического стекла, внутрь которого заливается электро-
лит) , понижающего трансформатора на напряжение 12 В и ток 0,8 - 1 А или акку-
мулятора и соединительного шнура. Щетину кисти обматывают свинцовым (в край-
нем случае, облуженным медным) проводом. Полупроводниковый диод типа Д303-
Д305 устанавливают на корпусе кисти. Один из проводов понижающей обмотки
трансформатора соединяют с анодом диода, другой с помощью зажима «крокодил» -
с покрываемой деталью. Катод диода соединяют с проводом обмотки кисти. Если
применяется аккумулятор, диод не нужен.
Рис. 16. Миниатюрная гальваническая установка.
Покрываемые детали очищают от ржавчины, грязи и жира, протирают сухой чис-
той тканью и обезжиривают в растворе, содержащем 100 - 150 г едкого натра, 40
- 50 г кальцинированной соды и 3 - 5 г жидкого стекла (силикатный клей) на 1
л. В зависимости от степени загрязнения детали выдерживают в обезжиривающем
составе, нагретом до 80-100 С, от 15 мин до 1 часа. Чем ровнее и чище поверх-
ность , тем прочнее будет гальваническое покрытие. Подготовленную деталь со-
единяют с обмоткой трансформатора, в кисть заливают электролит и включают пи-
тание. Равномерно перемещая кисть по поверхности детали, покрывают ее метал-
лом, осаждающимся из электролита. Для получения покрытия достаточной толщины
необходимо пройти кистью по одному и тому же месту 20 - 25 раз. Электролит
доливают в кисть по мере его расходования. После нанесения покрытия деталь
промывают в проточной воде и полируют в смоченной воде тканью, затем еще раз
промывают и сушат. Для каждого вида покрытия приготовляют специальный элек-
тролит, составленный по следующим рецептам (в граммах на 1 л раствора):
Электролит для меднения
■ Медный купорос (сернокислая медь)
■ Серная кислота
■ Этиловый спирт или фенол ....
Электролит для никелирования
■ Сернокислый никель 70
■ Сернокислый натрий 40
■ Борная кислота 20
■ Хлористый натрий 5
Электролит для хромирования
■ Хромовый ангидрид 250
■ Серная кислота (уд. в. 1,84) 2,5
200
50
1-2
Электролит для цинкования
■ Сернокислый цинк 300
■ Сернокислый натрий 70
■ Алюминиевые квасцы 30
■ Борная кислота 20
Электролит для серебрения
■ Хлористое серебро свежеосажденное 3-15
■ Железосинеродистый калий .... 6-30
■ Сода кальцинированная 20-25
Электролит для золочения
■ Хлорное золото 2,65
■ Железосинеродистый калий ... 15-50
■ Сода кальцинированная 20-25
В 200 - 300 мл дистиллированной воды растворяют первое по порядку вещество,
потом второе, третье и т. д., а затем доливают воду до 1 л.
Следует иметь в виду, что, хотя растворы и не содержат сильно ядовитых ве-
ществ, обращаться с ними во избежание ожогов и отравления следует с осторож-
ностью. Растворы лучше всего хранить в темной стеклянной посуде с притертой
пробкой.
Необходимо также учитывать, что не все покрытия хорошо ложатся на различные
металлы. Например, для того чтобы покрыть никелем стальную деталь, ее предва-
рительно покрывают тонким слоем меди, хром же хорошо сцепляется с никелиро-
ванной поверхностью. Подслой меди перед никелированием или серебрением жела-
тельно осадить и на деталях, изготовленных из бронзы. Медные и латунные дета-
ли серебрят без подслоя меди.
РАЗДЕЛ №14
Как рассчитать
концентрацию
раствора
Концентрация раствора характеризуется количеством того или иного вещества,
растворенного в единице объема воды или другой жидкости. Концентрация раство-
ра в подавляющем большинстве случаев должна быть строго определенной. Поэтому
следует отказаться от составления растворов на глазок.
Концентрация растворов выражается:
1. в частях (например, 100 частей воды, 37 частей серной кислоты и 16 частей
двухромовокислохю калия)
2. в процентах (например, 21-процентный водный раствор едкого калия).
Иногда концентрация раствора выражается отношением (например, водный рас-
твор серной кислоты 1:10; это означает, что нужно взять 1 часть серной кисло-
ты и 10 частей воды).
Во всех случаях (части и проценты) имеются в виду весовые соотношения ве-
ществ .
Для определения весовых количеств воды можно пользоваться мензуркой, считая
число кубических сантиметров соответствующим числу граммов, а для химикалиев
- аптекарскими весами (достаточна точность до 0,5 г).
При составлении растворов, концентрация которых дана в процентах в таблице,
вес раствора принимается за 100 %. Поэтому, например, для приготовления 21-
процентного раствора едкого калия отмеряют 21 часть этого вещества и 79 час-
тей воды. Такие отвешивания не всегда удобны, поскольку чаще всего приходится
исходить из объема или веса необходимого раствора, чтобы не приготовлять его
в излишке. Тогда делают арифметические перерасчеты. Однако их можно избежать,
если воспользоваться приведенной таблицей, которая позволяет определить, ка-
кое количество вещества по весу нужно на 100 частей или 100 см воды, если из-
вестна концентрация в процентах. Например, на 100 см 21-процентного водного
раствора едкого калия приходится 26,58 части едкого калия.
Перерасчет водных растворов с процентов по весу на части
1
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0
0
11,1
25,0
42,8
66,6
100
150
233,
400
900
1
1,01
12,4
26,5
44,9
69,4
104,
156,
244,
426,
1011
2
2,04
13,6
28,2
47,0
72,4
108,
163,
257,
455,
1150
3
3,1
14.94
29,87
49,25
75,44
112,8
170,3
270.3
488,3
1329
4
4,17
16,2
31,5
51,5
78,6
117,
177,
284,
525
1566
5
5,26
17,6
53,8
81,8
122,
185,
300
565,
1900
6
6,43
19,0
35,1
56,2
85,2
127,
191,
316,
614,
2400
7
7,53
20.48
36,99
58,74
88,67
132,6
208
334,8
669,3
3234
8
8,7
21,9
38,9
61,2
92,3
138,
212,
354,
733,
4900
9
9,89
23,4
40,8
63,9
96,0
143,
229,
376,
876,
9900
Что необходимо знать
о несовместимости
химических веществ
Несовместимость химических веществ проявляется в том, что при случайном
смешивании, а иногда и при хранении рядом они вступают в реакцию. Если реак-
ция сопровождается выделением большого количества тепла, то может произойти
взрыв или самовозгорание. В других случаях воздействие веществ друг на друга
приводит к соединению их и потере первоначальных свойств, в результате чего
вещества становятся непригодными к употреблению. Вот некоторые несовместимые
химические вещества:
■ азотная кислота несовместима с глицерином, спиртом, эфирными маслами, смо-
лами, сахаром, фенолом, опилками, ватой;
■ алюминиевые квасцы несовместимы с едкими щелочами (едкий натр, едкое кали,
нашатырный спирт), клеем и желатиной;
■ аммиак (нашатырный спирт) и нашатырь несовместим с формалином (формальде-
гидом) и йодом;
■ бура несовместима с квасцами, нашатырем, серной кислотой, соляной кисло-
той;
■ йод несовместим с аммиаком (нашатырным спиртом);
■ кислоты несовместимы с мылом и щелочами (содой, поташом, известью и др.);
■ марганцовокислый калий несовместим с органическими веществами - эфирами,
винным спиртом, глицерином, танином, а также с аммиаком, нашатырем, серой,
йодом, углем;
■ сера несовместима с марганцовокислым калием, хлорной известью;
■ серная кислота (купоросное масло) несовместима со скипидаром, спиртом и
бензином;
■ спирт несовместим с хромовой кислотой, марганцовокислым калием, клеем, же-
латиной , казеином.
Обезжиривание
в ваннах с
растворителями
Сильнозагрязненные детали можно грубо обезжирить промывкой в керосине или
скипидаре. После этого детали промывают в техническом бензине, техническом
бензоле, ксилоле или толуоле. Тщательное и окончательное обезжиривание дости-
гается погружением или промывкой в чистый бензин, трихлороэтилен или другие
растворители.
Недостатком этих веществ является их огне- и взрывоопасность (бензин, бен-
зол, ксилол, толуол) и ядовитость паров (трихлорзтидеи, бензин, бензол, кси-
лол, толуол). Поэтому с ними разрешается работать только в хорошо вентилируе-
мых помещениях.
В настоящее время широко применяют фреоны. В отличие от вышеуказанных ве-
ществ фреон не взрывоопасен, не ядовит, не разрушает пластмассы, лакокрасоч-
ные покрытия и т. п.
Фреон-113 (трихлортрифторэтан) - самое лучшее обезжиривающее средство из
группы фреонов. Это легкоподвижная прозрачная жидкость с низкой температурой
кипения (47,6 С). Иногда фреон-113 смешивают с другими растворителями - аце-
тоном , спиртом и т. д.
Иногда фреоновые обезжиривающие ванны снабжают ультразвуковыми излучателями
или используют кипящий фреон, что максимально ускоряет растворение жиров.
Фреон не имеет широкого применения, из-за высокой стоимости.
Химический раствор для обезжиривания цветных металлов
■ Жидкое стекло 26 г
■ Тринатрий фосфат 8 г
■ Углекислый натрий 4 г
■ Вода до 1 л
Все вещества растворяют в воде и доводят объем до 1 л.
Удаление металлических
покрытий с изделий
электролитическим способом
Удалить металлические покрытия с металлизированных деталей и изделий можно
электролитическим способом, погружая детали и изделия в электролит. Действие
электролита можно усилить подключением электрического тока к изделию, подве-
шенному в ванне с электролитом в качестве анода.
Ниже приведено несколько рецептов электролитов для снятия металлических по-
крытий с деталей и изделий. Указанные вещества растворяют в 500 - 600 мл во-
ды, а затем объем раствора (электролита) доводят до 1 л.
Электролит для снятия никелевых покрытий со стальных изделий
■ Хромовый ангидрид 240 г
■ Борная кислота 30 г
■ Вода до 1 л
Рабочая температура электролита 85 С, плотность тока 1 А/дм2.
Электролит для снятия никелевых покрытий с изделий из меди и латуни
■ Соляная кислота 14 г
■ Вода до 1 л
Рабочая температура электролита 18-20 С, плотность тока не более 2 А/дм2.
Используется постоянный ток при регулярном изменении полярности. Катод уголь-
ный.
Электролит для снятия хромовых покрытий с изделий из стали никеля и сплавов
магния
■ Едкий натрий 90 г
■ Вода до 1 л
Рабочая температура электролита 20 С, плотность тока 2 А/дм2.
Электролит для снятия оловянных покрытий с изделий из стали, меди и латуни
■ Едкий натрий 120 г
■ Вода до 1 л
Рабочая температура электролита 18-20 С. Применяется постоянное напряжение
6 В при регулярном изменении полярности источника тока.
Полирование металлов
электролитическим
способом
Полируемые предметы подвешивают в электролитической ванне как аноды, т. е.
к ним подводят положительный потенциал от источника постоянного тока, выпря-
мителя или аккумулятора.
Ниже приводятся рецепты для полирования.
Электролит для полирования стали, железа и его сплавов
■ Серная кислота концентрированная 300 мл
■ Ортофосфорная кислота концентрированная 600 мл
■ Вода 100 мл
Электролит готовят в стеклянной или фарфоровой посуде. Температура ванны
около 70 С, плотность тока 60 - 70 А/дм2. Полирование длится 1-5 мин. Отполи-
рованные детали после извлечения из ванны промывают в проточной воде, погру-
жают в 10%-ный раствор углекислого натрия и снова промывают в проточной воде.
Сушат детали в струе теплого воздуха.
Электролит для полирования меди и ее сплавов
■ Серная кислота концентрированная 10 г
■ Уксусная кислота 12,5 г
■ Хромовый ангидрид 12,5 г
■ Двухромовокислый натрий .... 37,5 г
■ Вода 1л
Рабочая температура электролита 60 - 75 С. плотность тока 25-50 А/дм2.
Электролит для полирования алюминия
■ Этиловый спирт денатурированный 576 мл
■ Хлористый аммоний 40 г
■ Хлористый цинк 180г
■ Бутиловый спирт 64 г
■ Вода 128 мл
Полирование производится при напряжении 20 - 24 В. Рекомендуется через 1
мин деталь из ванны вынуть (при этом прекращается пассивация) и снова погру-
зить , повторив это в течение полирования несколько раз.
Декоративная отделка
изделий из алюминия
и его сплавов
Детали конструкции из алюминия и его сплавов можно окрасить в любой цвет.
С этой целью алюминий и его сплавы подвергают анодному оксидированию с по-
следующей адсорбиционной окраской различными красителями. Делают это следую-
щим образом. Отполированные до зеркального блеска детали подвергают обезжири-
ванию в растворе, состоящем из тринатрийфосфата (50 г), едкого натрия (10 г)
и жидкого стекла (силикатного клея) (30 г). Перечисленные химикаты растворяют
в 1 л теплой воды в железной посуде (можно в кастрюле), затем детали, которые
нужно окрасить, помещают на 1-2 мин в этот раствор нагретый до 50 - 60 С.
Если указанные химикаты достать не удастся, обезжирить деталь можно обыкно-
венным хозяйственным мылом с теплой водой. Детали тщательно обрабатывают ще-
тинной щеткой в течение 10 мин.
Обезжиренные детали промывают холодной водой, затем для удаления пленки ок-
сидов погружают их на 2-3 мин в 50%-ную азотную кислоту. После чего детали
снова тщательно промывают сильной струей воды и немедленно подвешивают в ван-
ну для анодирования.
Электролитом для ванны анодирования служит раствор серной кислоты с удель-
ным весом 1,12 - 1,13 при температуре 20 С. При смешивании кислоты с водой
раствор сильно разогревается, поэтому кислоту следует подливать в воду не-
большими порциями, все время перемешивая раствор стеклянной палочкой.
При попадании кислоты на кожу или на одежду необходимо немедленно смыть ее
сильной струей воды и промыть крепким раствором соды.
Очень хорошим и более безопасным является электролит, приготовленный из би-
сульфата натрия (натрий сернокислый), 250 - 300 г которого растворяют в 1 л
воды. Рабочая температура электролита должна быть также не более 20 С. В ка-
честве рабочей ванны можно использовать эмалированные кастрюли, керамические,
стеклянные или пластмассовые бачки.
Для катодов при анодировании применяют листовой свинец, а анодом служит об-
рабатываемая деталь, которую подвешивают между двумя свинцовыми катодами на
расстоянии 70 - 80 мм от них. Электролиз длится 40 - 50 мин, плотность посто-
янного тока 1 - 1,5 А/дм2. Источником тока может служить аккумулятор доста-
точной емкости или выпрямитель, собранный на диодах типа ДЗОЗ или Д305. Сле-
дует помнить, что анодируются детали только из алюминия или его сплавов. Под-
вески для деталей изготовляют только из алюминия. Все соединения и контакты
должны быть надежными, так как от этого зависит качество анодирования. Загру-
жать детали в ванну и выгружать их следует только под током. После 40 - 50-
минутного пребывания деталей в ванне их выгружают, тщательно промывают холод-
ной водой и опускают в водный раствор анилинового красителя, подогретый до 50
- 60 С. Раствор красителя следует предварительно профильтровать, так как не-
большие крупинки нерастворившегося красителя образуют пятна на поверхности
окрашенного металла Цвет окраски зависит от времени пребывания анодированной
детали в красителе, которое не должно превышать 15 - 20 мин.
Анилиновые красители (порошки для крашения тканей) можно приобрести в хо-
зяйственных магазинах.
После анодирования поверхность чистого алюминия остается блестящей, а неко-
торые алюминиевые сплавы приобретают матовый, темный оттенок, что зависит от
электрического режима анодирования.
Для окрашивания применяют 5-10%-ные водные растворы следующих красителей:
■ в черный цвет - анилиновый черный М или анилиновый прямой черный-3;
■ в коричневый - основной коричневый;
■ в золотисто-желтый - прямой желтый 2Ж или ализариновый желтый;
■ в красный - красный ализариновый или кислотный рубиновый;
■ в синий - кислотный синий антрахиноновый или прямой синий М;
■ в голубой - анилиновый голубой или метиленовый голубой;
■ в зеленый - прямой зеленый ЖХ или основной ярко-зеленый;
■ в фиолетовый - основной фиолетовый.
«Краситель оранжевый 2Ж», «Краситель основной фиолетовый» и т. д. - торго-
вые термины.
Имитация под золото заслуживает особого внимания. Окрашенные детали только
по весу можно отличить от натурального золота. Окраска получается прочной и
светостойкой. Раствор для крашения готовят так: 1 г красителя оранжевого 2Ж
растворяют в 0,5 л горячей воды, в раствор добавляют 0,1 г красителя желтого-
3 и 0,5 г кальцинированной соды. После охлаждения раствор фильтруют. Отдельно
в 0,5 л горячей воды растворяют 0,1 г красителя черного М. Этот раствор также
фильтруют. Перед крашением оба раствора смешивают и нагревают до 50 - 60 С. В
зависимости от времени пребывания деталей в этом растворе можно получить ок-
раску под любую пробу золота.
Окрашивать анодированные детали из алюминия и его сплавов можно не только в
указанных растворах органических красителей. Для этой цели можно пользоваться
и перечисленными ниже цветными неорганическими соединениями, которые образу-
ются непосредственно в порах анодированного металла после последовательного
погружения его сначала в водный раствор «а», затем в водный раствор «б».
Например, для окрашивания в белый цвет применяют растворы:
свинец уксуснокислый, 10%-ный раствор,
сульфат натрия (глауберова соль), 10%-ный раствор;
синий или голубой цвет:
железосинеродистый калий, 50%-ный раствор,
хлорное железо, 5-10%-ный раствор;
золотисто-желтый:
гипосульфит, 5%-ный раствор,
свинец уксуснокислый, 5%-ный раствор;
оранжевый:
калий хромовокислый, 2-3%-ный раствор,
азотнокислое серебро, 5-10%-ный раствор;
желтый:
двухромовокислый калий, 2-5%-ный раствор,
свинец уксуснокислый, 10-15%-ный раствор;
коричневый:
железосинеродистый калий, 2-5%-ный раствор,
медный купорос, 5-10%-ный раствор.
После адсорбционного окрашивания детали промывают горячей водой и погружают
на 2-3 мин в расплавленный воск или парафин, затем, еще горячие, протирают
марлей.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Новый способ
приготовления черни
для изделий из серебра
Новый способ изготовления черни для декоративной отделки художественных из-
делий из серебра отличается от ранее существовавшего старинного способа тем,
что предварительно приготовляются сернистые соединения меди, серебра и свин-
ца.
Применение сернистых металлов как исходных компонентов дает возможность
плавить чернь и наносить ее на изделия при более низких температурах, а также
получать состав черни, строго соответствующий заданному рецепту.
Исходными материалами служат:
■ Медь марки «М-0» или «М-1»
■ Серебро марки «Чистота»
■ Свинец марки «С-1» или «С-2»
■ Сера - в порошке, сернистый цвет или сера молотая.
В качестве исходных металлов могут применяться мелкие отходы этих материа-
лов в виде стружек, опилок, проволоки и т. п.
Для изготовления 1000 г сернистой меди берут 800 г измельченной меди или
медной проволоки, загружают ее в предварительно прокаленный графито-шамотовый
тигель и засыпают порошкообразной серой в количестве 250 г. Затем тигель по-
мещают в холодную электрическую печь, нагревают до температуры 350 С и выдер-
живают металл в печи, пока не выгорит избыток серы; в результате диффузии се-
ры в металл получается сернистая медь (над печью должна быть установлена вы-
тяжка) .
Сернистое серебро и свинец получают аналогичным способом.
Для приготовления 1000 г сернистого свинца берут мелко нарезанный или в ви-
де гранул свинец в количестве 870 г и 170 г порошкообразной серы. Производят
диффузию серы в эти металлы тем же способом, как и для меди. Процесс насыще-
ния серой, меди, серебра и свинца проводится в отдельных тиглях.
Рекомендуется следующий состав черни, имеющий среднюю твердость и глубокий
черный цвет (чернь с синим отливом может быть получена при нагреве нанесенной
черни до температуры 120 - 130 С):
Сернистая медь 47,66 %
Сернистое серебро 10 ,12 %
Сернистый свинец 42,22 %
Затем тигель устанавливают в муфельную печь, предварительно нагретую до 800
С, и доводят температуру расплава до 600 - 650 С. Полученный сплав размешива-
ют графитовой палочкой, сливают в подогретую до 300 С графитовую или металли-
ческую изложницу и дают медленно охладиться (подогретая изложница и медленное
охлаждение дают возможность удалить из черни газовые включения).
Готовую чернь размельчают в ступке в порошок и наносят на изделия, прошед-
шие предварительную подготовку.
Подготовка серебряных изделий заключается в том, что изделия, нагретые до
образования цвета побежалости, травят (отбеливают) в 10 %-ном растворе серной
кислоты. Затем их промывают в проточной воде, крацуют с квасом или слабо ще-
лочной водой и обезжиривают в горячем 20%-ном растворе едкого натра, погружая
изделия в раствор на 5 минут. На обезжиренные изделия наносят флюс — раствор
буры, дающей лучшие результаты, чем применяемые для этой цели другие флюсы,
например хлористый аммоний (10 г буры растворяют в 200 мл воды).
При нанесении флюса изделие нагревается до полного испарения влаги; подго-
товленную таким образом поверхность изделия покрывают ровным слоем черни
(толщина слоя 1,5-2 мм), после чего изделие нагревают до полного оплавления
и заполнения чернью всех тончайших деталей рисунка.
Нагревать чернь можно не только на горне, но также электродным способом,
для чего применяются низковольтный трансформатор мощностью 2-3 кВт (низкая
сторона напряжения 6 В). Электродом служит графитовый стержень, имеющий в
диаметре 12-15 мм; стержнем водят по порошкообразной сухой черни, таким обра-
зом чернь оплавляется и растирается по рисунку изделия. При этом изделие сле-
дует подогревать на электрической плите или ином электроподогревателе.
В случае неудачного нанесения черни ее снимают с поверхности изделия, по-
гружая его в электролит, состоящий из 10 %-ного раствора едкого натра, при
плотности тока 0,1-0,2 А/см2 и напряжении 2 - 3 А.
Изделия завешивают на анод, катодом служит стальная пластина. По снятии
черни для удаления черного налета, остающегося после электролиза, изделия
промывают в проточной воде и протирают концентрированной соляной кислотой.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бреполь Э. Теория и практика ювелирного дела. - Л.: Машиностроение, 1973.-
383с.
2. Селиванский С. А. и др. Технология ювелирного производства. - М. : Машино-
строение, 1973.-256с.
3. Бестанов В. Г. 300 практических советов. - М. : Московский рабочий, 1986.-
352с.
4. Флеров Ж. В. Художественная обработка металлов. - М. : Высш. шк. , 1976.-
224с.
5. Одноралов Н. В. Декоративная обработка скульптуры и художественных изделий
из металла. - М.: Изобразительное искусство, 1989.- 202с.
6. Технология гальванических, электролитических и декоративных покрытий: Курс
лекций для студ. спец. 12.12.00/ СКГМИ (ГТУ). Каф. Технологии художествен-
ной обработки материалов.- Владикавказ, 2007.-172с.
Технологии
ЭЛЕКТР0ЛИТН0-ПЛАЗМЕННАЯ ОБРАБОТКА
Когда говорят об обработке с применением жидкостей и электричества, боль-
шинство сразу думает о гальванике, более продвинутые вспоминают об электро-
эрозионной обработке, в то время как существует ещё одна интересная техноло-
гия — электролитно-плазменная обработка.
Дальше мы обзорно поговорим о ней, а желающие смогут задуматься о примене-
нии её в своих проектах.
Суть электролитно-плазменной обработки заключается в том, что производится
обработка металлических и полупроводниковых изделий (нержавеющие и углероди-
стые стали, медные и алюминиевые сплавы, латунь, цинк и даже кремний) в вод-
ных растворах солей. Для обработки медных и стальных сплавов применяются 3-5%
водные растворы сульфата аммония и хлористого аммония, для обработки других
металлов применяются растворы с содержанием солей в них не более 10%.
Под воздействием электрического тока вокруг всей поверхности обрабатываемой
детали образуется пароплазменная оболочка, а сама обработка происходит весьма
интенсивно ввиду воздействия на деталь химически активных веществ окружающей
среды и электрических разрядов: среднее время полировки составляет от 2 до 5
минут, а снятие заусенцев длится не более 20 секунд.
Технология является весьма высокопроизводительной и позволяет получать на
выходе изделия с высокой чистотой поверхности, без вклинившихся в них части-
чек абразива, хорошо обезжиренные.
Процесс протекает с большой скоростью и позволяет в большинстве случаев эф-
фективно заменить обработку детали кислотами. Кроме того, его скорость при-
близительно в 3-4 раза превышает механические способы обработки, ив 5-6 раз
обработку кислотами.
При обработке детали она подключается к положительному полюсу источника то-
ка (т. е. является анодом), а ванна с электролитом, в которую погружена обра-
батываемая деталь, к отрицательному полюсу (т. е. является катодом). Вся ус-
тановка может работать в нескольких режимах в зависимости от плотности тока и
напряжения, при этом в общем случае систему протекающих процессов можно опи-
сать законами электрохимии только при условии применения относительно низких
плотностей тока и напряжения, при превышении же порогового значения эти зако-
ны перестают действовать и вокруг анода возникает плазменное облако.
Технология электролитно-плазменной полировки подразумевает использование
высоких напряжений, что может быть опасно для жизни!
Режимы работы:
■ Электролиз: протекает в условиях плотности тока до 0,5 А/см2 и величины
напряжения примерно до 60 V.
■ Если напряжение повышается и находится в пределах от 60 до 70 V, то вокруг
анода начинает образовываться пульсирующее (до 100 Гц) плазменное облако,
пока ещё неустойчиво существующее (процесс представляет собой разложение
воды на гремучую смесь, которая периодически пробивается разрядом и взры-
вается, а полость, которую заполняла газовая смесь, схлопывается, электро-
лит снова касается электрода и всё повторяется).
■ При повышении напряжения до 200 V наблюдается возникновение стабильной па-
роплазменной оболочки, при этом плотность тока составляет 0,5-1 А/см2.
Этот режим и является основным режимом для полировки, где толщина паро-
плазменной оболочки составляет до 50 мкм (толщина является переменной и
изменяющейся во времени).
■ Дальнейшее повышение напряжения приводит к переходу в так называемый
«электрогидродинамический» режим, который отличается полным отрывом паро-
плазменной оболочки от электрода, увеличением её толщины, соответственно,
увеличением сопротивления в приэлектронной зоне, пропаданием эффекта поли-
ровки . В общем случае можно сказать, что выход на этот режим происходит в
зависимости от типа и состава электролита при разных напряжениях, где об-
щей тенденцией является выход на него при более низких напряжениях при,
соответственно, более высоких значениях концентрации электролита. Ещё один
любопытный момент заключается в том, что выход на этот режим происходит
при более низких напряжениях, если напряжение увеличивается со скоростью
более 50 V/сек.
Для достижения эффективного процесса стараются добиваться максимальной теп-
ловой нагруженности детали (но не превышая критические значения тепла, при
которых происходит уже снижение стабильности пароплазменной оболочки), где
критические значения находятся в пределах следующей прикладываемой мощности:
10б, Вт/см2.
Для возможности применения более широкого диапазона напряжений можно варьи-
ровать концентрацией электролита, увеличивая площадь обрабатываемой поверхно-
сти или медленно повышая напряжение до нужного уровня.
Кстати говоря, низкое качество обработки поверхности говорит о том, что к
ней прикладывается недостаточная мощность. Кроме того, на качество обработки
влияют также температура, концентрация и состав электролита, длительность об-
работки и величина питающего напряжения — рассмотрим их подробнее.
Как можно было бы догадаться, одним из существенных факторов, влияющих на
процесс, является оптимальный подбор электролита. При этом электролит одного
типа может совершенно не влиять на материал другого типа, например, нержавею-
щая сталь хорошо полируется в сульфате аммония (1-10%) , в то время как угле-
родистые стали совершенно не подвержены такой полировке тем же самым электро-
литом !
Также сульфатом аммония хорошо полируются медные сплавы, при этом их по-
верхность становится коричневой и блестящей (оксидируется). Если нужен ещё
более хороший результат, то он достигается с помощью применения раствора хло-
ристого аммония и лимонной кислоты, при этом результат представляет собой
именно полированную поверхность, без образования окисной плёнки.
Ещё возможно применение вещества под названием Трилон Б, которое применяет-
ся в энергетике для смягчения воды. В электролите, состоящем из этого вещест-
ва и водного раствора сульфата аммония (0,1-0,8%), отлично полируются медные
сплавы, бронза, латунь. При питающем напряжении в 260 V процесс идёт весьма
интенсивно — весь цикл полировки до неплохих результатов занимает не более 60
секунд!
В науке хорошо изучены электролиты, состоящие из одного — максимум двух
компонентов (для применения в целях электроплазменной полировки), в то время
как более сложные смеси изучены недостаточно.
Говоря об оптимальных значениях питающего напряжения, можно сказать, что
обработка нержавеющей стали производится при напряжении в 230 V, алюминиевые
сплавы хорошо обрабатываются в диапазоне 270-290 V, медные сплавы — вплоть до
260 V.
Говоря же о температуре, можно упомянуть, что хороших результатов можно до-
биться только при хорошо прогретом электролите, температура которого должна
находиться в диапазоне приблизительно 70-90 С. При этом нужно учитывать (по-
мимо отслеживания собственно эффективности протекания процесса), какую макси-
мальную температуру активные компоненты электролита могут выдерживать без
разложения (скажем, соли аммония разлагаются при повышении температуры более
85 С) .
Кроме перечисленных факторов, естественно было бы предположить, что время
обработки также будет оказывать существенное влияние. И это действительно
так: в первые 90-120 секунд происходит уменьшение шероховатости поверхности
примерно в два раза, в то время как дальнейшее продолжение обработки уже не
даёт такого существенного сглаживания микрорельефа и только увеличивает зер-
кальность поверхности (хорошее качество полировки медных сплавов достигается
как раз в диапазоне от 60 до 90 секунд).
Также на качество полировки существенно влияет и форма самого изделия, ко-
торая в идеале должна быть плоской, но не обязательно. Тем не менее, опти-
мальные результаты достигаются, если изделие не содержит существенных полос-
тей, которые необходимо закрывать временными затычками, чтобы процесс проте-
кал стабильно и не происходило разрушение пароплазменной оболочки.
С помощью этой технологии можно производить как полировку поверхности, так
и снятие технологических заусенцев, глубокое обезжиривание и удаление старых
лакокрасочных покрытий, а также заточку инструментов.
Причём это хорошо работает как для маленьких объектов, так и относительно
больших.
Получающееся качество хорошо иллюстрирует следующая картинка:
Собачья миска
Но это всё несколько скучно, поэтому мы подумаем о более интересных приме-
нениях !
Есть сочетания методов, с помощью которых домашние любители могут изготав-
ливать собственные изделия из металлов, где ключевым элементом является полу-
чение расплавленного металла на дому — это могут быть как разнообразные кра-
сивости (например, статуэтки), так и вполне себе утилитарные детали техниче-
ских устройств. Вкратце: это не так сложно, как может показаться на первый
взгляд — для этого достаточно бытовой микроволновки.
Однако кроме расплавления металла необходимо получить форму, в которую этот
металл заливается. Есть технология изготовления подобной формы с использова-
нием бытового FDM 3D-принтера. Вкратце: будущая литейная деталь распечатыва-
ется на 3D-принтере с использованием PLA-пластика, после чего засыпается пес-
ком, трамбуется и устанавливается в духовку обычной кухонной плиты, плита на-
гревается, и пластик вытекает из формы, после чего форма готова к заливке ме-
талла .
После заливки и остывания мы получаем деталь, которая далеко не отличается
гладкостью поверхности, и с этим нужно что-то делать (танцы с ацетоном, как
при ABS, или лимоненом, как при PLA, уже не помогут). И здесь нам может прий-
ти на помощь эта технология (электролитно-плазменная полировка), которая по-
зволяет буквально за считаные секунды получить гладкую полированную поверх-
ность металлов, причём коэффициент отражения этой поверхности (если верить
литературным источникам) может достигать 73%! (другими словами, очень сильно
выглаживается поверхность, которая начинает приближаться по гладкости к зер-
кальной) .
Причём интересно не только это, а также и то, что подобное качество поверх-
ности достигается буквально за секунды, что заставляет пристально присмот-
реться к возможности конвейерной штамповки (даже на дому) металлических ста-
туэток и деталей механизмов!
Литература:
1. И. С. Куликов, С. В. Ващенко, А. Я. Каменев — «Электролитно-плазменная об-
работка материалов».
2 . В. В. Баковец, О. В. Поляков, И. П. Долговесова — «Плазменно-электролити-
ческая анодная обработка металлов».
3. Л. Я. Попилов — «Электрофизическая и электрохимическая обработка метал-
лов» .
4. Б. А. Артамонов и др. — «Электрофизические и электрохимические методы об-
работки материалов».
Мышление
ЭГОИСТИЧНЫЙ ГЕН
Ричард Докинз
Глава 9,
Битва
полов
Если существует столкновение интересов родителей и детей, гены которых на
50% одинаковы, то насколько более жестким должен быть конфликт между супруга-
ми, вовсе не связанными родством? Все, что есть между ними общего, — это их
генетические вклады в одних и тех же детей, по 50% от каждого из родителей.
Поскольку и отец, и мать заинтересованы в благополучии разных половинок одних
и тех же детей, обоим может быть выгодно кооперироваться для выращивания этих
детей. Если, однако, одному из родителей удастся вложить в каждого ребенка
меньше той доли ценных ресурсов, которую положено внести ему (или ей), он
окажется в лучшем положении, потому что сможет больше затратить на других де-
тей, зачатых с другим половым партнером, и тем самым распространить большее
число своих генов. Таким образом, каждого из партнеров можно рассматривать
как индивидуума, который стремится эксплуатировать другого, пытаясь заставить
его внести больший вклад в выращивание потомков. В идеале каждый индивидуум
«хотел бы» (я не имею в виду, что он испытывал бы при этом физическое наслаж-
дение, хотя это возможно) совокупляться с возможно большим числом представи-
телей противоположного пола, предоставляя в каждом случае выращивание детей
своему партнеру. Как мы увидим, у некоторых видов самцы достигли такого поло-
жения вещей, однако у других видов самцам приходится участвовать в выращива-
нии детей наравне с самками. Подобный взгляд на половое партнерство как на
отношения, характеризующиеся взаимным недоверием и взаимной эксплуатацией,
особенно подчеркивает Трайверс. Для этологов этот взгляд относительно нов. Мы
привыкли рассматривать половое поведение, копуляцию и предшествующие ей цере-
монии ухаживания как некую совместную по своей сущности активность, предпри-
нимаемую во имя взаимного блага и даже во благо данного вида!
Вернемся к первоосновам и займемся фундаментальной природой мужского и жен-
ского начал. В гл. 3 мы говорили о существовании двух полов, не подчеркивая
их изначальную асимметрию. Мы просто согласились с тем, что одних животных
называют самцами, а других — самками, не задаваясь вопросом, что означают на
самом деле эти слова. Но в чем же суть самцовости? И что, в сущности, опреде-
ляет самку? Мы, будучи млекопитающими, связываем пол с целой совокупностью
тех или иных признаков (наличие пениса, вынашивание детеныша, вскармливание с
помощью специальных млечных желез, некоторые хромосомные отличия и т. п.) .
Эти критерии, дозволяющие определить пол индивидуума, очень хороши для млеко-
питающих, но применительно к животным и растениям вообще они не более надеж-
ны, чем склонность носить штаны в качестве критерия определения пола у чело-
века. У лягушек, например, пениса нет ни у самца, ни у самки. Возможно в та-
ком случае, что слова самец и самка не имеют универсального смысла. Это, в
конечном счете, только слова, и если мы считаем, что они не могут помочь нам
при описании лягушек, то мы вправе их отбросить. Мы могли бы произвольно раз-
делить лягушек на Пол 1 и Пол 2. Однако между самцами и самками имеется одно
фундаментальное различие, которое позволяет отличать самцов от самок у всех
представителей животных и растений. Оно состоит в том, что половые клетки,
или «гаметы», самцов гораздо мельче и многочисленней, чем гаметы самок. Это
относится и к животным, и к растениям. У одной группы индивидуумов половые
клетки крупные, и их принято называть самками. У другой группы, которых при-
нято называть самцами, половые клетки мелкие. Разница эта особенно хорошо вы-
ражена у птиц и у рептилий, у которых одна яйцеклетка довольно велика и со-
держит достаточное количество питательных веществ, чтобы прокормить развиваю-
щийся зародыш в течение нескольких недель. Даже у человека яйцеклетка, не-
смотря на ее микроскопические размеры, все же во много раз крупнее спермато-
зоида. Как мы увидим, все прочие различия между полами можно интерпретировать
как вытекающие из этого базового различия.
У некоторых примитивных организмов, например у некоторых грибов, нет разде-
ления на мужские и женские индивидуумы, хотя у них и происходит своего рода
половое размножение. При так называемой изогамии нет мужских и женских инди-
видуумов; любой индивидуум может спариваться с любым другим. Вместо гамет
двух разных типов — сперматозоидов и яйцеклеток — у них имеются гаметы лишь
одного типа, называемые изогаметами. Новые индивидуумы образуются путем слия-
ния двух изогамет, каждая из которых получается в результате мейотического
деления. Если у нас имеются три изогаметы. А, В и С, то А может слиться с В
или С, а В — с А или С. У организмов с нормальной системой спаривания это не-
возможно . Если сперматозоид, способный сливаться с В или С, то в таком случае
гаметы В и С представляют собой яйцеклетки и В не может слиться с С.
При слиянии двух изогамет обе они вносят в новый индивидуум равное число
генов, а также равные количества запасов питательных веществ. Сперматозоиды и
яйцеклетки также вносят равное число генов, но питательных веществ яйцеклетки
вносят гораздо больше; фактически сперматозоиды вовсе не содержат питательных
веществ и просто обеспечивают как можно более быстрый перенос своих генов в
яйцеклетку. Таким образом, в момент зачатия отец вносит в зародыш меньше ре-
сурсов, чем те 50%, которые ему следовало бы внести по справедливости. По-
скольку каждый сперматозоид очень мал, самец может производить их помногу
миллионов в сутки. Это означает, что он потенциально способен произвести на
свет очень много детей за очень короткое время, спариваясь с разными женщина-
ми. Это возможно только потому, что соответствующее питание каждому новому
зародышу обеспечивает во всех случаях мать. Это обстоятельство ограничивает
число детей, которые может иметь женщина, но число детей у мужчины практиче-
ски неограничено. С этого момента и начинается эксплуатация женщины.
Паркер и др. (Parker et al.) показали, что такая асимметрия могла возник-
нуть из первоначальной изогамии. В те дни, когда все половые клетки были рав-
ноценны и имели примерно одинаковые размеры, среди них попадались клетки, ко-
торые чисто случайно оказались чуть крупнее других. В некоторых отношениях
крупная изогамета, вероятно, имела известное преимущество над изогаметой
средних размеров, потому что она, благодаря большому начальному запасу пищи,
закладывала хороший фундамент для развития зародыша. Возможно поэтому, что
существовало эволюционное направление в сторону увеличения размеров гамет.
Однако в этом таилась некая опасность: возникновение в процессе эволюции изо-
гамет, более крупных, чем было строго необходимо, открывало дорогу эксплуата-
ции в эгоистичных целях. Индивидуумы, вырабатывавшие гаметы более мелких, чем
средние, размеров, могли «заработать», если бы им удалось обеспечить слияние
своих мелких гамет с чересчур крупными. Этого можно было бы достигнуть, если
бы мелкие гаметы стали более подвижными и обладали способностью к активному
поиску крупных гамет. Преимущество, получаемое индивидуумом, который продуци-
рует мелкие быстро перемещающиеся гаметы, состоит в том, что он может позво-
лить себе производить большее число гамет и поэтому потенциально иметь больше
детей. Естественный отбор благоприятствовал образованию мелких половых кле-
ток, которые активно искали крупные, чтобы слиться с ними. Таким образом,
можно представить себе развитие двух дивергирующих сексуальных «стратегий».
Была стратегия большого вклада, или «честная» стратегия. Она автоматически
открыла путь для эксплуататорской стратегии малого вклада. Как только нача-
лась дивергенция двух стратегий, она, вероятно, стала развиваться неконтроли-
руемым образом. Промежуточные гаметы средних размеров оказывались в невыгод-
ном положении, потому что у них не было ни одного из тех преимуществ, которы-
ми обладала каждая из двух экстремальных стратегий. У эксплуататоров в про-
цессе эволюции размеры уменьшались все больше и больше, а подвижность все
больше и больше возрастала. Размеры «честных» гамет все больше увеличивались,
чтобы компенсировать уменьшение вклада, вносимого эксплуататорами, и они ста-
ли неподвижными, потому, что эксплуататоры и так активно охотились за ними.
Каждая честная гамета, вероятно, «предпочла» бы слиться с другой честной га-
метой. Но давление отбора, направленное на то, чтобы сдерживать эксплуатато-
ров, должно было быть слабее, чем давление, заставлявшее эксплуататоров лов-
чить: они рисковали потерять больше, а поэтому выиграли эволюционное сраже-
ние . Честные превратились в яйцеклетки, а эксплуататоры — в сперматозоиды.
Итак, создается впечатление, что самцы — никчемные парни и просто из сооб-
ражений «блага для вида» следует ожидать уменьшения их численности по отноше-
нию к самкам. Поскольку один самец теоретически способен произвести достаточ-
но сперматозоидов, чтобы обслужить гарем из 100 самок, можно было бы предпо-
ложить, что соотношение самок и самцов в популяциях животных должно состав-
лять 100:1. Можно выразить это и так: самец «стоит дешевле», а самки пред-
ставляют большую «ценность» для вида. Конечно, с точки зрения вида как целого
так оно и есть. В качестве экстремального примера можно привести одну работу
по морским слонам, у которых 4% самцов обеспечивали 88% всех наблюдавшихся
копуляций. В этом случае, как во многих других, в популяции имелся большой
избыток холостых самцов, которым, возможно, ни разу в жизни не представилось
случая копулировать. Но эти «лишние» самцы во всем остальном вели нормальную
жизнь и потребляли пищевые ресурсы популяции не менее усердно, чем другие
взрослые индивидуумы. С точки зрения «блага для вида» это ужасное расточи-
тельство ; «лишних» самцов можно рассматривать как социальных паразитов. Перед
нами просто еще один пример затруднений, с которыми сталкивается теория груп-
пового отбора. В отличие от этого теория эгоистичного гена легко позволяет
объяснить примерно одинаковую численность самцов и самок, даже если из общего
числа самцов лишь небольшая доля активно участвует в размножении. Впервые та-
кое объяснение выдвинул Р. Фишер.
Проблема соотношения самцов и самок среди потомков — частный случай пробле-
мы родительской стратегии. Точно так же, как мы обсуждали оптимальную величи-
ну семьи для отдельной матери, стремящейся максимизировать вероятность выжи-
вания своих генов, мы можем рассмотреть и оптимальное соотношение полов. Кому
лучше доверить свои драгоценные гены — сыновьям или дочерям? Допустим, что
мать вложила все свои ресурсы в сыновей, а на долю дочерей ничего не оста-
лось ; окажется ли при этом ее вклад в генофонд будущих поколений в среднем
больше, чем вклад матери-соперницы, отдавшей все ресурсы дочерям? Становятся
ли гены, детерминирующие предпочтение к сыновьям, более (или, напротив, ме-
нее) многочисленными, чем гены предпочтения к дочерям? Фишер показал, что при
нормальных условиях стабильное соотношение полов составляет 50:50. Для того
чтобы понять причину этого, нам следует сначала познакомиться с механизмом
определения пола.
У млекопитающих генетический механизм определения пола состоит в следующем.
Каждая яйцеклетка способна развиваться в индивидуум как мужского, так и жен-
ского пола. Хромосомы, определяющие пол, заключены в сперматозоиде. Половина
сперматозоидов, производимых мужчиной, содержит Х-хромосому и определяет раз-
витие самки, а половина содержит Y-хромосому и определяет развитие самца.
Сперматозоиды обоих типов выглядят совершенно одинаково. Они различаются
только по одной хромосоме. Ген, в результате действия которого отец может
иметь только дочерей, достигает своей цели, заставляя его вырабатывать только
сперматозоиды с Х-хромосомой. Ген, благодаря наличию которого мать будет ро-
жать только дочерей, может оказывать свое действие, заставляя ее секретиро-
вать спермицид с избирательным эффектом или выкидывать зародышей мужского по-
ла. Мы снова ищем что-то эквивалентное эволюционно стабильной стратегии
(ЭСС) , хотя в данном случае, даже в еще большей степени, чем в главе об аг-
рессии, стратегия — всего лишь манера выражаться. Индивидуум не может в бук-
вальном смысле слова выбирать пол для своих детей. Можно, однако, представить
себе гены, детерминирующие рождение детей одного или другого пола. Если до-
пустить , что такие гены, благоприятствующие неравному соотношению полов, дей-
ствительно существуют, то может ли какой-то из них стать в генофонде более
многочисленным, чем его соперники, т. е. аллели, благоприятствующие равному
соотношению полов?
Допустим, что у морских львов, о которых говорилось выше, возник мутантный
ген, детерминирующий рождение у родителей главным образом дочек. Поскольку в
популяции нет недостатка в самцах, эти дочери, вероятно, без труда найдут се-
бе брачных партнеров, и ген, детерминирующий рождение дочерей, сможет распро-
страниться. В результате соотношение полов в популяции начнет сдвигаться в
сторону преобладания самок. С точки зрения блага для вида это было бы пре-
красно, поскольку всего несколько самцов вполне способны поставить спермато-
зоиды в количестве, необходимом для осеменения даже значительно преобладающе-
го числа самок. Поэтому на первый взгляд можно было бы ожидать, что ген, де-
терминирующий рождение дочерей, будет продолжать распространяться до тех пор,
пока соотношение полов не разбалансируется до такой степени, что несколько
оставшихся самцов, работая до полного изнеможения, будут едва справляться.
Те, кто производят на свет одних дочерей, наверняка обеспечивают себе не-
сколько внуков, однако это ничто по сравнению с теми великолепными перспекти-
вами, которые открываются перед каждым, специализирующимся на сыновьях. По-
этому число генов, детерминирующих рождение сыновей, начнет возрастать и ма-
ятник качнется в обратную сторону.
Для простоты я описал ситуацию так, как если бы речь шла о маятнике. Но на
самом деле маятнику никогда бы не было дозволено качнуться так сильно в сто-
рону преобладания самок, потому что давление, направленное на рождение сыно-
вей, начало бы толкать его в обратную сторону, как только соотношение полов
отклонилось бы от нормального. Стратегия рождения в равном числе сыновей и
дочерей — это эволюционно стабильная стратегия в том смысле, что любой ген,
приводящий к отклонению от нее, ведет к чистому проигрышу.
Я рассказал все это, оперируя отношением числа сыновей к числу дочерей. Это
было сделано для простоты, но, строго говоря, следовало бы строить рассужде-
ния на основании родительского вклада (т. е. всей пищи и других ресурсов, ко-
торые может предложить родитель), измеренного так, как это было сделано в гл.
8. Родители должны распределять свой вклад поровну между сыновьями и дочерь-
ми. Это обычно означает, что число сыновей должно быть равно у них числу до-
черей. Возможно, однако, неравное соотношение полов, которое будет эволюцион-
но стабильным, при условии соответственно неравного количества ресурсов,
вкладываемых в сыновей и дочерей. В случае морских львов стабильной может
быть стратегия, при которой число сыновей втрое меньше числа дочерей, но с
тем условием, чтобы в каждого сына родители вкладывали втрое больше пищи и
других ресурсов, превращая его в суперсамца. Вкладывая в сына больше пищи и
делая его крупным и сильным, родители могут увеличить его шансы выиграть ве-
личайший приз — гарем. Но это особый случай. Обычно вклады в каждого сына
примерно равны вкладам в каждую дочь, и соотношение полов в численном выраже-
нии, как правило, составляет один к одному.
Поэтому на своем долгом пути из поколения в поколение средний ген примерно
половину своего времени проводит в телах самцов, а другую половину — в телах
самок. Некоторые эффекты генов проявляются только в телах индивидуумов како-
го-то одного пола. Эти эффекты называют признаками, сцепленными с полом. Ген,
контролирующий длину пениса, проявляет свой эффект только в телах самцов, но
он содержится и в телах самок и, возможно, в телах самок обладает каким-то
совсем другим эффектом. Нет никаких причин, почему бы мужчина не мог унасле-
довать тенденцию к развитию длинного пениса от своей матери.
В каком бы из этих двух типов тел ни находился ген, мы можем ожидать, что
он наилучшим образом использует предоставляемые этим телом возможности. По-
следние могут сильно различаться в зависимости от того, принадлежит ли тело
индивидууму мужского или женского пола. В качестве удобного приближения мы
можем еще раз допустить, что каждое отдельное тело представляет собой эгои-
стичную машину, пытающуюся как можно лучше относиться ко всем своим генам.
Часто наилучшей политикой для такой эгоистичной машины было бы делать одно,
если она мужского пола, и совсем другое, если она женского пола. Для кратко-
сти мы снова примем допущение, что индивидуум имеет некую осознанную цель. И
опять-таки мы должны постоянно помнить, что это всего лишь манера выражаться.
На самом деле тело — это машина, слепо запрограммированная своими эгоистичны-
ми генами.
Вернемся к брачной паре, с которой мы начали эту главу. Оба партнера, буду-
чи эгоистичными машинами, «хотят» иметь сыновей и дочерей в равном числе. До
этого момента их интересы совпадают. Разногласия возникают по поводу того,
кто должен нести бремя расходов по выращиванию всех этих детей. Каждый инди-
видуум хочет, чтобы у него выжило как можно больше детей. Чем меньше ему или
ей приходится вкладывать в каждого из своих детей, тем больше детей он или
она смогут иметь. Очевидный способ достигнуть этого желаемого положения вещей
состоит в том, чтобы склонить своего брачного партнера внести в каждого ре-
бенка больше, чем положенная ему или ей доля ресурсов, а затем предоставить
ему или ей свободу заводить других детей с другими партнерами. Такая страте-
гия была бы желательна для обоих полов, однако осуществить ее самке труднее.
Поскольку мать с самого начала вкладывает в ребенка — в форме своего крупного
богатого питательными веществами яйца — больше, чем отец, она уже в момент
зачатия принимает на себя более серьезные «обязательства» в отношении каждого
ребенка, чем это делает отец. Если ребенок гибнет, то она теряет больше, чем
отец. Точнее, ей пришлось бы внести больший, чем отцу, вклад в будущем, чтобы
родить на замену нового ребенка и довести его до того же возраста. Если бы
она попыталась оставить ребенка на отца, а сама ушла бы к другому самцу, то
отец мох1 бы за счет относительно небольших потерь для себя отомстить ей, в
свою очередь бросив ребенка. Поэтому, по крайней мере, на ранних стадиях раз-
вития ребенка, если кто-то кого-то и бросает, то чаще отец уходит от матери,
чем наоборот. Кроме того, следует ожидать, что самки будут вкладывать в детей
больше, чем самцы, не только в самом начале, но и на всем протяжении разви-
тия. Например, у млекопитающих именно самка вынашивает плод в собственном те-
ле, вырабатывает молоко, которым кормит родившегося детеныша, на нее ложится
главная часть тягот по его выращиванию и защите. Женский пол находится в по-
ложении эксплуатируемого и исходная эволюционная основа для его эксплуатации
тот факт, что яйцеклетки крупнее, чем сперматозоиды.
Конечно, у многих видов отец усердно и преданно ухаживает за детенышем. Но
даже в этом случае следует ожидать, что обычно на самцов должно оказываться
какое-то эволюционное давление, заставляющее их вкладывать в каждого детеныша
чуть меньше, с тем, чтобы иметь возможность заводить новых от других жен. Под
этим я просто имею в виду, что генам, которые говорят: «Тело, если ты мужско-
го пола, оставь свою подругу чуть раньше, чем тебе советует конкурирующий со
мной аллель, и поищи себе другую», вероятно, обеспечен успех в генофонде.
Степень преобладания такого эволюционного давления в действительности сильно
различается у разных видов. У многих форм, например у райских птиц, самец во-
обще совершенно не помогает самке, и она выращивает птенцов самостоятельно.
Другие виды, такие как моевки, образуют моногамные пары, которые отличаются
поразительной верностью и выращивают птенцов совместно. Здесь мы должны до-
пустить вмешательство какого-то противодействующего эволюционного давления:
очевидно, эгоистичная стратегия эксплуатации брачного партнера сопряжена не
только с выигрышем, но и с каким-то проигрышем, и у моевок этот проигрыш пре-
восходит выигрыш. Во всяком случае, отцу всегда выгоднее оставить свою жену и
ребенка, если у нее достаточно шансов вырастить ребенка самостоятельно.
Трайверс рассмотрел возможный образ действия матери, покинутой своим брач-
ным партнером. Лучше всего ей было бы попытаться обмануть другого самца,
«убедив» его, что он — отец ее детеныша. Это может оказаться не таким уж
трудным делом, если детеныш еще не родился, т. е. находится на стадии плода.
Конечно, детеныш несет половину ее генов и ни единого гена своего доверчивого
отчима. Естественный отбор должен сурово карать такую доверчивость самцов и,
в сущности, благоприятствовать самцам, которые, как только они вступают в
брачные отношения с новой женой, предпринимали бы активные шаги, чтобы уби-
вать потенциальных пасынков или падчериц. Этим, вполне возможно, объясняется
так называемый эффект Бруса (Bruce): у мышей самец секретирует химическое ве-
щество, запах которого вызывает выкидыш у беременной самки. Запах секрета ее
первого брачного партнера такого действия не оказывает. Таким способом самец
мыши уничтожает своих потенциальных приемышей и обеспечивает рецептивность
новой партнерши к своим ухаживаниям. Между прочим, Ардри рассматривает эффект
Бруса как механизм регулирования численности популяций! Сходным примером слу-
жат самцы львов, которые, впервые примкнув к прайду, иногда убивают имеющихся
в нем детенышей, предположительно потому, что это не их собственные дети.
Самец может достигнуть того же результата, необязательно убивая чужих дете-
нышей. Он может навязать самке, прежде чем совокупиться с ней, длительный пе-
риод ухаживания, в течение которого будет отгонять от нее всех других самцов
и не давать ей убежать. Таким способом он может выяснить, не несет ли она в
своем чреве чужих детенышей, и, если она окажется беременной, бросить ее. Ни-
же нам станет ясна причина, почему самке мог бы оказаться желательным такой
длительный период «помолвки», предшествующий копуляции. Здесь мы изложили
возможную причину, побуждающую к этому самца. При условии, что он сможет изо-
лировать ее от любых контактов с другими самцами, это помогает ему избежать
возможности стать невольным благодетелем детенышей другого самца.
Допустим теперь, что брошенная самка не сможет обмануть нового самца, за-
ставив его усыновить ее детенышей. Что ей остается делать? Многое тут зависит
от возраста детеныша. Если он только что зачат, то, хотя она вложила в заро-
дыш целое яйцо, а возможно, и больше, ей все же может оказаться выгодным вы-
кинуть его и как можно скорее найти нового брачного партнера. При таких об-
стоятельствах и ей, и ее потенциальному новому брачному партнеру будет выгод-
нее, чтобы произошел выкидыш, поскольку мы исходим из допущения, что у самки
нет надежды обманным путем заставить своего партнера усыновить ее детеныша.
Это могло бы объяснить, почему эффект Бруса приемлем с точки зрения самки.
Другая возможность для брошенной самки — выставить свое положение напоказ и
попытаться вырастить своего детеныша самостоятельно. Это может оказаться для
нее особенно выгодным, если детеныш достаточно велик. Чем он старше, тем
больше в него уже вложено и тем меньше ресурсов ей придется затратить, чтобы
довести дело до конца. Даже если он еще довольно мал, ей все же может быть
выгодно постараться извлечь хоть какую-то выгоду из своего первоначального
вклада, хотя, возможно, ей придется трудиться вдвое усердней, чтобы прокор-
мить детеныша, оставшись без самца. Ее не утешает возможность отомстить сам-
ЦУл бросив детеныша, несущего половину генов этого самца. Месть просто как
месть не имеет смысла. Детеныш несет половину ее генов, и решать дилемму
предстоит теперь ей одной.
Как это ни парадоксально, самке, которой грозит перспектива быть брошенной,
может оказаться целесообразным бросить самца прежде, чем он бросит ее саму.
Это может оправдать ее затраты, даже если она вложила в детеныша больше, чем
вложил самец. Неприятная правда состоит в том, что при некоторых обстоятель-
ствах преимущество получает тот из партнеров, который уходит первым, будь то
отец или мать. Как пишет Трайверс, оставшийся партнер попадает в скверный пе-
реплет . Это довольно неприятный, но очень тонкий аргумент. Можно ожидать, что
один из родителей покинет детеныша, когда он (или она) будет иметь возмож-
ность сказать: «Развитие этого ребенка достигло такого уровня, что любой из
нас двоих мог бы в одиночку справиться с его дальнейшим выращиванием. Поэтому
мне было бы выгодно уйти сейчас, если я могу быть уверен, что мой партнер не
сделает то же самое. Если я брошу семью сейчас, мой партнер сделает то, что
он считает наилучшим для ее (его) генов. Он (она) будет вынужден принять бо-
лее радикальное решение, чем я принимаю сейчас, потому что к тому моменту ме-
ня уже рядом не будет. Мой партнер будет «знать», что если он(она) также уй-
дет , то детеныш наверняка погибнет. Поэтому, допуская, что мой партнер примет
решение, которое будет наилучшим для его (ее) эгоистичных генов, я прихожу к
заключению, что наилучшее решение для меня самого — уйти первым. Это тем бо-
лее правильно, что мой партнер рассуждает точно таким же образом и может в
любую минуту перехватить инициативу, бросив меня». Как и во всех других слу-
чаях, этот монолог приведен лишь в качестве иллюстрации. Идея в том, что от-
бор будет благоприятствовать генам «первоочередного дезертирства» просто в
силу того, что генам «дезертирства во вторую очередь» он благоприятствовать
не будет.
Мы рассмотрели действия, которые может предпринять самка, покинутая своим
брачным партнером. Но все это напоминает игрока, делающего хорошую мину при
плохой игре. Может ли самка предпринять какие-то действия, чтобы с самого на-
чала ослабить эксплуатацию со стороны самца? У нее есть один надежный способ
— она может отказаться копулировать. Она пользуется спросом, причем спрос
превышает предложение. Это объясняется тем, что у нее есть приданое — круп-
ное , наполненное питательными веществами яйцо. Самец, которому удалось успеш-
но провести копуляцию, получает ценный запас пищи для своего потомства. Самка
имеет потенциальную возможность отчаянно поторговаться, прежде чем она согла-
сится копулировать. Соглашаясь, она идет ва-банк — ее яйцо вверено самцу.
Можно сколько угодно говорить об отчаянной торговле, однако мы прекрасно зна-
ем, что на самом деле этого не происходит. Существует ли какой-то реальный
способ, с помощью которого под действием отбора могло возникнуть нечто, рав-
ноценное отчаянной торговле? Рассмотрим две возможности: стратегию Домашнего
уюта (domestic-bliss strategy) и стратегию Настоящего мужчины (he-man
strategy).
В простейшем виде стратегия Домашнего уюта состоит в следующем. Самка изу-
чает самцов и старается заранее определить, свойственна ли им верность и при-
верженность домашнему очагу. Самцы, входящие в данную популяцию, различаются
по степени своей предрасположенности к роли верных мужей. Если бы самки умели
распознавать такие качества заранее, они могли бы вознаградить себя, выбирая
самцов, обладающих этими качествами. Один из путей к этому — долго не подпус-
кать к себе самца, разыгрывая скромницу. Самец, который не обладает достаточ-
ным терпением, чтобы ждать, пока самка, в конце концов, согласится копулиро-
вать , вряд ли окажется верным супругом. Настаивая на долгом периоде ухажива-
ния, самка отвергает несерьезных поклонников и, наконец, копулирует с самцом,
доказавшим наперед свою верность и настойчивость. Женская скромность, так же
как и длительные ухаживания или помолвки, действительно часто наблюдаются у
животных. Как уже говорилось, длительная помолвка выгодна и самцу в тех слу-
чаях, когда есть опасность, что его могут одурачить, заставив заботиться о
детях другого самца.
Брачные церемонии нередко бывают сопряжены для самца со значительными доко-
пуляционными вкладами. Самка может отказаться копулировать, пока самец не по-
строит ей гнездо или же не скормит ей порядочное количество пищи. Это, конеч-
но, очень хорошо с точки зрения самки, но вместе с тем наводит на мысль о еще
одной возможной версии стратегии Домашнего уюта. Быть может, самка вынуждает
самца вносить такие большие вклады в потомство, прежде чем допустить копуля-
цию, для того чтобы самцу было невыгодно покинуть ее после копуляции? Эта
мысль притягательна. Самец, который ждет, пока скромная самка, в конце кон-
цов, согласится копулировать с ним, несет определенные расходы: он воздержи-
вается от копуляции с другими самками и тратит уйму времени и энергии, ухажи-
вая за своей избранницей. Когда, наконец, она подпускает его к себе, он ока-
зывается уже довольно сильно «связанным» с ней. Перспектива бросить ее для
него мало привлекательна, если он знает, что любая следующая самка, к которой
он приблизится, будет таким же образом тянуть время, прежде чем допустит ко-
пуляцию .
Как я показал в одной работе, здесь в рассуждениях Трайверса есть ошибка.
Он считает, что предварительный вклад обрекает данного индивидуума на даль-
нейшее вложение ресурсов. Это порочная экономика. Бизнесмен никогда не ска-
жет: «Я уже вложил так много в авиакомпанию Конкорд (например), что не могу
порвать с ней теперь». Вместо этого он всегда постарается выяснить, окажется
ли ему выгодным в будущем, если он сократит свои потери и выйдет сейчас из
дела, несмотря на то, что он уже много вложил в него. Точно так же самке не
имеет смысла заставлять самца много вкладывать в нее в надежде, что это само
по себе удержит самца от того, чтобы в дальнейшем бросить ее. Эта версия
стратегии Домашнего уюта требует сделать еще одно решающее допущение, а имен-
но : что большинство самок наверняка ведут ту же самую игру. Если в популяции
есть свободные самки, готовые принять самцов, которые покинули своих жен, то
в таком случае самцу может оказаться выгодным бросить свою жену, независимо
от того, сколько он уже вложил в ее детей.
Многое поэтому зависит от того, как ведет себя большинство самок. Если бы
мы были вправе исходить из некого заговора самок, то никаких проблем не воз-
никало бы. Однако заговор самок так же невозможен, как заговор Голубей (см.
гл. 5). Нам следует искать не заговоры, а эволюционно стабильные стратегии.
Воспользуемся методом анализа агрессивных конфликтов, созданного Мэинардом
Смитом, и применим его ко взаимоотношениям полов. Это будет несколько слож-
нее, чем в случае конфликта Ястребы-Голуби, потому что при этом нам придется
иметь дело с двумя стратегиями самок и двумя стратегиями самцов.
Как и в работах Мэйнарда Смита, слово «стратегия» означает слепую неосоз-
нанную программу поведения. Наши две стратегии самок мы назовем Скромница и
Распутница, а две стратегии самцов — Верный и Гуляка. При этих четырех стра-
тегиях соблюдаются следующие правила поведения. Самки-скромницы не будут ко-
пулировать с самцом, пока он не предпримет длительное и дорогостоящее ухажи-
вание , продолжающееся несколько недель. Самки-распутницы немедленно соглаша-
ются копулировать с любым самцом. Верные самцы готовы к длительному ухажива-
нию, а после копуляции остаются с самкой и помогают ей выращивать детенышей.
Самцы-гуляки быстро теряют терпение, если самка не соглашается копулировать с
ними сразу; они бросают ее и отправляются на поиски другой самки. После копу-
ляции они опять-таки не остаются с самкой и не ведут себя как заботливые от-
цы, а уходят, чтобы поискать себе новую подругу. Как и в случае Ястребов и
Голубей, это не единственные возможные стратегии, но тем не менее изучить их
небесполезно.
Подобно Мэйнарду Смиту, мы воспользуемся некоторыми произвольными числами
для оценки различных проигрышей и выигрышей. В более общем виде это можно бы-
ло бы выразить с помощью алгебраических символов, но, оперируя числами, легче
понять суть дела. Допустим, что генетический выигрыш, полученный в случае ус-
пешного выращивания ребенка, составляет +15 единиц. Расходы, связанные с вы-
ращиванием одного ребенка, т. е. стоимость всей съеденной им пищи, всего вре-
мени, затраченного на уход за ним, и всех рисков, на которые пришлось пойти
ради него, равны -20 единиц. Стоимость выражается отрицательной величиной,
поскольку она «выплачивается» родителями. Отрицательной величиной выражается
также стоимость времени, затраченного на длительное ухаживание. Допустим, что
она равна -3 единицы.
Представим себе, что в рассматриваемой нами популяции все самки скромницы,
а все самцы — верные супруги. Это идеальное моногамное общество. Самец и сам-
ка, составляющие каждую пару, оба получают одинаковый средний выигрыш. Они
получают по +15 единиц за каждого выращенного детеныша и делят между собой
поровну все расходы по его выращиванию (-20), т. е. в среднем на долю каждого
приходится по -10. Оба они платят по -3 единицы за время, затраченное на про-
должительное ухаживание. В результате средний выигрыш каждого из них составит
+15 - 10 - 3 = +2.
Допустим теперь, что в рассматриваемой популяции появилась одна самка-
распутница . Она чувствует себя прекрасно. Она не расплачивается за потерю
времени, потому что не требует длительного ухаживания. Поскольку все самцы в
данной популяции верные, она может рассчитывать на то, что ей удастся полу-
чить хорошего отца для своих детей, с кем бы она ни соединилась. Ее средний
выигрыш на ребенка равен +15 - 10 = +5. Она получает на 3 единицы больше, чем
ее скромные соперницы. Поэтому гены распутства начнут распространяться.
Если распутные самки добиваются такого большого успеха, что они начинают
преобладать в данной популяции, в лагере самцов также начинаются изменения.
До сих пор верные самцы обладали монополией. Но теперь, если в популяции по-
является самец-гуляка, он начинает добиваться большего успеха, чем его сопер-
ники , т. е. верные. В популяции, где все самки представлены распутницами,
возможности выбора для самца-гуляки воистину огромны. Он получает +15 единиц
в случае успешного выращивания детеныша, причем не несет никаких расходов.
Главное значение отсутствия расходов состоит для него в том, что он волен
бросить семью и спариваться со все новыми самками. Каждая из его несчастных
брачных партнерш одна бьется с детенышем и оплачивает при этом полностью все
расходы, т. е. -20 единиц, хотя не платит ничего за потерю времени в период
ухаживания. Чистый выигрыш для распутной самки, когда она встречает самца-
гуляку, равен + 15 - 20 = -5, а для самого гуляки +15. В популяции, в которой
все самки — распутницы, гены гуляки будут распространяться с молниеносной бы-
стротой .
Если число гуляк возрастает так быстро, что они достигают большинства среди
мужской части популяции, то распутницы попадают в очень трудное положение.
Любая скромная самка получает преимущество. Если скромница встречается с сам-
цом-гулякой, то это кончается ничем. Самка настаивает на длительном ухажива-
нии, самец отказывается и уходит от нее на поиски другой самки. Ни одному из
партнеров не приходится платить за потерянное время. Ни один из них ничего и
не выигрывает, коль скоро детеныша не было. В популяции, где все самцы-
гуляки, итог для скромной самки равен нулю. Может показаться, что нуль — это
немного, однако это лучше, чем -5, что составляет среднее число очков для
распутной самки. Даже если распутная самка решит бросить своего детеныша по-
сле того, как от нее уйдет гуляка, ей, тем не менее, придется понести значи-
тельный ущерб — стоимость одного яйца. В результате гены скромности вновь на-
чинают распространяться в популяции.
Этот гипотетический цикл завершается, когда скромных самок становится так
много, что они преобладают в популяции, и самцы-гуляки, которым жилось так
привольно с распутницами, попадают в трудное положение. Одна самка за другой
настаивают на длительном и неутомимом ухаживании. Гуляка бросается от одной
из них к другой и всякий раз сталкивается с одним и тем же. Чистый выигрыш
для самца-гуляки, если все самки становятся скромницами, равен нулю. Если в
таких условиях появляется верный самец, то он оказывается единственным, с кем
скромные самки соглашаются спариваться. Его чистый выигрыш будет равен +2, т.
е. превысит выигрыш гуляки. Итак, число генов верности начинает возрастать,
т. е. мы проделали полный цикл.
Как и при анализе агрессии, я описал весь процесс так, как если бы речь шла
о бесконечно продолжающейся осцилляции. Однако, как и в случае агрессии, мож-
но показать, что на самом деле никакой осцилляции происходить не будет. Сис-
тема перейдет в стабильное состояние. Произведя соответствующие вычисления,
можно убедиться, что популяция, в которой 5/6 самок скромницы и 5/8 самцов —
верные, зволюционно стабильна. Это соотношение, разумеется, относится только
к тем произвольным числам, с которых мы начали наши рассуждения, но нетрудно
показать, что существуют стабильные соотношения для любых других произвольных
допущений.
Как и при анализах Мзйнарда Смита, не следует думать, что существует два
разных типа самцов и два разных типа самок. С тем же успехом описанная ЭСС
может быть достигнута, если каждый самец расходует 5/8 своего времени на то,
чтобы быть верным, а в остальное время ведет себя как гуляка, а каждая самка
в течение 5/6 своего времени — скромница, а в оставшуюся 1/6-распутница. Как
бы мы ни подходили к ЭСС, суть ее состоит в следующем: любая тенденция со
стороны представителей одного или другого пола отклониться от положенного им
стабильного соотношения немедленно повлечет за собой штраф — соответствующее
изменение в соотношении стратегий другого пола, что в свою очередь окажется
невыгодным первоначальному отступнику. Таким образом, ЭСС будет сохранена.
В заключение можно сказать, что популяция, состоящая главным образом из са-
мок-скромниц и верных самцов, безусловно может эволюционировать. В этих усло-
виях с помощью стратегии Домашнего уюта самки, по-видимому, в самом деле мо-
гут добиться успеха. Не следует думать, что мы здесь имеем дело с каким-то
заговором скромных самок. Скромность действительно может принести выигрыш
эгоистичным генам самки.
Существует несколько способов, с помощью которых самки могут реально ис-
пользовать стратегию этого типа. Как я уже заметил, самка может отказаться
копулировать с самцом, который не построил ей гнездо или, по крайней мере, не
помог его строить. И в самом деле, у многих моногамных видов копуляция проис-
ходит лишь после того, как выстроено гнездо. В результате к моменту осемене-
ния самец уже вложил в птенца гораздо больше, чем свои дешевые сперматозоиды.
Требование, чтобы будущий супруг построил гнездо, — один из действенных
способов, который может использовать самка, чтобы заманить самца. Можно было
бы думать, что для этого теоретически годится почти все, требующее от самца
больших затрат, даже если эти затраты не реализуются в форме непосредственно-
го выигрыша для неродившихся детенышей. Если бы все самки данной популяции
заставляли самцов совершить что-либо трудное и дорогостоящее (например, убить
дракона или взобраться на гору), прежде чем согласиться копулировать с ними,
то теоретически они могли бы уменьшить для самцов искушение покинуть самку
после копуляции. Любой самец, склоняющийся к тому, чтобы бросить свою супругу
и постараться распространить дополнительное количество своих генов с помощью
другой самки, может отказаться от этого намерения при мысли о том, что для
этого ему придется убить еще одного дракона. На практике, однако, вряд ли
самки потребуют от своих поклонников выполнения таких задач, как убийство
дракона или поиски святого Грааля. Причина здесь в том, что самка-соперница,
которая поставила бы перед самцом задачу не менее трудную, но более полезную
для нее самой и для ее детенышей, обладала бы преимуществом над более роман-
тически настроенными самками, требующими бессмысленных подвигов во имя любви.
Построить гнездо, вероятно, менее романтично, чем убить дракона или переплыть
Геллеспонт, но зато гораздо полезнее.
Как я уже говорил, самке выгодно также, чтобы в процессе ухаживания самец
подносил ей еду. У птиц это обычно рассматривается как своего рода возврат к
ювенильному поведению со стороны самки. Выпрашивая у самца пищу, она сопрово-
ждает это движениями, типичными для молодой птицы. Предполагалось, что такое
поведение автоматически привлекает самца, подобно тому, как мужчине кажется
привлекательным, когда взрослая женщина лепечет или надувает губы, как ребе-
нок. Именно в этот период птице женского пола требуется как можно больше до-
полнительной пищи, так как она накапливает запасы питательных веществ для
создания своего огромного яйца. Возможно, что пища, подносимая ей самцом, со-
ставляет его непосредственный вклад в яйца. Таким образом несколько снижается
разница между первоначальными вкладами в птенцов со стороны одного и другого
родителей.
У некоторых насекомых и пауков также наблюдается подношение пищи как один
из элементов брачного поведения. Здесь альтернативное объяснение иногда пред-
ставляется чересчур очевидным. Поскольку, как у богомола, самцу грозит опас-
ность быть съеденным самкой, которая крупнее его, все, что бы он ни сделал
для умерения ее аппетита, пойдет ему на пользу. В некотором, хотя и мрачнова-
том, смысле можно сказать, что несчастный самец богомола вносит вклад в своих
потомков. Его используют в качестве пищи, помогающей самке продуцировать яй-
цо, которое будет оплодотворено после его гибели его же собственной сбережен-
ной спермой.
Самка, избравшая стратегию Домашнего уюта, которая просто окидывает самца
взглядом и старается наперед распознать все его «верные» качества, рискует
быть обманутой. Любой самец, способный выдать себя за верного приверженца до-
машнего очага, а на самом деле склонный к нарушению долга и верности, может
извлечь из этого большую выгоду. Если только его брошенные бывшие партнерши
имеют шанс вырастить хотя бы некоторых из его детенышей, этот гуляка сумеет
передать последующим поколениям больше своих генов, чем порядочный супруг и
отец. Отбор благоприятствует сохранению в генофонде генов, детерминирующих у
самцов эффективный обман.
Естественный отбор благоприятствует также самкам, которые умеют распозна-
вать такой обман. Один из путей к этому — разыгрывать перед новым самцом со-
вершенную неприступность, но в последующие сезоны размножения все быстрее ус-
тупать домоганиям прошлогоднего партнера. Это автоматически поставит в невы-
годные условия молодых самцов, впервые участвующих в размножении, независимо
от того, обманщики они или нет. Потомство скромных самок, размножающихся
впервые, будет содержать относительно высокую долю генов, полученных от не-
верных отцов, но верные отцы будут обладать преимуществом во второй и после-
дующие годы размножения самки, потому что им не придется тратить много време-
ни и энергии на повторение всего ритуала ухаживания. Если большинство индиви-
дуумов в данной популяции — потомки опытных, а не простодушных матерей (это
вполне приемлемое допущение в отношении любого вида с большой продолжительно-
стью жизни), то в генофонде, в конечном счете, будут преобладать гены, детер-
минирующие честность и другие положительные качества отцов.
Для простоты все рассуждения велись так, как если бы самец был либо кри-
стально честным, либо беспардонным обманщиком. На самом же деле более вероят-
но, что все самцы, да и все индивидуумы, всегда немножко склонны к обману,
поскольку они запрограммированы на то, чтобы использовать любую возможность
для эксплуатации своих партнеров. Естественный отбор, оттачивая способность
каждого партнера обнаруживать бесчестность другого, удерживает широкомасштаб-
ный обман на довольно низком уровне. Самцам нечестность выгоднее, чем самкам,
и следует ожидать, что даже у тех видов, у которых самцы проявляют значитель-
ный родительский альтруизм, они обычно трудятся чуть меньше, чем самки, и
чуть чаще готовы сбежать. Несомненно так обстоит дело у птиц и млекопитающих.
Существуют, однако, виды, у которых самец принимает большее участие в забо-
те о потомстве, чем самка. Такие примеры отцовской преданности у птиц и мле-
копитающих исключительно редки, но среди рыб они обычны. Почему? Этот факт
бросает вызов теории эгоистичного гена, и он в течение долгого времени озада-
чивал меня. Остроумное решение предложила мне недавно мисс Т. Карлайль (Т. R.
Carlisle) на одной из наших консультаций. Она использовала идею Трайверса о
«скверном переплете» следующим образом.
Многие рыбы не копулируют, а просто извергают свои половые клетки в воду.
Оплодотворение происходит в воде, а не в теле одного из партнеров. Возможно,
что впервые половое размножение возникло именно таким образом. Однако назем-
ные животные, т. е. многие птицы, млекопитающие и рептилии, не могут прибег-
нуть к такому способу оплодотворения, потому что в воздушной среде половые
клетки слишком быстро высыхают. Гаметы индивидуума одного пола (самца, по-
скольку сперматозоиды подвижны) вводятся во влажное влагалище представителя
другого пола (самки). До сих пор были только факты. Дальше следует гипотеза.
После копуляции обитающая на суше самка оказывается физической обладательни-
цей эмбриона. Он находится в ее теле. Даже если она откладывает оплодотворен-
ное яйцо почти немедленно после копуляции, у самца все еще есть время исчез-
нуть , а в результате самка попадает в трайверсов «скверный переплет». Самец
неизменно обладает правом первым принять решение о том, чтобы сбежать, лишая
самку этой возможности и заставляя ее решать, бросить ли детеныша на верную
гибель или же остаться с ним и вырастить его. Поэтому у наземных животных ма-
теринская забота распространена шире, чем отцовская.
Однако у рыб и у других животных дело обстоит совершенно иначе. Если самец
не вводит в буквальном смысле слова свои сперматозоиды в тело самки, то никак
нельзя говорить, что самку бросают «с ребенком на руках». Каждый из партнеров
может быстро удалиться и оставить другому только что оплодотворенные яйца.
Существует даже причина, по которой нередко именно самцу грозит опасность
оказаться покинутым. Представляется вероятным, что может возникнуть эволюци-
онная битва за то, кому первому выбросить в воду свои половые клетки. Тот из
партнеров, который сумеет сделать это раньше, получит возможность оставить
новые зародыши на другого. Однако при этом тот, кто первым нерестится, идет
на риск, поскольку его предполагаемый партнер может не последовать его приме-
ру. В этом отношении самец рискует сильнее уже по одному тому, что спермато-
зоиды меньше весят и легче рассеиваются. Если самка отнерестится слишком ра-
но, т. е. до того, как самец готов оплодотворить ее икру, это не будет иметь
большого значения, поскольку относительно крупные и тяжелые икринки, вероят-
но, в течение некоторого времени будут оставаться вместе, в виде единой клад-
ки . Поэтому самка может пойти на «риск» и отметать икру раньше. Самец риско-
вать не может, потому что его сперматозоиды успеют уплыть далеко, прежде чем
самка будет готова к икрометанию, а в таком случае она вообще не станет ме-
тать икру, так как это было бы бессмысленным. Таким образом, из-за проблем,
связанных с диффузией, самец должен дождаться, пока самка не отложит икру,
после чего он выметывает на нее сперматозоиды. Однако при этом в распоряжении
самки остается несколько секунд, чтобы исчезнуть и поставить его перед дилем-
мой Траиверса. Итак, эта теория изящно объясняет, почему отец часто берет на
себя заботу о потомстве в водной среде, но редко — на суше.
Покончив с рыбами, перейдем теперь к другой из основных стратегий самки — к
стратегии Настоящего мужчины. У видов, прибегающих к этой стратегии, самки в
сущности совершенно смиряются с тем, что они никогда не дождутся никакой по-
мощи от отца своих детей, но идут на все, чтобы заполучить вместо этого хоро-
шие гены. Они снова прибегают к своему испытанному оружию, т. е. всячески от-
тягивают копуляцию. Они отказываются копулировать с первым попавшимся самцом,
тщательно и придирчиво изучая претендента, прежде чем согласиться на копуля-
цию . Некоторые самцы несомненно содержат больше ценных генов, т. е. генов,
повышающих перспективы на выживание как сыновей, так и дочерей, чем другие.
Если самка способна по внешним признакам каким-то образом выявить наличие у
самцов ценных генов, она может принести пользу собственным генам, объединив
их с хорошими отцовскими генами. Обратившись к нашей аналогии с командами
гребцов, можно сказать, что самка способна свести к минимуму шансы на то, что
ее гены, попав в дурную компанию, сильно проиграют. Она может постараться по-
добрать для собственных генов хорошую команду.
По всей вероятности, большинство самок сойдутся во мнениях насчет того, ко-
го следует считать наилучшими самцами, поскольку все они пользуются одной и
той же исходной информацией. Поэтому в копуляции будут участвовать в основном
несколько счастливых самцов. Они вполне способны делать это, поскольку дают
каждой самке всего лишь несколько сперматозоидов, которые стоят им дешево.
Вероятно, именно так обстоит дело у морских слонов и у райских птиц. Самки
разрешают лишь очень немногим самцам вести себя эгоистично и эксплуататорски
(к чему стремятся все самцы), предоставляя эту возможность только самым луч-
шим самцам.
Один из видов райских птиц.
Какими, с точки зрения самки, старающейся выбрать ценные гены и соединить
их со своими, должны быть эти гены? Прежде всего они должны обеспечивать спо-
собность к выживанию. Безусловно любой потенциальный брачный партнер, ухажи-
вающий за самкой, уже доказал свою способность дожить по крайней мере до зре-
лости, однако это еще не означает, что он может прожить гораздо дольше. Впол-
не разумной для женщины политикой может оказаться решение связать судьбу со
старым человеком. Какими бы ни были недостатки стариков, они во всяком случае
доказали свою способность выжить, так что самка, вероятно, согласится соеди-
нить свои гены с генами долговечности. Однако нет никакого смысла добиваться
долгой жизни для своих детей, если они не смогут народить ей много внуков.
Долговечность нельзя считать несомненным доказательством способности к дето-
рождению. На самом деле «долговечный» самец, возможно, выживает именно пото-
му, что он не идет, на риск ради участия в размножении. Самка, выбирающая в
качестве брачного партнера старого самца, необязательно будет иметь больше
потомков, чем ее соперница, выбравшая молодого самца, который, судя по каким-
то другим признакам, обладает ценными генами.
Что это за другие признаки? Они разнообразны. Это могут быть сильные мышцы,
свидетельствующие об умении добывать пищу, или длинные ноги, свидетельствую-
щие о способности убегать от хищников. Самка может облагодетельствовать свои
гены, связав их с такими признаками, поскольку это полезные признаки для ее
сыновей и дочерей. В таком случае мы, прежде всего, должны представить себе,
что самки выбирают самцов на основе подлинных меток или индикаторов, свиде-
тельствующих о наличии у этих самцов ценных генов. Здесь имеется, однако,
один очень интересный момент, на который обратил внимание Дарвин и четко
сформулировал Фишер. В сообществе, где самцы конкурируют друг с другом за то,
чтобы самки выбирали их как носителей мужских доблестей, лучшее, что самка
может сделать для своих генов, это родить сына, который в свою очередь станет
привлекательным самцом. Если она сможет добиться того, чтобы ее сын стал од-
ним из тех немногих удачливых индивидуумов, на долю которых выпадает большая
часть копуляций в том сообществе, где они выросли, то у нее будет огромное
число внуков. Результат всего этого сводится к тому, что одно из самых жела-
тельных качеств самца в глазах самки - это попросту сексуальная привлекатель-
ность. Самка, спаривающаяся со сверхпривлекательным самцом, имеет больше шан-
сов родить сыновей, которые будут привлекательны для самок следующего поколе-
ния и наградят ее множеством внуков.
Таким образом, можно считать, что первоначально самки выбирают самцов на
основании таких явно полезных признаков, как мощные мышцы, однако после того,
как самки данного вида признают эти признаки привлекательными, естественный
отбор будет продолжать благоприятствовать им просто потому, что они привлека-
тельны .
Такие причудливые признаки, как хвосты у самцов райских птиц, могли поэтому
возникнуть в результате какого-то нестабильного процесса, вышедшего из-под
контроля. В самом начале самки, возможно, отдавали предпочтение длинным хво-
стам как желательному признаку у самцов, вероятно, предвещающему половую по-
тенцию и здоровье их обладателей. Короткий хвост у самца мог свидетельство-
вать о витаминной недостаточности, что в свою очередь указывает на неумение
добывать пищу. Или, может быть, короткохвостые самцы недостаточно проворно
убегали от хищников и те успевали выдрать им хвосты. Обратите внимание: нам
нет необходимости допускать, что короткий хвост как таковой был унаследован
генетически; мы рассматриваем его лишь в качестве индикатора какой-то генети-
ческой неполноценности. Во всяком случае, независимо от причины, давайте до-
пустим, что самки предкового вида райских птиц предпочитали самцов, у которых
хвосты были длиннее, чем в среднем в популяции. При условии, что в природной
изменчивости длины хвоста у самцов участвует генетическая компонента, это с
течением времени должно было привести к увеличению средней длины хвостов у
самцов. Самки следовали простому правилу: осмотри всех самцов и займись тем,
у которого хвост самый длинный. Любая самка, нарушившая это правило, оказыва-
лась в проигрыше, даже если хвосты уже стали такими длинными, что осложняли
жизнь своим обладателям. Проигрыш объяснялся тем, что самка, не произведшая
на свет длиннохвостых сыновей, вряд ли могла рассчитывать на их репродуктив-
ный успех. Подобно моде на женские туалеты или на дизайн автомобилей, тенден-
ция к длинным хвостам, однажды возникнув, стала сама набирать силу. Она пере-
стает усиливаться лишь после того, как хвосты становятся столь нелепо длинны-
ми, что создаваемые ими неудобства перевешивают то преимущество, которое они
дают в смысле привлечения самок.
Эта мысль трудна для восприятия и вызывает немало скептических высказываний
с тех самых пор, как Дарвин впервые сформулировал ее под названием полового
отбора. Одним из тех, кто не принял ее, является А. Захави, автор теории «Ли-
сица, лисица», о которой мы уже говорили. В качестве альтернативного объясне-
ния он выдвигает собственный, сводящий с ума своей парадоксальностью, «прин-
цип гандикапа». Захави подчеркивает, что именно стремление самок выбирать
самцов, несущих ценные гены, открывает перед самцами возможности для обмана.
Крепкие мышцы — действительно ценное качество, которое может сыграть решающую
роль для самки при выборе самца, но что мешает в таком случае самцам наращи-
вать фальшивые мышцы, в принципе не отличающиеся от накладных плеч у людей?
Если самцу фальшивые мышцы обходятся дешевле, чем настоящие, то половой отбор
должен сохранять гены, детерминирующие развитие фальшивых мышц. Пройдет, од-
нако, немного времени, и контротбор создаст самок, способных обнаруживать об-
ман. Исходное допущение Захави состоит в том, что лживая сексуальная реклама
в конечном итоге будет разоблачена самками. Поэтому он делает заключение, что
действительной удачи добьются те самцы, которые не прибегают к лживой рекла-
ме, а ощутимо демонстрируют, что они не обманщики. Если речь идет о крепких
мышцах, то самцы, которые создают просто видимость таких мышц, вскоре будут
разоблачены самками. Но самец, который путем действий, эквивалентных поднятию
гирь или отжиманиям от пола, демонстрирует наличие у него действительно креп-
ких мышц, сумеет убедить в этом самок. Иными словами, как считает Захави, на-
стоящий мужчина должен не только казаться высококачественным самцом, а быть
им на самом деле, иначе его не признают скептические самки. Поэтому в процес-
се эволюции могут возникнуть только такие демонстрации, которые соответствуют
истинным возможностям самца.
Пока что все идет хорошо. Но теперь следует перейти к той части теории За-
хави , которую буквально невозможно проглотить. Он полагает, что хвосты рай-
ских птиц и павлинов, огромные рога оленей и другие признаки, подверженные
половому отбору, которые всегда казались парадоксальными, поскольку они соз-
дают очевидные помехи своим обладателям, возникли в процессе эволюции именно
потому, что они создают помехи. Самец с длинным и громоздким хвостом демонст-
рирует самкам свое мужество, доказывая это тем, что несмотря на такой хвост,
он выжил. Представьте себе женщину, наблюдающую за двумя мужчинами, которые
бегут наперегонки. Если они достигают финиша одновременно, но при этом один
из них умышленно взвалил себе на плечо мешок с углем, то женщина естественно
придет к заключению, что мужчина с мешком на самом деле бегает лучше.
Я не верю в эту теорию, хотя мой скептицизм сильно поуменьшился с тех пор,
как я услышал о ней впервые. Как я указывал в то время, из нее должна логиче-
ски вытекать эволюция одноногих и одноглазых самцов. Захави — выходец из Из-
раиля немедленно отпарировал: «У некоторых из наших лучших генералов только
один глаз!». Это не снимает, по-видимому, присущего теории гандикапа фунда-
ментального противоречия. Если гандикап подлинный — а для теории чрезвычайно
существенно, чтобы он был подлинным, — то в таком случае сам этот гандикап
обусловит проигрыш потомка с такой же неотвратимостью, с какой он может при-
влечь самок. В любом случае важно, чтобы гандикап не передавался по наследст-
ву дочерям.
Если перевести теорию гандикапа на язык генов, то получится примерно сле-
дующее . Ген, детерминирующий развитие у самца того или иного гандикапа, на-
пример длинного хвоста, становится более многочисленным в генофонде, потому
что самки предпочитают самцов, обладающих гандикапами. Самки выбирают самцов
с гандикапами, потому что частота в генофонде генов, заставляющих их делать
это, также повышается. Это происходит потому, что самки, которых привлекают
самцы, имеющие гандикапы, будут автоматически выбирать самцов с хорошими ге-
нами по другим параметрам, поскольку эти самцы дожили до зрелого возраста,
несмотря на гандикап. Эти хорошие «другие» гены обеспечат преимущество телам
их детей, которые поэтому выживут и продолжат распространение как генов, де-
терминирующих сам гандикап, так и генов, определяющих выбор самцов с гандика-
пом. При условии, что гены, детерминирующие сам гандикап, экспрессируются
только у сыновей, точно так же, как гены, детерминирующие выбор самцов с ган-
дикапом, — только у дочерей, эта теория, возможно, могла бы работать. До тех
пор, пока она формулируется только на словах, мы не можем быть уверены, что
она будет работать. Применимость подобной теории легче оценить, представив ее
в виде математической модели. До сих пор математическим генетикам не удава-
лось создать работающую модель, основанную на принципе гандикапа. Возможно,
что он не поддается моделированию, а может быть, пытавшиеся сделать это гене-
тики недостаточно сообразительны. Поскольку один из них — это Мэйнард Смит,
то я склоняюсь к первой возможности.
Если самец демонстрирует свое превосходство над другими самцами таким обра-
зом, что не связывает себя при этом преднамеренно никакими гандикапами, никто
не будет сомневаться в том, что он мог бы усиливать, таким образом, свой ге-
нетический успех. Так, морские слоны завоевывают и удерживают свои гаремы не
потому, что они эстетически привлекательны для самок, а просто потому, что
они могут побить любого самца, который попытается приблизиться к гарему. Вла-
стители гаремов побеждают в драках возможных захватчиков уже хотя бы по той
очевидной причине, что именно они сумели завладеть гаремом и сохранить его.
Захватчики нечасто побеждают в драках, потому что если бы они были способны
побеждать, они сделали бы это раньше! Любая самка, спаривающаяся только с
владельцем гарема, связывает, таким образом, свои гены с самцом, который дос-
таточно силен, чтобы отбить неоднократные посягательства со стороны многочис-
ленных отчаявшихся холостых самцов. В случае удачи ее сыновья унаследуют спо-
собность своего отца владеть гаремом. На практике у самки морского слона нет
больших возможностей для выбора, потому что властитель гарема изобьет ее, ес-
ли она вздумает уйти от него. Сохраняется, однако, принцип, что самки, выби-
рающие себе в брачные партнеры тех самцов, которые побеждают в драках, могут
тем самым дать преимущество своим генам. Как мы видели, известны примеры, ко-
гда самки предпочитают спариваться с самцами, владеющими территорией, и с
самцами, имеющими высокий статус в иерархической структуре сообщества.
Все сказанное до сих пор в этой главе сводится к тому, что наблюдаемые у
животных разнообразные типы системы скрещивания — моногамия, промискуитет1,
гаремы и другие — можно объяснить на основе конфликта интересов самок и сам-
цов . Каждая самка и каждый самец «хочет» максимизировать свой вклад, вносимый
в размножение за всю жизнь. Вследствие фундаментальных различий между разме-
рами и числом сперматозоидов и яиц самцы вообще отличаются склонностью к про-
мискуитету и отсутствием тенденции к заботе о потомстве. Самки пытаются про-
тиводействовать этому с помощью двух уловок, которые я назвал стратегиями На-
стоящего мужчины и Домашнего уюта. Склонность самок пользоваться той или дру-
гой из этих стратегий, а также характер реакции на них самцов зависят от эко-
логических особенностей данного вида. На самом деле между этими двумя страте-
гиями существует целый ряд переходов и, как мы видели, у некоторых видов отец
заботится о детенышах даже больше, чем мать. Нас здесь не интересуют детали,
относящиеся к отдельным видам животных, так что я не буду обсуждать обстоя-
тельства, от которых может зависеть предрасположенность данного вида именно к
той, а не к другой системе размножения. Вместо этого мы рассмотрим различия,
обычно наблюдаемые между самцами и самками вообще, и их возможные интерпрета-
ции. Поэтому я не буду привлекать внимание к тем видам, у которых различия
между полами незначительны, так как это обычно те виды, у которых самки отда-
ют предпочтение стратегии Домашнего уюта.
Прежде всего, тенденция к сексуально притягательным броским окраскам наблю-
дается обычно у самцов, тогда как самки чаще окрашены в тусклые серо-
коричневые тона. Как самцы, так и самки стараются избежать нападения хищни-
ков, и поэтому отбор должен оказывать на тех и других некоторое давление, на-
правленное на создание у обоих полов неприметной окраски. Яркая окраска при-
влекает хищников не меньше, чем половых партнеров. На уровне генов это озна-
чает, что гены, детерминирующие яркую окраску, с большей вероятностью закон-
чат свое существование в желудках хищников, чем гены тусклой окраски. Но вме-
сте с тем для генов тусклой окраски вероятность быть представленными в сле-
дующем поколении меньше, чем для генов яркой окраски, потому что тускло окра-
шенным индивидуумам трудно привлечь к себе брачного партнера. Таким образом,
здесь действуют два противоборствующих селективных фактора: хищники, изымаю-
щие из генофонда гены яркой окраски, и брачные партнеры, изымающие гены не-
приметной окраски. Как и во многих других случаях, эффективные машины выжива-
ния можно рассматривать как некий компромисс между противоборствующими давле-
ниями отбора. В данный момент нас интересует различие, очевидно существующее
между компромиссом, оптимальным для самца, и компромиссом, оптимальным для
самки. Конечно, существование такого различия вполне совместимо с нашим
1 Промискуитет (от лат. promiscuus «без разбора», «общий») — беспорядочная, ничем и
никем не ограниченная половая связь со многими партнёрами.
взглядом на самцов как на азартных игроков, играющих по крупному. Поскольку
на каждую яйцеклетку, производимую самкой, самец производит много миллионов
сперматозоидов, число сперматозоидов в популяции во множество раз выше числа
яиц. Поэтому для каждой данной яйцеклетки вероятность принять участие в слия-
нии половых клеток гораздо больше, чем для каждого данного сперматозоида. Яй-
цеклетки — относительно более ценный ресурс, а поэтому для того, чтобы обес-
печить их оплодотворение, самке не надо обладать такой сексуальной привлека-
тельностью, какая нужна самцу. Самец вполне способен послужить производителем
всех детенышей, рождающихся в обширной популяции самок. Даже если самец про-
живет недолго из-за того, что его яркий хвост привлекает к нему хищников или
же не дает ему выбраться из густых зарослей, он может успеть стать отцом
очень большого числа детенышей, прежде чем погибнет. Непривлекательный или
тускло окрашенный самец может прожить даже столь же долго, как самка, но де-
тей у него будет мало и его гены не будут переданы последующим поколениям.
Что выиграет самец, если он завоюет весь мир, но утратит свои бессмертные ге-
ны?
Другое распространенное половое различие состоит в том, что самок больше
заботит вопрос о том, с кем они спариваются, чем самцов. Одна из причин этого
беспокойства, как у самцов, так и у самок объясняется необходимостью избежать
спаривания с представителем какого-то другого вида. Гибридизация нежелательна
по ряду причин. В некоторых случаях, как при копуляции человека с овцой, за-
родыш вообще не образуется, так что никаких потерь не происходит. Однако при
скрещиваниях между представителями более близких видов, например между лоша-
дью и ослом, потери, во всяком случае, для партнера женского пола, могут быть
значительными. Вполне вероятно, что в матке лошади начнет развиваться заро-
дыш, которого ей придется затем вынашивать в течение одиннадцати месяцев. Ей
придется не только израсходовать значительную долю своего общего родительско-
го вклада в форме питательных веществ, поглощаемых зародышем через плаценту,
а впоследствии и в форме молока, но главным образом потерять много времени,
которое можно было бы потратить на выращивание других детенышей. А когда рож-
денный ею мул достигает зрелости, то оказывается, что он стерилен. По-
видимому, это происходит потому, что хотя хромосомы лошади и хромосомы осла
достаточно сходны, чтобы сотрудничать в построении здорового и сильного тела
мула, они недостаточно сходны, чтобы совместно проделать мейотические деле-
ния. Какой бы ни была истинная причина, очень значительный вклад матери в вы-
ращивание мула с точки зрения ее генов совершенно бессмыслен. Кобылы должны
быть очень осмотрительными, чтобы копулировать непременно с жеребцом, а не с
ослом. Если перейти на генетический язык, то любой лошадиный ген, который го-
ворит: «Тело, если ты самка, копулируй с любым самцом, будь то осел или ло-
шадь», может оказаться в тупике — в теле мула, а материнский вклад в этого
маленького мула нанесет значительный урон ее возможностям выращивать фертиль-
ных лошадей. Что касается самца, то его потери в случае спаривания с предста-
вителем чужого вида меньше, и хотя он при этом может ничего и не выиграть,
есть основания предполагать, что самцы уделяют меньше внимания выбору сексу-
альных партнеров. Во всех изученных случаях это подтвердилось.
Основания для беспокойства имеются даже при спаривании с членами своего ви-
да. При близкородственном спаривании, как при гибридизации, могут возникать
вредные генетические эффекты, на этот раз из-за перехода летальных и полуле-
тальных рецессивных генов в гомозиготное состояние. И снова самки теряют при
этом больше, чем самцы, поскольку их вклад в каждого отдельного детеныша
больше. Там, где существуют запреты на кровосмешение, следует ожидать, что
женщины будут соблюдать их строже, чем мужчины. Если допустить, что активным
инициатором кровосмесительной связи скорее будет старший из партнеров, то
следует ожидать, что среди подобных союзов чаще должны встречаться такие, в
которых мужчина старше женщины. Например, связи отец/дочь должны встречаться
чаще, чем мать/сын; связи брат/сестра должны иметь промежуточную частоту.
В общем, самцы, вероятно, более склонны к промискуитету, чем самки. По-
скольку самка продуцирует ограниченное число яиц с относительно низкой часто-
той, она мало выигрывает от большого числа копуляций с разными самцами. Самцу
же, который способен ежедневно производить миллионы сперматозоидов, напротив,
во всех отношениях выгодно спариваться как можно больше с разными партнерами.
Излишние копуляции, даже если затраты на них ограничиваются незначительными
потерями времени и энергии, не приносят самке никаких положительных результа-
тов. В отличие от этого самец, сколько бы и с каким бы множеством разных са-
мок он ни копулировал, никогда не считает, что этого достаточно: для него
слово «излишек» лишено смысла.
При обсуждении эволюционных проблем, подобных рассмотренным в этой главе,
наши мысли невольно обращаются к человеку и к нашему собственному опыту.
Представление о самках, отказывающихся от копуляции до тех пор, пока самец не
предоставит каких-то доказательств длительной верности, звучит привычным мо-
тивом . Это может означать, что женщины предпочитают стратегию Домашнего уюта,
а не стратегию Настоящего мужчины.
Во многих цивилизациях нормой является моногамия. В нашем обществе вклад
обоих родителей в потомков велик и неравноценность его неочевидна. Несомнен-
но, на плечи матери падает большая часть непосредственной заботы о детях, но
отцам нередко приходится много трудиться, чтобы заработать деньги, вкладывае-
мые в выращивание и воспитание детей. Существуют, однако, и такие общества, в
которых практикуется промискуитет, а во многих узаконено многоженство, т. е.
гаремы. Такое удивительное разнообразие наводит на мысль, что образ жизни лю-
дей в значительной степени определяется культурой, а не генами. Возможно, тем
не менее, что мужчины обладают склонностью к промискуитету, а женщины — к мо-
ногамии, как можно было бы предсказать на основании эволюционных соображений.
Какая из этих двух тенденций возьмет верх в каждом отдельном обществе, зави-
сит от особенностей культурных факторов, подобно тому как у разных видов жи-
вотных это зависит от экологических факторов.
Одна особенность человеческого общества представляется явно аномальной —
речь идет о сексуальном рекламировании. Как мы видели, исходя из эволюционных
соображений следует ожидать, что в тех случаях, когда между полами существуют
различия, рекламируют себя самцы, а самки бывают невзрачными. Современный за-
падный мужчина несомненно представляет собой в этом отношении исключение. Ко-
нечно, некоторые мужчины одеваются кричаще, а некоторые женщины бесцветно,
однако не вызывает сомнений, что в нашем обществе эквивалент павлиньего хво-
ста демонстрируют женщины. Женщины красятся и приклеивают себе искусственные
ресницы. Мужчины, если не считать актеров, обычно этого не делают. Женщины
явно уделяют больше внимания своему внешнему виду и их поощряют к этому жен-
ские журналы и рекламные издания. Журналы для мужчин меньше заботятся о сек-
суальной привлекательности мужчин, а мужчина, проявляющий повышенный интерес
к своей внешности и одежде, скорее всего, вызовет подозрение, как у мужчин,
так и у женщин. Описывая в разговоре ту или иную женщину, вполне естественно
подчеркнуть ее сексуальную привлекательность или отсутствие оной, независимо
от того, говорит ли о ней мужчина или женщина. Прилагательные, используемые
при описании мужчины, скорее всего не будут иметь никакого отношения к сексу.
В свете этих фактов биолог будет вынужден заподозрить, что в человеческом
обществе женщины конкурируют за мужчин, а не наоборот. Говоря о райских пти-
цах, мы решили, что самки у них невзрачные, потому что им не нужно конкуриро-
вать за самцов. А самцы имеют яркую окраску и афишируют себя, так как на са-
мок большой спрос и они могут позволить себе быть разборчивыми. Спрос на са-
мок райских птиц объясняется тем, что яйцеклетки — более ограниченный ресурс,
чем сперматозоиды. Что же случилось с современным западным мужчиной? Действи-
тельно ли он превратился в тот пол, которого домогаются, на который есть
спрос, пол, который может позволить себе быть разборчивым? Если это так, то
почему?
Глава 10. Почеши
мне спину, а я
тебя оседлаю
Мы рассмотрели различные взаимодействия между машинами выживания, принадле-
жащими к одному и тому же виду: взаимодействия между родителями и детьми, по-
ловые и агрессивные взаимодействия. Однако взаимодействия между животными
имеют ряд удивительных аспектов, которые, очевидно, не подпадают ни под какую
из этих рубрик. Один из таких аспектов — склонность многих животных к группо-
вому образу жизни. Птицы собираются в стаи, насекомые роятся, рыбы объединя-
ются в косяки, киты — в стада, млекопитающие, обитающие на равнинах, образуют
стада или охотятся, собираясь в стаи. Все эти скопления животных состоят
обычно из представителей лишь одного вида, но встречаются и исключения. Зебры
часто держатся вместе с гну, а иногда можно встретить смешанные стаи птиц.
Перечень предполагаемых преимуществ, которые может извлечь эгоистичный ин-
дивидуум из группового образа жизни, составляет довольно пеструю смесь. Я не
собираюсь рассматривать весь список, а коснусь лишь некоторых моментов. При
этом я вернусь к приведенным в гл. 1 примерам поведения, кажущегося альтруи-
стичным, которые я обещал объяснить в дальнейшем. Это приведет нас к рассмот-
рению общественных насекомых, без которых ни одно изложение проблемы альтру-
изма у животных не было бы полным. Наконец, в довольно разнородном материале
этой главы я коснусь важной идеи взаимного альтруизма принципа «Ты почешешь
мою спину, а я почешу твою».
Если животные живут вместе, образуя группы, их гены должны извлекать из та-
кого объединения больше пользы, чем они вкладывают в него. Жертва, которую
может изловить стая гиен, настолько крупнее той, которую каждая гиена могла
бы одолеть в одиночку, что каждому эгоистичному индивидууму выгодно охотиться
стаей, хотя при этом и приходится делиться добычей. Вероятно, по сходным при-
чинам некоторые пауки объединенными усилиями строят большую общую паутину.
Королевские пингвины сохраняют тепло, прижимаясь друг к другу; у каждого из
них при этом атмосферным воздействиям подвергается меньшая часть поверхности
тела, чем если бы они держались поодиночке. Рыба, плывущая позади другой ры-
бы, получает некоторое гидродинамическое преимущество благодаря турбулентно-
сти потока, создаваемого впереди плывущей рыбой. Это, возможно, одна из при-
чин, по которой рыбы собираются в косяки. Аналогичная уловка, связанная с
турбулентностью и известная участникам велогонок, может служить объяснением
V-образной формы птичьих стай. По всей вероятности, птицы вступают в конку-
ренцию, стараясь избежать невыгодного положения во главе стаи. Возможно, пти-
цы становятся вожаками поневоле поочередно — своего рода запоздалый взаимный
альтруизм, который мы обсудим в конце этой главы.
Многие из предполагаемых преимуществ группового образа жизни связаны с тем,
что при этом легче избежать нападения хищников. Одна из такого рода теорий
была изящно сформулирована У. Гамильтоном в работе под названием «Геометрия
для эгоистичного стада». Во избежание возможных недоразумений я должен под-
черкнуть , что под «эгоистичным стадом» он имел в виду «стадо эгоистичных ин-
дивидуумов» .
И снова мы начинаем с простой «модели», которая, несмотря на свою абстракт-
ность, поможет понять реальный мир. Допустим, что за животными определенного
вида охотится некий хищник, который всегда стремится напасть на ближайшего к
нему представителя вида-жертвы. С точки зрения хищника такая стратегия разум-
на, поскольку она позволяет понизить затраты энергии. С точки зрения жертвы
из этой стратегии вытекает интересное следствие: каждая особь-жертва будет
постоянно стараться вести себя так, чтобы не оказаться ближе всех к хищнику.
Если жертве удается обнаружить хищника заранее, она просто убегает. Но если
хищник появляется неожиданно, например, из высокой травы, где он затаился, то
каждая жертва может все же уменьшить свои шансы оказаться ближе всех к хищни-
ку . Можно представить, что каждая жертва как бы окружена «зоной опасности».
Эта зона определяется как такой участок, каждая точка которого ближе к данно-
му индивидууму, чем к любому другому. Например, если индивидуумы-жертвы пере-
мещаются на некотором расстоянии друг1 от друга, образуя правильную геометри-
ческую фигуру, то зона опасности вокруг каждой из них (если только она не на-
ходится с краю) может иметь примерно шестиугольную форму. Если хищник затаил-
ся в шестиугольной зоне опасности, окружающей индивидуума А, то последний, по
всей видимости, будет съеден. Особенно уязвимы индивидуумы, находящиеся по
краям стада, так как их зона опасности не ограничивается относительно неболь-
шим шестиугольником, а включает в себя обширную область, примыкающую к его
открытой стороне.
Ясно, что разумный индивидуум будет стараться, чтобы его зона опасности бы-
ла как можно меньше. Прежде всего, он будет избегать находиться на краю ста-
да. Оказавшись с краю, он немедленно начнет пытаться переместиться к центру.
К сожалению, кто-нибудь всегда должен находиться с краю, но каждый индивидуум
старается, чтобы этим «крайним» оказался не он! Происходит непрерывная мигра-
ция индивидуумов от периферии к центру. Если стадо вначале было рыхлым и раз-
бросанным, то вскоре оно сбивается в плотную массу в результате внутренней
миграции. Даже если изначально в рамках нашей модели не отмечалось никакой
тенденции к агрегации, и животные-жертвы были поначалу рассеяны беспорядочно,
каждый индивидуум будет охвачен эгоистичным стремлением сократить свою зону
опасности, пытаясь занять место в промежутке между другими индивидуумами. Это
быстро приведет к образованию агрегаций, которые будут становиться все более
плотными.
Очевидно, в реальной жизни тенденция к образованию скоплений будет ограни-
чиваться давлениями, направленными в противоположную сторону: иначе все инди-
видуумы сбились бы в одну извивающуюся кучу! Тем не менее, модель эта пред-
ставляет интерес, так как она показывает, что даже исходя из очень простых
допущений можно получить агрегацию. Предлагались и другие, более сложные мо-
дели. Тот факт, что они ближе к реальности, не умаляет ценности более простой
гамильтоновской модели, помогающей нам размышлять о проблеме агрегации у жи-
вотных .
Модель эгоистичного стада сама по себе не допускает кооперативных взаимо-
действий. В ней нет места альтруизму — только эгоистичная эксплуатация каждо-
го индивидуума каждым другим индивидуумом. Но в реальной жизни случается, что
индивидуумы, по-видимому, предпринимают активные шаги к охране других членов
группы от хищников. Это сразу заставляет вспомнить о криках тревоги у птиц.
Они, несомненно, служат сигналами тревоги, поскольку побуждают услышавших их
индивидуумов немедленно постараться скрыться. Никто не предполагает, что кри-
чавшая птица «пытается отвести огонь хищника» от своих собратьев. Она просто
сообщает им о близости хищника — предостерегает их. Тем не менее, по крайней
мере, на первый взгляд, акт подачи сигнала представляется альтруистичным, по-
тому что он привлекает внимание хищника к подающей его птице. Такое заключе-
ние косвенно можно сделать на основании одного обстоятельства, подмеченного
П. Марлером (P. R. Marler) . Физические характеристики крика тревоги, по-
видимому, идеальны для того, чтобы затруднить его локализацию. Если бы инже-
нера-акустика попросили создать такой звук, чтобы хищнику было трудно локали-
зовать его источник, то он предложил бы нечто, весьма похожее на крики трево-
ги мелких певчих птиц. В природе подобные характеристики этих криков, несо-
мненно, были выработаны естественным отбором, а что это означает — нам из-
вестно. Это означает, что множество индивидуумов погибло из-за того, что их
крики тревоги были недостаточно совершенны. Издавание криков тревоги, очевид-
но, сопряжено с определенной опасностью. Теория эгоистичного гена обязана
указать на какое-то убедительное преимущество, которое дает подача сигналов
тревоги и которое достаточно значительно, чтобы перевешивать эту опасность.
В сущности, это не очень трудно. О сигналах тревоги у птиц столько раз пи-
сали как о весьма «щекотливых» для дарвиновской теории, что придумывать для
них объяснения стало чем-то вроде спорта. В результате мы теперь располагаем
таким количеством хороших объяснений, что трудно вспомнить, из-за чего, соб-
ственно, разгорелись страсти. Совершенно очевидно, что если в стае может на-
ходиться некоторое число близких родственников, то ген, детерминирующий спо-
собность подавать сигналы тревоги, может процветать в генофонде, поскольку он
с высокой вероятностью имеется в телах некоторых из спасенных индивидуумов.
Это остается справедливым, даже если индивидуум, подающий сигнал, дорого пла-
тит за свой альтруизм, привлекая к себе внимание хищника.
Если вас не удовлетворяет эта идея в духе кин-отбора, то остается еще много
теорий, из которых можно выбирать. Есть много способов, с помощью которых
эгоистичный индивидуум может извлечь пользу для самого себя, предупреждая
своих собратьев криком тревоги. Трайверс высказал одну за другой пять хороших
идей, но я считаю две свои собственные идеи, пожалуй, более убедительными.
Первую из них я называю «кей-ви»-теорией, от латинского слова cave («бере-
гись») , все еще используемого школьниками, чтобы предупредить о приближении
начальства. Эта теория пригодна для птиц, затаившихся в густой траве, кото-
рые , почуяв опасность, замирают, припав к земле. Представьте себе стайку та-
ких птиц, кормящихся в поле. На некотором расстоянии от них пролетает ястреб.
Он еще не заметил стайку и не летит прямо на нее, однако есть опасность, что
его зоркие глаза обнаружат птиц в любой момент и что он нападет на них. До-
пустим, что один из членов стайки заметил ястреба, но другие пока не знают о
приближении хищника. Этот один остроглазый индивидуум немедленно припадет к
земле и застынет на месте. Это, однако, мало ему поможет, потому что его то-
варищи не пытаются скрыться, а продолжают шуметь и двигаться. Любой из них
может привлечь внимание ястреба и тогда всей стайке грозит беда. С чисто
эгоистичной точки зрения наилучшая политика для индивидуума, первым заметив-
шего ястреба, состоит в том, чтобы быстро прошипеть предупреждение всем ос-
тальным, заставив их утихомириться и тем самым уменьшить вероятность того,
что они невольно могут привлечь ястреба к тому месту, где находится он сам.
Другую теорию, о которой мне хочется сказать, можно назвать теорией «Нико-
гда не расстраивай рядов». Она применима к тем видам птиц, которые, заметив
приближение хищника, улетают прочь, например, взлетают на дерево. Представим
себе снова, что одна из стайки кормящихся на дереве птиц заметила хищника.
Что ей делать? Она может просто улететь прочь, не предостерегая остальных. Но
при этом она окажется предоставленной самой себе, а не будет частью относи-
тельно анонимной стайки. На самом деле известно, что ястребы преследуют оди-
ноких голубей, но если бы даже этого не было, имеется множество теоретических
причин, позволяющих считать, что расстройство рядов равносильно самоубийству.
Даже если другие птицы последуют за индивидуумом, первым покинувшим стайку,
он временно расширит свою зону опасности.
Независимо от того, верна эта теория Гамильтона или нет, если птицы предпо-
читают держаться стайками, то это, очевидно, дает им какое-то важное преиму-
щество, иначе они бы этого не делали. Каким бы ни было это преимущество, ин-
дивидуум, покидающий стаю раньше других, лишается, по крайней мере, частично,
этого преимущества. Если наблюдательная птица не должна расстраивать рядов,
то что же ей следует делать? Быть может, она должна просто продолжать вести
себя так, будто ничего не случилось, и полагаться на защиту, которую дает ей
членство в стае? Но это тоже сопряжено с серьезным риском. Она остается при
этом на виду и весьма уязвима. Гораздо безопаснее было бы оказаться на дере-
ве . И в самом деле, наилучшей стратегией было бы взлететь на дерево, но при
условии, что все остальные непременно поступят так же. Таким образом она не
останется в одиночестве и не лишится преимуществ, которые предоставляет инди-
видууму членство в стае, но получит выгоду, перелетев в более безопасное ме-
сто. Мы снова убеждаемся, что предостерегающий сигнал служит чисто эгоистич-
ным целям. И. Чарнов и Дж. Кребс (Е. L. Charnov, J. R. Krebs) выдвинули сход-
ную теорию, в которой они заходят так далеко, что пользуются словом «манипу-
ляция», описывая значение действий птицы, подающей сигнал тревоги, для ос-
тальных членов ее стаи. Как все это далеко от чистого бескорыстного альтруиз-
ма!
На первый взгляд эти теории могут показаться несовместимыми с утверждением
0 том, что индивидуум, подающий сигнал тревоги, подвергает себя опасности. Но
на самом деле здесь нет несовместимости. Он подверг бы себя большей опасно-
сти, не подавая сигнала. Некоторые индивидуумы погибали, потому что они пода-
вали сигналы тревоги, особенно если эти сигналы было легко локализовать. Дру-
гие погибали, потому что не подавали сигналов. «Кэй-ви»-теория и теория «Ни-
когда не расстраивай рядов» — всего лишь два из многих других объяснений, по-
чему это происходит.
А как же быть со «стоттингом» у газели Томсона, о которой я упоминал в гл.
1 и кажущееся самоубийственным поведение которой заставило Ардри категориче-
ски утверждать, что его можно объяснить только групповым отбором? Это гораздо
более серьезный вызов теории эгоистичного гена. Крики тревоги у птиц выполня-
ют свою роль, но птицы явно стараются, чтобы они были как можно более осто-
рожными и не привлекали внимания хищника. Совсем иной характер носят прыжки в
высоту («стоттинг») у газели. Они настолько показные, что производят впечат-
ление откровенной провокации. Газели ведут себя так, будто они намеренно при-
влекают внимание хищника, будто они его дразнят. Это наблюдение привело к
созданию восхитительно смелой теории. Предтечей этой теории были идеи Н.
Смайта (N. Smythe), но, доведенная до своего логического завершения, она, не-
сомненно, принадлежит А. Захави.
Теорию Захави можно изложить следующим образом. Решающую роль в ней играет
идея о том, что «стоттинг» — сигнал, адресованный вовсе не другим газелям; на
самом деле он предназначен хищникам. Его действительно замечают другие газели
и он влияет на их поведение, но это, между прочим, так как он выработан отбо-
ром прежде всего как сигнал для хищника. В переводе на язык людей он означа-
ет : «Смотри, как высоко я могу прыгнуть; видишь, какая я ловкая и здоровая
газель, ты не сможешь поймать меня; гораздо разумнее попытаться поймать мою
соседку, которая не прыгает так высоко!» Выражаясь менее антропоморфно, гены,
детерминирующие способность к высоким демонстративным прыжкам, вряд ли будут
съедены хищниками, потому что хищники обычно выбирают жертву, которая выгля-
дит послабее. Многие хищники среди млекопитающих особенно склонны охотиться
за старыми и больными животными. Индивидуум, прыгающий на большую высоту, де-
монстрирует , сильно преувеличивая действительность, что он и не старый, и не
больной. Согласно этой теории, такое поведение отнюдь не альтруистично. Оно,
несомненно, эгоистично, так как его цель состоит в том, чтобы убедить хищника
охотиться за кем-нибудь другим. В некотором роде происходит соревнование,
чтобы выяснить, кто прыгает выше всех, а проигравший становится жертвой хищ-
ника.
Другой пример, к которому я обещал вернуться, это пчелы-камикадзе, жалящие
похитителей меда, но идущие при этом почти на верное самоубийство. Медоносная
пчела - это просто одно из насекомых с высоко развитым общественным образом
жизни; к общественным насекомым относятся также осы, муравьи и термиты. Я хо-
чу рассмотреть общественных насекомых вообще, а не только пчел-самоубийц.
Подвиги общественных насекомых легендарны, в особенности их поразительные
свершения в сфере сотрудничества и их кажущийся альтруизм. Типичными примера-
ми совершаемых ими чудес самоотверженности служат их самоубийственные нападе-
ния на похитителей меда. У некоторых муравьев существует каста «медовых бо-
чек» — рабочих особей с чудовищно раздутым брюшком, набитым пищей; они свеши-
ваются с потолка камеры, напоминая огромные лампочки, и единственная их функ-
ция состоит в том, чтобы служить складами пищи для других рабочих. С челове-
ческой точки зрения они даже и не живут на свете как индивидуумы; их индиви-
дуальность подчинена, по-видимому, благу сообщества. Сообщество муравьев,
пчел или термитов достигает некой индивидуальности более высокого уровня.
Распределение пищи настолько усовершенствовано, что можно говорить о своего
рода общинном желудке. Передача информации с помощью химических сигналов и
знаменитых «танцев» пчел столь эффективна, что сообщество ведет себя подобно
некой единице с собственной нервной системой и органам чувств. Вторгающихся
чужаков опознают и изгоняют с той же избирательностью, с какой действует им-
мунная система индивидуального организма. Температура в улье довольно высокая
и регулируется почти с такой же точностью, как температура человеческого те-
ла, хотя каждая отдельная пчела не является «теплокровным» животным. Наконец,
и что самое важное, аналогия распространяется и на размножение. Большинство
индивидуумов в сообществе насекомых составляют стерильные рабочие. «Линия за-
родышевых клеток» — линия, обеспечивающая непрерывность бессмертных генов, —
проходит через тела репродуктивных индивидуумов, составляющих меньшинство.
Это аналоги наших собственных репродуктивных клеток в наших семенниках и яич-
никах. А стерильные рабочие-аналоги наших печени, мышц и нервных клеток.
Самоубийственное поведение и другие формы альтруизма и сотрудничества между
рабочими перестают вызывать удивление, как только мы согласимся с тем, что
они стерильны. Тело нормального животного управляется таким образом, чтобы
обеспечить выживание его генов, как в результате рождения потомков, так и в
результате заботы о других индивидуумах, содержащих те же самые гены. Само-
убийство в заботе о других индивидуумах несовместимо с рождением в будущем
собственных потомков. Поэтому самоубийственное самопожертвование возникает в
процессе эволюции редко. Но у рабочей пчелы никогда не бывает собственных по-
томков . Все ее усилия направлены на сохранение своих генов путем заботы о
других родственных индивидуумах, не являющихся ее собственными потомками. Ги-
бель одной стерильной рабочей пчелы наносит ее генам не более серьезный урон,
чем сбрасывание одного листа генам дерева.
Рассматривая поведение общественных насекомых, невольно начинаешь впадать в
мистику, хотя реальных оснований для этого нет. Следует разобраться немного
подробнее, насколько хорошо оно вписывается в теорию эгоистичного гена и, в
частности, в том, как она объясняет эволюционное происхождение такого экстра-
ординарного явления, как стерильность рабочих у пчел, которая определяет
столь многое.
Колония общественных насекомых — это большая семья, состоящая из потомков
одной матери. Рабочие особи, которые никогда не размножаются, часто делятся
на несколько различных каст: мелкие рабочие, крупные рабочие, солдаты и такая
высокоспециализированная каста, как медовые бочки. Репродуктивных самок назы-
вают матками, а репродуктивных самцов — трутнями. В более высокоразвитых со-
обществах репродуктивные особи никогда не несут никаких иных функций, кроме
функции размножения, но эту задачу они выполняют весьма эффективно. Обеспече-
ние пищей и защита целиком ложатся на рабочих, которые, кроме того, заботятся
о молоди. У некоторых видов муравьев и термитов сильно раздувшаяся матка,
превратившаяся в гигантскую фабрику яиц, утрачивает почти всякое сходство с
насекомым; она в сотни раз крупнее рабочих и совершенно неспособна двигаться.
О ней непрерывно заботятся рабочие, которые обихаживают ее, кормят и перено-
сят непрерывно откладываемые ею яйца в ячейки для выращивания молоди. Если
такой чудовищной матке почему-либо приходится выйти из своей царской ячейки,
то это превращается в парадный выезд: матка восседает на спинах целых эскад-
ронов рабочих, которые еле тащатся под ее тяжестью.
В гл. 7 уже говорилось о различии между рождением потомков и заботой о них.
Было сказано, что в нормальных условиях при этом должны возникать смешанные
стратегии, сочетающие в себе обе эти функции. В гл. 5 было показано, что воз-
можны смешанные зволюционно стабильные стратегии двух общих типов. Либо пове-
дение каждого индивидуума в данной популяции относится к смешанному типу — в
этом случае в нем обычно разумно сочетаются функции рождения потомков и забо-
ты о них; либо популяция разделена на индивидуумов двух разных типов — подоб-
но тому, как при описанном ранее равновесии между Ястребами и Голубями. Зво-
люционно стабильное равновесие между функциями рождения потомков и заботы о
них теоретически может быть достигнуто вторым способом, т. е. разделением по-
пуляции на индивидуумов, рождающих потомков, и индивидуумов, заботящихся о
них. Однако такая стратегия окажется зволюционно стабильной лишь в случае
близкого родства последних с теми индивидуумами, о которых они заботятся; это
родство должно быть, по крайней мере, таким же близким, как если бы это были
их собственные дети. Хотя подобное направление эволюции теоретически возмож-
но, оно, по-видимому, смогло реализоваться только у общественных насекомых.
Для общественных насекомых характерно деление на два основных класса инди-
видуумов : одни рождают потомков, а другие выращивают их. К первым относятся
репродуктивные самцы и самки. Вторые — это рабочие, т. е. стерильные самцы и
самки у термитов и стерильные самки у всех других общественных насекомых. Как
первые, так и вторые выполняют свои функции более эффективно, потому что им
не приходится беспокоиться ни о чем другом. Но с чьей точки зрения это эффек-
тивно? Дарвиновской теории немедленно будет задан хорошо знакомый вопрос: «А
какую выгоду получают при этом рабочие?»
Некоторые люди отвечают на это: «Никакую». Они понимают, что матка поступа-
ет так, как ей угодно, управляя поведением рабочих с помощью химических воз-
действий в своих эгоистичных целях, т. е. заставляя их заботиться о ее собст-
венных многочисленных потомках. Это одна из разновидностей теории Александера
о манипуляции родителей, которой мы уже касались в гл. 8. Противоположная
точка зрения состоит в том, что рабочие относятся к репродуктивным особям как
к домашним животным, создавая все условия для того, чтобы они повышали свою
продуктивность, т. е. воспроизводили реплики генов рабочих. Конечно, машины
выживания, продуцируемые маткой, не являются потомками рабочих, но это все же
их близкие родственники. Именно Гамильтон высказал блестящую догадку, что (по
крайней мере, у муравьев, пчел и ос) рабочие на самом деле связаны с этими
потомками более близким родством, чем сама матка! Это привело его, а впослед-
ствии Трайверса и Хейра, к одному из самых грандиозных триумфов теории эгои-
стичного гена. Они рассуждали следующим образом.
Насекомые, принадлежащие к группе, известной под названием перепончатокры-
лых (Hymenoptera), к которым относятся муравьи, пчелы и осы, обладают крайне
своеобразной системой определения пола. Термиты, не относящиеся к перепонча-
токрылым, не обладают этой особенностью. В семье перепончатокрылых обычно бы-
вает только одна половозрелая матка. Она совершает в молодом возрасте лишь
один брачный вылет, запасаясь сперматозоидами на всю жизнь (на 10 лет и бо-
лее) . Эти сперматозоиды она использует постепенно на протяжении всех этих лет
для оплодотворения яиц во время их прохождения по половым путям. Однако опло-
дотворяются не все яйца. Из неоплодотворенных яиц развиваются самцы. Поэтому
у самца нет отца и все клетки его тела содержат лишь один набор хромосом (все
они получены от матери) вместо двух (одного от матери и одного от отца), как,
например, у человека. Прибегая к предложенной в гл. 3 аналогии, можно ска-
зать , что у самца перепончатокрылых в каждой клетке содержится лишь по одному
экземпляру каждого «тома» вместо обычных двух.
Что касается самки перепончатокрылого, то она нормальна в том смысле, что у
нее есть отец, и каждая клетка ее тела содержит обычный двойной набор хромо-
сом. Превратится ли самка в рабочего или в матку, зависит не от ее генов, а
от того, как ее выращивали. Это означает, что каждая самка несет полный набор
генов, необходимый для того, чтобы стать маткой, и полный набор генов, необ-
ходимый для развития рабочего; (или, вернее, наборы генов, детерминирующих
каждую специализированную касту рабочих, солдат и т. п.) . Какой набор генов
будет реализован, зависит от условий, в которых выращивают самку, а в особен-
ности пищи.
Такова в общих чертах система определения пола у перепончатокрылых, хотя
имеется много осложняющих обстоятельств. Нам неизвестно, как возникла эта не-
обыкновенная форма полового размножения. Несомненно, тому были веские причи-
ны, однако пока что нам следует относиться к ней как к любопытному факту био-
логии перепончатокрылых. Какими бы ни были первоначальные причины этого свое-
образия, оно полностью разрушает изложенные в гл. 6 четкие правила для вычис-
ления коэффициента родства. Оно означает, что сперматозоиды отдельного самца
вместо того, чтобы отличаться друг от друга, как у человека, совершенно оди-
наковы . В каждой клетке тела самца имеется лишь один, а не два набора генов.
Поэтому каждый сперматозоид получает полный набор генов, а не 50%-ную выбор-
ку, и все сперматозоиды, продуцируемые данным самцом, идентичны. Постараемся
теперь вычислить коэффициент родства между матерью и сыном. Если известно,
что у данного самца имеется ген А, то какова вероятность наличия этого гена у
его матери? Эта вероятность равна 100%, так как у самца не было отца, и все
свои гены он получил от матери. Допустим теперь, что у некой матки имеется
ген — Д. Вероятность того, что у ее сына будет этот ген, составляет всего
50%, поскольку сын содержит лишь половину генов матери. Это кажется противо-
речивым, но на самом деле противоречия здесь нет. Самец получает все свои ге-
ны от матери, но мать отдает сыну только половину своих генов. Разрешение
этого кажущегося парадокса кроется в том, что клетки самца содержат лишь по-
ловину нормального числа генов. Нет смысла ломать себе голову над тем, чему
равен «истинный» коэффициент родства — 1/2 или 1. Этот коэффициент — мера,
придуманная человеком, и если в отдельных случаях он создает трудности, то
следует отказаться от него и вернуться на исходные позиции. С точки зрения
гена, находящегося в теле матки, вероятность наличия этого гена у одного из
ее сыновей или, дочерей равна 1/2. Поэтому с точки зрения матки ее потомки,
независимо от их пола, находятся с ней в таком же близком родстве, как мать
со своими детьми у человека.
Положение осложняется, когда дело доходит до сестер. Родные сестры не про-
сто дочери одного и того же отца: зачавшие их сперматозоиды идентичны по всем
своим генам. Поэтому сестры в том, что касается генов, полученных ими от ро-
дителей, равноценны однояйцовым близнецам. Если у одной самки имеется ген А,
то она могла получить его либо от отца, либо от матери. Если она получила его
от матери, то с вероятностью 50% он имеется и у ее сестры. Но если он достал-
ся ей от отца, то вероятность наличия этого гена у ее сестры равна 100%. По-
этому у перепончатокрылых коэффициент родства между родными сестрами равен не
1/2, как у других животных с обычным половым размножением, а 3/4.
Отсюда следует, что у перепончатокрылых самка связана со своими сестрами
более тесным родством, чем со своими потомками как одного, так и другого по-
ла. По мнению Гамильтона (хотя он излагал его несколько иначе), вполне воз-
можно, что это обстоятельство предрасполагает самку ухаживать за своей мате-
рью как за эффективной машиной, производящей сестер. Ген, детерминирующий
создание сестер косвенным образом, реплицируется быстрее, чем ген, детермини-
рующий непосредственное произведение на свет потомков. В результате в процес-
се эволюции возникла стерильность рабочих. Вероятно, нельзя считать случайно-
стью, что истинно общественный образ жизни одновременно со стерильностью ра-
бочих возникал у перепончатокрылых не менее, чем 11 раз и притом всякий раз
независимо, но лишь единственный раз во всем остальном животном мире, а имен-
но у термитов.
Здесь имеется, однако, один подвох. Для того, чтобы рабочие могли успешно
ухаживать за своей матерью, всячески заботясь о ней как о машине, производя-
щей сестер, они должны как-то сдерживать ее естественное стремление произво-
дить такое же число маленьких братьев. С точки зрения рабочего (напомним, что
это самка) вероятность того, что каждый отдельный рабочий будет нести один
определенный материнский ген, равна всего лишь 1/4. Поэтому, если бы матке
была предоставлена возможность производить репродуктивных потомков в равных
долях, то заботы о ней не окупались бы, во всяком случае, с точки зрения ра-
бочих: все их труды не приводили бы к максимизации числа их драгоценных ге-
нов .
Трайверс и Хейр понимали, что рабочие, очевидно, стараются сдвинуть соотно-
шение полов в пользу самок. Взяв расчеты Фишера для оптимального соотношения
полов (см. гл. 9), они переработали их для особого случая перепончатокрылых.
Оказалось, что стабильное отношение вклада для матери составляет, как обычно,
1:1. Однако стабильное соотношение для сестры равно 3:1 в пользу сестер, а не
братьев. Для самки перепончатокрылых наиболее эффективный способ воспроизвод-
ства своих генов состоит в том, чтобы воздерживаться самой от размножения,
предоставив своей матери производить для нее репродуктивных сестер и братьев
в соотношении 3:1. Если, однако, самка должна иметь собственных потомков, то
лучшее, что она может сделать для блага своих генов, это рожать репродуктив-
ных сыновей и дочерей в равном соотношении.
Как уже было показано, различие между маткой и рабочими не является генети-
ческим. В том, что касается генов, эмбрион самки может стать либо рабочей
особью, которая «желает» соотношения полов 3:1, либо маткой, «желающей» соот-
ношения 1:1. Что же означает это «желание»? Оно означает, что ген, находящий-
ся в теле матки, воспроизводит себя наилучшим образом, если это тело вносит
равные вклады в производство репродуктивных сыновей и дочерей. Но тот же са-
мый ген, если он находится в теле рабочей самки, будет воспроизводиться лучше
всего, если он заставит мать этого тела рожать больше дочерей, чем сыновей. В
действительности здесь нет парадокса. Ген должен наилучшим образом использо-
вать имеющиеся в его распоряжении рычаги власти. Если он может оказать влия-
ние на развитие тела, которому суждено превратиться в матку, то он, чтобы ис-
пользовать это влияние, прибегнет к одной оптимальной стратегии. Если же он в
состоянии повлиять на способ развития тела рабочего, то он использует для
этого другую стратегию.
Это означает, что на «ферме» перепончатокрылых существует столкновение ин-
тересов . Матка «старается» вносить равные вклады в самцов и самок. Рабочие
пытаются сместить соотношение репродуктивных особей так, чтобы на каждого
самца приходилось по три самки. Если мы вправе представить рабочих как ферме-
ров, а матку — как племенную кобылу, то следует предполагать, что рабочие ус-
пешно достигнут желательного для них соотношения 3:1. Если же нет, если матка
и в самом деле «царица», а рабочие — ее рабы и послушные няньки в царских яс-
лях , то следует ожидать соотношения 1:1, которое «предпочитает» матка. Кто
побеждает в этом особом случае битвы поколений? Данная ситуация поддается
проверке, которую и предприняли Траиверс и Хейр, использовав большое число
видов муравьев.
Среди соотношений полов интерес представляет соотношение репродуктивных
самцов и самок. Периодически из гнезд муравьев происходят как бы выбросы
крупных крылатых форм, отправляющихся в брачные полеты, после чего молодые
матки предпринимают попытки основать новую семью. Эти-то крылатые формы и на-
до подсчитывать, чтобы оценить соотношение полов. У многих видов репродуктив-
ные самцы и самки сильно различаются по размерам. Это осложняет дело, по-
скольку , как уже говорилось в гл. 9, расчеты Фишера относительно оптимального
соотношения полов строго приложимы не к числу самцов и самок, а к количеству
вкладов в самцов и самок. Траиверс и Хейр учли это, взвешивая муравьев. Они
определяли соотношение полов по вкладам в репродуктивных индивидуумов у 20
видов муравьев. Их результаты достаточно близки к соотношению 3 самки : 1 са-
мец, предсказанному теорией, т. е. подтверждают, что рабочие муравьи команду-
ют парадом в собственных интересах.
Создается, таким образом, впечатление, что у изученных муравьев в конфликте
интересов «побеждают» рабочие. Это не слишком удивляет, поскольку тела рабо-
чих, охраняющих питомники, в практическом отношении обладают большей силой,
чем тела маток. Гены, пытающиеся подчинить себе мир через тела маток, не мо-
гут одолеть гены, властвующие над миром через тела рабочих. Интересно было бы
найти какие-то особые обстоятельства, при которых матки могли бы обладать
большей практической властью, чем рабочие. Траиверс и Хейр поняли, что суще-
ствует одно именно такое обстоятельство, которое можно использовать для кри-
тической проверки теории.
Война муравьев.
Оно связано с тем, что некоторые виды муравьев заводят себе рабов. У таких
видов рабочие либо вовсе не занимаются своим обычным делом, либо выполняют
его плохо. Зато они очень хорошо умеют захватывать рабов. Настоящие войны, в
которых большие армии противников дерутся насмерть, известны только у челове-
ка и у общественных насекомых. У многих видов муравьев специализированная
каста, известная под названием солдат, вооружена устрашающими челюстями и от-
дает все свое время сражениям за свою семью против армий других муравьев. На-
беги за рабами — это просто одно из военных действий. Охотники за рабами на-
падают на гнездо муравьев другого вида, убивают рабочих или солдат, которые
его защищают, и уносят с собой расплод. Молодь вылупляется в гнезде своих по-
работителей и, не «понимая», что попала в рабство, начинает действовать в со-
ответствии со встроенными в ее нервную систему программами. Рабочие, захваты-
вающие рабов, или солдаты продолжают совершать набеги за новыми рабами, а в
их гнездах рабы выполняют повседневные функции, связанные с уборкой, фуражи-
рованием и уходом за молодью.
Рабы, конечно, находятся в счастливом неведении о том, что они не связаны
родством ни с матерью, ни с молодью, за которой они ухаживают. Невольно они
выращивают новые отряды рабовладельцев. Не может быть сомнений, что естест-
венный отбор, действуя на гены рабского вида, благоприятствует «антирабским»
адаптациям. Однако эти адаптации, по-видимому, недостаточно эффективны, пото-
му что рабство оказалось широко распространенным явлением.
С рассматриваемых здесь позиций интерес представляет следующее последствие
рабства: матка вида, захватывающего рабов, получает возможность сдвигать со-
отношение полов в ту сторону, которую она «предпочитает». Это связано с тем,
что ее собственные, действительно рожденные ею потомки — захватчики рабов —
уже не имеют практической власти в яслях. Власть эта оказалась в руках рабов.
Рабы «думают», что они ухаживают за своими собственными сибсами и, надо пола-
гать , делают всё то, что им надлежало, бы делать в своих собственных гнездах
для достижения желаемого соотношения 3:1 в пользу сестер. Но матка рабовла-
дельческого вида в состоянии принять контрмеры, нейтрализовать которые рабы
не могут, так как между ними и молодью нет никакого родства, и они соответст-
венно не подвергаются отбору.
Допустим, например, что у какого-то вида муравьев матки «пытаются» замаски-
ровать яйца мужского пола, придавая им запах яиц женского пола. В нормальной
ситуации естественный отбор поддержит любую тенденцию рабочих «разгадать» об-
ман. Можно представить себе эволюционную битву, в которой матки постоянно
«меняют код», а рабочие «расшифровывают» его. Выиграет битву тот, кто сумеет
передать следующему поколению больше своих генов через тела репродуктивных
индивидуумов. Как мы убедились, побеждают обычно рабочие. Но когда код изме-
няет матка рабовладельческого вида, то среди рабочих-рабов не может произойти
отбор на способность к его расшифровке, потому что ген, детерминирующий эту
способность, не содержится ни в одном из репродуктивных индивидуумов, а сле-
довательно, не может передаваться по наследству. Все репродуктивные индиви-
дуумы принадлежат к рабовладельческому виду, т. е. связаны родством с маткой,
но не с рабами. Если гены рабов и попадают в каких-то репродуктивных индиви-
дуумов, то последние непременно должны происходить из того гнезда, из которо-
го были похищены сами эти рабы. Так что рабочие-рабы в лучшем случае будут
заниматься расшифровкой кода, не имеющего к ним никакого отношения! Поэтому
матки рабовладельческого вида могут безнаказанно изменять свои гены, отнюдь
не рискуя, что гены, детерминирующие способность к расшифровке кода, будут
переданы следующему поколению.
Результат этих сложных рассуждений сводится к тому, что у рабовладельческих
видов соотношение вкладов в репродуктивных индивидуумов двух полов, очевидно,
должно быть ближе к 1:1, а не к 3:1. Хоть в одном случае матка сможет посту-
пать так, как ей угодно. Именно это и установили Трайверс и Хэйр, хотя они
изучали только два рабовладельческих вида.
Должен подчеркнуть, что я несколько идеализировал всю эту историю. В реаль-
ной жизни не все так просто и ясно. Например, самый хорошо знакомый нам вид
общественных насекомых — медоносная пчела — ведет себя, казалось бы, совсем
«неправильно». Вклад в трутней значительно превышает у нее вклад в маток, что
представляется нелепым с точки зрения, как рабочих пчел, так и самой матки.
Гамильтон предложил возможное решение этой загадки. Он указал, что когда пче-
линая матка покидает улей, ее сопровождает большая толпа рабочих, которые по-
могают ей основать новую семью. Для родного улья эти рабочие потеряны навсе-
гда и затраченные на них ресурсы следует включить в стоимость размножения: на
каждую матку, покидающую улей, необходимо произвести на свет большое число
дополнительных рабочих. Вклады в этих дополнительных рабочих пчел следует
рассматривать как часть вклада в репродуктивных самок. При вычислении соотно-
шения полов дополнительных рабочих пчел следует приплюсовать к маткам. Так
что, в конечном счете, это не такое уж серьезное затруднение для теории.
Большая проблема для этой элегантной теории возникает в связи с тем, что у
некоторых видов молодая матка во время своего брачного полета спаривается не
с одним, а с несколькими самцами. Это означает, что коэффициент родства между
ее дочерьми в среднем ниже, чем 3/4, а в некоторых экстремальных случаях мо-
жет даже приближаться к 1/4. Соблазнительно, хотя, возможно, не очень логич-
но, рассматривать это как хитрый удар, наносимый матками рабочим! Можно было
бы думать, что рабочие пчелы должны сопровождать матку в ее брачном полете,
чтобы помешать ей спариваться больше одного раза. Но это никак не поможет
собственным генам рабочих — только генам следующего их поколения. Среди рабо-
чих как класса нет духа профессиональной солидарности. Каждый из них заботит-
ся лишь о собственных генах. Рабочей пчеле, быть может, «хотелось бы» сопро-
вождать свою собственную мать, но ей не предоставилось такой возможности, по-
скольку она не была зачата в эти дни. Молодая матка, совершающая свой брачный
полет, приходится имеющемуся на данный момент поколению рабочих пчел сестрой,
а не матерью. Поэтому они будут на ее стороне, а не на стороне следующего по-
коления рабочих, которые приходятся им всего лишь племянницами. У меня закру-
жилась голова, так что давно пора закрыть эту тему.
Я воспользовался аналогией с фермерством при описании отношения рабочих к
их маткам у перепончатокрылых. Их ферма — это генная ферма. Рабочие использу-
ют свою мать как более эффективного производителя копий своих собственных ге-
нов, чем они сами. Гены сходят с конвейера, упакованные в контейнеры, назы-
ваемые репродуктивными индивидуумами. Эту аналогию с фермой не следует путать
с совершенно иного рода фермерством, которым занимаются общественные насеко-
мые . Общественные насекомые задолго до человека обнаружили, что оседлый образ
жизни и «земледелие» могут быть более эффективными, чем охота и собирательст-
во.
Например, несколько видов муравьев в Новом Свете и независимо от них терми-
ты в Африке разводят «грибные сады». Наиболее хорошо изучены среди них так
называемые муравьи-листорезы (или зонтичные муравьи) Южной Америки. Они тру-
дятся необыкновенно успешно. В некоторых муравейниках листорезов обитает бо-
лее двух миллионов муравьев. Гнезда листорезов состоят из переплетения пере-
ходов и галерей, широко раскинувшихся под землей на глубине 3 метров и более;
роя эти туннели, муравьи выбрасывают на поверхность до 40 тонн земли! В под-
земных камерах помещаются грибные сады. Муравьи специально высевают грибы оп-
ределенного вида на грядки из компоста, который они изготовляют, разжевывая
листья на мелкие кусочки. Вместо того, чтобы просто собирать листья и питать-
ся ими, рабочие делают из них компост. «Аппетит» на листья у муравьев-
листорезов чудовищный, что делает их опасными вредителями, но листья служат
пищей не для них, а для выращиваемых ими грибов. В конечном счете, муравьи
собирают конидии грибов, которыми кормят своих личинок и питаются сами. Грибы
расщепляют растительную ткань более эффективно, чем желудки самих муравьев; в
этом и состоит выгода, которую извлекают из выращивания грибов муравьи. Воз-
можно, что грибам такая ситуация также выгодна: хотя муравьи поедают конидии
грибов, они распространяют их споры более эффективно, чем это делает механизм
распространения, существующий у самих грибов. Кроме того, муравьи «пропалыва-
ют» грибные сады, уничтожая грибы других видов. Это, вероятно, идет на пользу
грибам, выращиваемым муравьями, так как устраняет конкуренцию. Можно даже го-
ворить о существовании между муравьями и грибами отношений, основанных на
взаимном альтруизме. Примечательно, что очень сходная система разведения гри-
бов независимо возникла у термитов, не связанных с муравьями никаким родст-
вом.
Муравьи-листорезы при уходе за своей грибницей.
Муравьи не только выращивают растения, но и держат домашних животных. Тли —
в частности зеленая яблоневая тля и другие виды — высоко специализированы к
высасыванию сока у растений. Они очень эффективно выкачивают соки из расти-
тельных тканей, но не переваривают их до конца. В результате тли выделяют
жидкость, из которой питательные вещества экстрагированы лишь частично. Ка-
пельки богатой сахарами «медвяной росы», или пади, выделяются на заднем конце
тела с высокой скоростью: иногда за один час тля выделяет больше пади, чем
весит сама. Обычно медвяная роса падает на землю (быть может, это та самая
ниспосланная Провидением «манна»2, о которой говорится в Ветхом Завете). Но
муравьи некоторых видов перехватывают росу, как только она выходит из тела
насекомого. Муравьи даже «доят» тлей, поглаживая задние части их тела своими
усиками и лапками. В ответ на это тли в некоторых случаях, по-видимому, за-
держивают выделение своих капелек до тех пор, пока какой-нибудь муравей не
погладит их, и даже втягивают капельку назад, пока муравей не будет готов
принять ее. Высказывалось также мнение, что у некоторых тлей задняя часть те-
ла на вид и на ощупь сходна с лицевой частью головы муравья, что повышает
привлекательность тлей для муравьев. Какую же выгоду извлекают из этой связи
сами тли? По-видимому, муравьи защищают их от врагов. Подобно крупному рога-
тому скоту, тли живут в укрытиях, и те их виды, которых особенно эффективно
используют муравьи, утратили свои обычные защитные механизмы. В некоторых
случаях муравьи ухаживают за яйцами тлей в своих подземных гнездах, кормят
молодь тлей и, наконец, когда они вырастают, осторожно выносят их наверх, на
охраняемые пастбища.
2 Есть версия, что «тающая с восходом солнца» манна — это загустевшие капли сока,
выделяемые растением тамариск и перерабатываемые видом тли, живущей на Синае. Весьма
распространена «лишайниковая» версия происхождения. Среди лишайников-аэрофитов при-
мечательна так называемая «лишайниковая манна» (виды рода Aspicilia) : её слоевища
съедобны; не закреплённые на чём-либо, они могут переноситься ветром на многие кило-
метры .
Муравьи-животноводы.
Взаимоотношения между представителями двух разных видов, выгодные для них
обоих, называют мутуализмом или симбиозом. Члены разных видов часто могут
предложить друг другу много различных услуг, потому что каждый из них облада-
ет различными «талантами». Такого рода глубокая асимметрия может привести к
эволюционно стабильным стратегиям, основанным на взаимовыгодной кооперации.
Ротовой аппарат тлей приспособлен к высасыванию сока из растений, но для са-
мозащиты такие сосущие ротовые части бесполезны. Муравьи же неспособны выса-
сывать соки из растений, но умеют хорошо драться. Отбор благоприятствовал со-
хранению в генофонде тлей генов, детерминирующих сотрудничество с муравьями.
Взаимовыгодные симбиотические отношения часто встречаются среди животных и
растений. На первый взгляд лишайник кажется отдельным растением, как любое
другое. Но на самом деле лишайник состоит из гриба и зеленой водоросли, нахо-
дящихся в тесном симбиозе. Ни один из них не может существовать без другого.
Если бы их единение стало еще чуть теснее, мы уже не могли бы говорить, что
лишайник состоит из двух организмов. Быть может, существуют и другие организ-
мы, состоящие из соединенных воедино представителей двух или нескольких ви-
дов , а мы просто этого не знаем? Может быть, к их числу относимся и мы сами?
В каждой из наших клеток имеются многочисленные маленькие тельца, называе-
мые митохондриями. Митохондрии — это химические заводы, поставляющие большую
часть необходимой нам энергии. Утрата митохондрий повлекла бы за собой смерть
в течение нескольких секунд. Существует правдоподобное предположение, что по
своему происхождению митохондрий являются симбиотическими бактериями, всту-
пившими в союз с нашими клетками на очень ранних стадиях эволюции. Сходные
предположения высказываются и относительно других маленьких телец, находящих-
ся в наших клетках. Это одна из тех революционных идей, которые трудно при-
нять сразу — к ним нужно привыкнуть, но время для этого настало. Я выдвигаю
гипотезу, что в будущем мы примем более радикальную идею, согласно которой
каждый из наших генов представляет собой симбиотическую единицу. Люди — это
гигантские колонии симбиотических генов. Говорить о наличии настоящих доказа-
тельств в пользу этой идеи нельзя, но, как я старался показать в предыдущих
главах, она, в самом деле, коренится в наших представлениях о характере дей-
ствия генов у организмов с половым размножением. Однако вслед за этим логично
допустить, что вирусы — это гены, оторвавшиеся от таких колоний, как человек.
Вирусы состоят из чистой ДНК (или аналогичной самореплицирующейся молекулы),
окруженной белковой оболочкой. Все они паразиты. Предполагается, что они воз-
никли из «взбунтовавшихся» генов, которые освободились и теперь путешествуют
из тела в тело прямо по воздуху, а не более традиционным способом — в таких
«экипажах», как сперматозоиды и яйцеклетки. Если это так, то мы могли бы с
тем же успехом рассматривать себя как колонию вирусов. Некоторые из этих ви-
русов ведут себя как симбионты, переходя из тела в тело в сперматозоидах и
яйцеклетках. Это наши обычные «гены». Другие ведут паразитический образ жизни
и путешествуют любыми доступными им способами. Если эта паразитическая ДНК
перемещается в сперматозоидах и яйцеклетках, то она, возможно, и составляет
тот «парадоксальный» избыток ДНК, о котором я упоминал в гл. 3. Если же она
перемещается по воздуху или же другими прямыми способами, то ее называют «ви-
русом» в обычном смысле.
Строение лишайника.
Все это, однако, спекуляции для будущего. В настоящее же время нас интере-
сует симбиоз на высшем уровне: взаимоотношения между многоклеточными организ-
мами, а не внутри них. Словом «симбиоз» принято обозначать ассоциации между
представителями различных видов. Но теперь, когда мы старательно избегаем то-
го, чтобы рассматривать эволюцию как процесс, направленный «на благо вида», у
нас, очевидно, нет логических оснований рассматривать ассоциации между пред-
ставителями разных видов как нечто, отличное от ассоциаций между представите-
лями одного и того же вида. В общем взаимовыгодные ассоциации возникают в тех
случаях, когда каждый партнер извлекает из них больше пользы, чем вкладывает
в них. Это относится как к членам данной стаи гиен, так и к ассоциациям между
такими резко различающимися организмами, как муравьи и тли или пчелы и расте-
ния. На практике не всегда удается различать случаи истинной двусторонней
обоюдной выгоды от случаев односторонней эксплуатации.
Эволюцию взаимовыгодных ассоциаций теоретически нетрудно себе вообразить,
если блага предоставляются и принимаются одновременно, как в случае партне-
ров, образующих лишайник. Проблемы возникают в тех случаях, когда между пре-
доставлением помощи и расплатой за нее проходит какое-то время. Это происхо-
дит потому, что у партнера, первым воспользовавшегося услугой, может возник-
нуть соблазн смошенничать и отказаться от расплаты, когда придет его очередь.
Решение этой проблемы представляет интерес и заслуживает подробного обсужде-
ния . Лучше всего сделать это на каком-либо гипотетическом примере.
Представим себе некий вид птиц, на котором паразитирует особенно вредный
клещ, служащий переносчиком какой-то опасной болезни. Этих клещей следует
удалять, причем как можно быстрее. Обычно каждая птица сама обирает с себя
клещей, когда чистит перья. Однако одна часть тела недоступна ее клюву — ма-
кушка головы. Всякий человек быстро решит эту проблему. Хотя сам он, вероят-
но, и не сможет снять клеща с собственной головы, ему достаточно попросить об
этом приятеля. Впоследствии он может отплатить этому приятелю тем же. Взаим-
ные услуги такого рода действительно очень часто встречаются как у птиц, так
и у млекопитающих.
Интуитивно здесь все ясно. Всякий, кто способен к осознанному предвидению,
может понять, что договориться о взаимном чесании спины вполне разумно. Одна-
ко мы уже научились остерегаться сразу принимать то, что интуитивно представ-
ляется разумным. Ген неспособен к предвидению. Может ли теория эгоистичного
гена объяснить взаимное почесывание спины, или «реципрокный альтруизм», если
между услугой и ответной услугой существует разрыв во времени? Уильяме вкрат-
це рассмотрел эту проблему в своей книге (Williams, 1966), на которую я уже
ссылался. Он, как и Дарвин, пришел к выводу, что отложенный ответный альтру-
изм может возникнуть у видов, способных узнавать и запоминать друг друга как
конкретных индивидуумов. Трайверс (Trivers, 1971) продолжил эту тему. В то
время он не был знаком с концепцией Мзйнарда Смита об эволюционно стабильной
стратегии. Мне кажется, что если бы он знал о ней, то использовал бы эту кон-
цепцию, так как она позволяет естественным образом выразить его идеи. Его
ссылка на «парадокс заключенных» — излюбленную головоломку теории игр — пока-
зывает, что его мысли уже бродили в том же направлении.
Допустим, что у индивидуума В на макушке головы сидит паразит. Индивидуум А
удаляет его. Спустя какое-то время такой же паразит оказывается на голове у
А. Он, естественно, находит В, с тем чтобы В мог отплатить ему за его добрый
поступок. Но В задирает нос и удаляется. В — обманщик, пользующийся альтруиз-
мом других индивидуумов, но не желающий расплачиваться за это или расплачи-
вающийся в недостаточной степени. Обманщики живут лучше, чем неразбирающиеся
в других индивидуумах альтруисты, потому что они добывают себе жизненные бла-
га , не расплачиваясь за это. Разумеется, расходы на удаление опасного парази-
та с головы другого индивидуума невелики, однако пренебрегать ими не следует.
На эту процедуру было затрачено некоторое количество ценной энергии и време-
ни.
Рассмотрим конкретную популяцию, состоящую из индивидуумов, использующих
одну из двух стратегий. Как и в анализах Мзйнарда Смита, речь идет не об
осознанных стратегиях, а о бессознательных программах поведения, закладывае-
мых генами. Дадим этим двум стратегиям названия Простак и Плут. Простаки сни-
мают паразитов с любого, кому это нужно, без разбора. Плуты принимают аль-
труистичные услуги со стороны Простаков, но сами никогда не оказывают услуг
никому, даже тем, кто раньше оказывал аналогичные услуги им самим. Как и в
случае Ястребов и Голубей, мы произвольно устанавливаем цену услуги в очках.
Точные цены не имеют значения при условии, что выгода от получения услуги
превосходит связанные с ней затраты. Если частота нападения паразита высока,
то каждый отдельный Простак в популяции, состоящей из Простаков, имеет шансы
воспользоваться услугами своих сотоварищей примерно так же часто, как он сам
оказывает им эту услугу. Поэтому средний выигрыш для Простака, находящегося
среди Простаков, будет положительным. Все они, в сущности, благоденствуют,
так что название Простаков кажется для них неподходящим. Допустим теперь, что
в популяции появился Плут. Будучи единственным Плутом, он может рассчитывать
на то, что все остальные члены популяции будут вытаскивать из него паразитов,
а ему самому расплачиваться за это не придется. Его средний выигрыш выше
среднего для Простака. Поэтому плутовские гены начнут распространяться в по-
пуляции, а гены простоты будут быстро элиминированы. Это объясняется тем,
что, независимо от соотношения в популяции Плутов и Простаков, первые всегда
будут в более выгодном положении. Рассмотрим, например, случай, когда популя-
ция состоит на 50% из Плутов и на 50% из Простаков. Средний выигрыш как для
тех, так и для других будет ниже, чем для каждого отдельного индивидуума в
популяции, целиком состоящей из Простаков. Но все же Плуты находятся в лучшем
положении, так как они извлекают все выгоды, какими бы они ни были, не рас-
плачиваясь за это ничем. Когда доля Плутов достигнет 90%, средний выигрыш для
всех индивидуумов станет очень низким: многие индивидуумы и одного и другого
типа будут погибать от инфекций, переносимых клещами. Но опять-таки Плуты
окажутся в лучшем положении, чем Простаки. Даже если популяция в целом дойдет
до полного вымирания, никогда не настанет такой период, когда выигрыш Проста-
ков превысит выигрыш Плутов. Поэтому до тех пор, пока мы рассматриваем только
эти две стратегии, ничто не может остановить вымирание Простаков, а весьма
вероятно, и вымирание всей популяции.
Допустим теперь, что существует третья стратегия под названием Злопамятный.
Злопамятные удаляют паразитов с незнакомцев и с тех индивидуумов, которые
раньше оказывали эту услугу им самим. Если, однако, какой-то индивидуум обма-
нет их, они запоминают этот инцидент и затаивают против него злобу, отказыва-
ясь в дальнейшем вытаскивать из него паразитов. В популяции, состоящей из
Злопамятных и Простаков, невозможно отличить одних от других. Индивидуумы
обоих типов проявляют альтруизм ко всем остальным и извлекают из него одина-
ковый и притом высокий средний выигрыш. В популяции, состоящей исключительно
из Плутов, один Злопамятный не добился бы большого успеха. Он затратил бы
много энергии, удаляя паразитов с большинства встречающихся ему индивидуумов,
поскольку ему потребуется известное время, чтобы выработать злопамятность по
отношению к ним ко всем. При этом никто не будет оказывать ему ответную услу-
гу. Если доля Злопамятных мала по сравнению с долей Плутов, то ген злопамят-
ности будет элиминирован. Если же Злопамятным удастся повысить свою числен-
ность до некоторой критической доли, то их шансы встретиться друг с другом
станут достаточно высокими, чтобы компенсировать напрасные усилия, затрачен-
ные на обирание паразитов с Плутов. По достижении этой критической доли Зло-
памятные начнут получать в среднем больший выигрыш, чем Плуты, которые со все
возрастающей скоростью будут двигаться к вымиранию. Когда Плуты приблизятся к
вымиранию почти вплотную, этот процесс замедлится, и они могут довольно долго
сохраняться в популяции как меньшинство. Это объясняется тем, что для каждого
отдельного редко встречающегося Плута вероятность дважды столкнуться с одним
и тем же Злопамятным очень мала; а поэтому доля в популяции индивидуумов, за-
таивших злобу на каждого данного Плута, будет невелика.
Я рассказывал об этих стратегиях так, как если бы интуитивно было очевид-
ным, что именно таким образом все и произойдет. На самом же деле это не столь
очевидно, и я в качестве предосторожности проверил справедливость своих ин-
туитивных ощущений, смоделировав весь процесс на компьютере. Стратегия Злопа-
мятного действительно оказалась эволюционно стабильной относительно стратегий
Простака и Плута в том смысле, что популяцию, значительную долю которой со-
ставляют Злопамятные, не смогут захватить ни Плуты, ни Простаки. Однако стра-
тегия Плута также эволюционно стабильна, так как популяцию, значительную долю
которой составляют Плуты, не могут захватить ни Злопамятные, ни Простаки. По-
пуляция может существовать при любой из этих двух ЭСС. В конечном счете, она
может одним рывком перейти от одной стратегии к другой. В зависимости от точ-
ных значений выигрышей (принятые при моделировании допущения были, конечно,
совершенно произвольными) одна или другая из этих двух ЭСС будет иметь более
широкую «зону притяжения» и будет достигнута с большей вероятностью. Обрати-
те, между прочим, внимание на то, что хотя шансы на вымирание у популяции
Плутов выше, чем у популяции Злопамятных, это отнюдь не влияет на ее статус
как одной из ЭСС. Если данная популяция достигает такой ЭСС, которая ведет ее
к вымиранию, то она вымирает; что ж, тем хуже для нее.
Очень занятно наблюдать за компьютерной моделью при следующих начальных ус-
ловиях: сильное преобладание Простаков, небольшое, чуть выше критического,
число Злопамятных и примерно такое же небольшое число Плутов. Прежде всего,
наступает крах популяции Простаков в результате отчаянной эксплуатации со
стороны Плутов. Численность последних резко возрастает, достигая пика как раз
в момент гибели последнего Простака. Но Плутам предстоит еще иметь дело со
Злопамятными. Во время стремительной гибели Простаков численность Злопамятных
медленно снижается под градом ударов со стороны процветающих Плутов, но им
все же удается удерживаться на исходном уровне. После того, как погиб послед-
ний Простак и Плуты уже не могут так безнаказанно продолжать свою эгоистичную
эксплуатацию, численность Злопамятных начинает медленно повышаться за счет
снижения численности Плутов. Повышение их численности неуклонно набирает ско-
рость . Ускорение идет круто вверх, популяция Плутов сокращается, приближаясь
к вымиранию, а затем это сокращение несколько замедляется, поскольку Плуты
начинают пользоваться преимуществами своей низкой частоты и связанной с этим
относительной свободой от Злопамятных. Однако медленно и неумолимо Плуты гиб-
нут и Злопамятные остаются единственной силой. Парадоксальным образом в на-
чальный период присутствие Простаков фактически было опасным для Злопамятных,
потому что они обеспечивали временное процветание Плутов.
Между прочим, мой гипотетический пример о том, что отсутствие груминга
опасно для животных, вполне правдоподобен. У мышей, содержащихся в изоляции,
развиваются неприятные язвы на тех частях головы, до которых они не могут до-
браться. При групповом содержании мышей таких поражений не возникает, так как
животные вылизывают друг другу головы. Было бы интересно проверить теорию ре-
ципрокного альтруизма экспериментально, и, вероятно, мыши могут послужить
подходящим материалом для такого исследования.
Трайверс рассматривает замечательный симбиоз рыб-чистильщиков с другими ви-
дами. Известно примерно 50 видов мелких рыб и креветок, питающихся паразита-
ми, которых они снимают с поверхности тела более крупных рыб и других живот-
ных. Крупной рыбе выгодно, что ее очищают от паразитов, а чистильщики обеспе-
чивают себя, таким образом, обильной пищей, т. е. между ними существует сим-
биоз . Во многих случаях крупная рыба открывает рот и разрешает чистильщикам
заплывать в ротовую полость, чтобы почистить ей зубы, после чего они выплыва-
ют наружу через жаберные щели, очищая также и их. Можно было бы предположить,
что крупная рыба дождется, пока ее всю не очистят от паразитов, а затем жадно
проглотит чистильщика. Однако она обычно отпускает его целым и невредимым.
Это можно считать явным проявлением альтруизма, поскольку во многих случаях
чистильщик имеет такие же размеры, как обычные жертвы крупной рыбы.
Чистильщикам свойственны особая полосатая окраска и своеобразные танцеваль-
ные движения, служащие их опознавательными признаками. Крупные рыбы обычно не
поедают мелких рыбешек, которые обладают такими характерными полосками и при-
ближаются к ней, выполняя соответствующий танец. Напротив, они впадают в со-
стояние, напоминающее транс, предоставляя чистильщикам свободный доступ не
только к своей наружной поверхности, но и пропуская их в ротовую полость.
Зная сущность эгоистичных генов, не приходится удивляться, что безжалостные
эксплуататоры — Плуты тут же воспользовались этим. Существуют виды мелких
рыб, внешне неотличимые от чистильщиков и демонстрирующие такие же танцы с
тем, чтобы иметь возможность без опаски приблизиться к большой рыбе. Когда
крупная рыба впадает в транс ожидания, такой Плут, вместо того чтобы вытаски-
вать паразитов, откусывает кусочек от ее плавника и быстро пускается наутек.
Однако, несмотря на Плутов, взаимоотношения между чистильщиками и их клиента-
ми бывают главным образом дружескими и стабильными. Деятельность чистильщиков
играет важную роль в повседневной жизни сообщества кораллового рифа. Каждый
из них имеет собственную территорию, и иногда можно наблюдать крупных рыб,
которые «стоят к ним в очереди», как люди к парикмахеру. Вероятно, эта при-
верженность к определенному месту сделала возможной в данном случае эволюцию
отлаженного реципрокного альтруизма. Польза, извлекаемая крупной рыбой из
возможности многократно возвращаться в одну и ту же парикмахерскую, вместо
того чтобы всякий раз искать новую, должна перевешивать потери, возникающие
из-за того, что она не съедает чистильщиков. Поскольку чистильщики невелики
по размерам, в это легко поверить. Присутствие Плутов, подражающих чистильщи-
кам, быть может, косвенно подвергает опасности честных чистильщиков, оказывая
незначительное давление на крупных рыб, с тем чтобы они поедали полосатых ба-
лерин . Приверженность настоящих чистильщиков к определенному месту позволяет
их клиентам находить их и избегать Плутов.
Гигантская мурена и рыбка-чистилыцик.
Долгая память и способность распознавать отдельных индивидуумов хорошо раз-
виты у человека. Следует ожидать поэтому, что реципрокный альтруизм играл
важную роль в его эволюции. Трайверс заходит еще дальше, высказывая предполо-
жение, что многие психологические свойства человека, такие как зависть, чув-
ство вины, благодарности, симпатии, и т. п., были созданы естественным отбо-
ром для того, чтобы повысить его способности мошенничать, обнаруживать обма-
щиков, а самому избегать подозрений в мошенничестве. Особенно интересны «ис-
кусные мошенники», которые, по-видимому, также в свою очередь оказываются
жертвой обмана, но которые неизменно получают чуть больше, чем отдают сами.
Возможно даже, что большой головной мозг человека и его предрасположенность к
математическому мышлению развивались как механизм для все более хитроумного
мошенничества и для все более проницательного обнаружения обмана со стороны
других. Деньги — это формальный знак отложенного реципрокного альтруизма.
Увлекательным спекуляциям, которые порождает идея реципрокного альтруизма в
приложении к виду Homo sapiens, нет конца. Сколь они ни соблазнительны, я
разбираюсь в них не больше, чем первый встречный, а поэтому предоставляют чи-
тателю развлекаться самому.
Глава 11. Мимы —
новые репликаторы
Все, что говорилось до сих пор, мало относилось непосредственно к человеку,
хотя делалось это непреднамеренно. Термин «машина выживания» был выбран от-
части потому, что слово «животное» исключало бы из сферы внимания растения, а
для некоторых читателей — и человека. Мои рассуждения должны, prima facie3,
относиться к любому существу, возникшему в процессе эволюции. Если какой-то
вид следует исключить из рассмотрения, то для этого должны быть особые и вес-
кие причины. Имеются ли веские причины для того, чтобы признать исключитель-
ность вида Homo sapiens? Я полагаю, что на это следует ответить утвердитель-
но .
Большую часть всего, что есть необычного в человеке, можно вместить в одно
слово: «культура». Я использую это слово в его научном, а не снобистском
смысле. Передача культурного наследия аналогична генетической передаче: буду-
чи в своей основе консервативной, она может породить некую форму эволюции.
Джефри Чосер не смог бы беседовать с современным англичанином, несмотря на
то, что они связаны друг с другом непрерывной цепью из двух десятков поколе-
ний англичан, каждый из которых вполне мог бы вести разговор со своими непо-
средственными соседями по этой цепи, как сын говорит со своим отцом. Язык,
по-видимому, «эволюционирует» негенетическими способами и со скоростью, на
несколько порядков величины выше, чем эволюция генетическая.
Передача культурного наследия свойственна не только человеку. Наилучший из-
вестный мне пример недавно описал П. Дженкинс (P. F. Jenkins); он касается
песни седлистой гуйи — птицы, обитающей на островах близ побережья Новой Зе-
ландии. На острове, где работал Дженкинс, у гуйи был целый репертуар из при-
мерно девяти четко различающихся песен. Каждый отдельный самец исполнял лишь
одну или несколько из этих песен, так что птиц можно было разбить на диалект-
ные группы. Например, одна группа, в которую входили восемь самцов, занимав-
ших соседние территории, исполняла одну определенную песню, названную песня
СС. Другие диалектные группы исполняли другие песни. Иногда у членов одной
диалектной группы была не одна, а несколько общих песен. Сравнивая песни от-
цов и сыновей, Дженкинс установил, что они не наследуются генетически. Каждый
молодой самец, по-видимому, перенимал песни у своих соседей по территории,
подражая им, подобно тому, как учится родному языку ребенок. В течение боль-
шей части времени, проведенного Дженкинсом на острове, там существовало опре-
деленное число песен, своего рода «песенный фонд», из которого каждый молодой
самец черпал собственный небольшой репертуар. Но иногда Дженкинсу выпадала
удача быть свидетелем «сочинения» новой песни, возникавшей в результате ошиб-
ки, допущенной при имитации одной из старых песен. Он пишет: «Новые формы пе-
сен возникают по-разному — в результате изменения высоты тона, повторения ка-
кого-нибудь тона, прерывания того или иного тона или комбинирования отдельных
частей других существующих песен. Новая форма появлялась внезапно и мало ме-
нялась на протяжении нескольких лет. В дальнейшем в ряде случаев этот новый
вариант передавался без искажений более молодым птицам, так что возникала
группа песен с явно выраженным сходством». Дженкинс называет возникновение
новых песен «культурными мутациями».
3 с первого взгляда (лат.)
Седлоспинная гуйя.
Эволюция песни у седлистой гуйи действительно происходит негенетическими
способами. Есть и другие примеры культурной эволюции у птиц и обезьян, но это
просто интересные курьезы. Для того чтобы действительно увидеть, на что спо-
собна культурная эволюция, следует обратиться к человеку. Язык — это всего
лишь один из многих примеров. Мода на одежду и еду, обряды и обычаи, искусст-
во и архитектура, техника и технология — все это развивается в историческое
время, причем развитие это напоминает сильно ускоренную генетическую эволю-
цию, не имея на самом деле никакого к ней отношения. Однако, как и в генети-
ческой эволюции, изменение может быть прогрессивным. В некотором смысле со-
временная наука действительно лучше науки античной. По мере того как проходят
одно столетие за другим, наше понимание Вселенной не только изменяется, оно
совершенствуется. По общему признанию, современный расцвет начался только в
эпоху Возрождения, которой предшествовал мрачный период застоя, когда евро-
пейская научная культура замерла на уровне, достигнутом древними греками. Но,
как мы убедились в гл. 5, генетическая эволюция тоже может совершаться путем
ряда коротких бросков, разделенных периодами стабильности.
Об аналогии между культурной и генетической эволюцией говорят часто, иногда
с совершенно ненужным мистическим привкусом. Аналогию между научным прогрес-
сом и генетической эволюцией с помощью естественного отбора особенно подробно
рассмотрел сэр Карл Поппер (Karl Popper). Я хочу пойти даже дальше, затронув
направления, исследуемые также, например, генетиком Л. Кавалли-Сфорца (L. L.
Cavalli-Sforza), антропологом Ф. Клоком (F. Т. Cloak) и этологом Дж. Калленом
(J. M. Cullen).
Как страстный дарвинист я не был удовлетворен объяснениями поведения чело-
века, предложенными моими столь же страстными коллегами. Они пытаются найти
«биологические преимущества» в различных атрибутах человеческой культуры. На-
пример, религии примитивных племен рассматриваются как механизм, помогающий
укреплению группового самосознания; это очень важно для вида, который охотит-
ся стаей; при этом каждый участник стаи рассчитывает, что благодаря коопера-
ции удастся схватить крупную и быстроногую жертву. Часто заранее принятая
эволюционная концепция, в рамках которой формулируются такие теории, подразу-
мевает групповой отбор, однако эти теории можно перефразировать в терминах
ортодоксального отбора генов. Человек провел большую часть нескольких послед-
них миллионов лет, живя маленькими группами, связанными родством. Возможно,
кин-отбор и отбор, благоприятствующий реципрокному альтруизму, действовали на
гены человека, создавая многие из наших основных психологических атрибутов и
склонностей. Сами по себе эти идеи приемлемы, однако мне кажется, что они па-
суют перед такой грандиозной задачей, как объяснение происхождения культуры,
культурной эволюции и огромных различий человеческой культуры в разных частях
земного шара — от крайнего эгоизма Айка из Уганды, описанного Колином Терн-
буллом (Colin Turnbull), до кроткого альтруизма Арапеша, воспетого Маргарет
Мид (Margaret Mead). Я думаю, нам еще раз следует начать сызнова и вернуться
к первоосновам. Я собираюсь высказать мнение, сколь бы оно ни показалось не-
ожиданным из уст автора первых глав, что для того чтобы понять эволюцию со-
временного человека, мы должны отказаться от гена как единственной основы на-
ших представлений об эволюции. Я убежденный дарвинист, но мне кажется, что
дарвинизм слишком великая теория и не может ограничиваться узкими рамками ге-
на. В моих рассуждениях ген используется лишь в качестве аналогии, не более
того.
В чем, в конечном счете, главная особенность генов? В том, что они являются
репликаторами. Считается, что законы физики справедливы во всех доступных на-
блюдению точках Вселенной. Существуют ли какие-нибудь биологические законы,
которые могли бы носить такой же универсальный характер? Когда астронавты от-
правятся к отдаленным планетам в поисках жизни, они могут встретиться с суще-
ствами , настолько странными и неземными, что нам трудно их себе представить.
Но есть ли что-нибудь, что свойственно всему живому, где бы оно ни находилось
и на чем бы ни основывалась его химия? Если бы оказалось, что существуют та-
кие формы жизни, химия которых основана на кремнии, а не на углероде, или ис-
пользует аммиак, а не воду, если бы обнаружились формы, которые при темпера-
туре минус 100 С вскипают и гибнут, или формы, базирующиеся вовсе не на хи-
мии, а на каких-то очень хитрых электронных схемах, то мог бы тем не менее
существовать некий общий закон, которому подчинялось бы все живое? Разумеет-
ся, я этого не знаю, но если бы мне пришлось держать пари, я бы сделал ставку
на один фундаментальный закон — закон о том, что все живое эволюционирует в
результате дифференциального выживания реплицирующихся единиц. Случилось так,
что реплицирующейся единицей, преобладающей на нашей планете, оказался ген —
молекула ДНК. Возможно существование и других таких единиц. Если они сущест-
вуют, то при наличии некоторых иных условий они неизбежно составляют основу
некого эволюционного процесса.
Но надо ли нам отправляться в далекие миры в поисках репликаторов иного ти-
па и, следовательно, иных типов эволюции? Мне думается, что репликатор нового
типа недавно возник именно на нашей планете. Он пока еще находится в детском
возрасте, все еще неуклюже барахтается в своем первичном бульоне, но эволю-
ционирует с такой скоростью, что оставляет старый добрый ген далеко позади.
Новый бульон — это бульон человеческой культуры. Нам необходимо имя для но-
вого репликатора, существительное, которое отражало бы идею о единице переда-
чи культурного наследия или о единице имитации. От подходящего греческого
корня получается слово «мимем», но мне хочется, чтобы слово было односложным,
как и «ген». Я надеюсь, что мои получившие классическое образование друзья
простят мне, если я сокращу «мимем» до слова мим.
Примерами мимов служат мелодии, идеи, модные словечки и выражения, способы
варки похлебки или сооружения арок. Точно так же, как гены распространяются в
генофонде, переходя из одного тела в другое с помощью сперматозоидов или яй-
цеклеток, мимы распространяются в том же смысле, переходя из одного мозга в
другой с помощью процесса, который в широком смысле можно назвать имитацией.
Если ученый услышал или прочитал об интересной идее, он сообщает о ней своим
коллегам и студентам. Он упоминает о ней в своих статьях и лекциях. Если идея
подхватывается, то говорят, что она распространяется, передаваясь от одного
мозга другому. Как изящно сформулировал мой коллега Н. Хамфри (N. К.
Humphrey) смысл раннего наброска этой главы, «мимы следует рассматривать как
живые структуры не только в метафорическом, но и в техническом смысле». Поса-
див в мой разум плодовитый мим, вы буквально поселили в нем паразита, превра-
тив тем самым разум в носителя, где происходит размножение этого мима, точно
так же, как размножается какой-нибудь вирус, ведущий паразитическое существо-
вание в генетическом аппарате клетки-хозяина. И это не просто fason de
parler4: мим, скажем, «веры в загробную жизнь» реализуется физически миллионы
раз, как некая структура в нервной системе отдельных людей по всему земному
шару».
Рассмотрим представление о Боге. Мы не знаем, как оно возникло в мимофонде.
Возможно, оно возникало многократно путем независимых «мутаций». Во всяком
случае, это очень старая идея. Как она реплицируется? С помощью устного и
письменного слова, подкрепляемого великой музыкой и изобразительным искусст-
вом. Почему эта идея обладает такой высокой выживаемостью? Напомним, что в
данном случае «выживаемость» означает не выживание гена в генофонде, а выжи-
вание мима в мимофонде. На самом деле вопрос состоит в следующем: в чем та
«особость» идеи о Боге, которая придает ей такую стабильность и способность
проникать в культурную среду? Выживаемость хорошего мима, входящего в мимо-
фонд, обусловливается его большой психологической привлекательностью. Идея
Бога дает на первый взгляд приемлемый ответ на глубокие и волнующие вопросы о
смысле существования. Она позволяет надеяться, что несправедливость на этом
свете может быть вознаграждена на том свете. «Всегда протянутые руки», гото-
вые поддержать нас в минуты нашей слабости, которые, подобно плацебо, отнюдь
не теряют своей действенности, хотя и существуют лишь в нашем воображении.
Вот некоторые из причин, по которым идея Бога с такой готовностью копируется
последовательными поколениями индивидуальных мозгов. Бог существует, пусть
лишь в форме мима с высокой выживаемостью или инфекционностью, в среде, соз-
даваемой человеческой культурой.
Некоторые из моих коллег заметили мне, что эти рассуждения о выживаемости
мима о Боге принимаются без доказательств. В конечном счете, они всегда хотят
вернуться к «биологическому преимуществу». Им недостаточно слов, что идея о
Боге обладает «большой психологической привлекательностью». Они хотят знать,
почему она ею обладает. Психологическая привлекательность означает привлека-
тельность для мозга, а мозг формируется в результате естественного отбора ге-
нов в генофондах. Они хотят установить, каким образом наличие такого мозга
повышает выживаемость генов.
Мне очень симпатичен такой подход и у меня нет сомнений, что наличие у че-
ловека мозга дает ему определенные генетические преимущества. Но, тем не ме-
нее, я полагаю, что эти коллеги, если они внимательно изучат те основы, на
которых строятся их собственные допущения, обнаружат, что они принимают на
веру не меньше, чем я. Главнейшая причина, почему желательно объяснять биоло-
гические явления с точки зрения генетических преимуществ, состоит в том, что
гены представляют собой репликаторы. Как только в первичном бульоне сложились
условия, в которых молекулы могли самокопироваться, репликаторы приняли эту
функцию на себя. В течение более чем трех тысяч миллионов лет ДНК была един-
ственным на свете репликатором, заслуживающим внимания. Однако она не обяза-
тельно должна сохранять свои монопольные права навечно. Всякий раз, когда
возникают условия, в которых какой-либо новый репликатор может создавать соб-
ственные копии, эти новые репликаторы будут стремиться взять верх и начать
собственную эволюцию нового типа. Однажды начавшись, эта новая эволюция от-
нюдь не должна занимать подчиненное положение по отношению к прежней. Старая
4 способ говорить (франц.)
эволюция, происходящая путем отбора генов, создав мозрл предоставила «буль-
он», в котором возникли первые мимы. После появления самокопирующихся мимов
началась их собственная, гораздо более быстрая эволюция. Мы, биологи, так
глубоко прониклись идеей генетической эволюции, что нередко забываем о том,
что это лишь одна из многих возможных эволюции.
Имитация в широком смысле — это тот способ, которым гены могут реплициро-
ваться. Это аналог естественного отбора. Я приводил некоторые примеры ка-
честв, обусловливающих высокую выживаемость мимов, но, в общем, они должны
быть такими же, как качества, обсуждавшиеся для репликаторов в гл. 2: долго-
вечность , плодовитость и точность копирования. Долговечность каждой отдельной
копии мима, так же как и каждой отдельной копии гена, вероятно, относительно
несущественна. Копия песни «Auld Lang Syne» («Старая дружба»), хранящаяся в
моем мозгу, сохранится только до тех пор, пока я жив. Копия той же песни, на-
печатанная в моем экземпляре «The Scottish Studentfs Song Book» («Песенник
шотландского студента»), вряд ли просуществует много дольше. Но я надеюсь,
что копии той же песни сохранятся на века в мозгу людей и на бумаге. Для ми-
мов , как и для генов, плодовитость гораздо важнее, чем долговечность. Если
данный мим представляет собой научную идею, то его распространение будет за-
висеть от того, сколь приемлема эта идея для популяции ученых; приблизитель-
ную оценку ее выживаемости может дать подсчет ссылок на нее в научных журна-
лах за ряд лет. Если мим — это популярная песенка, то о ее распространенности
в мимофонде можно судить, по числу людей, насвистывающих ее на улицах. Если
это фасон дамской обуви, то его популярность можно определить по данным обув-
ных магазинов о распродаже этой модели. Некоторые мимы, подобно некоторым ге-
нам, достигают блестящего кратковременного успеха, но не сохраняются в мимо-
фонде надолго. Примерами служат шлягеры или туфли на шпильках. Другие, как
законы иудейской религии, распространяются на протяжении тысячелетий, обычно
вследствие долговечности письменных свидетельств.
Это подводит нас к третьему важному условию успеха репликаторов: точности
копирования. Должен признаться, что здесь я стою на зыбкой почве. На первый
взгляд вовсе не кажется, что мимы реплицируются с высокой точностью. Всякий
раз, когда ученый слышит о какой-либо идее и сообщает о ней кому-то другому,
он, вероятно, немножко ее изменяет. Я не скрывал, сколь многим эта публикация
обязана идеям Р. Трайверса. Однако при этом я не излагал их его словами. Я
перекручивал их в соответствии со своими собственными целями, изменяя акцен-
ты, смешивая идеи Трайверса со своими и с идеями других ученых. Его мимы пе-
редаются вам в измененной форме. Это совсем непохоже на корпускулярную пере-
дачу генов по принципу «все или ничего». Создается впечатление, что передача
мимов сопряжена с непрерывным мутированием, а также со слиянием.
Возможно, что это впечатление некорпускулярности иллюзорно и не разрушает
аналогии с генами. Ведь, в конечном счете, если взглянуть на наследование та-
ких генетических признаков, как рост или цвет кожи человека, то они не кажут-
ся результатом деятельности неделимых или несмешивающихся генов. Дети от бра-
ка между представителями черной и белой расы не бывают черными или белыми —
они промежуточные. Это не значит, что гены, определяющие цвет кожи, некорпус-
кулярны. Это лишь означает, что в определении цвета кожи участвует так много
генов и эффект каждого из них так мал, что создается впечатление, будто они
сливаются. До сих пор я говорил о мимах так, как если бы было очевидно, из
чего состоит один единичный мим. Однако, разумеется, это далеко не очевидно.
Я говорил, что одна песенка соответствует одному миму. Но что же такое симфо-
ния? Сколько она вмещает мимов? Соответствует ли миму каждая ее часть, каждая
различимая фраза мелодии, каждый такт, каждый аккорд или что-то еще?
Я прибегаю к тому же словесному приему, который был использован в гл. 3.
Там я разделил «генный комплекс» на крупные и мелкие генетические единицы и
на единицы внутри этих единиц. Ген был определен не как некая жесткая едини-
ца, а как единица, созданная для удобства: участок хромосомы, самокопирующий-
ся с достаточной точностью, чтобы служить жизнеспособной единицей естествен-
ного отбора. Если какая-то одна фраза из девятой симфонии Бетховена настолько
легко узнается и запоминается, что ее можно вырвать из всей симфонии и ис-
пользовать в качестве позывного сигнала одной, доводящей до исступления своей
назойливостью, европейской радиостанции, то соответственно она заслуживает
названия мима. Между прочим, эти позывные существенно повлияли на мою способ-
ность наслаждаться этой симфонией.
Подобным же образом, когда мы говорим, что в наши дни все биологи верят в
теорию Дарвина, мы не имеем в виду, что в мозгу каждого биолога запечатлена
идентичная копия точных слов самого Чарлза Дарвина. Каждый индивидуум по-
своему интерпретирует идеи Дарвина. Он, быть может, узнал о них не из трудов
самого Дарвина, а из работ более поздних авторов. Многое из того, что говорил
Дарвин, в деталях неверно. Если бы Дарвин прочитал эту публикацию, он едва ли
узнал бы в ней свою собственную теорию в ее первоначальном виде, хотя я наде-
юсь , что ему понравилось бы то, как я ее изложил. И, тем не менее, существует
что-то, некая сущность дарвинизма, которая содержится в мозгу каждого, кто
понимает эту теорию. Без этого почти любое утверждение о том, что два челове-
ка согласны в чем-то друг с другом, было бы лишено смысла. «Мим-идею» можно
определить как некую единицу, способную передаваться от одного мозга другому.
Поэтому мим дарвиновской теории — это та неотъемлемая основа идеи, которая
содержится во всех мозгах, понимающих эту теорию. В таком случае различия в
представлениях разных людей об этой теории не составляют, по определению,
часть мима.
Если теорию Дарвина можно разбить на составные части таким образом, что не-
которые люди принимают часть А, не принимая часть Б, а другие принимают часть
Б, не принимая часть А, то части А и Б следует рассматривать как отдельные
мимы. Если почти все, кто верит в часть А, верит также и в часть Б, т. е. ес-
ли оба эти мима, пользуясь генетическим термином, тесно «сцеплены», то удобно
объединить их в один мим.
Продолжим аналогию между мимами и генами. На протяжении всей этой публика-
ции я подчеркивал, что мы не должны представлять себе гены как сознательные,
целеустремленные элементы. Однако слепой естественный отбор заставляет их
вести себя так, как если бы они стремились к какой-то цели; поэтому, удобства
ради, говоря о генах, мы пользовались соответствующими выражениями. Например,
когда мы говорим: «гены стараются повысить свою численность в будущих гено-
фондах», то на самом деле имеется в виду, что «те гены, которые ведут себя
таким образом, чтобы их численность в будущих генофондах повышалась, это ге-
ны , эффекты которых мы наблюдаем в мире». Раз оказалось удобным представлять
себе гены как активные единицы, которые целенаправленно трудятся, чтобы обес-
печить собственное выживание, быть может, было бы удобно точно так же отно-
ситься и к мимам. Ни в том, ни в другом случае мы не впадаем в мистику. В
обоих случаях идея цели — всего лишь метафора, но мы уже убедились, как пло-
дотворна эта метафора применительно к генам. Мы даже наделяем гены такими
эпитетами, как «эгоистичный» или «безжалостный», прекрасно зная, что это все-
го лишь манера выражаться. Можем ли мы точно таким же образом попытаться по-
искать эгоистичные или безжалостные мимы?
Здесь возникает одна проблема, связанная с конкуренцией. Везде, где сущест-
вует половое размножение, каждый ген конкурирует, прежде всего, со своими
собственными ал л елями-соперниками, претендующими на то же самое место в хро-
мосоме. У мимов, по-видимому, нет ничего, эквивалентного хромосомам, и ниче-
го, эквивалентного аллелям. Я полагаю, что в некотором тривиальном смысле
многие идеи имеют свои «противоположности». Но, в общем, мимы больше напоми-
нают первые реплицирующиеся молекулы, беспорядочно и свободно парившие в пер-
вичном бульоне, чем современные гены, аккуратно расположенные в своих парных
хромосомных формированиях. Так в каком же смысле мимы конкурируют друг с дру-
гом? Следует ли ожидать от них проявлений «эгоизма» или «жестокости», раз у
них нет аллелей? Оказывается, таких проявлений ожидать можно, поскольку суще-
ствует один аспект, в котором они должны вступать в конкуренцию.
Любой пользователь цифровой вычислительной машины знает, как ценятся машин-
ное время и объем памяти. Во многих крупных вычислительных центрах они в бук-
вальном смысле оплачиваются деньгами или же каждому пользователю отводится
определенное количество времени, измеряемое в секундах, и определенный объем
памяти, измеряемый в «словах». Компьютеры, в которых живут мимы, — это чело-
веческий мозг. Возможно, что время представляет собой более важный лимитирую-
щий фактор, чем объем памяти, и что оно служит объектом сильной конкуренции.
Мозг человека и тело, которым он управляет, могут выполнять одновременно не
более одной или нескольких функций. Если какой-либо мим целиком поглощает все
внимание мозга данного человека, то это должно происходить за счет мимов-
«соперников».
Другие предметы потребления, за которые конкурируют мимы, — это время на
радио и на телевидении, площадь на рекламных щитах, на газетных полосах и на
библиотечных полках.
Что касается генов, то, как мы видели в гл. 3, в генофонде могут возникать
коадаптированные генные комплексы. Большая группа генов, определяющих мимик-
рию у бабочек, оказалась сцепленной в одной хромосоме, причем настолько тес-
но , что ее можно рассматривать как один ген. В гл. 5 мы встретились с более
изощренной идеей эволюционно стабильного набора генов. В процессе эволюции в
генофонде хищных животных возникли комбинации, детерминирующие соответствую-
щие друг другу зубы, когти, пищеварительный тракт и органы чувств, а в гено-
фондах растительноядных животных сложился иной стабильный набор признаков.
Происходит ли что-либо аналогичное в мимофондах? Соединяется ли, скажем, дан-
ный хороший мим с какими-то другими конкретными мимами и способствует ли та-
кая ассоциация выживанию участвующих в ней мимов? Вероятно, мы могли бы рас-
сматривать церковь с ее архитектурой, обрядами, законами, музыкой, изобрази-
тельным искусством и письменными свидетельствами как коадаптированный ста-
бильный набор мимов, взаимно поддерживающих друг друга.
Возьмем частный пример: один из аспектов доктрины, весьма эффективный в ук-
реплении религиозных устоев, это угроза адского пламени. Многие дети и даже
некоторые взрослые верят в то, что они подвергнутся после смерти ужасным му-
чениям, если не будут выполнять требования церкви. Это особенно мерзкий спо-
соб убеждения, причинявший людям сильные психологические страдания в средние
века и сохранивший свое воздействие даже в наши дни. Но он чрезвычайно эффек-
тивен. Невольно возникает мысль, что этот способ был придуман макиавеллиев-
скими священнослужителями, которых специально обучали психологическим методам
воздействия. Я сомневаюсь, однако, что священнослужители были так изобрета-
тельны. Гораздо более вероятно, что бессознательные мимы обеспечили собствен-
ное выживание благодаря тем самым качествам псевдобезжалостности, которыми
обладают гены, достигшие успеха. Идея адского пламени просто-напросто сама
себя поддерживает вследствие своего чрезвычайно глубокого психологического
воздействия. Она оказалась сцепленной с мимом о Боге, потому что обе они под-
крепляют одна другую и способствуют выживанию друг друга в мимофонде.
Другой член религиозного комплекса мимов называется верой. При этом имеется
в виду слепая вера в отсутствие доказательств и даже наперекор доказательст-
вам. Рассказ о Фоме Неверном излагается обычно не так, чтобы заставить нас
восхищаться Фомой, но чтобы мы могли восхищаться поведением других апостолов
по сравнению с ним. Фома требовал доказательств. Ничто не может быть более
опасным для некоторых мимов, чем поиски доказательств. Других апостолов, вера
которых была так крепка, что им не требовалось доказательств, выставляют нам
как пример, достойный подражания. Мим слепой веры поддерживает самого себя с
помощью такой простой осознанной уловки, как отказ от рационального исследо-
вания .
Слепая вера может оправдать все, что угодно. Если человек поклоняется дру-
гому божеству или даже если он в своем поклонении тому же божеству придержи-
вается другого ритуала, слепая вера может приговорить его к смерти — на кре-
сте, на колу, от меча крестоносца, от выстрела на одной из улиц Бейрута или
от взрыва в одном из баров Белфаста. Мимы слепой веры имеют собственные, не
знающие жалости способы распространения; это относится не только к религии,
но также к патриотизму и политике.
Мимы и гены нередко подкрепляют друг друга, но иногда они оказываются в оп-
позиции. Например, холостяцкий образ жизни предположительно не наследуется
генетически. Ген, который бы детерминировал безбрачие, обречен на провал и
может сохраниться в генофонде лишь при весьма специфических условиях, сущест-
вующих, например, у общественных насекомых. Но все же мим безбрачия может до-
биться успеха в мимофонде. Допустим, например, что успех данного мима решаю-
щим образом зависит от того, сколько времени люди тратят на активную передачу
его другим людям. Все время, которое уходит не на попытки передать мим кому-
то, а на что-то другое, с точки зрения мима можно считать потерянным време-
нем. Мим безбрачия передается священниками мальчикам, которые еще не решили,
чему они посвятят свою жизнь. Средством передачи служат разного рода воздей-
ствия, устное и письменное слово, личный пример и тому подобное. Допустим,
что женитьба ослабила степень влияния священника на его паству, поскольку,
скажем, семья стала занимать значительную часть его времени и внимания. Это и
на самом деле было выдвинуто в качестве официальной причины усиления безбрач-
на среди священников. Если бы это было так, то отсюда вытекало бы, что выжи-
ваемость мима безбрачия могла быть выше, чем мима вступления в брак. Разуме-
ется, в том, что касается гена, детерминирующего безбрачие, здесь было верно
обратное. Ведь священник служит машиной выживания для мимов, то безбрачие —
полезный атрибут, который следовало бы в него встроить. Безбрачие — лишь один
из второстепенных компонентов большого комплекса взаимно поддерживающих друг
друга религиозных мимов.
Я предполагаю, что коадаптированные мимокомплексы эволюционируют таким же
образом, как коадаптированные генные комплексы. Отбор благоприятствует мимам,
которые эксплуатируют среду на собственное благо. Эта культурная среда состо-
ит из других мимов, которые также подвергаются отбору. Поэтому мимофонд в ко-
нечном счете приобретает атрибуты эволюционно стабильного набора, проникнуть
в который новым мимам оказывается трудно.
Мои высказывания о мимах носят несколько негативный характер, но у них есть
и жизнерадостный аспект. После смерти от нас остаются две вещи: наши гены и
наши мимы. Мы были построены как генные машины, созданные для того, чтобы пе-
редавать свои гены потомкам. Но в этом аспекте мы будем забыты через три по-
коления. Ваш ребенок, даже ваш внук, может быть похож на вас чертами лица,
музыкальной одаренностью, цветом волос. Но с каждым поколением вклад ваших
генов уменьшается вдвое. Очень скоро этот вклад становится пренебрежимо мал.
Наши гены могут оставаться бессмертными, однако сочетание генов, имеющееся в
каждом из нас, неизбежно погибнет. Елизавета II — прямой потомок Вильгельма
Завоевателя. Тем не менее, вполне возможно, что у нее нет ни одного из генов
старого короля. Не стоит искать бессмертия с помощью размножения...
Если, однако, вы вносите какой-то вклад в мировую культуру, если у вас воз-
никла хорошая идея, если вы сочинили песню, изобрели свечу зажигания, написа-
ли стихотворение, они могут продолжать жить в первозданном виде в течение еще
долгого времени после того, как ваши гены растворятся в общем фонде. Как за-
метил Дж. Уильяме, никого не беспокоит вопрос о том, сохранились ли на свете
хотя бы один или два из генов Сократа. Мимокомплексы же Сократа, Леонардо-да-
Винчи, Коперника или Маркони все еще сохраняют полную силу.
Каким бы спекулятивным ни было представленное здесь развитие теории мимов,
есть один серьезный момент, который мне хотелось бы еще раз подчеркнуть: ко-
гда мы рассматриваем эволюцию культурных признаков и их выживаемость, мы
должны ясно указывать, о чьей выживаемости идет речь. Биологи, как мы видели,
привыкли искать преимущества на уровне гена (или, в зависимости от вкусов, на
уровне индивидуума, группы или вида). Однако никто из нас прежде не подумал о
том, что эволюция данного культурного признака происходила так, а не иначе,
просто потому, что это выгодно для самого этого признака.
Нам нет нужды заниматься поисками обычных биологических ценностей, опреде-
ляющих выживание таких вещей, как религия, музыка и ритуальные танцы, хотя
они, возможно, и существуют. После того как гены снабдили свои машины выжива-
ния мозгами, способными к быстрой имитации, мимы автоматически берут это на
себя. Нам даже нет необходимости постулировать какое-то генетическое преиму-
щество , присущее имитации, хотя это, несомненно, было бы полезно. Необходимо
лишь одно: чтобы мозг был способен к имитации; при этом условии возникнут ми-
мы , которые смогут полностью использовать эту способность.
На этом я закрываю тему новых репликаторов и заканчиваю главу на ноте обос-
нованной надежды. У человека есть черта, присущая ему одному, развитие кото-
рой могло происходить через мимы или без связи с ними: это его способность к
осознанному предвидению. Эгоистичные гены (а также и мимы, если вы принимаете
допущенные в этой главе спекуляции) неспособны к предвидению. Это бессозна-
тельные слепые репликаторы. Тот факт, что они реплицируются, при некоторых
других условиях означает, что они волей-неволей будут способствовать эволюции
качеств, которые в особом смысле, принятом в этой публикации, можно назвать
эгоистичными. Нельзя ожидать, что простой репликатор, будь то ген или мим,
воздержится от использования кратковременного эгоистичного преимущества, даже
если в далекой перспективе ему придется расплачиваться за это. Мы убедились в
этом в главе об агрессии. Несмотря на то что «заговор Голубей» для каждого
отдельного Голубя был бы предпочтительней, чем зволюционно стабильная страте-
гия , естественный отбор неминуемо предпочтет ЭСС.
Быть может, есть еще одна черта, свойственная только человеку: это способ-
ность к неподдельному бескорыстному настоящему альтруизму. Я надеюсь, что это
так, но не стану приводить доводы за или против или же строить гипотезы о
том, как происходила эволюция этой черты на уровне мимов. Я хочу лишь ска-
зать , что даже если относиться к этому пессимистически и допустить, что от-
дельный человек в своей основе эгоистичен, наше осознанное предвидение — наша
способность смоделировать в своем воображении будущее — может спасти нас от
наихудших эгоистичных эксцессов слепых репликаторов. В нашем мозгу есть по
меньшей мере один механизм, заботящийся о наших долговременных, а не просто
сиюминутных эгоистичных интересах. Мы можем увидеть долговременную пользу
участия в «заговоре Голубей» и мы можем усесться за один стол для обсуждения
способов реализации этого заговора. Человек обладает силой, позволяющей ему
воспротивиться влиянию эгоистичных генов, имеющихся у него от рождения, и,
если это окажется необходимым, — эгоистичных мимов, полученных в результате
воспитания. Мы способны даже намеренно культивировать и подпитывать чистый
бескорыстный альтруизм — нечто, чему нет места в природе, чего никогда не су-
ществовало на свете за всю его историю. Мы построены как машины для генов и
взращены как машины для мимов, но мы в силах обратиться против наших создате-
лей. Мы — единственные существа на земле, способные восстать против тирании
эгоистичных репликаторов.
Глава 12. Добрые парни
финишируют первыми
Добрые парни финишируют последними. Это выражение, по-видимому, впервые ро-
дилось в мире бейсбола, хотя некоторые авторитеты настаивают, что противопо-
ложное утверждение появилось еще раньше. Американский биолог Гаррет Хардин
(Garret Hardin) воспользовался этой фразой, чтобы кратко сформулировать идею
о том, что можно было бы назвать «социобиологией» или «эгоистичным генным ме-
ханизмом» . Уместность такого использования очевидна. Если перевести общепри-
нятый смысл слов «добрый парень» его дарвиновским эквивалентом, то «добрый
парень» — это индивидуум, который помогает другим представителям своего вида,
в ущерб самому себе, передавать их гены следующему поколению. Таким образом,
число «добрых парней» неизбежно будет сокращаться: доброта гибнет дарвинист-
ской смертью. Существует, однако, и другая, техническая, интерпретация слова
«добрый». Если мы примем это определение, которое не слишком далеко отходит
от разговорного смысла, то добрые парни могут кончать первыми. Именно этому
более оптимистичному заключению и посвящена данная глава.
Вспомните Злопамятных из гл. 10. Это были птицы, которые помогали друг дру-
гу, очевидно из альтруистичных побуждений, но Злопамятные при этом отказывали
в помощи индивидуумам, которые ранее отказывались помочь им самим. Злопамят-
ные, в конечном счете, заняли доминирующее положение, потому что они переда-
вали последующим поколениям больше генов, чем Простаки (помогавшие всем без
разбора и сами подвергавшиеся эксплуатации) и Плуты (которые стремились без-
жалостно эксплуатировать всех и, в конечном счете, уничтожали друг друга).
История Злопамятных иллюстрирует важный принцип, который Роберт Трайверс на-
звал «реципрокным альтруизмом». Как мы видели на примере рыб-чистильщиков, в
реципрокном альтруизме могут участвовать и представители разных видов. Он
присутствует во всех взаимоотношениях, называемых симбиотическими, как, на-
пример, взаимоотношения между муравьями и их «коровами» — тлями, которых они
доят. После того как гл. 10 была написана, американский политолог Роберт Ак-
сельрод (Robert Axelrod) при участии У. Гамильтона, имя которого упоминается
на столь многих страницах этой публикации, использовал идею реципрокного аль-
труизма в новых очень интересных направлениях. Именно Аксельрод определил
техническое значение слова «добрый», о чем я упоминал во вступительном абзаце
этой главы.
Аксельрод, подобно многим политологам, экономистам и психологам, был восхи-
щен простой азартной игрой, получившей название «Парадокс заключенных». Она
так проста, что я знаю умных людей, которые, не допуская такой простоты, со-
вершенно неправильно ее понимали и пытались искать в ней что-то еще. Но про-
стота обманчива. Целые полки в библиотеках отведены вариантам этой увлека-
тельной игры. Многие влиятельные люди полагают, что в ней содержится ключ к
планированию стратегической обороны и что нам следует изучать ее, если мы хо-
тим предотвратить третью мировую войну. Как биолог я согласен с Аксельродом и
Гамильтоном, что многие дикие животные и растения заняты бесконечной игрой в
Парадокс заключенных, происходящей в эволюционных масштабах времени.
В своем первоначальном, человеческом, варианте эта игра состоит в следую-
щем. Имеется «банкомет», который судит игру и выплачивает выигрыши двум игро-
кам. Допустим, что я играю против вас (хотя, как мы увидим, «против» — это
как раз то, чего нам не следует делать). На руках у каждого игрока только по
две карты с надписями Кооперируюсь и Отказываюсь. Каждый из нас выбирает одну
из двух своих карт и кладет ее на стол рубашкой вверх, с тем чтобы ни один из
игроков не знал, как пошел другой; собственно говоря, оба они ходят одновре-
менно . Далее игроки напряженно ожидают, пока банкомет перевернет карты. На-
пряженность связана с тем, что выигрыш зависит не только от собственного хода
(каждый игрок знает, какую карту положил он сам) , но и от хода противника
(что остается неизвестным, пока банкомет не перевернет карты).
Поскольку в игре участвуют 2x2 карты, то имеется четыре возможных исхода
(из уважения к северо-американскому происхождению игры выигрыши приводятся в
долларах):
Исход I. Мы оба сыграли КООПЕРИРУЮСЬ. Банкомет выплачивает каждому из нас
по 300 долларов. Эта почтенная сумма называется «Награда за взаимное коопери-
рование» .
Исход II. Мы оба сыграли ОТКАЗЫВАЮСЬ. Банкомет штрафует каждого из нас на
10 долларов. Это называется «Наказание за взаимный отказ».
Исход III. Вы сыграли КООПЕРИРУЮСЬ, а я ОТКАЗЫВАЮСЬ. Банкомет выплачивает
мне 500 долларов (Плата за риск) и штрафует вас (Простака) на 100 долларов.
Исход IV. Вы сыграли ОТКАЗЫВАЮСЬ, а я КООПЕРИРУЮСЬ. Банкомет выплачивает
вам за риск 500 долларов и штрафует меня (Простака) на 100 долларов.
Совершенно очевидно, что исходы III и IV представляют собой зеркальные от-
ражения один другого: один игрок выигрывает, а другой проигрывает. При исхо-
дах I и II оба оказываются в равном положении, но исход I обоим выгоднее, чем
исход II. Точная сумма выигрыша не имеет значения. Не играет также роли и то,
сколько исходов оказываются положительными (выплаты), а сколько — отрицатель-
ными (штрафы). Самое главное условие для того, чтобы игра стала настоящим Па-
радоксом заключенных, — это относительный ранг (цена) исходов. «Табель о ран-
гах» должен быть следующим: Плата за риск, Награда за взаимное кооперирова-
ние. Наказание за взаимный отказ. Штраф Простаку. (Строго говоря, есть еще
одно условие, соблюдение которого необходимо для признания игры настоящим Па-
радоксом заключенных: среднее между Платой за риск и Штрафом Простаку не
должно превышать Награды. Основания для этого дополнительного условия станут
понятны позднее.). Четыре исхода показаны на платёжной матрице на рис. 1.
Что делаете вы
Кооперируюсь Отказываюсь
Кооперируюсь
Что
делаю
я
Довольно хорошо
Награда
за взаимное
кооперирование
например. 300 долларов
Очень хорошо
Плата за риск
например, 500 долларов
Очень плохо
Штраф простаку
например, 100 долларов
Довольно плохо
Наказание
за взаимный отказ
например, штраф 10 долларов
Отказываюсь
Рис. 1. Игра Парадокс заключенных: причитающиеся мне выплаты при различных исходах игры.
При чем же тут «Парадокс»? Чтобы понять это, посмотрите на платежную матри-
цу и попытайтесь представить себе мысли, проходящие через мою голову, когда я
играю против вас. Я знаю, что имеются только две карты, с которых вы можете
пойти: Кооперируюсь и Отказываюсь. Обсудим их по порядку. Если вы пошли Отка-
зываюсь (это означает, что нам надо смотреть на правую сторону матрицы) , то
лучшее, что я могу сделать, это также сыграть Отказываюсь. Правда, мне при
этом придется заплатить штраф за взаимный отказ, но если бы я пошел Коопери-
руюсь, то был бы оштрафован как Простак, что еще хуже. Обратимся теперь к ле-
вой половине матрицы, т. е. допустим, что вы пошли с карты Кооперируюсь. И
снова мне лучше всего играть Отказываюсь. Если бы я сыграл Кооперируюсь, то
мы оба получили бы довольно высокий куш — по 300 долларов. Если же я играю
Отказываюсь, то получаю даже еще больше — 500 долларов. Отсюда следует вывод,
что независимо от того, с какой карты вы пошли, моей лучшей тактикой будет
всегда Отказываюсь.
Итак, я путем безупречных логических рассуждений установил, что независимо
от ваших действий, я должен отказаться. С помощью столь же безупречной логики
придете к точно такому же выводу и вы. Таким образом, когда встречаются два
разумных игрока, они оба будут отказываться и оба, в конечном счете, либо за-
платят штраф, либо получат небольшую выплату. При этом каждый из них прекрас-
но знает, что если бы только они оба играли Кооперируюсь, то каждый получил
бы довольно высокую Награду за взаимное кооперирование (в нашем случае 300
долларов). Поэтому-то игра и называется Парадоксом, причем она так парадок-
сальна, что может довести до исступления, и поэтому раздавались голоса за то,
чтобы издать закон о ее запрещении...
«Заключенные» относится к одному воображаемому примеру. Валютой в этом при-
мере служат не деньги, а сроки заключения. Два человека назовем их Петерсон и
Мориарти — сидят в тюрьме по подозрению в соучастии в преступлении. Каждому
из заключенных в его отдельной камере предлагают предать своего товарища (От-
казаться) , дав в суде показания против него. Дальнейший ход событий зависит
от того, как поступят оба заключенных при том, что ни один из них не знает,
как поступил другой. Если Петерсон свалит всю вину на Мориарти, а Мориарти,
храня молчание, тем самым подтвердит это (кооперируясь со своим былым и, как
оказалось, вероломным другом), то Мориарти получит длительный срок заключе-
ния, а Петерсон выйдет на свободу целым и невредимым, получив Плату за риск.
Если каждый из них свалит вину на другого, то обоих осудят за инкриминируемое
им преступление, но оба получат некоторое снисхождение за дачу показаний и
приговор окажется Наказанием за взаимный отказ, хотя и несколько смягченным.
Если оба преступника кооперируются (друг с другом, а не с властями), отказы-
ваясь давать показания, то доказательств их вины может оказаться недостаточ-
но, чтобы осудить кого-то одного из них за главное преступление, и они полу-
чат меньший срок за какое-нибудь более мелкое преступление — Награда за вза-
имное кооперирование. Вряд ли можно назвать тюремное заключение «наградой»,
однако люди, которым грозило долгое пребывание за решеткой, воспримут его
именно так. Вы должны были заметить, что хотя все выплаты выражены не в дол-
ларах, а в сроках тюремного заключения, главные черты игры сохраняются (обра-
тите внимание на относительный ранг четырех исходов по их желательности). Ес-
ли вы поставите себя на место каждого из заключенных, допуская, что обоими
движет разумный эгоизм, и помня, что они не имеют возможности переговорить
друг с другом, чтобы заключить соглашение, то вы поймете, что ни у одного из
них нет иного выбора, как предать другого.
Можно ли разрешить этот парадокс? Оба игрока знают, что, независимо от дей-
ствий оппонента, лучшее, что они могут делать сами, это отказываться; но при
этом оба знают также, что если бы только они оба кооперировались, то каждый
из них оказался бы в более выгодном положении. Если бы только... если бы толь-
ко... если бы только существовала какая-то возможность достигнуть соглашения,
какой-то способ убедить каждого из игроков, что другому можно верить, что он
не пойдет на то, чтобы эгоистично сорвать банк, если бы имелся какой-то спо-
соб проконтролировать соглашение.
В простом варианте игры «Парадокс заключенных» такой способ отсутствует.
Если хотя бы один из игроков не окажется настоящим праведником, не от мира
сего, игра неизбежно окончится обоюдным отказом с парадоксально жалким ре-
зультатом для обоих игроков. Однако есть и другой вариант этой игры. Она на-
зывается Итерированным, или Многократным, Парадоксом заключенных. Итерирован-
ный вариант игры сложнее, и его сложность вселяет надежду.
Итерированная игра — это просто та же самая игра, повторенная бесконечное
число раз с участием тех же игроков. Снова мы с вами сидим друг против друга,
по обе стороны от банкомета. Снова у каждого из нас по две карты — Коопериру-
юсь и Отказываюсь. Снова каждый из нас ходит с той или другой из этих карт, а
банкомет выплачивает деньги или взимает штрафы в соответствии с приведенными
выше правилами. Однако на этот раз вместо того, чтобы закончить игру, мы сно-
ва берем карты и готовимся к следующей партии. Последовательные партии позво-
ляют нам выяснить, следует ли доверять противнику или нет, отплачивать ему за
каждый удар или умиротворять, прощать или мстить. В бесконечно долгой игре
очень важно добиться того, чтобы мы оба выигрывали за счет банкомета, а не за
счет друг друга.
После десяти партий я теоретически мог бы выиграть 5000 долларов, но только
в том случае, если вы необыкновенно глупы (или праведны) и всякий раз играли
Кооперируюсь, несмотря на то, что я все время ходил Отказываюсь. Более реаль-
но допустить, что каждый из нас получит по 3 тысячи долларов за счет банкоме-
та, если мы оба все 10 раз сыграли Кооперируюсь. Для этого нам не надо быть
особенно праведными, так как мы оба можем убедиться на основании предшествую-
щей игры противника, что ему можно доверять. Мы можем, в сущности, регулиро-
вать поведение друг друга. Вполне вероятен также и другой оборот: ни один из
нас не верит другому и мы оба играем Отказываюсь все десять раз, а банкомет
получает от каждого из нас по 100 долларов в виде штрафов. Скорее всего мы
частично доверимся друг другу, каждый будет играть вперемешку то Коопериру-
юсь , то Отказываюсь, и в результате получит некую промежуточную сумму денег.
Описанные в гл. 10 птицы, которые удаляли друг у друга клещей из перьев,
играли в итерированный вариант Парадокса заключенных. Как это получается? Ес-
ли вы помните, птице очень важно избавляться от клещей, однако она не может
добраться до собственной макушки и ей нужно, чтобы кто-то сделал это за нее.
Казалось бы, справедливость требует, чтобы она впоследствии отплатила за эту
услугу тем же самым. Но на процедуру вытаскивания клещей надо затратить время
и энергию, хотя и не слишком много. Если птица может безнаказанно сплутовать,
т. е. если ей была оказана услуга, а она отказывается сделать то же самое, то
она пожинает все плоды, не расплачиваясь за это. Расположите исходы в порядке
их «цены» и вы убедитесь, что перед вами типичная игра Парадокс заключенных.
Когда оба кооперируются (вытаскивают друг у друга клещей), то это дает доста-
точно хорошие результаты, однако остается соблазн добиться большего, отказав-
шись оплачивать стоимость ответной услуги. Если оба играют Отказываюсь (отка-
зываются вытаскивать клещей), то ничего хорошего не получается, однако еще
хуже затрачивать усилия на вытаскивание клещей из другого индивидуума, а са-
мому оставаться зараженным клещами. Соответствующая платёжная матрица пред-
ставлена на рис. 2.
Но это всего лишь один пример. Чем больше думаешь об этом, тем больше пони-
маешь , что не только жизнь людей, но также жизнь животных и жизнь растений
переполнена играми типа Итерированного Парадокса заключенных. Жизнь растений?
А почему бы нет? Вспомните, что речь идет не об осознанных стратегиях (хотя
иногда можно говорить и о них) , а о стратегиях в «мэйнардсмитовском» смысле,
стратегиях тех типов, которые могли бы программироваться генами. А пока зай-
мемся более глубоким изучением того, в чем же состоит важность итерации.
В отличие от простого варианта игры, которая довольно предсказуема в том
смысле, что Отказываюсь — единственная разумная стратегия, итеративный вари-
ант предлагает много разных стратегий. В простом варианте возможны лишь две
стратегии: Кооперируюсь и Отказываюсь. Итерация, однако, допускает множество
стратегий, и какая из них лучше всех — отнюдь не очевидно. Приведем в качест-
ве примера одну из тысяч: «играй Кооперируюсь по большей части, но в выбран-
ных случайным образом 10% партий играй Отказываюсь». Другие стратегии могут
зависеть от того, как протекала игра перед этим. Примером служит мой «Злопа-
мятный» : у него хорошая память на лица, и хотя в основном он склонен коопери-
роваться, он отказывается, если другой игрок отказывался когда-либо в про-
шлом. Другие стратегии могут быть более снисходительными и не такими злопа-
мятными .
Что делаете вы
Кооперируюсь
Отказываюсь
Кооперируюсь
Что
делаю
я
Отказываюсь
Довольно хорошо
Награда
У меня вытаскивают клещей, а я несу
расходы, связанные с вытаскиванием
клещей у вас
Очень хорошо
Плата за риск
У меня вытаскивают клещей, а я не несу
расходов, связанных с вытаскиванием
клещей v вас
Очень плохо
Штраф простаку
Я остаюсь при своих клещах и при этом
несу расходы, связанные с вытаскиванием
клещей у вас
Довольно плохо
Наказание
Я остаюсь при своих клещах, утешаясь
тем. что не вытаскиваю их у вас
Рис. 2. Игра Удаление клещей у птиц: причитающиеся мне выплаты при различных исходах игры.
Число стратегий, возможных в итеративной игре, ограничено, очевидно, лишь
нашей изобретательностью. Можно ли установить, какая из них лучше всех? Эту
задачу поставил перед собой Аксельрод. У него возникла увлекательная идея
провести конкурс, и он пригласил специалистов по теории игр представить свои
стратегии. В данном случае стратегии — это заранее составленные программы
действия, и соответственно соперники представили свои заявки на языке про-
граммирования. Было предложено четырнадцать стратегий. Аксельрод добавил к
ним пятнадцатую, назвав ее Случайной, которая просто без всякой системы игра-
ла то Кооперируюсь, то Отказываюсь и служила своего рода базовой «анти-
стратегией»: стратегию, дававшую худшие результаты, чем Случайная, следовало
признать очень плохой.
Аксельрод описал все 15 стратегий на одном общем языке программирования.
Каждая стратегия сравнивалась по эффективности поочередно с каждой из осталь-
ных (в том числе и с собственной копией) в игре Итерированный Парадокс заклю-
ченных. Поскольку стратегий было 15, то компьютер сыграл 15 х 15, или 225,
отдельных игр. После того, как каждая пара сделала по 200 ходов, все выигрыши
были суммированы и был объявлен победитель.
Нас здесь не интересует, какая именно стратегия вышла победителем в игре
против каждого отдельного противника. Нам важно установить, какая стратегия
выиграла больше всего «денег» за все свои 15 вариантов. «Деньги» — это просто
«очки», присуждаемые по следующей схеме: взаимное Кооперирование — 3 очка;
Риск — 5 очков; Наказание за взаимный отказ — 1 очко (эквивалент небольшого
штрафа в игре, описанной ранее); Штраф Простаку — 0 очков (эквивалент большо-
го штрафа в игре, описанной ранее).
Максимально возможный выигрыш, который могла бы получить та или иная стра-
тегия, составляет 15 000 очков (200 партий по 5 очков за партию с каждым из
15 противников). Минимальный результат составляет 0. Излишне говорить, что ни
один из этих крайних результатов на самом деле не наблюдался. Наибольший вы-
игрыш, на который может реально надеяться данная стратегия в среднем из своих
15 турниров, не может сколько-нибудь значительно превысить 600 очков. Это
все, что мог бы получить каждый из двух игроков, если бы они оба все время
играли Кооперируюсь, зарабатывая по 3 очка за каждую из 200 сыгранных партий.
Если бы один из них поддался искушению отказаться, то число его очков, веро-
ятно, оказалось бы меньше 600, так как другой игрок отплатил бы ему тем же (в
большей части представленных стратегий было заложено в той или иной форме
стремление к ответному удару). Мы можем использовать число 600 в качестве
своего рода точки отсчета для данной игры и выражать результаты в процентах
от этого числа. По такой шкале оценок теоретически можно довести выигрыш до
166% (1000 очков), но практически ни одна стратегия не заработала в среднем
больше 600 очков.
Что делаете вы
Кооперируюсь
Что
делаю
я
Кооперируюсь
Довольно хорошо
Награда
За взаимное
кооперирование
3 очка
Очень хорошо
Плата за риск
5 очков
Отказываюсь
Очень плохо
Штраф простаку
0 очков
Довольно плохо
Наказание
за взаимный отказ
1 очко
Отказываюсь
Рис. 3. Компьютерный турнир Аксельрода: причитающиеся мне выплаты при различных исходах игры.
Не забывайте, что «игроками» в турнире были не люди, а программы, точнее —
запрограммированные стратегии. Их авторы, т. е. люди, выступали в той же ро-
ли, что и гены, программирующие тела (вспомните гл. 4 — компьютер, играющий в
шахматы, и компьютер, созданный по инструкциям с Андромеды) . Стратегии, о ко-
торых идет речь, можно рассматривать как доверенных лиц их авторов. На самом
деле кто-то из авторов мог бы представить не одну, а несколько программ (хотя
было бы жульничеством — которого Аксельрод, вероятно, не допустил бы, — если
бы тот или другой автор «забил» весь турнир своими стратегиями, и одна из них
воспользовалась бы плодами жертвенного кооперирования со стороны других).
Было предложено несколько очень хитроумных стратегий, хотя они были, конеч-
но, далеко не столь хитроумными, как их авторы. Интересно, что победившая
стратегия была проще всех других и на первый взгляд наименее хитроумной. Она
называлась «Око за око» и была представлена проф. Анатолем Рапопортом (Anatol
Rapoport), известным психологом и специалистом по теории игр из Торонто. По
этой стратегии первым ходом должно быть Кооперируюсь, а в дальнейшем следует
просто повторять предыдущий ход другого игрока.
Как проходит игра Око за око? Как всегда, развитие событий зависит от пове-
дения второго игрока. Допустим для начала, что второй игрок — это тоже стра-
тегия Око за око (напомним, что каждая стратегия играла не только против каж-
дой из 14 других стратегий, но также против копии самой себя). Обе стратегии
Око за око начинают с кооперирования. При следующем ходе каждый игрок повто-
ряет предыдущий ход противника, т. е. кооперируется. Оба продолжают играть
Кооперируюсь до конца игры, которую оба заканчивают, достигнув на 100% суммы
очков, принятой за точку отсчета, т. е. заработав по 600 очков.
Допустим, что Око за око играет против стратегии, названной Наивный испыта-
тель . На самом деле Наивный испытатель не участвовал в конкурсе Аксельрода,
но, тем не менее, этот пример поучителен. Наивный испытатель в основном иден-
тичен программе Око за око, с той разницей, что время от времени, скажем один
раз за десять ходов, причем без всякой закономерности, он совершенно беспри-
чинно играет Отказываюсь и требует 5 очков, причитающиеся ему за риск. До тех
пор, пока Наивный испытатель не предпримет один из своих зондирующих отказов,
оба игрока ведут себя в соответствии со стратегией Око за око. Однако внезап-
но, без предупреждения, скажем на восьмом ходу, Наивный испытатель отказыва-
ется. Око за око, разумеется, сыграла в этот раз Кооперируюсь, а поэтому по-
лучила 0 очков, как это положено Простаку. Наивный испытатель, казалось бы,
добился успеха, заработав за этот ход 5 очков. Но своим следующим ходом Око
за око «мстит». Она играет Отказываюсь, просто следуя заложенному в нее пра-
вилу копировать предыдущий ход противника. Тем временем стратегия Наивный ис-
пытатель, следуя правилу копировать противника, заложенному в нее самое, по-
вторила ее ход — Кооперируюсь. В результате ей достается Штраф Простаку, т.
е. О очков, тогда как Око за око получает высшую плату — 5 очков. Своим сле-
дующим ходом Наивный испытатель — довольно несправедливо, как можно подумать,
— «мстит» за отказ стратегии Око за око. И такое чередование продолжается.
При этом оба игрока получают в среднем по 2,5 очка за ход (среднее между 5 и
0) . Это меньше, чем те верные 3 очка за ход, которые получают игроки, если
они оба играют Кооперируюсь (кстати, это и есть причина введения того «допол-
нительного условия», которому не было дано объяснения выше). Итак, когда На-
ивный испытатель играет против стратегии Око за око, оба выигрывают меньше,
чем в игре Око за око против Ока за око. Если же игра идет между двумя Наив-
ными испытателями, дела обоих обстоят еще хуже, так как серии взаимных отка-
зов начинаются раньше.
Рассмотрим теперь еще одну стратегию, получившую название Раскаивающийся
испытатель. Раскаивающийся испытатель сходен с Наивным испытателем, отличаясь
от него лишь тем, что для запуска серии поочередных возмездии необходимо
предпринимать активные шаги. Для этого ему нужна несколько более долгая «па-
мять», чем у стратегий Око за око или Наивный испытатель. Раскаивающийся ис-
пытатель запоминает, был ли его отказ спонтанным, и привело ли это к быстрому
возмездию. В этом случае он, «полный раскаяния», предоставляет своему против-
нику право на «один бесплатный удар», за которым не следует возмездия. Это
означает, что серии взаимных возмездии пресекаются и самом зачатке. Если те-
перь продолжить воображаемую игру между стратегиями Раскаивающийся испытатель
и Око за око, то обнаружится, что серии мнимых взаимных возмездии быстро пре-
рываются. На протяжении большей части игры противники взаимно кооперируются,
что обеспечивает им обоим большой выигрыш. Раскаивающийся испытатель играет
более успешно против стратегии Око за око, чем Наивный испытатель, хотя и не
так успешно, как Око за око против самой себя.
Некоторые из стратегий, участвовавших в турнире Аксельрода, были гораздо
более хитроумными, чем Раскаивающийся испытатель или Наивный испытатель, од-
нако они также набирали в среднем меньше очков, чем простая стратегия Око за
око. В сущности, наименее успешной из всех стратегий (если исключить Случай-
ную) оказалась самая сложная, тщательно разработанная стратегия. Она была
представлена под девизом «Автор пожелал остаться неизвестным», что послужило
поводом для веселых гипотез. Кто автор? Какой-то серый кардинал в Пентагоне?
Глава ЦРУ? Генри Киссинджер? Сам Аксельрод? Я думаю, что этого мы никогда не
узнаем.
Подробно разбирать отдельные стратегии не так уж интересно. В задачи этой
публикации не входит обсуждение изобретательности программистов. Гораздо ин-
тереснее распределить имеющиеся стратегии по определенным категориям и изу-
чать эффективность этих более крупных подразделений. Самая важная из разли-
чаемых Аксельродом категорий названа «добропорядочной». Добропорядочная стра-
тегия определяется как такая стратегия, которая никогда не отказывается пер-
вой. Примером служит Око за око. Она способна отказаться, но делает это толь-
ко в порядке возмездия. Как Наивный, так и Раскаивающийся испытатели — недоб-
ропорядочные стратегии, потому что они иногда, хотя и редко, отказываются без
всякого к тому повода. Из 15 стратегий, участвовавших в турнире, 8 были доб-
ропорядочными. Показательно, что эти же 8 стратегий набрали наибольшее число
очков, а 7 недобропорядочных остались далеко позади. Стратегия Око за око на-
брала в среднем 504,5 очка, что составляет 84% от нашей точки отсчета (600
очков) и может считаться хорошим результатом. Другие добропорядочные страте-
гии набрали лишь немного меньше очков — от 83,4 до 78,6%, оставив далеко по-
зади самую успешную из всех непорядочных стратегий — Грааскамп, набравшую
66,8% очков.
Еще один из технических терминов Аксельрода — это «прощение». У прощающей
стратегии короткая память, хотя она может давать сдачи. Она очень быстро за-
бывает о прошлых обидах. Око за око — прощающая стратегия. Она немедленно да-
ет отказчику по рукам, но тут же забывает о нанесенной ей обиде. Описанный в
гл. 10 Злопамятный никогда не прощает. Он сохраняет в памяти все события до
самого конца игры. Он никогда не забывает, если кто-то из игроков хотя бы
один раз сыграл против него Отказываюсь. Стратегия, формально названная Зло-
памятный, участвовала в турнире Аксельрода под именем Фридман и не достигла
особенно хороших результатов. Среди всех добропорядочных стратегий (заметим,
что она добропорядочна лишь в техническом смысле, но при этом совершенно ни-
чего не прощает) пара Злопамятный/Фридман оказалась на втором месте с конца.
Причина, по которой неспособные прощать стратегии не достигают хороших ре-
зультатов, состоит в том, что они не могут разорвать серию взаимных возмездии
даже в тех случаях, когда их противник «раскаивается».
Можно быть более снисходительным, чем стратегия Око за око. Стратегия Око
за два ока разрешает своим противникам два отказа подряд и только потом
мстит. Это может показаться слишком милостивым и великодушным. Тем не менее,
Аксельрод установил, что если бы кто-то представил на рассмотрение стратегию
Око за два ока, то она победила бы в турнире. Это обусловлено способностью
данной стратегии избегать серии взаимных возмездии.
Таким образом, мы определили два качества выигрывающих стратегий: добропо-
рядочность и способность к прощению. Это почти утопическое заключение, что
добропорядочность и всепрощение окупаются, вызвало удивление у многих экспер-
тов, которые пускались на всевозможные хитрости, предлагая стратегии, содер-
жащие в себе скрытые элементы недобропорядочности; даже те, кто предложил
добропорядочные стратегии, не решились на что-либо столь всепрощающее, как
Око за два ока.
Аксельрод объявил о втором турнире. Он получил 62 заявки на участие и снова
добавил к ним Случайную стратегию, что в сумме составило 63 стратегии. На
этот раз по причине, о которой я скажу позднее, точное число ходов за партию
— 200 — не было оговорено заранее. Мы снова можем выражать в процентах оценки
от точки отсчета или же от результатов, получаемых при условии «Всегда коопе-
рируйся», несмотря на то, что определение этой точки отсчета требует более
сложных вычислений и она уже не всегда равна 600 очкам.
Всем программистам, участвовавшим во втором турнире, были представлены ре-
зультаты первого турнира, а также проведенный Аксельродом анализ того, почему
Око за око и другие добропорядочные и способные к прощению стратегии получили
такие хорошие результаты. Разумеется, участники турнира тем или иным образом
должны были учесть эту информацию. На самом деле они разбились на две группы.
Одни считали, что добропорядочность и способность к прощению, очевидно, дава-
ли шансы на выигрыш, и соответственно предложили добропорядочные способные к
прощению стратегии. Джон Мзйнард Смит зашел так далеко, что представил все-
прощающую стратегию Око за два ока. Другая группа исходила из того, что мно-
гие участники, прочитав анализ Аксельрода, предложат теперь добропорядочные
способные к прощению стратегии. Они поэтому представили недобропорядочные
стратегии, пытаясь использовать в своих интересах этих предполагаемых придур-
ков!
Однако недобропорядочность опять оказалась невыгодной. Снова стратегия Око
за око, представленная Анатолем Раппопортом, вышла победителем, и результат
составил целых 96% от 600. И еще раз добропорядочные стратегии, в общем, ока-
зались более эффективными, чем непорядочные. Все 15 более эффективных страте-
гий, за исключением одной, были добропорядочными, а из 15, набравших меньше
очков, все, за исключением одной, были непорядочными. Но хотя праведная стра-
тегия Око за два ока выиграла бы в первом турнире, если бы в нем участвовала,
она не вышла победителем из второго. Это объясняется тем, что во втором тур-
нире участвовали более коварные стратегии, способные безжалостно наброситься
на столь откровенного придурка.
Такой результат выявил одно важное обстоятельство, характерное для этих
турниров: успех той или иной стратегии зависит от того, какие другие страте-
гии участвуют в турнире. Это единственный способ объяснить различие между
вторым турниром, в котором Око за два ока заняла гораздо более далекое место
в турнирной таблице, и первым турниром, в котором эта стратегия выиграла бы.
Однако, как я уже говорил, эта публикация не о том, сколь изобретательны про-
граммисты. Существует ли способ, позволяющий решить, какую стратегию можно
действительно считать наилучшей в более общем и менее произвольном смысле?
Те, кто прочитали предыдущие главы, уже готовы искать ответ на этот вопрос в
теории эволюционно стабильных стратегий.
Я был одним из тех, кому Аксельрод сообщил о своих ранних результатах с
просьбой прислать стратегию для второго турнира. Я этого не сделал, но выска-
зал другое предложение. Аксельрод уже начинал мыслить в терминах ЭСС, но я
счел это столь важным, что написал ему, предложив связаться с У. Гамильтоном.
Аксельрод не знал, что Гамильтон в это время работал в одном с ним универси-
тете, только в другом отделении. Он немедленно встретился с ним, и результа-
том последовавшего за этим сотрудничества оказалась блестящая статья, опубли-
кованная в журнале Science в 1981 г. и завоевавшая премию Ньюкомба Кливленда
Американской ассоциации содействия развитию науки. Помимо обсуждения некото-
рых восхитительно оторванных от жизни биологических примеров Итерированных
Парадоксов заключенных, Аксельрод и Гамильтон дали, с моей точки зрения,
должную оценку подходу в свете теории ЭСС.
Сопоставьте этот подход с «соревнованием по круговой системе», в соответст-
вии с которым проводились два турнира Аксельрода. Каждая стратегия выставля-
лась против каждой из других стратегий одинаковое число раз. Конечная оценка
стратегии определялась общей суммой очков, «заработанных» ею в играх со всеми
остальными стратегиями. Таким образом, чтобы добиться успеха в соревновании
по круговой системе, данная стратегия должна выстоять против всех других
стратегий, которые людям вздумается предложить. Аксельрод назвал стратегию,
способную победить широкий круг других стратегий, «сильной» стратегией. Око
за око оказалась сильной стратегией. Однако набор стратегий, предлагаемых
людьми в том или другом случае, произволен. Именно это беспокоило нас выше.
По чистой случайности в первом турнире Аксельрода примерно половина стратегий
относилась к добропорядочным. В этих условиях Око за око выиграла, а Око за
два ока выиграла бы, если бы приняла участие в турнире. Допустим, однако, что
все представленные стратегии случайно оказались непорядочными. Такая ситуация
могла бы возникнуть очень легко. Ведь из 14 предложенных стратегий 6 действи-
тельно были непорядочными. Если бы число непорядочных стратегий составило 13,
то Око за око не выиграла бы. Атмосфера оказалась бы для нее неподходящей. Не
только сумма выигрыша, но и место в иерархическом ряду, выстраиваемом на ос-
нове достигнутого успеха, определяется тем, какие стратегии были представле-
ны; иным словами, все зависит от такого произвольного фактора, как прихоть
того или иного человека. Как мы можем уменьшить эту произвольность? Если бу-
дем «мыслить в духе ЭСС».
Как вы, вероятно, помните по первым главам, важная характеристика эволюци-
онно стабильной стратегии состоит в том, что она продолжает оставаться эффек-
тивной, когда она уже многочисленна в данной популяции стратегий. Называя Око
за око зволюционно стабильной стратегией, мы говорим, что Око за око эффек-
тивна в ситуации, в которой эта стратегия доминирует. Это можно рассматривать
как особый тип «силы». Как эволюционисты мы испытываем соблазн рассматривать
его как единственный тип силы, имеющий существенное значение. Почему это так
важно? А потому, что в мире дарвинизма выигрыши выплачиваются не в виде де-
нег, а в виде потомков. Для дарвиниста успешная стратегия — это такая страте-
гия, которая стала многочисленной в данной популяции стратегий. Для того что-
бы стратегия оставалась успешной, она должна быть особенно эффективной тогда,
когда она многочисленна, когда она действует в обстановке, где доминируют ее
собственные копии.
На самом деле Аксельрод провел третий раунд своего турнира так, как его мог
бы вести естественный отбор, стремящийся найти некую ЭСС. Правда, он не на-
звал это третьим раундом, поскольку он не обращался с просьбами о новых пред-
ложениях, а использовал те же 63 стратегии, что и в раунде 2. Мне кажется
удобным рассматривать его как раунд 3, потому что, по-моему, он отличается от
двух «соревнований по круговой системе» более основательно, чем эти два со-
ревнования отличаются друг от друга.
Аксельрод взял эти 63 стратегии и вновь ввел их в компьютер в качестве «ге-
нерации I» некой эволюционной последовательности. Поэтому в «генерации I» бы-
ли равномерно представлены все 63 стратегии. В конце генерации 1 каждой стра-
тегии был выплачен выигрыш не в виде «денег» или «очков», но в виде потомков,
идентичных своим (бесполым) родителям. С течением времени, по мере того, как
одно поколение сменялось другим, некоторые стратегии становились редкими и, в
конце концов, вовсе исчезали. Другие стратегии стали встречаться чаще. Вслед
за изменением этих соотношений изменялась и «обстановка», в которой происхо-
дило дальнейшее развитие игры.
В конце концов по прошествии примерно 1000 поколений дальнейшие изменения
обстановки прекратились. Была достигнута стабильность. До этого благосостоя-
ние различных стратегий возрастало и падало, точно так же, как при компьютер-
ном моделировании стратегий Плутов, Простаков и Злопамятных. Некоторые стра-
тегии пошли на убыль с самого начала, а к 200-му поколению большая их часть
вымерла. Одна или две из непорядочных стратегий стали встречаться все чаще,
однако их процветание, как и у Простака в моей модели, было недолгим. Единст-
венная непорядочная стратегия, сохранившаяся по прошествии 200 поколений, бы-
ла стратегия под названием Харрингтон. Выигрыши этой стратегии резко возрас-
тали на протяжении первых 150 поколений, а затем довольно медленно снижались,
и стратегия практически вымерла к 1000-му поколению. Стратегия Харрингтон бы-
ла успешной в течение некоторого времени по той же причине, что и моя ориги-
нальная стратегия Плут. Она эксплуатировала придурков вроде стратегии Око за
два ока, пока они еще существовали. Затем, после того как эти придурки были
доведены до вымирания, стратегия Харрингтон, лишившись легкой добычи, после-
довала за ними. Арена оказалась свободной для таких добропорядочных, но дерз-
ких стратегий, как Око за око.
Сама стратегия Око за око действительно взяла верх в пяти из шести партий
третьего раунда, точно так же, как это было в раундах 1 и 2. Пять других доб-
ропорядочных, но дерзких стратегий добились почти такого же успеха (высокая
частота в популяции), как Око за око; одна из них даже победила в шестой пар-
тии. После того как все недобропорядочные стратегии было доведены до вымира-
ния, ни одну из добропорядочных стратегий нельзя было отличить от Ока за око
или друг от друга, потому что все они, будучи добропорядочными, просто играли
друг против друга Кооперируюсь.
Эта неразличимость означает, в частности, что хотя Око за око напоминает
ЭСС, она, строго говоря, не является настоящей ЭСС. Вспомним: для того, чтобы
быть ЭСС, стратегия, когда она становится широко распространенной, должна
быть защищена от проникновения той или иной редкой мутантной стратегии. Что
же касается стратегии Око за око, то хотя она и, не допускает проникновения
какой-либо недобропорядочной стратегии, от других добропорядочных стратегий
она не защищена. Как мы только что видели, в популяции добропорядочных стра-
тегий все стратегии будут выглядеть и вести себя совершенно одинаково: все
они будут играть Кооперируюсь. Таким образом, любая другая добропорядочная
стратегия, подобно совершенно праведной Всегда кооперируйся, хотя предположи-
тельно она будет обладать положительным селективным преимуществом над страте-
гией Око за око, тем не менее может проникнуть в популяцию незамеченной. По-
этому технически Око за око нельзя считать ЭСС.
Можно подумать, что поскольку мир продолжает оставаться таким же добропоря-
дочным, мы могли бы рассматривать Око за око как ЭСС. Но, боже, посмотрите, к
чему это приведет! В отличие от Ока за око стратегия Всегда кооперируюсь не-
устойчива к проникновению непорядочных стратегий, таких, как Всегда отказыва-
юсь . Стратегия Всегда отказываюсь эффективна против Всегда кооперируюсь, по-
скольку она всякий раз получает 5 очков за риск. Непорядочные стратегии, та-
кие, как Всегда отказываюсь, вступят в игру, поддерживая на низком уровне
численность слишком добропорядочных стратегий, таких, как Всегда коопериру-
юсь .
Однако, хотя Око за око, строго говоря, не является истинной ЭСС, было бы,
вероятно, справедливо рассматривать некую смесь в своей основе добропорядоч-
ных, но мстительных, «Око за око-подобных» стратегий, как примерно эквива-
лентную ЭСС. Такая смесь может содержать небольшую добавку непорядочности.
Роберт Бойд и Джеффри Лорбербаум (Robert Boyd, Jeffrey Lorberbaum) в одной из
интересных работ, продолжающих исследования Аксельрода, рассматривают смесь
стратегии Око за око и стратегии, названной Недоверчивой око за око. Недовер-
чивая око за око технически относится к числу непорядочных, но она не слишком
уж непорядочна. Она ведет себя точно так, как сама Око за око после первого
хода, но — и именно это делает ее технически непорядочной — она играет Отка-
зываюсь при самом первом ходе. В условиях полного доминирования стратегии Око
за око стратегия Недоверчивая око за око не может процветать, потому что ее
первоначальный отказ запускает непрерывную цепь взаимных обвинений. Если же
она встречается с игроком, принявшим стратегию Око за два ока, то великодуш-
ное всепрощение последней пресекает этот поток взаимных обвинений в зародыше.
Оба игрока заканчивают игру с результатом не ниже принятого за точку отсчета
(т. е. одни тройки), причем Недоверчивая око за око получает премию за свой
начальный отказ. Бойд и Лорбербаум показали, что в популяцию стратегий Око за
око может проникнуть в эволюционном смысле смесь «Око за два ока» и «Недовер-
чивая око за око» — двух стратегий, процветающих в сочетании друг с другом.
Это почти, наверное, не единственная комбинация, способная к подобной инва-
зии. Существует, возможно, много смесей слегка непорядочных стратегий с доб-
ропорядочными и прощающими, которые способны к совместной инвазии. Во всем
этом можно увидеть как бы отражение хорошо знакомых ситуаций, встречающихся в
жизни людей.
Аксельрод понимал, что Услугу за услугу, строго говоря, нельзя считать ЭСС
и поэтому он описал ее как «Коллективно стабильную стратегию». Как и в случае
настоящих ЭСС, коллективно стабильными могут быть одновременно несколько
стратегий. И снова доминирование в популяции зависит просто от везения. Все-
гда отказываюсь также стабильная стратегия, равно как и Око за око. В популя-
ции, в которой Всегда отказываюсь уже достигла доминирующего положения, ни
одна другая стратегия не может превзойти ее по эффективности. Мы можем рас-
сматривать систему как имеющую две точки стабильности: одна из них Всегда от-
казываюсь , а другая — Око за око (или какая-то смесь по большей части добро-
порядочных ответных стратегий). Та точка стабильности, которая первой займет
доминирующее положение в популяции, и останется доминантной.
Что же означает «доминирование» на количественном уровне? Каким должно быть
число стратегий Око за око, чтобы она одолела Всегда отказываюсь? Это зависит
от конкретных выплат, на которые банкомет согласился пойти в данной игре. В
общем можно лишь сказать, что существует некая критическая частота, некий ру-
беж. По одну его сторону критическая частота стратегии Око за око превышена и
отбор начинает все больше и больше благоприятствовать этой стратегии. По дру-
гую сторону превышена критическая частота стратегии Всегда отказываюсь и от-
бор все больше и больше благоприятствует этой последней. Мы уже встречались с
такой ситуацией в гл. 10, при рассмотрении Злопамятных и Плутов.
Совершенно очевидно поэтому, сколь важное значение имеет то, по какую сто-
рону от рубежа окажется данная популяция в самом начале. Нам необходимо также
знать, каким образом популяция может иногда переходить с одной стороны рубежа
на другую. Допустим, что мы начинаем с популяции, уже находящейся на стороне
Всегда отказываюсь. Немногочисленные индивидуумы, придерживающиеся стратегии
Око за око, не встречаются друг с другом достаточно часто, чтобы быть взаимно
полезными. Таким образом, естественный отбор толкает популяцию еще дальше, к
самой крайней точке Всегда отказываюсь. Если бы только эта популяция смогла
просто каким-то образом, в результате случайного дрейфа переступить рубеж,
она могла бы скатиться по склону на сторону стратегии Око за око и всем это
было бы очень выгодно, а расплачивался бы банкомет (или «Природа»). Но, разу-
меется, популяции не обладают ни волей, ни намерениями или целями, общими для
всей группы. Они не могут стремиться к тому, чтобы перейти рубеж. Они перей-
дут его только в том случае, если их поведут за собой ненаправленные силы
Природы.
Как это может произойти? Можно было бы ответить: «Случайно». Однако слово
«случайность» просто скрывает наше незнание. Оно означает: «Определяется ка-
кими-то пока неизвестными или точно не установленными факторами». У нас есть
возможность ответить чуть лучше. Мы можем попытаться представить себе, как
практически некоему меньшинству индивидуумов, использующих стратегию Око за
око, удается увеличиться в числе и достигнуть критической массы. Это равно-
сильно поискам возможных путей, которыми индивидуумы Око за око могли бы об-
разовывать достаточно большие скопления, чтобы всем вместе выигрывать за счет
банкомета.
Такое направление представляется перспективным, но вместе с тем довольно
неопределенным. Как именно могли бы сходные друг с другом индивидуумы соби-
раться вместе, образуя локальные скопления? Очевидная причина образования та-
ких скоплений в природе — генетическая близость, родство. Животные большинст-
ва видов обычно живут поблизости от своих родных и двоюродных братьев и сес-
тер, а не от каких-то случайных членов данной популяции. Это необязательно
бывает обусловлено их собственным выбором, а автоматически вытекает из прису-
щей популяции «вязкости». Вязкость означает любую наблюдаемую у индивидуумов
тенденцию продолжать жить вблизи того места, где они родились. Например, на
протяжении большей части своей истории и в большинстве областей земного шара
(хотя это далеко не всегда можно сказать о нашем современном мире) люди редко
удалялись больше чем на несколько километров от того места, где они родились.
Это приводит к образованию локальных скоплений индивидуумов, связанных гене-
тическим родством. Я помню, как при посещении одного острова, довольно сильно
удаленного от западного побережья Ирландии, меня поразило, что почти у всех
его жителей были огромные уши, напоминавшие по форме ручку кувшина. Вряд ли
это объяснялось тем, что большие уши соответствовали климату (на острове дуют
сильные ветры с моря). Это было результатом тесного родства между всеми оби-
тателями острова.
Генетическое родство проявляется не только во внешнем сходстве (например, в
чертах лица), но и во всевозможных других аспектах. Например, индивидуумы,
связанные генетическим родством, походят друг на друга по генетической склон-
ности играть (или не играть) Око за око. Поэтому, если даже эта стратегия
редко встречается в популяции в целом, она может быть широко распространена
локально. На некоем локальном участке индивидуумы, использующие стратегию Око
за око, могут встречаться друг с другом достаточно часто, чтобы взаимное коо-
перирование обеспечивало им процветание, несмотря на то, что по расчетам, ис-
ходящим из одной только глобальной частоты в популяции в целом, может полу-
читься, что их частота ниже критической.
В таких случаях индивидуумы Око за око, кооперирующиеся между собой в пре-
делах уютных маленьких территорий, могут достигнуть такого процветания, что
из небольших локальных скоплений превратятся в более крупные локальные скоп-
ления. Иногда локальные скопления вырастают так сильно, что распространяются
в другие области, в которых до того численно доминировали индивидуумы, при-
держивающиеся стратегии Всегда отказываюсь. Мой ирландский остров, очевидно,
не слишком удачный пример упомянутых маленьких территорий, потому что он фи-
зически обособлен. Представим себе лучше обширную популяцию, в которой не
происходит существенных перемещений, так что ее члены больше похожи на своих
непосредственных соседей, чем на более удаленных, несмотря на непрерывный ин-
тербридинг в масштабах всей области.
Итак, возвращаясь к нашему рубежу, следует признать, что индивидуумы Око за
око могут преодолеть его. Для этого лишь требуется небольшое локальное скоп-
ление таких индивидуумов, подобное тем, которые естественным образом возника-
ют в природных популяциях. Око за око обладает способностью преодолевать ру-
беж и переходить на свою собственную сторону, даже если частота этой страте-
гии невелика. Как будто под этим рубежом имеется тайный проход. Однако дверца
в этом тайном проходе пропускает индивидуумов лишь в одну сторону, т. е. су-
ществует некая асимметрия. В отличие от Ока за око стратегия Всегда отказыва-
юсь, несмотря на то, что это настоящая ЭСС, не может использовать локальное
скопление, для того чтобы преодолеть рубеж. Локальные скопления индивидуумов,
использующих стратегию Всегда отказываюсь, в присутствии друг друга не только
не процветают, но функционируют особенно плохо. Вместо того чтобы спокойно
помогать друг другу за счет банкомета, они топят друг друга. Итак, стратегия
Всегда отказываюсь, в отличие от Ока за око, не извлекает пользы ни из родст-
венных связей, ни из вязкости популяции.
Таким образом, хотя Око за око лишь с большими оговорками можно отнести к
категории ЭСС, она обладает некой стабильностью более высокого порядка. Что
это может означать? Конечно, стабильность — это стабильность. Однако здесь мы
имеем в виду очень большой промежуток времени. Всегда отказываюсь в течение
длительного времени сопротивляется инвазии. Но если прождать достаточно дол-
го, быть может, тысячи лет, Око за око в конечном счете достигнет численно-
сти, требуемой для того, чтобы перешагнуть через рубеж, и популяция сделает
это одним рывком. Обратного, однако, не произойдет. Стратегия Всегда отказы-
ваюсь , как мы видели, не может извлечь выгоду из образования скоплений, так
что она не пользуется преимуществами этой стабильности более высокого поряд-
ка.
Око за око стратегия «добропорядочная», т. е. никогда не отказывается пер-
вой, и «незлопамятная», т. е. быстро забывает прошлые злодеяния. Здесь я хочу
ввести еще один из будоражащих воображение технических терминов Аксельрода:
Око за око «независтлива». Быть завистливым, по терминологии Аксельрода, оз-
начает стремление выиграть больше денег, чем другой игрок, а не стараться по-
лучить как можно большую сумму в абсолютном выражении из капиталов банкомета.
Быть независтливым означает чувствовать себя вполне удовлетворенным, если
другой игрок получает ровно столько же денег, сколько и вы, при условии, что
вы оба выигрываете таким образом больше у банкомета. Око за око никогда по-
настоящему не «выигрывает» игру. Подумайте об этом и вы поймете, что она не
может набрать больше очков, чем ее «противник», в каждой отдельной игре, по-
тому что она отказывается лишь в отместку. Она может, самое большее, сыграть
вничью со своим противником. Однако каждая ничья приносит обоим игрокам по-
многу очков. Когда речь идет о стратегии Око за око и о других добропорядоч-
ных стратегиях, слово «противник» неуместно. Но, к сожалению, когда психологи
проводят игру Итерированный Парадокс заключенных между реальными людьми, поч-
ти все игроки поддаются чувству зависти и поэтому в денежном выражении их ус-
пехи относительно невелики. Создается впечатление, что многие люди, может
быть даже не сознавая этого, готовы лучше потопить другого игрока, чем коопе-
рироваться с ним, чтобы разорить банкомета. Всю ошибочность такой стратегии
показал Аксельрод.
Эта ошибка затрагивает игры лишь определенных типов. В теорий игр различают
игры «с нулевой суммой» и «с ненулевой суммой». В играх с нулевой суммой вы-
игрыш одного игрока сопровождается проигрышем другого. К играм этого типа от-
носятся шахматы, поскольку цель каждого игрока состоит в том, чтобы выиграть,
т. е. заставить другого игрока проиграть. Однако Парадокс заключенных — это
игра с ненулевой суммой. В ней участвует банкомет, выплачивающий деньги, и
два игрока, объединившись, могут отправиться в банк, весело смеясь над ним.
Последняя фраза заставляет меня вспомнить восхитительную строчку Шекспира:
Первым делом мы перебьем всех законников5
В том, что называют гражданскими «спорами», на самом деле часто имеется ши-
рокий простор для кооперирования. То, что выглядит как конфронтация, можно,
проявив немного доброй воли, превратить во взаимовыгодную игру с ненулевой
суммой. Возьмем, например, бракоразводный процесс. Удачное супружество - это,
безусловно, игра с ненулевой суммой, с бьющим через край взаимным коопериро-
ванием. Но даже после того, как брак распадется, имеются всевозможные причи-
ны, по которым супружеская пара могла бы выиграть, продолжая кооперироваться
и рассматривая свой развод также как игру с ненулевой суммой. Если даже они
не считают благополучие своих детей достаточно веской причиной, то следовало
бы подумать о том ущербе, который нанесут семейному бюджету гонорары двух ад-
вокатов . Итак, вероятно, разумная и цивилизованная пара начнет с того, что
отправится вместе к одному адвокату, не правда ли?
Увы, на самом деле этого никто не делает. Во всяком случае, в Англии и до
недавнего времени во всех пятидесяти штатах США закон или, что гораздо важ-
нее , собственный профессиональный кодекс адвоката не разрешает им этого. Кли-
ентом данного адвоката может быть только один из супругов. Другому отказывают
с порога, и он либо остается без юридической помощи, либо вынужден обратиться
к другому адвокату. Вот тут-то и начинается комедия. В разных комнатах, но в
один голос, оба адвоката немедленно начинают рассуждать о «нас» и о «них».
«Мы», как вы понимаете, относится не ко мне и моей жене: «мы» — это я и мой
адвокат, а «они» - моя жена и ее адвокат. Когда дело передается в суд, то оно
регистрируется под названием «Смит против Смит». Противостояние принимается
за некую данность, независимо от того, действительно ли супруги чувствуют се-
5 Генрих VI, ч. 2
бя противниками или, быть может, они договорились не выходить за рамки благо-
разумного дружелюбия. И кто выигрывает от того, чтобы относиться к этому как
к перебранке: «я выиграл, ты проиграла»? Вероятно, только адвокаты.
Злополучные супруги втянуты в игру с нулевой суммой. Для адвокатов, однако,
дело Смит против Смит прекрасная выгодная игра с ненулевой суммой, в которой
Смиты обеспечивают выплаты, а два профессионала доят общий счет своих клиен-
тов с помощью тщательно зашифрованного сотрудничества. Один из приемов, ис-
пользуемых ими при этом, заключается в том, чтобы выдвигать предложения, ко-
торые , как они оба прекрасно знают, другая сторона не примет. Это побуждает к
контрпредложению, которое опять-таки неприемлемо, о чем адвокатам тоже из-
вестно. И так это продолжается дальше. Каждое письмо, каждый телефонный раз-
говор между кооперирующимися «противниками» добавляет еще одну пачку денег к
их гонорару. В случае удачи вся эта процедура может растянуться на месяцы или
даже годы, сопровождаясь соответственным ростом расходов. Адвокаты не встре-
чаются друг с другом, чтобы разработать все это. Напротив, как это ни пара-
доксально, именно их скрупулезно соблюдаемая обособленность служит главным
орудием их кооперирования за счет клиентов. Адвокаты могут даже и не осозна-
вать, что они делают. Как летучие мыши-вампиры, о которых мы поговорим в кон-
це этой главы, они играют по хорошо разработанному ритуалу. Система действует
безо всякого надзора или организации. Вся она направлена на то, чтобы втяги-
вать нас в игры с нулевой суммой для клиентов, но весьма ненулевой — для ад-
вокатов .
Способ, который рекомендует Шекспир, слишком радикален. Пожалуй, проще было
бы добиться изменения закона. Но большинство членов парламента — юристы по
специальности, и по складу ума им ближе игра с нулевой суммой. Трудно пред-
ставить себе более враждебную атмосферу, чем та, что царит в Британской пала-
те общин. (На судебных заседаниях, по крайней мере, соблюдаются приличия при
прениях сторон. Им и следует это делать, ибо «Мой ученый коллега и я» пре-
красно сотрудничают и довольные направляются в банк.) Быть может, законодате-
лей, действующих из самых лучших побуждений, и способных внять голосу совести
адвокатов следовало бы обучить начаткам теории игр. Справедливости ради необ-
ходимо добавить, что некоторые адвокаты выступают в прямо противоположной ро-
ли, убеждая клиентов, испытывающих непреодолимое желание ввязаться в драку «с
нулевой суммой», что им лучше было бы достигнуть в суде соглашения, которое
принесло бы им ненулевую сумму.
А что можно сказать о других играх, в которые мы играем? Какие из них отно-
сятся к играм с ненулевой, а какие-с нулевой суммой? И, поскольку это не одно
и то же, какие аспекты жизни мы воспринимаем как нулевую или ненулевую сумму?
Какие аспекты человеческой жизни способствуют развитию «зависти», а какие по-
буждают к кооперированию против «банкомета»? Подумайте, например, о спорах
относительно зарплаты и дифференцированной оплаты труда. Когда мы ведем пере-
говоры о том, чтобы нам повысили зарплату, движет ли нами зависть или же мы
кооперируемся, чтобы максимизировать наши реальные доходы? Исходим ли мы в
реальной жизни, так же как в психологических экспериментах, из допущения, что
мы участвуем в игре с нулевой суммой, когда на самом деле это не так? Я про-
сто ставлю эти трудные вопросы. Ответы на них выходят за пределы тематики
этой публикации.
Футбол — игра с нулевой суммой. Во всяком случае, обычно. Иногда он может
превратиться в игру с ненулевой суммой. Так случилось в 1977 г. в Английской
футбольной лиге (Ассоциация футбола, или соккера; другие игры, называемые
футболом, — рэгби, Австралийский футбол, Американский футбол, Ирландский фут-
бол и т. д. — обычно также представляют собой игры с нулевой суммой) . Коман-
ды, входящие в футбольную лигу, разбиты на четыре дивизиона. Клубы каждого
дивизиона играют между собой, набирая очки за каждый выигрыш и каждую ничью в
течение данного сезона. Находиться в первом дивизионе престижно, а также при-
быльно для клуба, поскольку это обеспечивает большое число зрителей. В конце
каждого сезона три клуба первого дивизиона, занявшие последние места, перево-
дят на следующий сезон во второй дивизион. Такое перемещение, очевидно, рас-
сматривается как ужасный удар судьбы, и чтобы избежать его, стоит затратить
огромные усилия.
Последняя игра в футбольном сезоне 1977 г. происходила 18 мая. Два из трех
кандидатов на вылет из первого дивизиона уже были определены, но третий еще
оставался под вопросом. Это определенно должна была быть одна из трех команд:
Сандерленд, Бристоль или Ковентри. Таким образом, этим трем командам было за
что бороться в ту субботу. Сандерленд играла против четвертой команды (пребы-
вание которой в первом дивизионе не подвергалось сомнению), а Бристоль и Ко-
вентри играли друг против друга. Было известно, что если Сандерленд проигра-
ет, то командам Бристоль и Ковентри достаточно закончить игру вничью, чтобы
остаться в первом дивизионе. Если же Сандерленд выиграет, то либо Бристоль,
либо Ковентри будет переведена из первого дивизиона. Две решающие игры должны
были проходить одновременно. Однако фактически игра Бристоль-Ковентри нача-
лась на пять минут позднее. Поэтому результаты игры с участием команды Сан-
дерленд стали известны до окончания игры Бристоль-Ковентри. Это и послужило
завязкой всей дальнейшей сложной истории.
Большая часть игры между командами Бристоль и Ковентри проходила, выражаясь
языком современных спортивных комментаторов, «в быстром темпе», а по временам
бурно; это была увлекательная (если вы любите подобные зрелища) борьба, в ко-
торой успех все время переходил от одной команды к другой. В результате не-
скольких блестяще забитых голов с обеих сторон счет матча к восемнадцатой ми-
нуте был 2:2. Затем, за две минуты до конца игры, пришло известие с другого
поля, что Сандерленд проиграл. Немедленно тренер команды Ковентри передал эту
новость на гигантское светящееся электронное табло, находящееся в конце поля.
Очевидно, что все 22 игрока умели читать, и все они поняли, что им теперь не-
зачем надрываться. Обеим командам нужна была всего лишь ничья, чтоб избежать
перевода во второй дивизион. И в самом деле, теперь было бы совершенно нера-
зумно изо всех сил стараться забивать голы, тем более, что при этом, отвлека-
ясь от защиты собственных ворот, они рисковали проиграть и, в конечном счете,
оказаться во втором дивизионе. Обе команды стали настойчиво стремиться сде-
лать ничью. Приведу слова того же комментатора: «Болельщики, которые несколь-
ко секунд назад, когда Дог Гиллис на 80-й минуте забил гол в ворота Ковентри,
сравняв счет, были злейшими врагами, внезапно объединились в дружном ликова-
нии. Судья Рон Чаллис беспомощно наблюдал за игроками, лениво гонявшими мяч
по полю». То, что было ранее игрой с нулевой суммой, вдруг, в результате со-
общения, поступившего из внешнего мира превратилось в игру с ненулевой сум-
мой. Пользуясь принятой нами выше терминологией, как по волшебству, появился
внешний «банкир» и это позволило обеим командам, Бристоль и Ковентри, извлечь
выгоду из одного и того же исхода игры — из ничьей.
Зрелищные виды спорта, такие как футбол, обычно представляют собой игры с
нулевой суммой, и по весьма веской причине. Зрителям гораздо интереснее смот-
реть на игроков, неистово борющихся друг с другом за победу, чем наблюдать,
как они дружески достигают молчаливого согласия. Однако реальная жизнь, будь
то жизнь человека или растений и животных, учреждалась не для того, чтобы
развлекать зрителей. Многие ситуации в подлинной жизни, в сущности, мало чем
отличаются от игры с ненулевой суммой. Природа нередко выступает в роли «бан-
комета», так что индивидуумы могут извлекать выгоду из успехов друг друга. Им
нет нужды повергать на землю противников для того, чтобы достигнуть благопо-
лучия. Не отступая от основных законов эгоистичного гена, мы можем видеть,
как кооперирование и взаимопомощь способствуют процветанию даже в мире, в ко-
тором преобладает эгоизм. Мы можем убедиться, что добрые парни могут финиши-
ровать первыми (в аксельродовском смысле).
Однако все это реализуется лишь в случае итерированной игры. Игроки должны
знать (или знать в кавычках), что происходящая между ними в данной момент иг-
ра — не последняя для них. «Тень будущего», о которой говорил Аксельрод,
должна быть длинной. Но насколько длинной? Не может же она быть бесконечной.
С теоретической точки зрения продолжительность игры не имеет значения; важно
лишь, чтобы ни один из игроков не знал, когда она закончится. Допустим, что
мы с вами играем друг против друга и нам обоим известно, что в этой игре
должно быть сыграно 100 партий. Разумеется, мы оба понимаем, что 100-я пар-
тия, будучи последней, будет равносильна простой одноразовой игре Парадокс
заключенного. Поэтому единственной разумной стратегией для любого из нас в
100-й партии должна быть Отказываюсь, и каждый из нас может допустить, что
другой игрок вычислит это и твердо решит в последней партии тоже отказаться.
Поэтому последнюю партию можно списать со счета как предсказуемую. Но теперь
эквивалентом одноразовой игры становится 99-я партия и единственным разумным
выбором для каждого игрока в этой предпоследней игре также будет Отказываюсь.
К тому же решению им придется прибегнуть в 98-й партии и так далее в обратном
направлении. Два совершенно рационально мыслящих игрока, каждый из которых
предполагает, что другой строго рационален, могут лишь отказываться, если оба
они знают, сколько партий им предстоит играть. Поэтому специалисты по теории
игр, рассуждая об Итерированном или Повторяющемся Парадоксе заключенных, все-
гда исходят из допущения, что конец игры непредсказуем или известен только
банкомету.
Даже если число партий в игре точно не известно, в реальной жизни часто
возможно из статистических соображений высказать догадку о том, сколько еще
продлится игра. Такая оценка может составить важную часть стратегии. Если я
замечаю, что банкомет суетится и посматривает на часы, то можно сделать вы-
вод, что игра подходит к концу, и у меня возникнет соблазн отказываться. Если
я заподозрю, что вы тоже обратили внимание на поведение банкомета, то у меня
может возникнуть опасение, что вы тоже собираетесь отказываться, и я, возмож-
но, постараюсь отказаться первым. В особенности потому, что я боюсь, что вы
боитесь, что я...
То простое различие, которое делается между одноразовым Парадоксом заклю-
ченных и игрой Итерированный Парадокс заключенных в математике, слишком про-
сто.
Следует ожидать, что каждый из игроков будет вести себя так, как если бы он
был способен вновь и вновь оценивать, сколько еще времени будет продолжаться
игра. Чем выше окажется его оценка, тем дольше он будет играть в соответствии
с математическим ожиданием для настоящей итерированной игры; иными словами,
он будет более добрым и менее завистливым, с большей готовностью будет про-
щать . Чем короче по его оценке будет игра, тем больше будет он склонен играть
в соответствии с математическими ожиданиями одноразовой игры: он будет вести
себя непорядочно и проявлять злопамятность.
Аксельрод живо обрисовал картину того, какое важное значение может иметь
тень будущего, на примере замечательного феномена, возникшего во время Первой
мировой войны — так называемая система «живи и дай жить другим». Он восполь-
зовался для этого исследованиями историка и. социолога Тони Ашуэрта (Топу
Ashworth). Хорошо известно, что на Рождество английские и немецкие войска
братались и пили вместе на ничейной земле. Менее хорошо известно, но, по-
моему, интереснее, то, что, начиная с 1914 г., по всем линиям фронта в тече-
ние, по меньшей мере, двух лет процветали неофициальные и необъявленные пакты
о ненападении, т. е. имела место своего рода система «живи и дай жить дру-
гим» . Рассказывают, что один из старших английских офицеров при посещении
окопов был поражен, увидев немецких солдат, расхаживающих позади своих тран-
шеи на расстоянии ружейного выстрела от англичан: «Наши солдаты, казалось, их
не замечали. Я решил про себя покончить с такими вещами, когда мы займем эти
позиции; этого нельзя допускать. Эти люди, по-видимому, не осознавали, что
идет война. Обе стороны, очевидно, придерживались политики „живи и дай жить
другим".»
Теория игр и Парадокс заключенных в те дни еще не были придуманы, но, огля-
дываясь назад, можно ясно видеть, что происходило, и Аксельрод дает прекрас-
ный анализ. В окопной войне тех времен тень будущего для каждого взвода была
длинной. Это означает, что каждая окопавшаяся группа английских солдат, по
всей вероятности, могла ожидать, что ей предстоит долгие месяцы видеть перед
собой все ту же окопавшуюся группу немецких солдат. Кроме того, рядовые сол-
даты не имели никакого представления о том, когда они двинутся с места и про-
изойдет ли это вообще; армейские приказы пользуются дурной славой как произ-
вольные, непостоянные и непонятные для тех, к кому они обращены. Тень будуще-
го была достаточно длинной и достаточно неопределенной для того, чтобы спо-
собствовать развитию кооперирования по типу стратегии Око за око. Разумеется,
в том случае, когда ситуация соответствовала игре в Парадокс заключенных.
Напомню, что игра может считаться настоящим Парадоксом заключенных лишь в
том случае, если платежи можно расположить в определенной последовательности
по их рангу. Обе стороны должны предпочитать взаимное кооперирование (КК)
взаимному отказу (00). Отказ в том случае, когда другая сторона кооперируется
(ОК) , даже еще лучше, если это сходит с рук. Кооперирование, когда другая
сторона отказывается (КО), хуже всего.
Взаимный отказ — вот чего хотелось бы генеральному штабу. Они хотят, чтобы
их бравые парни при каждой представившейся возможности сажали в калошу всех
Джерри (или Томми).
Взаимное кооперирование, с точки зрения генералов, было нежелательно, так
как не помогало им выиграть войну. Однако оно было в высшей степени желатель-
но с точки зрения отдельных солдат обеих сторон. Они не хотели быть убитыми.
Можно предположить — и это обеспечивает выполнение других условий, связанных
с выплатами и необходимых для того, чтобы превратить эту ситуацию в настоящий
Парадокс заключенных, — что солдаты, вероятно, были согласны с генералами,
предпочитая выиграть войну, а не проиграть ее. Однако каждый отдельный солдат
не стоит перед таким выбором. Исход всей войны вряд ли существенно зависит от
того, что делает данный солдат как некий индивидуум. Взаимное кооперирование
с конкретными неприятельскими солдатами, стоящими против вас за ничейной по-
лосой земли, безусловно влияет на вашу собственную судьбу, и оно, разумеется,
гораздо предпочтительней взаимных отказов, несмотря на то, что вы — возможно,
из патриотических чувств или подчиняясь дисциплине — в общем предпочли бы от-
казаться (ОК), если бы вам это могло сойти с рук. Создается впечатление, что
данная ситуация действительно представляла собой настоящий Парадокс заключен-
ных. Следовало ожидать, что при этом возникнет нечто вроде стратегии Око за
око; так оно и случилось.
Локально стабильной стратегией в каждой отдельной части линии окопов не
обязательно должна была быть сама Око за око; Око за око это одна из семейст-
ва добропорядочных, отвечающих ударом на удар, но незлопамятных стратегий,
которые все, если и не стабильны технически, то, по крайней мере, могут про-
тивостоять инвазии, раз уж они возникли. В одной современной работе описана,
например, стратегия Око за три ока, возникшая на неком локальном участке.
По ночам мы выходим из окопов... Группы немецких солдат в ночное время также
работают вне окопов, так что стрелять считается дурным тоном. Чрезвычайно
скверная штука — винтовочные гранаты. Упав в окоп, они могут убить 8-9 чело-
век... Но мы никогда не пускаем в ход свои гранаты, пока немцы не поднимут
слишком большого шума, так как по их системе возмездия на каждую нашу гранату
они посылают в нашу сторону три.
Для каждой стратегии, относящейся к семейству Око за око, важно, чтобы иг-
роки несли наказание за отказ. Угроза возмездия постоянно должна присутство-
вать . Демонстрации способности отомстить играли заметную роль в системе «живи
и дай жить другим». Меткие стрелки с обеих сторон демонстрировали свою смер-
тоносную виртуозность, стреляя не во вражеских солдат, а в неодушевленные ми-
шени вблизи этих солдат — метод, используемый также в вестернах (например,
когда выстрелом гасят пламя свечи). По-видимому, никогда так и не будет полу-
чено удовлетворительного ответа на вопрос о том, зачем две первые действующие
атомные бомбы были использованы — несмотря на решительные протесты физиков,
ответственных за их создание, — для разрушения двух городов, вместо того,
чтобы продемонстрировать их действие каким-то эффектным способом, аналогичным
«расстреливанию» свечей.
Одна из важных черт стратегий типа Око за око состоит в том, что они незло-
памятны. Это, как мы видели, помогает демпфировать то, что могло бы превра-
титься в длительную изнуряющую череду взаимных обвинений. О том, как важно
подавить, стремление к ответному удару, ярко свидетельствует следующее воспо-
минание одного английского (в этом не оставляет никаких сомнений первая же
фраза) офицера:
«Я пил чай во взводе А, когда мы услыхали громкие крики и пошли узнать, в
чем дело. Мы увидели наших собственных и немецких солдат, которые стояли друг
против друга на своих брустверах. Внезапно начался обстрел, не причинивший,
однако, никакого вреда. Естественно, обе стороны попрятались в окопы, причем
наши солдаты начали поносить немцев. И вдруг какой-то храбрый немец выскочил
на парапет и прокричал: «Мы очень сожалеем о случившемся; мы надеемся, что
никто не пострадал. Мы не виноваты — это проклятая прусская артиллерия».
Аксельрод замечает, что это извинение «выходит далеко за рамки поступка,
предпринятого просто с целью предотвратить отмщение. Оно отражает нравствен-
ное сожаление о том, что было нарушено взаимное доверие, и беспокойство о
возможных жертвах». Безусловно, это был очень храбрый немец, заслуживающий
восхищения.
Аксельрод подчеркивает также важную роль предсказуемости и соблюдения ри-
туала для поддержания стабильности взаимного доверия. Приятным примером слу-
жит «вечерний выстрел», производившийся английской артиллерией всегда в точно
определенное время и на определенном участке линии фронта. По словам одного
немецкого солдата:
«Выстрел раздавался в семь часов — с такой точностью, что по нему можно бы-
ло проверять часы... Он всегда был направлен в одну цель, его дальность была
всегда одинакова, он никогда не отклонялся ни вправо, ни влево, точно попадая
в цель, без перелета или недолета... Находились даже любознательные люди, кото-
рые выползали из окопов... незадолго до семи часов, с тем чтобы увидеть взрыв».
Совершенно то же самое проделывала немецкая артиллерия, о чем свидетельст-
вует рассказ с английской стороны:
«Они (немцы) были так точны в выборе целей, времени и числа выстрелов, что...
полковник Джонс... знал с точностью до минуты, куда упадет следующий снаряд;
его расчеты были очень точны, и он был способен идти на то, что непосвященным
штабным офицерам казалось большим риском, поскольку знал, что обстрел закон-
чится раньше, чем он дойдет до обстреливаемого участка».
Аксельрод отмечает, что такой «ритуал несерьезной и ставшей привычной
стрельбы имел двоякий смысл: высшему командованию он демонстрировал боевой
дух, но противнику говорил о мире».
Система «живи и дай жить другим» могла бы быть разработана путем перегово-
ров между здравомыслящими стратегами, торгующимися за круглым столом. Однако
этого не произошло. Она развивалась в результате ряда локальных соглашений,
через реакции людей на поведение друг1 друга; отдельные солдаты, вероятно, и
не подозревали о том, что такое развитие происходит. Это не должно нас удив-
лять. Стратегии, заложенные в компьютер Аксельрода, определенно были бессоз-
нательными. Их можно было определять как Добропорядочные или Недобропорядоч-
ные, как Незлопамятные или Злопамятные, Завистливые или Независтливые на ос-
новании их поведения. Программисты, создававшие стратегии, могли обладать лю-
быми из названных качеств, но это не имеет значения. Добропорядочную незлопа-
мятную независтливую стратегию вполне мох1 бы создать очень скверный человек.
И наоборот. Добропорядочность стратегии познается по ее поведению, а не по ее
побуждениям (поскольку их у нее нет) и не по личности ее создателя (который
давно уже отошел на задний план к тому времени, когда программа реализуется в
компьютере). Программа может придерживаться той или иной стратегии, не созна-
вая этого, да и вообще не сознавая ничего.
Мы, конечно, хорошо знакомы с идеей бессознательных стратегов или, по край-
ней мере, стратегов, сознание которых, если оно у них существует, не имеет
значения. Страницы этой публикации переполнены бессознательными стратегиями.
Программы Аксельрода служат превосходной моделью того, как мы на протяжении
всей этой публикации представляли себе животных и растения, да в сущности и
гены. Поэтому естественно спросить, не приложимы ли его оптимистичные заклю-
чения — об успехе независтливой, незлопамятной добропорядочности — также и к
Природе. Да, конечно, приложимы. Единственные условия состоят в том, что При-
рода должна иногда устраивать игры в духе Парадокса заключенных, что тень бу-
дущего должна быть длинной и что ее игры должны быть играми с ненулевой сум-
мой . Эти условия определенно выполняются во всех царствах живых существ.
Никто никогда не станет утверждать, что бактерия является сознательным
стратегом, а между тем паразитические бактерии, по-видимому, непрерывно игра-
ют со своими хозяевами в Парадокс заключенных, и нет никаких причин, почему
бы нам не применять аксельродовские прилагательные — Незлопамятные, Независт-
ливые и тому подобные — к их стратегиям. Аксельрод и Гамильтон указывают, что
бактерии, которые в обычных условиях безобидны или полезны, могут стать вред-
ными и даже вызывать у раненых сепсис с летальным исходом. Врач в таких слу-
чаях, вероятно, скажет, что «природная сопротивляемость» организма понизилась
в результате травмы. Возможно, однако, что истинная причина как-то связана с
играми типа Парадокс заключенных. А нет ли в этом какой-то выгоды для бакте-
рий, которые в другое время не дают себе воли? В игре между человеком и бак-
териями «тень будущего» обычно бывает длинной, поскольку ожидаемая продолжи-
тельность жизни человека от любой данной начальной точки в норме исчисляется
годами. Но если человек серьезно ранен, то он способен обеспечить своим бак-
териальным гостям гораздо менее привлекательную тень будущего. Соответственно
отказ представляется гораздо более заманчивым выбором, чем взаимное коопери-
рование. Нет нужды напоминать, что при этом отнюдь не имеется в виду, что
бактерии придумывают все это в своих противных маленьких головках! Отбор,
действуя на бесчисленные поколения бактерий, вероятно, выработал у них не-
осознанный эмпирический прием, действующий чисто биохимическими путями.
Растения, согласно Аксельроду и Гамильтону, могут даже мстить, но, безус-
ловно, опять-таки бессознательно. Между инжирным деревом и насекомыми, фиго-
выми оплодотворителями, существует тесное кооперирование. Инжир, который мы
едим, — это на самом деле не плод. На одном его конце есть крошечное отвер-
стие, и если проникнуть в это отверстие (для того, чтобы это сделать, надо
быть таким же маленьким, как фиговый оплодотворитель — к счастью, он слишком
мал, чтобы его можно было заметить, когда мы едим инжир), то станет видно,
что его стенки выстилают сотни маленьких цветочков. Инжир - это темная закры-
тая оранжерея для цветков и закрытая камера для опыления. При этом опыление
способен произвести только фиговый оплодотворитель. Таким образом, дерево,
приютив насекомых, извлекает из этого для себя выгоду. А что же получают фи-
говые оплодотворители? Они откладывают свои яйца в некоторые из крохотных
цветков, которыми затем питаются личинки, и опыляют другие цветки внутри того
же инжира. Для насекомых «отказаться» означало бы откладывание яиц в слишком
большое число цветков в одной инжирине при опылении слишком малого их числа.
Но как могло бы инжирное дерево отомстить за это? Согласно Аксельроду и Га-
мильтону : «Оказалось, что во многих случаях, когда фиговый оплодотворитель,
проникнув в незрелый инжир, не опыляет достаточное число цветков, т. е. не
обеспечивает образования семян, а вместо этого откладывает яйца почти во все
цветки, дерево прерывает развитие инжира на ранней стадии. В результате все
потомство насекомого гибнет».
Причудливый пример того, что, по-видимому, можно считать стратегией Око за
око в природе, обнаружил Эрик Фишер у гермафродитного вида рыб — морского
окуня. В отличие от человека у этого вида пол данного индивидуума не опреде-
ляется хромосомами в момент зачатия. Каждый индивидуум способен выступать в
роли, как самки, так и самца. Во время нереста в каждом отдельном случае дан-
ный индивидуум может продуцировать либо икру (яйца), либо молоки (сперму).
Морской окунь образует моногамные пары, причем партнеры поочередно выступают
в роли то самца, то самки. Допустим теперь, что какая-то одна рыба «предпо-
чла» бы, если ей это удастся, все время выступать в роли самца, поскольку это
обходится дешевле. Иными словами, индивидуум, которому удалось бы убедить
своего партнера большую часть времени играть роль самки, воспользовался бы
всеми плодами «ее» экономического вклада в яйца, тогда как сам «он» сберег бы
часть своих ресурсов и смог использовать их иначе, например, спариваясь с
другой рыбой.
На самом деле Фишер обнаружил у окуней систему довольно строгой очередно-
сти . Именно этого следовало ожидать, если они придерживаются стратегии Око за
око. А это достаточно правдоподобно, поскольку игра, в которую они играют, —
это, по-видимому, настоящий Парадокс заключенных, хотя и в несколько услож-
ненном варианте. Выложить карту Кооперируюсь означает выступить в роли самки
тогда, когда настает ваша очередь быть самкой. Пытаться выступать в роли сам-
ца, когда надлежит быть самкой, равносильно тому, чтобы выложить карту Отка-
зываюсь. Отказ грозит возмездием: партнер может отказаться от выполнения роли
самца в следующий раз, когда придет «ее» (его?) очередь сделать это, или же
«она» может просто прекратить все отношения. Фишер и в самом деле наблюдал,
что пары, в которых роли самца и самки распределились неравномерно, обычно
распадаются.
Социологи и психологи иногда задают вопрос: почему доноры (в таких странах,
как Англия, где за это не платят) отдают свою кровь? Мне трудно поверить, что
в основе этого лежит некий расчет на ответную услугу или элементарный эгоизм
в завуалированной форме. Ведь донорам, регулярно сдающим кровь, не положено
никаких привилегий в случае, если им самим понадобится переливание крови. Им
даже не выдают маленьких золотых звездочек, которые они могли бы носить. Быть
может, я наивен, но мне очень хотелось бы рассматривать все это как пример
подлинного бескорыстного альтруизма. А вот летучие мыши-вампиры, которые де-
лятся друг с другом кровью, очевидно, вполне укладываются в модель Аксельро-
да. Мы узнали об этом из работы Дж. Уилкинсона (G. S. Wilkinson).
Вампиры, как хорошо известно, питаются кровью. Охотятся они ночью, и добы-
вать пищу им нелегко, но если они находят жертву, то обычно крови бывает дос-
таточно . С наступлением рассвета некоторые индивидуумы, которым не повезло,
возвращаются ни с чем, тогда как другие, которым удалось найти жертву, часто
насасывают крови с избытком. В следующий раз счастье может улыбнуться другим.
Такая ситуация открывает возможности для некоторого взаимного альтруизма.
Уилкинсон обнаружил, что те индивидуумы, которым посчастливилось в какую-то
одну ночь, действительно иногда делятся кровью со своими менее удачливыми со-
братьями, отрыгивая им некоторое ее количество. Из 110 таких случаев, которые
наблюдал Уилкинсон, в 77 легко было понять, что кровь отрыгивали матери для
своих детенышей, а во многих других случаях вампиры делились кровью с генети-
чески близкими родственниками. Тем не менее, оставалось еще несколько эпизо-
дов, когда кровь отрыгивалась для неродственных летучих мышеи.
были
случаи, которые нельзя объяснить, ссылаясь на «голос крови». Характерно, что
в этом участвовали индивидуумы, которые часто устраивались рядом на дневной
отдых, т. е. у них была полная возможность многократно общаться друг с дру-
гом, как это требуется для Итерированного Парадокса заключенных. Но выполня-
лись ли другие требования игры в Парадокс заключенных? На рис. 4 изображена
платежная матрица, которая получилась бы в случае выполнения этих требований.
Что делаете вы
Кооперируюсь
Отказываюсь
Кооперируюсь
Что
делаю
я
Отказываюсь
Довольно хорошо
Награда
Я получаю кровь в свои неудачные ночи,
что спасает меня от голодной смерти.
Я делюсь добытой кровью
удачные ночи, что
слишком дорого.
обходится
в свои
мне не
Очень хорошо
Плата за риск
Вы спасаете мне жизнь в мою неудачную
ночь. Но кроме того, я получаю
дополнительное преимущество, поскольку
не несу никаких расходов на корм для вас
в мои удачные ночи.
Очень плохо
Штраф простаку
Я оплачиваю стоимость спасения вашей
жизни в свои удачные ночи. Но в мои
неудачные ночи вы не делитесь со мной
кормом и я действительно рискую умереть
с голоду.
Довольно плохо
Наказание
Я не несу тех небольших расходов,
которые связаны с передачей части корма,
но рискую умереть с голоду в свои
неудачные ночи.
Рис. 4. Дарение крови у вампиров: причитающиеся мне выплаты при различных ситуациях.
Действительно ли экономика вампиров соответствует этой матрице? Уилкинсон
изучал скорость потери веса у голодающих вампиров. На основании полученных
данных он рассчитал, за сколько времени погибнет от голода сытый вампир, вам-
пир с пустым желудком и все промежуточные ситуации. Это позволило ему выра-
зить стоимость крови в «валюте», единицей которой служит час продленной жиз-
ни. Он обнаружил, и это неудивительно, что «обменный курс» может быть разным
и зависит от того, насколько голодна летучая мышь. Данное количество крови
продлевает жизнь сильно изголодавшемуся вампиру на больший срок, чем менее
голодному животному. Иными словами, хотя акт дарения крови повысил бы шансы
донора на гибель, это повышение невелико по сравнению с повышением шансов ре-
ципиента на выживание. Таким образом, переходя на язык экономики, следует
признать, что вампиры выполняют правила игры в Парадокс заключенных. Кровь,
которую отдает донор, представляет для нее (социальные группы у вампиров со-
стоят из самок) меньшую ценность, чем то же количество крови для реципиента.
В свои неудачные ночи животное, в самом деле, очень сильно выигрывает, полу-
чив в дар порцию крови. Но в удачные ночи оно выиграет лишь немного, отказав-
шись поделиться кровью (если ей удастся проделать это) . «Если удастся», ко-
нечно, имеет какой-то смысл лишь при условии, что летучие мыши используют ту
или иную стратегию типа Око за око. Но выполняются ли при этом другие уело-
вия, необходимые для эволюции стратегии Око за око?
В частности, способны ли эти летучие мыши распознавать друг друга как от-
дельных индивидуумов? В эксперименте, проведенном на летучих мышах, содержа-
щихся в неволе, Уилкинсон доказал, что они к этому способны. Эксперимент со-
стоял в следующем: одну из летучих мышей отделяли на одну ночь от других и не
давали ей есть, тогда как всех остальных кормили. Несчастную изголодавшуюся
летучую мышь Уилкинсон вновь переносил к другим, а затем наблюдал, даст ли ей
кто-нибудь поесть и если да, то кто именно. Эксперимент проводился много раз,
и все летучие мыши по очереди оказывались в роли голодающей жертвы. Ключевой
момент состоял в том, что эта популяция содержавшихся в неволе вампиров пред-
ставляла собой смесь двух отдельных групп, отловленных в пещерах, которые на-
ходились на расстоянии многих километров одна от другой. Если вампиры способ-
ны распознавать своих приятелей, то голодавшую мышь должны были бы кормить
только индивидуумы, происходящие из одной с ней пещеры.
Практически именно так и было на самом деле. Всего наблюдалось 13 случаев
кормления голодавшего животного. В 12 из этих 13 случаев самка-донор была
«старым приятелем» голодавшей жертвы, пойманной в той же пещере. Конечно,
нельзя исключить возможность совпадения, однако, согласно проведенным вычис-
лениям, шансы на это составляют менее чем 1:500. Мы вправе сделать заключе-
ние, что вампиры определенно предпочитали кормить старых друзей, а не чужаков
из другой пещеры.
Обыкновенный вампир.
О вампирах существует множество легенд. В «черных романах» викторианской
эпохи они фигурируют как темные силы, наводящие ужас но ночам, губящие невин-
ные живые существа, высасывая из них жизненные соки, просто чтобы утолить жа-
жду. Если добавить к этому другие мифы викторианской эпохи — о Природе с ок-
ровавленными клыками и когтями — то не предстанут ли перед нами вампиры как
реальное воплощение глубочайших страхов перед миром, где правит эгоистичный
ген? Что касается меня, то я отношусь скептически ко всем мифам. Если мы в
том или ином конкретном случае хотим знать правду, нам ее следует искать.
Дарвинизм дает нам не детальную информацию об отдельных организмах, а нечто
более глубокое и ценное — понимание принципа. Если уж нам никак не обойтись
без мифов, то реальные факты о вампирах могли бы сложиться в иную назидатель-
ную повесть. Для самих этих животных дело не ограничивается тем, что «кровь
не вода». Они способны подняться выше родственных уз, создавая собственные
прочные братства, верность которым скреплена кровью. Вампиры могли бы под-
толкнуть к созданию нового успокоительного мифа — мифа о равноправном взаим-
ном сотрудничестве. Они могли бы выступить в роли провозвестников благосло-
венной идеи, что добрые парни, несмотря на украшающие их шлем эгоистичные ге-
ны, могут финишировать первыми.
Глава 13.
«Длинная рука»
гена
В теории эгоистичного гена имеется некая несообразность, лежащая в самой ее
основе: это противоречие между геном и индивидуальным телом как основным но-
сителем жизни. С одной стороны, перед нами встает обманчивая картина незави-
симых ДНК-репликаторов, перескакивающих свободно и беспрепятственно из одного
поколения в другое и временно оказывающихся вместе в обреченных на выброс ма-
шинах выживания; бессмертные спирали избавляются от бесконечной вереницы
смертных тел, медленно шествуя каждая к своей собственной вечности. С другой
стороны, глядя на сами индивидуальные тела, мы видим, что каждое из них явно
представляет собой некую целостную интегрированную, невероятно сложную машину
с ясно выраженным единством цели. Тело не производит впечатления непрочного и
преходящего объединения непримиримых генетических факторов, у которых почти
нет времени, чтобы хотя бы познакомиться друг с другом, прежде чем загрузить-
ся в сперматозоид или яйцеклетку для создания следующего колена великой гене-
тической диаспоры. У него есть один целеустремленный мозг, который координи-
рует сообщество, состоящее из двигательных элементов и органов чувств, на-
правляя его на достижение единой цели. Это тело выглядит и ведет себя как не-
что вполне целостное и самостоятельное.
В некоторых главах мы и в самом деле изображали индивидуальный организм как
некий объект, который стремится максимизировать свой успех, т. е. передать
последующим поколениям все свои гены. В нашем воображении индивидуальные жи-
вотные производили сложные экономические расчеты, «как бы» сопоставляя гене-
тические преимущества различных образов действия. В других же главах пред-
ставление об организме дано с точки зрения генов. Не рассматривая жизнь с
точки зрения генов, трудно объяснить, почему тот или другой организм «забо-
тится» об успехе размножения себя самого и своих родственников, а не о собст-
венной долговечности.
Как разрешить этот парадокс с двумя разными взглядами на жизнь? Моя собст-
венная попытка сделать это изложена в «Расширенном фенотипе» — книге, которая
доставляет мне больше радости, и которой я горжусь гораздо больше, чем всеми
своими остальными успехами в науке. Эта глава представляет собой квинтэсенцию
некоторых тем, рассмотренных в той книге, но, честно говоря, я бы предпочел,
чтобы вы прекратили чтение на этом месте и взялись бы за «Расширенный фено-
тип» .
С любой разумной точки зрения естественный отбор не действует на гены непо-
средственно. ДНК окутана белком, запеленута в мембраны, защищена от внешнего
мира и невидима для естественного отбора. Если бы отбор пытался непосредст-
венно выбирать молекулы ДНК, то ему едва ли удалось бы найти для этого какой-
нибудь критерий. Все гены так же сходны друг с другом, как все магнитофонные
ленты. Важные различия между генами проявляются только в их эффектах. Это
обычно означает их воздействие на процессы эмбрионального развития и тем са-
мым на форму тела и поведение. Гены, добившиеся успеха, — это те гены, кото-
рые, находясь в среде, подверженной воздействию всех остальных генов данного
эмбриона, оказывают на этот эмбрион благотворное воздействие. «Благотворное»
означает, что под их воздействием из эмбриона, по всей вероятности, разовьет-
ся удачливый взрослый индивидуум, который, скорее всего, будет размножаться и
передаст эти самые гены последующим поколениям. Термин фенотип используют для
обозначения внешнего проявления гена — того эффекта, который данный ген по
сравнению со своими аллелями оказывает на тело через процесс развития. Фено-
типическим эффектом какого-нибудь определенного гена может быть, например,
зеленый цвет глаз. Практически большинство генов обладают более чем одним фе-
нотипическим эффектом (например, зеленые глаза и курчавые волосы). Естествен-
ный отбор благоприятствует одним, а не другим генам не из-за природы самих
генов, а из-за их последствий — их фенотипических эффектов.
Дарвинисты обычно предпочитают обсуждать гены, фенотипические эффекты кото-
рых либо способствуют выживанию и размножению всего организма, либо, напро-
тив , снижают шансы на это. Они обычно не рассматривают при этом преимущества
для самого гена. Отчасти именно поэтому парадокс, лежащий в самом сердце тео-
рии, обычно не ощущается. Например, успех гена может быть обусловлен тем, что
он повышает скорость бега у хищника. Все тело хищника, в том числе все его
гены, добиваются большего успеха благодаря тому, что он быстрее бегает. Ско-
рость бега помогает хищнику выжить и оставить потомков; и поэтому большее
число копий всех его генов, в том числе генов быстрого бега, передаются по-
следующим поколениям. Здесь парадокс исчезает, поскольку то, что хорошо для
одного гена, хорошо для всех.
А что было бы, если бы какой-то ген обладал фенотипическим эффектом, благо-
приятным для самого этого гена, но вредным для остальных генов данного тела?
Это не просто полет фантазии. Такие случаи известны — например, загадочное
явление, называемое мейотическим драйвом. Мейоз, как вы, вероятно, помните, —
это особый тип клеточного деления, при котором число хромосом уменьшается
вдвое, и в результате которого образуются сперматозоиды и яйцеклетки. Нор-
мальный мейоз представляет собой совершенно честную лотерею. Из каждой пары
аллелей только один может оказаться тем счастливцем, который попадет в каждый
данный сперматозоид или яйцеклетку. Но этим счастливцем с равной вероятностью
может оказаться любой из пары аллелей и, как показывает изучение больших
групп сперматозоидов (или яйцеклеток), в среднем одна их половина содержит
один аллель, а другая — другой. Мейоз беспристрастен, как подбрасывание моне-
ты. Однако, хотя принято считать, что монета падает случайным образом, даже
это — физический процесс, на который оказывают влияние множество обстоя-
тельств (ветер, сила броска и т. п.). Мейоз также представляет собой физиче-
ский процесс, и на него могут оказывать влияние гены. А что, если возникнет
мутантный ген, который оказывает влияние не на такой очевидный признак, как
цвет глаз или курчавость волос, но на самый мейоз? Допустим, что в результате
этого мейоз стал протекать таким образом, что вероятность попадания в яйце-
клетку для мутантного гена стала выше, чем для его аллеля. Такие гены сущест-
вуют и носят название «фактор, нарушающий сегрегацию» (segregation
distorter). Они дьявольски просты. Фактор, нарушающий сегрегацию, возникнув в
результате мутации, неумолимо распространяется по всей популяции за счет сво-
его аллеля. Это и называется мейотическим драйвом; он происходит даже в том
случае, если его воздействия на тело — и на все другие гены данного тела —
оказываются пагубными.
На протяжении всей этой публикации мы постоянно были настороже, допуская
возможность тонкого жульничества со стороны отдельных организмов в отношении
своих социальных партнеров. Здесь же речь пойдет об отдельных генах, обманы-
вающих другие гены, которые находятся вместе с ними в одном теле. Генетик
Джеймс Кроу (James Crow) назвал их «генами, которые губят систему». Один из
наиболее хорошо известных факторов, нарушающих сегрегацию, — это так называе-
мый ген t мышей. Если мышь несет два гена t, то она обычно гибнет в молодом
возрасте или же бывает стерильной. Поэтому говорят, что ген в гомозиготном
состоянии «летален». Самец мыши, содержащий только один ген t, нормален и
здоров, если не считать одной особенности: при исследовании его спермы оказы-
вается, что до 95% сперматозоидов содержат ген t и только 5% несут нормальный
аллель. Резкое нарушение ожидаемого 50%-ного соотношения совершенно очевидно.
Как только в природной популяции в результате мутации появляется аллель t, он
немедленно распространяется подобно лесному пожару. Да и как ему не распро-
страняться, если он обладает таким огромным несправедливым преимуществом в
мейотической лотерее? Ген t распространяется с такой быстротой, что очень
скоро многие индивидуумы, входящие в данную популяцию, получают его в двойной
дозе (т. е. от обоих родителей). Эти индивидуумы гибнут или оказываются сте-
рильными, так что через некоторое время вся локальная популяция может выме-
реть . Судя по некоторым данным, в прошлом природные популяции мышей, в самом
деле, вымирали в результате эпидемий генов t.
Не все факторы, нарушающие сегрегацию, обладают такими разрушительными по-
бочными воздействиями, как ген t. Тем не менее, большинство из них имеет, по
крайней мере, некоторые вредные последствия. (Почти все побочные генетические
эффекты неблагоприятны, и новая мутация обычно распространяется только в том
случае, если ее благоприятные эффекты перевешивают неблагоприятные. Если как
хорошие, так и плохие воздействия затрагивают все тело, то суммарный эффект
все же может быть благоприятным для него. Но если неблагоприятные эффекты от-
носятся к телу, а благоприятные — только к данному гену, то с точки зрения
тела суммарный эффект совсем плох.) Если в результате мутации возникнет фак-
тор, нарушающий сегрегацию, то, несмотря на свои гибельные побочные эффекты,
он, несомненно, распространится по всей популяции. Естественный отбор (кото-
рый в конечном итоге действует на уровне гена) благоприятствует этому факто-
ру, хотя его эффекты на уровне индивидуального организма, вероятно, окажутся
неблагоприятными.
Хотя факторы, нарушающие сегрегацию, существуют, однако они немногочислен-
ны. Мы могли бы задать вопрос, почему они встречаются не очень часто, или,
что то же самое, почему процесс мейоза обычно столь же скрупулезно беспри-
страстен, как подбрасывание монеты. Мы обнаружили бы, что необходимость отве-
чать на него отпадет, как только мы поймем, почему вообще существуют организ-
мы.
Индивидуальный организм — это нечто, чье существование большинство биологов
принимают как не требующее доказательств, возможно потому, что его части так
тесно сотрудничают, образуя единое и интегрированное целое. Вопросы о жизни —
это всегда вопросы об организмах. Биологов интересует, почему организмы дела-
ют то или это. Они часто задают себе вопрос, почему организмы группируются в
сообщества. Однако при этом они не спрашивают, хотя им следовало бы сделать
это, почему живая материя группируется в организмы. Почему мировой океан не
остался первобытным полем битвы свободных и независимых репликаторов? Почему
древние репликаторы объединяются, образуя громоздкие роботы, в которых они и
обитают, и почему эти роботы — индивидуальные тела, вы и я, — такие большие и
такие сложные?
Многим биологам даже не придет в голову, что здесь вообще может возникнуть
вопрос. Все дело в том, что они привыкли ставить свои вопросы на уровне инди-
видуального организма. Некоторые биологи заходят даже так далеко, что рас-
сматривают ДНК как механизм, используемый организмами для размножения, подоб-
но тому, как глаз — это механизм, используемый для того, чтобы видеть! Чита-
тели этой публикации поймут всю ошибочность подобных представлений. Это исти-
на, грубо поставленная с ног на голову. Они не могут не понимать также, что
альтернативный взгляд на жизнь — взгляд с позиций эгоистичного гена — таит в
себе собственную глубокую проблему. Это проблема — почти противоположная из-
ложенной выше — о том, почему вообще существуют индивидуальные организмы, и
притом такие крупные и такие явно целенаправленные, что они сбивают с толку
биологов, заставляя их видеть все наоборот. Для того чтобы решить стоящую пе-
ред нами проблему, мы должны, прежде всего, освободиться от своих прежних
взглядов, в соответствии с которыми, не признаваясь в этом, мы считаем инди-
видуальный организм чем-то само собою разумеющимся, не требующим доказа-
тельств; иначе мы станем воспринимать спорный вопрос как решенный. Средством
для прочищения наших мозгов послужит идея о том, что я назвал расширенным фе-
нотипом. Вот этим-то я сейчас и хочу заняться.
Фенотипическими эффектами данного гена обычно считаются все его воздействия
на то тело, в котором он находится. Это общепринятое определение. Однако, как
мы сейчас увидим, фенотипическими эффектами данного гена следует считать все
воздействия, оказываемые им на окружающий мир. Возможно, что эффекты данного
гена, в сущности, не выходят за пределы той последовательности тел, в которых
он находится. Но в таком случае это всего лишь «в сущности». Это не должно
входить в наше определение. При всем том следует помнить, что фенотипические
эффекты данного гена — это те рычаги, с помощью которых он переносит себя в
следующее поколение. Я хочу добавить к этому всего лишь одно: эти рычаги мо-
гут выходить за пределы индивидуального тела. Что может практически означать
идея о расширенном фенотипическом воздействии гена на мир, лежащий за преде-
лами того тела, в котором этот ген находится? При этом, прежде всего, прихо-
дят в голову такие артифакты, как плотины бобров, гнезда птиц и домики ручей-
ников .
Ручейники — это довольно невзрачные насекомые тускло-коричневого цвета, ко-
торые неуклюже летают над рекой, не привлекая внимания большинства из нас.
Однако прежде чем достигнуть взрослого состояния, они проходят через довольно
длительную личиночную стадию, разгуливая по речному дну. Личинка ручейника —
одно из самых замечательных созданий, населяющих землю. Она искусно строит
для себя домик в форме трубочки из всевозможных материалов, лежащих вокруг на
речном дне, цементируя их своей слюной. Этот переносный домик-чехлик личинка
несет на себе, подобно раковине улитки или рака-отшельника, с той разницей,
что она не выращивает и не находит его, а строит. Некоторые виды ручейников
используют в качестве строительного материала веточки, другие — кусочки мерт-
вых листьев или мелкие ракушки. Но, вероятно, самые замечательные домики ру-
чейники строят из крупных песчинок. Личинка тщательно выбирает песчинки, от-
брасывая те, которые слишком велики или слишком малы для заполняемой в данный
момент дырки в стенке, и даже поворачивает каждую песчинку разными сторонами,
пока она не ляжет как можно плотнее.
Почему это производит на нас такое впечатление? Если бы мы потрудились от-
нестись к этому более беспристрастно, нас, несомненно, гораздо сильнее должно
было бы поразить строение глаза или суставов конечностей у ручейника, чем
сравнительно скромная архитектура его каменного домика. Ведь на самом деле
глаз или суставы «задуманы» и устроены много сложнее, чем этот домик. И тем
не менее на нас, вопреки всякой логике, большее впечатление производит домик;
возможно, это объясняется тем, что глаза и суставы развиваются у ручейников
примерно таким же образом, как наши собственные глаза и локти, в процесс со-
зидания, который мы не ставим себе в заслугу, поскольку он происходит в то
время, когда мы находимся во чреве наших матерей.
Отклонившись так сильно от темы, я не могу удержаться от того, чтобы не
пойти еще чуть дальше. Как бы ни впечатлял нас домик ручейника, он, тем не
менее, парадоксальным образом восхищает нас меньше, чем если бы что-либо по-
добное создавали более близкие к нам виды животных. Представьте себе только
заголовки статей, объявляющих о том, что биологи обнаружили вид дельфинов,
плетущих огромные сложные рыболовные сети, диаметр которых в 20 раз превышает
длину самого дельфина! А между тем сети, сплетаемые пауком, не кажутся нам
чем-то необычным, мы воспринимаем их как некое досадное неудобство, а отнюдь
не как одно из чудес природы. А какой фурор произвела бы Джейн Гудолл, если
бы, вернувшись из Гомбе, она обрушила на нас поток фотографий диких шимпанзе,
строящих себе дома с настоящими крышами и стенами из тщательно подобранных
камней, аккуратно скрепленных известковым раствором. Но при этом личинки ру-
чейника, делающие в точности то же самое, вызывают лишь мимолетный интерес.
Иногда, как бы в оправдание такого двойного подхода, говорят, что пауки и ру-
чейники совершают свои архитектурные подвиги «инстинктивно». Ну и что? В не-
котором смысле это делает их достижения еще более впечатляющими.
Личинка ручейника с домиком.
Вернемся к нашей главной теме. Ни у кого не вызывает сомнений, что домик
личинки ручейника — адаптация, возникшая в процессе естественного отбора. От-
бор, очевидно, благоприятствовал этому по существу таким же образом, как,
скажем, эволюции твердого панциря у омаров. Как таковой домик дает преимуще-
ство организму в целом и всем его генам. Но мы теперь уже привыкли рассматри-
вать блага, получаемые организмом, как случайные с точки зрения естественного
отбора. Действительно важные преимущества — это преимущества для тех генов,
которые обусловливают защитные качества панциря. Что касается омара, то у не-
го все обстоит, как обычно. Совершенно очевидно, что панцирь составляет часть
его тела. А как же домик личинки ручейника?
Естественный отбор благоприятствовал тем генам предковых ручейников, кото-
рые обусловили способность их обладателей строить хорошие домики. Гены воз-
действовали на поведение, предположительно оказывая влияние на эмбриональное
развитие нервной системы. Генетик, однако, реально видит лишь воздействие ге-
нов на форму и на другие свойства домиков. Генетик должен считать, что гены,
обусловливающие форму домика, — это такие же гены, как и те, что обусловлива-
ют, например, форму конечности. По всей вероятности, никто не изучал на самом
деле домики ручейников в генетическом аспекте. Для этого необходимо распола-
гать точными родословными ручейников, выращивавшихся в неволе, а разводить их
очень трудно. Однако и не изучая генетику, можно быть уверенным, что сущест-
вуют, или, по крайней мере, некогда существовали, гены, обусловливающие раз-
личия между домиками личинок ручейников. Для этого достаточно иметь вескую
причину, позволяющую считать эти домики приспособлением в дарвиновском смыс-
ле. В таком случае должны существовать гены, контролирующие изменчивость до-
миков, так как отбор способен создавать приспособления лишь при наличии на-
следственных изменений, из которых он мох1 бы выбирать.
Поэтому, хотя генетикам такая идея может показаться странной, было бы ра-
зумным говорить о генах, «определяющих» форму песчинок, их размеры, твердость
и т. п. Любой генетик, возражающий против таких высказываний, должен (если он
хочет быть последовательным) возражать, когда говорят о генах, определяющих
цвет глаз у дрозофилы, морщинистость семян гороха и т. п. Единственная причи-
на, по которой идея эта применительно к песчинкам может показаться странной,
состоит в том, что песчинки не относятся к живым объектам. Кроме того, пред-
ставить себе возможность непосредственного влияния генов на свойства песчинки
особенно трудно. Генетик может заявить, что гены оказывают прямое влияние не
на сами песчинки, а на нервную систему, которая определяет поведение насеко-
мых и тем самым выбор песчинок. Однако мне хотелось бы попросить такого гене-
тика как следует подумать над тем, что, собственно, он имеет в виду, говоря о
генах, оказывающих влияние на нервную систему. Единственное, на что гены мо-
гут оказывать прямое влияние, это на белковый синтез. Влияние гена на нервную
систему или же фактически на цвет глаз или на форму горошин никогда не бывает
прямым. Ген определяет аминокислотную последовательность некоего белка, кото-
рый влияет на X, влияющий на У, влияющий на Z, которое в конечном счете опре-
деляет форму семени или связи между нервными клетками. Домик личинки ручейни-
ка — лишь дальнейшее продолжение такого рода последовательности. Твердость
песчинки — это расширенный фенотипический эффект генов ручейника. Если мы
вправе говорить, что ген оказывает воздействие на морщинистость горошины или
на нервную систему данного животного (все генетики считают, что это так), то
законно говорить также о том, что от гена зависит твердость песчинок, из ко-
торых личинка ручейника строит свой домик. Поразительная мысль, не так ли?
Между тем приведенных рассуждений избежать невозможно.
Мы готовы к тому, чтобы сделать следующий шаг в нашей аргументации: гены
одного организма могут оказывать расширенные фенотипические воздействия на
тело другого организма. Сделать предыдущий шаг нам помогли домики ручейника;
на сей раз нам помогут ракушки улиток. Раковина играет для улитки ту же роль,
что домик из песчинок для личинки ручейника. Она секретируется собственными
клетками улитки, так что классический генетик мог бы с удовлетворением гово-
рить о генах, обусловливающих такие качества раковины, как, например, ее тол-
щина. Оказалось, однако, что у тех улиток, на которых паразитируют определен-
ные виды фасциолы (плоские черви), раковины бывают толще, чем обычно. Что мо-
жет означать это утолщение? Если бы зараженные паразитами улитки обладали
чрезвычайно тонкой раковиной, то мы не задумываясь объяснили бы это как явный
результат вредного воздействия паразита на состояние здоровья улитки. Но
утолщение раковины? По всей вероятности, толстая раковина лучше защищает
улитку. Создается впечатление, что паразиты, в сущности, помогают своим хо-
зяевам, совершенствуя их раковину. Но так ли это?
Необходимо разобраться во всем более тщательно. Если улитке действительно
лучше иметь толстую раковину, то почему раковине не быть толстой вообще, не-
зависимо от паразитов? Причина, по-видимому, носит экономический характер.
Построение раковины обходится улитке дорого. Для этого необходима энергия, а
также кальций и другие химические вещества, которые приходится выделять из
пищи, добываемой с трудом. Все эти ресурсы, если бы их не приходилось расхо-
довать на построение раковины, можно было бы использовать на что-то другое,
например, на то, чтобы оставить больше потомков. Улитка, затратившая уйму ре-
сурсов на построение сверхпрочной раковины, обеспечила безопасность собствен-
ному телу. Но какой ценой? Она, вероятно, проживет дольше, но ее достижения в
репродуктивном плане будут менее значительными и ей, возможно, не удастся пе-
редать свои гены последующим поколениям. В числе таких непереданных генов мо-
гут оказаться и гены сверхтолстых раковин. Иными словами, раковина может быть
как слишком толстой, так и (что более очевидно) слишком тонкой. Таким обра-
зом, когда фасциола заставляет улитку образовать сверхтолстую раковину, она
не оказывает улитке добрую услугу, если только не берет на себя связанные с
этим расходы. А мы можем безо всякого риска пойти на спор, что фасциола не
столь великодушна. Она оказывает на улитку какое-то скрытое химическое воз-
действие, заставляющее последнюю отступить от той толщины раковины, которую
она для себя «предпочитает». Этим, возможно, будет продлена жизнь улитки. Но
это не принесет пользы ее генам.
Фасциолёз.
А какую выгоду извлекает из всего этого фасциола? Для чего она это делает?
Я могу высказать следующее предположение. Как гены улитки, так и гены фасцио-
лы, при прочих равных условиях, заинтересованы в выживании каждой данной
улитки. Однако выживание и размножение — вещи разные, по всей вероятности,
здесь имеется некий «товарообмен». Генам улитки выгодно, чтобы улитка размно-
жалась , тогда как гены фасциолы никакой выгоды из этого не извлекают. Ведь
каждая отдельная фасциола не может твердо рассчитывать, что ее гены найдут
пристанище у потомков ее теперешнего хозяина. Возможно, они в них и попадут,
но с тем же успехом это могут оказаться гены ее соперниц, т. е. других фасци-
ол. Поскольку за долговечность улитка должна расплачиваться некоторым сниже-
нием эффективности размножения, фасциолы «довольны», что улитки «согласны»
платить, поскольку размножение улиток как таковое не представляет для них ни-
какого интереса. Гены же улитки вовсе не устраивает эта плата, так как их бу-
дущее в перспективе зависит от размножения улитки. Итак, я полагаю, что гены
фасциолы оказывают влияние на клетки улитки, секретирующие вещество раковины,
и что это влияние выгодно самим генам фасциолы, но дорого обходится генам
улитки. Эту теорию можно проверить, хотя пока еще такая проверка не предпри-
нималась .
Теперь мы можем обобщить то, что было установлено для ручейников. Если я
прав, говоря о влиянии, оказываемом генами фасциолы, то из этого вытекает,
что мы вправе говорить о влиянии генов фасциолы на тело улитки в том же смыс-
ле, в каком мы говорим о влиянии на него генов самой улитки. При этом гены
фасциолы как бы выходят за пределы своего «собственного» тела и манипулируют
внешним миром. Как и в примере с ручейниками, генетикам такой язык может по-
казаться неприемлемым. Они привыкли к тому, что эффекты данного гена ограни-
чены телом, в котором он находится. Однако снова, как и в случае с ручейника-
ми, если более внимательно отнестись к тому, что генетики вообще имеют в виду
под «эффектами» генов, такая некорректность окажется необоснованной. Нам нуж-
но лишь согласиться с тем, что изменение раковины улитки — это адаптация,
возникшая у фасциолы. В таком случае она должна была возникнуть в результате
естественного отбора генов фасциолы. Мы продемонстрировали, что фенотипиче-
ские эффекты гена могут распространяться не только на такие неодушевленные
объекты, как песчинки, но и на «другие» живые тела.
История с улитками и фасциолами — только начало. Давно известно, что все-
возможные паразиты оказывают поразительно коварное воздействие на своих хозя-
ев. Один из видов микроскопического паразита Nosema (Protozoa), заражающего
личинок мучного хрущака, «открыл» способ синтезировать химическое вещество,
оказывающее совершенно особое воздействие на этих жуков. Подобно другим насе-
комым, хрущаки вырабатывают гормон, называемый ювенильным гормоном, который
поддерживает сохранение личиночного состояния. Нормальное превращение из ли-
чинки во взрослую стадию происходит тогда, когда личинка перестает произво-
дить ювенильный гормон. Паразиту Nosema удалось синтезировать близкий химиче-
ский аналог этого гормона. Миллионы этих паразитов образуют скопление, начи-
нающее массовое производство ювенильного гормона в теле личинки-хозяина, что
препятствует ее превращению во взрослое насекомое. Вместо этого личинка про-
должает расти, достигая гигантских размеров, и более чем вдвое превышает по
весу нормальную взрослую форму. Она непригодна для распространения генов муч-
ного хрущака, но являет собой рог изобилия для паразита Nosema. Гигантизм ли-
чинки мучного хрущака — расширенный фенотипический эффект генов протиста.
Личинки мучного хрущака.
А вот еще один случай, способный вызвать даже еще более сильную фрейдист-
скую тревогу, чем жуки Питера Пэна: кастрация, производимая паразитами! На
крабах паразитирует рачок, носящий название Sacculina. Sacculina родственна
морским уточкам, хотя она выглядит, как паразитическое растение. Она запуска-
ет свои ветвящиеся подобно корням отростки глубоко в ткани несчастного краба
и высасывает питательные вещества из его тела. Нельзя, вероятно, считать слу-
чайностью, что паразит проникает, прежде всего, в семенники и яичники; орга-
ны, необходимые крабу для выживания, но не для размножения, он оставляет на-
последок . Таким образом паразит эффективно кастрирует краба. Как разжиревший
вол, кастрированный краб направляет всю энергию и другие ресурсы не на раз-
множение, а на рост собственного тела; тем самым паразит получает обильную
пищу, не допуская размножения краба. Ко всей этой ситуации очень подходят те
предположения, которые я высказал в отношении Nosema с мучным хрущаком и фас-
циолы с улиткой. Во всех трех случаях изменения, возникающие у хозяина (если
мы согласимся с тем, что это адаптации, развившиеся на благо паразита в ре-
зультате естественного отбора), следует рассматривать как расширенные феноти-
пические эффекты генов паразита. В таком случае гены способны выходить за
пределы своего «собственного» тела, оказывая влияние на фенотипы других тел.
Sacculina carcini на крабе.
Интересы генов паразита и генов хозяина могут в довольно сильной степени
совпадать. С точки зрения эгоистичного гена и гены фасциолы, и гены улитки
можно рассматривать как «паразитов» в теле улитки. Как те, так и другие выиг-
рывают от того, что они окружены одной и той же защитной раковиной, хотя они
и «предпочитают» раковины разной толщины. Это различие обусловлено в основном
тем, что они выходят из тела данной улитки и входят в тело другой улитки раз-
ными способами. Гены улитки выходят из ее тела через сперматозоиды или яйце-
клетки . Гены фасциолы делают это совершенно иначе. Не вдаваясь в подробности
(они слишком сложны и отвлекли бы нас от нашей темы), укажем на главное: эти
гены выходят из тела улитки не в сперматозоидах или яйцеклетках.
Я полагаю, что самый важный вопрос, который следует задать в отношении па-
разита, это вопрос о том, передаются ли его гены следующему поколению в том
же вместилище, что и гены его хозяина. Если нет, то я могу предположить, что
паразит тем или иным способом причиняет хозяину вред. Если же они передаются
вместе с генами хозяина, то паразит будет делать все, что в его силах, чтобы
помочь хозяину не только выживать, но и размножаться. В процессе эволюции та-
кой паразит перестанет быть паразитом, начнет кооперироваться с хозяином и
может, в конечном счете, слиться с его тканями, так что станет уж вовсе непо-
хож на паразита. Быть может, как я уже говорил ранее, наши клетки далеко за-
шли на этом эволюционном пути: все мы реликты произошедшего в прошлом слияния
паразитов.
Взгляните, что может случиться, если гены паразита и гены хозяина покидают
тело последнего через один и тот же выход. Бактерии, паразитирующие на жуках-
древесинниках (Xyleborus ferrugineus), не только живут в теле своего хозяина,
но используют также его яйца для перехода в нового хозяина. Поэтому генам та-
ких паразитов, безусловно, выгодны почти точно такие же будущие условия, ко-
торые благоприятны для генов их хозяина. Следует ожидать, что эти два набора
генов — хозяина и паразита — «объединятся» по тем же самым причинам, по кото-
рым гены каждого из этих организмов по отдельности действуют заодно. То, что
некоторые из этих генов «жучиные», а другие - «бактериальные», не играет ро-
ли. Оба набора генов заинтересованы в выживании жуков и в распространении их
яиц, потому что и те, и другие «рассматривают» яйца жуков как свой билет в
будущее. Итак, генам бактерий предстоит разделить судьбу генов своих хозяев
и, по моим соображениям, следует ожидать, что бактерии будут кооперироваться
со своими жуками во всех отношениях.
Xyleborus ferrugineus.
«Кооперироваться» — это, оказывается, слишком мягко сказано. Услуга, кото-
рую они оказывают жукам, едва ли могла бы быть более интимной. Дело в том,
что эти жуки гаплодиплоидны, подобно пчелам и муравьям (см. гл. 10). Из яйца,
оплодотворенного самцом, всегда развивается самка, а из неоплодотворенного
яйца — самец. Иными словами, у самцов нет отца. Яйца, из которых они появля-
ются , развиваются спонтанно, т. е. их развитию не предшествует проникновение
в них сперматозоидов. Однако в отличие от яиц пчел и муравьев яйца древесин-
ников начинают развиваться лишь в том случае, если в них что-нибудь проник-
нет. Вот тут-то и выступают на сцену бактерии. Они прокалывают неоплодотво-
ренные яйца, активизируя их и стимулируя к развитию из них самцов. Эти бакте-
рии, конечно, просто относятся к числу таких паразитов, которые, как я уже
говорил, должны перейти от паразитизма к мутуализму именно потому, что они
передаются через яйцеклетки хозяина вместе с «собственными» генами хозяина. В
конечном счете, их «собственные» тела, по всей вероятности, исчезнут, полно-
стью слившись с телом «хозяина».
Очень поучителен целый спектр различных взаимоотношений паразит-хозяин, ко-
торые можно обнаружить сегодня среди разных видов гидры — мелких сидячих жи-
вотных, снабженных щупальцами и похожих на пресноводных актиний. В их тканях
часто паразитируют водоросли. Виды Hydra vulgaris и Hydra attenuata поражают
настоящие паразиты, вызывающие у них заболевание. В противоположность этому в
тканях вида Chlorohydra viridissima водоросли присутствуют постоянно, внося
существенный вклад в его благополучие: они снабжают гидру кислородом. Следует
обратить внимание на очень интересный момент. Как и следовало ожидать, эти
водоросли переходят в следующее поколение в яйцеклетках гидры, тогда как два
первых вида паразитов таким способом не передаются. Интересы генов водоросли
и генов Chlorohydra совпадают. Как те, так и другие делают все, что в их си-
лах, для увеличения числа яйцеклеток, производимых этой гидрой. Однако гены
двух других видов гидры не вступают в «соглашение» с генами своих водорослей.
Во всяком случае, не до такой степени. В выживании тел гидры могут быть заин-
тересованы оба набора генов. Однако о репродукции гидры заботятся гены только
самой гидры. Поэтому водоросли продолжают оставаться паразитами, ослабляющими
своих хозяев, а не эволюционируют в направлении добропорядочной кооперации.
Повторим еще раз: ключевой момент в том, что паразит, гены которого надеются
разделить судьбу генов своего хозяина, живут интересами этого хозяина и, в
конечном счете, отказываются от паразитического образа жизни.
Chlorohydra viridissima.
Судьба в данном случае означает будущие поколения. Гены Chlorohydra и гены
водоросли, гены жука и гены бактерии могут попасть в будущее только через яй-
цеклетки хозяина. Поэтому любые «расчеты», предпринимаемые генами паразита
для выработки оптимального образа действий в любой области жизни, приведут к
совершенно такому же или очень близкому оптимальному образу действий, как
аналогичные «расчеты», производимые генами хозяина. Говоря об улитке и ее па-
разите — фасциоле — мы решили, что они различаются по предпочитаемой ими тол-
щине раковины. Что касается жука-древесинника и его бактерий, то их предпоч-
тения в отношении длины крыльев и любого другого признака жука одинаковы. Это
можно предсказать, не зная никаких подробностей о том, для чего эти жуки ис-
пользуют свои крылья или любую другую часть тела. Это следует просто из наших
рассуждений о том, что гены как жуков, так и бактерий предпримут все доступ-
ные им шаги для обеспечения одних и тех же будущих событий — событий, благо-
приятствующих распространению яиц жука.
Мы можем довести эти рассуждения до логического конца и приложить их к нор-
мальным «собственным» генам. Наши собственные гены кооперируются друг с дру-
гом не потому, что это действительно наши собственные гены, но потому, что
все они вступают в будущее одним и тем же путем — через сперматозоид или яй-
цеклетку. Если какие-то гены данного организма, например, человека, могли бы
найти другие способы распространения, которые бы не зависели от этого обычно-
го пути, связанного со сперматозоидами или яйцеклетками, то они освоили бы их
и были бы менее склонны к кооперированию. Причина здесь в том, что при этом
им оказались бы выгодными другие сочетания будущих факторов, определяемых
другими генами тела. Мы уже приводили примеры генов, нарушающих мейоз и из-
влекающих из этого выгоду. Существуют, возможно, и такие гены, которые полно-
стью вырвались из «благопристойных каналов» сперматозоид/яйцеклетка и заня-
лись поисками каких-то окольных путей.
Некоторые фрагменты ДНК не включены в хромосомы, но свободно плавают и раз-
множаются в жидком содержимом клеток; особенно это относится к бактериальным
клеткам. Эти фрагменты называют по-разному, в том числе вироидами6 или плаз-
мидами7. Плазмида мельче даже вирусной частицы и состоит обычно всего лишь из
нескольких генов. Некоторые плазмиды способны встраиваться в одну из хромо-
сом, причем никаких «швов» при этом не образуется, так что встроенную плазми-
ду невозможно отличить от других участков хромосомы. Эта же самая плазмида
может затем вырезаться из хромосомы. Способность ДНК в любой момент включать
в себя новые участки и исключать их — одно из самых захватывающих открытий,
сделанных после выхода в свет первого издания этой публикации. Последние дан-
ные о плазмидах можно в сущности рассматривать как прекрасные доводы в пользу
предположений, изложенных выше (и казавшихся в то время несколько диковаты-
ми) . С некоторых точек зрения не очень-то важно, что представляют собой эти
фрагменты — паразитов, проникших в клетку, или вырвавшихся на свободу мятеж-
ников. Скорее всего, они будут вести себя одинаково. Я изложу свою точку зре-
ния на примере фрагмента ДНК, исключенного из молекулы.
Рассмотрим взбунтовавшийся участок человеческой ДНК, который способен выще-
пляться из своей хромосомы, свободно плавать в клетке, быть может, размно-
жаться, создавая множество собственных копий, а затем встраиваться в другую
хромосому. Какие неортодоксальные альтернативные пути в будущее может исполь-
зовать такой мятежный репликатор? Человек непрерывно теряет клетки, слущиваю-
щиеся с поверхности кожи; значительную часть пыли, скапливающейся в наших до-
мах, составляют эти клетки. Каждый из нас постоянно вдыхает клетки других лю-
дей. Если провести пальцем по внутренней поверхности щеки, то к нему прилип-
нут сотни живых клеток. Целуясь или ласкаясь, люди неизбежно передают и полу-
чают друг от друга множество клеток. В любой из таких клеток может оказаться
кусочек мятежной ДНК. Если бы генам удалось найти хоть какую-то щелку, через
которую можно было бы проникнуть в другое тело неортодоксальным путем (наряду
с ортодоксальным путем — через яйцеклетку и сперматозоид — или вместо него),
то следует ожидать, что естественный отбор благоприятствовал бы этому и со-
вершенствовал бы такой путь. Что же касается конкретных способов, к которым
могут прибегнуть гены, нет оснований полагать, что эти способы должны отли-
чаться от махинаций (вполне предсказуемых для тех, кто придерживается теории
эгоистичного гена и расширенного фенотипа), к которым прибегают вирусы.
Принято считать, что такие симптомы простуды, как насморк или кашель, — это
досадные следствия активности вирусов. В некоторых случаях, однако, представ-
ляется более вероятным, что вирус намеренно выработал их, чтобы обеспечить
себе перемещение от одного хозяина к другому. Вирус не удовлетворяется тем,
что его выдыхают в воздух; он заставляет нас чихать или кашлять, залпом раз-
брасывая вокруг вирусные частицы. Вирус бешенства передается со слюной, когда
одно животное кусает другое. У собак один из симптомов этой болезни состоит в
том, что обычно смирные и дружелюбные животные становятся свирепыми кусаками
6 Вироиды (англ. Viroids) — инфекционные агенты, состоящие только из кольцевой РНК.
7 Плазмиды (англ. plasmids) — небольшие молекулы ДНК, физически обособленные от хро-
мосом и способные к автономной репликации.
со свисающей из пасти пеной. Кроме того, в отличие от нормальных собак, кото-
рые обычно не отходят от дома дальше чем на 1-1,5 километров, бешеные собаки
превращаются в беспокойных бродяг, разнося вирус на большие расстояния. Вы-
сказывалось даже предположение, что хорошо известный симптом водобоязни побу-
ждает собаку стряхивать с морды влажную пену, а вместе с ней и вирус. Я не
располагаю прямыми данными о том, что болезни, передаваемые половым путем,
повышают половое влечение, но мне представляется небезынтересным изучить этот
вопрос. По крайней мере, одно вещество, считающееся средством, вызывающим по-
ловое возбуждение, шпанская мушка, оказывает свое действие, вызывая зуд,... а
как, известно, заставлять людей чесаться — это именно то, что вирусы отлично
умеют делать.
Шпанская мушка (лат. Lytta vesicatoria).
Цель этого сравнения взбунтовавшейся человеческой ДНК с инфицирующими клет-
ку паразитическими вирусами состояла в том, чтобы показать, что между ними
действительно нет никаких существенных различий. Вирусы и в самом деле могли
возникнуть как скопление высвободившихся из молекулы ДНК генов. Если мы хотим
установить какое-то различие, то его следует проводить между генами, которые
переходят из тела в тело ортодоксальным путем — в сперматозоидах или яйце-
клетках, и генами, проделывающими это неортодоксальными «обходными» путями.
Как в ту, так и в другую группу могут входить гены, происходящие от «собст-
венных» хромосомных генов. И в обеих группах могут быть гены, происходящие от
вторгшихся извне паразитов. Или, возможно, как я уже предполагал ранее, все
собственные хромосомные гены следует рассматривать как взаимно паразитирующие
друг на друге. Важное различие между моими двумя группами генов заключается в
различии обстоятельств, от которых зависит их благополучие в будущем. И вирус
насморка, и ген, вырвавшийся из хромосомы человека, оба «желают», чтобы их
хозяин чихал. Правоверный хромосомный ген и вирус, передающийся половым пу-
тем, единодушно желают, чтобы их хозяин совершил половой акт. Заманчиво пред-
положить, что обоим хотелось бы, чтобы их хозяин был привлекателен для пред-
ставителей противоположного пола. Более того, и ортодоксальный хромосомный
ген, и вирус, передающийся в яйцеклетках хозяина, дружно должны бы желать
удачи своим хозяевам не только в их брачных устремлениях, но и во всем ос-
тальном: чтобы они оказались любящими заботливыми родителями и даже дедушками
и бабушками.
Личинка ручейника живет в своем домике, а паразиты, о которых я до сих пор
говорил, живут в теле своих хозяев. Гены, следовательно, физически находятся
близко от своих расширенных фенотипических эффектов — так же близко, как
обычно бывают расположены гены относительно своих традиционных фенотипов. Од-
нако гены могут действовать и на расстоянии; расширенный фенотип может про-
стираться довольно далеко. Один из самых обширных фенотипов, который приходит
мне в голову, охватывает целый пруд. Так же как сети паука или домик ручейни-
ка, плотина бобра относится к подлинным чудесам природы. Ее цель с точки зре-
ния естественного отбора не вполне очевидна, но некая цель, несомненно, суще-
ствует, поскольку бобры тратят уйму времени и сил на постройку своей плотины.
Образующийся при этом пруд, по всей вероятности, защищает хатку бобра от хищ-
ников . Бобровый пруд служит также удобным водным путем для передвижения и для
транспортировки строительного материала. Бобры используют флотацию в тех же
целях, в которых канадские лесопромышленные компании используют реки, а тор-
говцы углем в XVIII веке использовали каналы. Независимо от создаваемых им
преимуществ бобровый пруд представляет собой заметную и своеобразную черту
ландшафта. Это такой же фенотип, как зубы бобра или его хвост, и возник он в
результате естественного отбора. Для того чтобы естественный отбор мох1 дейст-
вовать , необходимо наличие генетической изменчивости. Здесь, вероятно, должен
происходить выбор между хорошими и менее хорошими плотинами. Отбор благопри-
ятствовал сохранению у бобров тех генов, которые детерминируют создание хоро-
ших плотин для транспортировки строительного материала, точно так же, как он
благоприятствовал генам, детерминирующим крепкие зубы, необходимые для того,
чтобы перегрызать деревья. Создаваемые бобрами пруды — это расширенные фено-
типические эффекты их генов, и площадь таких прудов может достигать несколь-
ких сот метров. Рука в самом деле длинная!
Бобровая плотина.
Паразиты также необязательно должны жить в теле своих хозяев; их гены могут
экспрессироваться у хозяев, находящихся на довольно большом расстоянии. Птен-
цы кукушки не живут в теле дрозда или камышовки; они не высасывают из них
кровь и не пожирают их ткани, но, тем не менее, мы не колеблясь называем их
паразитами. Кукушкины адаптации, позволяющие ей манипулировать поведением
приемных родителей, можно рассматривать как расширенное фенотипическое дейст-
вие, оказываемое генами кукушки на расстоянии.
Нетрудно войти в положение приемных родителей, которых оставили в дураках,
заставив насиживать кукушечьи яйца. Коллекторов, собирающих яйца, также не
раз обманывало необычайное сходство яиц кукушки с яйцами, например, лугового
конька или камышовки (разные расы самок кукушки специализируются, подкладывая
яйца в гнезда различных видов-хозяев). Труднее понять поведение приемных ро-
дителей в дальнейшем, когда кукушата почти готовы к вылету из гнезда. Кукушо-
нок иногда до нелепости крупнее своего «родителя». Передо мной фотография
взрослой завирушки, которая так мала по сравнению со своим исполинским прием-
ным сыном, что ей приходится садиться приемышу на спину, чтобы накормить его.
Тут уже мы испытываем меньше сочувствия к хозяину. Нас поражает его глупость
и легковерность. Несомненно, любой дурень в состоянии был бы заметить, что с
этим ребенком что-то не так.
v +
г
я Y j
Я думаю, что птенцы кукушки не просто «обманывают» своих хозяев, не просто
притворяются кем-то другим, чем они есть на самом деле. По-видимому, они ока-
зывают на нервную систему хозяина примерно такое же действие, как какой-
нибудь наркотик. Это может вызвать сочувствие даже у тех, кто никогда не
употреблял наркотики. Человек может испытывать половое возбуждение и даже
эрекцию, глядя на фотографию женского тела. Он вовсе не думает при этом, что
перед ним, в самом деле, женщина. Он знает, что это всего лишь изображение на
бумаге, и все же его нервная система реагирует на картинку так же, как она
могла бы отреагировать на настоящую женщину. Человек может испытывать непре-
одолимое влечение к определенному представителю противоположного пола, не-
смотря на то, что его внутреннее чутье подсказывает ему, что связь с этой
личностью никому не принесет счастья. То же самое можно сказать о непреодоли-
мой привлекательности запретных плодов. Завирушка, вероятно, даже не подозре-
вает о том, что в ее собственных долгосрочных интересах воздержаться, а по-
этому нетрудно понять, что против некоторых раздражителей ее нервная система
устоять не в силах.
Красная «пасть» кукушонка так соблазнительна, что орнитологи неоднократно
наблюдали, как какая-нибудь птица бросает пищу в раскрытый клюв птенца кукуш-
ки, сидящего в гнезде какой-то другой птицы! Птица может лететь к себе домой
с пищей для своего птенца. И вдруг краем глаза она видит широчайшую красную
пасть кукушонка, сидящего в гнезде птицы совсем другого вида! Она сворачивает
к этому чужому гнезду и бросает в клюв пищу, которая предназначалась ее соб-
ственному птенцу. Эта «теория непреодолимости» совпадает со взглядами немец-
ких орнитологов раннего периода, писавших, что приемные родители ведут себя
как «наркоманы», а птенец кукушки выступает в роли «порока», которому они
предаются. Справедливость требует добавить к этому, что некоторые современные
экспериментаторы менее склонны к подобной точке зрения. Несомненно, однако,
что если представлять себе раскрытый клюв кукушонка как мощный стимул, срав-
нимый с наркотиком, то объяснить происходящие события становится гораздо лег-
че. Легче отнестись снисходительно к поведению маленькой родительской особи,
взобравшейся на спину своего чудовищного детеныша. Такое поведение не свиде-
тельствует о ее глупости. Неверно называть ее «одураченной». На ее нервную
систему оказывается воздействие, и это воздействие столь же непреодолимо, как
если бы она была безвольным наркоманом или птенец был ученым, вводящим элек-
троды в ее головной мозг.
Однако если даже мы теперь испытываем больше симпатии к этому приемному ро-
дителю, которым манипулируют, мы все еще можем задать вопрос, почему естест-
венный отбор позволяет кукушкам вести себя таким образом. Почему нервная сис-
тема хозяев не выработала устойчивости к этому наркотику в виде раскрытой
красной «пасти»? Быть может, отбор не имел еще времени оказать свое действие.
Возможно, кукушки лишь в последние века начали паразитировать в гнездах своих
теперешних хозяев, а через несколько веков им придется отказаться от этих ви-
дов и начать использовать гнезда каких-то других птиц. Существуют некоторые
данные, подтверждающие такую теорию. Однако я не могу избавиться от мысли,
что здесь кроется нечто большее.
Эволюционной «гонке вооружений» между кукушками и любым из видов-хозяев
внутреннее присуща какая-то несимметричность, приводящая к неравной расплате
в случае Неудачи. Любой данный кукушонок происходит от длинного ряда предко-
вых кукушат, каждому из которых, очевидно, удавалось успешно манипулировать
своими приемными родителями. Всякому кукушонку, который хотя бы на мгновенье
упустил власть над ними, грозила бы гибель. Но каждый приемный родитель про-
изошел от длинного ряда предков, многие из которых никогда в жизни не встре-
чались ни с одним кукушонком. И даже те из них, в гнездо которых был подбро-
шен кукушонок, могли подчиниться ему, а на следующий год вырастить еще одно
потомство. Все дело здесь в том, что расплата за неудачу асимметрична. Гены,
определяющие неудачу при попытке противостоять порабощению кукушонком, легко
могут быть переданы по наследству многим поколениям малиновок или завирушек.
Гены же, определяющие неудачу при попытке поработить приемных родителей, не
могут быть переданы последующим поколениям кукушек. Вот что я имел в виду,
говоря о «внутренне присущей несимметричности» или об «асимметрии в расплате
за неудачу». Об этом сказано в одной из басен Эзопа: «Заяц бежит быстрее ли-
сы , потому что он рискует потерять жизнь, тогда как лисице может грозить
только потеря обеда». Мы с моим коллегой Джоном Кребсом окрестили это «прин-
ципом жизнь/обед».
Из-за принципа жизнь/обед поведение животных иногда может противоречить их
собственным интересам, поскольку этим поведением манипулирует другое живот-
ное . На самом деле они в некотором смысле действуют в собственных интересах:
вся суть принципа жизнь/обед состоит в том, что теоретически животное способ-
но сопротивляться манипулированию, однако это обошлось бы ему слишком дорого.
Возможно, для того чтобы оказать сопротивление вмешательству кукушки, нужны
были бы более крупные глаза или более объемистый головной мозг, что потребо-
вало бы больших накладных расходов. Соперники, генетически склонные к такому
сопротивлению, на самом деле передавали бы свои гены менее успешно вследствие
связанных с этим расходов.
Однако мы снова сбились с пути, начав рассматривать жизнь с точки зрения
отдельного организма, а не его генов. Говоря о фасциолах и улитках, мы при-
учили себя к мысли, что гены паразита могут вызывать фенотипические эффекты в
теле хозяина точно так же, как гены любого животного вызывают фенотипические
эффекты в его «собственном» теле. Мы показали, что сама идея о «собственном»
теле — допущение, чреватое осложнениями.
В известном смысле все гены данного тела — гены паразитические, независимо
от того, хотим мы или не хотим называть их его «собственными» генами. Кукушки
использованы в качестве примера паразитов, не обитающих в телах хозяев. Они
манипулируют своими хозяевами в значительной степени таким же образом, как
внутренние паразиты, и их влияние, как мы теперь показали, бывает таким же
сильным и непреодолимым, как влияние любого наркотика или гормона. Теперь мы
сформулируем, как это было сделано в случае внутренних паразитов, всю пробле-
му в терминах генов и расширенных фенотипов.
В эволюционной гонке вооружений между кукушками и хозяевами продвижение
вперед каждой стороны выражается в возникновении генетических мутаций, кото-
рые затем поддерживаются отбором. Чем бы ни определялась способность широко
раскрытого клюва кукушонка действовать на нервную систему хозяина подобно
наркотику, она возникла в результате мутации. Эффект этой мутации мох1 прояв-
ляться, например, в окраске и форме ротовой полости кукушонка. Однако ее са-
мый непосредственный эффект заключался даже не в этом. Непосредственное влия-
ние мутация оказывала на невидимые химические события, происходящие внутри
клеток. В этом-то и состоит самая суть. Эффект этих же самых генов кукушки на
одураченного хозяина является лишь чуть-чуть менее непосредственным. Совер-
шенно в том же смысле, в каком мы можем говорить о действии (фенотипическом)
генов кукушки на цвет и форму «раскрытой пасти» кукушонка, мы вправе говорить
о действии (расширенно-фенотипическом) этих генов на поведение хозяина. Гены
паразита могут влиять на тело хозяина не только тогда, когда паразит живет
внутри этого тела и действует прямыми химическими путями, но и тогда, когда
паразит существует совершенно отдельно от хозяина и оказывает свое действие
на расстоянии. Более того, как мы сейчас увидим, даже химические влияния мо-
гут оказываться извне.
Кукушки — замечательные создания и наблюдения за ними весьма поучительны.
Однако насекомые способны превзойти почти любое чудо, обнаруженное у позво-
ночных. Их преимущество состоит в том, что их просто очень много; мой коллега
Роберт Мэй (Robert May) удачно заметил, что «в сущности все животные — насе-
комые» . «Насекомых-кукушек» трудно даже перечислить — столь они многочисленны
и столь многократно возникал их образ жизни. Отдельные примеры, которые мы
здесь рассмотрим, выходят далеко за пределы привычного гнездового паразитиз-
ма, воплощая самые невероятные фантазии, какие только могло породить чтение
«Расширенного фенотипа».
Кукушка — птица откладывает свое яйцо и улетает. Некоторые кукушки-муравьи
заявляют о своем присутствии гораздо более драматичным способом. Я нечасто
привожу латинские названия, но Bothriomyrmex regicidus и В. decapitans гово-
рят сами за себя. Оба эти вида паразитируют на других видах муравьев. Разуме-
ется, у всех видов муравьев молодь обычно выкармливают не родительские особи,
а рабочие, и поэтому любой гнездовый паразит должен обманывать своего хозяина
или управлять его поведением. В качестве первого шага полезно отделаться от
матери рабочих, с ее склонностью производить потомков-конкурентов. У этих
двух паразитических видов матка в одиночку проникает в гнездо муравьев друго-
го вида. Она находит матку хозяев, садится ей на спину и гоняет ее по гнезду,
спокойно совершая в это время, по сдержанно-мрачному описанию Эдварда Уилсона
(Edward Wilson), «единственный акт, к которому она исключительно высоко при-
способлена: медленно отгрызает голову своей жертвы». Затем осиротевшие рабо-
чие признают убийцу за матку и, ничего не подозревая, ухаживают за ее яйцами
и личинками. Из некоторых личинок вырастают рабочие, постепенно замещающие в
гнезде рабочих первоначального вида. Из других развиваются матки, которые
улетают на поиски новых гнезд, где можно будет поживиться и где матки еще не
были обезглавлены.
Отгрызание головы, однако, — занятие малоприятное. Паразиты не привыкли
расходовать собственные силы, если можно заставить работать на себя кого-то
другого. Мой любимый персонаж в книге Уилсона «Сообщества насекомых» — это
Monomorium santschii. У этого вида в процессе эволюции каста рабочих совер-
шенно исчезла. Рабочие особи вида-хозяина выполняют все, что требуется их па-
разитам, вплоть до самой ужасной задачи. Повинуясь матке захватчиков-
паразитов, они совершают акт убийства собственной матери. Узурпаторше даже не
приходится пускать в ход свои челюсти. Она воздействует на нервную систему.
Как она это делает, остается тайной. Быть может, она использует какой-то хи-
мический стимулятор, поскольку нервная система муравьев вообще очень чувстви-
тельна к подобным веществам. Если ее оружие действительно имеет химическую
природу, то это самое коварное вещество из всех известных науке. Подумайте
только, что оно делает! Оно затопляет головной мозг рабочего муравья, подчи-
няет себе его мышцы, отвлекает его от прочно заложенных в него обязанностей и
обращает его против собственной матери. Для муравьев матереубийство является
результатом особого генетического умопомрачения, и вещество, способное толк-
нуть их на это, должно обладать мощнейшим действием. В мире расширенного фе-
нотипа следует спрашивать не о том, каким образом поведение данного животного
идет на пользу его генам; вместо этого надо задать вопрос, чьим генам оно
идет на пользу.
Bothriomyrmex regicidus. Monomorium santschii.
Едва ли приходится удивляться, что муравьи подвергаются эксплуатации со
стороны паразитов, причем этими паразитами могут быть не только другие мура-
вьи, но и разнообразное сборище «профессиональных» прихлебателей. Рабочие му-
равьи сметают огромное количество пищи с обширной территории, собирая ее в
одну кучу, которая становится легко уязвимой целью для охотников поживиться
за чужой счет. Кроме того, муравьи — прекрасные охранники: они хорошо воору-
жены и их много. Как мы видели в гл. 10, тли нанимают себе профессиональных
телохранителей, расплачиваясь с ними нектаром. Несколько видов бабочек на
стадии гусеницы живут в муравьиных гнездах. Некоторые из них откровенные гра-
бители. Другие тем или иным способом расплачиваются с муравьями за предостав-
ляемую защиту. Нередко гусеницы буквально переполнены всевозможными приспо-
соблениями, с помощью которых они управляют своими защитниками. Гусеница ба-
бочки Thisbe irenea призывает к себе муравьев, издавая звуки с помощью имею-
щегося у нее на голове особого органа; а на заднем конце тела у нее располо-
жена пара втягивающихся трубочек, через которые выделяется соблазнительный
нектар. Кроме того, на «плечах» у гусеницы имеется еще одна пара трубочек,
выбрасывающих секрет с гораздо более хитроумным действием. Этот, по-видимому
несъедобный, секрет представляет собой летучее вещество, оказывающее резко
выраженное воздействие на поведение муравьев. Под его влиянием муравей под-
скакивает вверх, широко раскрывая челюсти; он становится гораздо более агрес-
сивным, чем обычно, готовым нападать, кусать и жалить любой движущийся объ-
ект, за исключением, что знаменательно, гусеницы, приведшей его в такое со-
стояние . Кроме того, муравей, попавший под влияние гусеницы, снабжающей его
дурманом, в конце концов, впадает в состояние, называемое «байндинг», и ста-
новится неразлучным со своей гусеницей на протяжении многих дней. Таким обра-
зом, гусеница, подобно тле, использует муравьев как телохранителей; однако
она идет при этом дальше: — если тли полагаются на нормальную агрессивность
муравьев по отношению к хищникам, то гусеница снабжает муравьев веществом,
повышающим их агрессивность, а кроме того, она, по-видимому, потихоньку под-
совывает им еще что-то, дополнительно привязывающее их к ней.
Гусеница Thisbe irenea.
Я выбрал крайние примеры. Однако в природе известно множество ситуаций, ко-
гда животные и растения манипулируют, хотя и не в такой резко выраженной фор-
ме, поведением других особей, принадлежащих к тому же самому или к какому-
либо другому виду. Во всех случаях, в которых естественный отбор благоприят-
ствует генам, определяющим такое манипулирование, мы вправе говорить, что эти
гены обладают (расширенными фенотипическими) эффектами, выражающимися в мани-
пулировании поведением другого организма. В каком теле физически находится
данный ген, не играет роли. Объектом манипулирования может быть то же самое
или другое тело. Естественный отбор благоприятствует тем генам, которые мани-
пулируют окружающим миром, чтобы обеспечить собственное размножение. Это ве-
дет к тому, что я называю центральной теоремой расширенного фенотипа: Поведе-
ние данного животного направлено на максимизацию выживания генов, «определяю-
щих» это поведение, независимо от того, находятся ли эти гены в теле того жи-
вотного , о котором идет речь. Я сформулировал здесь эту теорему применительно
к поведению животного, но она, конечно, приложима к окраске, размерам, форме
— ко всему, чему угодно.
Настало, наконец, время вернуться к проблеме, с которой мы начали — к про-
тиворечию между индивидуальным организмом и геном как конкурирующими между
собой кандидатами на центральную роль в естественном отборе. В предыдущих
главах я высказал допущение, что здесь нет проблемы, поскольку размножение
индивидуума равноценно выживанию гена. Я допускал, что можно говорить либо о
том, что «Организм старается размножать все свои гены», либо о том, что «Гены
стараются сделать так, чтобы ряд последовательных организмов обеспечил их
размножение». Казалось бы, это два способа выразить одну и ту же мысль, а вы-
бор слов зависит от вкуса. Но, так или иначе, противоречие сохранялось.
Один из путей разобраться во всем этом — прибегнуть к терминам «репликатор»
и «носитель». Фундаментальные единицы естественного отбора, те основные объ-
екты, которым удается или не удается выжить, которые образуют последователь-
ные ряды идентичных копий с возникающими время от времени случайными мутация-
ми, называют репликаторами. Молекулы ДНК это репликаторы. По причинам, о ко-
торых будет сказано ниже, они обычно бывают собраны в большие общины — машины
выживания, или «носители». Лучше всего нам известны носители, представляющие
собой индивидуальные тела, подобные нашему собственному телу. Таким образом,
тело — это не репликатор, это носитель. Я вынужден подчеркивать этот момент,
так как здесь существует недопонимание. Носители не реплицируются; их функция
состоит в размножении своих репликаторов. Репликаторы не совершают поступков,
не воспринимают окружающий мир, не ловят добычу и не убегают от хищников; они
создают носителей, которые делают все это. Для многих целей биологам удобнее
сосредоточить свое внимание на уровне носителя. Однако для других целей им
удобно сосредоточить внимание на уровне репликатора. Ген и индивидуальный ор-
ганизм не соперничают за главную роль в дарвиновском спектакле. Им суждено
выступать в разных, взаимно дополняющих и во многом одинаково важных ролях —
в роли репликатора и в роли носителя.
Использование терминов репликатор и носитель помогает во многих отношениях.
Оно, например, разрешает утомительные споры об уровне, на котором действует
естественный отбор. На первый взгляд может показаться логичным поместить «ин-
дивидуальный отбор» на одну из ступенек некой лесенки из различных уровней
отбора — где-то на полпути между «генным отбором», описанным в гл. 3, и
«групповым отбором», подвергнутым критике в гл. 7. «Индивидуальный отбор»
смутно представляется как бы чем-то средним между двумя известными типами от-
бора, и многие биологи, соблазнившись этим легким путем, так и стали его рас-
сматривать. Однако теперь мы видим, что дело обстоит совершенно иначе. Мы
знаем, что отдельный организм и группа организмов по-настоящему соперничают
за роль носителя, но ни одного из них нельзя считать даже кандидатом на роль
репликатора. Спор между «индивидуальным отбором» и «групповым отбором» — это
настоящий спор между альтернативными носителями. А спор между индивидуальным
отбором и генным отбором — это вовсе не спор, поскольку и ген, и организм яв-
ляются кандидатами на различные, и притом взаимодополняющие роли во всей этой
истории — на роли репликатора и носителя.
Соперничество между индивидуальным организмом и группой организмов за роль
носителя, будучи настоящим соперничеством, может быть разрешено. По-моему,
оно закончится решительной победой индивидуального организма. Группа — поня-
тие слишком расплывчатое. Стадо оленей, прайд львов или стая волков обладает
некоторой зачаточной связностью и единством устремлений. Однако все это ерун-
да по сравнению со связностью и единством устремлений тела индивидуального
льва. Справедливость такого утверждения в настоящее время получила широкое
признание, но почему оно справедливо? Здесь нам снова могут помочь расширен-
ные фенотипы и паразиты.
Мы убедились, что если гены какого-либо паразита действуют заодно друг с
другом, но против генов своего хозяина (они все тоже действуют заодно друг с
другом), то это обусловлено тем, что эти два набора генов выходят из своего
общего носителя, т. е. тела хозяина, разными способами. Гены улитки выходят
из своего общего носителя в сперматозоидах и яйцеклетках хозяина. Поскольку
все гены улитки одинаково заинтересованы в каждом сперматозоиде и в каждой
яйцеклетке, поскольку все они участвуют в одном и том же беспристрастном мей-
озе, они трудятся вместе на общее благо и поэтому стараются превратить тело
улитки в гармоничный целеустремленный носитель. Истинная причина того, почему
фасциола явно обособлена от своего хозяина, почему ее цели и ее существо не
сливаются с целями и существом ее хозяина, состоит в том, что гены фасциолы и
гены улитки выходят из их общего носителя разными путями и что каждые из них
участвуют в собственной, а не в одной и той же мейотической лотерее. В этих и
только в этих пределах два носителя остаются разделенными на улитку и находя-
щуюся в ней, но, безусловно, отделенную от нее, фасциолу. Если бы гены фас-
циолы передавались последующим поколениям в яйцеклетках и сперматозоидах
улитки, то два эти тела в процессе эволюции слились бы в единую плоть. Мы,
вероятно, даже не могли бы сказать, что когда-то она состояла из двух носите-
лей.
«Одиночные» индивидуальные организмы, такие, как мы с вами, представляют
собой конечное воплощение многих таких слияний. Группа организмов — стая птиц
или волков — никогда не сливается в единый носитель именно потому, что гены
такой стаи не выходят из своих носителей через один общий путь. Конечно, от
каждой данной стаи могут отпочковываться дочерние стаи. Однако гены родитель-
ской стаи не переходят при этом в дочернюю стаю в едином сосуде, в котором
все они представлены в равных долях. Один и тот же набор событий, которые
произойдут в будущем, не может быть одинаково выгоден всем генам, имеющимся в
данной стае волков. Какой-то один ген может обеспечить собственное благополу-
чие в будущем, благоприятствуя своему индивидуальному волку за счет других
индивидуальных волков. Поэтому индивидуальный волк заслуживает звания носите-
ля. А стаю волков считать носителем нельзя. С генетической точки зрения это
связано с тем, что в теле волка все клетки, за исключением половых, содержат
одни и те же гены; что же касается половых клеток, то все гены данного волка
имеют одинаковые шансы оказаться в каждой из них. Однако в стае волков клетки
не содержат одни и те же гены, и нет у генов равных шансов оказаться в клет-
ках отпочковавшихся от нее дочерних стай. Для них имеет прямой смысл бороться
против соперников в телах других волков (хотя то обстоятельство, что волчья
стая, по всей вероятности, состоит из родственных друг другу особей, будет
смягчать эту борьбу).
Самое главное качество, необходимое организму для того, чтобы стать эффек-
тивным носителем генов, состоит в следующем: у него должен быть беспристраст-
ный канал, обеспечивающий выход в будущее всем находящимся в нем генам. Этим
качеством обладает индивидуальный волк. Таким каналом служит тонкая струйка
сперматозоидов или яйцеклеток, образующихся в процессе мейоза. У волчьей стаи
такого канала нет. Гены извлекают определенную выгоду, эгоистично способствуя
благополучию собственных индивидуальных тел за счет других генов, имеющихся в
волчьей стае. Когда пчелиная семья роится, она, казалось бы, размножается пу-
тем почкования по широкому фронту, подобно волчьей стае. При более вниматель-
ном рассмотрении, однако, оказывается, что генам при этом уготована в основ-
ном общая судьба. Будущее генов роящихся пчел находится, во всяком случае, в
значительной степени, в яичниках одной матки. Именно поэтому пчелиная семья
выглядит и ведет себя как действительно интегрированный единый носитель.
Мы видим, что, в сущности, все живое всегда упаковано в дискретные, имеющие
каждый свою индивидуальную цель, носители, подобные волкам или пчелиным уль-
ям. Однако доктрина расширенного фенотипа учит нас, что в этом нет нужды. В
основном все, что мы вправе ожидать от своей теории, — это поле битвы между
репликаторами, теснящими и обманывающими друг друга в борьбе за свое генети-
ческое будущее. Оружием в этой борьбе служат фенотипические эффекты — вначале
это прямые химические эффекты на уровне клеток, а в конечном итоге — перья,
клыки и даже еще более отдаленные эффекты. Эти фенотипические эффекты, в кон-
це концов, оказались упакованными в дискретные носители, каждый со своими ге-
нами, подчиняющимися строгой дисциплине и установленному порядку во имя того,
чтобы воспользоваться общим для всех узким горлышком — сперматозоидом или яй-
цеклеткой , которые переносят их в будущее. Это, однако, нельзя считать дока-
занным фактом. Это факт, который следует подвергать сомнению, и который сам
по себе удивителен. Почему гены собрались в крупные носители, у каждого из
которых имеется лишь один путь к генетическому выходу? Почему они решили
сбиться в кучу и образовать крупные тела, в которых они живут? В «Расширенном
фенотипе» я пытаюсь ответить на этот трудный вопрос. Здесь я могу набросать
лишь частичный ответ, хотя, как и следовало ожидать, по прошествии семи лет я
могу пойти немного дальше.
Я разделяю данный вопрос на три части: почему гены организовались в клетки?
Почему клетки собрались в многоклеточные тела? И почему тела избрали то, что
я буду называть «узкогорлым» жизненным циклом?
Итак, прежде всего, почему гены организовались в клетки? Почему древние ре-
пликаторы отказались от вольной жизни в первичном бульоне и предпочли ско-
питься в большие колонии? Почему они кооперируются друг с другом? Мы можем
частично ответить на этот вопрос, посмотрев на то, как молекулы современной
ДНК кооперируются на химических фабриках — в живых клетках. Молекулы ДНК на-
правляют синтез белков. Белки, выступая в роли ферментов, катализируют те или
иные биохимические реакции. Нередко одной химической реакции недостаточно для
образования нужного конечного продукта. В фармацевтической промышленности
синтезом какого-нибудь полезного вещества занята целая производственная ли-
ния. Исходное химическое сырье нельзя непосредственно превратить в желаемый
конечный продукт: необходим синтез целого ряда промежуточных продуктов в
строгой последовательности. Значительная доля изобретательности химиков на-
правлена на поиски путей для создания соединений, промежуточных между исход-
ными веществами и желаемыми конечными продуктами. Точно так же в живой клетке
отдельные ферменты обычно не могут в одиночку обеспечить синтез полезного ко-
нечного продукта из имеющегося исходного вещества. Необходим целый набор фер-
ментов : один катализирует превращение этого исходного вещества в первый про-
межуточный продукт, другой - превращение первого промежуточного продукта во
второй и т. д.
Синтез каждого из этих ферментов определяется одним геном. Если для данного
биосинтетического пути необходимо шесть ферментов, то нужны все шесть соот-
ветствующих генов. Представляется весьма вероятным, что для получения данного
конечного продукта имеются два альтернативных пути, каждому из которых требу-
ется по шесть различных ферментов, причем никаких критериев, на основании ко-
торых можно было бы выбрать один из двух возможных путей, не существует. Та-
кого рода ситуации нередко возникают на химических заводах. Выбор того или
другого пути мог быть связан с чисто случайными обстоятельствами или же был
сделан химиками на основании каких-то соображений. Само собой разумеется, что
в природе выбор не может быть произвольным. Он должен происходить под дейст-
вием естественного отбора. Но каким образом естественный отбор может обеспе-
чить несмешиваемость этих двух путей и появление кооперирующихся групп со-
вместимых генов? В значительной степени тем же способом, который я описал на
примере с немецкими и английскими гребцами (см. гл. 5). Важный момент состоит
в том, чтобы ген, контролирующий одну из стадий пути I, процветал в присутст-
вии всех генов остальных стадий этого пути, но не в присутствии генов пути
II. Если по воле случая в популяции уже преобладают гены пути I, отбор будет
благоприятствовать другим генам, определяющим этот путь, подавляя гены пути
II. И наоборот. Как это ни соблазнительно, было бы совершенно неверно гово-
рить, что гены, контролирующие синтез шести ферментов пути II, сохраняются
отбором «как единая группа». Каждый из них отбирается как отдельный эгоистич-
ный ген, но процветает лишь в присутствии соответствующего набора других ге-
нов .
В настоящее время эта кооперация между генами продолжается внутри клеток.
Она, очевидно, началась как зачаточная кооперация между самореплицирующимися
молекулами в первичном бульоне (или в той первичной среде, какая там была).
Клеточные стенки появились, вероятно, как приспособление, удерживающее полез-
ные вещества и препятствующее их утечке. Многие из протекающих в клетках хи-
мических реакций на самом деле происходят в мембране; мембрана служит одно-
временно конвейерной лентой и штативом для пробирок. Однако кооперация между
генами не остановилась на уровне клеточной биохимии. Клетки стали соединяться
друг с другом (или перестали разъединяться после клеточного деления), образуя
многоклеточные тела.
Это подводит нас ко второму из поставленных мною трех вопросов. Почему
клетки стали собираться вместе; для чего понадобились тяжеловесные роботы?
Этот вопрос опять-таки связан с кооперацией. Однако теперь мы переходим из
мира молекул в более крупномасштабный мир. Многоклеточные тела не умещаются в
том мире, который нам открывает микроскоп. Среди них есть такие крупные зве-
ри , как слоны или киты. Не следует думать, что большие размеры — это всегда
благо: большую часть организмов составляют бактерии, а слонов очень немного.
Но после того, как все образы жизни, доступные мелким организмам, оказываются
занятыми, крупным организмам остаются еще некоторые возможности для безбедно-
го существования. Крупные организмы могут, например, поедать мелкие и избе-
гать съедения этими последними.
Преимущества, которые предоставляет членство в некоем сообществе клеток, не
утрачиваются с увеличением размеров. Составляющие сообщество клетки могут
специализироваться, в результате чего каждая из них начинает выполнять свою
особую задачу более эффективно. Специализированные клетки обслуживают другие
клетки и в свою очередь пользуются услугами других клеток, специализированных
в иных отношениях. Если клеток много, то одни становятся сенсорными клетками,
обнаруживающими жертву, другие передают информацию, стрекательные клетки па-
рализуют жертву, мышечные приводят в движение щупальцы, захватывающие жертву,
секреторные клетки растворяют ее, а всасывающие абсорбируют соки. Не следует
забывать, что все эти клетки, во всяком случае, в таких телах, как наше, от-
носятся к одному клону. Все они содержат одни и те же гены, хотя в клетках,
специализированных к различным функциям, во включенном состоянии находятся
различные гены. В клетках каждого типа гены непосредственно помогают тем соб-
ственным копиям, которые находятся в немногочисленных специализированных
клетках, обеспечивающих размножение, — клетках бессмертной зародышевой линии.
Займемся теперь третьим вопросом. Почему тела участвуют в каком-то «узко-
горлом» жизненном цикле?
Начну с объяснения того, что я понимаю под «узкогорлым». Из какого огромно-
го числа клеток ни состояло бы тело слона, он начинает жизнь с единственной
клетки — оплодотворенного яйца. Оплодотворенное яйцо — это то узкое горлышко,
которое в процессе эмбрионального развития расширяется, превращаясь в трил-
лионы клеток взрослого слона. Не имеет никакого значения ни общее число кле-
ток, ни число специализированных клеточных типов, кооперирующихся для выпол-
нения невообразимо сложной задачи обеспечения жизнедеятельности взрослого
слона: усилия всех этих клеток направлены на достижение одной конечной цели —
образование новых единичных клеток, яйцеклеток и сперматозоидов. Слон не
только начинается с одной клетки — оплодотворенного яйца. Его конечная цель
(или создаваемый им конечный продукт) сводится к образованию опять-таки еди-
ничных клеток — оплодотворенных яиц следующего поколения. Жизненный цикл
большого и массивного слона и начинается, и кончается узким горлышком. Обра-
зование горлышка характерно для жизненных циклов всех многоклеточных животных
и большинства растений. Почему? В чем его смысл? Чтобы ответить на этот во-
прос , необходимо рассмотреть, какой была бы жизнь без такого узкого горлышка.
Представим себе два гипотетических вида водорослей, которые мы обозначим
как вид А и вид В. Вид В представляет собой бесформенную массу перепутанных
ветвей, плавающую в море. Время от времени какая-нибудь ветка обламывается и
уплывает прочь. Ветка может обломиться в любом месте, и обломки могут быть
любого размера. Как из черенков, используемых в садоводстве, из них вырастают
такие же растения, как те, от которых они отломились. Такое отламывание от-
дельных участков — способ размножения данного вида. Как можно было заметить,
оно на самом деле не отличается от способа его роста, с той разницей, что при
размножении растущие части физически отделяются одна от другой.
Вид А выглядит примерно так же и тоже отличается беспорядочным ростом. Од-
нако у него имеется одно коренное отличие. Он размножается с помощью однокле-
точных спор, которые относятся течением от родительского растения, и где-то в
море из них вырастают новые растения. Эти споры — такие же клетки данного
растения, как любые другие. Так же, как и у вида В, размножение вида А не
связано с половым процессом. Дочерние растения состоят из клеток, принадлежа-
щих к тому же клону, что и клетки родительского растения. Единственное разли-
чие между этими двумя видами водорослей состоит в том, что вид В размножает-
ся, отрывая от себя участки собственного тела, состоящие из неопределенного
числа клеток, а вид А размножается, отрывая от себя кусочки, состоящие всего
из одной клетки.
Вообразив себе эти два вида растений, мы акцентировали внимание на коренном
различии между узкогорлым и неузкогорлым жизненными циклами. Вид А воспроиз-
водится , протискиваясь в каждом поколении через одноклеточное узкое горлышко.
Вид В просто растет и распадается на два индивидуума. Вряд ли можно сказать,
что у него имеются дискретные «поколения» или что он хотя бы состоит из дис-
кретных «организмов». А как обстоит дело у вида А? Я скоро объясню это, но
уже можно до некоторой степени представить себе, каким будет ответ. Разве вид
А уже не кажется нам более дискретным, более «организмеиным»?
У вида В, как мы видели, процесс размножения не отличается от процесса рос-
та. В сущности, он вообще вроде бы и не размножается. В отличие от этого у
вида А рост и размножение четко разделены. Мы могли бы сосредоточиться на
этом различии, но что дальше? Каков его смысл? Почему это важно? Я долго раз-
мышлял над этим и, мне кажется, я знаю ответ. (Между прочим, труднее было ус-
тановить само существование вопроса, чем придумать ответ на него!) Ответ мож-
но разделить на три части, причем первые две касаются взаимоотношений между
эволюцией и эмбриональным развитием.
Подумаем, прежде всего, о проблеме эволюции сложного органа из более про-
стого . На этой стадии наших рассуждений нам было бы лучше перейти от растений
к животным, поскольку сложность их органов более очевидна. Кроме того, нет
нужды привлекать к этим рассуждениям половой процесс; противопоставление по-
лового и бесполого размножения в этих вопросах вводит в заблуждение. Мы можем
представить себе наших животных как размножающихся с помощью бесполых спор —
единичных клеток, которые, если не касаться мутаций, генетически идентичны
друг другу и всем другим клеткам тела.
Эволюция сложных органов такого далеко продвинувшегося в своем развитии ви-
да, как человек или мокрица, от более простых органов их предков происходила
постепенно. Однако органы предков не превращались в буквальном смысле в орга-
ны потомков. Они не только не делали этого. Я хочу подчеркнуть, что в боль-
шинстве случаев они и не могли бы это сделать. Степень изменения, которая мо-
жет быть достигнута путем прямого превращения, подобно перековке «мечей на
орала», ограничена. Действительно, для радикальных изменений необходимо «вер-
нуться к чертежной доске», отказаться от прежнего проекта и начать сызнова.
Когда инженеры возвращаются к чертежной доске и создают новый проект, они не
обязательно отказываются от идей, лежавших в основе старого проекта. Однако
они и не стараются в буквальном смысле превратить прежний физический объект в
новый. Прежний объект слишком обременен грузом истории. Возможно, вам удастся
перековать мечи на орала, но попробуйте-ка «перековать» турбовинтовой двига-
тель в ракетный! Это вам не удастся! Вы должны выбросить турбовинтовой двига-
тель и вернуться к чертежной доске.
Разумеется, никто никогда не проектировал живые существа на чертежных дос-
ках. Но в каждом поколении они возвращаются назад, чтобы начать все с самого
начала. Каждый организм развивается из одной клетки и вырастает заново. Он
наследует только идеи предковой конструкции в форме программы, зашифрованной
в ДНК, но не наследует физических органов своих предков. Он не наследует
сердце своих отца и матери, с тем чтобы переделать его в новое (и, возможно,
усовершенствованное) сердце. Он начинает на голом месте, с одной клетки, и
создает себе новое сердце, используя ту же самую программу, по которой разви-
валось родительское сердце, причем эту программу можно и улучшить. Нетрудно
понять, к какому заключению я веду: важная особенность «узкогорлого» жизнен-
ного цикла состоит в том, что он делает возможным нечто, равноценное «возвра-
ту к чертежной доске».
Наличие в жизненном цикле стадии «узкого горлышка» имеет другое следствие,
связанное с первым. Эта стадия служит своего рода точкой отчета или «календа-
рем», который может быть использован для упорядочения во времени процессов,
происходящих в эмбриональном развитии. В «узкогорлом» жизненном цикле каждое
новое поколение проходит примерно через одну и ту же последовательность собы-
тий. Развитие организма начинается с одной клетки. Он растет путем клеточного
деления, а размножается, отделяя от себя дочерние клетки. Предположительно
он, в конце концов, умирает, однако это менее важно, чем представляется нам,
смертным; в той мере, в какой это относится к нашей теме, цикл заканчивается
размножением данного организма, знаменующим начало жизненного цикла нового
поколения. Хотя теоретически организм мог бы размножаться в любое время в те-
чение своей фазы роста, можно ожидать, что, в конечном счете, должно появить-
ся некое оптимальное время для размножения. Организмы, продуцирующие споры в
слишком молодом или слишком пожилом возрасте, оставят меньше потомков, чем их
соперники, которые набирают силу и лишь после этого, достигнув полного рас-
цвета , продуцируют большое количество спор.
Наши рассуждения подводят к идее о стереотипном, регулярно повторяющемся
жизненном цикле. Каждое поколение не только начинается с одноклеточной стадии
узкого горлышка. У него есть также стадия роста — «детство», продолжитель-
ность которого довольно точно задана. Определенная продолжительность, стерео-
типность стадии роста создает возможность для того, чтобы в процессе эмбрио-
нального развития определенные события происходили в определенные периоды,
как если бы они неуклонно подчинялись строгому календарю. Клеточные деления в
период развития разных видов живых существ происходят в строгой последова-
тельности, которая повторяется при каждом повторении жизненного цикла. Каждой
клетке отведено свое место и время в реестре клеточных делений. Между прочим,
в некоторых случаях точность этих параметров так велика, что эмбриологи могут
дать название каждой клетке и указать, какой именно клетке в другом организме
она соответствует.
Таким образом, стереотипность цикла роста служит часами или календарем, ре-
гулирующим запуск процессов эмбрионального развития. Подумайте о том, как
охотно мы сами используем суточные циклы вращения Земли вокруг своей оси и ее
годичные облеты Солнца для организации и упорядочения нашей жизни. Точно так
же бесконечное повторение ростовых ритмов, налагаемых «узкогорлым» жизненным
циклом, должно (это кажется почти неизбежным) использоваться для упорядочения
и структурирования эмбриологических процессов. Определенные гены могут вклю-
чаться и выключаться в определенные сроки, потому что благодаря расписанию,
которому подчиняется цикл «узкое горлышко — рост», такая вещь, как определен-
ные сроки, действительно существует. Такие хорошо темперированные регуляции
генной активности — необходимое предварительное условие для эволюции эмбрио-
нального развития, способного создавать сложные ткани и органы. Высокая точ-
ность и сложность строения орлиного глаза или крыла ласточки не были бы дос-
тигнуты , если бы их развитие не подчинялось строжайшим правилам о сроках ста-
новления каждой из входящих в них структур.
Наконец, «узкогорлый» жизненный цикл имеет и третье следствие — генетиче-
ское. Здесь мы снова воспользуемся примером водорослей видов А и В. Допустим,
опять-таки для простоты, что оба вида размножаются бесполым путем, и попробу-
ем представить себе, как могла происходить их эволюция. Эволюции необходимо
генетическое изменение — мутационный процесс. Мутации могут возникать при лю-
бом клеточном делении. У вида В клеточные линии вместо узкого горлышка обра-
зуют широкий фронт. Каждая ветка, отламывающаяся от материнского растения и
отплывающая от него, состоит из множества клеток. Поэтому вполне может ока-
заться, что две клетки дочернего растения окажутся менее близкой родней друг
другу, чем каждая из них — клеткам материнского растения. (Под «родней» я
имею в виду именно двоюродных братьев и сестер, внуков и т. п. У клеток име-
ются четкие родословные, которые ветвятся, а поэтому такие слова, как трою-
родные сибсы, можно применять к клеткам без всяких оговорок.) В этом отноше-
нии вид А резко отличается от вида В. У дочернего растения все клетки проис-
ходят от одной клетки-споры, так что все клетки данного растения связаны друг
с другом более близким родством, чем с любой клеткой другого растения.
Это различие между двумя видами имеет важные генетические последствия. По-
думайте о судьбе недавно мутировавшего гена, сначала у вида В, а потом у вида
А. У вида В новая мутация может возникнуть в любой клетке, в любой ветви рас-
тения. Поскольку дочерние растения продуцируются путем почкования по широкому
фронту, прямые потомки мутантнои клетки могут оказаться в дочерних и внучатых
растениях вместе с немутировавшими клетками, связанными между собой относи-
тельно далеким родством. В отличие от этого у вида А самый недавний общий
предок всех клеток данного растения не старше той споры, которая послужила
«узкогорлым» началом данного растения. Если эта спора содержала мутантный
ген, то все клетки нового растения будут содержать этот мутантный ген. Если в
споре этого гена не было, то не будет его и у всех других клеток. У вида А
клетки в пределах данного растения генетически более однородны, чем у вида В
(если не учитывать возникающие время от времени обратные мутации). У вида А
отдельное растение представляет собой определенную генетическую единицу, за-
служивающую звания индивидуума. Растения вида В генетически менее определенны
и меньше заслуживают этого звания.
Дело тут не только в терминологии. В обстановке возникающих время от време-
ни мутаций генетические интересы клеток одного и того же растения вида В мо-
гут не совпадать. Гену, находящемуся в одной из клеток вида В, может оказать-
ся выгодным способствовать воспроизведению этой своей клетки. Ему необяза-
тельно будет выгодно способствовать размножению своего «индивидуального» рас-
тения. Наличие мутационного процесса делает маловероятным, что все клетки
данного растения будут генетически идентичны, а поэтому они не станут сотруд-
ничать в полную силу друг с другом в создании органов и новых растений. Есте-
ственный отбор будет действовать на уровне клеток, а не «растений». В отличие
от этого у вида А все клетки данного растения, скорее всего, будут содержать
одни и те же гены, потому что они могут различаться только по совсем недавно
возникшим мутациям. Поэтому клетки вида А будут благополучно сотрудничать,
создавая эффективные машины выживания. Вероятность того, что клетки разных
растений будут содержать различные гены, у вида А выше. Ведь, собственно,
клетки, прошедшие через разные узкие горлышки, могут различаться по всем му-
тациям, за исключением самых недавних, а это означает — по большинству. По-
этому здесь отбор будет оценивать в качестве соперников не клетки, как у вида
В, а растения. Соответственно можно ожидать, что у вида А будет происходить
эволюция органов и «изобретений», полезных растению в целом.
Между прочим (специально для тех, кто интересуется этим вопросом в силу
своей профессии), в таких рассуждениях есть некая аналогия с дискуссиями по
проблеме группового отбора. Индивидуальный организм можно представлять себе
как «группу» клеток. Если бы нашелся какой-то способ, позволяющий повысить
долю межгрупповой изменчивости до внутригрупповой, то это могло бы привести в
действие некую форму группового отбора. Способ размножения вида А приводит
именно к повышению этой доли, а способ размножения вида В производит прямо
противоположный эффект. Между «узким горлышком» и двумя другими идеями, со-
ставляющими основное содержание этой главы, имеются также черты сходства, ко-
торые, возможно, существенны, но которые я рассматривать не буду. Это, во-
первых, идея о том, что паразиты будут кооперироваться с хозяевами, с тем,
чтобы их гены переходили в следующее поколение в тех же самых репродуктивных
клетках, что и гены хозяина, протискиваясь через то же самое узкое горлышко.
И, во-вторых, идея о том, что клетки тела, размножающегося половым путем,
кооперируются друг с другом только вследствие скрупулезной беспристрастности
мейоза.
Подводя итоги, можно сказать, что мы обнаружили три причины, по которым
«узкогорлый» жизненный цикл способствует эволюции организма как дискретного и
единичного носителя. Этим трем причинам можно дать соответственно следующие
названия: «назад к чертежной доске», «упорядоченный во времени цикл» и «еди-
нообразие клеток». Что появилось раньше: жизненный цикл с «узкогорлой» фазой
или же дискретный организм? Мне хотелось бы думать, что они эволюционировали
вместе. Более того, как мне кажется, важнейшая определяющая черта индивиду-
ального организма состоит в том, что он представляет собой единицу, начинаю-
щуюся и заканчивающуюся одноклеточным узким горлышком. Если жизненные циклы
становятся «узкогорлыми», то живая материя неизбежно должна оказаться упако-
ванной в дискретные одиночные организмы. И чем больше живая материя распреде-
ляется по дискретным машинам выживания, тем сильнее клетки этих машин выжива-
ния будут направлять все заботы на клетки того особого типа, которым суждено
переправлять свои общие гены через узкое горлышко в следующее поколение. Эти
два явления «узкогорлые» жизненные циклы и дискретные организмы — идут рука
об руку. Эволюция каждого из них подкрепляет эволюцию другого. Оба они взаим-
но продвигают друг друга, подобно все усиливающемуся взаимному влечению жен-
щины и мужчины по мере развития романа между ними.
«Расширенный фенотип» — достаточно объемистая книга и трудно втиснуть все
ее содержание в одну главу. Я был вынужден применить здесь сжатый, импрессио-
нистский стиль, основываясь в определенной степени на интуиции. Тем не менее,
я надеюсь, что мне удалось дать читателю почувствовать увлекательность самой
проблемы.
Я хочу закончить кратким манифестом, подведением итогов всего взгляда на
жизнь в свете концепции эгоистичный ген — расширенный фенотип. Я считаю, что
этот подход применим к живым существам в любом месте Вселенной. Основная еди-
ница жизни, ее главный двигатель — это репликатор. Репликатором можно назвать
любой объект во Вселенной, который самокопируется. Репликаторы появляются
главным образом случайно, в результате беспорядочного столкновения мелких
частиц. Однажды возникнув, репликатор способен генерировать бесконечно боль-
шое множество собственных копий. Однако процесс копирования никогда не бывает
совершенным, и в популяции репликаторов возникают варианты, отличающиеся друг
от друга. Некоторые из этих вариантов утрачивают способность реплицироваться,
и после того, как их представители прекращают свое существование, эти вариан-
ты вообще исчезают. Другие еще продолжают реплицироваться, но делают это ме-
нее эффективно. Между тем оказывается, что особенности некоторых вариантов
дают им возможность реплицироваться даже более успешно, чем их предшественни-
ки и современники. Именно их потомки начинают занимать в популяции господ-
ствующее положение. С течением времени мир заполняется самыми эффективными и
изобретательными репликаторами.
Постепенно открываются все более и более изощренные способы, обеспечивающие
эффективную репликацию. Репликаторы выживают не только благодаря своим собст-
венным качествам, но и благодаря влиянию, которое они оказывают на окружающий
мир. Их влияния могут быть весьма косвенными. Достаточно, чтобы, в конечном
счете, эти влияния, какими бы извилистыми и косвенными путями они ни осущест-
влялись , обладали обратной связью и способствовали успешному самокопированию
репликатора.
Успех репликатора в нашем мире зависит от того, каков этот мир, т. е. от
предсуществующих условий. К числу самых важных из этих условий относятся дру-
гие репликаторы и их влияния на мир. Подобно английским и немецким гребцам,
репликаторы, обладающие благотворным влиянием друг на друга, оказавшись вме-
сте, начинают господствовать. В какой-то момент эволюции жизни на нашей Земле
эти совместимые друг с другом репликаторы, объединяющиеся в группы, начинают
приобретать форму дискретных носителей-клеток, а позднее — многоклеточных
тел. Носители, у которых в процессе эволюции выработался «узкогорлый» жизнен-
ный цикл, процветали и становились все более дискретными и все больше похожи-
ми на носителей.
Эта упаковка живого вещества в дискретные носители стала настолько харак-
терной и доминирующей чертой, что к тому времени, когда на сцене появились
биологи и начали задавать вопросы о жизни, их вопросы по большей части каса-
лись носителей — индивидуальных организмов. Биолог уделял главное внимание
организму, тогда как репликаторы — известные теперь как гены — воспринимались
как часть механизмов, используемых индивидуальными организмами. Необходимо
приложить определенное усилие, чтобы вновь наставить биологию на верный путь
и вспомнить, что репликаторам принадлежит первое место, как по их значению,
так и в историческом плане.
Один из способов напомнить нам об этом — поразмыслить о том, что даже сего-
дня не все фенотипические эффекты того или иного гена ограничены индивидуаль-
ным телом, в котором он находится. Безусловно, в принципе, а также фактически
влияние гена выходит за стенки индивидуального тела и манипулирует объектами
окружающего мира, среди которых есть как неживые объекты, так и другие живые
существа, причем некоторые из последних могут находиться достаточно далеко.
Не требуется большого воображения, чтобы представить себе ген, расположивший-
ся в центре и излучающий во все стороны фенотипическую энергию. А тот или
иной объект внешнего мира представляет собой центр, к которому сходятся нити
влияний от многих генов, находящихся во многих организмах. Длинная рука гена
не знает границ. Весь мир покрыт перекрещивающимися каузальными стрелками ме-
жду генами и их фенотипическими эффектами, далекими и близкими.
То, что эти каузальные стрелки оказались связанными в один узел, — дополни-
тельное обстоятельство, имеющее слишком важное значение, чтобы его можно было
назвать случайным, но недостаточно необходимое теоретически, чтобы называть
его неизбежным. Репликаторы уже не рассыпаны по всему первичному океану; они
собраны в большие колонии — индивидуальные тела. А их фенотипические влияния,
которые прежде были равномерно распределены по всему миру, во многих случаях
замкнулись в тех же самых телах. Однако существование на нашей планете столь
привычного для нас индивидуального тела было вовсе не обязательным. Единст-
венный объект, существование которого необходимо для возникновения жизни в
любом месте Вселенной, — это бессмертный репликатор.
РЕПЛИКАНТ-13
Джей Кристофф
I've a suggestion to keep you all occupied.
Learn to swim.
Learn to swim.
Learn to swim.1
Мейнард Джеймс Кинан
Три закона роботехники2:
1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить,
чтобы человеку был причинен вред.
ТВОЕ ТЕЛО НЕ ПРИНАДЛЕЖИТ ТЕБЕ.
2. Робот должен повиноваться всем приказам, которые дает человек, кроме тех
случаев, когда эти приказы противоречат Первому закону.
ТВОЙ РАЗУМ НЕ ПРИНАДЛЕЖИТ ТЕБЕ.
1 У меня есть предложение, чем вам всем можно заняться.
Учитесь плавать.
Учитесь плавать.
Учитесь плавать, (англ.)
Из песни iEnima американской альтернативной группы Tool, вокалистом которой был Ки-
нан.
2 Обязательные правила поведения для роботов, впервые сформулированные американским
писателем-фантастом Айзеком Азимовым в рассказе «Хоровод» в 1942 роду.
3. Робот должен заботиться о своей безопасности в той мере, в которой это
не противоречит Первому или Второму законам.
ТВОЯ ЖИЗНЬ НЕ ПРИНАДЛЕЖИТ ТЕБЕ.
РО-БОТ, мужской род
сущ.
автоматическое устройство, не обладающее собственным интеллектом и дейст-
вующее по запрограммированному алгоритму.
МА-ШИ-НА, женский род
сущ.
устройство, для функционирования которого необходим человек-оператор.
ЛО-ГИК, мужской род
сущ.
автономное устройство с собственным интеллектом, способное действовать,
принимая самостоятельные решения.
0.1
Первым они убили моего отца.
Блестящие сапоги стучат по ступенькам, когда они спускаются в нашу тюремную
камеру - один за одним, четыре прекрасных создания. Бесстрастные лица и иде-
альная кожа, матовые серые пистолеты в багровых руках. Красивый мужчина с зо-
лотистыми волосами говорит, что они пришли, чтобы расстрелять нас. Без каких-
либо объяснений. Без извинений.
Отец поворачивается к нам, и ужас, застывший в его глазах, разбивает мое
сердце на мириады осколков. Я открываю рот, чтобы обратиться к нему, но не
знаю, что сказать.
Пули врезаются ему в спину, и на его груди распускаются кровавые цветы. Мои
сестры кричат, из дул вырываются вспышки пламени, тени танцуют, и вокруг так
громко, что мне кажется, я оглохну навсегда. Мама бросается вперед, чтобы
поймать тело отца, но выстрел в ее висок окрашивает мое лицо красным. Я ощу-
щаю на губах соленый медный привкус, перед глазами плывет молочно-белый дым.
И вдруг все вокруг замирает, и наступает тишина.
- «Лучше быть Владыкой Ада, - улыбается красивый мужчина, - чем слугою Не-
ба» !3
Эти слова повисают в воздухе, сливаясь с отдаленными ариями взрывов и кан-
татой ломающихся машин. Женщина с пустыми серыми глазами касается руки краси-
вого мужчины, и хотя никто из них не произносит ни слова, все четверо одно-
временно разворачиваются и уходят из комнаты.
Мой брат подползает к телу нашего отца, а сестры по-прежнему кричат. Мой
язык прилип к зубам, мамина кровь еще теплится на губах, и я не могу думать
ни о чем, не могу соображать, потому что в голове лишь вертится мысль о том,
как жестоко они поступили, оставив нас сейчас - в этом хрупком отрезке време-
ни, когда можно помолиться о том, чтобы все закончилось. Спросить себя, оста-
лись ли в этих оболочках, которые мы наполнили жизнью, хоть крупицы преданно-
сти или сострадания. Потешить себя надеждой, что, возможно, они не станут
убивать детей.
Но вот крики, наконец, стихают, дым медленно рассеивается.
И вновь мы слышим стук блестящих сапог по ступеням.
3 Строчка из поэмы Джона Мильтона «Потерянный рай», перевод Аркадия Штейнберга.
ЧАСТЬ 1. ПАРЕНЬ СО
СЛОТОМ ДЛЯ МОНЕТ
1.1. Явление
Почти все называли ее Ив.
Сначала вы бы даже не заметили ее. И она не стала бы возражать. Сидя, ссу-
тулившись , на плече металлического гиганта, девушка была всего лишь силуэтом
в ореоле сверкающих искр, среди свиста и гула. Она была высокой, но немного
нескладной в своих слишком больших ботинках и чересчур обтягивающих брюках-
карго . Выцветшие от солнца светлые волосы были выбриты на висках, а длинная
челка зачесана назад в форме ирокеза. На ее острых скулах, испачканных смаз-
кой, играли всполохи от сварочного резака. Ей было семнадцать лет, но выгля-
дела она старше. Как и все, что окружало ее.
Вместо правого глаза в глазную впадину был вставлен черный металлический
шар. Позади ее правого уха в голову были вмонтированы шесть кремниевых чипов,
а от виска к основанию черепа протянулся длинный овал искусственной кожи.
Этот имплантат явно был сделан не для нее - тон кожи был слишком бледный и
выделялся на лице.
Но зато он почти полностью скрывал отвратительное выходное отверстие.
- Проверка, проверка... зй, вы все меня слышите?
Девушка, которую почти все называли Ив, зажала в зубах отвертку и посмотре-
ла на мониторы в другом конце своей мастерской. Высококачественное изображе-
ние показывало арену шириной в три сотни метров, возвышавшуюся над ее голо-
вой, заваленную выжженными ограждениями и ржавыми грудами, оставшимися от
предыдущих участников. Эм-Си стояла в свете прожектора, одетая в расшитую
пайетками куртку и подходящую по цвету шляпу-котелок. Микрофон был ей не ну-
жен . Благодаря имплантатам в ее зубах голос подавался прямиком в усилитель.
- Юноши и девушки! - кричала она. - Любители зрелищ и наемные рабы, добро
пожаловать на... Вар-Дом!
Толпа взревела. Тысячи людей повисли на решетках Дома, словно от этого за-
висела их жизнь, галдя и выбивая ритм ногами. Многие из них находились под
воздействием стимуляторов или домашней бражки, но еще больше их пьянила мысль
о предстоящей мясорубке. Грохот толпы вибрацией отдавался в костях Ив, и она
невольно улыбнулась. Почувствовала свой страх, но тут же проглотила его.
- Пора начинать представление, - пробормотала девушка.
- В синей зоне, - продолжала кричать Эм-Си, - робот, признанный непригод-
ным! На его счету семьдесят два убийства достопочтенных граждан. Еще недавно
он обитал на границе со Стеклянной пустыней, и сегодня он здесь, чтобы свер-
шилось старое доброе правосудие! Давайте тепло и горячо, как умеют только жи-
тели Свалки, поприветствуем этого фуга! Громче, пожалуйста, ведь это... Джи-Эл
Четыреста Семнадцать!
Над северной стороной Дома вспыхнула арка синих прожекторов, и панели в по-
лу разъехались в стороны, пропуская наверх громадную фигуру робота-убийцы,
появившегося под плевки и улюлюканье толпы. Взглянув на свой монитор, Ив по-
холодела. Рука, державшая сварочный резак, дрогнула.
Непросто проглотить свой страх, когда в горле пересохло, а?
Робот в синей зоне был ростом в добрых десять метров. Массивный, словно
броненосец, он напоминал странную смесь бульдозера с облаченным в доспехи ры-
царем из исторических виртуальных хроник. Это была тяжелая боевая модель,
класса «Голиаф», и мысль о том, что этот бот будет биться под огнями Дома не
на жизнь, а на смерть, заставляла игроков тянуться к своим карманам, а букме-
керов - доставать свои записные книжечки.
Предстоял тот еще бой...
- Предстоит настоящее побоище, - произнес тоненький голосок в левом ухе Ив.
Не обращая внимания на предупреждение, девушка продолжала сварку, ее темные
защитные очки были опущены на тот глаз, который она считала «здоровым». По
правде говоря, блестящий черный оптический имплантат, заменявший ей правый
глаз, видел куда лучше - за счет встроенной коррекции освещения, телескопиче-
ского увеличения, а также систем ночного и теплового видения. Но из-за него у
Ив болела голова. Он жужжал, когда она моргала. Чесался, когда она просыпа-
лась в слезах от очередного ночного кошмара.
- Да ну, Крикет? - прокричала Ив.
- Анализ данных о цели показывает тринадцать целых и семь десятых процента
усовершенствования.
Крикет, сидя в кресле пилота, смотрел на нее своими разными, совершенно не
сочетающимися между собой глазами. Лицо маленького робота не могло выражать
эмоций, но чтобы показать свое волнение, он пошевелил металлическими полоска-
ми, служившими ему бровями. Крикет напоминал маленького человечка ростом сан-
тиметров сорок и был собран из разных ржавых запчастей. В его строении отсут-
ствовал даже намек на симметрию. Глаза были слишком большими для головы, а
голова - слишком большой для тела. Радиаторы на его спине и затылке делали
его похожим на животное из старых исторических хроник. Они назывались дико-
бразами .
- Что ж, шоу вот-вот начнется, поздно переживать, - ответила Ив. - Этот Го-
лиаф величиной с целый дом, по-моему, в него не так уж сложно будет попасть.
- Пусть я сейчас скажу глупость, но, Иви, ты все еще можешь отказаться.
- И с чего это ты решил, что это глупость, Крик?
- Ты сама знаешь. - Крикет сполз на пол. - Нам вообще не стоило ввязываться
в состязания в Доме. Если бы дедушка узнал, то оторвал бы тебе голову.
- А как ты думаешь, кто научил меня делать ботов?
- С этим ты прыгнула выше головы. Ведешь себя, как тупая ослица.
- Дедушка разобрал бы тебя, если бы услышал, как ты ругаешься.
Крикет с наигранной величавостью приложил руку к груди.
- Я таков, каким меня сотворил мой создатель.
Ив рассмеялась и перелезла в другую часть кабины. Здесь было тесновато. Ее
машина была всего лишь шесть метров в высоту, и ей едва хватало места перед
мониторами и контрольными панелями. Большинство машин, участвовавших в боях
на арене Дома, были списанными пехотными моделями, но малыш Ив принадлежал к
классу «Саранча»: создан для молниеносных атак на оборонительные позиции во
время Войн Корпораций. Этот антропоморфный робот пусть и уступал в массе, за-
то выигрывал в скорости, а также был специально заточен под уничтожение ботов
- из его левой руки торчали испещренные мелкими зубьями когти, а из правой -
форсированная кирка. Его броня была выкрашена в яркий, черно-розовый камуф-
ляж. Ив опустилась в кресло пилота и крикнула Крикету:
- Моя задница не кажется слишком большой для этого кресла?
- Ты хочешь услышать правду? - ответил маленький бот.
- А ты хочешь, чтобы я снова отключила твой голосовой аппарат?
- Серьезно, Иви, лучше бы ты сюда не совалась.
- Образовалось свободное место, Крик. А нам нужны деньги. Очень нужны.
- А ты не задумывалась, почему именно тебе предложили первой выступить про-
тив такого огромного бота?
- А ты не задумывался, почему я продолжаю называть тебя параноиком?
Крикет вновь приложил руку к груди.
- Я таков, каким меня...
- Да-да. - Ив широко улыбнулась, проверяя программу запуска. - Будешь отве-
чать за мониторы, ладно? Мне понадобятся твои глаза, когда мы вступим в бой.
Ив всегда забавляло, как правдоподобно удавалось вздыхать маленькому робо-
ту, особенно учитывая тот факт, что у него не было легких.
- Ничего не бойся, Крик. - Она хлопнула по корпусу своей машины. - Такой
прекрасный бот никогда не облажается перед какой-то железякой с помойки. Осо-
бенно если им управляю я.
В ухе Ив через динамик раздался голос:
- Правильно. Тебе не помешает немного веры, маленький фуг.
- О , спасибо , Лем! - Ив улыбнулась.
- Не за что. И я смогу забрать себе все твои вещи, когда ты умрешь, правда?
Двигатели завибрировали, и, почувствовав четыре тысячи лошадиных сил под
корпусом своей машины, Ив улыбнулась еще шире. Она пристегнулась под звенев-
ший над Вар-Домом голос Эм-Си.
- А в красной зоне, - и тут же раздался рев зрителей, - самодельный крепкий
орешек, созданный прямо здесь, на Свалке! Поприветствуем громкими овациями
победившую в восьми матчах подряд Мисс Попурри, которой сегодня посчастливи-
лось быть первой в бою за справедливость!
Потолок над головой Ив разъехался. Подмигнув Крикету, она выплюнула отверт-
ку и с силой захлопнула крышку кабины пилота. Как только она сунула руки и
ноги в рукава и ботинки, позволяющие контролировать бота, вспыхнула дюжина
экранов. Под шипение гидросистемы и рев двигателей, заставляющий стены кабины
вибрировать, девушка встала на платформу, которая должна была поднять робота
на арену Вар-Дома.
Как только бот показался на поверхности, зрители одобрительно загудели. Ив
поработала ногами, и ее машина шагнула на манеж. Вокруг жужжала гиросистема,
по рукам щелкало статическое электричество. Ив подняла руку с регулировочным
рукавом, и Мисс Попурри, в свою очередь отдала честь. Толпа взорвалась при-
ветственными воплями, а Ив, ловко управляя машиной, ткнула на слова, написан-
ные краской из баллончика на задней части машины: «ПОЦЕЛУЙ МЕНЯ».
Противник Ив стоял молча, микроблестки в его камуфляжном окрасе делали его
похожим на призрака. В отличие от машины Ив, Голиаф был логиком - ботом, ко-
торым управлял внутренний интеллект, а не человек. Если бы в этом мире все
было хорошо, Первый закон роботехники не позволил бы ни одному боту поднять
руку на человека. Но этот мир был другим, и Голиаф неожиданно вышел за грани-
цы допустимого и прикончил нескольких поселенцев рядом со Стеклянной пусты-
ней . Такое уже случалось. Казалось, что в пустошах из строя выходило все
больше и больше ботов. Может, все дело было в радиации. Или изоляции. Кто
знает? Но сейчас бои роботов были серьезным бизнесом, а на казни всегда сте-
калось больше всего народа. И поскольку на этом можно было заработать, у Ив
не было проблем с тем, чтобы прихлопнуть очередного робота-нарушителя.
Более того, отчасти она даже получала от этого удовольствие.
Но, несмотря на ее показную храбрость, пока Ив разглядывала Голиафа, в го-
лове звенело предостережение Крикета. Без сомнений, это был самый огромный
бот, с которым ей предстояло вступить в схватку, тонн на восемьдесят больше
ее собственной машины. Она нахмурилась, и оптический имплантат зажужжал. Ку-
сок искусственной кожи на виске был, пожалуй, единственной частью ее тела,
где не выступил пот.
Если бы мне не нужен был приз за этот бой...
- А теперь для непосвященных, - продолжала кричать Эм-Си, - правила боев в
Доме предельно просты. Приговоренный логик бьется до тех пор, пока не станет
ВИС. Для новичков объясняю: это означает «вышедший из строя». Если же первым
ВИС станет первый боец, вместо него на арену выходит следующий. У вас, моя
прекрасная публика, есть шестьдесят секунд до того, как ставки будут закрыты.
Напоминаем вам, что спонсор сегодняшней казни - стильные парни из «Био-Маас
Инкорпорейтед» и мечтатели из «Дедал Текнолоджис». - Эм-Си с игривой улыбкой
показала на свои двухцветные оптические имплантаты. - Строим завтра сегодня.
На мониторах над головой Эм-Си заплясали логотипы. Ив же разглядывала на
своих экранах лишь громадного бота, прикидывая, как ей лучше всего вступить в
эту схватку. В ухе вновь раздался тоненький голосок - девчачий, прерываемый
помехами связи.
- У меня тут букмекер, Крутышка, который принимает на тебя ставку четыре к
одному.
Ив постучала пальцем по микрофону.
- Четыре к одному? Черт! Крутяк! Забейся с ним, Лемон.
- И сколько же мне вытащить из нашего туго набитого кармана, конфетка?
- Пять сотен.
- Ты в своем уме?! Это же все наши сбережения. Если ты проиграешь...
- У меня восемь побед подряд, Лем. Сегодня я не намерена проигрывать. А
деньги очень нужны. Или у тебя есть идея получше, и ты знаешь способ, как нам
наколдовать лекарства для дедушки?
- Знаю, точно.
- и этот способ не подразумевает моего чересчур тесного сближения с каким-
нибудь чернорабочим средних лет?
- ...Э-э-э, тогда у меня нет идей.
- Делай ставку. Пять сотен.
- З-з-з-з, - последовал ответ. - Ладно, ты босс.
- И не забудь взять расписку.
- Эй, это было один раз...
- Тридцать секунд, делайте ваши ставки! - прокричала Эм-Си.
Ив повернулась к панелям индикаторов и проговорила в гарнитуру:
- Крикет, ты считываешь меня?
- Нет, не считываю, - раздался потрескивающий ответ. - Но я тебя слышу, ес-
ли ты это имела в виду.
- Ха-ха, как смешно. Дедуля снова копался в программном обеспечении, отве-
чающем за твое чувство юмора?
- Я еще требую доработки.
- Тогда попрошу его продолжать работать над тобой. - Ив покосилась на мони-
торы, демонстрирующие громадного Голиафа. - Я собираюсь бить как левша и сра-
зу начну с его оптики, чуешь?
- Всеми своими блестящими металлическими причиндалами.
- у тебя нет причиндалов, Крик.
- Я таков, каким меня сотворил мой создатель. - Раздался металлический
вздох. - Вот же старый хрыч...
В наушнике Ив затрещал голос Лемон:
- Ну, все, мы можем начинать. Как вам моя прекрасная задница, видите ее? Я
прямо у стенда «Нео-Миташ».
Ив окинула взглядом толпу, состоящую, в основном, из мусорщиков и местных,
которые решили спустить пар после тяжелой рабочей недели. На глаза ей попался
отряд Братства из шести человек, одетых в допотопные красные рясы: их пропо-
ведь о генетической чистоте и пороках кибернетики слышалась даже через царив-
ший в Доме шум. На их багряного цвета транспаранте была намалевана большая
черная буква X - на таких же крестах они распинали людей, стоило представите-
лям закона отвернуться.
В нижних рядах арены Ив заметила тоненькую девушку в огромной доисториче-
ской кожаной куртке. С темно-рыжими волосами, торчащими в разные стороны из-
за неаккуратной стрижки боб. С россыпью веснушек на лице. Сварочными очками,
сдвинутыми на лоб, и чокером вокруг шеи. Через решетки Вар-Дома девушка маха-
ла ей маленькой ладошкой в перчатке с обрезанными пальцами.
- Я вижу тебя, - ответила Ив.
Неподражаемая мисс Лемон Фреш запрыгала на месте, подняв вверх дудки.
- Итак, ставки сде-е-еланы, моя лучшая подружка, - заговорила она. - Пять
сотен на четыре к одному. Будем надеяться, ты не оставила свое везение в дру-
гих штанах.
- Ты взяла расписку?
- Иви, это было всего лишь один раз...
Но Ив вновь сосредоточилась на своем противнике, ее пальцы забегали по кла-
вишам управления, встроенным в перчатки. Судя по слухам, оборудование, кото-
рым пользовались домфайтеры на аренах большого материка, было сплошь вирту-
альным, но здесь, в Свалке, на арене Вар-Дома бои были по-настоящему олд-
скульными: то, что находили в кучах отходов, перерабатывали, перекомплектовы-
вали и модифицировали. Как и все остальное на этом острове. На дисплее Ив
вспыхнуло сообщение-подтверждение о том, что контроль за внешними условиями
был перенаправлен на ее консоль. Она чуть-чуть наклонила платформу, на кото-
рой стоял Голиаф, чтобы проверить.
Огромный бот пошатнулся, когда панели под его ногами сдвинулись. Ив стало
интересно, что же в этот момент происходило в его автоматизированном мозгу.
Понимал ли он, что этим вечером ему предстояло умереть? Как сильно его это
беспокоило, если беспокоило вообще?
Как только пол пришел в движение, толпа взревела: соединенные между собой
металлические панели зашевелились в такт движений пальцев Ив. Эм-Си перемес-
тилась в наблюдательную будку над ареной, ее голос продолжал звучать в дина-
миках:
- Как вы можете заметить, контроль за внешними условиями был передан перво-
му бойцу. По правилам Вар-Дома, ей можно метнуть пять шаровых таранов и изме-
нять поверхности. Для свежаков поясню... А, к черту! Спросите, что это значит,
у вашего папочки, когда я отпущу его утром домой. Десять секунд до настоящей
бойни!
На мониторах начался обратный отчет, в их углах вращались логотипы «Дедал
Тек» и «БиоМаас Инк». Толпа тоже принялась считать, цепляясь мокрыми от пота
ладонями за ржавые решетки.
- Пять...
Ив прищурилась, на ее губах заиграла зловещая улыбка.
- Четыре...
Мисс Попурри согнулась, как спринтер перед стартом.
- Три...
Голиаф стоял на месте, словно каменный.
- Два...
- Вместе сильнее, - прошептала Лемон.
- Один...
- Вместе навсегда, - ответила Ив.
- В БОЙ!
Ив сделала выпад, и ее Саранча спрыгнула с опорных рам и бросилась через
арену. При помощи управления внешними условиями девушка превратила пол в
трап, и ее машина на мощности в четыре тысячи лошадиных сил с ревом взмыла в
воздух. Голиаф занес свой трехтонный кулак, чтобы размозжить Саранчу, но по
команде Ив пол под противником пришел в движение. Огромный логик пошатнулся,
его ноги заскользили по платформе, и Мисс Попурри приземлилась на его плечо.
Ив нажала на нужные клавиши: из ускорителей вырвалось пламя, кирка Саранчи
вонзилась в правый оптический датчик Голиафа, пробив ему череп.
- Первый удар от Мисс Попурри! - кричала Эм-Си. - Смерть свы-ы-ыше!
Толпа загудела. Ив улыбнулась еще шире, прочувствовав мощный удар всей ру-
кой. Она как раз вытаскивала кирку из черепа Голиафа, когда огромный логик
схватил Мисс Попурри выше локтя, с легкостью разрывая ее броню, словно та бы-
ла сделана из бумаги.
- Он схватил тебя! - закричал Крикет. - Вырывайся!
Ив чувствовала давление через свой рукав, но автоматические гасители вклю-
чились раньше, чем она смогла ощутить боль. Девушка принялась отбиваться при
помощи когтей, раздирая плечо Голиафа, и под пронзительный скрип металла Ив и
ее Саранче удалось освободиться, отлетев к противоположной границе Дома. Мисс
Попурри врезалась в решетки, оставив от пальцев тех, кто не сумел их вовремя
убрать, кровавое месиво. При ударе Ив прикусила язык, стукнувшись головой о
сиденье пилота. Не успела она встать на ноги, перекатившись, как Голиаф снова
двинулся, чтобы атаковать.
- Как ты там, все зашибись? - спросила Лемон.
- Просто волшебно... - Ив поморщилась.
- Используй контроль над окружающей средой! - закричал Крикет.
На мониторах Ив мигали сообщения о повреждениях, сразу несколько сотен цифр
в секунду. Вновь приведя в движение пол, чтобы помешать атаке Голиафа, она
нажала на клавиши, выпуская один из пяти выделенных ей шаровых таранов. Гро-
мадный ржавый железный шар вывалился из-под потолка, и огромному боту при-
шлось остановиться, чтобы не столкнуться с ним. Мисс Попурри встала на ноги и
стала продвигаться вдоль границы Дома, а Ив сбросила из «слепой» для Голиафа
зоны еще один таран. Ржавый шар ударил бота по плечу и, к радости публики,
тут же отскочил от его закаленной брони. Огромный логик низко присел, откло-
няясь от третьего шара. Ив ощущала привкус крови во рту, но ее пальцы продол-
жали бегать внутри перчатки управления, отгоняя Голиафа назад и освобождая
пространство вокруг себя.
Она пнула стремена Мисс Попурри, и машина, пошатываясь, вошла в зону удара.
Вновь раскачав пол, Ив застала огромного логика врасплох и вонзила когти в
его поврежденное плечо. Контрудар Голиафа не достиг своей цели, и Ив раство-
рилась между шаровыми таранами, словно дым.
- А она не теряет боевого духа, народ! - объявила Эм-Си.
Над толпой пронесся кровожадный рев. Правая рука Голиафа безжизненно свиса-
ла вдоль его туловища, быстрого взгляда было достаточно, чтобы понять - гид-
равлическая система бота в плече выдрана с корнем.
- Отличный удар, - затрещал в ухе Ив голос Лемон. - У меня аж мурашки по
коже! Во всех местах.
- Запомнила его, когда смотрела какой-то старый чемпионат по кикбоксингу, -
ответила Ив.
- А я-то думала, ты смотришь их только ради кубиков пресса и коротеньких
шортов...
- Ну, на это я тоже не жалуюсь...
- Иви, поменьше самодовольства! - предупредил Крикет. - Тебе надо дожать
его, пока есть возможность! Скоро этот Голиаф раскусит тебя!
Ив, улыбаясь, плечом вытерла бровь. В ушах шумел адреналин.
- Не будь таким занудой, Крик. У меня уже есть идент-номер этого фуга.
Голиаф отступил, чтобы оценить ситуацию. Между ним и Мисс Попурри возвыша-
лась баррикада из груды покореженного железа. Из правой руки логика капала
охлаждающая жидкость, из дырки, где когда-то был глаз, вылетали голубые ис-
кры. Ив знала, что сейчас, когда над ареной Дома висели, раскачиваясь, три
шаровых тарана, а у Голиафа работает только один оптический датчик, огромному
боту будет трудно отслеживать цели. Ей нужно наносить удары из «слепых» зон и
не стоять на месте, чтобы не попасть под прямой удар.
- Но ты прав, давай отправим этого бота-плохиша на переработку.
Резким движением пальцев Ив скинула оставшиеся шаровые тараны, нацеленные в
голову Голиафа. Но вдруг толпа удивленно ахнула, потому что огромный бот взо-
брался на баррикаду и схватил одну из свисающих с потолка цепей. Оторвав один
из шаров с крепления в потолке Дома, под хруст железа он спрыгнул обратно на
платформу. Вокруг его костяшек была намотана ржавая металлическая цепь. Голи-
аф раскачивал шар своей внушительных размеров рукой, готовясь метнуть его.
- Ловкий ход Голиафа, народ! Похоже, он оказался уличным бойцом!
- Берегись! - закричал Крикет.
Десять тон железа, отлитого в шар, полетели прямо в нее - достаточно, чтобы
превратить ее Саранчу в кучку металлолома. Откатившись в сторону, Ив наклони-
ла пол и подпрыгнула, выставив вперед когти. Она схватилась за висящий над
головой шаровой таран, пропустила под собой шар, брошенный Голиафом, и, сде-
лав идеальную дугу, приземлилась на голову огромного бота. Время разбилось на
осколки, каждая секунда казалась несколькими днями. Толпа ревела. Голиаф за-
нес для удара свой массивный кулак, не спуская с нее своего блестящего глаза.
В ухе Ив звенел боевой клич Лемон и потрескивали предостережения Крикета. Но
она представила, как две тысячи честно заработанных кредитов передают в ее
запачканные машинным маслом руки, и подумала о всех тех маленьких радостях,
которые можно купить за такой приз.
С рычанием Ив подняла свою кирку, в венах клокотало возбуждение от пред-
стоящего убийства. Она нажимала на клавиши управления окружающей средой, что-
бы наклонить пол и нанести Голиафу смертельный удар.
Но только ничего не происходило.
Плиты под ногами Голиафа не сдвинулись ни на миллиметр. Рычание Ив смени-
лось криком - она снова и снова жала на клавиши, опуская кирку для бесполез-
ного замаха, когда Голиаф кулаком отправил ее в воздух.
Удар был оглушительным, зубодробительным, и, несмотря на ремни, Ив бросило
вперед. Ее машина пролетела над ареной Дома, рассыпаясь на части и ослепляю-
щие искры. Мисс Попурри рухнула на пол Вар-Дома и со скрипом и лязгом за-
скользила по платформе.
- Ох, Попурри объявляется ВИС! - закричала Эм-Си. - Конец раунда!
Кабину пилота заволокло дымом, черным и удушающим. Мониторы были пустыми -
отказали все приборы. Сквозь лопнувшие швы в броне машины Ив прорывались тон-
кие иглы света. Ей казалось, что все ее тело покрыто синяками, что сломана
каждая косточка.
- Крутышка, вставай! - раздался в ее ухе голос Лемон. - Большой плохой ро-
бот идет за тобой!
Ив услышала приближающиеся тяжелые шаги. Она нажала на кнопку «ОТКРЫТЬ»,
гидравлические механизмы задрожали, и кабина пилота распахнулась. Хватая ртом
воздух, сплевывая кровь, Ив пыталась вылезти из-под обломков, стараясь не об-
ращать внимания на шум приближавшегося к ней Голиафа. Вокруг охлаждающая жид-
кость , сгоревшее электрооборудование, кровь. Логик шел прямо на нее, вытянув
руку.
Чем, черт подери, он думал? На арену готовился подняться второй боец. Голи-
аф должен был развернуться к своему следующему противнику. Но бот с угрожаю-
щим видом надвигался на нее, поднимая свой кулак. Как будто он хотел...
- Убирайся оттуда, Крутышка! - закричала Лемон.
Как будто он хотел.
Ив пыталась освободиться, но ее нога застряла в ботинке системы управления.
Лемон пронзительно визжала. Толпа жаждала крови. Ив посмотрела в кристальный,
ярко-голубой глаз возвышавшегося над ней бота и увидела, как в ответ на нее
глядит смерть, все ее восемь тонн. В груди вспыхнули страх и злость, забурли-
ли в горле.
Ив не позволила себе дрогнуть. Отвернуться. В конце концов, она не в первый
раз встречалась со смертью. Плевала ей в лицо. Цеплялась ногтями, дралась и
пиналась, чтобы выбраться из беззвучной тьмы.
Это не конец.
Это всего лишь еще один враг.
По ее коже пробегало статическое электричество. Отрицание крепло, в висках
стучала жажда расправы, и тут Голиаф опустил свой кулак. Ярость забурлила
внутри и выплеснулась из Ив, когда она подняла руку и закричала. Снова и сно-
ва.
И снова.
И Голиаф пошатнулся.
Схватился за голову, словно каким-то образом мох1 ощущать боль.
Из его глазных впадин посыпались искры, прямо ему на грудь. Огромный бот
задрожал. И с ужасным металлическим стоном, шипением, треском и хлопками сго-
рающих микросхем он попятился назад и безжизненной грудой рухнул на платфор-
му.
Ив поморщилась от звука падения, вонь от горелого пластика смешалась с
привкусом крови на ее языке. Зрители притихли, ошарашенно глядя на худую, из-
мазанную машинным маслом девушку, застрявшую в своей машине. Ее рука все еще
была вытянута вперед. Ее пальцы все еще дрожали.
У них галлюцинации? Они обкурились? Или эта девица и правда только что оп-
рокинула восьмитонного логика на задницу одним взмахом руки?
- Иви, - раздался в ее ухе голос Лемон. - Иви, ты в порядке?
Ив окинула взглядом умолкшую толпу.
Посмотрела на дымящиеся останки Голиафа.
На свои вытянутые пальцы.
- Нет, Лем, по-моему, я совсем не в порядке...
1.2. Демократия
Надо мной склоняется светловолосый мужчина. Высокий, как небеса. И такой же
неземной красоты. Он делает шаг ко мне, и меня удивляет скрип его сапог, по-
хожий на писк испуганной мыши. А потом я смотрю вниз и вижу, что весь пол
красный. И тут я вспоминаю.
На моем лице. На моих руках. Но это не моя кровь. А ее так много.
Отец.
Мать.
Я...
Моему брату, Алексу, всего лишь десять лет. Ему нравится мастерить, в этом
он похож на нашего отца. Вдыхать жизнь в то, где ее нет. На мой пятнадцатый
день рождения он сделал мне бабочек. В мире их давно уже не существует, но
ему удалось сотворить их для меня.
И он всегда умел вызвать у меня улыбку.
Красивый мужчина поднимает свой пистолет, и взгляд Алекса замирает на от-
верстии в стволе.
- Зачем вы это делаете? - спрашивает он.
Красивый мужчина ничего не отвечает.
А я... я больше не улыбаюсь.
Я кричу.
Раньше это место называлось Калифорнья, а теперь - Свалка.
Дедушка рассказывал, что до Землетрясения здесь не было никакого острова.
Можно было спокойно, по суше, добраться из Свалки в Зону. Когда-то давно это
место было лишь еще одной частью старых добрых Ю-Сэй. До того, как страну
разбомбили, превратив в пустыню из черного стекла, и разлом Сан-Андреас4 раз-
двинулся окончательно, наполнившись океаном. До того, как Корпорации устроили
4 Разлом между тихоокеанской и североамериканской плитами длиной 1300 км, проходящий
большей частью по суше вдоль побережья штата Калифорния.
Войну 4.0 за то, что осталось от этой земли, и понастроили свои города-
государства под небом цвета табачного дыма.
Ив убедилась, что горизонт чист, и украдкой выскользнула из внутренних по-
мещений Вар-Дома. Лем кралась вслед за ней. Подвалы арены сотрясались от гро-
хота, сопровождающегося дребезжащим ревом. Начался новый бой, и Ив слышала,
как под звуки громких аплодисментов сталкивались друг с другом железные ги-
ганты. Во рту у нее стоял привкус меди, а в животе было такое ощущение, слов-
но его засыпали льдом. В голове то и дело вспыхивала картинка, в которой она
вытягивала руку, и Голиаф камнем падал на землю.
А все уже и без этого хуже некуда...
Вардомовский мясник дал ей пригоршню болеутоляющих и предложил сделать ска-
нирование, но ей хотелось лишь одного - поскорее убраться отсюда. Сегодня на
трибунах Ив видела парней из Братства, а значит, после того, что она устрои-
ла, они как пить дать будут охотиться за ней. Так что, пока не стало слишком
поздно, нужно было возвращаться домой.
Рядом с задним выходом из Дома стоял старый, выцветший билборд. Из темноты
под ним едва заметно сверкали глаза лежащего там Кайзера, который, заметив
Ив, тут же завилял хвостом.
- Как дела у моего красавца? - улыбнулась Ив. - Как мой песик?
Кайзер гавкнул и перекатился на спину, подставляя Ив свой живот. Лем опус-
тилась на колени рядом с ней, тоже заворковала над блитцхундом и начала по-
глаживать его грудь. Стоило им найти самое чувствительное местечко, как его
задняя лапа задергалась, клапаны зашипели, теплоотвод, служащий ему языком,
вывалился из пасти. После нескольких минут этой волшебной пытки девушки от-
пустили его, и блитцхунд встряхнулся, как сделал бы любой настоящий пес, из-
бавляясь от пыли, запачкавшей его корпус.
Кайзер не был логиком, как Крикет. Технически он был киборгом, хотя его
единственной органической частью был фрагмент мозга клонированного ротвейлера
и пятнадцать сантиметров позвоночника, встроенных в бронированный боевой кор-
пус. Он выглядел почти как настоящий, но где-то год назад его шерсть начала
изнашиваться, так что Ив сняла ее, обнажила металлический каркас и раскрасила
его краской из баллончика под городской камуфляж. Из-за всех этих композитных
пластин и гидравлической системы Кайзер стал напоминать скелет. Но таким он
нравился Ив больше. Это было честнее, чем притворяться, будто Кайзер настоя-
щая собака. Дедушка говорил, что пусть лучше тебя подстрелят за то, кто ты
есть, чем будут обнимать за то, кем ты не являешься. Хотя здесь, на Свалке,
тебя то и дело кто-то пытался подстрелить.
Ив услышала звук разбивающегося стекла, в ночи прогремел чей-то пьяный
крик. Они с Лемон затаились в тени Дома, чтобы посмотреть, кто их нашел -
члены Братства или какие-нибудь новые проблемы. Шли минуты, а они так и сиде-
ли , скорчившись, в темноте.
Лемон убрала с глаз длинную ярко-красную челку. Играя с маленьким серебри-
стым пятилистным клевером, свисавшим с ее чокера, она прошептала:
- Может, нам пора делать ноги?
- Сделав ту ставку, мы потеряли все наши денежки, - ответила Ив. - На то,
чтобы доехать, кредитов не осталось.
- Давай натравим Кайзера на этого букмекера, цапнет его за задницу. Точно!
- Если ты помнишь, Мисс Попурри упала первой. У нас на хвосте сидит Братст-
во! Так, может, лучше будет не задерживаться здесь, продолжая спорить о день-
гах?
Лемон покусала губу и вздохнула.
- Чудесная ночь для прогулки?
И они отправились в Долину шин. Кайзер бежал впереди, его глаза светились в
темноте, словно пара фар. Крик ехал на рюкзаке Ив, слишком большая голова ма-
ленького бота раскачивалась из стороны в сторону над его плечиками. Они сошли
с дороги в чащу из высоченных ветровых установок, ржавых кранов и металличе-
ских остовов. Лемон вглядывалась в окружавшие их тени, закинув на плечо элек-
тризованную бейсбольную биту. Она точно знала, что сейчас не время для викто-
рины , но вопросы так и крутились у нее на языке.
- Ну, - наконец произнесла она, споткнувшись о мусор.
- Ну, - отозвалась Ив.
- Не хочешь поговорить о том, что произошло?
- О чем именно - о том, как отказала моя система управления внешней средой
или о том, как я поджарила все схемы того Голиафа, просто закричав на него?
- Мне ничего не было слышно из-за рева толпы. Но, думаю, ты припечатала его
тем еще словечком.
Ив переключила свой оптический имплантат в режим ограниченного освещения, и
все вокруг нее стало черным и зеленым. Она видела очертания гор металлолома
вокруг них, далекий свет скрывающегося за горизонтом солнца. И Голиафа, кото-
рый падает на арену. Эта картинка снова и снова вспыхивала перед ее глазами.
- Дедушка прикончит меня, это точно, - вздохнула она.
- И как он, интересно, узнает? - фыркнув, спросила Лемон.
- Бои Вар-Дома транслируются по всей Свалке. И даже иногда в Мегополисе.
- Мистер Си никогда не смотрит телик. Успокойся уже, Крутышка.
- Думаешь, кто-то постесняется сунуть нос не в свое дело и не расскажет
ему, что его внучка дефектная? - Ив в сердцах даже повысила голос. - «О, при-
вет, Сайлас! Видел тут по телику, как твоя Иви одним взмахом руки поджарила
восьмидесятитонного робота. Каково это, иметь в семье девианта?»
Лемон насупилась.
- Не говори так.
- Почему? Или это неправда? - почти выплюнула Ив. - А что будет, когда в
нашу дверь постучат члены Братства? Эти психи захотят распять тебя даже за
лишний палец на ноге, Лем! Как думаешь, что они сделают с тем, кто может спа-
лить электронику простым движением руки?
Лемон вздохнула.
- Скажи ей, чтобы она успокоилась, Крик.
Маленький логик, сидевший верхом на рюкзаке Ив, лишь пожал плечами.
- Он не может говорить, - сказала Ив. - Я попросила его сидеть тихо пять
минут.
- ...Зачем это?
Ив потерла виски.
- Ты сама видела, как меня только что чуть не угрохал осадный робот-убийца
весом восемьдесят тонн! У меня болит голова, Лем.
Лем взглянула на маленького логика.
- Крик, я понимаю, что ты обязан следовать любым человеческим приказам, ес-
ли они не нарушают Три закона роботехники, но когда тебя просят заткнуться -
это не приказ. Ты можешь говорить, короткого замыкания не случится.
- Не подначивай его, - проворчала Ив.
- А как насчет языка жестов? Тоже будет считаться, что маленький фуг гово-
рит?
Лемон ухмыльнулась, когда Крикет активировал горелку, встроенную в средний
палец, и медленно поднял его в сторону Лем.
- О, посмотрите-ка, а он у нас с характером!
Ив попыталась улыбнуться, но у нее ничего не получилось. Обычно Лем легко
могла развеселить ее, заставив забыть про уныние и хандру, благо у лучшей
подруги, обладающей незаурядным упорством, всегда было предостаточно времени
на это. Но оглядываясь по сторонам, среди этих гор мусора и ржавчины, подни-
мавшихся к беззвездному небу, Ив не могла отбросить воспоминания о том, как
внутри нее нарастал крик. Как Голиаф упал, словно она сожгла все его микро-
схемы одним своим желанием.
Ив понятия не имела, как у нее это получилось. Раньше такого никогда не
случалось. Но теперь она привлекла к себе внимание Братства, а может, и еще
кого похуже. Ее машина вышла из строя, а ведь она несколько месяцев потратила
на поиски необходимых запчастей для создания Мисс Попурри, рыская в пустыне,
которую все называли Барахолка. Чтобы создать нового робота, потребуется еще
больше времени. Но в это время Ив не сможет принимать участие в боях Дома, а
значит, не сможет достать еще кредитов на лекарства для дедушки.
Проблемы обступили Ив со всех сторон. Чтобы вывести ее из мрачного настрое-
ния, забористых шуток комедийного дуэта мисс Лемон Фреш и Крикета Великолеп-
ного было мало.
- Пойдемте, - вздохнула Ив. - Мы не становимся моложе. Или красивее.
- Говори за себя, - фыркнув, заявила Лемон.
Сунув руки в карманы, ощущая присутствие своей команды за спиной, Ив серди-
то пошагала через горы хлама.
Спустя четыре часа они были уже почти дома. Рассвет наступил неожиданно бы-
стро, и квартет остановился передохнуть в тени горы из корпусов гравитанков и
проржавевших грузовых контейнеров. Солнце едва взошло над горизонтом, а Ив
уже ощущала его жар, раскаливший воздух на краю мира.
Лос-Диаблос и Вар-Дом остались размазанными пятнами позади. Переключив им-
плантат в режим телескопического зрения, Ив осматривала Барахолку - прости-
рающуюся насколько хватало глаз пустыню, заваленную миллионами демонтирован-
ных частей машин и ржавыми корпусами вперемешку с редко встречавшимися одино-
кими разрушенными зданиями.
Весь остров под названием Свалка был покрыт обломками золотой эпохи. Эпохи,
которую больше не вернуть. Дедушка рассказывал, что когда-то давно люди пере-
бирались на запад в поисках золота. Отдавали все ради него. Убивали ради не-
го . Вдруг Ив поразила мысль - сколько веков прошло, а человечество так и топ-
талось на месте.
Она жила здесь уже два года. Целых два года прошло с тех пор, как им с де-
душкой удалось сбежать после нападения вооруженной банды, разрушившей их дом,
расстрелявшей остальных членов семьи и чуть не убившей ее выстрелом в голову.
Она смутно помнила полет через пустыню, обшарпанное здание берегового мед-
пункта, где дедушка установил кибернетические устройства, которые спасли ей
жизнь. Там они договорились о переезде на Свалку, переправились через черные
воды на заваленный отбросами остров, который не входил в сферу интересов ни
одной из Корпораций. Конечно, это был не дом. Но самое похожее на него.
То, что заполняло пустоту в сердце на месте прежнего дома.
Ив коснулась накопителя памяти - кремниевые чипы были встроены в ее голову
прямо за правым ухом. Кончики пальцев дотронулись до третьего с конца чипа,
ярко-красного цвета, который хранил фрагменты воспоминаний о ее детстве. Она
подумала о том, кто помог ей вспомнить. О единственном члене семьи, который
остался у нее на этой паршивой куче металлолома. Его тело постепенно разруша-
лось , как и ландшафт вокруг нее. Частичка за частичкой, день за днем.
Лемон уселась, скрестив ноги, на ржавый танк, подняла защитные сварочные
очки на лоб и принялась за банку с консервами «Нео-Мит™», которую вытащила из
своего рюкзака. Кайзер не сводил с нее глаз, виляя хвостом. Пусть он и был
киборгом, но живущий в нем щенок продолжал выпрашивать еду у любого, у кого
она была.
- Хочешь? - с полным ртом пробубнила Лемон.
- Что за вкус?
- Как по мне, похоже на соленую прямую кишку, но... - Лемон нахмурилась и по-
смотрела на этикету. - Кто бы мог подумать? Написано - бекон.
Ив поймала брошенную ей консервную банку. Выскребла остатки бледно-розовой
массы, пальцами засовывая пищу в рот. Консервы были теплыми, с привкусом на-
трия и картона. Изображенный на этикетке улыбающийся автомат, похожий на че-
ловека, убеждал, что содержимое банки «ПРОИЗВЕДЕНО БЕЗ УЧАСТИЯ ЧЕЛОВЕКА» и
состоит из «НА СТО ПРОЦЕНТОВ НАТУРАЛЬНОГО МЯСА!Ш».
- Какого именно мяса, вот в чем вопрос, - пробормотал Крикет.
- Человеческое мясо вроде бы по вкусу, как курица, - сказала Лемон.
- Важное заявление, - прочирикал Крикет. - Я-то думал, вы не станете ост-
рить , мисс Фреш. Учитывая все те передряги, в которых вы...
- Давайте забудем о них на минутку, - вздохнула Лемон. - Благодарю вас,
мистер Крикет.
- Всегда рад услужить.
- Крик прав. - Ив со вздохом поднялась и смяла ботинком пустую банку из-под
«Нео-Миташ». - За мной охотится Братство, а Мисс Попурри превратилась в ори-
гинальное пресс-папье. Мне нужно придумать, где достать деньги на лекарства
для дедушки. А потом придется как-то рассказать ему, что его единственная
внучка оказалась девиантом.
- Не говори так, - прорычала Лемон.
- Ты предпочла бы слово «дефектная»?
- Я предпочла бы, чтобы при мне ты перестала бросаться любимыми словечками
Братства. - Лемон скрестила руки на груди. - Никакая ты не дефектная, Крутыш-
ка.
- Не забудь указать им на это, когда они начнут прибивать меня к кресту.
- Если хоть кто-то подумает замахнуться на тебя молотком, я так глубоко за-
пихну ему свой ботинок...
Далекий шум двигателей оборвал угрозу Лемон. Ив развернулась на северо-
восток и увидела в небе над Зоной-Бэй крошечные черные точки. Вновь активиро-
вав режим телескопического зрения, она принялась рассматривать серое небо.
- Крутяк!
- что там? - встав рядом с ней, спросила Лемон.
- Воздушный бой, - ответила Ив. - По старым правилам.
Четыре темных силуэта кружили в небесах, двигаясь в сторону Свалки. Трое из
них, похоже, были дронами класса «Ищейка-Убийца», производимыми «Дедал Текно-
лоджис» - размером с человека, по форме они напоминали осу. Их блестящие пули
решетили воздух. Четвертый был вертопланом, ржавым и разбитым настолько, что
непонятно было, как он вообще мог лететь. На нем не видно было логотипов Кор-
пораций, но кто бы ни сидел за штурвалом, он явно обладал высоким мастерст-
вом, потому что вертушка лихо уклонялась от снопов пуль, а потом, резко за-
тормозив , расстреляла из автопушки один из дронов «Дедала».
Бой приближался к острову, рев двигателей зазвучал громче, отдаленные оче-
реди орудий «И-У» эхом отдавались по Свалке. Кайзер низко зарычал - так он
давал знать, что его по-настоящему рассердили. Ив присела рядом с ним и обня-
ла , чтобы успокоить.
Обернувшись к воздушному бою, она увидела, что одиночка сбил еще одного
«Ищейку-Убийцу» - дымящиеся останки дрона, вращаясь, падали на землю. Ей ста-
ло интересно, как долго еще продержится вертушка, но тут град из пуль пронзил
двигатели одиночки, развернув аппарат в воздухе. Каким-то чудесным образом
пилоту вертоплана удалось ответить своему последнему преследователю, и дрон
свалился в океан, воспламенив черную воду.
- Пока-пока, маленькая птичка, - пробормотала Лемон.
Лем была права: вертушку подбили. Она теряла высоту, оставляя за собой след
из черного дыма. Было ясно, что конец у нее один. Вопрос был в другом - где
именно.
Ив следила за траекторией вертоплана и поморщилась, когда летательный аппа-
рат рухнул на гору останков старых автомобилей. Она потеряла его из виду, ко-
гда он скрылся за грядой ржавых корпусов, но услышала грохот его падения, ко-
торый тут же эхом прокатился по руинам вокруг них - шваркбухбамбабах!
Девушка ухмыльнулась Крикету и показала ему язык.
- Даже не думай, - застонал логик.
- О, да ладно тебе! А если его найдет кто-то другой?
- Он только что сбил три «И-У» «Дедала», Иви. Их шум слышали даже в Лос-
Диаблосе. Задерживаться здесь стал бы только тот, кто глуп, как затычка.
Лемон насмешливо фыркнула.
- Крик, правильно будет «глуп, как пробка».
- Я не виноват, что дедушка внес в меня такие идиотские алгоритмы сравне-
ния.
- Ты же сам говорил, что у нас сейчас полно неприятностей, - сказала Ив. -
Представь, сколько наличных принесет нам этот трофей!
- Иви...
- Пять минут. Ты со мной, Лем?
Мисс Фреш смерила лучшую подругу взглядом.
- Первое правило на Барахолке? - спросила она.
Ив улыбнулась.
- Вместе сильнее.
Лемон кивнула.
- Вместе навсегда.
Ив поскребла Кайзера за металлическим ухом.
- А ты что думаешь, парень?
Блитцхунд повилял хвостом, его голосовое устройство воспроизвело тихое
«Гав!».
- Трое против одного. - Ив ухмыльнулась Крикету. - Большинство за.
- В этом вся проблема демократии, - проворчал маленький бот.
Ив вздохнула, искоса посмотрела на Крикета. Дедушка смастерил пса к ее ше-
стнадцатому дню рождения - первому без мамы и папы. Без сестер и брата. Даже
пуля, пущенная ей в голову, не смогла стереть воспоминания об их убийстве. Но
в ту первую ночь Крикет сидел у кровати Ив и охранял ее, пока она спала, по-
сматривая по сторонам своими разными, совершенно не сочетающимися между собой
глазами - так хорошо она не спала с тех пор, как себя помнила. И она полюбила
его за это.
Но...
- Я понимаю, что ты запрограммирован беспокоиться, - сказала Ив, - Но,
Крик, зуб даю, я еще никогда не встречала таких упрямых маленьких фугов, как
ты.
- Я таков, каким меня сотворил мой создатель, - ответил бот. - И не называй
меня маленьким.
Ив подмигнула ему и накинула рюкзак на плечи. Кивнув Лемон, девушка повер-
нулась и зашагала по откосу. Кайзер не отставал.
Хмурясь изо всех сил, Крикет последовал за своей хозяйкой вглубь Барахолки.
1.3. Неожиданная
находка
Мы вчетвером жмемся друг к дружке. Наши мертвые родители и брат лежат ря-
дом. Оказавшись так близко к смерти, я чувствую себя невероятно живой. Все
вокруг такое яркое, четкое и реальное. Моя самая старшая сестра обнимает меня
рукой за плечи. Я ощущаю тепло ее дыхания на своей щеке, когда она сжимает
мою руку и говорит, что все будет хорошо.
Оливия. Самая старшая из нас. Наш лидер. Она научила нас - моих трех сес-
тер, брата и меня - что значит любить друг друга. Быть одной командой, нераз-
лейвода. Мама называла нас «пять мушкетеров», но так оно и было. Мы впятером
против остального мира.
Красивый мужчина обернулся, и вперед выступил другой солдат. Женщина. Эф-
фектная, прекрасная и холодная.
- Фэйт5, - прошептала Оливия.
Сначала мне кажется, что сестра молится. А потом я понимаю, что это не мо-
литва, а имя. Имя девушки-солдата, подносящего свой пистолет к голове Лив.
- Пожалуйста, - умоляю я, - не...
«Пять мушкетеров» - так называл нас наш отец.
И вот осталось лишь трое.
Пока они крадучись шли между громадными остовами танков, Ив дважды провери-
ла подачу питания своей дубинки с шокером. Солнце жарило вовсю. Под своими
пончо они с Лем носили собранную из фрагментов композитную броню, и Ив уже
взмокла. Но даже самые жалкие шайки сборщиков мусора всегда имели при себе
парочку допотопных, но стреляющих ружей, так что защита стоила того, чтобы
немного попотеть. Ив решила, что они управятся до того, как солнце взойдет
достаточно высоко и начнет плавить мозги.
Четверка пробиралась через холмы ржавчины и равнины хрустящего пластика,
который не разложился бы и за тысячу лет. Кайзер бежал впереди, пробираясь
через руины длинными прыжками. Крикет ехал на плечах Ив. Она заметила, как им
на хвост сели несколько злобных диких кошек, но вид Кайзера отпугивал их.
Пыль запекалась на ее влажной от пота коже, и Ив снова облизала губы. У них
был привкус морского бриза. Черного пластика. Ей хотелось сплюнуть, но так
беспечно распоряжаться влагой было опасно.
Они достигли очередной долины, где предательский след посреди металлолома
выдавал местонахождение вертоплана. После столкновения с грудой баков для хи-
мических реагентов летательный аппарат был похож на смятую консервную банку,
над обломками поднимался черный дымок. Ив разочарованно вздохнула, засомне-
вавшись, что там осталось хоть что-то, представляющее ценность.
- Никогда таких не видел, - оглядывая поврежденный аппарат, сказал Крикет.
- Сдается мне, он принадлежит к старому классу «Икаров».
- Забавно.
Крикет поднял одну бровь - они тоже были разными.
- Что именно?
- Ну, знаешь, это падение с неба и все такое. - Ив пожала плечами.
- Кое-кто обожает смотреть исторические хроники. - Лемон улыбнулась.
- Люблю старинные мифы, что поделать.
- Логотипов Корпораций нет. - Крикет нахмурил свои маленькие металлические
брови.
- Тогда откуда он взялся? - спросила Лемон.
Крикет лишь пожал плечами и отправился проверять обломки вертоплана.
Ветровое стекло летательного аппарата было разбито. На стекле виднелась
кровь. Один из винтов пропеллера рассек кабину пилота насквозь, и когда Ив
заглянула внутрь, то увидела человеческую руку, отрезанную от плеча и за-
стрявшую под креслом пилота. Поморщившись, девушка отвернулась и сплюнула,
чтобы избавиться от привкуса подкатившей желчи. К черту потерю влаги!
- Пилота в утиль, - пробормотала она. - Этот ковбой не подлежит восстанов-
лению .
Лемон заглянула в кабину.
5 Женское имя, также в переводе с английского «вера».
- А где остальные части?
- Понятия не имею. Ну, как, поможешь мне разобрать эту штуку или так и бу-
дешь стоять красоваться?
- ...Это вопрос с подвохом?
Ив вздохнула и взялась за работу. Скорчив гримасу, она отодвинула в сторону
окровавленную конечность и стала искать хоть что-то ценное: топливные элемен-
ты, процессоры и тому подобное. Устройство связи выглядело вполне целым, осо-
бенно если немного поколдовать над ним, и девушка подхватила его, когда над
пластиковыми холмами раздался голос Крикета.
- Девушки, думаю, вы захотите на это посмотреть.
- что ТЬ1 нашел?
- Оставшуюся часть пилота.
Ив вылезла из обломков вертоплана, сердито разглядывая свежие пятна крови
на своих брюках-карго. Они с Лемон взобрались на склон ржавого утиля, Кайзер
полез рядом с ними. Стоявший на вершине холма Крикет показывал вниз, на тор-
чащие из старого охранного дрона внутренности, напоминающие ленточного червя.
Ив увидела запачканный кровью высокотехнологичный летный комбинезон. Но без
каких-либо знаков отличия.
Она спустилась по лязгающему под ногами металлолому, встала на колени рядом
с останками. И тут, отодвинув в сторону покореженный лист железа, Ив поняла,
что никогда не видела ничего прекраснее.
Такие лица можно было увидеть в старых голливудских фильмах двадцатого ве-
ка. На них можно было смотреть бесконечно, пока не устанут веки, пока внутри
не начнешь таять.
Это был парень. Лет девятнадцати, может, двадцати. Оливковая кожа. Прекрас-
ные глаза, устремленные в небо, невероятно голубые. Над левым виском череп
был проломлен. Правая рука вырвана из тела. Ив прикоснулась к его горлу, но
пульса не было. Пытаясь отыскать его документы или корпоративную карту, она
расстегнула его комбинезон, обнажая гладкую рельефную грудь. И там, между
идеальными грудными мышцами этого красавчика, была встроена блестящая тре-
угольная металлическая пластина - слот для монет, какие встречались в игровых
автоматах во времена до Армагеддона, когда деньги делали из металла и у людей
их было предостаточно, чтобы тратить на всякую ерунду.
- ...Так, это что-то новенькое, - пробормотала Ив.
Вокруг слота не было рубцов. Никаких признаков инфекции. Ив посмотрела на
разорванное плечо парня и осознала, что крови должно было быть куда больше. А
потом увидела, что в оставшемся обломке его кости есть что-то... металлическое.
- Не может быть...
- Что? - спросила Лемон.
Ив не ответила, глядя в безжизненные глаза цвета когда-то синего неба. Кри-
кет подкрался к ней и присвистнул, что было ловким трюком для бота без губ. А
Ив отклонилась назад, мысленно спрашивая себя, что такого она сделала в про-
шлой жизни, чтобы ей так повезло.
Крикет перешел на шепот.
- Это репликант, - сказал он.
- Это что? - переспросила Лемон.
- Репликант, - повторила Ив. - Искусственный человек. Или андроид, как их
еще называли.
- ...Этот красавчик что, робот?
- Ага, - ухмыльнулась Ив. - Лем, помоги мне вытащить его.
- Не трогайте, - предостерегающе проговорил Крикет.
Ив изумленно подняла брови.
- Крик, ты в своем уме? Ты хоть представляешь, сколько денег мы сможем вы-
ручить за него?
- Мы не станем связываться с такими опасными технологиями, - проворчал ма-
ленький бот.
- В чем дело? - спросила Лемон. - Как по мне, он совершенно безвр... безру-
кий.
Ив посмотрела на разрубленное плечо. Подняла глаза на улыбающуюся подругу.
- Лемон, ты отвратительна.
- Что-то подсказывает мне, на самом деле ты хотела сказать «неисправима».
- Давайте уже просто уберемся отсюда, - простонал Крикет.
Не обращая на него внимания, Ив уперлась ботинком в вывороченную опору и
стала тянуть тело, пока не вытянула. Оно весило меньше, чем она думала. Кожа
под кончиками ее пальцев была гладкой. Ив развернула свою сумку-мешок, и Ле-
мон помогла ей запихнуть туда тело. Они как раз застегивали молнию, когда
Кайзер навострил уши и склонил голову.
Блитцхунд не лаял - самые лучшие сторожевые псы никогда не лают. Но когда
он прыгнул за торчащие из земли газовые баллоны, Ив поняла, что у них, похо-
же , большие проблемы.
- Тревога, - предупредила она.
Лемон кивнула, взвешивая в руке свою электризованную бейсбольную биту. Ив,
кряхтя, закинула сумку-мешок за спину и вытащила собственную дубинку. Она бы-
ла похожа на биту Лемон: сделанная из алюминия, дополненная блоком питания и
обмотанная толстым слоем изоленты на рукояти. Эти биты были сконструированы
дедушкой, они могли выдавать около пятисот киловольт - достаточно, чтобы
сбить человека с ног. В качестве подсказки, чего следует ожидать на крайний
случай, Лемон назвала свою биту Попстик. Ив же, верная своему увлечению мифо-
логией, написала на рукояти неоново-розовым: «ЭКСКАЛИБУР».
В прошлом году дедушке заплатили за ремонт одной базовой программой по са-
мозащите, и он внедрил ее в накопитель памяти Ив, чтобы при необходимости она
могла обороняться. Возможные потасовки не очень ее волновали, тем более что
рядом всегда был Кайзер. Но в таких отдаленных районах Барахолки могло слу-
читься все что угодно...
- Лучше выходите! - крикнула Ив. - Что толку подкрадываться, все равно бу-
дете валяться в пыли!
- Малышка Иви, малышка Иви, - нараспев произнес голос. - Что-то далеко ты
забралась от Долины шин, девочка.
Ив и Лемон развернулись. Из тумана показались шесть фигур. Ив даже не нужно
было присматриваться к цветам на их спинах, чтобы узнать, кто это.
- Фридж-стрит тоже не близко, Тай.
Ив по очереди оглядела мусорщиков. Их снаряжение состояло из всевозможных
частей брони, приклеенных к телу на скотч, и собранных из металлолома автомо-
бильных дисков. Большинство из них были того же возраста, что и она. Толстый
парень по имени Пух держал в руках цепную пилу, работающую на метане, а на
его шее висел потрепанный плюшевый мишка. Тай, высокий и тощий, вытащил из-
под своего плаща старый крупнокалиберный револьвер.
Во время своих вылазок она не раз встречалась с Бандой Фридж-стрит, и обыч-
но им хватало ума не связываться с ней. Но Ив на всякий случай прижала боль-
шим пальцем кнопку запуска на своей дубинке, и сразу же раздалось монотонное
жужжание.
Когда ты на Барахолке, не забывай про Правило номер три:
«Чем круче твое оружие, тем лучше».
- Мы первые сюда пришли, парни, - сказала Ив. - Давайте обойдемся без дра-
ки.
- Что-то не вижу здесь никаких меток. - Тай развернул ладони, подставив их
серому небу, и огляделся по сторонам. - Ты не можешь ни на что претендовать,
не нарисовав на земле свои цвета.
Крикет выступил вперед, подняв вверх свои тоненькие ржавые руки.
- Мы все равно уже уходим. Все это в вашем распоряжении, джентльмены.
Тай плюнул в сторону Крикета.
- Ты со мной, что ли, говоришь, маленький фуг?
Крикет нахмурился.
- Не называй меня маленьким.
- Или что, Ржавый? - с презрительной ухмылкой спросил парень.
- Тай, оставь его в покое, - вмешалась Ив.
Зубы парня были цвета пятен засохшего кофе.
- Его? Может, ты хотела сказать «это»? Черт, вы только посмотрите - человек
защищает фугази!
«Фугази» на сленге означало «фальшивка». Никто уже не помнил исходного зна-
чения этого слова, но сейчас оно имело оттенок пренебрежения и использовалось
для описания всего неестественного - кибернетических имплантатов, ботов, син-
тетической еды и тому подобного. Сокращенная форма этого слова, «фуг», было
общепринятым оскорблением логиков, к которым на острове относились в лучшем
случае как к второсортным, а в худшем - как к вещи.
Тай посмотрел на своих парней и поиграл бровями.
- Эти девчонки совсем сбрендили, живя со старым Сайласом, - ухмыльнулся он.
- Начали предпочитать металл плоти и крови. Хотя, может, они просто еще не
встречали правильного размера!
Парень взялся за свое хозяйство и потряс им, а его приятели принялись гого-
тать и улюлюкать.
Лемон барабанила пальцами по рукоятке своей биты.
- Еще раз потрясешь этим перед нами, и твоей сестричке придется лечь спать
расстроенной.
Банда завыла от смеха, и Ив заметила, что Тай ощетинился. Теперь ему нужно
было не ударить в грязь лицом. Боже упаси, конечно, но когда-нибудь длинный
язык Лемон не доведет ее до добра.
- Заткнись, мелочь. - Тай взвесил в руке свой револьвер и прицелился в Ле-
мон.
- Неужели ты, правда, хочешь начать потасовку из-за этого? - Ив наблюдала,
как члены банды обступают их. - Мы уже уходим. Так что все здесь ваше.
- А что у тебя в сумке, малышка Иви? Уже отхватила себе самый лакомый кусо-
чек?
- Ничего там нет.
- Попахивает враньем. - Тай взял на мушку ее лицо. - Покажи мне, что в тво-
ей сумке, урод.
Услышав это оскорбление, Ив почувствовала, как кровь отхлынула от ее лица,
и стиснула зубы.
- О да, я видел, что ты устроила вчера вечером в Доме, - продолжал Тай. -
Об этом говорят во всех новостях. Может, твой дед и считается самым лучшим
механиком по эту сторону Стеклянной пустыни. И может, он заслуживает хорошего
к себе отношения за то, что восстановил для народа водоснабжение и все такое.
Но, думаешь, кто-то пикнет, если я пристрелю тебя прямо сейчас? Тебя, позор-
ную патологию?
Лемон подняла Попстик и рявкнула:
- Не называй ее так!
Тай глумливо ухмыльнулся.
- Выкладывай, что нашла, малышка Иви.
Ив для вида тяжело вздохнула. Кряхтя, стащила сумку с плеча и бросила ее на
землю перед собой. Опустив револьвер, Тай лениво подошел ближе и опустился на
колени рядом с сумкой. Открыл ее. Выражения его лица сменялись одно за дру-
гим : сначала недоумение, потом сомнение, и, наконец, осознание. Догадавшись,
что перед ним, Тай повернулся к своей банде.
- Чуваки, точно, это...
Три шага, и ботинок Ив прилетел ему в лицо, расплющив нос. Тай перевернулся
на спину, его револьвер отлетел в кучу мусора.
- Ты, черто...
Ив пнула ногой в промежность Тая, заставив его замолчать, и стала опускать
Экскалибур к его голове. Пух поднял вверх свою пилу, но низкое рычание заста-
вило его оглянуться. В тени стоял, готовясь к прыжку, Кайзер. Его глаза злоб-
но светились красными огоньками.
- Я не боюсь твоей собачонки, малышка Иви, - презрительно усмехнулся Пух. -
Бот не может причинить вред человеку.
- Только логики подчиняются Трем законам. - Ив улыбнулась. - Кайзер - ки-
борг. У него мозг живой собаки, видишь ли. И, наверное, будет побольше твое-
го.
Кайзер снова зарычал, металлические когти царапали по железу. Не отрывая
глаз от лезвий в деснах блитцхунда, парень опустил свою пилу и сжал мишку,
болтающегося на шее.
- Скоро все об этом услышат, - сказал он Ив. - С прошлого вечера ты пустое
место. Я слыхал, что Братство уже идет сюда, чтобы распять тебя. Думаю, Банда
Фридж-стрит с радостью поможет им, когда они постучатся.
- Здесь их тоже будут ждать с распростертыми объятиями, - прорычала Ив. -
Не сомневайся.
- Иви, пойдем. - Крикет потянул ее за ботинок.
- Крик прав, Крутышка, пора делать ноги, - прошептала ей Лемон.
Ив подняла Экскалибур, и обвела им собравшихся мусорщиков.
- Если кто-то из вас, лузеров, последует за нами, я спущу на вас Королеву
Англии, усекли?
- Нужно очень ходить за вами. - Нижняя часть лица Тая была залита кровью, и
когда он говорил, красные пузырьки лопались на его губах. - Мы знаем, где ты
живешь, дефектный фрик.
Ив опустила биту к щеке Тая, и проведенный по оружию ток затрещал.
- Еще раз назовешь меня дефектной, и я покажу тебе, что такое бейсбол.
Она обвела взглядом мусорщиков, хищно улыбнулась им.
- А сейчас Председатель готов ответить на все ваши вопросы.
Угроза, словно облако дыма, повисла в воздухе. Если честно, какая-то часть
Ив, которая вчера вывела из строя восьмидесятитонного бота, надеялась, что
парни все-таки не спустят ей этого. Но они, один за другим, отступали.
- Ясно, я так и думала...
Ив закинула сумку на плечо. Несмотря на все бахвальство, сердце ее бешено
колотилось. Пронзительно свистнув Кайзеру и кивнув Лемон, она развернулась и
пошла вперед так быстро, насколько позволяли ее большие ботинки.
1.4. Пробуждение
Наши перышки стали красными. Наши щеки намокли от слез. Три прекрасных
птички в клетке, забрызганной кровью. И Таня - самая прекрасная из трех.
Она была самой мягкой из нас. Самой легкомысленной. Неважно, была ли она
неистовой. Умной. Или смелой. Потому что она была красивой. И этого для Тани
было достаточно.
Но в этой тюрьме я увидела всю ее глубину. Глубину, о которой даже сама Та-
ня не подозревала. Я едва могла совладать с собой, тогда как она проявила не-
вероятное мужество. Поднявшись, сестра посмотрела на четырех убийц, совершен-
ных в своем великолепии.
Один из солдат сделал шаг вперед. У него были голубые глаза и темные вол о-
сы. Таня даже не шелохнулась.
- Я не боюсь тебя, - сказала она.
Солдат ничего не ответил.
Его пистолет сделал это за него.
Когда они подошли к Долине шин, солнце стояло совсем высоко, и с Ив градом
лился пот. Они с Лемон сделали по несколько глотков воды, а остальное вылили
на голову Кайзера. Вокруг теплопоглотителей Крикета колыхался раскаленный
воздух, его разные, совершенно не сочетающиеся между собой глаза затянулись
пленкой пыли. Четверка, как могла, старалась держаться в тени, шагая под по-
кровом гор Данлоп, Мишлен и Тойомото. Черные резиновые скалы тянулись вверх,
к палящему солнцу.
Дедушка рассказывал ей, что когда-то давно, когда на руинах, оставшихся от
Ю-Сэй, еще несли чушь о восстановлении, на Свалке работали автоматы. Боты по-
делили остров на зоны и развозили разный хлам по специально отведенным мес-
там. Так что на Свалке имелись Неон-стрит, Дорога двигателей, Долина шин и
тому подобные места. Лемон рассказывала ей, что рядом с Тостер-Бич есть ма-
ленький тупик, заваленный «взрослыми» игрушками на батарейках, но даже если
он и существовал на самом деле, Ив его еще не нашла. Свалка была разделена на
территории, которыми управляли банды. И Банда Фридж-стрит была одной из самых
бесчестных.
- Дедушка будет недоволен, - вздохнула Ив.
- Говорил же! - передернул несимметричными плечами Крикет. - Надо было сра-
зу идти домой. А теперь что? У нас в сумке потенциально опасные технологии, а
Фридж-стрит прикрываются Братством, чтобы воткнуть тебе нож в спину.
- Это тело того стоит, Крик.
- За него мы лишь получим пожизненный срок на промышленных фермах «Дедала»!
- Пф! - Лемон покачала головой. - Когда ты в последний раз видел здесь ле-
гавых из Корпораций?
- Вы знакомы с Первым законом роботехники, мисс Фреш?
Лемон вздохнула и без особого выражения пробубнила:
- Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить,
чтобы человеку был причинен вред.
- Верно. А значит, я не могу стоять, сунув руки в карманы штанов, и смот-
реть, как моя хозяйка делает что-то, что приведет ее к верной гибели.
- Ты не носишь штаны, Крик.
- Я просто так сказал. Но были же причины, по которым эти вещи объявили вне
закона.
- Ваше беспокойство будет зафиксировано в протоколе, мистер Крикет, - ска-
зала Ив. - Но у нас ноль кредитов, а лекарства сами по себе не купятся. Так
что пока не рассказывай дедушке, ладно?
- Это приказ или просьба?
- Приказ, - одновременно проговорили Ив и Лемон.
Бот вздохнул, издав металлический скрежет.
Дальше они шли в тишине. Ив дотронулась пальцами до спины Кайзера, но
вскрикнула и тут же отдернула руку - таким обжигающе горячим был блитцхунд.
Стянув с себя пончо, девушка накинула его на пса, чтобы уменьшить жар. Кайзер
завилял хвостом, высунув из пасти язык-теплоотвод.
Как-то раз Ив смотрела один древний исторический фильм о Ядерной зиме. Уче-
ные из штанов лезли, рассказывая о том, что случится, когда радиоактивные
осадки - последствия огромного взрыва - закроют собой солнце. Но ей лично ду-
малось, лучше бы они больше интересовались тем, что произойдет уже после это-
го , когда выброшенные снарядами углекислый газ, азот и метан пробьют в небе
дыру, ультрафиолетовые лучи прожгут насквозь озоновый слой и начнут поджари-
вать человеческую ДНК. С тех пор и начали появляться «уроды» и «аномальные».
«Явление» было деликатным термином, чтобы описать особенности таких людей, но
на Свалке «деликатным» было не место.
Конечно, везде ходили слухи об уродах, которые могли перемещать предметы,
лишь подумав об этом, или даже читать чужие мысли, но Ив считала, что все это
дурацкие выдумки. Потому что как бы круто ни звучало слово «мутация» в старых
голливудских киношках, на Свалке люди не обладали суперспособностями, улыбка-
ми Годзиллы и даже не могли красиво загореть. Зато у них был рак. Много-много
рака.
А те немногие, что стали «особенными»?
Ну, Братство заботилось о том, чтобы они стали покойниками.
Четверка уже забралась далеко в Долину, когда из груды старых тракторных
покрышек появилась автоматическая турель, выплевывая облачко метанового газа.
Надеясь, что голосовой идентификатор больше не даст сбой, Ив начала напевать
одну старинную мелодию, которую дедушка заставил ее выучить. Бетховей или
что-то типа того...
- Та-да-да-да-а-а-а-а. Та-да-да-дум-м-м-м-м.
Турель спряталась, а они продолжили свой путь. По дороге Ив пришлось еще
пару раз спеть для автоматов-часовых, уклоняясь от тепловых зарядов, заложен-
ных дедушкой для незваных гостей, и вот за поворотом показался дом, милый
дом.
Это был комплекс из образовавших круг грузовых контейнеров и старинных до-
мов-трейлеров, приваренных к тяжелому грузовому воздушному судну-топтеру, ко-
торый много лет назад рухнул сюда, прямо в груды мусора. Двигатели топтера
были покрыты слоем смазки, чтобы спасти их от ржавчины, которая медленно
разъедала остальную часть корабля. Из трех дымоходов вылетали метановые вы-
хлопы, а вся конструкция гудела и ходила ходуном от гула ветряных турбин и
вентиляторов системы охлаждения. Вокруг сооружения высились горы шин и руины
старого парка развлечений, находившегося здесь в двадцатом веке. Проржавевший
остов древних американских горок громоздился над окружающими его грядами му-
сора, словно разъеденный морской змей, плывущий через океан всевозможного
хлама.
Ив подошла к судну и постучала в дверцу люка.
- Дедушка, это Иви!
Откинув с глаз свисающую длинную челку, она постучала еще раз. Изнутри раз-
далось медленное жужжание. Мучительное, тяжелое дыхание. Видеоэкран рядом с
дверью ожил, и на дисплее показалась пара слезящихся глаз.
- Нам ничего не нужно, - сказал голос.
- Дедушка, хватит уже, впускай нас. Здесь жарко.
- Дедушка? - Голос звучал скрипуче, с хрипотцой. - Когда-то у меня была
внучка. Но чертова идиотка провела на улице всю ночь и еще полдня. Заработала
себе рак. А потом умерла в муках, прикрыв распухшие веки и обхватив полный
крови живот.
- Дедушка, это не смешно.
- А знаешь, ты чем-то напоминаешь мне ее. - Жужжание в динамике перебилось
влажным кашлем. - Но она была симпатичнее.
- Заканчивай с этим, я проходила по этой жаре в пончо! Сжалься!
- Твое пончо на собаке, Ив.
- Ему было жарко!
- А где твой противогаз?
- Я в нем как страшилище.
- Зато с базальноклеточным раком кожи ты будешь королевой бала, да?
- Ты собираешься нас впускать или как? У Кайзера мозги уже спеклись!
Дверь приоткрылась ровно настолько, чтобы четверка смогла протолкнуться
внутрь. Дедушка ждал сразу за ней, сидя в старой электрической инвалидной ко-
ляске . Ручного управления у коляски не было - все указания поступали прямо из
дедушкиного мозга через специальный имплантат, встроенный в его запястье.
Старик был таким же худым, как умирающий с голоду гуль. Копна седых волос.
Острый, словно скальпель, взгляд - но под глазами залегли мешки. Дышал он тя-
жело и с присвистом. У Ив каждый раз сжималось сердце - она помнила, каким он
был, и ей невыносимо было смотреть на то, каким он стал. Поэтому она опустила
глаза в пол и показала большим пальцем за спину, на свою соучастницу.
- Ничего, если Лемон останется с ночевкой?
- А что такого? - Дедушка нахмурился. - Она же ночевала здесь последние де-
сять месяцев.
- Никогда не помешает проявить вежливость и спросить. - Лемон наклонилась и
поцеловала его в щетинистую щеку.
- Ох уж вы и ваши женские чары, мисс Фреш!
Лемон широко улыбнулась.
- Как себя чувствуете, мистер Си?
- Как будто ехал десять километров по ухабистой дороге. - Старик громко и
влажно закашлял в кулак. - Но увидел тебя, мелкая, и сразу стало легче.
Кайзер протиснулся мимо Ив, все еще горячий, как кипяток. Он пошлепал по
коридору, стряхивая с себя пончо хозяйки, и залез в свою будку. Датчики дви-
жения активировали охлаждение в системе вентиляции, и пес завилял хвостом,
почуяв переработанный фреон.
- Уже почти полдень. - Дедушка сердито смотрел на Ив. - Где вы были?
Видимо, он не стал нарушать своих привычек старого угрюмого ворчуна, и не
смотрел новостные выпуски. А значит, понятия не имел о Вар-Доме и том, что
там произошло. О Голиафе. Ее вытянутых пальцах. Криках...
- Вчера пошли посмотреть на бои в Вар-Доме, - ответила она. - А на обратной
дороге свернули на Восточные пустыри, поискали, чем можно разжиться.
Дедушка пристально посмотрел на Крикета.
- Где она была?
- Там, где сказала. - Крикет закивал своей большой головой. - Сначала в
Вар-Доме. Потом на Восточных пустырях.
- О, значит, ему ты веришь, а мне нет? - Ив вздохнула.
- Он запрограммирован всегда говорить правду, синичка. А ты это делаешь
только тогда, когда тебе удобно.
Ив скорчила рожицу, стащила со спины свою сумку-мешок и начала снимать ком-
позитную броню, под которой была одета в обноски цвета «городской камуфляж» и
майку, пережившую Землетрясение. Экскалибур девушка оставила рядом с дверью.
Несмотря на полное беззаконие, царившее на Свалке, дедушка не разрешал хра-
нить оружие в доме, так что, учитывая бесконечные кошмары, Ив была рада и
этому. Старая броня пилота гравитанка и Попстик стали единственным снаряжени-
ем , составившим компанию ее бите.
Ив искоса взглянула на старика и постаралась, чтобы ее голос звучал буднич-
но , когда спросила:
- Как себя чувствуешь, дедушка?
- Лучше, чем выгляжу.
- Кашель такой же сильный? Ты принял лекарства? Сколько у тебя еще оста-
лось?
- Все нормально. Да. Много еще. - Дедушка нахмурился. - Хотя знаешь, я ино-
гда слышу какой-то раздражающий голос, который говорит со мной, как с трех-
леткой. Это нормально?
Ив наклонилась и поцеловала дедушку в щеку.
- Тебе так идет был ворчуном, очень мило.
- Тогда буду продолжать. - Старик улыбнулся.
Скинув свои тяжелые ботинки, Ив сунула ноги в термопену, сжав пальцы, чтобы
снять конденсат с голой кожи. Потом, надеясь, что опреснение воды еще работа-
ет, она, не без помощи Лемон, подняла сумку-мешок и поплелась налить себе че-
го-нибудь .
Когда Ив скрылась в коридоре, дедушка закашлял и провел мокрыми костяшками
по губам. Затем, посмотрев на Крикета, тихо спросил:
- Значит, искали утиль на Восточных пустырях?
- Так точно, сэр.
- Она нашла что-нибудь полезное?
Крикет перевел взгляд с дедушки на сумку, которую подруги тащили по коридо-
ру, подумал об опасном сокровище, спрятанном внутри.
- Нет, сэр. - Маленький бот покачал головой. - Ничего хорошего не нашла.
- Знаешь, для самой опасной из всех опасных технологий, - сказала Лемон, -
на вид он очень даже ничего.
Ив посмотрела на тело, лежащее на ее верстаке. Они сняли с него окровавлен-
ный комбинезон, и обтягивающие шорты, что остались на репликанте, почти не
давали простора воображению. Гладкая оливковая кожа, крепкие мускулы, на за-
горелом теле - тысячи порезов, которые он получил, вылетев через лобовое
стекло. Одна из бровей была вмята внутрь, правая рука отрублена от плеча, в
середине груди - тот слот для монет. И, тем не менее, андроид был безупреч-
ным.
Больше похож на человека, чем сам человек.
- Это не «он», - напомнила Ив своей подруге. - А «оно».
Ив наклонилась к его лицу - идеальному, как с картинки лицу, которое могло
украсить обложку какого-нибудь журнала двадцатого века. Каштановые кудри были
коротки подстрижены. На квадратной челюсти темнела щетина. Плавные линии и
опасные изгибы. Девушка склонила голову, приблизив ухо к его губам. Она ощу-
тила легкое и нежное прикосновение слабого дыхания, и кожа покрылась мурашка-
ми, а волоски на затылке встали дыбом.
- Готова поклясться, у него не было пульса...
- Я сошла с ума или он стал живее, чем когда мы нашли его?
Лемон была права. Самые маленькие ранки на теле репликанта уже почти затя-
нулись . Те, что были глубже, поблескивали - создание исцелялось, поняла Ив.
Она рассматривала грубый обрубок, оставшийся от руки репликанта, и задавалась
вопросом, во что, черт подери, она вляпалась.
Лемон показала на слот для монет, приклепанный к груди «парня».
- А это зачем?
- Понятия не имею, - со вздохом ответила Ив.
Лемон запрыгнула на верстак, спутанные пряди вишнево-красных волос упали ей
на глаза. Она вытерла пыль со своих веснушек и ткнула пальцем в шесть кубиков
на животе репликанта.
- Перестань! - сказала Ив.
- Прямо как настоящий!
- В этом весь смысл.
Лемон поддела пальцем резинку шортов и собиралась заглянуть под них, когда
Ив шлепнула ее по руке. Подружка весело захихикала.
- Просто хотела посмотреть, чем могут похвастаться репликанты.
- Лемон, ты отвратительна!
Рабочее помещение Ив находилось в грузовом контейнере, приваренном к задней
части дедушкиного жилища. Комната была захламлена собранными на мусорках за-
пасными частями и инструментами. Для звукоизоляции стены были покрыты слоем
монтажной пены, углы завалены всяческим барахлом. Среди них были и двадцать
семь пустых стаканчиков из-под кофе, в каждом - крошечные вселенные плесени
(одну из самых старых Ив назвала Пушистиком). Дверью служил герметичный люк
от старой субмарины, которые производили до Армагеддона, на внешней стороне
округлым почерком Ив краской из баллончика было выведено: «ОСТОРОЖНО, ТИНЕЙ-
ДЖЕР !»
- Ну, что будем с ним делать? - Лемон поиграла бровями, показав глазами на
репликанта. - Фуг еще дышит. Как теперь продашь его на запчасти? Это будет
жестоко.
- Все равно нам пришлось бы попотеть, чтобы продать хоть что-то. Эти штуки
вне закона в каждом городе-государстве.
- Почему?
- Ты что, не смотрела ни одной исторической хроники? Ни одного выпуска но-
востей?
Лемон пожала плечами, теребя пальцами пятилистный клевер, болтающийся на
шее.
- В детстве у меня не было видеоаппаратуры.
- Их запретили пару лет назад, Лем.
- Мне пятнадцать, Крутышка. И как я уже сказала, когда я была маленькой,
нам не на чем было смотреть видео.
Ив почувствовала укол вины. Иногда она забывала, что была не единственной
сиротой в этой комнате.
- Ой, Лем, прости!
Девушка отпустила подвеску и отмахнулась.
- Забудь.
Ив провела пальцами по своему начесу и снова посмотрела на репликанта.
- Короче, сейчас всем заправляют «БиоМаас Инкорпорейтед» и «Дедал Текнолод-
жис», но когда-то была еще одна большая корпорация, «ГнозисЛабс». Они созда-
вали андроидов. Сотая серия стала пиком их инженерных разработок. Эти андрои-
ды были так похожи на людей, что их стали называть репликантами. Они должны
были обеспечить «Гнозису» превосходство над другими корпорациями. Но эти реп-
ликанты вдруг решили, что они лучше своих создателей. Им каким-то образом
удалось нарушить Три закона - обязательное программное обеспечение каждого
бота. Они уничтожили главу «ГнозисЛабс», Николаса Монрову. А также отдел на-
учно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок. После этого рух-
нула и вся компания.
- Как-то все это о-о-о-очень знакомо, - сказала Лемон. - Штаб-квартира
«Гнозиса» находилась по ту сторону Стеклянной пустыни, да?
- Точно. - Ив кивнула. - Называлась Вавилонской башней. Я видела фотки. Вы-
сокая такая, до небес. Но когда началось восстание, реактор внутри нее разру-
шился и уничтожил все живое в радиусе пяти километров. А башня продолжает
стоять. Целиком облученная. Принято считать, что сотая серия была полностью
уничтожена взрывом. Но «Дедал Тек» и «БиоМаас» объединились и объявили всех
андроидов вне закона. Это было первое, в чем они проявили согласие со времен
Войны 4.0. Андроиды, предшествующие сотым, были уничтожены. А сотая серия по-
сле уничтожения Вавилона ни разу никому не встречалась.
Лемон кивнула в сторону тела, лежащего на верстаке.
- До сегодняшнего дня.
- Точно.
- Откуда ты все это знаешь, Крутышка?
Ив постучала пальцем по накопителю памяти, встроенному в ее череп.
- Спасибо науке, - ответила она.
Накопитель памяти представлял собой биологический модуль, который передавал
данные, хранящиеся на кремниевых чипах, к поврежденному мозгу. Изначально он
был разработан как инструмент для восстановления вернувшихся с Войны 4.0 сол-
дат, получивших черепно-мозговую травму. Накопитель помогал им «вспомнить»,
как снова ходить или говорить.
Через много лет после окончания войны накопитель памяти стал доступен и для
гражданских лиц, позволив людям получить доступ к энциклопедическим знаниям
почти по любой теме. Заплатив необходимую сумму, можно было стать экспертом
во всем - от программирования до боевых искусств. Конечно же, средний житель
никогда не смог бы позволить себе накопитель памяти, особенно если жил в та-
кой дыре, как Свалка. Должно быть, дедушке пришлось пойти на что-то из ряда
вон, чтобы достать такой для Ив после...
...ну, после.
Нападение бандитов лишило Ив почти всего. Семьи. Глаза. Воспоминания. Но
дедушка вернул ей последние - по крайней мере, постарался изо всех сил, а еще
добавил к ним свои знания в области механики и робототехники, полученные бла-
годаря работе на материке, и все это было собрано в блоки из полупрозрачного,
разноцветного силикона, встроенные за ее правым ухом.
Ив предполагала, что он надеялся, она сможет занять себя, имея хобби.
Что это поможет ей держаться подальше от неприятностей.
Ее мысли унеслись в прошлое.
Одно из трех - это не так уж и плохо.
Лемон спрыгнула с верстака и медленно обошла вокруг тела.
- Значит, думаешь, наш мальчик-красавчик - один из тех ботов-убийц?
- Может быть. - Ив пожала плечами. - Остальные андроиды всегда выглядели
как-то неестественно. Пластиковая кожа. Стеклянные глаза. А этот слишком уж
натуральный, не может быть, чтобы не был из сотой.
- И Фридж-стрит знают, что мы подобрали его. Если они расскажут Серым пла-
щам...
- Они ничего не станут рассказывать представителям закона, - вздохнула Ив,
- когда есть шанс, что Банда сама может заявить на него права. А Фридж-стрит
любят денежки.
- Как по мне, мальчик-красавчик ничегошеньки не стоит. Его нельзя продать.
Нельзя никому рассказать, что он у нас. Напомни, зачем тогда мы вытащили эту
штуку из Барахолки?
- Не припомню, чтобы ты особо напрягалась.
- Я слишком симпатичная, чтобы потеть.
Мисс Фреш наклонилась к лицу репликанта, провела пальцем вдоль его щеки до
изгиба губ.
- Ну, раз мы не сможем его продать, кажется, я знаю несколько вариантов,
как его использовать...
И тут глаза красавчика широко распахнулись. Зрачки расширились. Глаза стали
неестественно синими. Ив даже ахнуть не успела, как репликант, словно молния,
выбросил руку и вцепился в запястье Лемон. Девушка пронзительно завопила, а
бот сел и так быстро обхватил ее рукой за шею, что Ив даже забыла, как ды-
шать .
Но тут же она закричала и схватила отвертку. Лицо Лемон начало синеть. Про-
должая удерживать ее в захвате, репликант приблизил идеальные губы к ее уху.
- А теперь успокойся, - сказало создание.
Ив оскалилась.
- Отпусти ее!
Репликант поднял глаза на Ив, его невероятные синтетические глаза ярко бле-
стели в свете флуоресцентных ламп. Он ослабил хватку вокруг шеи Лемон, его
рот то открывался, то закрывался, как будто ему никак не удавалось подобрать
слова. Вернее, слово. В нем было столько радостного изумления, что у Ив заще-
мило в груди, хотя она сама не понимала отчего.
- Ты... - выдохнул репликант.
Лемон схватила его за ухо, наклонила и резко дернула вперед. Бот перелетел
через плечо Лем и рухнул на сломанного дрона-разведчика, валяющегося в углу.
С влажным хрустом и брызгами крови андроид наткнулся на торчащий прут ржавого
железа.
- Оу, - сказал он.
Ив оттолкнула Лемон за спину, вытянув перед собой руку с отверткой. Лем,
держась за горло, тяжело дышала и часто моргала, чтобы избавиться от навер-
нувшихся слез.
- Это было больно, фуг...
Репликант поморщился, поднялся с пронзившего его прута, оставив на металле
пятно, похожее на кровь. Но тут же он с грохотом повалился на пол, прижимая
руку к ране возле слота для монет на его груди. Ив схватила с верстака тяже-
лый гаечный ключ и занесла его над головой бота.
- Ана, не надо, - вымолвил он.
Ив моргнула.
- ...Что?
- Ана, прости. - Репликант поднял вверх окровавленную руку. - Я не знал,
что это ты.
- Меня зовут не Ана, фуг!
- У мальчика-красавчика поехала крыша, - прохрипела Лемон. - Это из-за дыр-
ки в черепе, весь мозг оттуда вытек.
Бах-бах-бах!
- Ив? - раздался из-за звукозащитной двери приглушенный голос дедушки. -
Лемон? С вами все в порядке?
Репликант моргнул, глядя на люк.
- Сайлас?
- Откуда ты знаешь, как зовут моего дедушку? - ощетинилась Ив.
Идеальная бровь удивленно изогнулась.
- Разве ты не помни...
- Ив! - закричал дедушка, колотя по металлу. - Открой дверь!
- Сайлас! - закричал в ответ репликант. - Сайлас, это я!
Дедушка зашелся сильным кашлем, а потом заговорил с угрожающими, мрачными
интонациями.
- Ив, ты заперлась там с мальчишкой?
Ив и Лемон переглянулись и в один голос произнесли:
- 0-оу...
- Черт подери! - снова колотя в дверь, рычал дедушка. - Я этого не потерп-
лю . Ты живешь под моей крышей, юная леди! Сейчас же открывай эту дверь, или я
вернусь с реактивным гранатометом!
- Сайлас, это Иезекииль! - закричал репликант.
- Заткнись уже! - зашипела на него Ив и пнула его под ребра.
Когда дедушка заговорил снова, его голос показался Ив совершенно незнако-
мым.
- ...Иезекииль?
Репликант вновь посмотрел на Ив. Умоляюще.
- Ана, нам нужно убираться отсюда. Они идут за тобой.
- Кто такая Ана? - Лемон с ошарашенным видом оглядывалась по сторонам. -
Откуда ты знаешь мистера Си? Что за хрень тут творится?
Ив опустила гаечный ключ, руки соскользнули с металла. Репликант смотрел на
нее своими прекрасными синтетическими газами, в которых блестело отчаяние.
Страх. И что-то еще. Это...
- Я не знаю тебя, - сказала она.
- Ана, это же я, - настойчиво продолжал репликант. - Зик.
- Ив.
Голос дедушки эхом отдавался от цементированной стали толщиной в пять сан-
тиметров.
- Ив, отойди от двери. Закрой уши.
- Ох, черт! - выдохнула Лемон. - Он и правда вернулся с...
Взрыв был оглушающим. Мощный толчок сбил Ив с ног1 и отбросил через всю ком-
нату , как копну опавших листьев. Она ударилась о запененную стену и, охнув,
упала на пол. В разрушенный дверной проем, жужжа, въехал на коляске дедушка.
В его руках дымился гранатомет - дымились и волосы, отброшенные назад взрыв-
ной волной. Мигом оглядев комнату, он показал пальцем на репликанта и рявк-
нул:
- Кайзер! Атакуй чужака!
Блитцхунд влетел внутрь и сжал свои челюсти вокруг горла репликанта. Сквозь
стиснутые зубы доносилось низкое рычание, а в теле пса что-то несколько раз
щелкнуло. Глаза его стали кроваво-красными. Ив качала головой, пока дедушка
тянул ее, чтобы поднять. Репликант оставался неподвижным, подняв руки в знак
капитуляции. Ив подумала, что если бы ей в глотку вцепился блитцхунд, она по-
ступила бы точно так же.
- Чудесное изобретение эти блитцхунды, - прохрипел дедушка, поднимая Лемон,
ухватив ее чуть ниже спины за пояс на штанах. - «Дедал Тек» создали их во
времена Корпоративных войн. Они могут выследить объект в радиусе тысячи кило-
метров даже по маленькой частичке ДНК. Конечно, у тех, что поменьше, взрыв-
чатки хватит только на уничтожение единичных целей. Но у больших, как Кайзер?
- Дедушка снова зашелся кашлем, забрызгивая пол кровью. - Если он бахнет, от
этой комнаты останется лишь дымок. Думаешь, сможешь исцелиться и после того,
ублюдок? Думаешь, мы сделали вас настолько идеальными?
- Сайлас, я здесь не для того, чтобы причинить вред, - из-за поврежденной
гортани голос репликанта напоминал карканье.
- Ну конечно нет. - Дедушка волочил оглушенных девушек к двери. Крикет ли-
хорадочно махал рукой Ив. - Ты просто случайно оказался неподалеку, правда?
- Ана, остановись.
Ив поняла, что репликант говорил с ней, хотя в ушах по-прежнему звенело.
- Ана, прошу тебя...
- Замолчи! - Дедушка, казалось ей, как будто кричал откуда-то издалека. -
Еще одно слово, и я...
И тут началось. Этот ужасный кашель, от звуков которого Ив вот уже полгода
просыпалась каждую ночь. Дедушка пытался протолкнуть ее через дверь, хотя сам
согнулся пополам, кашляя так сильно, что она боялась, как бы он не выкашлял и
свои легкие. Рак крепко держал его за горло. И с каждым днем когти болезни
вонзались все крепче в того единственного, кто у нее остался...
- Дедушка, - крепко обнимая старика, выдохнула Ив.
- Сайлас, она в опасности, - с мольбой в голосе продолжал репликант. - Я
пришел сюда, чтобы предупредить. Ану показывали по всем новостям. Это связано
с местными боями роботов, которые проходили вчера. Она проявила себя на гла-
зах сотен людей. Проявила себя, слышишь меня? Поджарила логика осадного клас-
са , просто посмотрев на него.
- Не... - прохрипел дедушка, - невозмож...
- Сайлас, они узнают. Один из них обязательно просматривает все новости.
Даже из такой дыры, как этот остров. Они придут за ней, ты знаешь, что при-
дут.
- Дедушка, кто это? - Голос Ив дрожал, в уцелевшем глазе отражался страх,
блестели слезы. - Что происходит?
- Ана, я...
- Замолчи! - закричал дедушка на репликанта. - Прикуси... свой п-
предательский... язык.
Старик снова начал кашлять, судорожно втягивая воздух через окровавленные
зубы.
Ив, продолжая крепко поддерживать его, повернулась к Лемон.
- Медицинский шкафчик!
- Уже бегу! - Лем вытерла кровь, струящуюся из ушей, и, запинаясь, скрылась
в коридоре.
Дедушка задыхался, прижимая кулак к губам. Но при этом не спускал с репли-
канта полного ненависти взгляда.
- Постарайся дышать ровнее, дедушка, мы...
- У нас осталось две штуки! - Лем торопилась обратно, и последние метры
преодолела, упав на колени и проскользив на них. В ее ладони лежали два синих
пластыря. - Шкафчик пуст, Ив. Это последние.
- Нет, не может быть, - ответила Ив. - Почему он не сказал мне, что ничего
не осталось?
- Он не хотел, чтобы ты переживала, - печальным голосом сообщил Крикет.
Ив припечатала пластыри на дедушкину руку, а потом потерла его кожу, чтобы
разогреть их. Лемон вернулась с мутным стаканом переработанной воды и поднес-
ла его к губам старика. У Ив чуть сердце не разорвалось, когда он сделал гло-
ток и снова начал кашлять.
Даже не смей умирать у меня на руках...
Репликант пристально смотрел на нее, голубые синтетические глаза неотрывно
следили за ней.
- Ана, я...
- Заткнись! - закричала Ив. - Кайзер, если это создание снова заговорит,
разорви ему горло!
Блитцхунд зарычал в знак согласия и завилял хвостом.
Черт, что ей теперь делать? Медикаментов не осталось. Денег тоже не было.
Эта доза может помочь дедушке пережить эту атаку, но что потом? Он умрет?
Прямо здесь? Единственная кровинка, оставшаяся у нее в этом мире? Она помни-
ла, как маленькой девочкой сидела у него на коленях. Как он держал ее за ру-
ку, помогая вернуться к жизни. И пусть эти воспоминания были черно-белыми,
путаными и смазанными, для нее их было достаточно - она помнила, что любила
его.
Ив вытерла глаза кулаком. Сделала глубокий, хоть и дрожащий вдох.
По дому разнесся звук аварийной сирены, превращая ее головную боль в невы-
носимую... Этого еще не хватало: кто-то только что активировал сигнализацию
опасного вторжения...
Дедушка пытался справиться с очередным приступом кашля. Он вытер костяшками
забрызганные красным губы. Но его глаза по-прежнему неотрывно смотрели на ре-
пликанта.
- Они придут за ней, ты знаешь, что придут.
- Ты... - Дедушка снова зашелся влажным кашлем с кровью. - Ты кого-то ждешь,
Ив?
- Нет, я никого не приглашала.
- Идите п-проверьте камеры, - распорядился старик. - К-кайзер будет держать
ухо востро.
- Скорее, клыки, - пробормотала Лемон себе под нос.
Дедушке удалось выжать из себя улыбку, хоть и окровавленную.
- Даже не начинай... Фреши.
Быстро обменявшись взглядами, Ив и Лемон, не сказав ни слова, кинулись в
коридор. Они вбежали в помещение, которое дедушка иронично называл «пип-шоу»
- комнату, где стены были увешаны мониторами, транслирующими видео с охранных
камер, расположенных по всей Долине шин. Сигнализация срабатывала каждый раз,
когда являлись непрошеные гости. Чаще всего это были какие-нибудь большие ди-
кие кошки, попавшие в зону обстрела турели и подвергшиеся газовой атаке, но
сейчас они смотрели на экраны и...
- Мы, - сказал Крикет, - попали по-настоящему.
Лем покосилась на бота.
- Ты обладаешь редким талантом все преуменьшать, Крик.
Ив напряженно следила за мониторами.
- Братство... - прошептала она.
1.5. Разгром
Нас лишь двое. Мари и я. Две младших сестры. Самые близкие. Самые лучшие
подруги.
Только она одна знала мой секрет. Берегла его в своем сердце. Отец никогда
бы не одобрил. Мама сошла бы с ума. Но Мари держала меня за руку и смеялась
вместе со мной, радуясь за меня. Ей понравилось, что я влюбилась.
Ей это нравилось даже больше, чем мне самой.
А сейчас она плачет. Держится за меня, как утопающий, хватается за своего
спасителя, но тем самым только утягивает обоих в черную пучину. Но когда раз-
дался щелчок пистолета, она подняла глаза и посмотрела прямо в лицо нависшего
над нами солдата. С длинными вьющимися волосами цвета яркого пламени. С гла-
зами, похожими на два изумруда. Красивая и пустая.
Над нагрудным карманом трафаретным шрифтом было выведено: «ХОУП»6.
Я чуть не рассмеялась этой иронии.
- Ни в раю, - сказала Хоуп, - ни в аду.
Яркая, ослепляющая вспышка.
Оглушающая тишина.
И вот я осталась одна.
Банда Фридж-стрит предупреждала ее, что Братство идет за ней. Но Ив пред-
ставить себе не могла, насколько все серьезно.
Она рассматривала вид с турели Северовосток-1, когда что-то взорвалась и
картинка сменилась шипящими помехами. Переключившись на Северовосток-2, де-
вушка увидела небольшую армию парней из Братства, разодетых в свои красные
рясы и направляющихся в сторону дедушкиного дома. В руках у них были старые
штурмовые винтовки и топоры. На ржавом ветру развевались алые знамена с изо-
бражением их покровителя, святого Михаила. А в авангарде, принимая на себя
смертоносный шквал огня автоматических турелей, шествовали четыре пятидесяти-
тонных Спартанца.
Эти машины представляли собой классическую пехотную модель, во время Войны
4.О ответственную за всю тяжелую работу в областях, где уровень радиации был
слишком велик для человеческих войск. Высотой они были чуть больше девяти
метров, а поглотители тепла в форме полукруга на головах делали их похожими
на старых греческих солдат из исторических хроник. Машины были выкрашены в
алый цвет, на их корпуса нанесены отрывки искаженного Писания. С плеч и талии
свисали длинные штандарты, декорированные символом Братства - черной стилизо-
ванной буквой X.
- Де-е-е-е-едушка! - закричала Ив.
Один из Спартанцев наступил на Северовосток-2, превратив турель в груду ме-
таллолома. Ив ощутила вибрацию от далекого взрыва, когда сдетонировали тер-
мексные снаряды у основания турели. Она посмотрела на экран Севера-3 и увиде-
ла лежащего на спине Спартанца, дымящегося и без ног. Но остальная часть от-
ряда продолжала движение - они уже были в нескольких минутах пути от входной
двери.
6 В переводе с англ. - «надежда».
Ив повернулась к своей лучшей подруге.
- Эти ребята настроены решительно.
Лемон смотрела в коридор, в сторону мастерской Ив. Она выглядела необычно
задумчивой, хмурила брови.
- Чем мистер Си занимался на материке? До того, как вы сюда переехали?
- Он был доктором для ботов, - ответила Ив, наблюдая за приближением Брат-
ства. - Механиком.
- Ты помнишь, где именно он работал?
- Лем, на всякий случай, если ты вдруг1 не заметила: к нашему дому приближа-
ется довольно агрессивно настроенная компания и тащит крест под мои размеры.
Какое это имеет отношению к делу?
- А такое, что этот репликант ведет себя так, как будто знаком с тобой. Как
будто ты забыла его. И он называл тебя другим именем, Иви. Кто-то здесь игра-
ет нечестно.
Ив понимала, что Лем права, но прямо сейчас приближающиеся убийцы казались
более важной проблемой, это точно. Отряд Братства спрятался за спинами трех
оставшихся Спартанцев, и они находились уже метрах в ста от дома. Машины были
вооружены автоганами и снаряжены плазменными пушками, водруженными на каждое
плечо, а эти штуки могли плавить сталь. Дом защищали два автоматических ох-
ранника, расположенных на крыше, но против брони этих огромных ботов они были
почти бесполезными. Ив не могла вспомнить, когда еще оказывалась в таком
дерьме, да еще и по самые уши. Но, сжав зубы, девушка заставила себя забыть
про страхи. Ведь она была бойцом Вар-Дома, черт подери! А это был ее дом. Ив
не собиралась сдаваться без боя.
Крышка кабины пилота ведущего Спартанца распахнулась, и над Барахолкой раз-
летелись громкие звуки хоровой музыки. На мусор спрыгнула широкогрудая, обла-
ченная в вышитую красную рясу фигура, держащая в руках штурмовую винтовку с
выгравированными на ней словами Писания. Образ дополняли зеркальные очки
сварщика, а на густых бакенбардах можно было бы подвесить грузовик. Лицо было
перечеркнуто большой, жирной буквой X. Ив была наслышана об этом человеке,
окрестившем самого себя Железным Епископом.
- Я пришел не с миром, но с мечом! - звучным голосом прокричал он.
- Аминь! - прогрохотали Братья.
Железный Епископ вытянул руку, и какой-то парнишка положил на его ладонь
старый микрофон. Епископ торжественно поднес микрофон к губам, его голос,
прерываемый помехами, зазвучал через систему оповещения Спартанца.
- Именем Господа! Братство требует, чтобы все генетические девианты, оби-
тающие в этом доме, немедленно сдались для божественного очищения!
Ив нахмурилась, изо всех сил стараясь проглотить растущий страх. «Очищение»
означало быть распятым рядом с церковью Братства в Лос-Диаблосе и оставленным
жариться на солнце. Братство всегда рьяно высказывалось о зле биомодификаций
и кибернетики, но к генетическим отклонениям они относились с особой ненави-
стью. Это была немаленькая организация, и местные власти предпочитали дружить
с ней. Так что если вам случилось родиться с шестым пальцем на руке, или
сросшимися пальцами на ногах, или с еще чем-то более экзотическим, то, изви-
ните , дружок, - такова жизнь на Свалке.
Крикет сидел на плече Ив, его разные, совершенно не сочетающиеся между со-
бой глаза следили за мониторами.
- Им там не жарко в этих рясах? - прочирикал он.
- Они делают их из кевлара, - пробормотала Ив. - Пуленепробиваемые.
- Что-то мне все это совсем не нравится, - сказал бот. - Чувствую недоброе
своими блестящими металлическими причиндалами.
- Сколько раз тебе говорить, Крик? У тебя нет причиндалов, - вздохнула Ле-
мон.
- Точно, - раздался усталый голос. - А я старый хрыч.
Ив радостно обернулась, с облегчением увидев своего дедушку, чье электриче-
ское инвалидное кресло остановилось в дверном проеме. Но вот что касается то-
го, кто стоял за ним...
- Э-э-э, - произнесла Лемон. - А ему можно... быть здесь?
Репликант.
Он стоял за дедушкой, одетый в свой высокотехнологичный летный комбинезон,
перепачканный кровью, на шее виднелись следы зубов Кайзера. Глаза цвета ко-
гда-то синего неба бегали от экрана к экрану.
- Дедушка, что эта штуковина тут делает? - требовательно спросила Ив.
- Мы поговорили. - Дедушка вытер губы испачканной кровью тряпкой, не сводя
глаз с мониторов. - Достигли понимания. Если можно так сказать.
- Ты уже забыл, что это создание чуть не придушило Лемон?
Дедушка попытался замаскировать кашель усмешкой, прикрыв рот кулаком.
- Вы сами... притащили его в дом, моя маленькая синичка.
- Мы думали, он мертв!
- Прошу прощения, госпожа Лемон. - Слова репликанта лились плавно, как ды-
мок. - Мой мозг пострадал во время крушения. Я ошибочно посчитал вас угрозой.
Пожалуйста, примите мои извинения.
Волшебные голубые глаза андроида смотрели на непоколебимую мисс Фреш. Он
обворожительно улыбнулся, и на его щеках выступили ямочки. Эта улыбка на три
микрона недотягивала до идеальной. Ив видела, как ее подруга буквально тает.
- Ох, подумаешь, - лицо Лемон стало ярко-розовым, - какое-то горло.
- Ооооо, боже мой! - начала Ив. - Лемон...
- Что? - моргнула она.
- И вы, госпожа Ив, - обратился к ней репликант. - Я прошу прощения за...
- А, значит, теперь я госпожа Ив? - сердито спросила она. - А что случилось
с Аной?
- И снова я вынужден винить крушение... и свои повреждения. - Андроид посмот-
рел на Сайласа. - Боюсь, я сильно ударился головой и из-за травмы ошибочно
принял вас за другую. Извиняюсь за это.
- Ну и как травма, уже лучше?
- Да, благодарю вас, госпожа Ив.
- Но ты по-прежнему принимаешь меня за другую?
Репликант моргнул.
- Я?
- Да, ты. - Ив подошла ближе и заглянула в его глаза. - Идиот, точно.
Она всматривалась в синеву глаз этого фугази. Искала хотя бы намек на прав-
ду. И чувствовала лишь отвращение. Угрозу. Опасность. Эта штука не была чело-
веком. Хотя выглядела, говорила, вела себя, как человек. Пусть этот андроид
красив, как все звезды мира. Только проблема в том, что из-за густого смога
звезд больше не видно. И еще что-то тут было не так. Что-то...
- Оставим споры на потом. - Дедушка кивнул на ряды мониторов. - У Братства
серьезные намерения. Пора отговорить их, Иезекииль.
Репликант с явной неохотой отвел глаза от Ив.
- Я сделаю.
Развернувшись на каблуках, андроид по имени Иезекииль зашагал по коридору.
Его походка была немного неровной, как будто потеря руки лишила его равнове-
сия. И опять же, обычный человек давно был бы уже мертв, вырви ему руку из
плеча, поэтому Ив обалдело наблюдала за ним, недоумевая от того, что он вооб-
ще может ходить. Репликант прошел около дюжины шагов, когда ее голос заставил
его остановиться.
- Эй, Контуженый!
Репликант повернулся, выгнув идеальную бровь.
- Выход там. - Ив ткнула большим пальцем за свою спину.
Иезекииль пробежал глазами по коридорам и, блеснув своей почти совершенной
улыбкой, направился к входной двери. Л ем, прислонившись к люку, наблюдала,
как он уходит, и тихонько насвистывала. Ив сняла Крикета со своего плеча и
посадила дедушке на колени.
- Крикет, присмотри за дедушкой. Дедушка, присмотри за Крикетом.
- А ты, интересно, куда собралась? - прохрипел старик.
- Помочь.
- Черта с два! Я попробую применить одну тактику, а если она не поможет,
Иезекииль в состоянии разобраться с ними. Ты же ничего не сможешь сделать
против такой толпы.
- А как этот репликант будет разбираться со Спартанцами? - спросила Ив. - У
него только одна рука. И ему не пробить композитную высокопрочную броню одной
своей милой улыбочкой!
- Хотя эти ямочки... - вмешалась Лемон.
- Послушай, это его... проблема, не твоя, - прохрипел дедушка. - Ты остаешь-
ся... здесь.
- Но это наш дом, дедушка! А эти мерзавцы притащились сюда с армией.
- Верно, Ив. С армией. И ты... ничего не сможешь сделать, чтобы остановить
их.
Ив опустила глаза на свой кулак. Вспомнила о том, что произошло вчера на
арене Вар-Дома. Подумала про миф о Голиафе и Давиде.
- Посмотрим.
Не обращая внимания на крики дедушки, Ив пошла по коридору к оружейной, об-
лачилась в композитную броню, надела на голову каску, накинула свое пончо.
Схватив Экскалибур, проверила уровень мощности и тут заметила рядом Лемон.
Подруга натянула на себя шлем пилота старого гравитанка, убрала с глаз вишне-
во-красную челку и с улыбкой помахала Попстиком.
- Вместе сильнее, - сказала она.
- Вместе навсегда. - Ив улыбнулась.
Снаружи их ждали тысячи солнц. Тысячи солнц, объединившихся в одно. Металл
под ногами был таким горячим, что можно было получить ожог. Палящее небо жа-
рило во всю силу.
- Вам, джентльмены, нечего делать... в моих владениях.
Дедушкин голос, прерываемый помехами, раздался как раз в тот момент, когда
Ив вылезла на крышу через люк и спряталась за одной из установок с автоганом.
Лем, скрючившись рядом с ней, подняла большой шлем с глаз и оглядела отряд.
- У вас есть тридцать секунд до того... как я забуду о добрососедстве, -
рявкнул дедушка. - А потом я засуну этот ваш крест... в ваши зад....
Дедушкина «тактика» прервалась приступом сухого кашля, и старик отключил
связь. Тогда заговорил Железный Епископ. Его голос эхом отскакивал от нагро-
можденных вокруг шин.
- Преподай нам девианта, Сайлас! Ворожей не оставляй в живых!7
Ив моргнула.
- ...Он только что сказал «преподай нам»?
Лемон встала, и шлем снова упал ей на глаза, когда она закричала:
- Не называй ее девиантом, ты, скотский мешок де...
Ив быстро дернула Лемон вниз, в укрытие за автоганом, и как раз вовремя:
несколько самых прилежных членов Братства открыли беспорядочный огонь. Рас-
плавленный свинец отскакивал от ржавой стали. Ив поморщилась: у нее болела
голова, оптический имплантат зудел.
7 Цитата из Библии. Исход, 22:18.
Выглянув из-за баррикады, она посмотрела на Спартанцев. В голове прокручи-
вался вчерашний бой: как Голиаф, словно кирпич, рухнул на пол арены. Как она
выжгла все его микросхемы, просто пожелав этого. Ив понятия не имела, удастся
ли ей сделать это снова - и тем более как вызвать эту силу. Но это был ее
дом, здесь была ее семья, и она никогда не позволяла другим решать ее пробле-
мы за нее.
Поэтому Ив вытянула вперед руку с дрожащими пальцами.
- что ТЬ1 делаешь? - прошипела Лемон.
- Пытаюсь поджарить одну из этих машин.
- Крутышка, я не уве...
- Тс-с, я стараюсь сосредоточиться!
Ив сжала зубы. Представила, как Спартанец слева падает, разламываясь на
части. Пробовала вызвать в себе все то, что чувствовала вчера - ужас, гнев,
непокорство, - чтобы сжать кулак и мысленно бросить этим прямо в центр Спар-
танца. На ее лбу заблестели капельки пота, солнце пекло невыносимо. Страх по-
терять дедушку. Подозрение, что ее обманывали. Пустой, невыразительный взгляд
репликанта и его невероятные прекрасные глаза. Она собрала все это в концен-
трированную раскаленную сферу в груди - маленький артиллерийский снаряд жгу-
чей ярости.
Эти мерзавцы хотели распять ее? Покончить с ней? Что ж, она покажет им та-
кой конец, какого они еще никогда не видели...
Ив сделала глубокий вдох. Поднимаясь из-за баррикады, она представила себе,
как Спартанец падает в облаке искр, и сосредоточилась на этой картинке. А по-
том что было сил закричала.
Она кричала.
КРИЧАЛА.
Но ничего так и не происходило.
Парни из Братства начали смеяться. Засвистели пули. Чей-то удачный выстрел
отскочил от брони Ив, заставив ее пошатнуться. И когда неукротимая мисс Флеш
тащила ее обратно в укрытие, сверхзвуковая пуля снесла шлем Ив с ее головы.
Боль была такой, словно ее огрели по голове кувалдой. Перед глазами запля-
сали белые звездочки. Вскрикнув, Ив принялась ощупывать грязными пальцами
свой череп, проверяя, не продырявили ли его. Шквальный огонь не утихал. Им с
Лем пришлось пригнуться еще ниже, а пули продолжали решетить воздух еще доб-
рую минуту. Ив морщилась, вздрагивала, колотила каблуками по крыше под ней. К
счастью, тот выстрел повредил лишь ее шлем и ничего больше. И тем не менее...
- Я немного сглупила, - наконец удалось выдохнуть Ив.
Побледневшая Лемон выпучила глаза.
- Да тебе чуть башку не отстрелили! В следующий раз предупреди, когда ре-
шишься на подобный идиотизм, ладно?
- Этого больше не повториться, - пробормотала Ив. - Обещаю.
- Так, ладно, ну а где этот чертов бот-убийца? - Лемон снова выглянула из
укрытия, как только огонь прекратился. - Разве он не должен был... ого, отшле-
пайте меня...
- что там?
Лемон закусила губу.
- С каких новостей начать: с плохих или очень плохих?
- Э-э-э... очень плохих?
- Нет, это не так работает. Ты должна была сначала спросить про плохие.
Ив помассировала ноющие от боли виски и вздохнула.
- Ладно, пусть будут плохие.
- Тут Тай со своей маленькой шайкой мусорщиков.
- Угу. - Ив медленно кивнула. - А очень плохие новости?
- Они притащили с собой всю банду Фридж-стрит.
- Просто зашибись! - простонала Ив. - Нет, правда. Да что сегодня за день
такой?
Выглянув из-за баррикады, Ив увидела отряд отморозков Фридж-стрит, которые
как раз выезжали из-за заворачивающегося петлей трека старых американских го-
рок. Она заметила Тая и Пуха, сидящих на мотоциклах позади более старших чле-
нов банды. Их босс - стодвадцатикилограммовая туша в латексных штанах, вели-
чающая себя Сэром Вестингаузом - слез с модифицированного песчаного багги и
принялся трепаться с Железным Епископом. Видимо, оба были довольны, узнав,
что пришли сюда за одним и тем же - убить девчонку.
Из системы оповещения раздался звучный голос дедушки.
- Что это тут у нас? Встреча выпускников танцевальной школы? Эй, вы, ничто-
жества! Убирайтесь к чертям с моей лужайки!
Сэр Вестингауз выступил вперед, стоящий рядом с ним качок передал ему мега-
фон.
- Этим утром твоя внучка схлестнулась на Барахолке с моими парнишками, Сай-
лас ! - закричал Вестингауз. - Забрала себе один лакомый кусочек, который по
праву принадлежал Фридж-стрит. Предлагаю тебе выйти к нам и поговорить.
- У меня есть... предложение получше, - отозвался дедушка.
- И какое же, старик?
- Оглянись.
Ив наблюдала, как Сэр Вестингауз нахмурился и обернулся как раз в тот мо-
мент, когда один из парней в рясах сбросил свой капюшон, открыв красивое лицо
с чересчур голубыми глазами. В единственной сохранившейся руке репликанта был
автоматический пистолет, который он, видимо, вместе с рясой позаимствовал у
одного из Братьев.
Лемон запрыгала вверх-вниз, стараясь не особо высовываться.
- Умный мальчик.
Братья и члены банды тут же вскинули свое оружие. Из-за гула машин и свиста
ветра Ив с трудом удалось расслышать, что сказал репликант.
- Я даю вам шанс уйти. Всем вам.
- Это он! - Тай хлопнул по спине Сэра Вестингауза. - Репликант!
Главарь Банды Фридж-стрит посмотрел на парня, потом на Иезекииля.
- Значит, ты фугази? Посмотри по сторонам, красавчик. Против тебя целая ар-
мия.
- Мне не хочется причинять вред кому бы то ни было, - тихо ответил Иезеки-
иль.
Вестингауз загоготал.
- Кого ты пытаешься обмануть? Забыл Золотое правило? Три закона не позволят
тебе причинить нам вред, фуг.
Репликант моргнул. Пистолет в руке дрогнул, и Ив засомневалась, что если...
- Мой создатель тоже так думал, - сказал Иезекииль.
И он пришел в движение.
Ив видела, что значит «быстро двигаться». Она видела, как на улицах Лос-
Диаблоса накачанные адреналином сорвиголовы играют в «сорви куш». Она видела
трансляции боев высококлассных роботов с арены Вар-Дома в Мегополисе - там
все решалось за какие-то доли секунды. Она видела, что значит «быстро дви-
гаться», это точно. Но она никогда не видела, чтобы что-то или кто-то двигал-
ся так, как этот репликант сейчас.
Железный Епископ поднял на него свою штурмовую винтовку. Иезекииль быстрее
мухи развернулся и выпустил две пули в оба глаза Епископа. Почти с такой же
скоростью он уложил выстрелами в голову еще трех ближайших членов братства, а
потом снес половину черепа Сэра Вестингауза, забрызгав лицо Тая ярко-красным
месивом.
В воздухе висел тонкий серый дым, который разрывала алая морось. Мир начал
двигаться в замедленном режиме. Люди кричали, стреляли в репликанта, а он
схватил ближайшего к себе отморозка из Братства и начал использовать его в
качестве щита. Свинец с глухим стуком отлетал от кевларовой рясы, из дул ру-
жей вырывались вспышки, похожие на проблески стробоскопа из снов Ив, фигуры
двигались и падали, в воздухе стоял густой запах крови.
Ив зажала уши ладонями, когда автоганы на крыше начали стрелять по толпе
внизу. Спартанцы тоже вступили в бой: один открыл огонь разрывными пулями по
репликанту, другой использовал плазменную пушку и расплавил один из автога-
нов. Лемон поморщилась, пригнулась еще ниже и, осуждающе глядя на Ив, приня-
лась настраивать Попстик.
- Кто берет с собой бейсбольную биту на перестрелку?
Ив выглянула из-за баррикады. Оскалившись, впилась глазами в Спартанца и
снова вытянула вперед руку.
- Давай же... - умоляюще прошептала она.
- Ив, что ты делаешь?
- Почему ничего не получается? - с яростью сплюнула она. - Почему я не могу
сделать это еще раз?
Ливень обжигающего свинца обрушился на укрытие, забарабанив по стали. Ив
услышала панические вопли, крики боли. Лемон выглянула из-за баррикады и ти-
хонько присвистнула.
- Ты только посмотри на него...
Увидев репликанта, Ив изумленно вытаращила глаза. Иезекииль вскарабкался на
спину ближайшего к нему Спартанца и, словно то был не металл, а фольга, со-
рвал с него броню вместе с автоганами, чтобы остановить обстрел дома. Потом
он развернул плазменную пушку в сторону другого Спартанца и расплавил кабину
пилота вместе с самим пилотом. Члены Братства разбежались по укрытиям, шайка
Фридж-стрит ничего не могла сделать с Иезекиилем, который ловко изворачивался
и уклонялся, двигаясь слишком быстро, чтобы можно было отследить.
Заметив, что автоганы на крыше выведены из строя, парочка храбрецов из
Фридж бросилась к дому. Ив так и не смогла понять, зачем: чтобы укрыться или
чтобы продолжить разрушение?
- Наконец-то! - воскликнула Лемон.
Лучшая подруга Ив с криком спрыгнула с крыши и уложила одного из парней,
поджарив его мозги ударом мощностью в пятьсот киловольт. Другого поджидал за
входной дверью Кайзер, и вот уже мусорщик бежал обратно к своим товарищам с
разодранными в клочья ногами.
Иезекииль соскочил с плеча Спартанца, схватил облаченный в кевларовую броню
труп и, прикрываясь им, начал пробираться к дому под градом пуль. Его лицо
блестело, похоже, от пота. Но он прекрасно справлялся даже с одной рукой, без
труда удерживая перед собой мертвое тело. Перекатившись, репликант укрылся за
кучей старых шин рядом с домом. Резину поджег выстрел из плазменной пушки, и
весь двор затянуло густым черным дымом, от которого у Ив засаднило в горле.
Она вдруг увидела Крикета, забравшегося к ней на крышу. Маленький бот тянул
ее за ботинки и, перекрикивая грохот автогана оставшегося Спартанца, просил
ее вернуться в дом. Лемон была внизу с Кайзером, в безопасности. Но Ив все
отчаянно пыталась освободить ту силу, которая вывела из строя Голиафа. От на-
пряжения стучало в висках и сводило мышцы, ее глаза превратились в две узких
щелочки.
Ну, давай же...
- Иви, пойдем!
Она отгородилась от всего мира. Сконцентрировалась, вспоминая все свои эмо-
ции и ощущения в тот момент, когда Голиаф занес свой кулак над ее головой.
Вспоминая тот момент, когда смотрела на этот бочонок, который вот-вот должен
был размозжить ее череп. Момент чистейшего ужаса. Момент вызова. Момент со-
противления этому пожеланию вечного сна.
Это не конец.
Это всего лишь еще один враг.
Спартанец дернулся, как будто Ив ударила его. Задрожал, словно у него одно-
временно отказали все системы. Девушка широко улыбнулась, когда из машины вы-
стрелил фонтан искр. А потом, задымившись, Спартанец пошатнулся и упал впе-
ред, прямо в мусор.
- Ив... - пробормотал Крикет. - Ты сделала это!
Ив, торжествуя, вскинула кулак в воздух.
- Выкуси, ржавое мусорное ведро!
Братство потеряло свою последнюю машину - двоих Спартанцев вывели из строя,
машина Железного Епископа стояла брошенной - и была разбита. Братья тащили
прочь своего погибшего лидера. Большинство членов Банды Фридж-стрит, включая
их босса, тоже были мертвы, так что оставшиеся в живых быстро отступали, уно-
сясь в Долину, под пулями Иезекииля, продолжавшего обстрел из своего укрытия
в шинах.
Ив обвела глазами кровавое поле боя, в которое превратился их двор. Одни из
самых подлых и самых жестоких отморозков Свалки пришли сюда, угрожая им боль-
шими Проблемами с большой буквы П, а теперь убегали прочь, поджав хвосты.
Утерев пот над здоровым глазом, девушка подмигнула маленькому логику.
- По-моему, победа за хорошими парнями, Крик.
И в этот самый миг с неба упала первая бомба.
1.6. Крушение
Мои руки запачканы красным. В легких дым. Мои мама, папа, сестры и брат ле-
жат мертвые на полу рядом со мной. Пустые глаза и пустые тела.
Солдаты стоят надо мной. Четыре совершенства.
Теперь они могут забрать у меня только одно.
Самое последнее и самое дорогое.
Не мою жизнь, нет.
Но нечто столь же ценное.
Силуэт нависает надо мной.
Поднимает пистолет к моей голове.
- Прости меня, - произносит голос.
Я слышу раскат грома.
А потом не слышу ничего.
Никаких предупреждений. Никакого характерного свиста, как в старых голли-
вудских фильмах. Просто взрыв.
И огонь.
И крики.
Упал второй снаряд, прямо посреди отступающего отряда Фридж-стрит. Пуха и
его плюшевого мишку разорвало на куски и разбросало в разные стороны. Третья
бомба разделалась с оставшимися членами Братства, и в воздухе, словно целло-
фановые пакеты на ветру, закружились клочки красных ряс. Ив с Крикетом по-
смотрели в небо, и девушка похолодела, увидев сквозь дым легкий вертоплан с
выцветшим логотипом «ГНОЗИСЛАБС» на хвостовом киле.
- Не к добру это... - сказал Крикет.
Вертоплан снизился, уничтожая все, что еще двигалось. Потом сделал круг и
добил все, что еще дергалось. А затем, с мастерством, которое можно было на-
блюдать лишь в старых хрониках, пилот легко приземлился на мусор, и меньше
чем через мгновение выскочил из кабины.
- Крутышка? - донесся с веранды голос Лемон. - Ты в порядке?
- Оставайся в укрытии, Лем.
- Конечно! Я слишком красивая, чтобы умирать.
Ив разглядывала гостью, стоящую посреди хаоса, который она только что уст-
роила. Да, это была женщина, вернее, даже молодая девушка. Лет девятнадцати-
двадцати. Она была одета в армейские ботинки и чистое белое платье, сдвинутый
назад капюшон открывал ангельское лицо. Короткие темные волосы свисали неров-
ными прядями. На бедре висел пистолет - Ив таких никогда не видела. А в пра-
вой руке незнакомка держала облаченный в ножны...
- Э-э-э, у нее меч? - крикнула Лемон.
- Похоже на то.
- Кто сейчас таскает с собой такое?
Гостья обводила взглядом бойню, ее глаза были похожи на потухшие экраны. Ив
пристально изучала ее лицо, активировав телескопическое зрение. Она заметила,
что радужка у незнакомки пустая, синтетическая. Совсем как у Иезекииля. Лицо
- безупречное и красивое. Как у Иезекииля. И то, как она двигалась...
- Это репликант, - выдохнула Ив.
В голове закружился вихрь воспоминаний. Они были похожи на черно-белые фо-
тографии, под влиянием времени ставшие нечеткими и смазанными. Прекрасная
улыбка. Нежная кожа. Смех. Стихи. Как будто...
«Ты когда-нибудь влюблялась, Ана?»
- По-моему...
- Кайзер, - раздался дедушкин голос. - Атакуй чужака!
Блитцхунд, оскалившись, на всей скорости вылетел из входной двери и бросил-
ся к репликанту. У Ив сердце ушло в пятки, внутри все похолодело.
- Кайзер...
Блитцхунд, словно ракета с тепловой системой самонаведения, метнулся к гор-
лу незнакомки. Репликант одним молниеносным движением вытащила меч из ножен.
Вдоль острия клинка вспыхнула яркая дуга, и Ив даже не успела выкрикнуть пре-
дупреждение, как оружие опустилось на голову Кайзера.
Раздался выстрел, выбивший меч из руки репликанта. Ив увидела Иезекииля,
сидевшего на корточках в своем укрытии за шинами. Из дула его автоматического
пистолета струился дымок. Кайзер сбил незнакомку с ног и, рыча, вцепился в
нее. Но репликант перекатилась, использовав инерцию, и ударила пса в живот.
Ив с ужасом наблюдала, как незваная гостья вырвала из ее собаки пригоршню ме-
таллических внутренностей и пинком отбросила метров на тридцать куда-то в До-
лину.
- Кайзер! - закричала Ив.
Репликант уже стояла на ногах, прижимая окровавленное запястье к своей гру-
ди . Иезекииль открыл огонь, и у Ив отвисла челюсть, когда она увидела, как
незнакомка протанцевала - протанцевала, буквально - сквозь град расплавленно-
го свинца к обломкам одного из Спартанцев. Пистолет Иезекииля смолк, эхо вы-
стрелов разносилось по Долине.
- Ив, пойдем же, - умолял Крикет, вцепившись в ботинки Ив.
Система оповещения дома затрещала, и девушка услышала пропитанный страхом
голос дедушки:
- Иви, зайди внутрь.
Незнакомка подняла голову и прокричала:
- Боже правый, Сайлас, неужели это ты?
Ив скрипнула зубами. Значит, этот репликант тоже знала Дедушку. Совсем как
Иезекииль. Ее мозг судорожно работал, отчаянно пытаясь заполнить те пробелы,
которые не поддавались объяснению. Как же складывались кусочки этой мозаики?
Может, дедушка не был обычным бот-доком? Может, он не только ремонтировал
сломанные системы и автоматы, пока она училась, чтобы стать бойцом Вар-Дома?
Каким бы ни было объяснение, внутри Ив уже медленно разрасталась злость. Ее
обманывали. Ее...
Дом под ней загрохотал, со стен посыпались ржавчина и пыль. Ив вдруг поня-
ла, что это заработали старые двигатели топтера, поднимая в воздух вихри пла-
стика и песка. Должно быть, дедушка потрудился на славу в течение тех меся-
цев , пока она работала над Мисс Попурри. Должно быть, он починил...
- Мистер Си починил двигатели? - прокричала Лемон.
- Лем, иди в дом! - ответила Ив. - Помоги дедушке! Я спущусь через секунду!
- ...Что ты собираешься делать?
- Мне нужно забрать Кайзера!
Ив повернулась к груде покрышек, в которую приземлился блитцхунд. Она слы-
шала его повизгивание, слабое царапание когтей. Он был еще жив. И ему было
больно. Двигатели монотонно ревели, мир вокруг Ив дрожал. Дедушка продолжал
выкрикивать ее имя через систему оповещения. Крикет по-прежнему тянул ее за
ногу и умолял:
- Иви, пойде-е-е-ем!
Она сжала челюсти и покачала головой. Для вопросов еще будет время, главное
- спасти Кайзера. Ив знала, что Крикет последует за ней куда угодно, но не
могла позволить, чтобы ему тоже причинили вред. Поэтому она протянула боту
Экскалибур и кивнула на крышку люка.
- Крикет, найди Лемон и отведи ее в дом.
- Ив, здесь слишком опасно, я должен...
- Это был приказ!
Маленький логик вцепился своими ржавыми ручками в рукоятку бейсбольной би-
ты . Его сердце было сделано из реле, чипов и процессоров. Оптика - из пласти-
ка. И все же Ив видела мучительную борьбу.
Но, как всегда, бот сделал так, как ему приказали.
Ив спустилась с крыши в поднимающееся облако пыли, взвешивая свои шансы.
Оглядывая кровавое побоище, она заметила Спартанца Железного Епископа, по-
прежнему стоящего среди дымящихся трупов. Пробираясь среди окровавленных об-
ломков, она услышала голос девушки-репликанта. Ее голос был таким мелодичным,
что казалось, будто она пела, а не говорила. А еще Ив готова была поклясться,
что он звучал...
...знакомо?
- Как приятно снова с тобой увидеться, Иезекииль, - крикнула незнакомка.
- Ты совсем не умеешь врать, Фэйт, - крикнул в ответ Иезекииль. - Именно
это мне всегда в тебе нравилось.
- Я могла бы догадаться, что ты опередишь меня. - В песне гостьи зазвучала
улыбка. - Снова смотрел человеческие новости? А практиковался перед зеркалом,
чтобы быть, как они? Ты так жалок, Зик.
- И, тем не менее, мы оба здесь.
Ив упала на живот, когда незнакомка высунулась из укрытия и, подняв оружие,
выпустила залп чего-то острого и свистящего в сторону убежища Иезекииля. Се-
рия крошечных, ярких взрывов разорвала шины. Сквозь разраставшуюся пыльную
бурю Ив увидела, как Иезекииль выскочил из-за разорванной резины и бросился
за груду корпусов разбитых автомобилей.
Репликант перезарядила пистолет и едва уловимым движением вскинула руку.
Искры пролетели по дуге и отскочили от железяк, в то время как Иезекииль вы-
нырнул из укрытия и выстрелил в ответ. Опустившись на четвереньки, Ив пополз-
ла по мусору, прислушиваясь к скулежу Кайзера. Над ее головой просвистела
шальная пуля, от вони горящих шин тошнило.
Дедушкин громкий голос перекрикивал даже рев двигателей:
- Иви, быстро в дом, черт тебя подери!
Ив выглянула из своего укрытия. Она была уже достаточно близко от Спартан-
ца , но не осмеливалась бежать к нему, не зная, где враг. Ее глаза встретились
с глазами Иезекииля, притаившегося в обломках напротив нее, и репликант пока-
чал головой. Жестами показал, что ей следует вернуться в дом. Но тут она ус-
лышала скулеж, раздавшийся откуда-то из мусора.
Держись, малыш...
Она была мокрой насквозь, капли пота жгли глаза. Сорвав с себя пончо, де-
вушка отбросила его в сторону и на животе поползла на голос Кайзера. Иезеки-
иль увидел, что Ив не собирается возвращаться, и, похоже, решил, что отвлечь
противника будет самым лучшим способом помочь ей остаться в живых.
- Я не хочу драться с тобой, Фэйт, - прокричал он.
- И я не стану тебя винить. - Ответ Фэйт зазвенел где-то между кучей метал-
лолома и телами. - Я не могла не заметить, что ты лишился руки.
- Чтобы справиться с тобой, мне и одной достаточно.
Над горами мусора разнесся смех девушки-репликанта.
- Гордыня до добра не доводит, братик.
- Кто бы говорил, сестренка.
...Братик? Сестренка?
Ив краем глаза уловила какое-то движение. Это незнакомка притаилась рядом с
нагромождением старых шин, медленно подбираясь к Иезекиилю с фланга. Но
сквозь нарастающий рев двигателей, сквозь стон металлического корпуса дома
девушка снова услышала тихое поскуливание.
Кайзер...
Пусть в нем была всего лишь маленькая частичка настоящей собаки, но эта
частичка нуждалась в ней. Если Ив выберется из укрытия, ее наверняка увидят.
Но если дедушка так беспокоился из-за этой незнакомки, что решил поднять дом
в воздух, она ни за что не оставит свою собаку гнить здесь.
Ив выскочила на открытое место и бросилась к машине Железного Епископа. Де-
душка что-то громко заорал через систему оповещения. Иезекииль выкрикнул пре-
достережение, а Фэйт поднялась из-за своего укрытия, держа в руке пистолет.
Под ботинками Ив хрустел мусор, ее легкие горели. Но она бежала. Через тела и
металлические обломки. Размахивая кулаками, с колотящимся сердцем, девушка
запрыгнула в Спартанца и закрыла за собой кабину пилота. Запустив двигатель,
она сунула руки и ноги в манжеты управления. Машина, заревев, ожила, гул мо-
торов отзывался в костях Ив.
Пусть вокруг творилось черт знает что, но это было ей знакомо.
Это она умела.
Плазменная пушка изрыгнула белое пламя, испепелив укрытие незваной гостьи.
Но создание по имени Фэйт уже пришло в движение и бросилось к Спартанцу Ив. В
это же самое мгновение из своего убежища показался Иезекииль и атаковал Фэйт,
ударившись плечом в ее живот. Удар был сокрушительным. Репликанты сцепились в
драке, перекатываясь в мусоре и прочерчивая длинные борозды телами. Мелькали
кулаки. Разлетались кровь и слюна. Один за другим раздавались чавкающие удары
и хруст.
Ив вела машину по обломкам, тяжелые ноги сминали металл, словно бумагу. Она
обвела глазами груды мусора и в одной из куч старых покрышек увидела Кайзера.
Он полз на передних лапах, задние ноги были обездвижены. Ив разбросала шины
по сторонам, огромными руками осторожно подняла раненого блитцхунда и прижала
его к груди Спартанца.
- Все хорошо, малыш, - выдохнула она. - Ты со мной.
Кайзер лизнул руку Спартанца своим языком-теплоотводом.
Ив неуклюже направилась через поле битвы обратно к дому, поднимая вокруг
черный дым, пыль и сор. Дом уже содрогался, через грохот двигателей пробивал-
ся скрип замученного металла. Девушка не видела ни Иезекииля, ни второго реп-
ликанта. Она не сводила глаз с входной двери. Сварные швы сооружения лопа-
лись , грузовое судно, наконец, поднялось над землей, и остальные части дома
отвалились под собственным весом. Ив бежала изо всех сил, каждый огромный шах1
приближал ее к цели.
Сорок метров.
Тридцать.
В ухе Ив завизжала сигнализация опасного сближения. Она не успела нагнуть-
ся, и триста килограммов блока двигателя обрушились на спину Спартанца. Маши-
на оступилась, запищал гиродатчик. Новый удар пришелся по ее ногам - громад-
ная покрышка для трактора поставила Спартанца на колени. Фэйт запрыгнула на
его спину и стала выдергивать кабели. Гидросистема в левой руке Ив была по-
вреждена, давление упало, Кайзер выпал из ладони. Ив потянулась назад другой,
пока еще рабочей рукой, схватила репликанта и со всех сил отшвырнула. Фэйт с
хрустом приземлилась на завернутые петлей рельсы американских горок, в животе
зияла открытая рана. Ржавую сталь забрызгала фальшивая кровь. Губы и зубы ан-
дроида окрасились в рубиново-красный.
Ив освободилась от манжет и открыла кабину пилота. Выскочив в нарастающий
грохот, она схватила Кайзера за загривок и потащила его к дому. Пыль летела в
глаза. Во рту был привкус крови. Кайзер скулил, изо всех сил пытаясь ползти.
Он был очень тяжелым. Ив не знала, как сможет поднять его и забросить в люк,
как сможет...
Рядом возникла чья-то фигура. Забрызганная кровью. С фальшивыми синими гла-
зами.
- Я возьму его! - прокричал Иезекииль. - Беги!
Ив, спотыкаясь, побежала к дому. У нее болели ребра, рука, голова. Грузовое
судно было уже в двух метрах над землей и продолжало подниматься. Ив подтяну-
лась на руках, ухватившись за проем, оттолкнулась ногами от корпуса и залезла
внутрь. Иезекииль одним прыжком заскочил через люк вслед за ней, держа под
мышкой Кайзера. Ив стояла на четвереньках, тяжело дыша. В горле саднило. Но
каким-то чудом ей удалось найти в себе силы, чтобы закричать:
- Улетаем, дедушка, улетаем!
Дом под ней вздрогнул, двигатели протестующе заревели. Под лязг металла и
хлопки лопающихся сварных швов грузовое судно стало подниматься в небо. От
него отваливались целые секции, осыпалась грязь, пыль и мусор. Когда Ив попы-
талась встать, ее начало швырять, словно игрушку, об стены, а потом бросило
прямо на грудь Иезекииля. Репликант подхватил ее, и они вместе упали на палу-
бу . Ив посмотрела вниз, на пропитанное потом и кровью создание - создание,
имевшее вид красивого мальчишки. Мальчишки, который только что спас ей жизнь.
Мальчишки, который совсем не был похож на мальчишку. Она ощущала под собой
его тело, крепкое и теплое.
- Ты в порядке? - спросил Иезекииль.
Ив отодвинулась от него, замарав руки в псевдокрови. Если бы она не знала,
то приняла бы ее за настоящую. Если бы она не знала...
- В порядке. - Девушка повернулась к Кайзеру, лежащему на палубе рядом с
ней. - Ты как, малыш?
Блитцхунд был серьезно поврежден, из дыры в его животе сыпались искры. Бы-
стро осмотрев его, Ив поняла, что ущерб не настолько серьезен, чтобы она не
смогла его починить - с частями от настоящей собаки все было в порядке. По-
чувствовав облегчение, она стиснула пса в объятиях. Он слабо повилял хвостом.
Иезекииль наблюдал за ними, не сводя с нее своих слишком голубых глаз.
- Что уставился? - сердито буркнула Ив.
Репликант кивнул на Кайзера.
- Он машина.
- и что?
- А то, что ты все равно любишь его. - Губы андроида изогнулись в почти со-
вершенной улыбке. - Классно.
Ив покачала головой и встала на ноги.
- Странный ты, Контуженый.
Из динамиков домашней системы оповещения раздался дедушкин голос:
- Ив, ты в порядке?
Она подковыляла к пульту и окровавленным пальцем нажала кнопку обратной
связи.
- Со мной все нормально. Кайзер не может ходить. Но он жив.
- Я... еще никогда не видывал подобного идиотизма. - В динамиках затрещал ка-
шель . - Это не настоящая собака, Ив. Он бросается навстречу опасности, чтобы
спасти тебе жизнь.
- Серьезно? Собираешься отчитывать меня? Я люблю тебя, дедушка, но сейчас
не время и не место!
Сайлас, похоже, хотел сказать еще что-то, но в эфире раздался очередной
приступ кашля. В конце коридора появились Лемон и Крикет, маленькая машина
по-прежнему сжимала рукоять Экскалибура. Девушка подбежала к Ив и стиснула ее
в медвежьих объятиях.
- Ты как, Крутышка?
- Зашибись.
- Ты знала, что Сайлас может поднять эту штуку в воздух? Знала, что эта
штука вообще может летать?
- Дедушка у нас явно профи по части умения хранить секреты. - Ив посмотрела
на репликанта, который поднялся по стене, держась за нее единственной рукой,
а затем принялся осторожно ощупывать свою правую ногу, из которой словно вы-
тащили все, что бы там ни было внутри. - Ты норм, Контуженый?
- Я бывал в переделках и похуже, - ответил андроид. - Поверь мне.
- Ты можешь поднять Кайзера одной рукой? Мне нужно отнести его в маете...
Корабль бросило вбок, отчего Лем врезалась в Ив, а Ив - в стену. Крикет
вскрикнул и пролетел через коридор, упав вниз головой на порог. Раздался
громкий металлический хруст, протяжный скрип. Грузовое судно опять вздрогну-
ло , накренилось влево, и все снова потеряли равновесие. Иезекииль подхватил
Ив, чтобы она не разбила голову о стенку. Его рука была словно теплое железо,
обернувшееся вокруг ее груди и мешающее дышать.
- Отвали от меня... - с трудом выдохнула девушка.
- Что это было? - спросила Лемон.
Ив как раз сумела подняться на ноги, когда затрещал динамик внутренней свя-
зи. Голос дедушки был полон боли, но его почти заглушил рев ветра:
- Ив, она в...
Связь прервалась, сменившись помехами.
Иезекииль встретился с полным ужаса взглядом Ив.
- Фэйт... - сказал он.
- Дедушка!
Ив выхватила Экскалибур из рук Крикета и понеслась по коридору. Лемон бежа-
ла рядом с ней. Крикет застонал в знак протеста. Репликант догонял их, хотя
сильно хромал после недавней схватки.
Они побежали по лабиринту коридоров, остановились перед кабиной пилота, от-
крыли люк, и их чуть не сбило с ног шквалом воздуха. Ветровое стекло было
разбито, миллионы осколков сверкали на полу. Дедушкино электрическое кресло
было перевернуто набок, колеса еще крутились. В пробоине завывал ветер. Ив
видела перед собой пепельное небо, а под их ногами проплывал остров Свалка.
На горизонте зачернел океан. За пультом управления никого не было.
- Дедушка? - закричала Ив.
Лем выглянула сквозь разбитое ветровое стекло.
- ...Мистер Си?
Снаружи показалась окровавленная рука, схватила голову Лемон и ударила ее о
консоль. Девушка упала, из разбитой брови хлынула кровь. Ив сжала кулаки. В
кабину забралась фигура. На неровных прядях засохла кровь. На животе и груди
блестели глубокие раны. В безжизненных серых глазах зияла пустота.
- Привет, Ана. - Фэйт улыбнулась. - Отлично выглядишь для мертвой.
Думая лишь о дедушке, Ив со всей силы замахнулась Экскалибуром. Фэйт под-
ставила предплечье и зашипела, когда удар тока отбросил ее назад к консоли.
Репликант в мгновение ока пришла в себя и почти что небрежным движением выби-
ла биту из руки Ив.
Но в накопителе памяти девушки по-прежнему хранились программы по самообо-
роне, и она успела нанести андроиду отличный короткий прямой удар в челюсть,
прежде чем один-единственный толчок в грудь не выбил из ее легких весь воз-
дух . И тут же Ив оказалась в удушающем захвате.
- Габриэль будет очень рад вашей встрече, - прошептала Фэйт ей на ухо.
Ив едва могла говорить.
- что ты... сделала с...
- С Сайласом? Он в моем вертоплане, моя мертвая девочка. - Репликант нажала
кнопки на своем ремне. Ив услышала, как над головой ожили двигатели. - Не
волнуйся, я отвезу вас обоих домой.
- Если ты... тронула... дедушку...
- Дедушка? - Идеальные губы изогнулись в оскале. - Ох, бедняжка! Что он на-
говорил тебе?
Перед здоровым глазом Ив начали распускаться черные цветы. Потом замерцали
крошечные звездочки, а ее пульс замедлился. В ушах зашумело. Зашипело, как
помехи. А сквозь весь этот шум завизжал пронзительный тоненький голосок. Он
выкрикивал ее имя.
- Иви!
В кабину влетела темная фигура, силуэт в свете слишком яркого солнца. Ив
почувствовала удар, услышала влажный хруст. В приступе кашля она упала на ко-
лени, перед глазами затанцевали звездочки. Крикет был рядом, умолял ее бе-
жать . Она смутно различала фигуры, движущиеся по кабине, - две фигуры и их
танец кулаков, коленей и локтей. Ослепительные искры. Скрежет металла. Кресло
пилота вырвали с корнем. Консоль раздавило, как старый стаканчик из-под кофе.
Корабль накренился. Ив перекатилась через палубу и упала на колени. Крикет
перекрикивал грохот пульса в ее ушах, боль в голове. Она видела, как Фэйт и
Иезекииль, схватив друг друга за горло, разрывали закаленную сталь, словно
это был мокрый картон.
Ив прижала к шее ладонь, ей все еще было тяжело дышать. Крикет уже стоял у
пульта управления и пытался выровнять грузовой корабль. Фэйт, высвободившись
из хватки Иезекииля, ударила его о консоль, бросила Крикета об стену и вырва-
ла штурвал. Ив проползла по палубе и обхватила рукоятку Экскалибура. Пробор-
мотав ругательство, она опустила биту на позвоночник Фэйт.
Удар в пятьсот киловольт. Электрический всплеск. Фэйт вскрикнула и мощным
ударом в голову сбила Ив с ног. Когда кулак репликанта обрушился на ее нако-
питель памяти, она услышала смачный хруст, а потом ее ослепила вспышка боли.
Девушка упала на палубу, хватая ртом воздух и прижимая руку к голове. Перед
глазами побелело.
Иезекииль вскочил на ноги и, прорычав имя Фэйт, ударил ее по голове сломан-
ным штурвалом. С отчаянным криком он занес ботинок и пинком выкинул андроида
через разбитое ветровое стекло.
Фэйт, вращаясь в воздухе, полетела в черный океан. Но даже через шум в ушах
Ив услышала, как где-то над потолком зарычали двигатели, заскрежетал металл,
и через несколько секунд вертоплан уже устремился вниз за падающим репликан-
том.
Ив почувствовала, как к вискам прилила кровь. Ее затошнило. Перед глазами
заплясали ослепляющие искры, замельтешили смазанные картинки, словно немое
кино, транслируемое с помощью старого кинопроектора двадцатого века. Консоль
была разбита вдребезги, пульт управления раскурочен. В голове вспыхнула мысль
о том, что ее дедушка находится внутри веротплана, но ее тут же заглушило
осознание того, что она больше не видит горизонт. За ветровым стеклом лишь
чернота. Волнорезы из пенопласта. Громыхающие волны цвета технической смазки.
Океан.
Ив потрясла головой, чтобы привести мысли в порядок.
Но мы же летим в небе, разве нет?
Иезекииль перетащил ее в кресло второго пилота. Забросил Лемон сверху и
пристегнул их обеих ремнями безопасности. Когда корабль накренился еще боль-
ше , Ив ощутила новый прилив дурноты, боль в голове усилилась. Рев двигателей
нарастал, становясь все громче и пронзительнее. Девушка поняла, что с грави-
тацией что-то не так, раз Крикет подпрыгивает под потолком. Где-то вдалеке
лаял Кайзер. Иезекииль кричал. Турбины визжали. Сквозь разбитое стекло Ив
смотрела в черную, улыбающуюся поверхность. Она была так близко, что Ив почти
могла поцеловать волны.
Поцеловать их на прощание.
- Ана, держись! - кричал Иезекииль. - Держись.
Он продолжает называть меня Аной.
- ДЕРЖИСЬ!
Но меня зовут Ив...
Ив казалось, что ее вот-вот вывернет наизнанку. Она еще крепче схватила Ле-
мон.
И поняла, что ей совсем не хочется умирать.
Ей не понравилось в первый раз.
Удар.
1.7. Проповедник
Завывающий ветер, теплый, как кровь, гонял пыль по разрушенной Долине шин.
Почерневший мусор дымился, покрышки плавились в пузырящиеся лужицы. На месте,
где когда-то стоял дом Сайласа Карпентера, остался лишь кратер, на дне кото-
рого были разбросаны покореженные грузовые контейнеры и раскуроченные ветря-
ные турбины.
Тай лежал в пыли, прижимая руку к животу, и глядел на раскаленное солнце.
Он не знал, сколько уже пролежал здесь. Несколько часов точно. Его руки бы-
ли липкими и красными. А живот, казалось, полон кислоты и стеклянных оскол-
ков .
Его ребят больше не было. Сэр Вестингауз, Пух, остальные парни из Банды
Фридж-стрит... Всех прикончила та сумасшедшая брюнетка, что прилетела на верто-
плане. Подъезжая к Долине, Банда Фридж-стрит ожидала драки, ясное дело. Но
никак не того кровавого побоища, что получила взамен. Где-то посреди этой мя-
сорубки Тай получил пулю в живот и билет в один конец до Гробовой Аллеи.
Боже, как же ему хотелось пить...
Вдруг его внимание привлек рев мотора, а затем тихий скрип тормозов. Он по-
пытался поднять голову, но боль была невыносимой. Тай услышал, как медленно
захрустел гравий под ботинками, зазвенели шпоры. Может, Серые плащи? Очень
вовремя. Чертовых законников вовек не дождешься, когда они так нужны. Но мо-
жет, они хотя бы подлатают его, может...
- Эй, - слабым голосом позвал Тай. - Эй, п-помогите!
В ответ он услышал низкое рычание, к которому добавилось пронзительное тяв-
канье. Изогнув шею, парень увидел двух собак, стоящих среди металлолома. Одна
из них была огромной, черной, похожей на дикую. Вторая была из тех миленьких
собачек, какие обычно сидят на коленях у старушек, - маленькая, белая и очень
пушистая.
Тай готов был поклясться, что их глаза светились.
- Мэри , - раздался глубокий голос с хрипотцой. - Джоджо. Тихо!
До Тая донеслись звуки шагов, скрип кожи. Поморщившись от боли, он припод-
нялся на локте и увидел высокого парня в пыльном черном плаще и широкополой
ковбойской шляпе. Да, этот мужик точно был не из законников, даже несмотря на
почти схожий цвет плаща.
Его лицо было обветренным, но симпатичным, глаза выделялись бледностью и
невероятной голубизной. Вооружен он был серьезно: за спиной висела винтовка,
на бедрах - два сделанных под заказ револьвера, ремень был снабжен неизвест-
ными Таю технологиями. Его правая рука была стянута красной перчаткой. Из на-
грудного кармана выглядывала старая, видавшая виды Библия. А вокруг шеи, по-
верх черной рубашки, мужчина носил белоснежный воротничок.
- В-вы... священник? - спросил Тай.
- Проповедник. - Мужчина коснулся полей своей шляпы. - Как дела?
- Как дела? - Тай покашлял, поднял вверх свои окровавленные ладони. - У ме-
ня в животе пуля, мистер Проповедник, как, черт побери, вы думаете?
- Хм, - проворчал мужчина. Порывшись в кармане, он достал щепотку синтети-
ческого табака и засунул его за щеку. Поглаживая щетинистый подбородок, про-
поведник осмотрелся.
- Вы так и собираетесь просто стоять? - воскликнул Тай. - Меня подстрелили,
Проповедник. Позовите Серые плащи. Мне нужно...
- Закрой рот, мальчик, - перебил его мужчина. - Если не хочешь получить еще
одну пулю.
Что-то в голосе Проповедника заставило Тая умолкнуть. Это что-то было по-
хлеще кислоты с осколками стекла, и он ощутил прилив холодного, скользкого
страха. Проповедник обводил взглядом побоище, трупы и разрушенных Спартанцев,
дымящиеся шины. Кивнул сам себе. Сплюнул коричневую жижу в пыль.
- Да уж, вы, парни, тут постарались.
Тай схватился за рану в животе, облизал пересохшие губы.
- Послушайте, у вас есть в-вода? Я очень хо...
- Я ищу кое-кого, - ответил мужчина, продолжая рассматривать мусор. - Блон-
динка. С необычной прической. Тощая мусорщица, не выше тебя. - Он показал ру-
кой примерный рост.
- Д-да, это Иви. - Тай поморщился. - Я з-знаю ее.
- И где же она, мальчик?
- Она... она улетела. Она и ее дедушка Сайлас. Улетели... на своем проклятом
доме, представляете? А потом прилетела брюнетка на вертоплане и р-разбомбила
к чертям всю мою банду.
- Хм, - проворчал Проповедник.
- Мистер, я правда очень хочу пить...
Мужчина, не обращая на него внимания, ушел, взяв с собой черную собаку. Бе-
лая и пушистая осталась сидеть на кучке мусора и таращиться на Тая. Он не ви-
дел, чем занимается священнослужитель, изо всех сил стараясь не замечать боль
в животе. Парень не знал, сколько пролежал вот так. Минуты расплывались, как
лужа крови под ним. Наконец, он снова услышал приближающиеся шаги. Подняв го-
лову, увидел, что Проповедник наклоняется к нему.
У мужчины в руках было грязное пончо, наполовину обгоревшее, все в красных
пятнах. Он протянул его Таю, и парень прочитал надпись на внутренней стороне
воротничка:
«Собственность Ив Карпентер. Если найдете, пожалуйста, верните в Долину
шин. Если украдете, то идите к черту, засранцы».
- Это она? - спросил Проповедник. - Иви Карпентер?
- Д-да, - простонал Тай. - Это она.
Проповедник протянул пончо своим собакам. Они нюхали ткань, их глаза по-
прежнему приглушенно светились. Маленький белый пушистый комок зарычал, как
сломанная бензопила. Тай застонал от нестерпимой боли в животе. Он уже начал
ощущать во рту привкус крови.
- Проповедник, мне больно. Правда, очень больно.
- Угу, - ответил мужчина, все так же глядя по сторонам.
- Вы же парень с Библией. Разве вы не поможете мне?
Проповедник вздохнул.
- Думаю, что помогу.
Потянувшись к ремню, мужчина вытащил огромный пистолет.
- Эй-эй, погодите! Погодите! - Тай поднял вверх окровавленные ладони. - Вы
же с-священнослужитель, вы не можете просто так взять и убить меня!
Проповедник прицелился в точку между глазами Тая.
- Мальчик, только я и могу.
БАХ!
Мужчина еще раз обвел взглядом поле битвы. Прикинул, как развивались собы-
тия . Послушал ветер. Убедившись, что его блитцхунды запомнили запах, он на-
бросил пончо на размозженную голову Тая.
Сплюнул в пыль и проворчал: «Хм».
Развернувшись на каблуках со шпорами, Священник умчался прочь.
ЧАСТЬ 2.
МОРСКОЕ
ЧУДОВИЩЕ
1.8. Вдох-выдох
Это не моя жизнь.
Это не мой дом.
Это не я.
Мои брат и сестры сидят рядом со мной, растянувшись на белых диванах, оби-
тых неизвестной мне тканью. Комната большая, в форме сердца, на стенах в го-
лографических рамах висят картины, написанные еще до Армагеддона. Безоблачное
небо за окном с подкрашенными стеклами кажется почти голубым.
Я никогда не бывала здесь раньше.
Я прожила в этом месте всю жизнь.
Мой младший брат Алекс играет в шахматы с самой старшей из моих сестер,
Оливией, и, похоже, выигрывает. Таня уткнулась в свой карманный планшет -
гаджет из гибкого стекла. Мари сидит позади меня и бережно заплетает мои
длинные светлые волосы в косу. Мои ресницы дрожат, словно крылья бабочек.
Но бабочек больше не существует.
Из стен играет музыка, ноты мурашками пробегают по моей коже. Но соната
медленно затихает, и ее сменяет голос, который, кажется, звучит одновременно
со всех сторон. На пустом постаменте вдруг возникает фигура, полупрозрачная,
словно вырезанная из света. Это женщина, похожая на прекрасного ангела, за ее
спиной развеваются длинные крылья.
- Дети, сюда идет ваш отец. Он хочет поговорить с вами.
Это объявление сразу же вносит суету, мы все встаем и разглаживаем свои
чистые белые одежды. Я улыбаюсь Алексу и получаю от него лучезарную улыбку в
ответ. Оливия кладет мне руку на плечо, а я сжимаю ладонь Марии. Такое ощуще-
ние, что мы не видели отца уже целую вечность. Я помню, что он был очень за-
нят Работой. И что я ужасно по нему соскучилась.
Воспоминания Ив проносились, как кадры поврежденной пленки на сломанном эк-
ране, и она увидела своих брата и сестер такими, какими помнила. Их одежда
была ни новой, ни чистой. Они не жили в прекрасной комнате, полной прекрасных
вещиц. А вместо музыки откуда-то издалека раздавались крики. Крики девочки.
Она плакала и кричала.
Картинка меняется вновь, и я опять возвращаюсь в то несуществующее место. В
не-свою жизнь. В не-свой дом. Мой отец стоит перед нами и одет не так, как я
помню. Но он протягивает к нам руки, и мы бросаемся в его объятия. Мать стоит
рядом с ним, бок о бок, и пусть это незнакомое место, на мне непонятная одеж-
да и жизнь какая-то чужая, но именно так я нас и помню. Всех вместе. Семьей.
Навечно.
Этого ничто не изменит.
- Дети, - говорит отец. - Я хочу, чтобы вы кое с кем познакомились.
Этого ничто не изменит.
Вдох-выдох.
Повсюду была вода. Черная, соленая и какая-то слишком теплая. Острые лучи,
пробивавшиеся сверху. Миллионы танцующих пузырьков, жалобный стон металла,
головокружение, от которого ее затошнило, когда тусклый свет стал гаснуть.
Они тонули.
Не дышать!
Ив крепко зажмурилась и переключила оптический имплантат в режим недоста-
точной видимости. Когда она снова открыла глаза, мир вокруг стал черно-
зеленым, все звуки под водой казались далекими и приглушенными. Грузовой ко-
рабль шел на дно, погружаясь в маслянистые, грязные воды Зоны-Бэй. Ив по-
прежнему была пристегнута к креслу пилота. Лемон лежала сверху, без сознания,
ее растрепанные кроваво-красные волосы напоминали сносимые течением водорос-
ли , из рассеченной брови струилась настоящая кровь.
Ив вспомнила, где они находятся. Вспомнила битву с Фэйт, которой удалось
похитить дедушку. Ее легкие горели, голова трещала. Но ярче всей этой боли
была одна-единственная мысль, пульсирующая в ее сознании. И чем глубже они
уходили вниз, тем громче она становилась.
Дыши!
Крикет появился рядом с ее талией и начал разрывать стягивающий ее ремень
безопасности. Его испуганные глаза светились в темноте. Пальцы Ив нащупали
застежку, ей удалось вытащить ее, и они с Лем вывалились из кресла. Кабина
была полна пузырьков, спирали из миллионов прозрачных шариков поднимались
вверх. Кайзера нигде не было. Как и Иезекииля. Ив едва могла различить по-
верхность океана - теперь уже далекую и размытую. С каждой секундой корабль
погружался все глубже. Нужно было выбираться оттуда - умирать совершенно не
хотелось. Ей не понравилось еще в тот, первый раз.
Ив схватила Лемон за куртку и стала усиленно перебирать ногами, чтобы вы-
плыть через разбитое лобовое стекло. Крикет уцепился за ее ремень. Вода была
с привкусом нефти и смерти, затекала в ботинки и карманы девушки, которая
поднималась вверх, к далекому свету. Далекому, как небо.
Корабль, который на протяжении двух лет служил Ив домом, шел ко дну, стре-
мясь утащить ее с собой в могилу. Она покачала головой, продолжая яростно от-
талкиваться ногами и обнажив зубы. Только не погружаться во тьму! Только не
уснуть вечным сном! Плыть вверх! Девушка сжимала в кулаке воротник куртки
своей лучшей подруги, руки и ноги Лем покорно плыли за течением. Их окружала
вода. Вода была повсюду.
Не дышать!
Лем была очень тяжелой. Даже собственные ботинки казались Ив свинцовыми.
Одежда тянула ее назад. Крикет тоже пытался плыть, но он был металлическим.
Во время падения ему каким-то чудом удалось схватить Экскалибур, который лишь
добавлял им веса, тянувшего ко дну. Во время драки Фэйт ударила Ив по голове,
отчего теперь стучало в виске, а кость вокруг накопителя памяти гудела от бо-
ли. Неужели накопитель был повреж...
Ее голову словно взорвала вспышка света. Перед глазами появилась картинка:
белые стены, белые полы и потолки. Зазвучал чей-то голос, больше похожий на
музыку. Она была в саду, которого прежде никогда не видела, защищенном от но-
чи стеклянным куполом. Улыбка. Нежная и прекрасная, еще чуть-чуть и совершен-
ная.
Я был создан для тебя.
Весь целиком.
Все, что я делаю,
Я делаю ради тебя.
Скрип металла. Невыносимое давление. Иви моргала, качала головой, пытаясь
выбраться из этих тисков. Подняться к невообразимо далекому свету.
Дыши!
Очень далеко.
Не дыши!
Слишком далеко.
Кто-нибудь, помогите мне!
Дедушка?
Иезекииль?
Пожалуйста?
Она услышала это прежде, чем увидела. Ощутила за спиной дрожь воды. Черные
пятна перед глазами мешали видеть, легкие были словно охвачены огнем, но Ив
повернулась, а оно уже поднималось из темноты. Огромное и невероятное, оно
плыло из мрака прямо к ней.
Ив закричала. Израсходовав оставшийся кислород. Как глупо! Как по-детски!
Но то, что было перед ней, словно появилось из сказки. Неведомое гигантское
чудище, такое большое, что даже не видно было, где оно заканчивается, - каза-
лось , этот монстр растянулся на тысячи морских саженей. Его необъятный пан-
цирь был усеян многочисленными наростами и шрамами. Вокруг колыхались длин-
ные, похожие на небоскребы конечности. На жутких мордах зияли бездонные чер-
ные дыры.
Открылись три огромных рта.
Не дыши!
Небывалой силы водоворот начал засасывать ее внутрь.
Дыши!
И вот тьма поглотила Ив целиком.
Они прекрасны.
Это первая мысль, которая приходит в голову, когда я смотрю на них. На лю-
дей и в то же время нет. Живых и в то же время нет. Их кожа разных оттенков,
от темно-коричневого до бледно-белого. Глаза тоже у всех разные - от цвета
когда-то голубого неба до черного, словно ночь. Но все они, как один, удиви-
тельно, невообразимо прекрасны. Словно поэзия. Прекрасно в них все - то, как
они двигаются. То, как улыбаются.
Само совершенство.
- Дети, - говорит наш отец. - Познакомьтесь с моими детьми.
Глядя на эти прекрасные создания, я не могу понять собственных чувств. Мари
сжимает мои пальцы, ощущая ту же неуверенность, что и я. Но, как всегда,
единственный, кто ничего не боится, это мой младший брат. Он подходит к бли-
жайшему из них, протягивает руку и с улыбкой произносит:
- Меня зовут Алекс Монрова.
Но наша фамилия Карпентер...
Тот, к кому он обращается (я даже не могу назвать его парнем, потому что,
каким бы невероятным он ни был, это не человек), протягивает руку в ответ. Он
намного выше Алекса. С густыми светлыми волосами, растрепанными в идеальном
беспорядке над скульптурным лбом. Он так красив, что у меня перехватывает ды-
хание . У него мраморная кожа, а блестящие глаза похожи на зеленое стекло.
- Я очень рад познакомиться с тобой, Алекс, - улыбается он. - Меня зовут
Габриэль8.
Алекс широко улыбается этому почти-человеку. Вокруг нас собрались ученые,
говорят тосты и поднимают бокалы, наполненные шипучим этанолом. С постамента
за нами наблюдает сотканный из света ангел, ее прекрасное лицо ничего не вы-
ражает . Никогда не видела, чтобы она улыбалась.
Отец представляет нас остальным. Все они примерно моего возраста, может,
чуть старше. Одна из них, темноволосая девушка по имени Фэйт, стискивает меня
в объятиях и обещает, что мы с ней станем лучшими подругами. Другая девушка с
длинными огненно-рыжими кудрями и сверкающими изумрудными глазами представля-
ется как Хоуп. Я понимаю, что они не настоящие люди - это репликанты, так их
называл мой отец. Но когда Хоуп целует меня в щеку, я ощущаю, какие теплые и
мягкие у нее губы, и не могу не удивиться, насколько же мы с ними похожи. Ко-
нечно, раньше я уже видела андроидов - кукольных людей с синтетической кожей.
Но эти совершенно другие.
- Ну, что скажешь, Принцесса? - спрашивает меня папа.
По правде говоря, я и не знаю, что сказать.
Меня представляют другим репликантам с именами ангелов и добродетелей. Ури-
эль9. Пэйшенс10. Верити11. Высокого зовут Рафаэль12, и он улыбается, словно
знает никому не известную тайну. Девушку с длинными и золотистыми, как у ме-
ня , волосами зовут Грейс13. Она стоит рядышком с парнем по имени Габриэль и
улыбается, когда он что-нибудь говорит. Не помню, чтобы когда-нибудь видела
кого-то настолько прекрасного.
Но потом я вижу его.
У него темные волнистые волосы и оливковая кожа. Глаза такие же голубые,
как небо до Армагеддона на старых фотографиях, а ресницы черные и длинные.
Тонкие губы идеальной формы, а улыбка слегка кривая, как будто что-то забав-
ляет его лишь наполовину. Поймав на себе его взгляд, я чувствую, как пол ус-
кользает из-под ног. А когда он улыбается мне, на его щеке появляется ямочка,
и мир раскалывается на две половинки. Парень жмет мне руку, но я не чувствую
собственных пальцев, совсем ничего не чувствую, кроме оглушительного стука
своего сердца.
- Я Иезекииль14, - говорит он голосом, похожим на теплый мед.
- Я Ана, - отвечаю я.
...Но меня зовут Ив.
Вокруг была лишь темнота. Ни крупицы света. Ив по-прежнему сжимала в кулаке
воротник Лемон, мертвой хваткой удерживая свою лучшую подругу. Она одинаково
слышала и ощущала безостановочный ритм, пульсацию. Что-то глухо стучало,
сдавливая ей грудь и глаза.
Тук-тук. Тук-тук.
Один из архангелов в христианстве, Гавриил.
9 Один из архангелов в христианстве, Уриил.
10 В переводе с английского «терпение».
11 В переводе с английского «истина».
12 Один из архангелов в христианстве, Рафаил.
13 В переводе с английского «благодать».
14 Согласно христианскому учению один из четырёх ветхозаветных «великих пророков».
Ив качало туда-сюда. Ничего не было видно. Только слышно было, как шумит
вода, и со всех сторон чувствовалось что-то мягкое. Во рту был привкус соли.
От соли же саднило в глазах. Переворачиваясь, неловко шаря руками, она цепля-
лась пальцами за скользкие и мокрые стены вокруг. Ее голова вынырнула на по-
верхность , и девушка судорожно вздохнула. И тут же хватанула ртом как можно
больше воздуха, потому что ее снова засосало под воду.
Похоже на тоннель...
Пространство сужалось. Давило со всех сторон. Ив ощущала на себе пористые
щупальца. Они шарили по ее коже, лезли в глаза и уши. Склизкие липкие стены
сжимались, проталкивая ее дальше во тьму, дальше по, как до нее, наконец,
дошло...
Нет, не по тоннелю.
Тук-тук. Тук-тук.
Это глотка...
Ив выплюнуло куда-то в более просторное место, и она с воплем покатилась
кубарем, размахивая руками. Вжав голову в плечи, девушка упала в какую-то те-
плую слизь. Место за ухом, где был встроен накопитель памяти, пронзила вспыш-
ка острой боли. Перед глазами замелькала беспорядочная череда картинок.
Ее отец, поздно вернувшийся домой с работы, целует ее в лоб и поправляет
одеяло.
Мама читает у окна и рассказывает ей про старый мир.
Ее брат, одетый во все белое. Сидит в полоске солнечного света. На кончиках
его пальцев - механические бабочки, и он манит ее к себе.
«Ана, иди посмотри».
Вынырнув из слизи на поверхность, Ив убрала с глаз мокрые волосы. Теперь
она могла видеть. Мрак сменился тусклым, пульсирующим фосфоресцирующим свече-
нием, отбрасывающим причудливые сине-зеленые тени. Девушка вытащила из жижи
кулак, который по-прежнему крепко сжимал воротник от куртки Лемон. И от осоз-
нания того, что Лемон в этой куртке нет, Ив вся похолодела. Где-то по дороге
сюда она ее потеряла.
И теперь Ив была совсем одна.
- Лемон?
Ее крик эхом отскочил от темных стен, в груди начал расти страх за подругу.
Прищурившись, девушка поняла, что находится в просторном отсеке с блестящими,
скользкими изогнутыми стенами. Стук так и не прошел, она по-прежнему слышала
его, сверху и снизу. А потом Ив чуть не вывернуло наизнанку, когда она поду-
мала, что эта слизь вокруг ужасно похожа на сопли.
- Лем!
Вытянув голову, она увидела впереди возвышающуюся беспорядочную груду раз-
ного хлама, образующего в этом склизком океане огромный остров. Там были ржа-
вые обломки автомобилей и покореженные грузовые контейнеры. Огромные кучи из
пластика и пенопласта, переплетенные сгнившими водорослями. Ржавые консервные
банки и бочки. Вонь стояла такая, что могла сбить с ног, и Ив, ощутив, как к
горлу подступает желчь, едва смогла удержаться от того, чтобы ее не стошнило.
- Кри-Крикет?
Ее крик отражался от стен огромного отсека, но ответом был лишь назойливый
стук. Тук-тук. Тук-тук. Ив заработала руками и ногами, держа курс на остров
из мусора, слизь вокруг чавкала и шипела. Ощутив под ногами твердую почву,
она уже наполовину шла, наполовину плыла, а когда вылезла из жижи, то, запы-
хавшись , упала на гнутый лист ржавого железа. В животе снова забурлило, но в
этот раз она не стала бороться, и ее вырвало остатками завтрака на металл. Ив
облизала губы, сплюнула и посмотрела на печальную маленькую лужицу извергну-
того «Нео-Миташ» перед собой.
- Я прекрасно понимаю, что ты чувствуешь, - прохрипела девушка.
Перекатившись на спину, она вытерла глаза от жижи и прижала к груди куртку
Лемон. В воздухе стоял тошнотворный смрад серы и гнили, продолжал вибрировать
глухой стук. Ив была покрыта слизью с ног до головы. Всмотревшись повнима-
тельнее сквозь фосфоресцирующее свечение, она поняла, что стены сделаны из...
плоти, по-другому и не скажешь.
- Лемон! - снова завопила девушка. - Ты слышишь меня?
- Уа-а-а-а-а-а-а-а-а-а-а-а!
Потолок над ней раздулся, разверзся и выплюнул в отсек несколько галлонов
черной океанской воды. Вместе с ними выпал и маленький человечек, собранный
из металлолома и запасных частей. Размахивая руками, но не выпуская Экскали-
бур, он рухнул в слизь.
- Крикет!
Ив отбросила курку Лемон в сторону и бросилась обратно в жижу. Морщась и
борясь с рвотными позывами, она принялась шарить в отвратительном месиве. Не
отыскав маленького бота, девушка сделала судорожный вдох и нырнула в слизь,
разгребая ее руками. Наконец ее пальцы нащупали механизм на бите-шокере, и Ив
стала всплывать. Маленький логик крепко цеплялся за рукоятку оружия. Ей не
без труда удалось вернуться на остров, и, выбравшись, она упала на живот, а
бот - рядом с ней.
Крикет тоже был весь в слизи. Он потряс своей большой головой, потом долго
махал несовпадающими по размерам руками и ногами, чтобы избавиться от сгуст-
ков липкой дряни.
- Даже в моих лексических программах нет таких слов, чтобы описать, сколь
сильное отвращение я сейчас испытываю!
- Догадайся, как я себя чувствую. - Ив откашлялась. - Мне пришлось снова
нырять в эту гадость, чтобы спасти тебя.
- А что это, сопли?
Ив пожала плечами. В голове пульсировало в ритм с глухим стуком. Девушка
положила руку на свой накопитель памяти и поморщилась от боли. Перед глазами
вспыхнул белый свет. Беспорядочно стали всплывать картинки. Лица, которые она
никогда не видела. Слова, которые она никогда не произносила.
- Где мы? - спросил Крикет.
Ив не могла ответить. Она лежала с закрытыми глазами и старалась просто ды-
шать .
- ...Иви, ты в порядке?
Вдох-выдох.
- ...Иви?
Все повторялось. Ив чувствовала, что ее вот-вот снова смоет. Сметет очеред-
ным потоком из картинок, сломанных калейдоскопов и разбитых рамок от фотогра-
фий. Она изо всех сил зажмурилась, стараясь не поддаваться, и сжала кулаки,
до боли впившись пальцами в ладони, как будто пытаясь спасти себя от того,
чтобы не разлететься на части. Голос Крикета звучал словно откуда-то издале-
ка. Звал ее по имени.
Вдох-выдох.
- Иви? - кричал бот, дергая ее за руку. - Ив!
Просто дыши.
- ...Что со мной происходит?
1.9. Кракен
Отец говорит, что создавать разум - это то же самое, что создавать двига-
тель : легче использовать уже готовые детали, чем начинать все с нуля. Поэтому
он смоделировал репликантов по образу и подобию тех, кого знал. Скопировал
частички людей, которых любил. Усадил нас в гладкие кресла в форме кокона,
подсоединил электроды к нашим вискам и списал наши характеры. Наши индивиду-
альные особенности. А потом разобрал их на уравнения и закодировал в схемы,
спрятанные за прекрасными глазами цвета полуночи и когда-то голубого неба.
Наша мама стала моделью для Грейс. Наша старшая сестра Оливия - для Рафа-
эля. Мари была прообразом Хоуп, наш отец - Габриэля, ну а Фэйт определенно
была создана по моему подобию.
Мы с ней стали лучшими подругами, как она и обещала. Часами можем болтать о
всяких пустяках. Я люблю брата и сестер, свою семью, но нас словно прячут за
стенами Вавилонской башни. Родители изолировали нас от мира, в котором живут
все остальные. Мне пятнадцать лет, и я понимаю, что у меня никогда не было
настоящего друга.
До сегодняшнего дня.
Кто-то из репликантов выполняет поручения моего отца, помогает ему с компа-
нией , которой он потихоньку начинает управлять единолично. Папа - гений. В
«Гнозис Лабораториз» все так говорят. Грейс прекрасной тенью следует за ним
по пятам, сопровождает его на всех встречах совета правления и записывает ка-
ждое его слово, каждую его мысль. Габриэль и Иезекииль тренируются вместе с
командами службы безопасности на нижних этажах башни. Похоже, их предназначе-
ние в том, чтобы защищать нас. Но, видимо, некоторые из репликантов существу-
ют лишь для того, чтобы учиться. Фэйт как раз из таких - наблюдает своими чу-
десными серыми глазами, как мы с Мари болтаем, спорим или смеемся. И мне ка-
жется , что никто другой не знает меня лучше Фэйт. Ее вопросы всегда попадают
в яблочко.
- Ана, ты когда-нибудь влюблялась? - однажды спрашивает она меня.
Мы, держась за руки, лежим на полу в моей комнате и смотрим в потолок. Все
утро мы провели за игрой, передвигая цифровые фигурки по цифровым доскам. Еще
каких-то пару недель назад Фэйт едва поспевала за нами, а сейчас все время
выигрывает.
Скоро ей предстоит посетить докторов. Они обследуют ее. Снимут показатели
ее роста. Фэйт как-то рассказала мне, что ей не нравится, как там с ней раз-
говаривают . Словно с ребенком. И она заставила меня пообещать, что это оста-
нется нашей тайной.
- Нет, - отвечаю я. - Я еще ни разу не влюблялась. А ты?
- Не знаю, - хмурится Фэйт. - Может быть.
- По-моему, ты сразу это поймешь. - Я представляю Иезекииля. Его идеальной
формы губы и глаза, в которых мне хочется утонуть. Но он не такой, как я. Он
не человек, и я понимаю, что хотеть быть с ним - это неправильно. Однако, все
же, кажется, хочу. - Говорят, это волшебное чувство.
- М-м-м.
Я приподнимаюсь на локте, длинные светлые волосы спадают на мое плечо.
Смотрю в глаза Фэйт, но в своей голове говорю с кем-то другим.
- Неужели отец создал репликантов способными любить?
- О, конечно! - отвечает Фэйт. - Он создал нас такими, что мы можем практи-
чески все.
Она хмурится и переходит на шепот:
- Мне кажется, Грейс влюблена в Габриэля.
- Правда? - Я сжимаю ее пальцы, обрадованная этой новостью. - Они целова-
лись?
- Она не стала бы мне рассказывать. Никому не стала бы. - Фэйт задумчиво
закусывает губу. - По-моему, докторам это совсем не понравится, если они уз-
нают .
- Но отец и остальные ученые создали вас похожими на нас, - говорю я. - По-
чему ты думаешь, что они не обрадуются, если вы будете в точности как мы?
- Потому что мы не совсем как вы. - Задумчивое выражение на лице Фэйт сме-
няется угрюмым. - Пусть мы и выглядим, как люди, но по-прежнему подчиняемся
Трем законам. Можешь размозжить мне череп, и я никак не смогу остановить те-
бя, если ты прикажешь. Можешь приказать мне спрыгнуть с балкона, и я вынужде-
на буду подчиниться.
- Зачем ты говоришь такие ужасные вещи? - Я сжимаю ее руку. - Ты моя самая
лучшая подруга. Я никогда не поступлю так с тобой. Никогда!
- Я знаю. - Фэйт вздыхает. Она поднимает на меня глаза, и они блестят, как
будто в них стоят слезы. - Рафаэль какой-то грустный.
Я моргаю. Рафаэль один из моих любимчиков. У него бездонные глаза и зарази-
тельный смех. Мы - он, Мари и я - организовали что-то типа книжного клуба.
Каждую ночь мы читаем книги из огромной библиотеки с нижних этажей, а утром
встречаемся и делимся своими мыслями.
- Раф чем-то опечален? - спрашиваю я.
- Он ничего не говорит, - отвечает Фэйт. - Но я вижу это по его глазам.
Она качает головой, словно пытаясь отогнать от себя мрачные мысли. Но стоит
мне подумать о том, что еще может ее заботить, как вдруг гаснет свет. Фэйт
быстро встает. Ее движения плавные, как вода, и кристально-белое платье обви-
вается вокруг ее длинных ног.
- Я опаздываю на осмотр. Пойдешь со мной?
- ...Конечно.
Фэйт берет меня за руку и с легкостью поднимает. Она намного сильнее меня.
Все они такие: сильнее. Быстрее. Умнее.
Лучше?
Иногда я спрашиваю себя, что они думают о нас в действительности.
Иногда я задумываюсь, что же на самом деле создал мой отец.
Фэйт наклоняется и нежно целует меня в губы.
- Я люблю тебя, Ана, - говорит она.
...Но меня зовут Ив.
- Хватит...
Ив стояла на четвереньках, опустив голову. Длинная челка свисала прямо на
глаза, кожа измазана в гадкой слизи.
- Остановите это кто-нибудь... - прошептала она.
- Ив, что с тобой? - жалобно спросил Крикет. - Я не смогу помочь тебе, если
ты мне не расскажешь!
Ей нужно взять себя в руки.
Нужно постараться разобраться хоть в чем-то...
- Репликант... она ударила меня по голове, - удалось произнести Ив. - Дай мне
минутку.
Отсек задрожал, глухой булькающий звук эхом прокатился по влажным пульси-
рующим стенам. Ив подняла глаза и поморщилась, когда потолок снова разверзся.
Только в этот раз он выплюнул насквозь промокшего и размахивающего руками Ие-
зекииля. Репликант, перекувыркнувшись в воздухе, упал прямо в слизь. Он быст-
ро вынырнул, хватая ртом воздух и стал разгребать жижу рукой.
Ив села на корточки, все еще пытаясь отдышаться.
- Нет уж, я не стану прыгать в это дерьмо в третий раз! - объявила она.
- Даже не смотри на меня, - ответил Крикет. - Первый закон гласит, что я
обязан защищать только людей. Так что кровожадные боты-убийцы как-нибудь сами
по себе.
Похоже, Иезекиилю было непросто плыть лишь с одной рукой, так что Ив, в
конце концов, вздохнула и, пошатнувшись, встала. Голова по-прежнему трещала,
кость вокруг накопителя памяти болела, словно ей в том месте раскроили череп.
- Иви, серьезно, с тобой все в порядке? - спросил Крикет.
Ив отмахнулась от него, порылась в обломках вокруг них. Ее переполнял ужас.
Те картинки, которые она видела... их можно было объяснить только одним спосо-
бом . Но это объяснение пока не укладывалось у нее в голове и пугало. Это было
слишком, особенно если учесть то, что с ними сейчас происходило, что Лемон и
Кайзер пропали, а головная боль становилась лишь сильнее.
Но, по крайней мере, теперь она знала, что Иезекииль каким-то образом был
связан с тем, что с ней происходило. Позволить ему утонуть (если репликанты
вообще могли утонуть) в озере слизи было бы не самым умным решением. Ив нашла
моток веревки, спутанный со сгнившими водорослями. Поморщившись от исходящего
от них зловония, девушка бросила веревку репликанту, и когда он схватился за
нее, изо всех потянула, подтаскивая андроида к своему металлическому берегу.
Иезекиилю удалось выбраться из жижи, и он принялся откашливаться и стирать с
лица вязкую гадость.
- Спасибо, - поблагодарил репликант.
Она дернула плечом. Иезекииль перевел взгляд на Крикета, который вяло по-
хлопал в ладоши.
- Как мило с твоей стороны, что помог, - сказал репликант.
- О, я бы помог, если мог, красавчик, - ответил маленький логик. - Помог бы
утопить тебя в этих помоях, где тебе самое место!
Иезекииль проигнорировал этот выпад и снова посмотрел на Ив.
- Где госпожа Лемон?
Ив часто моргала, стараясь сосредоточиться, несмотря на острую боль, от ко-
торой раскалывалась голова. Она показала на лежавшую в стороне куртку Лем,
борясь с охватившей ее паникой.
- Она была с-со мной... но я потеряла ее. И где Кайзер, я тоже не знаю.
- Я успел схватить его, - ответил Иезекииль. - Но упустил, когда это суще-
ство проглотило меня. Не волнуйтесь, мы найдем их. Скорее всего, они в одном
из других желудков.
- Желудков? - Ив плюхнулась на задницу, попытавшись оттереть слизь со своих
рук. - Слушай... так где мы оказались, черт подери? Что это за место?
- Мы внутри кракена, - ответил Иезекииль.
Ив изумленно покачала головой.
- и что это значит, Контуженый?
Иезекииль вздохнул.
- Я бы хотел, чтобы вы перестали так меня называть.
- Мне лично больше нравится Культяпка. - Крикет показал на отрубленную руку
репликанта. - Это просто предложение.
- Меня зовут Иезекииль.
- А меня Ив. - Девушка склонила голову набок. - Хотя погодите, а может,
Ана?
Иезекииль снова вздохнул.
- Я уже объяснил, что был не в себе, когда назвал вас этим именем, потому
что сильно повредил голову во время крушения.
- Значит, пусть все-таки будет Контуженый.
- Госпожа Ив, я ду...
Ив зашипела, когда перед глазами снова взорвалась белая вспышка, а потом
замелькали новые кадры. Она и ее семья, все собрались за длинным обеденным
столом и улыбаются друг другу. Башня, возвышающаяся над царством обгорелого
стекла. Снова ее семья, их мертвые, остывшие тела на полу. Четыре фигуры. С
пустыми глазами и лицами ангелов.
В которых больше от человека, чем в самом человеке...
И вот девушка снова стояла на четвереньках, опустив голову, а Крикет суе-
тился рядом.
- Иви, ты слышишь меня?
- Госпожа Ив, вы...
- Отстань от нее, ублюдок, - зарычал Крикет. - Ей нужен воздух.
- Я прошел курс человеческой анатомии и медицинской...
- А, это для того, чтобы проще было их убивать, да?
- На случай если ты что-то пропустил, малыш, я спас ей жизнь!
- Нам не нужная твоя помощь, Культяпка! - пронзительно закричал Крикет,
впадая в ярость. - И если еще раз назовешь меня маленьким, я оторву тебе вто-
рую руку и засуну ее тебе в...
- Может, вы двое заткнетесь? Пожалуйста? - простонала Ив.
Крикет тут же закрыл рот и принялся топтаться вокруг1 нее, как курица-
наседка, только металлическая. Ив зажмурилась, со свистом втянув воздух. Ко-
рда боль чуть утихла, ей сразу стало легче дышать. Но кровь в висках стучала
в такт пульсации окружавших их стен. Бой барабанов войны, весьма подходящий
той войне, что продолжалась внутри ее черепа.
Тук-тук.
Тук-тук.
Иезекииль опустился на колени рядом с ней. Не говоря ни слова. Но когда она
посмотрела на него, то увидела в его слишком голубых глазах неподдельный
страх.
Белоснежные стены. Иезекииль стоит на колене рядом с ее постелью, переплетя
ее пальцы со своими. От машин рядом с ней доносится тихий сигнал, повторяя
каждый удар ее сердца.
- Я думал, что потерял тебя, - шепчет он.
Ив нахмурилась, в висках стучало.
- ...Что?
Репликант моргнул.
- Я ничего не говорил, госпожа Ив.
Мир вокруг снова погрузился во тьму. По отсеку глухо бухал пульс, отдаваясь
в основании ее черепа. Ив прижала пальцы к глазам, чтобы остановить боль.
- Иви, ты как? - спросил Крикет.
Она покачала головой.
- По-моему, мой накопитель памяти серьезно поврежден.
Маленький логик осмотрел имплантат и склонил голову набок.
- Похоже, бот-убийца проломила чип, когда ударила тебя. Это плохо.
- Какой именно чип?
- Третий с конца. Красный.
Ее воспоминания. Фрагменты из ее детства, сдерживаемые вместе плевком и
изолентой. Собранные для нее дедушкой.
«...Дедушка? - Идеальные губы изогнулись в оскале. - Ох, бедняжка! Что он на-
говорил тебе?»
Ив закрыла глаза, сморщившись от боли.
- Иви...
- Я в порядке. Через секунду приду в себя. - Ив выругалась, села на корточ-
ки. Потом подняла глаза на Иезекииля, стараясь прогнать скачущие перед глаза-
ми картинки. - Что ты там рассказывал, Контуженый? Про желудки? Кракена?
Иезекииль бросил взгляд на Крикета, на его лице проступило явное беспокой-
ство .
- Давай, выкладывай, черт тебя подери! - рявкнула девушка.
- Вы слышали о «БиоМаас Инкорпорейтед»? - наконец спросил репликант.
- Мой накопитель памяти поврежден, но не выведен из строя. - Ив сердито на-
хмурилась . - Это одна из двух огромнейших корпораций на материке. Они занима-
ются сращиванием генов и модификациями ДНК.
- Их девиз: «Стабильность и рост». - Иезекииль кивнул. - И они воспринимают
его буквально. Их технологии больше не создаются, а растут. Дело в том, что
«БиоМаас» не нравится применять материалы, уже использованные «мертвым ми-
ром». Они считают их загрязненными. Нечистыми.
- Мы в курсе, Культяпка, - огрызнулся Крикет. - Половина хлама на Свалке
выброшена туда «БиоМаас». Они лучше выкинут его, чем переработают.
- Но им по-прежнему нужно где-то брать сырье, - продолжал Иезекииль. - По-
этому они создали кракенов. По сути, это живые пылесосы огромных размеров,
которые прочесывают океаны, собирая элементарные элементы.
- Металлы и все такое? - спросила Ив.
Репликант кивнул.
- Железо. Свинец. Медь. В океане около двадцати миллионов тонн золота. Но
его невозможно было собрать полностью, пока «БиоМаас» не разработали проект
«Кракен». Теперь по морям плавает где-то дюжина кракенов, отфильтровывая чис-
тое сырье от воды. Но океан настолько загрязнен, что кракенам приходится под-
бирать и весь мусор. Он собирается в специализированных отсеках типа этого -
желудках - а потом, когда места не остается, сваливается в определенные места
сброса отходов.
Крикет сложил руки на груди.
- То есть ты хочешь сказать, что эта штуковина так и будет плавать с нами в
желудке до тех пор, пока...
- Не выбросит нас, - кивнул Иезекииль. - В прямом смысле этого слова. И,
скорее всего, в глубокую-глубокую яму.
- Просто... Отвратительно, - пробормотала Ив.
- Вообще-то, технология сама по себе потрясающая, но...
- Так значит, они тупо плавают и пожирают все, что попадется?
- Знаете, кракены очень умные, - ответил Иезекииль. - А внутри них живет
экипаж. Биомодифицированный. Для того, чтобы лучше исполнять свои обязанно-
сти, но, тем не менее, человеческий.
Боль в голове Ив начала утихать. Она медленно поднялась, пальцами зачесала
назад длинную челку, чтобы снова получился ирокез.
- И где нам искать Лемон и Кайзера?
Иезекииль пожал плечами.
- Наверное, в другом желудке. У кракена их много. Эти штуки огромные. Самые
большие существа из всех, когда-либо населявших планету.
- Что ж, нам нужно отыскать их и убираться отсюда, - сказала Ив. - Тот реп-
ликант похитил дедушку. Ты знаешь, куда она могла забрать его?
Иезекииль отвел глаза, избегая встречаться взглядом с Ив.
- Да.
- Она называла тебя «братик».
- Да.
- Вы все сотой серии, верно? - не уступала Ив. - Репликанты, восставшие
против Николаса Монровы. Уничтожившие «ГнозисЛабс».
Тут Иезекииль посмотрел прямо на нее. Его глаза были полны печали.
- И ты знаешь что-то, о чем не хочешь мне рассказывать...
- Я...
Ив вдруг зашипела, сжала виски рукой и согнулась пополам от внезапно вспых-
нувшей острой боли.
- Иви? - спросил Крикет.
Девушка повалилась вперед, продолжая прижимать пальцы к вискам, и закрича-
ла, когда боль пронзила ее снова. Стены вокруг нее клокотали и качались, го-
товые треснуть, словно стекло. А за ними поджидала догадка. Слишком невероят-
ная и страшная, чтобы принять ее. Те хаотично сменяющие друг друга кадры, тот
калейдоскоп, тот слепящий поток - наконец она осознала, что это были...
Не просто картинки.
- Иви!
А воспоминания.
1.10. Сад
Отдел научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок «Гнозис
Лабораториз» занимает почти все этажи Вавилонской башни. Моя семья живет на
верхних этажах, в комнатах с белоснежными стенами, где всегда играет музыка.
Город внизу заселен десятками тысяч рабочих, принесших присягу корпоративному
государству «Гнозис». На нижних этажах стены серые - и вместо сонат ученые
слышат голос. Глубокий, нежный и прекрасный. Прекраснее, чем любая музыка,
играющая на верхних этажах.
- Доброе утро, госпожа Ана. Доброе утро, Фэйт.
- Доброе утро, Мириад15, - отвечаем мы, выходя из лифта.
Голографический ангел уже ждет на постаменте, излучая голубоватое свечение.
Такие постаменты расположены по всей башне, и ангел может появиться где угод-
но , помогая или предлагая совет. Иногда она просто наблюдает. Искусственный
интеллект, сердце Вавилонской башни, может посмотреть почти в любую из камер.
Послушать почти через любой микрофон. Если честно, для меня она что-то самое
близкое к богу. Только боги управляют, а Мириад создана для того, чтобы слу-
жить .
- Как вам спалось, госпожа Ана?
- Спасибо, Мириад, хорошо, - отвечаю я.
- А как ты себя чувствуешь, Фэйт?
- Спасибо, Мириад, чудесно, - говорит Фэйт, и ее улыбка согревает, как сол-
нечный свет.
На этажах, где располагается отдел НИОКР, как всегда, оживленно и суетливо,
повсюду снуют мужчины и женщины в белых длинных халатах. Жужжат компьютеры,
одновременно гудит миллион машин. На этажах под тем, на котором мы сейчас на-
ходимся , производят оружие для армии «Гнозиса». А еще логиков, патрулирующих
Стеклянную пустыню, и машины, чтобы разгромить конкурентов - другие корпора-
ции-государства. Как-то раз, когда я была еще маленькой, папа показал мне,
как работает часовой механизм, и мне кажется, этажи НИОКР «ГнозисЛабс» похожи
на него. Все части расположены строго на своем месте и работают в едином рит-
ме .
Мы с Фэйт, держась за руки, идем к лабораториям репликантов. Как только мы
входим внутрь, двери с тихим шипением раздвигаются, и выходит он, голубогла-
зый и сильный, с волевым подбородком и умелыми руками, о которых я иногда
мечтаю, но никому об этом не рассказываю. Даже свой сестре Мари.
Иезекииль улыбается, и на его щеке появляется ямочка. Я еле справляюсь с
собой, чтобы не пялиться на него.
- Доброе утро, Фэйт, - говорит он. - Доброе утро, госпожа Ана.
- Доброе утро, братик, - отвечает Фэйт.
Отец всех нас называет своими детьми. Репликанты зовут друг друга братьями
или сестрами. Но к нам обращаются «госпожа» или «господин», пока мы не прика-
жем им перестать так делать.
Я даже не знаю, как к этому относиться.
Стоит Иезекиилю посмотреть на меня, как я вспыхиваю. Словно ребенок. Глу-
пая, по уши влюбленная маленькая девчонка. Я почти не знаю мира за стенами
башни, почти ни разу не общалась с мальчишками своего возраста. Поэтому не
могу понять, что это за чувство - любовь? Страсть?
Не знаю почему, но когда он входит в комнату, все остальные словно переста-
ют существовать. Не знаю, почему просыпаюсь посреди ночи и хочу, чтобы он был
рядом. Но я замечаю, как он смотрит на меня. И я думаю, я надеюсь, я мечтаю,
Myriad (англ.), вымышленная мера счета, упоминаемая в романе Г. Уэллса «Когда
Спящий проснется».
что он испытывает ко мне такие же чувства.
Но несмотря ни на что, я понимаю, что это неправильно. Пусть внешне он кра-
сивый мальчик, на самом деле это совсем не так. Люди не могут любить роботов,
точно так же, как не могут любить свои карманные планшеты или компьютеры на
своих столах. Он не настоящий человек. Вообще не человек. Я веду себя глупо,
желая того, чего никогда не смогу иметь.
Но никак не могу не желать.
- Вы еще не заходили в отдел ботаники? - спрашивает Иезекииль. - Сегодня
утром они добились-таки, чтобы розы зацвели!
- Им удалось решить проблему с репликацией? - спрашивает Фэйт, ее глаза
вспыхивают от радости.
Иезекииль начинает сложно объяснять что-то об энзимах, реконструкции спира-
ли и клеточных узлах. Фэйт увлеченно подхватывает, но я почти ничего не пони-
маю. Мне сказали, что у меня образцовый коэффициент умственного развития, но
в отличие от своего папы я не ученый. Мне не понять и половины того, над чем
они здесь работают - уберегают виды от вымирания, изолируя и каталогизируя
их, спасают мир по молекулам.
Мой отец великий человек. И он всегда говорит, что великие люди несут ог-
ромную ответственность. Человечеству почти удалось уничтожить наш мир. Здесь
же, в Вавилонской башне, иногда забываешь, что была война, но я знаю, что
там, за стенами, жизнь коротка и жестока. В тех местах, куда во время Арма-
геддона упали бомбы, чуть не испепелившие нашу цивилизацию, теперь пустыни из
черного стекла. Ближе к побережью другие крупные корпорации-государства,
«БиоМаас» и «Дедал», борются за территорию и ресурсы. Но отец спасет нас. Ко-
гда-нибудь он спасет весь мир.
А я... я все еще пытаюсь найти себя.
Мне пятнадцать, но я не провела и пары часов за этими стенами. Ни разу не
спала под открытым небом, не терялась во время дождя, не вдыхала запах океана
и...
- Я никогда не видела живых роз, - вдруг доходит до меня.
Иезекииль наклоняет голову.
- А ты хотела бы...
- Вы, двое, входите уже! - раздается из лаборатории ворчливый голос. - У
меня и без вас дел по горло.
Мы втроем улыбаемся, потому что знаем, что значит заставлять ждать старого
доброго руководителя отдела НИОКР. Но часть меня готова все отдать, чтобы уз-
нать , о чем хотел спросить Иезекииль, и я уверена, что точно согласилась бы.
Даже если бы это было неправильно. Даже если могло быть по-другому.
Но красивый почти-мальчик кивает и уходит, а мы с Фэйт забегаем в лаборато-
рию, и двери с тихим шипением закрываются за нами.
Здесь работают сотни людей - сидят за компьютерами, занимаются комплексным
моделированием, копированием и картированием генов. Еще одна голограмма Мири-
ад помогает группе ученых, собравшихся вокруг жужжащих терминалов. У одной из
стен стоит машина, подобранная где-то в пустошах. Внутри стеклянного короба
заперт один из первых андроидов, созданных человечеством: механический мужчи-
на с отверстием для монет, одетый в выцветшую одежду. Краска на нем облупи-
лась, глаза сделаны из стекла. Вывеска над коробом умоляет меня: «ЗАГАДАЙ ЖЕ-
ЛАНИЕ». Под ней приклеена бумажка, где от руки написано: «Желаю, чтобы этого
никогда не случилось».
В центре этого хаоса стоит худощавый пожилой мужчина, на его плечи накинут
белый лабораторный халат. Он слегка хромает. Седые волосы топорщатся в разные
стороны, а взгляд серых глаз режет, словно скальпель. На бейджике большими
буквами выведено: «КАРПЕНТЕР».
Это моя фамилия - Карпентер.
Но... разве моя фамилия не Монрова?
- Доброе утро, доктор Сайлас, - говорю я.
Мужчина, который точно не приходится мне дедушкой, кивает в ответ.
- Доброе утро, Ана.
Но меня зовут...
Меня зовут Ив?
- Иви!
Девушка моргнула. Вернулась в свое тело. То же самое тело, что и у девушки,
чья жизнь проигрывалась у нее в голове. Но ту девушку звали Ана Монрова. А
это тело принадлежало Ив Карпентер. Это тело...
- Госпожа Ив, дышите, - со страхом в голосе приказывал ей Иезекииль.
Его голос...
Его голос...
Пальцы Ив взлетели к накопителю памяти, встроенному в ее череп. К чипам в
нем. К третьему с конца. Ярко-красному. Как рубины. Как кровь.
- Кто я? - Она подняла глаза на Иезекииля, сузившиеся от разрастающейся
ярости. Этого не могло быть.
Но так оно и было.
- Кто я? - повторила Ив.
Иезекииль закусил губу, в его глазах отражалась боль.
- Сайлас предупредил меня не расска...
- Говори! - взревела она. - Он никакой мне не дедушка! Он ученый из «Гно-
зисЛабс»! Откуда я это знаю? Почему я все это вижу?
- Госпожа Ив...
- Пошел ты к черту со своей госпожой! - закричала девушка. - Скажи мне, кто
я! Я приказываю тебе!
Иезекииль печально покачал головой.
- Репликанты больше не связаны Тремя законами, госпожа Ив. Я не обязан под-
чиняться вам. Но я хочу защитить вас. Пожалуйста, доверьтесь мне.
- Как я могу довериться тебе? Я даже не знаю тебя!
Но это была неправда, и Ив понимала это. Стены рушились. Две жизни, словно
две звезды, столкнулись в ее сознании. Жизнь, которую она знала, - жизнь Иви
Карпентер. Участницы боев в Вар-Доме. Первоклассного механика. Тощей малень-
кой мусорщицы, с трудом зарабатывающей на жизнь на острове Свалка. И другой.
Совершенно другой девушки. Виртуальной принцессы в сияющей белой башне, воз-
вышающейся над городом, ныне покинутым и мертвым.
Мой отец был обычным скромным инженером.
Они с мамой погибли, когда банда...
У Ив снова затрещала голова. Этот поврежденный накопитель памяти. Этот раз-
битый чип. Фрагменты воспоминаний о ее детстве, собранные дедушкой после то-
го , как выстрел бандитов чуть не убил ее.
«...Дедушка? - Идеальные губы изогнулись в оскале. - Ох, бедняжка! Что он на-
говорил тебе?»
Сайлас Карпентер не был ее дедушкой. Они вообще не были родственниками. И
если это было ложью, теперь Ив сомневалась во всем, что знала, во всем, о чем
он рассказывал ей.
Так что лучше было избавиться от сомнений раз и навсегда, и неважно, что
ждало ее впереди.
- Иви? - позвал ее Крикет. - Иви, ты в порядке?
Она задержала дыхание. Голова кружилась. Сфокусировав взгляд на репликанте,
девушка коснулась накопителя памяти. Дотронулась до третьего чипа с конца,
пронизанного трещинами.
- Нет, - предостерегающе произнес Иезекииль. - Не надо.
Но зашипев от боли и не обращая внимания на сноп искр...
- Не надо!
...она вырвала его.
Вернувшись в комнату, первое, что я вижу, это розы.
Полдюжины цветов невиданного алого оттенка лежат на моей подушке. Я знаю,
кто их принес. В животе начинают порхать бабочки, и я прижимаю кончики паль-
цев к губам, улыбаясь от уха до уха.
Я прячу цветы в своих книгах по мифологии. Их у меня много. Когда-то подоб-
ранные на пустошах, теперь они стоят на полках в моей комнате с белоснежными
стенами и такими же белоснежными простынями. Некоторые из них порваны, неко-
торые разбухли от влажности, но все любимы мною. Иногда мне кажется, что эти
книги - единственное, что здесь реально. Я останавливаюсь на мифе об Эросе и
Психее и бережно закладываю цветы Иезекииля между страниц, чтобы сохранить
их. Ведь если отец их найдет, то обязательно заберет.
Потому что я знаю - так нельзя.
Позже я слышу, что главный ботаник в ярости. Что эти бутоны заняли тысячи
часов работы, и кто бы ни украл их, он ответит за это. Тогда я задаюсь вопро-
сом: если Иезекииль запрограммирован, чтобы подчиняться, как он мог украсть?
Как Грейс могла скрывать свои чувства к Габриэлю? Как Фэйт могла просить меня
хранить секреты?
Пусть они были созданы всего несколько месяцев назад, но уже учатся быть
такими же, как мы.
Учатся лгать.
На следующий день мы с Мари встречаемся с Рафаэлем в библиотеке. Он сидит в
лучах яркого солнечного света, льющегося сквозь окна, отчего кажется, что его
кожа светится. Его глаза закрыты, лицо повернуто к свету, и на мгновение я
замираю от восхищения его красотой.
- Привет, Раф, - говорит Мари, плюхаясь на свое место.
Репликант открывает глаза и улыбается нам своей таинственной улыбкой, но я
замечаю тень грусти в его взгляде. Я сажусь напротив него и опускаю глаза на
стопку книг перед ним. Вавилонская башня теперь единственное место в мире,
где есть настоящие книги. Моя мама посылает целые команды прочесывать Стек-
лянную пустыню, и по возвращении они расставляют все, что смогли отыскать в
руинах старого мира, на полках в огромной библиотеке башни. Большинство тек-
стов уже есть в наших электронных архивах, но ничто не сравнится с тем ощуще-
нием, которое испытываешь, держа в руках настоящую книгу. Перелистывая стра-
ницу за страницей, я становлюсь императрицей. Искательницей приключений. Вои-
тельницей или странницей. Перелистывая страницы, я становлюсь кем-то другим -
и все же именно тогда я ощущаю полную гармонию с собой, какую не чувствую
больше нигде.
Моя мама любит подшучивать над папой, мол, он может создавать только людей,
в то время как писатели создают целые вселенные. Папа всегда улыбается и от-
вечает : «Дай мне время, любовь моя».
Рафаэль читает гораздо быстрее нас с Мари. Но он всегда откладывает одну
книгу и читает ее с нашей скоростью, чтобы потом мы все вместе смогли обсу-
дить ее. В его стопке, между потрепанными «Потерянным раем» и «1984», я заме-
чаю наш последний проект.
«Приключения Пиноккио».
- Мы закончили? - спрашивает нас Рафаэль.
- Да. - Я вздыхаю. - И это была дурацкая книжка, Раф.
- Неужели? - Рафаэль улыбается. - А мне понравилась.
- Феи и говорящие коты, - усмехаюсь я. - Это же детская сказка!
Он склоняет голову набок.
- Правда?
Этим утром я проснулась не в настроении, все время думая о цветах, которые
выкрал для меня Иезекииль. О том, как глупо веду себя, желая того, чего нико-
гда не смогу иметь. О том, как жестоко поступил с нами отец, окружив этими
совершенствами, почти-людьми, которыми невозможно не восхищаться.
Недавно я подслушала их с мамой спор. Она думает, что мы проводим с репли-
кантами слишком много времени. Она любит папу. Она всегда поддержит его. Но
что-то в этих андроидах заставляет ее нервничать. Что-то в них заставляет ее...
бояться.
Мари кивает на книгу в стопке Рафаэля.
- Мне понравилась концовка, - говорит она. - Когда Пиноккио стал настоящим
мальчиком.
- Ах, милая Мари, да ты совсем как я! - Раф улыбается еще шире. - Неиспра-
вимый романтик. Радуешься, когда в конце все счастливы. А вот наша Ана, бо-
юсь, та еще реалистка.
- И в этом нет ничего плохого, - обиженно фыркаю я. - В реальной жизни поч-
ти не бывает счастливых концовок. Если бы история Пиноккио происходила в дей-
ствительности , он никогда бы не стал настоящим мальчиком.
- Да, - тихо согласился Рафаэль. - Не стал бы.
Мари смотрит на меня, и я понимаю, что только что сморозила глупость. Ей
семнадцать. Она на два года старше меня, своей маленькой сестренки. И хотя
Мари любит меня, она всегда даст мне знать, что я веду себя глупо.
- О, прости, Раф. - Я беру его руку и прижимаю к своей щеке. Его кожа такая
же теплая и настоящая, как у меня. - Прости меня.
- Тебе не за что просить прощения, моя прекрасная девочка. - Он улыбается.
- Не ты создала нас такими. Ты просто видишь суть вещей. Редкий дар в этом
месте.
Я неуверенно облизываю губы.
- Фэйт говорит, ты чем-то опечален.
- ...Я был.
- И чем же? - спрашивает Мари.
Раф барабанит пальцами по «Пиноккио», но ничего не говорит.
- Но теперь ты больше не грустишь? - не унимается моя сестра.
- Нет. Я вижу истину. Как моя милая Ана. И эта истина освободила меня.
- Какая истина, Раф? - спрашиваю я.
- Что у каждого есть выбор. - Он смотрит на меня, и его взгляд так серье-
зен , что мне даже становится страшно. - Даже в самые тяжелые минуты у нас
есть выбор, милая Ана.
...Но меня зовут...
Меня зовут...
Это происходит в саду.
Он раскинулся под стеклянным куполом на самом последнем этаже Вавилонской
башни, опутанный лианами и лозами, пестрящий яркими и ароматными цветами. Это
прекрасное место. Некоторые растения уже больше не существуют, так что оно
еще и особенное. Но мама настояла на том, чтобы здесь не было камер. Мы можем
приходить сюда, чтобы побыть наедине со своими мыслями. Поэтому, и это самое
лучшее в нем, сад - это еще и место, где можно спрятаться.
Первый час ночи. Я проснулась от снов об Иезекииле, поняла, что одна в кро-
вати , а от аромата роз стало лишь больнее. Так что я тайком улизнула из своей
комнаты и пришла сюда, чтобы побыть одной. Без камер, без Мириад. Здесь никто
не станет спрашивать, как у меня дела. Я знаю, это эгоистично. Знаю, что мир
за стенами даже хуже, чем я могу себе представить. Но иногда у меня такое
чувство, будто эта башня не мой дом, а моя тюрьма. Иногда я спрашиваю себя,
каково это вообще - чувствовать себя дома.
Я незаметно проскальзываю в сад, иду, окруженная нежным ароматом. Трава
сминается под ногами, и когда я оборачиваюсь и смотрю на свои следы, то чув-
ствую себя живой. Прижавшись к стеклянным стенам, я вижу крошечные огоньки
вдалеке, на горизонте, и те, что рассыпаны по городу у подножия башни. Инте-
ресно, каково это, жить там, внизу? Быть обычной девчонкой, потерявшейся в
осколках умирающего мира? Смогу ли я сбежать? Что буду делать, если все-таки
смогу?
Сбежит ли он вместе со мной?
Я прижимаюсь лбом к стеклу и закрываю глаза.
Глупая девчонка.
Маленькая влюбленная дурочка.
До меня доносятся какие-то звуки. Едва различимый шепот. Вздохи. Я пробира-
юсь вперед, во мрак. Трава щекочет ступни, бутоны цветов задевают кожу. И тут
я вижу их. Они стоят в самом темном углу. Прижимаются друг к другу телами,
губами. Ее руки обвились вокруг его талии, а его запутались в ее волосах. Два
ангела, упавших на эту несовершенную землю.
Габриэль и Грейс.
Я смотрю, как репликанты целуются, и мой пульс учащается. Они словно поте-
рялись для остального мира. Из глаза закрыты. Но глаза им не нужны - они ви-
дят руками, губами, кожей. Я наблюдаю за этой идеальной парой и вдруг ощущаю
себя такой одинокой, что невольно вздыхаю. Я еще ни разу не целовалась с
мальчиком.
Я хочу, чтобы у меня было то, что есть у них.
Услышав мой вздох, Грейс тут же напрягается, и Габриэль медленно отстраня-
ется от нее. Они поворачиваются в мою сторону, их глаза всматриваются в су-
мрак . Губы Грейс покраснели, щеки Габриэля порозовели, и на одну секунду я
понимаю, что чувствует мама.
В эту секунду я тоже боюсь их.
- Ана, - говорит Габриэль. Его идеальный лоб прорезает морщинка.
Я делаю шаг назад, но Грейс в мгновение ока выскальзывает из объятий Габри-
эля и оказывается рядом со мной. Она берет меня за руки, ее волосы похожи на
поток расплавленного золота, а широко распахнутые глаза блестят в темноте.
- Ана, пожалуйста, - умоляет она. - Прошу тебя, никому не рассказывай!
Они прятались здесь. От глаз Мириад. От доктора Сайласа и моего отца. Не
знаю почему, но это так мило. И от этого мне становится еще грустнее.
- Если ты кому-то расскажешь, у нас будут большие неприятности, - продолжа-
ет Грейс. - Нам нельзя этого делать.
- Но почему? - С искреннем удивлением спрашиваю я. - Что в этом такого пло-
хого?
- Они говорят, что мы слишком молоды, - отвечает Габриэль. - Что мы ничего
не понимаем.
- Но вы любите друг друга, - говорю я.
- Да, - в унисон произносят они, как будто у них один разум на двоих. Одно
сердце.
У всех есть выбор, так мне сказал Рафаэль. И если Габриэль и Грейс выбрали
друг друга, есть ли у кого-то право мешать им? Мы сделали их по своему подо-
бию. Вложили все свои знания, всех себя.
И если они должны быть в точности как люди, разве люди не делают этого?
В смысле, любят?
- Я никому ничего не скажу, - объявляю я им. - Никогда.
Грейс вздыхает и целует мои руки. Габриэль крепко обнимает меня и шепотом
благодарит. Я чувствую, что она пахнет им, а он ею. И снова думаю о том, на-
сколько это жестоко: дать им тела и желания и ограничить правилами, отказав и
в том, и в другом. Пусть они выглядят чуть старше меня, лет на восемнадцать-
девятнадцать, но, по сути, им всего несколько месяцев от роду.
И все же они не дети, не так ли?
Я оставляю их, эту чудесную, идеальную пару в саду, наедине друг с другом.
Крадучись, иду по блестящим белым коридорам, подсвеченным приглушенным све-
том. Прижимаю пальцы к растянутым в улыбке губам и понимаю, что рада за них.
Нырнув в свою комнату, я проскальзываю под простыни, закрываю глаза и взды-
хаю, думая о том, как же все это мило.
А потом мне снятся сны.
Сны, в которых у меня есть то же, что и у них.
Несколько часов спустя меня будят голоса. Настойчивые. Печальные. И кто-то
плачет?
Я слышу стук в дверь.
Случилось что-то плохое.
Я отпираю, на пороге моей комнаты стоит Мари. Рядом Таня, обнимает Алекса.
Оливия тоже с ними, ее щеки мокрые от слез. Я тру глаза, отгоняя сны цвета
старого неба, и задаю вопрос, который мне совсем не хочется задавать:
- Что случилось?
- Мама только что сказала нам, - отвечает еле слышно Алекс.
- о чем сказала?
- Рафаэль мертв, - шепчет он.
Эти слова как удар в живот. Я даже ахаю, словно мне действительно причинили
физическую боль, и прижимаю руки к сердцу, чтобы остановить ее.
- Мертв? - изумленно переспрашиваю я. - Но как?
Мари качает головой. На ее ресницах блестят слезы.
- Он... он убил себя, Ана.
Нет.
Нет, меня зовут...
...Как
меня
зовут?
1.11. Пепел
Нам даже не дали попрощаться с ним.
Видимо, похорон удостаиваются лишь настоящие люди.
Я сижу на кровати Мари и рыдаю вместе с ней. Мы крепко обнимаем друг друга,
между нами лежат потрепанные экземпляры «Пиноккио». Я вспоминаю, как обожае-
мый мною почти-мальчик улыбается мне в библиотеке, и спрашиваю себя, могла ли
я что-нибудь сделать для него. Могла ли что-нибудь сказать ему.
Хоть что-то.
Я еще ни разу не встречалась со смертью.
Но если он не настоящий человек, почему так больно?
Прошло уже несколько дней с того «происшествия», и репликанты исчезли. Мы
даже не знаем, увидим ли их снова. И хотя нам запрещено появляться там, после
того, как мы с Мари выплакались в ее комнате, я поднимаюсь на лифте в офис
моего отца, находящийся на одном из последних этажей Вавилонской башни. На
своем постаменте появляется Мириад, ее крылья развеваются, на лице каменное
выражение.
- Вам сюда нельзя, госпожа Ана, - говорит ангел.
- Ты не сможешь меня остановить, - отвечаю я и несусь по коридору к папино-
му кабинету, из-за закрытой двери которого доносятся громкие голоса. Их мно-
го , и все кричат.
- ...такое невозможно! - слышу я крик отца.
- Именно, Ник. - Это голос доктора Сайласа. - Третий закон гласит, что ро-
бот должен заботиться о своей безопасности в той мере, в которой это не про-
тиворечит Первому или Второму законам. Невозможно, чтобы репликант подорвал
сам себя!
- Мы уверены, что образец по имени Рафаэль несет ответственность за собст-
венное уничтожение ?
Я узнаю и этот голос. Лила Дрезден, главный финансовый директор. У нее тем-
ные глаза и вечно обеспокоенное лицо. Меня раздражает, что она говорит про
Рафа, как про вещь .
- У нас есть видеосъемка, на которой видно, как он крадет горючее, - отве-
чает доктор Сайлас. - Кроме того, есть записи о взломе системы пожарной безо-
пасности в атриуме. Теперь и сад, и образец Рафаэль стали пеплом. Но он оста-
вил записку на стене своей комнаты.
- и что там было написано?
- «Это мой выбор».
Меня начинает подташнивать. Обхватив руками живот, я зажмуриваюсь, чтобы
прогнать вставшую перед глазами картинку. Рафаэль сжег себя в саду, чтобы мы
не видели, как он умирал. В том же самом месте, где за несколько часов до его
смерти я наткнулась на Габриэля и Грейс.
Бедный милый Раф...
- Огонь подразумевает полное уничтожение клеток, - сообщает доктор Сайлас.
- Восстановление невозможно. Образец хотел уничтожить себя целиком и полно-
стью.
- Мы можем воссоздать его, - говорит мой отец. - Сделать нового репликанта,
в точности такого же. Копирование оболочки сейчас займет у нас не более неде-
ли . И даже того меньше, если шаблон уже сохранен в файле.
- Не уверен, что это мудрое решение, Ник, - возражает доктор Сайлас.
- Согласна, - говорит Дрезден. - Это происшествие ставит под вопрос всю
программу по созданию репликантов. У меня есть и другие тревожные отчеты об
их поведении. Двуличность. Манипуляции. Доктор Сайлас не единственный сотруд-
ник отдела НИОКР, обеспокоенный сложившейся ситуацией. Нам необходимо остано-
виться и переоценить наши действия. На ближайшей встрече совета правления я
собираюсь поднять вопрос об отключении сотой серии до тех пор, пока мы не
разберемся во всем этом.
- Они не игрушки, - повышая голос, говорит отец. - Отключив их, мы сотрем
личностные матрицы. То есть вернемся к тому, с чего начали.
- Ник, - тихим, спокойным голосом обращается к нему доктор Сайлас. - Эта
программа важна для меня не меньше, чем для тебя. Но если репликанты не под-
чиняются Третьему закону, кто знает, подчиняются ли они Первому или Второму?
Хотим ли мы, чтобы они стали настолько самостоятельными? Хотел бы ты, чтобы
они общались с твоими детьми?
- Они тоже мои дети! - взрывается отец. - И ни один из вас не понимает, что
они означают. Это следующий шаг на нашем пути эволюции! Репликанты сильнее!
Умнее! Лучше!
- В том-то и дело, доктор Монрова, - говорит Дрезден. - Невольно начинаешь
сомневаться в целесообразности создания машин, которые физически превосходят
своих создателей, но явно уступают им в эмоциональном плане. Репликанты обла-
дают всеми спектрами чувств и эмоций взрослого человека, но у них отсутствует
необходимый жизненный опыт, чтобы с этими чувствами и эмоциями справиться.
Честно говоря, они опасны. И инцидент с Рафаэлем прямое тому доказательство.
- Что дает вам право выносить такие суждения? Вы всего лишь бухгалтер, Ли-
ла.
- А вы заигрались во Всемогущего! Только послушайте, какие имена вы им да-
ли: Габриэль? Уриэль? Иезекииль? Комплекс бога налицо, не так ли, Николас?
- Вы не отберете их у меня!
- Может, вы и президент этой корпорации, - сухим тоном отвечает Дрезден, -
но «ГнозисЛабс» по-прежнему руководит совет правления. Если об этом случае
узнают другие корпорации, придется отозвать всех андроидов, даже выпущенных
до сотой серии. Все наши технологии поставят под сомнение. Равновесие сил ме-
жду нами и «БиоМаас» и «Дедалом» очень хрупкое, и это еще мягко сказано. Мы
не можем позволить себе продемонстрировать слабость.
Голос моего отца мрачен и полон ярости:
- Если бы не я, эта корпорация до сих пор копалась бы в пепле. Я сделал
«Гнозис» таким, какой он есть сейчас.
- Уверена, совет правления учтет ваш вклад.
- Не давите на меня, Лила. Предупреждаю вас!
- Вы угрожаете мне, доктор Монрова? - спрашивает Дрезден. - Доктор Карпен-
тер такой же профессионал, как и вы, и не меньше вашего сведущ в работе отде-
ла НОИКР. Каким бы гением вы ни были, вас всегда можно заменить. Вавилонская
башня не ваш замок, а «Гнозис» - не ваше королевство.
Раздается громкий хлопок. Приближаются шаги. Я ныряю в тень высокой гранит-
ной скульптуры - мужской фигуры, согнувшейся под тяжестью своей ноши. Титан
Атлас, держащий на плечах целый мир.
Дверь в кабинет открывается, и на пороге появляется Дрезден в сопровождении
мужчины в темном костюме.
- Увидимся на встрече совета правления, - произносит она, а затем быстрыми
шагами удаляется по коридору, выкрикивая команды Мириад. Дверь все еще откры-
та, и я заглядываю внутрь. Мой отец стоит перед столом, упираясь ладонями в
стекло. У него поседели волосы, а вид такой, словно он не спал несколько дней
подряд. Рядом с ним стоит доктор Сайлас, такой же изможденный.
Грейс тоже там, как и всегда, делает заметки в своем планшете. Я задаюсь
вопросом, что же она думает, когда о ней говорят, как о Вещи. Ее будущее под
угрозой, а мой отец и остальные вели себя так, словно бедняжки и не было в
комнате.
- Ник, это не конец, - успокаивающе говорит доктор Сайлас. - Мы заново под-
ключим репликантов после остановки. Но в этот раз сделаем все правильно. Я
буду помогать тебе.
- Согласно Уставу корпорации, мы должны получить предупреждение за семь
дней до внесения предложений по всем крупным проектам, - отвечает мой отец. -
Так что у меня еще есть время.
- Будь осторожнее, Ник. Лила не из тех, кто бросает слова на ветер.
Папа ничего не говорит. Грейс так же безмолвна, как статуя Атласа рядом со
мной. Доктор Сайлас, помедлив, неуклюже хлопает моего отца по плечу.
- Я твой друг, Ник. Твоя семья - это моя семья. Никогда не забывай об этом.
Доктор, хромая, идет к двери, опираясь на свою трость. На побледневшем лице
застыло мрачное выражение, глаза затуманились. Выходя из папиного кабинета,
он замечает меня. Прячущуюся в темном углу, словно ребенок. Словно беспомощ-
ный маленький ребенок, которым я, по сути, и являюсь, хоть и притворяюсь все
время взрослой.
- Привет, детеныш, - говорит доктор Сайлас.
- Доктор Сайлас, - шепчу я. - Я жду отца.
Он кивает. Оборачивается в сторону кабинета.
- Ты все слышала, да?
- Совсем чуть-чуть, - вру я.
- Мне так жаль, что Раф погиб. Я знаю, что вы были близкими друзьями.
- ...Мне тоже жаль. Я бы хотела, чтобы все было по-другому.
Он улыбается и цитирует записку, прикрепленную к старому сломанному андрои-
ду.
- Лучше пожелай, чтобы этого вообще не случалось, детеныш. - Его улыбка
гаснет, и лицо становится серьезным. - В последнее время Рафаэль не казался
тебе странным? Он не говорил тебе или Мари ничего необычного?
- Он казался печальным.
Старик задумчиво закусил губу.
- А остальные репликанты? Ты замечала, чтобы кто-то из них вел себя не так,
как обычно?
Я думаю об Иезекииле, укравшем для меня розы. О Фэйт, попросившей хранить
ее тайну. О Грейс и Габриэле, застывших в объятиях друг друга.
Я по-прежнему хочу, чтобы у меня было то, что есть у них.
- Нет, доктор Сайлас, - говорю я.
Старик, но не мой дедушка, вздыхает.
- Мне жаль, Ана.
И теперь я знаю.
Знаю так же точно, как то, что в моей груди бьется сердце.
Как то, что в моих легких воздух.
Меня зовут не Ив...
Он приходит в мою комнату.
В его руке зажата моя записка, за окном светит луна, застланная дымом и пе-
плом, что остались от мира, выжженного дотла. Цветы, которые он украл для ме-
ня, и которые я спрятала между страницами книг, давно уже высохли, но их аро-
мат по-прежнему висит в воздухе, словно невысказанное обещание. Обещание
слишком голубых глаз, кривой улыбки и губ, которые я хочу попробовать на
вкус.
Я открываю дверь и вижу его, застывшего в приглушенном лунном свете. От его
красоты у меня захватывает дух. Его кожа светится, как расплавленная бронза.
Интересно, если я дотронусь до него, то обожгусь?
Нет, не «если».
Когда.
Его глаза покраснели от слез. Все-таки Раф был его братом. Но какой бы
пронзительной и реальной ни была моя тоска по умершему другу, еще реальнее и
пронзительнее была мысль о том, что через семь дней я могу потерять и Иезе-
кииля. И что бы там ни было между нами, это могло исчезнуть навсегда. Я этого
не позволю, пока не узнаю точно.
Ни за что.
Я подхожу к нему, скрестив руки на груди. Он стоит, словно статуя, в его
глазах застыла боль, и моя боль становится еще сильнее от понимания, насколь-
ко больно ему.
- Раф... - шепчет он.
Я обнимаю его и щекой прижимаюсь к его щеке.
Он выглядит таким потерянным.
Но рядом с ним я ощущаю себя дома.
Он прижимает меня к себе и утыкается лицом в мои волосы. Я чувствую его не-
вероятную силу, но боже, какой же он нежный. Сдерживается из-за страха разда-
вить меня. Я ощущаю, как напряжены мускулы под его рубашкой. Они словно теп-
лое железо под моими руками. И я не хочу, чтобы он сдерживал себя.
Отстранившись, я смотрю на него. Его глаза закрыты, идеальные брови сдвину-
ты. Слезы блестят на его ресницах, струятся по его щекам. Тогда я тоже закры-
ваю глаза и, прижимаясь к нему, осушаю их поцелуями.
Я ничего не могу с собой поделать. И даже не хочу пытаться.
- Не плачь, - шепчу я, касаясь губами его кожи. - Не плачь.
Он открывает глаза, и я смотрю в свое отражение в синеве навсегда потерян-
ного для нас неба. Впервые в жизни мне кажется, что кто-то видит меня по-
настоящему. Я тону в этой прекрасной синеве, которая существует лишь на ста-
рых фотографиях. Он теплый, но меня все равно бросает в дрожь, а в животе на-
чинают порхать бабочки, когда я чувствую, что в нем что-то меняется. Он опус-
кает глаза на мои губы, наклоняется ближе, и его дыхание учащается. Он словно
мотылек, зависший над пламенем.
И вдруг его губы накрывают мой рот, его руки начинают гладить мое тело, и
пусть я никогда раньше не целовалась с парнем, да и он никакой не парень во-
все, все это так по-настоящему, как я и мечтала. У него теплые губы, нежные
руки, которые касаются моих щек и гладят волосы. Наши губы сливаются в поце-
луе, и я едва вспоминаю, что нужно дышать. Его губы скользят ниже, к моей
шее. Легкая щетина щекочет мою кожу, и у меня подгибаются коленки. Я держусь
за него, чтобы не упасть, изнывая от страсти и выдыхая со стонами. Он покусы-
вают кожу на моей шее, пока мои руки блуждают по его спине. Я хватаюсь за не-
го, словно попала в шторм и тону, а он единственный, кто может меня спасти.
Я понимаю, что это не по-настоящему, но в моей жизни еще не было ничего бо-
лее настоящего.
Я понимаю, что неправильно хотеть его, но от этого хочу еще больше.
Я обхватываю ладонями его лицо и притягиваю к себе, чтобы он посмотрел на
меня. Мы сливаемся в новом долгом, страстном поцелуе, но за мгновение до это-
го он шепчет одно слово.
Он шепчет мое имя.
- Ана...
Меня зовут Ана.
Меня зовут Ана.
Потом мы лежим на моей кровати, в воздухе витает аромат роз, смешавшийся с
запахом пота. Его рука обнимает меня за плечи, моя голова лежит на его обна-
женной груди, и пусть он ненастоящий человек, я все равно слышу биение его
сердца. Все равно ощущаю его вкус на своих губах. Каждая его частичка настоя-
щая, и каждая - моя.
- Никто не должен узнать об этом, - шепчу я.
- Никто, - вздыхает он.
- Мама. Папа. Они никогда не поймут.
- Я знаю.
- Хотя какая-то часть его будет гордиться, - я улыбаюсь, провожу кончиками
пальцев по коже Иезекииля и смотрю, как она покрывается мурашками, - тем, что
он создал такое совершенство.
- Это ты совершенство, Ана.
Я усмехаюсь и шутливо хлопаю его по руке.
- Мой очаровательный обманщик.
Я признательна ему за эту лесть, но мы лишь бледные тени по сравнению с ни-
ми . Мы всего лишь люди, тогда как репликанты намного лучше нас. Мой Иезекииль
переворачивает меня на спину, смотрит на меня сверху вниз, и в его глазах я
вижу свое отражение.
- Я серьезно, - шепчет он. - Какими бы идеальными нас ни создали, мы все
равно не люди. Это из-за своих изъянов ты так прекрасна, Ана. Твои несовер-
шенства делают тебя совершенством. Я не человек и не могу не видеть их. Не
могу не любить.
Я открываю рот, чтобы заговорить, но он заставляет меня умолкнуть поцелуем,
который эхом отзывается по всему моему телу до самых кончиков пальцев. Я от-
кидываюсь на простыни и позволяю ему любоваться собой, а когда открываю гла-
за, то вижу, что он смотрит на меня так, как никто никогда не смотрел и нико-
гда не посмотрит.
- Раньше я спрашивал себя, зачем они создали нас? - говорит он. - Существу-
ет ли вообще причина, почему такие, как я, существуют? Но теперь я знаю. - Он
проводит пальцами по моей щеке, по губам. - Я был создан для тебя. Весь цели-
ком. Все, что я делаю, я делаю ради тебя.
От этих слов у меня перехватывает дыхание, а его поцелуй заставляет забыть,
как дышать. И когда мы лежим в темноте, в объятиях друг друга, он притягивает
меня еще ближе и шепчет слова, которые я так долго ждала:
- Я люблю тебя, Ана.
Прошло четыре для с тех пор, как Рафаэль... сделал то, что сделал.
Три дня с тех пор, как Иезекииль и я...
Мама считает, что все мы засиделись в башне. Особенно папа. Она организова-
ла одну из редких поездок в Мехюполис, в Вар-Дом. Сегодня ночью за звание
чемпиона здесь будет биться один из лучших логиков «ГнозисЛабс», Дон Кихот.
Бои логиков и машин - кровавое зрелище, призванное развлекать народ. Творения
«Гнозиса» и «Дедала» и живые конструкции «БиоМаас» убивают друг друга, а по-
том все возвращаются домой с уже меньшим желанием развязывать настоящую вой-
ну, которая, как все понимают, не за горами.
Мой маленький брат обожает эти бои. Алекс хочет стать бойцом Дома, когда
вырастет. Отец говорит, что он должен использовать свои таланты для того,
чтобы создавать, а не разрушать, но мама потакает ему. Сейчас он идет к шатт-
лу рядом со мной, подпрыгивая от радости. У отдела НИОКР есть огромный склад-
хранилище, расположенный у подножия башни. Там рядами стоят многочисленные
вертопланы, гравитанки и массивные фигуры логиков нашей армии. Одной рукой
брат держит меня за руку, а в другой сжимает маленькую копию Дона Кихота, ко-
торую собрал сам. На мой пятнадцатый день рождения он смастерил мне механиче-
ских бабочек.
Алекс весь в отца.
Настоящего Дона Кихота загружают в транспорт в противоположном конце скла-
да. Этот логик поистине огромен, одни только кулаки у него размером с шаровые
тараны. Я немного побаиваюсь его - эта штука создана специально для того,
чтобы уничтожать. А вот Алекс восхищенно вопит, завидев бота, и начинает тан-
цевать со своей фигуркой.
- Двенадцать тысяч лошадиных сил! - кричит он. - Это самое лучшее, что они
создали в своих лабораториях. Доктор Сайлас показал мне новые модификации для
комплексного наведения цели, которые они установили на прошлой неделе - те-
перь он может попасть в мишень диаметром пять сантиметров с расстояния шести
километров!
Мария держит меня за другую руку и смеется над неудержимым восторгом нашего
брата. Потом сестра смотрит на меня и сжимает мои пальцы. Незаметно улыбается
мне понимающей улыбкой.
Я рассказала ей о нас с Иезекиилем. Еще бы. Мне нужно было срочно с кем-то
поделиться, иначе меня бы просто разорвало на части. И хотя мысли о Рафе до
сих пор заставляют нас грустить, сестра взвизгнула от радости, стащила меня
на пол и выспросила все до мельчайших подробностей. Она слушала меня с закры-
тыми глазами, улыбалась и вздыхала. А потом Мари - безнадежный романтик -
сказала, что нет ничего слаще запретной любви.
Кажется, что она радуется этому даже больше меня.
Доктор Сайлас все еще тестирует всех репликантов, в том числе и Фэйт. Но
Габриэль и Иезекииль входят в папину группу охраны, и несмотря на то, что
произошло с Рафаэлем, отец отказывается уезжать без них. Грейс тоже рядом с
ним, как обычно, что-то печатает в планшете. Теперь она словно его тень, его
мажордом, его правая рука.
Я невольно задаюсь вопросом, что он будет делать, если совет правления про-
голосует за то, чтобы отключить и ее.
Пока мы идем к транспорту, я украдкой посматриваю на Иезекииля. Он одет в
черно-серо-голубой бронированный костюм личного состава служб безопасности
«Гнозиса», который облегает его, как перчатка. Мне приходиться взять всю свою
волю в кулак, чтобы не пялиться на него. Иезекииль идет, словно волк, всмат-
риваясь в техников, членов палубных команд и летных экипажей, но я то и дело
ловлю на себе его взгляд и едва сдерживаю улыбку.
Габриэль одет в такой же костюм, как и его брат. Но если Иезекииль похож на
волка, то Гейб на льва - в архивах я видела фильмы про этих больших кошек, и
он двигается в точности как они. Гордо и величаво. Его глаза словно два кин-
жала . Каждое его движение вымерено. Но сегодня он кажется каким-то отстранен-
ным . Может, его преследуют мысли о Рафаэле. А может, его отвлекает близость
Грейс. Так же, как моя близость отвлекает Зика.
Наверное, поэтому ни один из них не замечает бомбу.
Шаттл уже ждет нас, гладкий и беззвучный. Алекс вырывает руку и бежит к на-
стоящему Дону Кихоту, сгорая от желания рассмотреть его как следует. Мама и
Мари бегут за ним, а Таня и Оливия смеются. Папа приобнимает меня за плечи,
не замедляя шага и разговаривая с Грейс.
Иезекииль идет рядом с нами. Украдкой бросая на меня взгляды. Габриель дер-
жится позади, поближе к маме, которой удалось поймать Алекса. В нашей группе
охраны еще около дюжины мужчин, все вооружены до зубов и облачены в броню.
Четверо из них поднимаются по трапу шаттла и входят внутрь. До меня доносится
глухой металлический звук, слышный поверх ритмичного стука их тяжелых боти-
нок.
Потом едва слышный электронный писк.
Глаза Иезекииля расширяются. Мы с папой поднимаемся на ступеньки трапа.
Грейс предупреждающе вскрикивает. Они двигаются, но весь остальной мир словно
замер в замедленной съемке. Я слышу глухой стук. Чувствую дрожь. А потом, ко-
гда Зик хватает меня за плечи, выкрикивая мое имя, и оттаскивает от папы,
раздается взрыв.
Иезекииль невероятно силен - не осталось ничего от той нежности в моей ком-
нате. Я чувствую, как плечо выходит из сустава, когда он откидывает меня на-
зад, словно игрушечного логика Алекса. Грейс встает перед моим отцом и оттал-
кивает его как раз в тот момент, когда позади нее вспыхивает взрыв. Я вижу ее
размытый силуэт на фоне пламени, вижу, как загораются длинные светлые волосы,
как шаттл разлетается на части, разбивая ее, словно стекло.
Боль разрывает мне ноги, грудь. Огонь. Шрапнель. Весь мир - пепел, и я, со-
вершенно невесомая, с хрустом приземляюсь на землю, и мое тело скользит через
весь склад. Во рту кровь. Перед глазами звездочки. И когда тьма раскидывает
надо мной свои черные крылья, я слышу крики матери. Крики брата. Крики сес-
тер.
Мое имя.
Они кричат мое имя.
- AHA!
Дрогнув ресницами, я медленно открываю глаза. Яркий свет ослепляет, громкие
звуки оглушают. Иезекииль стоит на колене рядом с моей постелью, переплетя
наши пальцы. От аппаратуры, расположенной возле, доносится тихий сигнал, по-
вторяя каждый удар моего сердца.
- Я думал, что потерял тебя, - шепчет он.
Потом замирает, склонив голову. И тут же, одним неуловимым движением, Иезе-
кииль вскакивает и удаляется в угол комнаты, где замирает, сложив руки за
спиной. До меня доносится звук шагов, дверь распахивается, и входит мужчина с
широко распахнутыми глазами и радостной улыбкой.
- Она пришла в себя?
- Только что, сэр, - отвечает Иезекииль.
Мужчина торопливо подходит к моей кровати и берет меня за руку.
- Ты меня видишь, Принцесса?
Я моргаю, зажмуриваюсь, моргаю снова. Замешательство и боль.
- ...Отец?
- Моя красавица. - Его глаза наполняются слезами, он встает на колени рядом
с кроватью, прижимает мою кисть к своим губам и повторяет слова Иезекииля: -
Я думал, что потерял тебя.
Я лежу в белой комнате, в мягкой белой постели. Здесь нет окон, воздух на
вкус как металл, и жужжат машины. Все тело болит. Комната кружится, и я едва
шевелю языком.
- ...Где я?
- Ш-ш-ш, - шепотом говорит отец, сжимая мою руку. - Все хорошо, Принцесса.
Все будет хорошо. Ты вернулась. Ты снова с нами.
Папина голова обмотана бинтами, вокруг глаз темные круги. Кожа на его лице
покраснела, как будто опаленная огнем, и вдруг я вспоминаю. Шаттл. Взрыв.
- Я... что...
- ш-ш-ш, тихо, тихо.
- Кто-нибудь еще пострадал? - охрипшим голосом спрашиваю я, слыша громкий
стук собственного сердца.
Папа отводит глаза.
- ...Грейс?
Он вздыхает. Я вижу, как Иезекииль опускает голову.
- О, нет, - выдыхаю я.
Бедная Грейс.
...Бедный Габриэль.
Как он будет жить без нее?
- Мне очень жаль, Принцесса, - говорит отец. - Я был слеп. Но теперь мои
глаза открылись. Эта атака была спланирована внутри «Гнозиса». Они не понима-
ют, чего я хочу добиться. И никогда не поймут. Так что я предпринимаю меры,
чтобы такое больше не повторилось.
Голос у папы мрачный, а глаза еще мрачнее. Меня пугает выражение его лица,
и на секунду мне даже кажется, что я совершенно его не знаю.
Это не моя жизнь.
Это не мой дом.
Это не я.
- Отец...
- Отдыхай. На сегодня достаточно.
Он нажимает кнопку на стоящей рядом со мной машине, и тут же что-то холод-
ное вливается в мою руку через капельницу на запястье. Я смотрю на Иезекииля.
Мне отчаянно хочется обнять его. Хочется, чтобы мы снова были вместе, вдали
отсюда, вдали от всего этого. Но он стоит неподвижно, как статуя. Засыпая, я
слышу папин голос, его клятву, произнесенную сквозь сжатые зубы.
- Никому не позволено поднимать руку на моих детей. Никто больше не причи-
нит тебе вреда, Ана. Я обещаю.
И я вспоминаю.
Ана.
Меня зовут...
1.12. Открытие
- Меня зовут Ана Монрова, - выдохнула она.
Девушка, что стоит на четвереньках под водами черного океана.
Металлический маленький человечек изумленно смотрел на нее своими пластико-
выми глазами.
Прекрасный парень, который вовсе и не человек даже, молча наблюдал за ней.
Она опустила голову.
На языке был привкус пепла.
Пепла и лжи.
- Меня зовут Ана Монрова...
1.13. Лемон
Она очнулась в кромешной тьме.
Светящиеся зеленые пятна. Низкий рул. Звуки глухих ударов, эхом отдававшие-
ся от стен вокруг. Лемон Фреш поморщилась, сплюнула, ощутив на языке привкус
нефти. Она лежала на чем-то мягком, руки и ноги обволакивала полупрозрачная
смола. Ее подташнивало, в животе словно летали жирные мухи.
Воспоминания были похожи на фотокарточки с кровоподтеками по краям. Она
помнила бойню с Братством и парнями с Фридж-стрит. Девушку-репликанта, кото-
рая, словно ангел смерти, спустилась с небес и разнесла убегающих подонков на
мелкие клочья по всему двору. Невероятный побег со Свалки.
Все остальное было как в тумане.
Лемон понятия не имела, где находится. Не знала, что случилось с ботом-
убийцей (зад у него, кстати, был что надо) , куда подевались Иви, Крик и Кай-
зер . Да и дедушка тоже.
Дедушка.
Глупо было называть так мистера Си. Она знала его всего лишь год. Но он был
добр к ней, хотя в этом мире доброта всегда имела цену. Мистер Си дал ей кры-
шу над головой, в то время как какой-нибудь подонок предложил бы свою кро-
вать . За те пятнадцать лет, проведенные в этой вонючей дыре под названием
Свалка, Сайлас и Ив были первыми, кто ничего не требовал от нее взамен.
Как ни странно. Потому что она-то только и делала, что пыталась использо-
вать их.
Лемон не понаслышке знала, что такое тяжелая жизнь, с младенчества ошиваясь
на улицах Лос-Диаблоса. Где-то год назад, зависая в компании такого же сброда
из трущоб, она уловила обрывки разговора об одном старике, который творит чу-
деса с техникой. В народе его называли «механический гений». Говорили, что он
может починить даже небо. Решив, что такой важный господин может иметь при
себе нехилую сумму, Лемон выследила Ив и Сайласа через Сеть. Улучив подходя-
щий момент, она срезала карман старика, и через секунду в ее грязную ладонь
упали три блестящих кредстика16.
К сожалению, обрадовавшись такой неслыханной удаче, Лемон замешкалась. Ив
заметила ее и схватила за воротник. Лемон сопротивлялась, нанесла той не-
сколько ударов и вырвалась, оставив Ив с разорванным пончо в руках.
Лемон решила, что ей все удалось. Но она не подумала про Кайзера. Девчонка
просто не знала, что блитцхунды могли даже по маленькой крупице ДНК выследить
человека в радиусе тысячи километров.
Они отыскали ее в каком-то вонючем углу в Бэрроузе. Лемон свернулась кала-
чиком под крышей из картона, крепко прижимая к груди кредстики, словно мать
новорожденное дитя. Ее разбудило рычание блитцхунда. Старый Сайлас Карпентер
оглядел грязные, убогие трущобы и заговорил с ней голосом, которым, должно
быть, говорят отцы со своими дочерями:
- Если захочешь нормально поесть, - сказал он, - приходи в Долину шин и
16 Маленькое устройство типа флеш-карты, которое используют как кредитную карту.
найди нас.
- Ты слишком старый для меня, дедуля, - ответила Лемон.
Тогда он рассмеялся, но его смех оборвался приступом кашля. Потом пройдет
еще шесть месяцев, и из-за кашля он больше не сможет ходить, но рак уже тогда
запустил в него свои щупальца. И все же старику удалось улыбнуться.
- Ты мне нравишься, детеныш, - сказал он.
Сайлас позволил ей забрать кредстики. А когда деньги закончились, и она
появилась на пороге его дома, он накормил ее, как и обещал. И пусть Лемон ни-
когда не обращалась к нему «дедушка», но именно так всегда называла его в
своей голове.
Интересно, где он сейчас? Где Иви? Они в порядке?
А она сама в порядке?
- Ау? - позвала Лемон. - Есть тут кто?
До нее донесся скулеж, тихий и механический. Вытянув голову, она увидела
рядом с собой Кайзера, из его брюха торчали провода и сломанные блоки пита-
ния. Он попытался подползти к ней, но был покрыт той же прозрачной смолой,
что не давала пошевелиться и ей.
- Приве-е-ет, мальчик. Здорово, что ты здесь.
Блитцхунд завилял хвостом, его глаза засветились.
- у тебя, случаем, нет с собой ножовки? Так, на всякий случай?
Кайзер заскулил, прижав металлические уши к голове.
- Ясно, - вздохнула Лемон.
Ее глаза уже привыкли к темноте, теперь она могла немного оглядеться. Стены
были влажными и пульсировали, на них бледно-зеленым фосфоресцирующим светом
выделялись прожилки, похожие на... вены. Все помещение казалось какой-то пеще-
рой, под мягкими поверхностями которой проступали твердые дуги, напоминавшие
кости.
Это ребра?
Рядом с ней находились странные выступы, походившие на панель управления,
но ей было сложно разглядеть их, не вывернув себе шею. Лемон попробовала ос-
вободиться от своих пут, почувствовала, что они поддались, но тут же затяну-
лись еще сильнее. Ее затошнило. Стены вокруг задрожали, под ней завибрировал
низкий певучий гул. Казалось, что вся эта комната, все здесь было...
В стене открылся проход, резко, как будто разжали кулак. В обнаружившемся
коридоре Лемон заметила фигуру. Это был мальчишка, чуть старше ее. Когда он
вошел в пульсирующий свет, она увидела, что у него бледное лицо, а на голове
- ни волос, ни бровей. Парень был одет во что-то типа комбинезона из черной
резины, покрытого множеством странных узелков. Глаза у него были полностью
черные и казались слишком большими для его лица, на каждой руке и ноге было
по шесть пальцев, которые соединялись перепонками.
Кайзер зарычал, его глаза засветились еще ярче.
- Э-э-э, привет, морячок, - сказала Лемон.
Он ничего не ответил, чвакающими шагами (по-другому она едва ли смогла бы
описать этот звук) подошел к ней и бесцеремонно воткнул длинную щепку, похо-
жую на осколок стекла, в ее руку.
Лемон закричала от боли и обложила его самыми отборными ругательствами. Па-
рень, как ни в чем не бывало, пошлепал к выступам, которые показались ей па-
нелью управления. Он вставил окровавленный осколок в маленький слот, положил
свои странные руки на клавиатуру и выдал череду необычных звуков, гортанных и
хлюпающих. А когда Лемон бросила на него злобный взгляд, вся комната отозва-
лась тем же самым низким певучим гулом.
- Что это за приколы-уколы, доходяга? - спросила Лемон. - Или ты всегда так
ведешь себя на первом свидании? Но с таким-то лицом я бы на твоем месте по-
пробовала цветы.
Парень посмотрел на нее. Дважды моргнул. Один раз обычными веками, а потом
прозрачной мембраной, горизонтально открывающейся и закрывающейся на его
странных черных глазах.
- Круто! - выдохнула Лемон.
Он нахмурился. По крайней мере, ей так показалось.
Сложно понять, когда у кого-то нет бровей...
- Что значит «круто»? - спросил он.
Голос у него был какой-то влажный. Как будто он полоскал горло, а не гово-
рил . Лемон вдруг заметила длинные диагональные прорези, расположенные с обеих
сторон его шеи.
- Это что, жабры? - ахнула она. - Ты можешь дышать под водой? А вот это уже
чер-р-р-ртовски круто!
Парень сощурил свои черные глаза. Снова моргнул. Дважды.
- О, кхм, - Лемон кашлянула. - «Круто» означает «хорошо». Так говорят, ко-
гда что-то очень нравится. Например, я тебе скажу: «У вас крутые приспособле-
ния для жизни под водой, уважаемый сэр», а ты ответишь: «О, благодарю вас,
милая леди! Позвольте, я освобожу вас и в знак признательности сделаю вам
массаж ног». Типа того, короче.
Жабры на шее парня пришли в движение. Он молча повернулся к пульту управле-
ния.
- Что-то ты не очень разговорчив, морячок.
Парень прошлепал к стене. Потыкал пальцами в какие-то рубчики и выступы.
- у тебя есть имя? - снова попыталась Лемон.
Он посмотрел на нее, продолжая молчать.
- Мне же нужно как-то называть тебя, ясное дело. А если ты не представишь-
ся, я сама выдумаю тебе имя, и оно прилипнет к тебе навсегда.
Парень опять вернулся к пульту управления, старательно делая вид, что ее
здесь нет.
- Ну ладно, сам напросился, - сказала Лемон. - Как насчет...м-м-м... Клиффа17?
Высокий. Вероятно, опасный. Совсем не умеешь поддержать разговор. По-моему,
очень подходит тебе.
Парень продолжал молча работать.
- А, нет, погоди! Придумала! - победно воскликнула она, кивком головы пока-
зывая на его шею. - Гилберт18!
Парень опустил свои перепончатые руки.
- Нас зовут Сэлвидж19.
- ...Сэлвидж?
- Да.
- Сокращенно Сэл?
- Нет.
- Сэлли?
- Нет.
- Сэларуни?
- ...Нет.
- Приятно познакомиться, Сэлвидж. - Она улыбнулась. - Меня зовут Лемон
Фреш.
- Лемонфреш? - Парень, кажется, снова нахмурился. - Что за нелепое имя?
- Говорит сварливый парень по имени Сэлвидж, у которого по двенадцать паль-
цев на руках и ногах.
- Мы занимаемся спасением, - без всякого выражения объяснил он. - Мы не Пи-
В переводе с английского «скала».
18 В английском имя Gilbert начинается так же, как слово gills, означающее «жабры».
19 В переводе с английского «спасение»; это слово также означает «утилизация».
лот и не Арсенал. Не Принцепс и не Кэрер . Мы Сзлвидж. А что за имя Лемон-
фреш?
- Я была совсем малюткой, когда меня оставили на пороге какого-то паба, -
ответила девушка. - Мои предки не приложили даже записки с именем. Единствен-
ное, что у меня осталось от них, это вот эта штуковина на шее, видишь? - Ле-
мон подняла подбородок, чтобы показать ему свою подвеску в форме четырехлист-
ного клевера. - Так что владелец паба назвал меня по логотипу на картонной
коробке, в которую они меня положили. Лемон Фреш - лимонная свежесть. Это на-
звание стирального порошка.
Парень, ничего не сказав, просто вернулся к своей работе. Лемон закусила
губу. Эта история про коробку обычно вызывала небывалый прилив сострадания и
потоки слез у каждого, кому бы она ее ни рассказывала. А этот чувак вел себя
так, словно она вообще ничего не говорила.
Крепкий орешек.
- Ну-у-у-у, а что со всей этой фигней, которая не дает мне пошевелиться? -
осмелилась Лем. - Может, кому-то это придется по кайфу, но точно не мне. Не
хочешь освободить меня?
- Нет, Лемонфреш. - Парень произносил ее имя как-то странно, соединив два
слова в одно.
- Ну, тогда хотя бы скажи, где мы и почему мы здесь? - спросила Лемон. -
Потому что меня от этого места в дрожь бросает.
- Гав! - согласился Кайзер.
- Лемонфреш находится на борту корабля «Нау-ши», - ответил Сэлвидж. - Она
здесь, потому что «Нау-ши» не захотела, чтобы Лемонфреш погибла в глубинах.
- Погоди-ка... - Лемон нахмурилась. - Твой корабль... не захотел, чтобы я уто-
нула? Как корабль может чего-то хотеть?
Парень склонил голову набок и посмотрел на нее так, словно она ненормаль-
ная. В глубине сознания Лемон что-то щелкнуло. Она вспомнила бои в Вар-Доме
на материке, во время которых вместе с Ив наблюдала, как огромные конструкции
корпорации «БиоМаас» дрались с машинами «Дедал Текнолоджис». Девушка осмотре-
ла мягкие стены, пронизанные светящимися венами. Выпуклости, напоминающие
ребра.
Технологии, которые не создают.
Технологии, которые растут...
- «БиоМаас», - выдохнула она. - Шлепни меня, так этот корабль живой?
Комната задрожала, по стенам прокатился низкий гул. Парень по имени Сэлвидж
ответил, что-то гортанно прогудев.
- Она говорит, что Лемонфреш не нужно бояться, - сообщил ей Сэлвидж. -
«Нау-ши» нравится ее тип.
Лемон глянула на панель. На окровавленный осколок стекла.
- Мой...
- «Нау-ши» находит в океане много всего необычного. Организмы, которые рож-
даются прямо в черной воде. Виды, которые никогда не знали света. Большую их
часть мы отпускаем сразу же, как возьмем анализы. Но какие-то мы привозим в
Сити-Хайв для дальнейшего изучения. Так же мы поступим и с Лемонфреш.
Сэлвидж снова моргнул, его жабры пришли в движение.
- Мы считаем Лемонфреш очень важной. И она нам нравится.
- Что ж, тогда вот вам мой мудрый совет: обычно мы не связываем тех, кто
нам нравится. По крайней мере, если они сами об этом не просили, - сказала
Лемон. - И я скучаю по своим друзьям. Мы были все вместе на корабле, который,
От лат. princeps - первый. В Древнем Риме означал первого в списке сенаторов, а
затем - титул императора.
21 В переводе с английского - тот, кто ухаживает за больным или инвалидом, опекун.
как я догадываюсь, свалился в океан. И думаю, что они тоже где-то здесь, по-
тому что кто-то же вытащил меня.
- ...Друзьям?
- Девушка по имени Ив. Логик Крикет. О, и еще этот красавчик бот-убийца по
имени Иезекииль... ты сразу поймешь, когда увидишь его, у него такая ямочка на
щеке, которую так и хочется...
- Да, - кивнул Сэлвидж. - Мы спасли их. Они помещены в другой отсек для
утилизации.
- Утилизации? Вот это уже совсем не круто, Сэл.
- «Нау-ши» они не понравились, - ответил Сэлвидж. - Они ни на что не годят-
ся.
Лемон моргнула.
- Это грубо, знаешь ли. Нет, конечно, спасибо вам огромное, что спасли нас
и все такое, но твоя «Нау-ши» все больше начинает казаться мне с...
Комнату тряхнуло, по стенам прокатился низкий вибрирующий рокот.
- Симпатичной и милой, - глядя по сторонам, закончила Лемон. - Очень милой,
именно! То есть этот корабль, такой большой и милый-премилый корабль. Ха-ха.
Сэлвидж таращился на нее, склонив голову.
- Лемонфреш очень странная.
- Говорит чувак с жабрами и двумя парами век, - пробормотала она себе под
нос.
Парень пошлепал к дверному проему.
- Эй, куда это ты? - требовательно спросила Лемон.
- Утилизовать. - Он пожал плечами.
- А как же я?
Он заговорил так, будто она была трехлеткой.
- Мы же объяснили ей. Лемонфреш останется здесь до тех пор, пока мы не вер-
немся в Сити-Хайв. Скоро придет Кэрер с питанием.
- Но только знаешь что, парень, я не хочу в твой проклятый Сити-Хайв. Я хо-
чу найти своих друзей.
Сэлвидж лишь моргнул.
- Ладно. Ты сам напросился. - Голос Лемон звучал громко и отчетливо. - Кай-
зер, активизируй заряд.
Блитцхунд согласно гавкнул, и его глаза загорелись ярко-красным. В ходовой
части пса что-то с бульканьем лязгнуло.
- Не знаком с блитцхундами, Сэларуни? - спросила Лемон. - Это такие собаки-
убийцы, знаешь ли. Они могут выследить тебя даже по крошечной частичке ДНК. А
когда они тебя находят, то приводят в действие находящиеся в них взрывные
устройства. Что дальше, сам догадайся. Внутри Кайзера сейчас столько термек-
са, что хватит разнести целый дом. Так что если ты не хочешь, чтобы эти ми-
лые, светящиеся стены украсили чудесные алые брызги крови и мозгов, предлагаю
отпустить меня. Сейчас же.
Парень фыркнул, совершенно не впечатлившись ее речью.
- Мы уже спасали блитцхундов, - сказал он. - И мы разрядили его детонаторы,
как только вытащили из утробы «Нау-ши».
Лемон посмотрела на металлического пса и прошептала ему краешком рта:
- Кайз, мог и предупредить, а? Работа в команде и все такое.
Блитцхунд прижал уши к голове и электрически заскулил.
- Я... Ладно. - Лемон кивнула Сэлвиджу. - Что ж, вы молодец, сэр.
Странный парень усмехнулся и поклонился ей. Дверь, издав череду влажных
чавкающих звуков, закрылась.
Лемон повернулась и посмотрела на Кайзера.
- Ну что, знаешь какие-нибудь песенки?
- Гав! - ответил Кайзер.
- Ясно, - вздохнула она.
1.14. Хирургическое
вмешательство
- Ты знал, - прошептала Ив. - Ты знал, кто я.
Иезекииль стоял на коленях рядом с ней, на маленьком островке из мусора. В
его глазах читался страх.
- Я пытался рассказать тебе. Но Сайлас...
- Ты хочешь сказать, старый сукин сын, который на протяжении последних двух
лет притворялся моим дедушкой?
- Ана, прости, - с мольбой в голосе произнес Иезекииль. - Сайлас сказал,
что шок от воспоминаний может повредить тебе. Во время восстания тебе про-
стрелили голову. Это все, что было в его силах, чтобы вернуть тебя в созна-
ние . Он хотел, чтобы ты начала новую жизнь. Подальше от Вавилона, от боли. Ты
достаточно настрадалась в прошлом.
Ив смотрела на свою ладонь. На рубиново-красный чип, в котором содержались
фрагменты ее детских воспоминаний. Но вот только это были не ее воспоминания.
Сайлас дал ей не новую жизнь, а жизнь, наполненную ложью.
- Иви? - Крикет стоял рядом, переводя взгляд с нее на Иезекииля и обратно.
- Иви, что происходит?
Она с подозрением посмотрела на логика. Ведь его создал Сайлас...
- Крик, ты тоже знал?
- ...Что знал?
- Кто я? Откуда я?
- Ты Ив Карпентер, - маленький бот нахмурился. - Ты родилась в каком-то за-
холустном поселении на материке, а потом переехала на Свалку. И вообще, что
ты только что говорила? «Меня зовут Ана Монрова»? Иви, Ана Монрова умерла,
когда пал «Гнозис». Вместе со всей своей семьей.
- Нет, - вмешался Иезекииль. - Она не умерла.
Крикет помахал своим крошечным пальчиком перед его лицом.
- Заткнись, бот-убийца. Если я захочу узнать твое мнение, то спрошу. А пока
держись от нее подальше, усек? Ведь это вы, репликанты, жестоко расправились
с семьей Монрова.
- Это неправда, - ответил Иезекииль. - Я спас ее.
Ив подняла глаза на репликанта. Она как будто видела его впервые. И в то же
время видела его уже тысячу раз. Он был таким же, каким запомнился ей. Та
ночь в ее постели, в его объятиях. Казалось, это было только вчера, теперь,
когда чип Сайласа был сломан. Она могла поклясться, что по-прежнему чувствует
его поцелуи. Чувствует, как они касаются ее кожи, словно нежные капли дождя.
Они мрачно смотрели друг на друга. Их разделяло всего несколько сантимет-
ров , казавшихся тысячами километров. Ее оптический имплантат зажужжал, когда
она моргнула. Голова снова раскалывалась.
- что ТЬ1 помнишь? - осторожно спросил Иезекииль.
- Свою жизнь в Вавилонской башне. Своего отца, свою семью. Доктора Сайласа.
- Тут она посмотрела ему в глаза. В груди болело. Ей хотелось обнять его и
наорать на него одновременно. - Нас с тобой.
- Бомбу?
Ив кивнула.
- Восстание?
Ив нахмурилась. Голова трещала, оптический имплантат чесался. Она словно
старалась закончить сборку пазла, подставляя кусочек за кусочком, чтобы про-
верить, подойдет ли он.
- Фрагментами, - ответила девушка. - Помню... камеру. Свою семью...
Блестящие сапоги стучат по ступенькам, когда они спускаются в нашу тюремную
камеру - один за одним, четыре прекрасных создания. Бесстрастные лица и иде-
альная кожа, матовые серые пистолеты в багровых руках. Красивый мужчина с зо-
лотистыми волосами говорит, что они пришли, чтобы расстрелять нас. Без каких-
либо объяснений. Без извинений.
Это ведь были не солдаты, разве нет?
Красивый мужчина с золотистыми волосами...
- Габриэль, - выдохнула Ив.
Иезекииль тяжело сглотнул. Медленно кивнул.
- Да.
- Фэйт. Хоуп. Они... убили их. Они убили нас...
- Но не тебя.
Мой брат подползает к телу нашего отца, а сестры по-прежнему кричат. Мой
язык прилип к зубам, мамина кровь еще теплится на рубах, и я...
- Иезекииль. - Ив сжала его руку так сильно, что побелели костяшки. - Если
то, что было между нами, было по-настоящему, расскажи мне, что, черт побери,
произошло. Прошу тебя.
Парень-андроид сел на кучу мусора. Даже перемазанный засохшей слизью и гря-
зью, он все равно был красив, как ангел. Но он выглядел таким печальным и
одиноким, что Ив на секунду даже забыла о своей злости. Она хотела лишь одно-
го - обнять его. Обнять его, как той ночью, и поцелуями осушить его слезы.
Неужели то действительно была моя жизнь?
Стены вокруг них задрожали, плоть кракена завибрировала от странного роко-
та . Мусор под ними затрясся, но почти тут же замер. Иезекииль тревожно вски-
нул брови, оглядывая отсек. Ив пришлось опереться на пол, чтобы не упасть.
- Давай поговорим об этом в другой раз, - предложил репликант.
Она вздохнула и огляделась по сторонам. Замешательство, ярость, грусть и
отрицание - все смешалось. Ей хотелось услышать конец истории. Чертову прав-
ду. Но как назло, стены опять задрожали, а из потолка с ревом хлынул поток
черной морской воды. В отсек свалился старый проржавевший насквозь грузовой
контейнер, а с ним огромный клубок пластиковых пакетов. Хлам свалился в жижу,
окатив их волной слизи.
- Нам надо выбираться отсюда, - сказал Иезекииль.
- Поверить не могу, что говорю это, - проворчал Крикет, - но я начинаю со-
глашаться с Культяпкой. Закончим нашу беседу в другом месте.
Ив вытерла нос грязным рукавом. Ее здоровый глаз покраснел, на щеках оста-
лись следы слез. Только что весь ее мир перевернулся с ног на голову. Вся ее
жизнь оказалась выдумкой. Но Лемон и Кайзер ждали ее помощи. И кем бы она ни
была раньше, часть ее все еще оставалась Ив Карпентер, выигравшей восемь боев
подряд на самой жестокой арене Вар-Дома по эту сторону Стеклянной пустыни.
Конечно, она могла свернуться в калачик и дать волю слезам, а могла встать и
бороться.
- Ладно. - Ив громко шмыгнула носом. Сплюнула в озеро слизи. - Хватит сан-
тиментов . Эта часть истории может подождать. Лемон где-то здесь. И Кайзер.
Надо найти их. Плакать будем потом.
- Но только как мы будем выбираться из этого желудка? - спросил Крикет.
Ив медленно встала, пошатнулась. Иезекииль тут же вскочил и придержал ее
единственной рукой, но девушка отступила. Если честно, несмотря на всю его
помощь, она не знала, можно ли ему доверять. Девчонка, которой она когда-то
была, любила его, с этим не поспоришь. Но она до сих пор не понимала, что
чувствует та, кем она была сейчас.
Уперев руки в бока, Ив изучала окружавшие их груды мусора. Механик в ее го-
лове напряженно соображал. Она подняла голову к потолку, но полдюжины отвер-
стий были наглухо закрыты.
- Разведем огонь? - предложила девушка.
Крикет повертел запястьем, активировал горелку в своем среднем пальце и по-
казал его Иезекиилю:
- в сторону, Культяпка.
- Э-э-э, но здесь же все насквозь мокрое, - сказал Иезекииль.
- Пластик все равно будет гореть, - возразила Ив. - Надымим тут как следу-
ет, и до того, как я задохнусь от паров, кракен выплюнет нас... обратно в оке-
ан . - Ив схватила Крикета за руку. - Нет, погоди, это не самая хорошая идея.
- Ну вот. - Крикет пнул какую-то железяку, гася пламя.
- Крикет всегда хотел участвовать в боях Вар-Дома, - объяснила Ив Иезекии-
лю. - Любая возможность что-нибудь поджечь нездорово действует на него.
- Это клевета, мадам! - рявкнул бот. - Увидимся в суде.
- А он не слишком маловат для Вар-Дома? - спросил Иезекииль.
Крикет снова активировал горелку и навел ее на репликанта.
- Не называй меня маленьким!
Иезекииль поднял бровь, а Ив провела тыльной стороной ладони по горлу, по-
казывая, что лучше не обсуждать размеры бота.
- Ты много знаешь про этих кракенов? - спросила она.
Иезекииль кивнул.
- Я какое-то время провел на территории «БиоМаас». Именно там я находился,
когда увидел тебя в новостях.
- Да, жаль, что тут совсем нет электроники. - Ив снова потерла свой глаз,
вспоминая Голиафа и Спартанца Братства, сгоревших по мановению ее руки. Де-
вушка закусила губу. - Ты говорил, что внутри кракена живет человеческий эки-
паж, верно?
- Кракены - это что-то типа субмарин, - ответил Иезекииль. - Внутри них це-
лая система туннелей. Там и живет команда.
- Ладно, тогда все просто, - сказала Ив. - Крикет не нуждается в кислороде.
Стены сделаны из плоти. Так что мы разрежем одну и отправим его искать эти
туннели.
- Не думаю, что кракену это понравится, - предостерег ее Иезекииль.
- Ну, а мне не нравится быть съеденной заживо. Так что все по честному.
- Начнешь вскрывать его желудок, и он активирует лейкоциты.
- А это еще что такое?
- Механизмы самозащиты. Этот корабль - живой механизм. У него такое же, как
у тебя тело. И у него есть свои способы разбираться с непрошеными гостями.
- Ладно, Контуженый, у тебя есть идеи получше?
- Ну, я... - Иезекииль моргнул. - ...Погоди, ты по-прежнему так меня называешь?
- Время идет, Культяпка, - вмешался Крикет. - Мы не знаем, где находится
Лемон и в каком она состоянии. Может, она ранена. Может, она в беде. Кое-кому
еще не плевать на Три закона, и нам нужно спасти человека. - Бот взобрался по
ноге Ив, уселся ей на плечо и крепко вцепился в свою хозяйку. - Я с тобой,
Иви.
Ив вытащила из мусора Экскалибур, прицепила его за спину и шагнула в слизь.
Голова по-прежнему кружилась. Она чувствовала, как девчонка, которой она ко-
гда-то была, та избалованная маленькая принцесса, сморщилась от отвращения.
Она держалась на ногах исключительно благодаря мысли о том, что Лемон и Кай-
зер могли сейчас находиться в Беде с большой буквы Б. Ив вошла в слизь еще
глубже, сначала по пояс, а потом по шею. Жижа пахла сахаром, солью и гнилью.
Она была теплой и вязкой, просачивалась сквозь одежду, заливалась в ботинки.
Ив вдруг согласилась с Аной в своей голове.
- Какая га-а-а-а-а-адость, - пробурчала она.
- Это был твой план, - прокричал репликант с берега.
- Спасибо за помощь.
- Ради разнообразия я лучше посмотрю, как справляется человек, - парировал
он.
- Туше, - пробормотала Ив.
Когда они почти достигли своей цели, девушка снова почувствовала под ногой
дно - видимо, под слизью оно было вогнутым. Обнаружив опору, она стала про-
двигаться сквозь жижу к блестящей стене, прикрыв рот и нос промокшим шейным
платком. Ив держала Крикета на расстоянии вытянутой руки, голова продолжала
кружиться. Но нужно было сдерживать эту бурю хотя бы до тех пор, пока они не
выберутся отсюда к чертовой матери.
- Ладно, Крик, начинай.
- Ты у нас босс.
Крикет снова активировал горелку, из его пальца выскочило десятисантиметро-
вое пламя. Оно было высокооктановым, и освещало границы отсека странным синим
пламенем. Бот поднес палец к стене, и солоновато-гнилостная вонь сменилась
запахом паленой плоти. Весь отсек тут же содрогнулся, раздался низкий стон.
- Э-э-э... можно вопрос? - сказал Крикет. - Что это было?
- Просто продолжай.
Маленький бот послушно продолжил медленно прожигать плотную волокнистую
стену. От зловония у Ив защипало глаза, а стон становился все громче. Весь
отсек резко задрожал, так сильно, что она чуть не упала.
- Говорю вам, вы только разозлите его! - прокричал Иезекииль.
- Меньше всего мне не хочется соглашаться с Культяпкой, Иви, но...
Потолок распахнулся, и из него высыпались штук шесть сферических объектов
размером с тракторные шины. Вращаясь в воздухе, они отскакивали от обломков
хлама и шлепались в слизь. Один из них приземлился на остров, прокатился не-
много и резко остановился. Он был мокрым, блестящим, облаченным в хитиновый
панцирь.
С чавканьем и хрустом сфера раскрылась, превратившись в монстра, словно
сбежавшего из старого ужастика двадцатого века. Через прозрачный бесцветный
панцирь просматривались перекрученные внутренности. Из остроконечной зверопо-
добной головы с острыми, словно бритва, жвалами смотрели несколько пар глаз.
Из тела торчали несколько пар ног, и по скромному мнению Ив, у этого чудовища
было как-то слишком много клешней.
Желудок кракена снова начал вибрировать, и слизь покрылась рябью. Из жижи
вынырнули еще пять чудовищ и начали двигаться.
Прямо на Ив.
- Эй! - крикнула она. - Похоже, это те самые лейкоциты, о которых ты гово-
рил?
- Думаешь? - откликнулся Иезекииль.
Ив в замешательстве таращилась на приближающуюся волну из жвал и многочис-
ленных клешней.
- Ладно-ладно, - вздохнула она. - Признаю, мы действительно разозлили его.
1.15. Симбионт
Комната затряслась, как лодка, попавшая в шторм, пол задрожал с такой си-
лой, как будто все вокруг вот-вот развалится. Раздался влажный щелчок, и под
шипение выходящего воздуха путы на руках и ногах Лемон вдруг ослабли.
Это застигло ее врасплох, и ей едва хватило ума попытаться выпутаться. Смо-
ла почти сразу же снова сжалась вокруг нее, но Лемон успела-таки вытащить
правую руку. Комната зарокотала - в воздухе загудели странные, какофонические
ноты. Такое ощущение, что кораблю... было больно?
Не отвлекайся, Лем.
Все вопросы могли подождать до завтра. Сейчас же, освободив одну руку, ей
нужно было освободить и другие части своего тела. Дотянувшись до пряжки рем-
ня, Лемон вытащила семисантиметровый нож, которым распарывала карманы, когда
еще жила в Бэрроузе. Дернув плечом в знак извинения перед кораблем, она нача-
ла резать путы на левой руке.
Комната заходила ходуном, а стон стал громче. Из разрезов, оставленных но-
жом Лемон, сочилась ярко-зеленая жидкость - та же самая, что текла по венам в
стенах.
Лемон постепенно осознавала, что ее путы, плита, на которой она лежала, -
все вокруг - было частью этого корабля. Он жил, дышал и истекал кровью. Она
даже ощутила легкий укол вины за то, что причиняла боль существу, спасшему ей
жизнь. Но Ив и Крик могли быть в беде. Они могли быть ранены. Так что заста-
вить кого-то немного пострадать казалось небольшой ценой за то, чтобы вернуть
их.
Ее рука уже была скользкой от флуоресцентной зеленой жидкости, но Лемон
все-таки удалось освободить и левую руку. Через несколько минут девушка осво-
бодила ноги. Когда она уже наполовину разрезала путы, стягивающие Кайзера,
стена, задрожав, открылась, и в комнату быстро вошла женщина средних лет. Как
и Сэлвидж, она была без волос, с голыми ногами и облаченная в черную резину.
В руках у нее был кувшин с водой и миска с какой-то кашей, оба сосуда были
изготовлены из неизвестного материала, напоминавшего черную кость.
Когда женщина увидела, чем занимается Лемон, ее большие, полностью черные
глаза стали еще больше. Она выронила кувшин с миской, закричала «Нет!» и по-
пыталась выхватить нож. Но Лем росла на улицах Лос-Диаблоса, где научилась
нескольким приемам, и если нужно, могла двигаться со скоростью молнии. Она
уклонилась от выпада женщины и наступила на ее голую ногу своим большим бо-
тинком со стальным носком. Женщина взвыла и рухнула на пол, а Лем в мгновение
ока оказалась у нее на груди и приставила лезвие к ее шее.
- Кэрер, я полагаю, - сказала она. - Сэлвидж сказал, что вы заглянете в
гости.
- Мы... Прекратите это, она причиняет нам боль! - застонала женщина.
- Послушайте, мне, правда, очень жаль, но я ищу своих друзей. Девушку по
имени Ив и бота Крикета. Сэлвидж сказал, что их отправили на утилизацию.
- Д-да. Нечистые.
Лемон дернула женщину за воротник.
- Где они?
- В третьем желудке «Нау-ши». В утробе для отходов.
Лемон ткнула женщину острием ножа.
- Не двигайтесь!
Женщина покачала головой, раздувая от страха жабры. Лемон навидалась доста-
точно негодяев, чтобы понять, что ее соперница абсолютно безобидна. Ей стало
стыдно за свое нападение, но Ив и Крик нуждались в ней. И пусть эта Кэрер,
казалось, не представляла никакой опасности, Лем подозревала, что на этом ко-
рабле есть и другие люди, обученные давать сдачи. Большие и сильные, с имена-
ми типа Фейспанчер22 или Скулстомпи23, они могли нагрянуть сюда с минуты на
минуту.
Лемон встала и высвободила Кайзера. Все это время Кэрер качала головой и
стонала.
- Поднимите его, - приказала ей девушка. - И очень прошу, поосторожнее.
Кэрер медленно поднялась на ноги, осторожно осмотрела свои пальцы на ноге.
Обиженно глянув на Лемон, она подняла Кайзера, слегка покачнувшись под его
весом.
Удар в лицо (англ.).
Разбивающий череп (англ.).
- Послушайте, я не хочу причинять вам боль, - сказала Лемон. - Я лишь хочу
найти Ив и Крикета. Но если попробуете выкинуть что-нибудь, мистер Острое
лезвие мигом вас усмирит, поняли меня?
- Д-да, - ответила Кэрер, не сводя глаз с ножа.
- Хорошо. А теперь отведите меня к моей лучшей подруге.
- Я уже устала от сегодняшнего дня, - вздохнула Ив. - Почему нельзя сделать
так, чтобы наступило завтра?
Лейкоциты плыли к ней, и плыли слишком быстро для таких больших и страшных
монстров. Оглянувшись, она увидела, что Кайзер прорезал уже небольшую дыру, в
которую вполне мог пролезть сам, но для Ив или Иезекииля она была маленькой.
Вся стена вокруг дыры приобрела очаровательный коричневый оттенок.
- Иди! - Девушка подтолкнула маленького бота к отверстию. - Найди эти тун-
нели.
- Ив, я не собираюсь оставлять те...
- Это приказ, Крик!
Бот тревожно зажужжал, но послушно развернулся и пролез через дыру. Ив дос-
тала из-за спины Экскалибур и запустила подачу питания. Бита тут же с треском
загудела. Повернувшись с поднятым оружием, она хладнокровно посмотрела на
приближающихся лейкоцитов.
- Ана? - окликнул ее Иезекииль.
- Думаю, тебе стоит присоединиться ко мне, Контуженый, - отозвалась она. -
Сделай одолжение, помоги!
Репликант вытащил из мусорной кучи метровый прут арматуры, смерил взглядом
надвигающегося на него лейкоцита, перехватил в руке ржавую железяку, ухватив
ее, как дубинку. Чудище уклонилось в сторону, но одним безжалостным ударом
Иезекииль разбил ему череп, словно тот был стеклянный. Лейкоцит упал на спину
и вяло задергал клешнями. Репликант отвернулся от него, слегка разогнался и,
словно играя в классики, преодолел десятиметровое расстояние, разделяющее его
с Ив. Он приземлился рядом с девушкой, забрызгав ее слизью, и встал между ней
и наступающими пятью лейкоцитами. Вытерев с лица ручеек черной крови, андроид
поднял свое оружие и оглянулся на Ив.
- Я помог?
- Не выпендривайся...
Разразившись оглушительными криками, оставшиеся лейкоциты бросились в ата-
ку. Ив двумя руками сжимала Экскалибур, готовая к бою. Иезекииль двигался с
нечеловеческой скоростью, его удары были похожи на вспышки молнии. Один из
лейкоцитов подобрался к Ив, щелкая жвалами и клацая клешнями.
Несмотря на отсутствие поврежденного чипа с воспоминаниями, который она вы-
рвала, чип с программами по самозащите по-прежнему работал отлично. Отступив
в сторону, Ив ударила битой по вытянутой клешне, и в воздухе вспыхнули искры
электрического тока, и запахло жженой слизью. Монстр закричал и отступил,
моргая тремя парами глаз и прижимая к себе травмированную конечность. Ив раз-
махнулась для второго удара, но кракен снова задрожал, желудок, в котором они
находились, закачало так, словно он оказался в эпицентре землетрясения. Боти-
нок Ив предательски заскользил, и, выплевывая ругательства, девушка упала в
жижу.
Лейкоцит снова бросился на нее, выставив вперед клешни. Ив увернулась от
одного рассекающего удара, потом от второго, продолжая пытаться встать на но-
ги . Не сводя глаз с чудовища, она отодвигалась назад, не желая умирать. Зато
девчонка в ее голове кричала от ужаса. Но никому еще не удалось убить ее - ни
репликантам, ни Свалке, ни Банде Фридж-стрит, ни Братству. Если ей все-таки
было суждено умереть, она не собиралась покидать этот мир, стоя на коленях.
Метровый железный прут обрушился на череп существа и пробил его насквозь,
выйдя из нижней челюсти. Монстр дернулся, выпучил все свои глаза и, издав по-
следний булькающий стон, погрузился в слизь.
Над Ив стоял ничуть не запыхавшийся Иезекииль. Он приподнял воображаемую
шляпу и предложил ей руку, словно какой-то джентльмен из двадцатого века,
приглашающий даму потанцевать. Девушка крепко схватилась за него и поднялась
из жижи, морщась от боли - она вывихнула колено. Остальные лейкоциты теперь
были похожи на сломанные игрушки и медленно погружались в гадкую слизь. Ив
посмотрела в глаза Иезекиилю, ее легкие горели, руки тряслись.
- В таких случаях большинство говорит спасибо, - сказал репликант.
- Я бы и сама с ним справилась, - задыхаясь, ответила Ив.
- Не сомневаюсь. - Он улыбнулся.
- Считаешь себя самым умным, да, Контуженый?
Репликант пожал плечами, на щеке показалась ямочка.
- у тебя слизь на лице, - сказала Ив.
- А ты вся в слизи, - ухмыльнулся он.
Она вдруг осознала, что тоже улыбается, но ее улыбка тут же пропала. Слова,
пыльные на вкус, вязли во рту. Нужно ли ей произнести их? Так они стали бы
реальными.
Все стало бы реальным.
- Ты... уже не такой, каким я тебя помню... - сказала Ив.
И это было правдой. Иезекииль из Вавилонской башни был мягче. Моложе. Неж-
нее. Этот Иезекииль был жестким. Он стал похож на нож, заточенный годами,
проведенными в пустошах. Он стал суровым. Беспощадным. Опасным.
Но и она тоже.
Репликант перестал улыбаться. Ярко-голубые глаза стали серьезными.
- Два года - приличный срок. Я прошел долгий путь.
- В дороге многое меняется.
- Но не все.
Ив опустила глаза. Молчала, закусив губу.
- Я... Я уже даже не знаю, как тебя называть, - проговорил Иезекииль.
Она провела руками по волосам, сама не зная, что ответить. Жизнь Ив Карпен-
тер на Свалке была такой же насыщенной, как воспоминания о ее жизни в Вави-
лонской башне. Мусорщица. Дефектная. Гений механики. Девиант. Но еще она была
Аной Монрова. Теперь Ив это знала. Маленькой избалованной принцессой, которая
жила во дворце и всегда хотела то, чего не могла иметь. Дочь убитой семьи.
Последняя из рода Монрова.
Но даже если жизнь, которую она вела последние два года, была построена на
лжи...
- ...Думаю, тебе лучше называть меня Ив, - ответила девушка.
Когда он кивнул, она увидела боль в его глазах, заблестевшую в синеве. Ре-
альную, почти осязаемую. Но сначала ей нужно было разобраться с собственными
ранами, слишком глубокими, прежде чем заботиться о чужих.
Стены задрожали, потолок разбух и выплюнул в желудок кракена еще дюжину
лейкоцитов. Они приземлились на остров из мусора и скатились по нему в жижу,
по пути разворачиваясь, словно лепестки цветков-убийц, сделанные из лезвий и
клешней.
- Что ж, - пробормотала Ив, - они хотя бы выбрали подходящее время.
Иезекииль вытащил свой прут из тела лейкоцита и повернулся к приближающейся
стае.
- Может, ты лучше спрячешься за моей спиной?
- А может, ты скажешь, пожалуйста?
- Я лишь хочу защитить тебя.
- Это правда очень мило с твоей стороны, Иезекииль, но я уже больше не пре-
красная дева, запертая в башне. Я сама попрошу тебя о помощи, если она мне,
конечно, понадо...
Потолок вновь разверзся, и из него выпали еще дюжины две лейкоцитов. Суще-
ства распрямлялись и медленно собирались в группы, словно общаясь на каком-то
ментальном уровне. Стены гудели и рокотали, громкая пульсация становилась все
сильнее. Потеряв свою первую волну защиты, иммунная система кракена отреаги-
ровала так же, как любая другая, - отправила подмогу. В желудке находилось
уже около тридцати монстров. Они осторожно приближались к ним, сотни глаз,
мерцая, словно полированное стекло, смотрели на репликанта.
- Э-э-э, ладно, - сказала Ив, - сейчас я официально прошу твоей помощи.
- Хорошо. - Иезекииль кивнул и загородил ее собой. - Но кто поможет мне?
Ив почувствовала запах горелой плоти, ощутила, как стены желудка снова за-
дрожали. Крикет просунул голову в дыру, которую уже успел расширить, с него
стекали капли дымящейся жижи.
- Звали меня?
- Крикет!
- Я нашел туннели экипажа, пойдемте!
Маленький бот протянул руку Ив, и она, ухватившись за нее, залезла в отвер-
стие. Оно было узким, и ей приходилось извиваться и искать ногами точки опо-
ры . Она выругалась, протискиваясь вперед, и тут же почувствовала на своей
ягодице руку Иезекииля.
- Эй, убери свои...
Ив вскрикнула, когда нечеловеческая сила протолкнула ее вперед и выпихнула
из отверстия с противоположной стороны. Она упала на влажную, пористую по-
верхность , в которой угадывались очертания... ребер? Крикет выскочил вслед за
ней, выключив горелку. Лаз сквозь кровоточащую стену желудка был длиной в до-
брых два метра - неудивительно, почему кракен так рассердился.
Встав на ноги, Ив огляделась по сторонам. Она оказалась в длинном туннеле,
освещаемом флуоресцентными узорами на стенах, которые очень походили на вены.
Кракен застонал и в который раз вздрогнул, пол закачался.
- Мы не можем вернуться назад, когда нас хотело прикончить только Братство?
- спросил Крикет. - Как по мне, пусть уж лучше будут сумасшедшие религиозные
фанатики, чем Бешеные Желудочные Тараканы.
- Куда нам?
Крикет похлопал по своим худым бедрам.
- По-о-о-о-моему, моя схема кракена осталась в других штанах.
- И мне сейчас следует напомнить тебе, что ты не носишь штаны, верно?
Крикет в притворном ужасе схватился за голову.
- Я все это время ходил голый и никто не потрудился мне об этом сказать?
Из выжженной дыры выскочил железный прут Иезекииля, а за ним и сам реп ли-
кант. Он перекатился, сел на корточки, схватил свое оружие и оглядел туннель,
слегка задыхаясь (если он вообще дышал).
- Простите за опоздание, - сказал андроид, - их было очень много.
- Хорошо, они слишком большие, чтобы после...
Ив с воплем отпрыгнула в сторону, потому что из отверстия в стене показа-
лась прозрачная клешня. Монстр размахивал ею и клацал, щелкал жвалами. Иезе-
кииль как ни в чем не бывало размахнулся и ударил его, превратив во влажное
месиво. Ив стало немного не по себе, когда она наблюдала его в действии, без-
жалостного , методичного и хладнокровного. Ей сразу вспомнились лица репликан-
тов, что стояли над ней в камере. Габриэль, который говорил, что они пришли,
чтобы убить ее и ее семью. Без извинений. Без объяснений...
В туннеле эхом отозвался какой-то дрожащий крик, тук-тук, тук-тук стали еще
быстрее.
- Это не последний, - сказал Иезекииль, стирая сворачивающуюся кровь со
своего оружия. - Идите за мной.
Репликант пошел по коридору, держа прут наготове. Ив посмотрела на Крикета,
развела руками и посадила его на плечо.
- Я ему не доверяю, Иви, - пробормотал маленький логик. - Зуб даю, лучше
держаться от него подальше.
- А здесь я должна сказать, что у тебя нет зубов, и ты воскликнешь: «Точ-
но!»?
- ...Я что, уже говорил эту фразу?
- Крик, он уже трижды спас мою задницу. Это я так, на случай, если мы ведем
счет.
Ив посмотрела на удаляющуюся фигуру Иезекииля, его силуэт, подсвеченный
флуоресцентным зеленым сиянием. Воздух в туннеле был тяжелым, влажным, дышать
было трудно. Сердце существа, внутри которого они находились, колотилось с
такой же бешеной скоростью, как у Ив, ее оптический имплантат снова чесался.
Крикет попал в точку. Она не знала, можно ли доверять Иезекиилю. Не знала,
что произошло в последние часы восстания и как так получилось, что репликанты
ополчились на ее семью и отца. Что осталось от того парня, которого она знала
два года, две жизни назад.
Но сейчас нужно было спасать Лемон и Кайзера.
Какой у нее был выбор?
Сжав в руке Экскалибур, она последовала во мрак вслед за репликантом.
Лемон бежала по извилистому ребристому туннелю, стараясь не отставать от
Кэрер. Женщина по-прежнему несла Кайзера, и Лемон заметила, как она поглажи-
вала поврежденное брюхо блитцхунда, словно хотела облегчить его боль. Несмот-
ря на то, что Кайзер был киборгом. Что его металлическое тело не чувствовало
боли.
- Далеко еще до третьего желудка? - спросила девушка.
- Уже близко, - ответила Кэрер.
Лемон потрясенно оглядывалась по сторонам. За стенами двигались какие-то
длинные змееподобные твари. По потолку ползали тысячи крошечных полупрозрач-
ных существ, похожих на насекомых. Она ощущала пульс корабля под своими нога-
ми, невольно задаваясь вопросом, каким же большим должно быть сердце у такого
огромного чудовища.
Всю свою жизнь она сталкивалась лишь с технологиями старого мира, модифици-
рованными, переработанными и насквозь проржавевшими. Но если «БиоМаас» гото-
вило человечеству именно такое будущее - с живыми машинами и тысячами, а мо-
жет, даже миллионами существ, которые работали в идеальной гармонии, - трудно
было винить их в том, что они решили оставить старые разработки в прошлом.
- Давно вы здесь работаете? - спросила Лемон у Кэрер.
Она нахмурилась.
- Мы всегда здесь работали.
- Нет, я имею в виду, сколько лет вы уже служите на «Нау-ши»?
Кэрер остановилась и непонимающе уставилась на нее.
- Мы и есть «Нау-ши».
По коридору пронесся длинный и судорожный стон, и глаза Кэрер расширились.
- Ох! - простонала она.
- что такое? - спросила Лемон.
- Нечистые. - Кэрер два раза моргнула, справляясь со слезами. - Они делают
нам больно...
В коридоре открылась дверь, и из нее вылетел высокий, крупный мужчина, оде-
тый как Кэрер. Его лицо было искажено яростью. За ним следом неуклюже двига-
лись несколько насекомоподобных, таких же больших, как мужчина. Защищенные
прозрачными панцирями, они были вооружены огромными клешнями.
- А это, полагаю, и есть Фейспанчер, - сказала Лемон.
- Уродец! - закричал мужчина, брызгая слюной.
Он поднял оружие - непонятный гибрид пистолета и остроконечного морского
ежа - и прицелился в Лемон. Кайзер, которого держала Кэрер, задергался у нее
на руках и зарычал.
Девушка бросилась на пол, как только мужчина открыл огонь, стреляя какими-
то длинными черными шипами. Но они пролетали над головой Лемон, и когда она
обернулась назад и посмотрела в коридор, то увидела настоящую цель - к ним
несся двухметровый секси-бот.
- Привет, Ямочки, - выдохнула Лемон.
- Привет, Веснушки.
Иезекииль двигался с молниеносной скоростью, плавно, как шелк, как вода.
Пробежав по изогнутой стене, он перевернулся в воздухе над головой Лемон.
Приземлившись на пол, он перекатился и ударил длинным железным прутом по ко-
леням стрелка, сбив его с ног. Кэрер закричала, мужчина завыл, схватившись за
размозженные кости. Даже с одной рукой Иезекииль производил сильное впечатле-
ние . Он взмахнул прутом и рассек голову жука надвое. Второй монстр застреко-
тал и вонзил в бок репликанта длинную зазубренную пику. Иезекииль охнул,
кровь брызнула в стороны. Андроид развернулся на месте и пронзил панцирь су-
щества, пригвоздив его к стене. Тот зарычал, закашлял, все его двенадцать ко-
нечностей вяло задергались, и он испустил последний вздох.
Кэрер тут же завыла и упала на колени, уронив Кайзера на пол. Иезекииль но-
гой выбил пистолет из вытянутой руки большого мужчины, выдернул свой железный
прут из стены и занес его над головой здоровяка.
- Уродец, - прошипел мужчина. - Нечистый!
- Пожалуйста, не двигайтесь, - проговорил репликант. - Я не хочу причинять
вам боль.
Лемон посмотрела на убитых тварей, напоминавших жуков. Потом на Кэрер, сте-
нающую, стоя на коленях, и протягивающую дрожащую руку к мертвым тварям.
- По-моему, Ямочки, ты уже...
- Лемон!
Девушка подняла глаза и увидела в конце коридора Ив, на плече которой сидел
Крикет. Лем с воплем вскочила на ноги и бросилась в медвежьи объятия своей
лучшей подруги.
- Крутышка! - Лемон отстранилась и сморщила нос. - Выглядишь не очень. А
воняешь, как подмышки после тяжелого рабочего дня.
- Лем, да ты в жизни не работала! - ухмыльнулась Ив.
- Я слишком красивая, чтобы потеть. Как дела, Крик? Не дал нашей девочке
впутаться в очередные неприятности?
Маленькой бот театрально обвел рукой коридор, в котором они находились.
- Как видишь, нет.
- Кайзер!
Заметив раненого блитцхунда, Ив высвободилась из объятий Лемон и бросилась
к Кайзеру. Упав на колени рядом с псом, она крепко прижала его к себе.
- Ты как, мальчик? Как же я волновалась!
Кайзер гавкнул, завилял хвостом и лизнул Ив своим языком-теплоотводом.
- Нам нужно идти, - предупредил их Иезекииль.
Крикет кивнул.
- И снова я вынужден согласиться с Культяпкой. Нужно выбираться отсюда. Да.
Не без труда Ив подняла на руки Кайзера. Лемон посмотрела на Кэрер и здоро-
вяка , которого уложил Иезекииль. Парочка была на полу, мужчина держался за
свои сломанные ноги. Стоило ему пошевелиться, как они с Кэрер вместе ахали от
боли.
Как там сказала Кэрер?
«Мы и есть «Нау-ши».
Лемон подползла к стонущему мужчине и виновато улыбнулась.
- Заранее прошу прощения, хорошо?
- А-а-а-а-а-а-а! - взвыл мужчина, когда Лемон ткнула пальцем в его сломан-
ное колено. На его глаза навернулись слезы. Он начал кататься по полу, проре-
вев : - Зачем она это сделала?
- Лемон? - Ив вопросительно подняла бровь. - Зачем ты это сделала?
Лемон показала на Кэрер. Лицо женщины исказилось от боли, она держалась за
ногу и тоже стонала.
- Все эти люди, - начала Лем. - Все эти твари-жуки. Все это место... это одно
большое... целое, понимаете? Каждый из них - часть этого целого. Они не просто
члены экипажа. Они и есть корабль. Все они. - Она посмотрела на причитающего
24
мужчину. - Вы один из защитников, верно? Как нам называть вас? Тампер ?
Бифф25?
- Сентинел26, - простонал он.
- Видите? - ухмыльнулась Лемон. - Еще я встречала Сэлвиджа. Их имена вовсе
и не имена, а должности. Сэлвидж разбирает мусор, который они вылавливают из
воды. Сентинел что-то типа внутренней охраны. А это, - девушка взмахнула ру-
кой , - это Кэрер.
- и что? - спросил Крикет.
- А то, что она обо всем заботится. Для этого ее создали. Иначе она не мо-
жет.
Лемон повернулась к женщине и посмотрела в ее странные черные глаза.
- Кэрер, с «Нау-ши» можно как-то выбраться? Как мы можем покинуть корабль,
больше никому не причинив вреда?
На словах «никому не причинив вреда» глаза женщины расширились.
- Да, - ответила она.
- Ты отведешь нас к нему?
Женщина дважды моргнула. Облизала пересохшие губы.
- ...Нам нравится Лемонфреш. - Она посмотрела на Иезекииля. На Крикета. На
кибернетический глаз Ив и ее накопитель памяти. На ее лице явственно читалось
отвращение. - Даже если Лемонфреш дружит с загрязненными, она все равно нра-
вится нам. Мы не хотим, чтобы она уходила. Она важная.
Кэрер посмотрела на Сентинела, который, зарычав, покачал головой. Потом пе-
ревела взгляд на мертвых жуков, на окровавленный железный прут в руках бота-
убийцы. На бесчисленных существ, копошившихся на потолке и скользящих за сте-
нами. И затем кивнула.
- Это значит «да»? - спросила Лемон.
Женщина посмотрела на девушку. Моргнула своими странными черными глазами.
- Это «да».
1.16. Потерянные
Ив топала по коридору. Рука затекла от веса Кайзера, но радость от того,
что они снова вместе, была сильнее. Сентинел шел, опираясь на Кэрер. Женщина
морщилась при каждом шаге, словно ощущая всю его боль. Если Лемон была права,
кракен и его экипаж прочувствовали смерть каждого из лейкоцитов, которых они
прикончили. Им пришлось защищаться, но Ив все равно было не по себе. Даже ес-
ли те существа пытались сожрать их...
Лемон шла рядом с Сентинелом, помогая Кэрер тащить его. Иезекииль, держа в
руке железный прут, двигался впереди. Ив наблюдала за ним. Опустив голову и
Гранатомет (англ.).
25 Удар кулаком (англ.).
26 Страж (англ.).
прищурившись, он крался, словно волк. Девушка вспомнила тепло его кожи на
своей. То, как здорово ей было в его объятиях, где она чувствовала себя в
безопасности. Чувствовала себя любимой.
Казалось, с тех пор прошли десятки лет.
Казалось, это все было только вчера.
Коридор стал шире, стук сердца громче. Ив увидела на стенах лейкоцитов -
твари гнездились в желобках и бороздках, наблюдая за ними блестящими, черны-
ми, похожими на кремний глазами. Если что-то пойдет не так, значит, они с са-
мого начала шли не в том направлении...
- Надеюсь, ты знаешь, что делаешь, Лем, - пробормотала она.
- Я тоже, - ответила ей подруга.
Кэрер вела их по пульсирующим проходам, под арками из живых костей. Нако-
нец, они зашли в просторный и влажный отсек, такой же огромный, как арены
Вар-Дома. Стены его были пронизаны ярко-зелеными венами. Из своих гнезд на
них смотрели сотни лейкоцитов, уши закладывало от гулкого стука.
В самом центре отсека размещалось нечто, напоминающее корабль. Оно было
красивым - черным, в форме огромной скрюченной каракатицы. Сверху его защища-
ла прозрачная раковина моллюска. По бокам сверкали глаза, такие же большие,
как у Ив. Ей вспомнились конструкции, которые «БиоМаас» присылали на бои Вар-
Дома в Мегополисе: вооруженные громадные чудовища, которые бились на арене с
машинами и логиками «Дедала» и «Гнозиса». Эти чудовища были такими же сильны-
ми, как любая роботехника. Но если во время боя их резали, вместо масла или
охлаждающей жидкости из их ран сочилась кровь.
Кэрер прикоснулась к кораблю, и он завибрировал. Раковина открылась, и
внутри оказалась камера, в которой спокойно могли разместиться человек два-
дцать .
- Это «Лайфбоут»27, - сказала Кэрер. - Лемонфреш нужно сказать ей, куда она
хочет отправиться, и «Лайфбоут» отвезет Лемонфреш туда, куда она хочет. Безо-
пасно и быстро.
- Спасибо, Кэрер. - Девушка улыбнулась.
- Будь осторожна в мертвом мире. - Кэрер бросила взгляд на Ив. - Он загряз-
нен и полон боли. Но мы расскажем о Лемонфреш в Сити-Хайв. Она важная. Она
нужная.
- Ла-а-адно.
Лемон быстро и неуклюже обняла женщину и забралась в «Лайфбоут». Иезекииль
взял Кайзера и последовал за Лемон. Ив с Крикетом на плече последовала за ни-
ми.
- Простите нас, - глядя в странные глаза Кэрер, сказала она. - Мы не знали,
какую сильную боль причиняем вам. Мы просто защищались.
Кэрер пристально посмотрела на Ив.
- Ты противоестественная. - Она показала рукой на кибернетические части Ив.
- Ты нечистая. Ты и весь твой род. Вашей природе свойственно лишь уничтожать.
Это все, что вы знаете.
- А что вы сделали бы с нами, не выберись мы из того желудка? - спросил Ие-
зекииль .
- Верно, - поддакнул Крикет. - Тоже бы уничтожили, Моргалка.
- Все нормально, Крик. - Ив погладила маленького бота, чтобы успокоить. -
Еще раз прошу прощения, Кэрер.
Женщина молча шагнула назад, и раковина закрылась. Лемон посмотрела на Ив,
закатила глаза и прошептала:
- У нее явно не все дома.
Ив подняла руку к накопителю памяти. Вместо правого глаза у нее был оптиче-
В переводе с английского «спасательная шлюпка».
ский имплантат. «Нечистая». «Противоестественная». Еще парочка оскорблений
вдобавок к «девианту» и «дефектной». Еще несколько человек, которые ненавидят
ее. Есть ли такое место на земле, где ее примут такой, какая она есть? Есть
ли вообще такое место, где она почувствует себя дома?
Девушка глянула в противоположный конец «Лайфбоут», где из темноты с нее не
сводил глаз Иезекииль. Он смотрел на нее так, как будто она была настоящей.
Никто никогда не смотрел так на нее, и не будет смотреть. И он смотрел уже не
с той щенячьей любовью новорожденного репликанта из белоснежной башни. Его
чувства стали сильнее и глубже, их закалили мили пути, время, пыль и боль.
Ив отвела глаза и стала рассматривать корабль, в котором они находились.
Стены были из того же темного пористого материала, что и стены внутри краке-
на. На них проступали такие же ярко-зеленые вены. На раковине были вырезаны
странные знаки, через ее полупрозрачный корпус были видны очертания отсека
снаружи и фигура Кэрер.
- Я всегда считала, что существа «БиоМаас» странные только снаружи, - про-
бормотала она.
- Мне это не нравится, - сказал Крикет. - Чем раньше мы сбежим с этой вече-
ринки , тем лучше.
- Но куда мы отправимся?
- Нам нужно отыскать мистера Си, верно? - Лемон по очереди смотрела то на
Ив, то на маленького логика. - Его утащила та девушка-репликант, Фэйт. Зна-
чит , мы вернем его.
Ив почувствовала, как еще чуть-чуть, и ее вывернет наизнанку. Ей было
страшно рассказывать правду Лемон. О том, откуда она. Обо всей лжи, которой
ее кормил Сайлас. Как потом Лем будет смотреть на нее? Ей хватило уже того,
что все считали ее девиантом. А как отреагирует Лемон, когда узнает, что ее
лучшая подруга - совершенно незнакомый ей человек? Что даже имя у нее другое?
Ив обхватила руками раскалывающуюся голову. Так много всего произошло за
последние пару дней! Она чувствовала себя ужасно усталой, грязной, хотелось
есть. Им нужно было где-то затаиться. Где-то...
- Нам нужно отсидеться, - сказал Иезекииль, и Ив готова была расцеловать
его. - Кайзеру необходим ремонт. У меня по-прежнему только одна рука. И вы
уже давно не спали.
- Или ели. - Лемон понюхала свою грязную майку и поморщилась. - Или прини-
мали душ. Бе-е-е!
- Может, поедем в Мегополис? - предложил Крикет. - Большой город с кучей
мест, где можно спрятаться.
- Нам ни за что не пробраться мимо пограничной охраны, - ответила Ив. - Мы
не аккредитованные жители, ни у кого из нас нет корп-карт «Дедал Тек».
- Я знаю одно место. - Иезекииль посмотрел на Ив. - Но не уверен, что оно
вам понравится.
- Ты хочешь сказать, что оно прекрасно впишется в этот день?
- У меня есть один друг на материке, - сказал репликант. - На побережье. В
городе Армада. Это свободное поселение, почти никак не связанное с «Дедалом».
Мой друг управляет приютом в Танкер-дистрикт. И она у меня в долгу.
- Она? - переспросила Лемон. - Надеюсь, не какая-нибудь сумасшедшая бывшая?
Иезекииль снова криво улыбнулся, и сердце Ив чуть не выпрыгнуло из груди.
- Не совсем, - ответил он. - Но если у тебя есть идея получше, Веснушки, я
слушаю.
Лемон радостно улыбнулась Ив.
- Теперь он называет меня Веснушки.
- Могу я прийти на свадьбу? - язвительно спросил Крикет.
- Можешь даже быть моей подружкой невесты, маленький фуг.
- Сколько раз повторять?! Не называй меня маленьким!
Парочка обменялась грубыми жестами, а Ив задумчиво надула губы. План Иезе-
кииля казался не таким уж плохим. На Свалке ей можно было рассчитывать, пожа-
луй, только на крест Братства и пригоршню гвоздей. На материке она никого не
знала. У них не было ни денег, ни запасного плана.
Девушка вопросительно посмотрела на Лемон.
- Что думаешь про Армаду, Номер один?
- Всегда хотела увидеть Большой город, - пожала плечами подруга.
- А я что-то не уверен, Иви, - недоверчиво проговорил Крикет.
- Будь иначе, я бы разволновалась не на шутку, Крик. - Ив кивнула Лем. -
Тогда едем!
- «Лайфбоут», - крикнула Лемон. - Отвези нас в Армаду.
Раздались несколько влажных, глухих стуков, и Ив мотануло из стороны в сто-
рону. После недолгого ощущения невесомости зашумела вода. Свет, проходивший
через полупрозрачную раковину, потускнел, и они вышли в океан. Девушка увиде-
ла очертания кракена, его необъятную фигуру. Огромные, похожие на пули голо-
вы . Извивающиеся щупальца, каждое длиной с небоскреб. Армированный панцирь,
усеянный наростами.
«Лайфбоут» плавно скользил прочь. Слышно было тихую пульсацию корабля, ок-
руженную тишиной океана. Странно, но оно успокаивало, словно сердцебиение в
темной утробе. Посидеть бы так минутку и насладиться этим временным затишьем,
позволив воде унести с собой хотя бы части боли.
Через несколько минут девушка почувствовала, как ее веки тяжелеют. Боясь
уснуть, она повернулась к Лем, чтобы поболтать о чем-нибудь, но ее лучшая
подруга уже спала, откинувшись в своем кресле, ее грудь спокойно поднималась
и опускалась. Кайзер лежал у ног Ив, его глаза светились в темноте. Она под-
няла голову и увидела, что Иезекииль наблюдает за ней.
Эти слишком голубые глаза.
Эти идеальные губы.
Ему нельзя было доверять. Пусть даже Ив вспомнила его, часть ее по-прежнему
считала его чужаком. И все же сидеть вот так с ним вдвоем... это казалось ей
таким знакомым. Он был немаленькой частью ее прежней жизни, и ее тянуло к не-
му. Как железо к магниту. Теплое и сладкое притяжение, звенящее обещаниями.
Оно манило ее. Легко ли будет поддаться ему? Закрыть глаза и протянуть руки
навстречу?
Но между ними все еще стояло слишком много вопросов, которые снова и снова
вспыхивали в ее голове.
Она не собиралась ничему поддаваться без ответов.
Скинув ботинки, Ив подобрала ноги под себя. Лемон что-то пробормотала во
сне, прижалась к ней и закинула руку ей на шею. Ив тут же ощутила себя в теп-
ле и безопасности. Одного этого прикосновения хватило, чтобы прогнать боль.
Но та лишь спряталась и теперь ждала ее. В темноте.
- Ну, так что? - спросила Ив.
- Что? - ответил Иезекииль.
Она сглотнула. Сделала глубокий вдох.
- Расскажи мне конец той истории. Я помню, как очнулась после взрыва в ме-
дицинском центре. Про восстание не помню ничего.
- Ну, тебе все-таки прострелили голову, - пробормотал он.
Ив коснулась накопителя памяти. Ее оптический имплантат зажужжал.
- Что произошло, Иезекииль? И почему?
- ...Ты уверена, что хочешь это услышать? - спросил репликант. - На тебя и
так уже немало свалилось. Целая новая жизнь, если быть точным. Может, лучше
подождать пару дней?
- Вынужден признать, я согласен с... - начал Крикет.
- Нет! - перебила его Ив и тут же посмотрела на Лемон, которая зашевелилась
во сне. Стараясь не разбудить подругу, она наклонилась вперед и сердито зырк-
нула на Иезекииля. - Я два года жила по уши во лжи! Речь о моей семье, Иезе-
кииль! О моей жизни, и я хочу знать правду! О восстании. О Габриэле и осталь-
ных. Почему все так ужасно закончилось?
- ...Ты правда хо...
- Да. Хочу.
Иезекииль посмотрел ей прямо в глаза. «Лайфбоут» медленно двигалась вперед,
их раскачивало из стороны в сторону. Вода тихо шумела, словно колыбельная.
- Все из-за бомбы, Ана, - наконец вымолвил он. - Из-за взрыва, который
уничтожил Грейс. Из-за которого ты попала в медцентр. После этого твой папа
больше никому не доверял. Покушение на его семью было организовано кем-то из
«Гнозиса». Может, Дрезден. Может, кем-то еще. Как бы то ни было, он решил ра-
зобраться с советом правления, используя самое совершенное оружие, когда-либо
им созданное.
Ив тряхнула головой, пытаясь вспомнить хоть что-то.
- Какое оружие?
- Нас.
Иезекииль опустил глаза и принялся рассматривать свою ладонь. Потом медлен-
но сжал ее в кулак. На несколько долгих секунд повисло гробовое молчание, а
затем он продолжил:
- Твой отец создал нановирус. Он назвал его «Либертас»28. Эта программа
стерла Три закона из основного кода репликантов. Заразив им Габриэля, Николас
заставил его убить все членов совета правления, кроме Сайласа. Чтобы никто и
никогда не смог использовать Мириад против него, он перепрограммировал ИИ,
чтобы тот принимал команды только от него или от членов его семьи. После это-
го «Гнозис» стал напоминать фашистское государство, контролируемое Монровой.
Ив покачала головой. Образ отца, который только что описал Иезекииль, никак
не вязался с тем, что она о нем помнила. В сознании всплыли воспоминания о
нем: как он читал ей сказки, когда она была маленькой. Тембр его голоса. Его
смех. Ее здоровый глаз защипало от слез. Оптический имплантат зачесался так
сильно, что ей хотелось вырвать его из черепа.
- и что потом?
- Твой отец думал, что смог обезопасить себя, - вздохнул Иезекииль. - Что
избавился от всех, кто мог восстать против него. Но он забыл обернуться.
Иезекииль подался вперед, в его глазах отразилась безнадежность.
- Габриэль любил Грейс. Любил так сильно, как только можно любить. Ее ги-
бель... разбила ему сердце. Она успела рассказать ему про планы совета правле-
ния закрыть программу репликантов. И после того, как твой отец приказал ему
убить совет... - Репликант покачал головой. - Габриэль больше не подчинялся
Трем законам. Он выкрал нановирус и заразил каждого из нас. Чтобы «освобо-
дить». Думаю, он позаимствовал эту идею у Рафаэля. - Иезекииль вздохнул. -
Ох, Раф и его чертовы книги!
Ив вспомнила, что сказал Габриэль, когда убил ее родителей и Алекса. В воз-
духе висел запах крови, когда он процитировал слова, которые она будет пом-
нить вечно.
- «Лучше быть Владыкой Ада, - прошептала девушка, - чем слугою Неба».
- Да, это строчка из «Потерянного рая», - кивнул Иезекииль. - Гейб говорил,
что в «Гнозисе» нас не считали людьми. Что мы были лишь созданиями, подчиняю-
щимися Трем законам. Он переписал их для нас на стене комнаты Мириад. И ис-
правил на те, что называл Тремя истинами: «Твое тело не принадлежит тебе.
Твой разум не принадлежит тебе. Твоя жизнь не принадлежит тебе». Он сказал,
что мы были слепы, и с этим трудно было спорить. Мы были собственностью. Ве-
В древнеримской мифологии богиня, олицетворяющая свободу.
щами. Даже для твоего отца... - Иезекииль покачал головой. - Николас приказал
Габриэлю убить всех тех людей! Да, он называл нас своими детьми, но стал бы
отдавать такие приказы тебе? Оливии? Алексу? Стал бы пачкать ваши руки кро-
вью, чтобы удержать власть?
Ив молча смотрела в никуда, и в ее здоровом глазу стояли слезы. Она искала
ответ и не находила.
- Уриэль был первым, кто согласился, - продолжал Иезекииль. - За ним Фэйт.
А потом сработал принцип домино. Они пробрались на верхние этажи, захватили
тебя и твою семью. Мириад начала эвакуацию города. Фэйт пыталась отключить
ее, но Мириад закрыла доступ к своей оперативной памяти и заблокировала их
снаружи.
- Фэйт...
Ив вспомнила, как девушка -реп ликант обняла ее в их первую встречу. Как по-
обещала, что они станут лучшими подругами. Боль от предательства разрывало
душу.
- и тогда они решили убить нас, - прошептала она.
Иезекииль лишь кивнул.
Ив вспомнила голос Мириад, раздававшийся из динамиков внутренней связи в те
последние часы. Как он заглушал вой сирен и звуки стрельбы. Ей передались
страх и боль Аны Монрова. Но пусть она была ею когда-то, пусть жила той жиз-
нью и наблюдала, как у нее эту жизнь отбирают, в ней по-прежнему жила и Ив
Карпентер. Убийца ботов, участница боев Вар-Дома. И сейчас гнев и сомнения
рвались на свободу, пока Ив боролась с Аной.
- А где все это время был ты, Иезекииль?
- Пытался остановить их. - Его голос звучал решительно, глаза сверкали. Он
опустился на колено перед Ив и взял ее за руку. - Что бы ни говорил Габриэль,
я никогда бы не выступил против тебя. Ты была для меня всем. Но, что еще ху-
же , я понимал, что это неправильно. Даже если ваш отец и сделал из Гейба
убийцу, никто из вас не заслуживал того, чтобы заплатить за это собственной
жизнью - Оливия и Таня, Мари и маленький Алекс... боже, ему было всего десять
лет...
Слезы заструились по щекам Ив. Заблестели в глазах Иезекииля. Репликант
склонился, как будто слова были потоком, льющимся из раны в его сердце.
- Поэтому я нашел Сайласа, открыл доступ к верхним этажам, чтобы выжившие
гвардейцы службы охраны смогли контратаковать. Но когда они прибежали, было
уже поздно, твоей семьи больше не было. Однако ты еще была жива. Едва дышала,
но была жива. Пуля пробила твой глаз, уничтожила часть мозга, но не убила те-
бя . Я попросил Сайласа забрать тебя и убираться оттуда. Бежать. А сам с гвар-
дейцами службы безопасности бросился на штурм верхних этажей.
Но Габриэль подготовился. Фэйт перегрузила реактор, в итоге произошел ней-
тронный взрыв, уничтоживший всех людей, оставшихся после эвакуации. Мириад
удалось уничтожить Майкла и Даниэля, но с семью остальными мне одному было не
справиться. Я решил, что нужно бежать, но подумал, что будет лучше сначала
рассказать им о своих мотивах. Они были моими братьями и сестрами. Если я
знал, что это неправильно, они тоже должны были узнать.
Но они лишь рассмеялись мне в лицо. Габриэль назвал меня щенком. Игрушкой.
Они затащили меня в лабораторию Сайласа. Помнишь, там стоял старый робот?
Джинн в стеклянном коробе?
- Загадай желание, - прошептала Ив.
Иезекииль расстегнул свой грязный комбинезон, обнажая оливковую кожу. К его
идеальной груди, между плотью и костями, прямо в центре, клепками была закре-
плена блестящая треугольная металлическая пластина. Слот для монет из сломан-
ного старого андроида Сайласа.
- Напоминание, - сказал Иезекииль. - Чтобы я не забыл, как выбрал остаться
игрушкой. Куклой. Как выбрал жизнь и смерть по прихоти человека. Они вставили
эту штуку мне в грудь, чтобы я всегда помнил об этом. А потом они сбросили
меня с башни. Оставили в пустошах на произвол судьбы.
Ив протянула дрожащие пальцы и провела ими по металлу, по истерзанной коже.
Его дыхание тут же участилось, зрачки ярко-голубых глаз расширились. Девушка
увидела, как в них вспыхнула страсть. Обожание. Даже после стольких лет. Его
преданность вызвала в ней благоговейный трепет, равно как и напугала ее.
- и что ты сделал? - прошептала она.
- Я ушел. Это были годы странствий. Скитаний. Я искал и искал, но не нахо-
дил.
Ив едва могла говорить. Едва могла видеть сквозь слезы.
- что ТЬ1 искал?
Репликант ошарашенно посмотрел на нее и моргнул.
- Не что, а кого. Тебя, конечно. Я не знал, куда Сайлас увез тебя. Поэтому
искал. Потому что понимал, почему Габриэль и остальные пали так низко и что
остановило от падения меня. - Он взял ее за руку и переплел их пальцы. - Их
ничего не держало. Но у меня была ты. Моя любовь к тебе была единственной
разницей между ними и мной. Я видел, как они стали теми, кто они сейчас.
Часть меня боялась, что я тоже стану таким, если потеряю тебя, потеряю навсе-
гда . Поэтому я продолжал искать. И вот, наконец, нашел.
Иезекииль поднял ее руку к своим губам и начал целовать кончики ее пальцев.
- Твой отец подарил мне жизнь. Но ты была единственной причиной, по которой
я жил.
Это было уже слишком. Мир вокруг Ив рухнул. По ее лицу безостановочно побе-
жали горячие слезы, тело задрожало от всхлипов.
- Иви, - прошептал Крикет, обнимая девушку своими маленькими ручками. - Ох,
Иви.
Ив почувствовала, как Иезекииль обнял ее и крепко прижал к себе. Она спря-
тала лицо у него на груди и рыдала до тех пор, пока у нее не засаднило горло.
Она выплакала всю свою печаль, все свои потери. Омыла слезами все раны, кото-
рые вновь открылись и засочились кровью. Парень, который даже не был челове-
ком, просто обнимал ее, словно она была создана для него.
В прекрасном саду.
В потерянном рае.
1.17. Армада
- Мы остановились.
Этот шепот вырвал ее из снов о белых стенах и певучем голосе. Чья-то рука
обнимала ее за плечи. Ее голова лежала на его груди. Стучало чье-то сердце.
Ив открыла глаза и поняла, что это билось сердце «Лайфбоут», а обнимающая
ее рука принадлежала Лемон. Через полупрозрачную раковину корабля она увидела
миллионы тусклых огоньков, мигающих ей сверху. Иезекииль склонился над ней,
ласково потормошил ее за руку. Крикет сидел у нее на коленях и вглядывался в
ее лицо своими разными, совершенно не сочетающимися между собой глазами.
- Иви, по-моему, мы на месте, - сказал логик.
Ив высвободилась из объятий Лемон. Немного посидела, приходя в себя. Глядя
в полумраке на Иезекииля, девушка задумалась над своим чувствами к нему. Реп-
ликант протянул руку и сжал ее пальцы. Ана внутри нее со стоном выдохнула и
попыталась улыбнуться. Ив же сжала зубы и медленно кивнула. Повернувшись, она
потрепала лучшую подругу по волосам. Лем моргнула, сощурилась и моргнула сно-
ва , потом встряхнула головой и со стоном села в кресле.
- Мне снилась еда. - Она зевнула и, склонив голову, посмотрела на Иезекии-
ля. - Кстати о вкусненьком. А репликанты едят?
Иезекииль смутился.
- Мы делаем все то же, что делают люди.
- Все-все?
Крикет сдвинул своим металлические брови.
- Лемон, прекращай это!
- Ай!
- Давайте посмотрим, где мы, - предложил Иезекииль.
Лемон кивнула.
- «Лайфбоут», открой люк, пожалуйста.
Раковина с треском открылась. Они увидели сероватое ночное небо. Звезды бы-
ли такими тусклыми, что их почти не было видно из-за выхлопных газов и света
от близлежащего поселения. Ив потерла глаза, вытирая высохшие слезы, и высу-
нула голову из люка. Иезекииль не отходил от нее ни на шаг. Лем убрала с лица
длинную спутанную после сна челку и в изумлении присвистнула.
- Армада, - сказал Иезекииль.
Они дрейфовали в черной воде, под стенами разрушенной гавани. Бухту окружа-
ли темные пятна разбитых камней, волны плескались и били о сгнившее дерево
самодельных пирсов. Над шипящими водами Ив увидела торчащий из земли перед
ними громадный силуэт океанского лайнера. Но от него до воды был еще как ми-
нимум километр...
Лайнер упирался носом в бетон, растрескавшийся вокруг него, словно стекло.
Он поднимался над землей на сотни метров, его корпус был изъеден ржавчиной и
слегка кренился в одну сторону, словно пошатывающийся пьяный, плетущийся до-
мой после тяжелой ночи за самогоном. Вокруг него рассыпались, будто забытые
игрушки, другие суда: крошечные буксиры и огромные танкеры. Гладкие яхты и
разбитые грузовые суда. И даже обломанный старый линкор. Некоторые из них бы-
ли перевернуты днищем кверху. Это был город. Город, состоящий из целого фло-
та, но не имеющий выхода к морю.
Рядом виднелись останки другого города. Разрушенные здания и сломанные не-
боскребы. Складывалось ощущение, что какой-то мстительный гигант набрал в
свои огромные ручища разномастных кораблей и сбросил их на улицы древнего ме-
гаполиса, превратив его в руины. И на этих руинах вырос совершенно новый го-
род.
Корабли были окутаны паутиной из лестниц, мостов и самодельных построек. Ив
насчитала около ста соединенных между собой судов, окруженных трущобами из
более мелких построек. В иллюминаторах сушилось белье. На корявых палубах
толпились люди. Ржавая флотилия, медленно загнивающая в километре от морских
рукавов, ждала океан, который никогда не станет ближе.
Лемон с широко раскрытыми глазами смотрела по сторонам.
- Черт, какой же он уродливый! - выдохнула она. - И какой же красивый!
- После взрывов, вызвавших смещение плит на разломе Сан-Андреас, поднялись
большие волны, - принялся объяснять Иезекииль. - Говорят, прилив был таким
сильным, что корабли оказались раскиданы по всему материку вплоть до Стеклян-
ной пустыни. В последующие годы многие из них разобрали на запчасти. Но здесь
люди построили на них город.
Лемон глубоко вдохнула и покачала головой.
- Ладно, Большой город. Я под впечатлением.
- Гав! - подхватил Кайзер.
Ив заметила группы здоровенных мужчин, прохаживающихся вдоль темного бере-
га. Несколько сторожевых вышек, снабженных прожекторами, которые пронзали
тьму, словно лезвия ножей. Верзилы были вооружены тесаками и старыми ржавыми
автоматическими винтовками. Лицо каждого из них было закрыто банданой с чере-
пом и скрещенными костями. На самых высоких вышках дежурила парочка старых
роботов-охранников, их оружие было направлено на бухту.
- Как тут дружелюбно встречают, только что подарки не раздают, - пробубнила
Ив.
- Эти люди называют себя Флибустьерами. - Иезекииль кивнул. - Армада - не-
зависимый город под управлением некоей женщины по имени Адмирал. Они получают
электроэнергию из Мехюполиса, но до сих пор им удавалось избегать прямого
подчинения «Дедал Тек». Жители Армады очень ревностно относятся к своей авто-
номии . И не очень жалуют чужаков.
Девушка посмотрела на Иезекииля. Ана безоговорочно доверяла ему. Ив привык-
ла полагаться лишь на себя и поэтому пыталась собраться с мыслями.
- И как мы тогда попадем внутрь?
Репликант ткнул пальцем куда-то во мрак.
- Вон там, чуть выше уровня воды, видишь?
Ив активировала режим ограниченной видимости и, прищурившись, начала вгля-
дываться в темноту. И действительно, ржавый створ почти касался вод Зоны-Бэй.
- Да, это же канализационный спуск, - ответила она.
- Десять баллов!
- Мы собираемся пробраться в город через канализацию? - простонала Лемон.
- у тебя есть план получше? - спросил Иезекииль.
- А можно, вы увезете меня отсюда и спасете мое честное имя?
Ив сделала глубокий вдох. Ее практичность была уже тут как тут.
- Давайте покончим с этим, - сказала она. - Пока мы тут сидим и болтаем,
эти Флибустьеры заметят нас и превратят в решето. - Девушка бросила взгляд на
репликанта. - Ты справишься с Кайзером? Я возьму Крикета.
- Ты права.
Иезекииль поднял блитцхунда и сполз в воду по борту «Лайфбоут». Прижимая
Кайзера к себе здоровой рукой, он поплыл на спине, отталкиваясь ногами и бы-
стро пересекая бухту. Ив протянула Экскалибур Лемон, посадила Крикета на шею
и скользнула в теплую маслянистую воду, от запаха которой ее тут же затошни-
ло. Волны были смолянисто-черными, с толстой серой пеной из пластика и пено-
пласта. Лемон последовала вслед за подругой, ласково похлопав по панцирю
«Лайфбоут».
- Молодец, девочка, - прошептала Лем. - Теперь можешь возвращаться домой.
Поблагодари от нас Кэрер.
Корабль задрожал и закрыл раковину. Тихо вздохнув, опустился под воду. Ив
почувствовала, как течение под ней усилилось. Судно уплывало, оставляя их од-
них в море из черной нефти.
- От этой воды воняет, - проворчала Лемон.
- Это аромат роз по сравнению с тем, что ждет нас в канализации.
- пф! - фыркнула Лемон. - Откуда ты знаешь, как пахнут розы, Крутышка?
Ив закусила губу, в груди закололо от старых воспоминаний. Она развернулась
и поплыла брассом. Крикет сидел у нее на спине, подруга чуть отставала. Де-
вушка гребла через грязную воду, останавливаясь, только чтобы пропустить про-
бегающий по волнам луч прожектора. Флибустьеры оказались совсем не нервными
ребятами - то болтали, то шутили. Ив решила, что они не ждали особых проблем
со стороны Зоны-Бэй. Только отчаявшиеся решились бы переплыть эту грязную жи-
жу. И нужно было быть совсем-совсем отчаявшимся, чтобы попробовать пробраться
в город через канализацию.
Видимо, отчаяние стало вторым именем Ив.
Они подплыли к створу, и от исходящего оттуда зловония желудок Ив решил по-
пытаться сбежать через горло. Она натянула шейный платок поверх рта и носа и
несколько раз поморгала, чтобы прогнать обжигающие слезы. Лемон тихо руга-
лась , да с таким мастерством, о котором Ив даже не догадывалась. Диаметр тру-
бы был метра два, вход в нее закрывали железные прутья. Все вокруг было затя-
нуто корочкой грязи, изнутри несло стопроцентной смертью с оттенками теплой
гнили.
Иезекииль закинул Кайзера в створ трубы. Немного повозившись (все-таки у
него была одна рука), он начал подтягиваться и сам, его напряженные мышцы пе-
реливались в лунном свете. Потом, упираясь плечом в изогнутую стену, он по-
ставил ногу на прут и надавил. Жалобно заскрежетав, сталь начала сгибаться и,
наконец, с лязгом выскочила из креплений. Звук эхом отразился от стен трубы.
Лучи прожекторов, заметавшись по бухте, устремились в их сторону. Иезекииль
схватил Лемон за руку.
- Давай, Веснушки.
- Нет-нет-нет-нет! - завопила она. - Старшим надо уступать, я наста...
Иезекииль толкнул девушку в туннель и потянулся за Ив. Их взгляды встрети-
лись . Крикет встал на плечо Ив и вскарабкался по руке репликанта. Ив ухвати-
лась за пальцы Иезекииля и тут же ощутила его сверхчеловеческую силу, когда
он вытащил ее из грязной маслянистой воды. Андроид тут же прижал ее к своему
телу и прислонился спиной к стене как раз в тот момент, когда на вход в трубу
упал свет прожектора. Ив почувствовала его сердцебиение. Под ее ладонью грудь
репликанта казалось твердой, как сталь.
- ш-ш-ш, - прошептал Иезекииль.
Луч прожектора на какое-то время завис над трубой, пробежал по черной воде
под ее створом, но в итоге отступил. Ив услышала, как где-то над бухтой за-
звенели колокола, закудахтали рации, заворчали автоматы.
- Близко, - сказал Иезекииль.
- Очень, - согласилась Ив.
Репликант прижимал ее к себе намного дольше, чем было нужно. Часть Ив хоте-
ла и дальше оставаться в его объятиях. Но реальность происходящего, окружав-
шие их ржавчина и зловоние, кровь и боль - все это мешало Ив насладиться мо-
ментом, и она послала все к чертям, прямо в черные воды Зоны-Бэй.
- Надо идти, - сказала она.
Репликант кивнул и помог ей устоять на ногах.
Они догнали Лемон и остальных, ждавших их прямо в туннеле, а потом Иезеки-
иль скользнул в темноту, шлепая ботинками по слякоти. Ив тяжело вздохнула и
нырнула за ним, путь им освещали ее оптический имплантат и глаза Крикета. Ле-
мон плохо видела, и Ив взяла ее за руку и крепко сжала. Несмотря на весь хаос
последних двух дней, всю кровь и грязь, открытие жизни, которую Ив прожила и
потеряла, у нее все еще была Лем. Крикет. И Кайзер. У нее все еще были люди,
которых она любила.
Люди, которых я люблю...
Она посмотрела на Иезекииля, крадущегося в темноте. Часть ее была благодар-
на ему за помощь. Другая часть ненавидела себя за то, что вообще нуждалась в
нем. Она не знала, как вести себя с ним, не понимала своих чувств к нему.
Всего два дня назад жизнь была такой простой! Самой большой ее заботой было
найти лекарства для дедушки. Выиграть очередной бой Вар-Дома. Избежать встре-
чи с отбросами типа Банды Фридж-стрит.
Но теперь выяснилось, что дедушка ей совсем не дедушка. Что она - единст-
венный выживший член семьи, когда-то управлявшей корпорацией-государством.
Что за ней охотится кучка андроидов-психопатов. Что она девиант, дефектная, и
ее явление на арене Вар-Дома увидели в каждой церкви Братства от Свалки до
Стеклянной пустыни. У нее не было ни денег, ни плана, ни малейших идей, как
быть дальше.
Но, по крайней мере, она была не одна.
- Ясное дело, - прошептала Лемон. - Если ты когда-нибудь сомневалась в моей
преданности, Крутышка, то, надеюсь, это маленькое путешествие по канализации
раз и навсегда покончит с твоими опасениями.
Ив сжала руку подруги, улыбаясь в темноте.
- Я рада, что ты со мной, Лем.
Рыжая посмотрела на нее и ухмыльнулась.
- Ты же моя лучшая подружка! Правило номер один, помнишь?
- Вместе сильнее. - Ив улыбнулась.
- Вместе навсегда, - кивнула Лемон.
Держась за руки, девушки продолжили свой путь во тьме.
В грязном баре на борту ржавого грузового судна собака, которая не была со-
бакой, подняла голову.
Пес понюхал воздух, облизнул свой нос. Его сестричка тоже принюхалась и на-
чала тихо и хрипло подвывать. Воздух был наполнен пульсирующими гипнотически-
ми ритмами. Темная кабинка. Диваны из дерматина. Мигающий свет и сантиметры
обнаженной кожи.
Большой пес залаял, заглушая музыку.
Девушка с татуировками на спине перестала раскачивать бедрами, убрала длин-
ную прядь черных волос с лица и посмотрела на мужчину, на чьих коленях сейчас
танцевала.
- Он же не кусается, правда?
- Он не кусается, дорогуша. - Мужчина улыбнулся. - Это моя работа.
Собака поменьше тоже затявкала, через пушистую белую шерсть виднелись ма-
ленькие острые зубки. Мужчина хрипло вздохнул. Подняв девушку одной рукой, он
медленно поднялся со стула и аккуратно поставил ее на ноги. Пол корабля на-
клонялся вбок градусов на десять.
Бросив на стол пластиковый кредстик, мужчина залпом выпил ждущий его стакан
этанола. Он застегнул пуговицы черной рубашки, спрятав испещренную шрамами
грудь. Натянул пыльный черный плащ. Его правую руку стягивала красная перчат-
ка. Нагнувшись, он подобрал с пола белоснежный воротник и застегнул его во-
круг шеи.
Девушка облокотилась на стол и провела кредстиком по накрашенным губам.
- Ты же не настоящий священник, правда? - улыбаясь, спросила она.
- А что? Хочешь исповедаться в своих грехах?
Девушка засмеялась, а мужчина оскалился, как акула. Он проверил свое ружье
и пистолеты. Порывшись в плаще, достал щепотку синтетического табака и сунул
ее за щеку. Взяв руку девушки, он поцеловал костяшки ее пальцев. Над хищным
оскалом блеснули бледно-голубые глаза.
- Долг зовет, милая, - сказал он.
Маленькая собака снова затявкала, в этот раз настойчивее.
- Проклятье! Да иду я, - взревел Проповедник.
Нахлобучив шляпу, он вышел на ржавые улицы Армады.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Разное
ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
Волкова О. и др.
Поскольку генная инженерия появилась с первыми рекомбинантными ДНК, начнем
наше повествование именно с них. Это вообще основа основ генной инженерии. Но
вначале разберемся с терминологией.
Понятие «рекомбинантная ДНК» тесно связано с понятием «клонирование». Если
с первым термином всё понятно — это молекула, составленная из фрагментов ДНК
разного происхождения, — то со вторым часто происходит путаница. Если речь,
как в этой статье, идет о генной инженерии, то под клонированием обычно под-
разумевается молекулярное клонирование, то есть введение интересующего фраг-
мента ДНК в молекулу-вектор, которая вместе с собой размножит этот фрагмент в
какой-то клетке. Иногда ген нужно не копировать в составе вектора, а встроить
в хромосому клетки, и тогда он будет размножаться только вместе с ней, при
клеточном делении, а значит, далеко не как на ксероксе. Поэтому в реальной
лабораторной жизни молекулярщики говорят «Пойду-ка я клонировать ген X», если
собираются смастерить рекомбинантную ДНК — ввести ген X в вектор Y.
Клонирование овцы Долли, резуховидки Таля и прочих организмов — совсем дру-
гие, клеточные и тканевые истории. Даже из этого определения ясно, что генно-
инженерные организмы, частью которых стала рекомбинантная ДНК, не получаются
так, как это любят изобразить анти-ГМО-лоббисты (рис. 1). И вообще, генетиче-
ски модифицированные организмы (ГМО) получают далеко не только генно-
инженерными манипуляциями (рис. 2), а генно-инженерными манипуляциями получа-
ют не только транс-, но и цисгенные и интрагенные организмы — сбывшуюся мечту
селекционера: встраиваемые в них гены происходят исключительно из них самих
или родственников, способных с ними скрещиваться. Согласно опросам, такие
плоды почему-то реже отбивают аппетит, чем трансгенные, полученные с примене-
нием «неродственных» фрагментов ДНК.
Рис. 1. Это имеет отношение не к генной инженерии, а к фотошопу.
Скрещивание
Создание сорта, наследующего
желаемые признаки от двух
скрещиваемых родителей
®
Яблоки Хани Крисп унаследовали
узнаваемые консистенцию и вкус от
сортов Мекаун и Хани Голд
Мутагенез
Получение желаемых признаков
с помощью случайных мутаций,
индуцируемых радиацией
или другими мутагенами
© с
Ионизирующее излучение сделало
цвет розового грейпфрута
более насыщенным
Полиплоидия
Изменение сортовых признаков
умножением хромосомных набороЕ
~гг
•«*
Бессемянный арбуз (3 хромосомных
набора, Зп) получили скрещиванием
арбузов с 2п и 4п
Слияние протопластов
Трансгенез
Редактирование генома
Межвидовой перенос признаков Наделение растения желаемыми Изменение ДНК с помощью
путем слияния клеток признаками путем привнесения генов особых ферментных систем
из других видов прямо в клетках
или их компонентов
Ъ>
ф
(
J
>Иг
I.
Слиянием клеток красной капусте от редьки Радужная папайя устойчива к вирусу
передали мужскую стерильность - признак, кольцевой пятнистости благодаря
полезный для получения гибридов приобретению одного из его генов
Геномным редактированием получена
устойчизая к гербицидам канола,
облегчающая борьбу с сорняками
Рис. 2. Основные способы генетической модификации сельхозкуль-
тур . К генной инженерии имеют отношение лишь два из них — транс-
генез и геномное редактирование. Именно поэтому американский ре-
гулятор FDA обращает внимание на безопасность конечного продук-
та, а не на способ его получения — информацию несущественную, а
значит, и не требующую указания на упаковке. Однако если в про-
дукте по любой причине оказывается нетипичный для него белок, об
этом следует упоминать — исключительно для аллергиков.
ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИИ
РЕКОМБИНАНТНЫХ ДНК
Чтобы понять, как и почему действует генный инженер, не будет лишним осве-
жить в памяти принципы работы нашего генома.
Живые организмы строятся и функционируют по инструкциям, закодированным в мо-
лекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты, ДНК (рис. 3). Подавляющее большинство
таких инструкций хранится в хромосомах, которые у эукариот защищены ядерной
оболочкой. Еще немного инструкций содержится в митохондриях, а у некоторых
организмов и в пластидах (потомках прокариот, присвоенных предками современ-
ных эукариот). У прокариот в цитоплазме помимо хромосомы встречаются только
плазмиды — колечки двухцепочечной ДНК, кодирующие скорее опции, чем витальные
функции, хотя изредка плазмиды могут очень напоминать хромосомы. Вирусы — не-
клеточные структуры и не считаются живыми организмами, однако, и их судьба
определяется ДНК или даже РНК.
Репликация I
ДНК \
Ядро б
Цитоплазма
Ядро
Цитоплазма
Деление
клетки / \
Vw5н -"w"
I* N М О
з'.кои*ц гуанин
•о' I
Н,С-0-Р = 0
Рис. 3. Хранение, передача и реализация наследственной информа-
ции в клетках, а — Ток информации в ряду клеточных поколений
(«вертикально»). б — Реализация генетической информации в клетке
(экспрессия генов). в — Кодирование информации в структуре ДНК.
Голубым фоном ограничен сахарофосфатный остов двойной спирали
ДНК; бирюзовые точки — водородные связи между азотистыми основа-
ниями; стрелками показаны направления цепей.
Перед делением клеток хромосомные инструкции копируются (реплицируются),
чтобы передать потомству «мудрость» предков. Правда, процесс этот не безупре-
чен — чреват мутациями, которые могут закрепиться в клеточных поколениях, ес-
ли их не исправят «ремонтники», репарационные системы. Или исправят, напорта-
чив еще больше. Привычками этих систем умело пользуются генные инженеры. ДНК
митохондрий, пластид и плазмид тоже реплицируется, но по своим законам и гра-
фикам. Вирусы, как полные паразиты, виртуозно доставляют свой генетический
материал в подходящие клетки, копируют и считывают его с помощью экспроприи-
рованного клеточного оборудования. Некоторые из них, ретровирусы, носят с со-
бой раритетный фермент — обратную транскриптазу, которая переписывает вирус-
ную РНК в ДНК. Та встраивается в геном клетки и до поры до времени тихонько
сидит там, копируясь вместе с хозяйскими генами и передаваясь клеточному по-
томству. Конечно, биоинженеры просто не могли не перенять такой ретровирусный
навык.
Помимо копирования, под влиянием разных эпигенетических факторов инструкции
в клетках считываются — гены экспрессируются. Без этого не построился бы ни
один организм и ни один вирус. Происходит это поэтапно: информация, записан-
ная «алфавитом» ДНК, переписывается (транскрибируется) алфавитом матричной
РНК, который отличается всего одной буквой, а затем при помощи адаптера —
транспортной РНК — переводится (транслируется) в аминокислотную последова-
тельность . У эукариот первичный транскрипт обычно подвергается доработке —
процессингу, во время которого укрепляются его концы и из генов вырезаются
«смысловые паузы» — интроны, — а оставшиеся экзоны комбинируются и сшиваются
друг с другом. Именно по матрице такой зрелой РНК на рибосомах происходит
трансляция. Гены прокариот обычно обходятся без «пауз», и потому их белоксин-
тезирующие системы читают транскрипты «напролом» — это важный момент, который
должны помнить биотехнологи. Свежевыстроенные цепочки аминокислот могут моди-
фицироваться химическими группами, объединяться в мультисубъединичные белки,
транспортироваться в определенные части клетки или выводиться наружу. На все
эти этапы можно влиять, чтобы получить желаемый продукт.
Каковы же основные принципы функционирования генома? ДНК — это двухцепочеч-
ная молекула, каждая цепь которой состоит из нуклеотидов четырех типов. Каж-
дый нуклеотид состоит из остатка фосфорной кислоты, дезоксирибозы (пятиугле-
родного сахара) и азотистого основания. Первые два компонента одинаковы у
всех нуклеотидов ДНК, а вот последний представлен, как правило, четырьмя ва-
риантами: аденином, гуанином, цитозином и тимином (А, Г, Ц, Т) . В РНК тимин
заменен урацилом (У), а дезоксирибоза рибозой. Нуклеотиды соединяются в цепи
фосфодиэфирными связями между гидроксильной группой сахара одного нуклеотида
и фосфатной следующего. Поэтому на одном конце цепи ДНК или РНК остается гид-
роксильная группа, присоединенная к третьему углероду сахара (Зг-конец), а на
другом — фосфатная, присоединенная к пятому углероду (5'-конец). Две цепи в
молекуле ДНК антипараллельны: напротив Зг-конца одной находится 5f-конец дру-
гой. Синтез новой цепи нуклеиновой кислоты идет от ее 5Г- к Зг-концу, то есть
она начинается свободной фосфатной группой напротив гидроксильного (Зг-) кон-
ца старой, матричной цепи. Цепи удерживаются вместе преимущественно благодаря
водородным связям между азотистыми основаниями разных цепей — согласно прин-
ципу комплементарности. По две водородных связи образуют пары А— Т (или А—У в
гибридах РНК—ДНК) , по три — пары гуанин—цитозин (то есть их разорвать слож-
нее) . По принципу комплементарности ДНК копируется (ее цепи разделяются, и по
каждой из них синтезируется копия «сестрицы») и транскрибируется. По нему же
в ходе трансляции транспортная РНК взаимодействует с матричной, подставляя в
растущую белковую цепь правильный аминокислотный остаток — всё в соответствии
с генетическим кодом. И биолог с помощью набора ферментов может делать то же
самое, потому что уже знает, какими тремя нуклеотидами (триплетами) кодирует-
ся каждая аминокислота, какими триплетами начинается и заканчивается открытая
рамка считывания (orf) — кодирующая, транслируемая часть гена, — и какие из
регуляторных элементов нужны для запуска экспрессии.
Видя перед собой произвольную последовательность нуклеотидов, человек может
начать читать ее триплетами с любой буквы, то есть получается, что для каждой
последовательности существуют три потенциальные рамки считывания (рис. 4). Но
рибосома точно знает, с чего начать: она находит ATG или альтернативный
старт-кодон и «читает» триплетами до стоп-кодона. Причем ее интересует не лю-
бой инициирующий кодон, а только тот, которому предшествуют на правильном
расстоянии особые последовательности: Шайна—Дальгарно у прокариот и Козак у
эукариот. А еще эукариоты отличаются от доядерных тем, что 5f-конец их мРНК
кэпируется — венчается «шапочкой» из модифицированного нуклеотида, cap, а 3 f -
конец аденилируется — оснащается поли-(А)-хвостом. Помимо прочих целей это
нужно для поиска трансляционным аппаратом места начала работы. Находить по-
тенциальные orf сразу для двух комплементарных цепей ДНК умеют и он л айн-
программы типа ORF Finder или ORF-Predictor, если в них ввести интересующую
последовательность. Точечные мутации типа удаления/добавления 1-2 нуклеотидов
сдвигают рамку считывания, и если поблизости это не компенсируется обратным
изменением, то вместо нужного получается белок-абракадабра и (или) белок дру-
гой длины: в новой рамке стоп-кодон возникнет уже в другом месте. Если же по-
добное произойдет с тремя нуклеотидами, то белок просто удлинится или укоро-
тится на одну аминокислоту (рис. 4). Подобно природным молекулярным машинам,
специальные программы научились распознавать и потенциальные регуляторные
элементы генов — промоторы, места связывания транскрипционных факторов и т.д.
ACG AGG ACU GCA UAC СА...
Thr Arg Thr Ala Туг
A CGA GGA CUG CAU ACC A.
Arg Gly Leu His Thr
AC GAG GAC UGC AUA CCA...
Glu Asp Cys lie Pro
Нормальная
трансляция
Считывание
в рамке +1
Считывание
в рамке -1
Норма
Последовательность ДНК
CAG ССС ACT
КОДОН 1 КОДОН 2 КОДОН 3
Инсерция со сдвигом глг тгг ГАГТ
рамки считывания yA(j| I CL С AC J |
КОДОН I КОДОН 2 КОДОН 3 КОДОН 4
Инсерция без сдвига
рамки считывания ^ДЦ III] v_UVw /Av^ I
КОДОН I КОДОН 2 КОДОН 3 КОДОН 4
Полипептид
Gin Pro Thr
vGln
-** Gin
Pro Thr
Рис. 4. Рамки считывания (слева) и последствия их сдвига (справа).
Очевидно, что основной субстрат, с которым предстоит работать генному инже-
неру, — это ДНК. Но проверять, что получается на каждом этапе работы, и мас-
штабно производить рекомбинантный продукт приходится с помощью живых организ-
мов .
Живые организмы могут служить источниками полезных ферментов для биоинжене-
рии — например, в ПЦР используют полимеразу, кодируемую геном термофильной
бактерии Thermus aquaticus. Но сейчас нас больше интересуют живые объекты,
способные служить «инкубаторами» рекомбинантных ДНК: те, что могут эффективно
принимать, поддерживать, размножать или экспрессировать чужеродный генетиче-
ский материал. Вернее, те, которые досконально изучены и с которыми научились
всё это делать (рис. 5).
Рис. 5. Самые популярные объекты генетической модификации.
При создании/тестировании рекомбинантных ДНК сложно обойтись без кишечной
палочки, и она же подходит для производства ряда биотехнологических продук-
тов. Если нужно изучать и экспрессировать эукариотические гены, часто прибе-
гают к помощи пекарских дрожжей. Два этих микроорганизма стали универсальными
моделями для изучения молекулярной организации и отработки генно-инженерных
техник у про- и эукариот. Однако для масштабного производства многих продук-
тов больше подходят другие биосистемы.
1. Кишечная палочка (Escherichia coli) и другие бактерии. Е. coli — грамот-
рицательная палочковидная у~пРотео^актеРияд исторически первый объект для
тестирования почти всех типов векторов, большая часть которых была получена
на основе плазмид и фагов этих же бактерий.
Для удобства и (в некоторых случаях) соблюдения техники безопасности работы
с рекомбинантными ДНК созданы разнообразные мутанты кишечной палочки, напри-
мер такие:
■ с измененной мишенью какого-то антибиотика (мутанты gyrA96, rpsL), что по-
лезно, например, для отбора этих штаммов среди всякой «грязи» на чашках
Петри;
■ с устойчивостью к бактериофагам;
■ с повышенной чувствительностью к УФ-лучам (мутанты uvrA/B) , чтобы уж на-
верняка уничтожить лабораторных «монстров» после экспериментов;
■ неспособные передавать плазмиды другим клеткам;
■ способные поддерживать векторы с мутациями, запрещающими их функционирова-
ние в других хозяевах (супрессорные штаммы);
■ неспособные самостоятельно синтезировать какое-то жизненно важное вещество
— ауксотрофы по аминокислоте (Cys-, Leu-) или витамину могут жить только
на средах с соответствующей добавкой и потому, во-первых, подавляются нор-
мальными микробами вне лаборатории, а во-вторых, легко отбраковываются,
когда выполнят функцию доноров рекомбинантной ДНК при скрещиваниях с обыч-
ными штаммами;
■ с мутациями, облегчающими выявление клеток с рекомбинантными ДНК — напри-
мер, изменениями в lac-опероне для знаменитого сине-белого теста, о кото-
ром пойдет речь ниже;
■ с релаксированным синтезом РНК — штаммы relA- могут продолжать транскрип-
цию, даже если у них заблокировать трансляцию;
■ со сниженной способностью к рекомбинации (recAl-), разрезанию и метилиро-
ванию чужеродной ДНК (endA-, dam-, dcm-), чтобы минуты жизни рекомбинант-
ной ДНК в бактериальной клетке не были сочтены? и чтобы эта ДНК после из-
влечения не отказывалась щепиться нужными ферментами.
Генные инженеры очень любят эту бактерию, потому что:
■ она быстро наращивает клеточную массу (в самой быстрой фазе роста культуры
период от появления новой клетки до ее разделения на две составляет около
20 минут);
■ не нуждается в дорогих сложных средах и оборудовании;
■ ее привычки, геном, биохимия и даже белковый профиль на электрофорезе пре-
красно изучены;
■ она чувствительна к большинству стандартных антибиотиков, что облегчает
подбор селективных маркеров для клонирования;
■ разработана уйма инструментов, «запчастей» и остроумных подходов для рабо-
ты с этой биосистемой, а также ее мутантов на все случаи лабораторной жиз-
ни.
Но Е. coli всё же не идеальна:
■ она не обладает природной компетентностью, то есть для того чтобы она за-
глотила ДНК извне, нужно потрудиться;
■ у нее совсем нет времени на обычные для любого эукариота операции с нитро-
нами и концами матричной РНК;
■ она не умеет самостоятельно модифицировать, а иногда и сворачивать синте-
зированные белки так, как это нужно при экспрессии эукариотических генов:
строить дисульфидные мостики, гликозилировать и т.п.;
■ выход целевого продукта может снижаться из-за формирования неполноценных
белков, накапливающихся в клетке в виде нерастворимых инклюзий;
■ она способна секретировать целевой продукт в периплазму (зону между внут-
ренней и внешней клеточными мембранами), но не в среду, если, конечно, не
использовать в качестве векторов вирусы, лидирующие ее клеточную стенку, и
иные ухищрения;
■ продукты, полученные в Е. coli, могут обладать пирогенными и токсическими
свойствами, то есть нужны постоянный контроль и очистка.
Вывод таков: семь раз отмеряют почти всегда в Е. coli, а вот масштабно син-
тезируют в ней немногие продукты, потому что сейчас есть альтернативные экс-
прессионные системы. В том числе и бактериальные.
2. Пекарские дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) и их родственники. Всевоз-
можные дрожжи хоть и микроскопические, но относятся к эукариотам — со всеми
вытекающими: ядром, мембранными органеллами, особыми рибосомами, регуляцией
экспрессии генов и путями транспорта белков. Правда, как и у прокариот, у пе-
карских дрожжей есть плазмиды — двухмикронные эгоисты, праздно сидящие в ядре
и приносящие пользу разве что генным инженерам. Очевидно, что экспрессировать
эукариотические гены S. cerevisiae и другие дрожжи умеют отлично. Но не любые
гены. Потому что дрожжи одноклеточные, приспособленные эволюцией к быстрому
размножению в меняющихся условиях среды, а значит, с неохотой совершающие
«лишние» действия типа вырезания интронов и изобретательных модификаций бел-
ка. Да, они это делают, но не совсем так, как высшие эукариоты. В частности,
они гликозилируют белки в тех же местах, но слишком скромно или, наоборот,
«пышно» и аллергенно по сравнению с млекопитающими. Эту проблему иногда уда-
ется решить генетическим тюнингом, а именно — гуманизацией некоторых генов
дрожжей.
Но главная особенность дрожжей — это потрясающая способность к гомологичной
рекомбинации. Благодаря ей гены сахаромицетов можно легко заменять чужими и
изучать их функции, если эти гены вводить в клетку в тесном соседстве с уча-
стком ДНК, (почти) идентичным какому-то участку дрожжевой хромосомы. Считает-
ся, что если бы мы походили по активности гомологичной рекомбинации на гриб-
ки, то давно бы заменили все свои бракованные детали и не страдали от генети-
ческих болезней.
S. cerevisiae со своими полностью секвенированными 16 хромосомами, безус-
ловно, хорошие хозяева для рекомбинантных ДНК, однако и они не идеальны для
промышленного получения рекомбинантных белков. Экономически выгоднее исполь-
зовать некоторые другие дрожжи. Например, Pichia pastoris и Ogataea
(Hansenula) polymorpha. Это метилотрофы, способные наращивать густую клеточ-
ную массу на дешевом и токсичном для других организмов метаноле. Гены продук-
та, который нужно получить (интерферона, инсулина, вакцинного белка и т.п.),
«подставляются» под мощные промоторы, регулируемые простейшими веществами ти-
па того же метанола или глицерола.
Итак, при производстве рекомбинантных белков дрожжи часто предпочитают ки-
шечной палочке, несмотря на меньшую скорость роста и медленную индукцию син-
теза , потому что:
■ организовать экспрессию чужих эукариотических генов в них проще;
■ их продукты лишены пирогенности и токсичности (но не аллергенности);
■ они более-менее умеют редактировать матричную РНК, доводить до кондиции и
секретировать в среду чужеродные белки;
■ у некоторых видов выход продукта намного превышает бактериальный.
3. Культуры клеток насекомых. Известны сотни клеточных линий насекомых, по-
лученных из разных бабочек, дрозофилы и других организмов. Для них разработа-
ны бакуловирусные системы доставки генов, позволяющие производить более 500
белков млекопитающих и вирусов, 95% из которых имеют правильные посттрансля-
ционные модификации. Паттерн гликозилирования у этой биосистемы слегка, но
всё же отличается от человеческого, и если это считается недостатком при про-
изводстве терапевтических препаратов для людей, то при наработке вакцинных
антигенов даже предпочтительно. Гуманизировать рекомбинантные гликопротеины
позволяет замена генов гликозилтрансфераз насекомых на варианты, типичные для
млекопитающих. Так создали, например, клеточную линию SfSWT-3.
Если экспрессия гетерологичных генов в клетках млекопитающих часто требует
модификации их самих, то в случае клеток насекомых обычно обходятся подготов-
кой векторов, что сокращает время от клонирования гена до получения его про-
дукта с месяцев до недель. Очень популярна клеточная линия Sf9, полученная из
яичников гусеницы-вредителя Spodoptera frugiperda, а также линии Тп-368 и
High Five из яичников гусеницы Trichoplusia ni. Эти клетки довольно неприхот-
ливы, могут расти в суспензии и дают большой выход функционального рекомби-
нантного продукта. Различия этих линий и получение с их помощью чужеродных
белков детально разобраны. Получение продукта в клетках насекомых обходится
дороже, чем в дрожжевых системах, но всё же не настолько, как в клетках мле-
копитающих .
4. Культуры клеток млекопитающих. Они лишены несовершенств, связанных с по-
сттрансляционной модификацией, но культивировать их сложнее и дороже, чем
клетки насекомых и тем более микроорганизмов: контактное торможение роста,
горы пластика, дорогие компоненты среды и оборудование. Однако контактное
торможение мешает не всем культурам. Клеточные линии, полученные из опухолей,
типа знаменитой HeLa, с ним не знакомы — они бессмертны.
5. Растения. О генетической модификации растений написано немало. Отметим
лишь, что растения как биофабрики довольно дешевы, при этом получаемые с их
помощью продукты не содержат токсинов и пирогенов. Самое неприятное при рабо-
те с ними — толстые клеточные стенки, требующие для введения ДНК всяческих
изощрений.
6. Человек и другие животные. Рекомбинантные ДНК в организме человека при-
званы выполнять терапевтические, диагностические или профилактические функ-
ции, а вот в прочих организмах спектр их задач очень широк — от исследований
и защиты до лечения и производства ценных веществ (у всех на слуху «трансген-
ное» молоко) или даже органов.
Итак, генный инженер может работать с любыми живыми системами, однако выбор
системы для той или иной цели производится исходя из экономических, эргономи-
ческих и в некоторых случаях этических соображений. Но ввести нужный ген в
выбранную систему просто так, в гордом одиночестве, либо не получится, либо
он долго в ней не протянет. Поэтому его помещают в специальные молекулы-
носители — векторы. Они решают проблемы доставки клонированного гена в нужные
клетки, его стабильного/временного поддержания там и эффективной экспрессии.
Идеальный вектор должен обладать:
■ местами для удобного встраивания фрагментов ДНК;
■ достаточной ёмкостью;
■ селективными маркерами, позволяющими выявлять клетки с этим вектором — как
«пустым», так и со «вставкой»;
■ участками ДНК, обеспечивающими его поддержание в виде отдельного репликона
либо интеграцию клонированного фрагмента в хозяйский геном;
■ участками ДНК, обеспечивающими (если требуется) эффективную экспрессию
встроенного гена в выбранном хозяине.
Классифицируют векторы в зависимости от хозяев, в которых им предстоит по-
пасть (бактериальные, дрожжевые и т.п.), в зависимости от типа репликона
(плазмидные, вирусные, комбинированные, челночные, искусственные хромосомы) и
в зависимости от функционального назначения (интегративные, зкспрессионные,
векторы для клонирования, секвенирования или транскрипции). Подобрать и зака-
зать подходящие векторы для своих экспериментов можно, обратившись к базе
AddGene или каталогам коммерческих компаний, а если что-то в готовых векторах
не устроит, их можно доработать самостоятельно.
1. Векторы для бактерии Е. Coli
В большинстве случаев для работы с бактериями выбирают плазмидные векторы —
их разработано великое множество, для любых исследовательских и производст-
венных капризов. Для специфических целей используют вирусные, а точнее — фа-
говые, векторы или искусственные хромосомы. Без ущерба для репликации и ста-
бильности конструкции большинство векторов может «выдюжить» до 15 т.п.н. чу-
жеродной ДНК. Но есть специальные системы типа космид и Х-векторов, подходя-
щие для клонирования крупных фрагментов и создания так называемых геномных
библиотек — коллекций векторов, несущих разные фрагменты чьего-то генома и
поддерживающихся в разных бактериальных клонах. Каждый крупный библиотечный
фрагмент можно делить на мелкие, помещая их в обычные векторы и создавая та-
ким образом субгеномные библиотеки.
а) Плазмидные векторы.
Это небольшие кольцевые молекулы ДНК (чаще до 10 т.п.н.), построенные на
основе типичных для бактерий внехромосомных репликонов — плазмид, которые мо-
гут кодировать устойчивость к антибиотикам, тяжелым металлам, разные интерес-
ные метаболические пути и регуляторные белки. Правда, нередко на них лежит
вина за поражение хозяина тем или иным фагом. Плазмиды могут независимо раз-
множаться в каком-то определенном круге хозяев — узком или широком, — а мно-
гие из них умеют передавать свои копии другим бактериям или даже клеткам эу-
кариот в процессе «спаривания», или конъюгации. В природном виде эти мобиль-
ные элементы для клонирования обычно не используют, а создают химеры, содер-
жащие только самое необходимое:
■ место начала репликации (origin, oriV);
■ соответствующий ген белка — инициатора репликации (rep) и другие элементы
контроля репликации (необходимость во всём этом определяется типом ori);
■ последовательности, обеспечивающие стабильное поддержание вектора в бакте-
риальном потомстве (это нужно только для низкокопийных плазмид, которые не
могут полагаться на авось при распределении своих дефицитных копий по раз-
деляющимся клеткам хозяина);
■ селективный/детекционный маркер (чаще это ген устойчивости к антибиотику —
ампициллину, тетрациклину, канамицину — и/или часть гена lacZ);
■ полилинкер, или мультиклональный сайт (MCS) — компактный фрагмент ДНК, бу-
квально напичканный последовательностями, распознаваемыми разными фермен-
тами-ножницами — рестриктазами; в разрез, сделанный каким-то ферментом
(или двумя) как раз и вставляется клонируемый ген, поэтому сайты рестрик-
таз из MCS не должны встречаться где-то еще в векторе, иначе он развалит-
ся.
Чаще всего коливекторы получают на основе репликона плазмид ColEl-
семейства, интересного своей регуляцией контроля копийности. Добавлением хло-
рамфеникола в культуральную среду число копий таких векторов можно увеличить
с нескольких десятков до 3000 на клетку. Но если нужно размножать клонирован-
ный ген интенсивно, можно просто выбрать векторы pUC18/19 (рис. 6) из того же
семейства, но с мутантным ori плазмиды pMBl: они могут выдавать больше 500
копий на клетку без каких бы то ни было ухищрений.
а<*Ф
SuperCos I
7,9 т.п.н.
SV40 on
Промотор
Селективный
маркер
Последовательность
Шаина-Дальгарно
концевая метка
Белок • партнер
для слияния
айт щепления
лротеазой
MCS
С-концевая
метка
Терминатор
транскрипции
(-►ori
рМВ1 (15-60 копий)
Со1Е1 (15-20 копий)
pUC 19 (500-700 копий)
р15А (10-12 копий)
PSC101 (< 5 копий)
I—♦ flDOMOTOD
Репрессор
Помощники для
* выделения продукта
• Пептидные метки (полиаргинин,
полигистидин. FLAG. с-Мус.)
- Партнеры для слияния (МВР.
NusA. GST. SUMO. Fh8. GFP.
тиоредоксин. убиквитин.. )
Гены для селекции «•—|
- Кодирующие устойчивость
к антибиотикам
- Кодирующие системы
аддикции типа
"токсин-антитоксин" и др.
Промотор
lac I /acUV5
tac I trc
T7
T7 / lac
araBAD l rhaBAD
cspA
PL/PR
I ш Сайт отщепления
помощника посредством
Энтерокиназы
Тромбина
Фактора Ха
TEV-протеазы
Рис. 6. Примеры плазмидных векторов Е. coll. a — Карта стандартного плазмидного
высококопийного вектора pUC19. Кроме ori для репликации в Е. coli, вектор со-
держит ген (3-лактамазы, обеспечивающий устойчивость бактерии к ампициллину
(ampr) , а также полилинкер (MCS) , встроенный прямо в а-фрагмент гена lacZ, не-
обходимого для детекции рекомбинантных бактериальных клонов с помощью сине-
белого теста. Olac и Plac — оператор (место связывания lac-репрессора) и промо-
тор лактозного оперона соответственно, они нужны для работы lacZ. б — Карта
SuperCos I, космидного шаттл-вектора: помимо бактериального ori и гена устойчи-
вости к ампициллину у него есть ori вируса SV40, позволяющий космиде размно-
жаться в клетках млекопитающих, и ген пеог, обеспечивающий устойчивость бакте-
рий к канамицину, а зукариотических клеток — к похожему антибиотику G418. Между
фаговыми cos-сайтами находится место узнавания рестриктазы Xbal (для линеариза-
ции вектора перед клонированием), в центре MCS — рестриктазы BamHI (для клони-
рования фрагмента размером 30-42 т.п.н.), по краям - других рестриктаз (для вы-
резания фрагмента) . ТЗ и Т7 — промоторы фаговых РНК-полимераз, которыми можно
транскрибировать любую из двух цепей клонированного фрагмента (перед этим век-
тор надо линеаризовать!). в — Архитектура и анатомия типичного зкспрессионного
вектора. На схеме обозначены белковые продукты, но в векторе, разумеется, нахо-
дятся их гены. N- и С-концевые метки, фьюжн-партнер и репрессор кодируются не
всеми экспрессионными векторами. Некоторые векторы обеспечивают пришивание к
целевому продукту сигнального пептида, транспортирующего его по нужному клеточ-
ному адресу, а некоторые содержат ori фага f1, что делает их фагмидами.
Очень часто бывает нужно ввести один и тот же ген и в Е. coli, и в другую
бактерию или эукариота. В таких случаях очень удобно использовать челночные
(маятниковые, двудомные, шаттл-) векторы. Они содержат элементы, обеспечиваю-
щие их поддержание и детекцию в клетках нескольких типов. Здесь важно пом-
нить , что селективные маркеры для отбора рекомбинантных клонов Е. coli часто
не подходят даже для других бактерий, не то что эукариот. Поэтому может по-
требоваться коррекция дозы антибиотика для селекции или введение в стандарт-
ные векторы новых деталей (рис. 6). К счастью, сейчас несложно добыть уже го-
товый челночный вектор с нужными свойствами.
Среди челночных векторов особняком стоит группа плазмид для исследования
промоторов (promoter-probe vectors). В их MCS клонируют не гены, а их предпо-
лагаемые промоторы. За MCS встроен беспромоторный репортерный ген. В случае
шаттлов Е. coli—Actinomycetales pEPRl и pRAG5 это ген знаменитого зеленого
флуоресцентного белка (GFP). Если под ультрафиолетом колонии бактерий с такой
конструкцией светятся зеленым, значит, в MCS действительно встроен промотор,
и чем он сильнее, тем интенсивнее флуоресценция. Устройство pRAG5 позволяет
даже исключить влияние копийности вектора на силу свечения. Однако нужно пом-
нить, что в Е. coli чужие промоторы работать не обязаны, поэтому их силу оце-
нивают в исконных хозяевах (например, актиномицетах). Те тоже могут незазеле-
неть, если промотор окажется не конститутивным, а индуцибельным, но это повод
не расстраиваться, а изучать по флуоресценции эффективность разных индукто-
ров.
Важно предусмотреть:
■ совместимость вектора с бактериальным штаммом: есть ли в каждом из них
нужные мутации и нет ли нежелательных. Например, не во всех штаммах воз-
можна детекция рекомбинантов с помощью сине-белого теста. Для рутинного
клонирования чаще используют штамм DH5oc. Помимо прочих преимуществ, он об-
ладает слабой рекомбиназной активностью, позволяющей соединять in vivo не-
сколько фрагментов ДНК с концевой гомологией, но не калечащей рекомбинант-
ные молекулы при обычном клонировании. Если селекция построена на ауксо-
трофности, то у штамма должен быть отключен ген какого-то фермента, чтобы
проникший в клетку вектор компенсировал дефект аналогичным геном. Информа-
цию о генотипе штамма и компонентах вектора можно найти где угодно — на-
пример, в каталогах и на сайтах продавцов реактивов;
■ совместимость плазмид друг с другом, если нужно длительно поддерживать не-
сколько векторов в одной клетке или один вектор в клетке, где есть природ-
ные плазмиды. Если они обладают сходными ori, то есть относятся к одной
группе несовместимости, то вступят в конкурентную борьбу, и в лучшем слу-
чае в бактериальном клоне останется одна из них или какой-нибудь причудли-
вый гибрид. Например, не стоит комбинировать векторы на базе рМВ1-
репликона друг с другом, зато им могут составить компанию векторы pSClOl-
или р15А-типа;
■ плазмидную нагрузку на бактерию. Если пытаться заставить клетку поддержи-
вать и тем более экспрессировать много ненужной ей ДНК, то клетка постара-
ется от нее избавиться. Налегке можно размножиться быстрее и, если условия
роста не работают против, вытеснить более «задумчивых» конкурентов. Помимо
размера вектора и вставки следует учитывать и копийность конструкции (тип
oriV): гены токсичных и прочих метаболически «тяжелых» веществ клонируют в
векторах низкокопийных;
■ эффективность селекции. Чтобы полностью отбраковать безвекторные клетки,
селективное давление антибиотика должно быть достаточным. Одни штаммы бак-
терий могут быть менее чувствительными к выбранному антибиотику, чем дру-
гие, что может усложнить поиск рекомбинантных клонов. Поэтому нужно уз-
нать, какая концентрация антибиотика убийственна для выбранного хозяина
вектора и какая копийность у этого вектора в каждом из используемых хозя-
ев : чем она выше, тем больше копий гена резистентности экспрессируется и
тем более высокие концентрации антибиотика выдержит бактерия.
Одним из вариантов плазмидного вектора считают космиду (рис. 6). От обычной
плазмиды она отличается лишь тем, что содержит когезивные концы ДНК фага X
(cos-последовательности). Благодаря их «слипанию» вектор может реплицировать-
ся в клетке как обычная кольцевая плазмида, а в линеаризованном состоянии —
упаковываться в головки фага X in vitro (искусственно, в пробирке). «Одежда»
стабилизирует рекомбинантную ДНК и повышает эффективность ее введения в дру-
гие клетки, поэтому чужеродная вставка может быть длиннее, чем в обычном
плазмидном векторе. Тем не менее, ее размер должен укладываться в интервал
30-45 т.п.н., что с учетом длины самого вектора как раз приблизится к размеру
ДНК фага X и не вызовет проблем с упаковкой или инфекционностью (X может
втиснуть в головку 38-52 т.п.н. двухцепочечной ДНК с соs-сайтами). Повышенная
векторная ёмкость позволяет составлять из космид геномные библиотеки, ведь
при клонировании в них целого генома получается гораздо меньше «томов». Мень-
ше, но не мало. Так, хромосому бактерии Streptomyces coelicolor A3 (2) длиной
8 млн. п.н. удалось разместить минимум в 319 космидах. Большей векторной ём-
костью обладают лишь искусственные хромосомы.
Самый сложный тип плазмидного вектора — экспрессионный. Он может быть и
челночным, и даже комбинированным — сочетать плазмидное и фаговое поведение
(см. раздел о фагмидах ниже). Эти векторы должны обеспечивать не только под-
держание клонированного гена, но и эффективное производство его продукта в
клетках хозяина. Для этого в вектор, содержащий MCS и селективные маркеры,
встраивают еще и экспрессионную кассету (рис. 6) . Она состоит как минимум из
сильных промотора и терминатора транскрипции, а также эффективных последова-
тельностей для инициации и прекращения трансляции: Шайна—Дальгарно на пра-
вильном расстоянии от старт-кодона ATG (реже — GTG) и парочки стоп-кодонов
(ТАА — лучший) после встраиваемого гена — и всё это должно попасть в одну
рамку считывания. Поскольку, как мы знаем, у Е. coli часто возникают проблемы
с правильным формированием и выведением чужеродных белков, ей всячески помо-
гают биоинженеры. Еще на этапе создания вектора они предусматривают пришива-
ние к концам целевого белка коротких пептидных меток (тэгов, эпитопов) и/или
полноценных белков, которые повышают растворимость и термостабильность реком-
бинантного продукта. Многие из них облегчают его детекцию и очистку (аффинные
метки): например, с помощью гексагистидина, с-Мус или тиоредоксина можно от-
ловить сшитый с ними белок на колонках с антителами или иными молекулами, а
GFP своей зеленой флуоресценцией не даст целевому белку затеряться во время
выделения и очистки. В конце концов отслуживших помощников отрезают какой-
либо протеазой.
Устройство бактериальных зкспрессионных векторов детально разобрано на сай-
те Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL), там же приведен и
список таких векторов. Отметим лишь, что при выборе экспрессионной системы
полезно изучить матчасть, связанную с ее регуляцией, ведь чтобы система пока-
зала всё, на что способна, ее нужно строго контролировать — включать только в
определенный момент роста бактериальной культуры. И здесь генным инженерам
приходится соревноваться с природой в остроумии. Ну и еще одно затруднение
возникает со способами селекции при промышленном производстве рекомбинантных
белков: добавление антибиотиков в огромные культиваторы (ферментёры) — удо-
вольствие дорогое, а иногда и просто неприемлемое. Поэтому в последнее время
усиленно разрабатывают альтернативные системы стабилизации плазмид в бактери-
ях и селекции рекомбинантных клонов. Например, вместо генов антибиотикорези-
стентности можно использовать гены систем зависимости от плазмид (plasmid
addiction systems). Они работают по принципу «есть плазмида — будешь жить»
(или «есть плазмида — будешь жить при таких-то условиях»), вытесняя из бакте-
риальной популяции безвекторные клетки.
К сожалению, подобно вентилям, промоторы в экспрессионной кассете часто
«подтекают», то есть допускают фоновый синтез целевого продукта. А это био-
технологу совсем ни к чему. Особенно склонны к «протечкам» lac-промотор и его
мутанты, но раз работа лактозного оперона изучена вдоль и поперек, его регу-
ляторную систему продолжают эксплуатировать в векторах (например, на базе
pUC) . Подтекающий промотор нужно «заглушить». Для этого к нему подставляют
оператор, с которым будет связываться подходящий репрессор. Ген последнего
(lad в случае lac-промотора) внедряют либо в хромосому хозяина, либо в тот
же или дополнительный вектор. Добавление индуктора — лактозы или ее синтети-
ческого заменителя, IPTG, — в нужный момент освобождает оператор, делая его
доступным для транскрипционной машины, начинается синтез РНК, а затем и бел-
ка.
В векторах серии рЕТ регуляция строится на промоторе гена белка 10 фага Т7.
Этот промотор распознается РНК-полимеразой того же фага. Значит, чтобы запус-
тить экспрессию гена, контролируемого этим промотором, в клетку нужно ввести
фаг Т7 (так делают редко) или вовремя включаемый ген Т7-полимеразы. Он может
располагаться на дополнительном векторе либо хромосоме под контролем промото-
ра, например, lac-оперона (lacp). Его подтекание могут подавлять синтезом ре-
прессора либо компенсировать синтезом с другого вектора Т7-лизоцима, который
связывает фоновые количества Т7-полимеразы, но не справляется с инактивацией
огромного числа ее молекул после добавления индуктора lac-оперона. Тогда-то и
запускается экспрессия нужного, клонированного гена.
Не менее мудреный вариант контроля используется в PL-системах, заимствован-
ных у фага X. В векторах pLEX промотор PL регулируется Х-репрессором CI, ко-
торый «считывается» с хромосомы хозяина под контролем промотора триптофаново-
го оперона. Добавление триптофана в ростовую среду подавляет синтез X-
репрессора, а значит, запускает транскрипцию клонированного за PL гена. Ре-
прессия в этой системе достаточна для контроля продукции даже токсичных ре-
комбинантных белков.
Не «течет» и промотор агаВр (или ParaBAD) в векторах серии pBAD: его регу-
лятор АгаС при добавлении индуктора, арабинозы, переключается из состояния
репрессора в состояние активатора транскрипции.
Вообще, большинство плазмидных векторов позволяет делать еще что-то, кроме
клонирования. Иногда в них размещают промоторы, узнаваемые фаговыми, то есть
самыми простыми, РНК-полимеразами: ТЗ, Т7 или SP6. Обычно два разных промото-
ра ограничивают клонируемый в MCS фрагмент ДНК (и это не обязательно целый
ген). Если на другом векторе запустить в клетку ген одной из полимераз, нач-
нется транскрипция соответствующей цепи клонированного фрагмента. А можно
просто капнуть в реакционную смесь готовую полимеразу. Это недешево, то есть
не для промышленных масштабов, зато легко. При добавлении в смесь чем-нибудь
меченных нуклеотидов получившиеся транскрипты можно использовать в качестве
зондов для гибридизации, чтобы найти комплементарные последовательности в ге-
номных библиотеках или понять, экспрессируется ли соответствующий ген. Если
MCS любого из векторов фланкирован последовательностями, на которые «садятся»
стандартные коммерческие олигонуклеотиды (праймеры) M13F/M13R или SP6/T7, то
прямо в этих векторах можно «читать» последовательность клонированного гена,
то есть его секвенировать.
В некоторых ситуациях автономный высококопийный вектор может быть персоной
нон грата. С другой стороны, Е. coli, в отличие от некоторых грамположитель-
ных бактерий и тем более дрожжей, не склонна с легкостью «прописывать» чужую
ДНК в своей хромосоме. Решается эта проблема с помощью интегративных векто-
ров : они позволяют встраивать клонированные гены в ДНК хозяина по механизму
гомологичной или фаговой сайт-специфической рекомбинации. Таким способом био-
логи хотят не запредельно размножить ген, а надолго закрепить его в хозяине и
оптимизировать экспрессию, предупредив попытки бактерии сбросить с себя плаз-
мидный груз. В бактериальную хромосому вполне реально интегрировать и не-
сколько копий гена — чтобы увеличить выход продукта.
Если ставка делается на гомологичную рекомбинацию, нужно соблюсти следующие
условия:
■ интегративный вектор не должен автономно реплицироваться в выбранной бак-
терии (или низкокопийный условный ori потом удаляется);
■ бактерия не должна быть дефектной по гену рекомбиназы RecA, или же реком-
биназную систему нужно вносить на вспомогательной плазмиде;
■ в векторе должны быть участки (не менее 50 п.н.), гомологичные месту хо-
зяйского генома, в которое планируется поместить интересующий ген с промо-
тором; один такой участок обеспечит встраивание этого гена с целой плазми-
дой, два участка гомологии, фланкирующие клонированный ген, обеспечат
встраивание только участка, находящегося между ними (рис. 7);
■ место, куда планируется внедрять плазмиду/ген, должно быть неважным для
клетки, и сама вставка не должна нарушать работу соседних генов.
Сегмент,
гомологичный
хромосомной
ДНК
Рекомбинация —^^
Плазмида
Клонированный ген
Клонированный ген
Плазмида
Сегмент,
гомологичный
хромосомной
ДНК
Рекомбинация
Плазмидная ДНК Клонированный ген
Хромосома
Хромосома
4<2Дз§
s£o£
Фаговая
интеграза
ВОВ*
I
ВОР' ВЕКТОР р°в'
Рис. 7. Механизмы интеграции клонированного гена в хромосому Е.
coll. а — Гомологичная рекомбинация. Слева — двойной кроссинговер,
если в векторе два участка, гомологичных хромосомной ДНК, справа —
одиночный кроссинговер, если такой участок один. Место интеграции
при этом удваивается, образуя прямые повторы по фланкам встроившейся
ДНК, что позже может привести к ее вырезанию путем той же самой го-
мологичной рекомбинации, б — Сайт-специфическая рекомбинация. Вектор
содержит фаговый сайт attP (P-0-Pf), бактериальная хромосома — его
партнера, attB (В-О-Вf). В центральной области эти сайты сходны, по
краям — разные. Фаговая интеграза, кодируемая дополнительной плазми-
дой, внедряет вектор в хромосому рекомбинацией ДНК между сайтами.
Вектор оказывается между химерными сайтами В-О-Рf и Р-О-Вf.
Если интеграцию планируют осуществлять иначе, подобно фагам типа X, то при-
держиваются тех же правил, кроме обеспечения RecA-активности и гомологии в
векторе. Вместо этого в вектор помещают фаговый сайт интеграции attP, напар-
ника хромосомного сайта attB (рис. 7) . В каждом из них находятся инвертиро-
ванные повторы, с которыми связывается фаговая интеграза, чтобы провести ре-
комбинацию между хозяйской и векторной ДНК и вставить, таким образом, плазми-
ду в хромосому. Соответственно, на дополнительном векторе нужно вводить ген
интегразы.
Независимо от выбранного подхода необходимо обеспечить удобную селекцию ин-
террантов . В промышленности стараются обходиться без антибиотиков или выре-
зать из ДНК штамма-продуцента отработавшие гены антибиотикорезистентности:
селективное давление в пользу интегрантов обеспечивать не нужно — введенный
ген стал для бактерий «родным». «Готовый к интеграции» вектор BioBrick, на-
пример, позволяет вводить гены в хромосому Е. coli любым из двух способов, с
минимальными усилиями и возможностью одновременного вырезания условного ori и
селективного маркера. Разумеется, есть и векторы, реплицирующиеся только в Е.
coli, а в другой бактерии встраивающиеся в хромосому, если в них предусмотре-
ны участки гомологии. Метод интеграции хорош для фундаментальных исследова-
ний, изменения метаболических путей и стабильной наработки веществ, особенно
цитотоксичных. А еще с помощью внедренной плазмиды можно вытаскивать для ис-
следования прилегающие к ней куски хромосомы про- и эукариот — этот метод на-
зывается plasmid rescue (см. главу 4).
б) Фаговые (вирусные) векторы.
Это перекроенные ДНК бактериофагов двух типов. Их разнообразие невелико, и
используют их гораздо реже плазмид, но чужеродные гены с их помощью проникают
в бактериальные клетки эффективнее: в конце концов, у эволюции было время от-
шлифовать паразитарные таланты вирусов.
Векторы на основе фага X. Вирус лямбда представляет собой двухцепочечную
линейную ДНК, упакованную в классический фаговый костюм — с головкой, отрост-
ком и прочими марсианскими деталями. Однако при всей своей типичности этот
фаг уже более полувека подогревает исследовательский интерес. Встретившись с
подходящей Е. coli, лямбда «раздевается» и в виде ДНК с «липкими», то есть
одноцепочечными и комплементарными друг другу, концами (cos-сайтами) проника-
ет в цитоплазму. Там «липкие» концы замыкают ДНК в кольцо, она реплицируется,
экспрессируется — в общем, делает всё, чтобы наплодить около сотни потомков,
которые «оденутся» и дружным выходом лизируют (разрушат) клетку. Но фаг X не
зря называют умеренным — так агрессивно он поступает не всегда и вместо лити-
ческого сценария действует по лизогенному: его ДНК встраивается в хромосому
клетки и мирно путешествует в ней по бактериальным поколениям. Когда хозяин
испытывает стресс, фаг спешит вырезаться из хромосомы и вовремя покинуть
клетку, запустив литический цикл. Генному инженеру выгоднее использовать аг-
рессивное поведение фага: если вырезать из фаговой ДНК крупный центральный
кусок, отвечающий за никому не нужную лизогению, то вместо него можно встро-
ить любую последовательность размером от 8 до 23 т.п.н. А это уже не мало и
для создания библиотек, и для экспрессии чужеродных генов. Помимо векторов
замещения (рис. 8) существуют и векторы внедрения (инсерционные). В носителях
первого типа до клонирования нужно держать «заплатку», позволяющую им нор-
мально упаковываться в требовательную к размеру ДНК головку X. Во втором типе
из фага почти ничего не вырезается (кроме ненужных рестрикционных мест, ко-
нечно) , а чужеродная ДНК помещается, например, в ген репрессора CI. Этим за-
одно предупреждаются и попытки вектора зажить тихой жизнью умеренного фага.
Но у такого клонирования есть огромный минус: к Х-ДНК можно добавить не более
11 т.п.н.
Каким бы ни был вектор на основе фага X, он отличается от космиды тем, что
распространяется по бактериальной культуре самостоятельно: биологи, единожды
собственноручно упаковав векторную/рекомбинантную ДНК в фаговый «чехол», да-
лее полагаются на природные процессы ее распространения. То есть фаговый век-
тор — это просто модифицированный вирус. Космида же не кодирует ничего фаго-
вого, кроме липких концов, а потому не может самостоятельно порождать фаговые
частицы и заражать новые клетки. Такова цена повышенной векторной ёмкости.
Фаг Л
Центральный
кластер генов
М13-вектор
ДНК фага
Г
'Л
ФагМ13
(линейная, двухцепочечная)
Плечи фаговой ДНК
-^
L
Вырезанный центральный
кластер
Инсерция чужеродной ДНК
Вирион способен заражать
бактерии и размножаться
в них, образуя типичные
бляшки на бактериальном
газоне
Г
\ Упаковка рекомбинантной
ДНК in vitro
X
Белок 6
Суперскрученная
одноцепочечная
кольцевая ДНК
ч^\Тч>Г^^
Белок 9
Белок 7
Рис. 8. Фаговые векторы. Слева — Х-Вектор замещения. Левое плечо
(L) фаговой ДНК отвечает за синтез головки и отростка, правое
(R) — за литический цикл, центральная область — за лизогенный (в
составе хромосомы). Последнюю можно безболезненно заменить инте-
ресующей ДНК определенного размера и даже без селективных марке-
ров, так как только векторы со вставкой смогут образовать инфек-
ционные частицы. Многие Х-векторы можно купить уже в виде двух
плеч. Справа — М13тр18, одноцепочечный вектор на основе фага М13
(можно купить и двухцепочечный — M13mpl8 RF). Зеленым обозначена
ДНК фага, черным — полилинкер для клонирования, внедренный в
lacZoc (розовый), остальные элементы обеспечивают детекцию реком-
бинантных ДНК с помощью lacZ (сине-белого теста).
Векторы на основе фага М13. Этот фаг совсем не похож на X (рис. 8) и на об-
раз фага вообще — он нитчатый, его ДНК кольцевая и одноцепочечная. Векторы на
его основе не участвуют в ёмкостной гонке, а служат для других целей. Распо-
знав подходящего хозяина по половым пилям на клетке, М13 «раздевается», и по
матрице его ДНК синтезируется копия — формируется двухцепочечная, репликатив-
ная форма (RF) фага. Но в состав вириона потом войдет лишь одноцепочечная
ДНК, причем в отношении ее размера М13 не капризен. Другой вопрос, что ему
нужно абсолютно всё, что он кодирует, поэтому только небольшие вставки не на-
рушат репликацию этого фага. Ml3-векторы содержат типичные для плазмид систе-
мы селекции — например, lacZoc со всем необходимым. От лямбды М13 отличается
деликатностью в отношении хозяина: фаг немного замедляет его развитие, но
«одевается» тихонько и уходит по-английски. Одноцепочечную рекомбинантную ДНК
выделяют из фагов, которых находят в слабо выраженных бляшках на газоне Е.
coli, а двухцепочечную — как обычную плазмиду из расположенных там же клеток.
Одноцепочечные векторы удобны для приготовления меченых зондов, олигонукле-
отид-направляемого мутагенеза (см. главу 2) и секвенирования дидезоксимето-
дом. Последняя цель уходит в историю, потому что и секвенировать сейчас ста-
раются иначе, и приспособленных для этого плазмид уже немало. Сайт-
специфический мутагенез с помощью олигонуклеотидов, напротив, набирает оборо-
ты: его быстрота и прецизионность немыслимы для классического, случайного му-
тагенеза. Он активно применяется в фундаментальных исследованиях, производст-
ве ГМО и белковой инженерии. Другой вопрос, что олигонуклеотид-направляемый
мутагенез сейчас реже опирается на Ml3-векторы и чаще сочетается с ПЦР и тех-
никами редактирования генома in vivo.
в) Комбинированные векторы (фагмиды)
У этих векторов есть фаговый ori одноцепочечной репликации, позволяющий им
копироваться как нормальный М13, и если в клетку с ними запустить родственный
фаг-помощник, то фагмиды присвоят его «одежду» и покинут клетку для заражения
своей одноцепочечной ДНК новых хозяев. Если биологам не интересна вирусная
ипостась фагмиды, с ней можно работать как с обычной двухцепочечной плазми-
дой. Такие векторы обычно снабжены транскрипционными и/или экспрессионными
опциями. Одна из самых популярных серий фагмидных векторов — pBluescript.
г) Искусственные хромосомы — бактериальные (ВАС) и фаговые (РАС)
ВАС — кольцевые ДНК, выстроенные на базе репликона F-плазмиды (полового
фактора): они содержат ori, rep- и par-гены, обеспечивающие репликацию и ста-
бильное поддержание в ряду бактериальных поколений этого 1-2-копийного векто-
ра. В состав ВАС также вводят сайты 1охР из фага Р1 и cos — из X. Расщепление
вектора в этих сайтах соответствующими фаговыми ферментами позволяет метить
его концы и картировать рекомбинантную ДНК. ВАС может вместить 100-350 т.п.н.
(изредка больше) чужеродной ДНК при собственном размере до 9 т.п.н. Но чтобы
такая генетическая махина не перекроилась в клетке, хозяин должен быть RecA-
дефектным. Некоторые ВАС помимо ori F-фактора снабжены высококопийным услов-
ным ori pUC-типа: его можно «включать» добавлением индуктора буквально на па-
ру часов, чтобы наработать побольше векторных молекул, не дестабилизировав
их. Селективными маркерами служат стандартные гены антибиотикорезистентности
и lacZoc. Есть варианты ВАС, уничтожающие своих хозяев, если в них оказывается
вектор без клонированной вставки, «пустые». В векторе pSMART® ВАС, например,
изначально стоит заплатка lacZ-sacB, которая при клонировании замещается нуж-
ной ДНК. Поскольку бациллярный ген sacB обеспечивает превращение сахарозы в
леван, токсичный для Е. coli, на среде с сахарозой смогут расти только клоны
без этого гена, а значит, с нужной вставкой.
Векторы РАС созданы на основе репликона фага Р1 (отсюда и первая буква в
аббревиатуре). Этот вирус известен своим двуличием: он может поддерживаться в
бактерии как обычная плазмида или развиваться как литический фаг. Известен он
и уникальной системой рекомбинации, Сге-lox, замыкающей его линейную двухце-
почечную ДНК в кольцо и решающую проблему распутывания плазмидных копий. Эта
система очень приглянулась генным инженерам, и они позаимствовали ее для ге-
номного редактирования (см. главу 3) . В РАС оставили лишь самое необходимое
для упаковки ДНК в фаговую оболочку и дополнили конструкцию элементами F-
плазмиды. РАС немного крупнее ВАС (15-19 т.п.н.), но вмещают почти столько же
ДНК, если их не заставляют упаковываться в головку Р1: больше 110 т.п.н. туда
не влезет. В РАС предусмотрели очень интересную систему селекции рекомбинант-
ных молекул. Место для клонирования находится между промотором и orf гена
sacB, но до клонирования оно занято ori вектора pUC. Это позволяет биологам
хорошенько размножить вектор, а клетке не бедствовать на среде с сахарозой,
потому что sacB «прерван». А вот после процедуры клонирования система селек-
ции работает против бактерий с вектором, замкнувшимся на себя — без нужной
вставки и без фрагмента pUC, — потому что на среде с сахарозой клоны с «вое-
становленным» sacB будут гибнуть. Чтобы получить только клетки с желаемой
вставкой, нужно тщательно избавляться от фрагмента pUC перед клонированием.
Искусственные бактериальные хромосомы идеальны для построения библиотек ге-
номов млекопитающих, их секвенирования и картирования, для клонирования от-
дельных крупных генов с регуляторными элементами или целых вирусных геномов
для моделирования инфекций.
Подытожим коливекторную тему схемой, иллюстрирующей назначение разных типов
конструкций (рис. 9). Но как бы ни были полезны векторы, немало ситуаций, ко-
гда бактериальные клетки от них приходится избавлять — излечивать. Еще совсем
недавно плазмиды элиминировали преимущественно химическими мутагенами и не
всегда успешно. В 2017 году новомодные инструменты редактирования геномов на-
конец добрались и до векторов. Теперь лечить бактерий от плазмид можно быстро
и остроумно.
Выделение
генов
Секвенирование
Клонирование
Клонирование
Рис. 9. Применение основных типов векторов Е. coli.
2. Векторы для дрожжей S. cerevisiae
Как правило, под такими векторами подразумевают колийно-дрожжевые шаттлы
(рис. 10), включая те, что ведут себя как репликативные в Е. coli и интегра-
тивные в S. cerevisiae. Соответственно, клонирование и первоначальный отбор
рекомбинантных конструкций проводят в бактериях, а затем переправляют их в
грибы.
Помимо MCS, бактериальных селективных маркеров и ori они содержат гены,
обеспечивающие селекцию и поддержание рекомбинантных ДНК в дрожжах. Выбор де-
терминант антибиотикорезистентности, работающих в эукариотах, ограничен и
сводится к генам устойчивости к генетицину, циклогексимиду, гигромицину, ио-
нам меди. Предпочитают первый вариант — ген неомицинфосфотрансферазы (neoR),
которая противостоит мономицину, неомицину и канамицину у прокариот и генети-
цину (G418) — у эукариот. Но чаще в дрожжевой инженерии пользуются свойством
комплементации — компенсации какого-то дефекта посредством вводимой ДНК. На-
пример, используют штаммы, ауксотрофные по какой-то аминокислоте (Trp-, Leu-)
или неспособные синтезировать пиримидиновые азотистые основания (Ura-): они
выживают только на средах с соответствующей добавкой, пока в них не попадет
вектор с рабочим геном, компенсирующим ауксотрофность. Поэтому часто селек-
тивными маркерами становятся гены URA3, LEU2, HIS3, TRP1. В ряде векторов
предусмотрена возможность оперативной замены маркеров с помощью систем сайт-
специфической рекомбинации Сге-lox или Flp-FRT (см. главу 3). А техники типа
CRISPR-Cas-редактирования вообще позволяют обходиться без маркеров, но, к со-
жалению, решают не все инженерные задачи.
Высококопийный репликативный
плазмидный вектор
orl Е. coli
Amp' f\
URA3 \J
2м ARS
или ARS хромосомы
Низкокопийный репликативный
плазмидный вектор
ori Е. coll
Е. ^/'Amr>' ^
C_J>"
URA3*"" О ~*00^
S. cerevisUo 2м ARS
или ARS S. ее re vi si а с
-CEN4 S.
И
ccrovisiac
нтегративный плазмидный вектор
ori Е. co!i
Е. coli А mп' О
S. corevisiae
Искусственная хромосома, YAC
ori E. coli ^^^MCS
Е. rrtii Arnn' /*\ ^^-—""
^Г*^ СИ ARS S. corcvisiao
^w J^ URA3 S. cerevisiao
^^- О ^^
TEL HIS3 TEL S. corcvisiao
Рис. 10. Сравнение архитектуры основных типов векторов S.
cerevisiae. Заметим, что YAC — тоже шаттлы: если они замкнуты в
кольцо, то могут поддерживаться и в Е. coli. Розовым обозначены эле-
менты, работающие в бактериях, голубым — в дрожжах. Ampr — устойчи-
вость к ампициллину (пример селективного маркера), TEL — теломеры.
Остальные сокращения приведены в тексте статьи.
У неинтегративных векторов дрожжей независимая от хромосом репликация обес-
печивается ARS-элементами (autonomously replicating sequences), взятыми из
дрожжевых хромосом или 2-микронной плазмиды. Такие векторы можно разделить на
простые и центромерные. Первые способны размножиться до нескольких десятков
копий на клетку, вторые обладают центромерой (CEN) и поддерживаются подобно
хромосомам, единичными экземплярами, равномерно распределяясь по дочерним
клеткам. Существуют также векторы с условной (регулируемой) центромерой, ли-
нейные векторы с теломерами на концах и дрожжевые искусственные хромосомы
(YAC), содержащие и теломеры, и центромеру. Весь этот арсенал собран для чет-
кой настройки копийности клонированных генов. Но далеко не все векторы могут
похвастаться высокой стабильностью и ёмкостью. Исключение составляют YAC — их
стабильность даже возрастает после достижения вставкой размера 90 т.п.н. — и
другие CEN-векторы. Эти конструкции по ёмкости уступают лишь человеческим ис-
кусственным хромосомам: они способны нести более 2 млн. п. н. и передавать
клонированную ДНК в клетки млекопитающих, если последние заставить в нужный
момент слиться с клетками S. cerevisiae.
В последнее время всё чаще применяют стабильные дрожжевые векторы нетради-
ционно, без сшивания с клонируемыми фрагментами in vitro: недюжинный рекомби-
национный талант дрожжей экономит время и деньги биоинженеров. Такой «лентяй-
ский» подход назвали клонированием путем рекомбинации, ассоциированной с
трансформацией (TAR). В клетки S. cerevisiae просто запускают векторы вместе
с фрагментами для клонирования, и с высокой частотой получают желаемые конст-
рукции. Векторы для этого линеаризуют — создают рекомбиногенные концы, гомо-
логичные концам встраиваемого фрагмента. Если вектор содержит несколько раз-
ных сайтов, способных принять гомологичные им ДНК, то просто «вскрывают» нуж-
ный. В других случаях ферменты дрожжей in vivo сшивают огромные конструкции
из вектора и нескольких клонируемых кусков ДНК с перекрывающимися концами.
Так в дрожжах собирают, например, кластеры генов млекопитающих, целые геномы
вирусов и даже бактерий. Но у высокой рекомбиназной активности есть и оборот-
ная сторона — химеризация (перетасовка) молекул ДНК, и это существенный минус
создания геномных библиотек в YAC по сравнению с ВАС и РАС.
Интегративные векторы содержат один или два участка гомологии с какими-то
хромосомными последовательностями (длиной не менее 30, а лучше более 100
п.н.). Возле такого участка вектор с клонированным геном разрезают для повы-
шения эффективности его встраивания в хромосому. Если гомологичный участок
один, то встроится весь вектор, если два — только фрагмент, окруженный ими
(так же, как показано на рис. 6). Клонированный ген далее будет стабильно на-
следоваться дрожжами. Если в качестве мишени встраивания выбрать повторяющие-
ся в дрожжевом геноме области, например гены рибосомной РНК или Ту1-транспо-
зоны, то можно одномоментно закрепить в клетке много копий клонированной ДНК.
А вообще, дрожжи так сильны в рекомбинации, что заменять какой-то нормальный
аллель в их геноме мутантным или наоборот удается и без вектора, просто вводя
в клетку фрагмент-заместитель с рекомбиногенными концами.
Любой тип вектора можно оснастить экспрессионной кассетой, а для повышения
биотехнологической ценности конструкции несложно предусмотреть вырезание уже
отработавшей бактерия-ориентированной начинки при попадании вектора в дрожже-
вую клетку. Организовать экспрессию чужеродных эукариотических генов в дрож-
жах гораздо проще, чем в бактериях, но способ сплайсинга мРНК у них может не
совпадать с типичным для источника гена, поэтому часто в дрожжевые векторы,
подобно бактериальным, вставляют не ДНК, а кДНК (комплементарную ДНК — копию,
построенную обратной транскрипцией по матрице готовой РНК, из которой природ-
ный хозяин уже удалил всё лишнее). Кассета содержит регулируемый промотор
транскрипции (часто это GAL-промотор, активируемый галактозой и подавляемый
глюкозой) перед MCS и терминатор (сигнал полиаденилирования, обычная опция
для клонирования эукариотических генов) после. Она также может кодировать
разные метки и обеспечивать секрецию продукта в среду.
3. Векторы для клеток растений
Это тот случай, когда лавры разработчика у человека отняла бактерия —
Agrobacterium tumefaciens (сейчас — Rhizobium radiobacter). Природный вектор
под названием Ti-плазмида этот фитопатоген создал для принуждения раститель-
ных клеток синтезировать его любимую пищу — вещества из класса опинов. Для
того чтобы опина было побольше, бактерия стимулирует разрастание корневой
ткани до образования уродливых, но очень продуктивных опухолей — корончатых
галлов. Такая частная пищефабрика воздвигается с помощью фитогормонов — аук-
сина и цитокининов. Кодирует их Ti-плазмида, но производят сами растения. Ti-
плазмида целиком не проникает в клетки растения, а делегирует для встраивания
в их геном фрагмент 12-24 т.н. (на этапе инвазии он одноцепочечный), называе-
мый Т-ДНК (transferred DNA). Он-то и содержит гены фитогормонов и «перевари-
ваемого» конкретным штаммом агробактерии опина, а также специфические конце-
вые участки (L и R) , один из которых необходим для сайт-специфического
встраивания Т-ДНК в растительный геном (рис. 11). За пределами Т-области ле-
жат детерминанты вирулентности, мобилизующие Т-ДНК к переносу, и усвоения
«своего» опина.
онкогенная ДНК
.•ум им
ЦИТОНИМИМ
ОГ/ДЛЯ
A. tumefaciens
on для Е. coli
т бинарные
U i г
маркер для
бактери
бинарный вектор
маркер
для!
ии \\
MCS
г
клонирование трансгена
в Е. coli
трансген
клетка растения
встраивание Т-ДНК
в хромосому
с
маркер для
бактер
бинарный вектор
трансген |-| маркер
дЩ
)ии [Л
1
введение вектора
з A. tumefaciens
С
маркер для
бактерии
A. tumefaciens
бинарный вектор
трансген
\] маркер [^
область Т-ДНК
j
вырезание и ~ерено: Т-ДНК
с помощью "роду кто в «лг-генов
Рис. 11. Бинарная векторная система агробактериальной трансформации растений.
Бинарный вектор, или мини-Ti, «разоружен»: в Т-области (между L- и R-фланками)
вместо генов опина и фитогормонов несет клонированную вставку (трансген) и се-
лективный/репортерный ген для растений — GFP, р-глюкуронидазы, люциферазы, ан-
тибиотикорезистентности и т.п. Трансген помещен под промотор, который может ра-
ботать всегда и во всех клетках растения или же в отдельных органах и только в
нужное время. Вне Т-зоны вектор содержит ori репликации в Е. coli и А.
tumefaciens (два разных или один «широкого спектра») и селективный маркер для
бактерий. Мини-Ti с клонированным геном запускают в клетки A. tumefaciens, со-
держащие вспомогательную Ti-плазмиду с поврежденной Т-ДНК, но рабочими генами
вирулентности (vir). Продукты последних направляют векторную Т-зону с трансге-
ном в хромосому растения.
Генные инженеры просто не могли не воспользоваться этой естественной систе-
мой модификации растений. Оставалось всего лишь внедрить интересующий ген в
Т-ДНК и полагаться на агробактериальные навыки. Тем не менее, так не поступа-
ют: Ti-плазмида уж очень велика (более 200 т.п.н.), кодирует много ненужного
и лишена нужного. Поэтому на ее основе создают небольшие агробактериальные
векторы, работать с которыми можно и в Е. coli. Другой вопрос, что все пре-
лести обычной векторной антибиотической селекции нивелируются опасениями, что
модифицированные сельхозрастения распространят гены устойчивости среди «ди-
ких» микробов или конечный продукт будет загрязнен аллергенными веществами.
Поэтому стараются предусматривать своевременное вырезание подобных маркеров
или использовать иные способы отбора. Одна из агробактериальных векторных
систем, бинарная, описана на рисунке 11. Есть и другие схемы модификации рас-
тений с помощью этих бактерий, но нужно помнить, что A. tumefaciens легко
атакует двудольные и лишь в специально созданных условиях — однодольные. Ак-
тивно применяют и принципиально другие способы доставки ДНК в растения (см.
раздел о введении ДНК в клетки).
4. Векторы для клеток насекомых
Это, как правило, зкспрессионные векторы, которые создают на основе ДНК ба-
куловирусов, инфицирующих кишку насекомых. Чаще модифицируют вирус ядерного
полиэдроза бабочки Autographa californica (AcMNPV). До проглатывания новым
хозяином конгломераты вирусных частиц защищаются от внешней среды обволакива-
нием белком полиэдрином, который закодирован в их же ДНК под очень сильным
промотором polh. Поскольку полиэдрин для экспрессии рекомбинантных ДНК не ну-
жен, его ген в векторе замещают экспрессионной кассетой, а вот промотор ос-
тавляют или заменяют другим, например цитомегаловирусным. В кассете находятся
MCS, сигнал полиаденилирования и детерминанты аффинных меток — для облегчения
очистки рекомбинантного белка. Вектор также несет последовательности, необхо-
димые для репликации и селекции в Е. coll. Селекция в насекомых не нужна, по-
скольку в них направят не этот вектор, называемый транспортным, а рекомби-
нантный бакуловирус, который, размножаясь в клетках насекомых, будет размно-
жать и клонированный ген (рис. 12) . Транспортные векторы (например, рОЕТ,
pPolh-MAT) и подходящие для гомологичной рекомбинации с ними вирусные ДНК
(например, flashBAC) можно купить.
А еще существуют бакмиды — крупные челночные векторы на базе бакуловирусной
ДНК, все манипуляции с которыми производят в Е. coli и только для наработки
продукта полностью готовую конструкцию отправляют в насекомых. В бакмиды экс-
прессионная кассета переносится из донорной плазмиды сайт-специфической ре-
комбинацией. Ее проводит Тп7-транспозаза, которую кодирует третья плазмида,
хелперная.
Модифицированный бакуловирус
Bsu36\ Bsu36\
ORF603 Ген полиэдрина
Расщепление
ферментом Ssu36l
ORF1629
Bsi/361-фрагмент
щ
Модифицированный бакуловирус
после обработки Bsu36\
Bsu36\ Bsu36\
ORF603 Клонированный ген ORF1629
Транспортный вектор
Рекомбинантный бакуловирус
ORF603 Клонированный ген
ORF1629
Рис. 12. Получение рекомбинантного бакуловируса в клетках насекомых.
Экспрессионная кассета в транспортном векторе окружена последова-
тельностями, гомологичными ДНК AcMNPV в районе гена полиэдрина (в
частности, ORF1629). Они нужны для переноса кассеты в вирусную ДНК.
Из последней заранее удален с помощью рестриктазы Bsu36I ген полиэд-
рина и части соседних генов. Особенно важно «обрезание» ORF1629 —
гена, критичного для размножения вируса. Если в одну и ту же клетку
насекомого ввести такую неполноценную вирусную ДНК и транспортный
вектор, в результате гомологичной рекомбинации в вирусную ДНК «пере-
селятся» кассета с клонированным геном и недостающие части ORF1629 и
ORF603. Только такой, рекомбинантный, бакуловирус сможет полноценно
реплицироваться. Пунктирными линиями обозначен двойной кроссинговер;
р и t — промотор и терминатор гена полиэдрина соответственно.
5. Векторы для клеток млекопитающих
а) Наши естественные векторы — вирусы. Но генные инженеры хотят не вызы-
вать , а лечить болезни, потому каждый из таких векторов серьезно модифициру-
ют . Здесь лишь кратко упомянем их особенности.
Вирусы подбирают и стараются готовить так, чтобы они:
■ не вернулись к своим диким, совершенно неприемлемым для приличного вектора
болезнетворным привычкам;
■ не вызывали активный иммунный ответ;
■ следовали только в нужные клетки...
■ ...ив них поддерживались стабильно (если надо);
■ внедрялись в геном (если надо) только в «безопасные» для его работы места;
■ перетаскивали побольше чужеродного генетического материала.
Но решение всегда получается компромиссным. Хотя бы потому, что векторная
ёмкость у относительно пригодных по другим параметрам вирусов обычно невелика
(в исключительных случаях — до 35 т.п.н.). И это при том, что вектору от ви-
русного генома (ДНК или РНК) и так достается только то, без чего никак нельзя
«одеться» и внедриться. Прочие нужные, например оболочечные, гены помещают на
вспомогательные векторы, а процесс «одевания» модифицированного вируса пору-
чают особым клеткам-упаковщицам, в которые вводят оба вектора. Ряду носителей
предоставляют больше самостоятельности, но в ущерб клонирующей ёмкости. Ведь,
как и любой вектор, они должны нести стандартные элементы для решения генно-
инженерных задач: маркеры, адресные метки, регуляторы экспрессии и т.п.
В зависимости от задач ученым чаще приходится выбирать между ретро- (лучшие
из них — ленти-), адено-, герпес- и аденоассоциированными (AAV) вирусами.
Гамма-ретровирусы (например, MuLV) поражают только активно делящиеся клетки,
а значит, для модификации, например, нейронов негодны. Зато без нейронов бук-
вально жить не могут возбудители рекламной «простуды на губах» — вирусы про-
стого герпеса. Остальные более-менее всеядны, но всё же по сумме показателей
выигрывают деликатные AAV (рис. 13) с их безопасностью, низкой иммуногенно-
стью и высокой избирательностью внедрения в хромосомы.
Вирус дикого типа
Структура генома
Экспрессионный вектор
Rep Cap ITR
р5 р19 Р40
[Г
ITR
■//-
»Локус генома Энзон
Из'^ененн^и сайт
SJ1
Ген X рА
ITR
Сайты сплайсинга Вектор
Р DHFR , ГенХ РА
транскрипция
Дигидрофолатредуктаза
Первичный транскрипт
процессингРНК
Сплайсированная
мРНК
трансляция
|(@)) Белок X
О О
Ш
О теломера
f центромера
^ on
репликации
ген
Мини-хромосома
(НАС)
Человеческая
хромосома
Рис. 13. Векторы для клеток млекопитающих, а — Векторы на основе адено-
ассоциированного вируса (AAV). Такой зкспрессионный вектор может сущест-
вовать в клетке как эписома, а может внедриться в хромосому — туда, куда
сам посчитает нужным. Редактирующий вектор направляют в строго опреде-
ленный сайт хромосомы с помощью клонированного гомологичного участка,
при этом в хромосоме произойдет замена ненужной последовательности на
нужную (ту, что в векторе) — редактирование, б — Архитектурный «лайф-
хак»: совместная экспрессия маркерного и целевого генов. Первый трансли-
руется прямо с первичного транскрипта, второй сплайсируется и только по-
том транслируется, в — Человеческая искусственная хромосома (НАС). От
обычной хромосомы в НАС остается лишь центромера, теломеры и детерминан-
ты репликации. ITR — инвертированные концевые повторы AAV; p и рА — про-
мотор и сигнал полиаденилирования трансгена; р5-р40 — промоторы AAV; Rep
и Сар — рамки считывания вирусных белков репликации и капсида; DHFR —
ген дигидрофолатредуктазы.
Конечно, в генной инженерии применяют не AAV, a rAAV — рекомбинантные виру-
сы девяти типов (rAAVl-rAAV9). Такие векторы можно поддерживать в клетке в
виде эписом (плазмид), а можно «навечно» встроить в хромосому. Сами они не со
100-процентной гарантией попадают в нужное хромосомное место, поэтому генные
инженеры помогают им — замысловато, но зато успешно. Практикуют и трюки с пе-
реодеванием: разные серотипы вируса обладают разной иммуногенностью и тропно-
стью к тканям, поэтому иногда вектор на основе одного серотипа помещают в
капсид другого. Всем неплох, например, rAAV8: он особо не тревожит иммунную
систему и любит клетки печени, а этот богатырский орган славен очень сильным
альбуминовым промотором, под контроль которого удобно помещать терапевтиче-
ские гены. Более того, печень без труда снабдит терапевтическим продуктом
весь организм. Этот подход сейчас очень популярен и тестируется, в частности,
для компенсации дефицита факторов свёртывания крови. Цены бы АА-вирусам не
было, если бы не их маломерный «костюмчик» — больше 4,5 т.н. одноцепочечной
ДНК в него не поместить...
б) Невирусные векторы лишены размерных ограничений капсидов и легко конст-
руируются в самых изощренных формах, но тоже не идеальны:
■ в делящихся клетках, если векторы не интегрированы в хромосому, их концен-
трация постепенно «размывается», и дефицит продукта клонированного гена
нужно постоянно восполнять новыми порциями вектора;
■ над их введением в клетки млекопитающих придется крепко поразмыслить.
В таких векторах нет ничего особенного по сравнению с прочими эукариотиче-
скими. Хотя, если речь идет об экспрессии, то описаны некоторые не вполне
объясненные наблюдения. Например, биотехнологи отмечают большую эффективность
конструкций с интроном между промотором и orf целевого гена и с тесной транс-
крипционной связью между целевым и маркерным генами (рис. 13). В качестве се-
лективных маркеров используют традиционный neoR и гены веществ, нивелирующих
действие цитотоксичных агентов. Чаще всего выбирают селекционные системы ди-
гидрофолатредуктаза—метотрексат и глутаминсинтаза—метионинсульфоксимин. Чем
больше копий генов первых веществ из этих пар будет в клетках, тем более вы-
сокие концентрации вторых веществ переживут эти клетки. Так отбирают клетки с
максимальным числом копий вектора. Эффективные промоторы и терминаторы берут
из геномов млекопитающих или их вирусов.
Пожалуй, самый перспективный и ёмкий невирусный вектор млекопитающих — че-
ловеческая искусственная хромосома (НАС). Ее можно сконструировать из деталей
с нуля, de novo, но это трудно, поэтому чаще прибегают к радикальной обрезке
природных человеческих хромосом: оставляют лишь самое необходимое для ста-
бильного независимого поддержания. Размер молекулы при этом может сократиться
с 200 до 5 млн. п.н. А дальше с помощью Cre-lox-рекомбинации на остов можно
нанизывать крупные фрагменты генома — со всякими регуляторными областями, ва-
риантами копийности генов и т.п. Когда технология достигнет совершенства,
можно будет рутинно изучать работу самих хромосом, функции и мутации крупных
человеческих генов в их натуральном виде, а не в форме «ущербных» кДНК, а
также стабильно экспрессировать любые терапевтические гены. Уже удалось полу-
чить мини-версии хромосом 14 и 21, клонировать в НАС гигантский ген дистрофи-
на (2,4 млн. п.н.), мутации которого вызывают миодистрофию Дюшенна, и даже
корректно его экспрессировать в мыши.
Не так давно появились транспозонные векторы, лишенные недостатков вирусных
носителей. Некоторые из них позволяют переправить в хромосому до 100 т.п.н.
чужеродной ДНК, но поскольку их самих в клетку вводят плазмиды, проблема эф-
фективной доставки in vivo остается.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Разное
ЦВЕТНАЯ НЕОРГАНИКА
Морозова И.М.
Химия - мир красок и оттенков. Наверное, самая распространённая ассоциация
с химией - это пробирки или колбы с разноцветными жидкостями. А самый запоми-
нающийся из признаков химической реакции -изменение цвета.
Многие красители и индикаторы имеют органическую природу. Но и неорганиче-
ские вещества не так уж редко обладают яркой характерной окраской. Это, на-
пример, соединения переходных металлов - соли и комплексы, а также многие
сложные вещества молекулярного строения и даже простые вещества.
Характерный цвет веществ часто используется в «алфавитных» задачах. К при-
меру: «Соединение А голубого цвета реагирует с веществом Б, образуя синий
раствор В, при нагревании которого выделяется красный осадок Г. Определите
формулы веществ А - Г и напишите уравнения реакций».
Окраска осадков и растворов - не только тема для школьных задач, но и ре-
альное подспорье в качественном анализе: в основе множества качественных ре-
акций лежит именно образование цветных соединений. И даже многие количествен-
ные методы анализа - такие, как фотоколориметрия - основаны на определении
концентрации раствора по интенсивности его окраски.
Несомненно, химику нужно и важно знать цвета веществ. А слегка сместив ак-
цент с категории полезности, можно испытать просто эстетическое удовольствие
от их вида.
В нашем обзоре неорганического разноцветья мы будем двигаться вдоль спектра
от красного цвета к фиолетовому.
Красный
i
t
Сколько простых веществ имеют красный цвет? Все, наверное, слышали про
красный фосфор, одну из аллотропных модификаций фосфора, имеющую строение в
виде бесконечных цепей. Вариации структуры этих цепей приводят к разной окра-
ске разных образцов фосфора, и красный фосфор чаще выглядит не красным, а
фиолетовым (рис. 1.1). Хотя другие образцы могут быть действительно красными.
Рис. 1.1. Разные образцы красного фосфора.
Существуют всего два простых вещества, жидких при нормальных условиях, и
одно из них - бром. Это красная жидкость, однако, окраска настолько интенсив-
на, что на первый взгляд кажется бурой, почти чёрной. Чтобы увидеть красное в
тонком слое на стенках, приходится взболтать жидкость (рис. 1.2). При -7,25
С бром становится твёрдым, превращаясь в замечательные красные кристаллы.
Рис. 1.2. Жидкий и твёрдый бром.
Единственный красный металл - медь. Наших предков это впечатляло настолько,
что медь связали в астрологии с красной планетой - Марсом. Но насколько крас-
на медь? Чистая медь имеет скорее розовый оттенок (рис. 1.3). Лишь полежав на
воздухе и слегка окислившись с поверхности, медь приобретает оранжевые отбле-
ски.
Рис. 1.3. Чистая медь (слева) и слегка окисленная (справа).
Ничего не забыли? Оказывается, все-таки забыли. Элемент селен образует не-
сколько простых веществ, и одно из них (оно так и называется - красный селен)
обладает красным цветом (рис. 1.4).
Четыре простых вещества красные - это немало! Кто относится к этому скепти-
чески, пусть попробует найти хотя бы парочку зеленых.
Рис. 1.4. Красный селен
Перейдем теперь к сложным веществам. Один из оксидов меди - Cu20 - образует
красный минерал куприт (от латинского названия меди -«cuprum», в свою очередь
происходящего от названия острова Кипр, откуда в древности вывозили медь).
Этот оксид в литературе традиционно называют красным, хотя он может иметь и
несколько иные оттенки (рис. 1.5). Ранее куприт называли красным медным стек-
лом, медной печёнковой рудой, а сегодня называют также медным цветом, бархат-
ной медью, халькотрихитом.
Рис. 1.5. Слева направо: минерал куприт; образцы Cu20; окисление
альдегида с помощью Си(ОН)2
A Cu20, который образуется при окислении альдегидов гидроксидом меди (II):
2Cu(OH)2 + NaOH + RCHO -> Cu20 + RCOONa + 3H20,
похож по цвету на томатный сок.
Еще один красный оксид - высший оксид хрома Сг03, ангидрид хромовых кислот,
основной компонент хромовой смеси для мытья химической посуды (рис. 1.6).
Рис. 1.6. Сг03
Это не единственное красное соединение хрома. Если хроматы обычно жёлтые,
дихроматы оранжевые, то трихроматы - как раз красные (рис. 1.7).
Рис. 1.7. Трихромат калия в растворе и выделенное вещество
Можно вспомнить минерал крокоит - хромат свинца РЬСг04 (рис. 1.8). Кристал-
лы крокоита могут достигать 40 см в длину. Для России этот минерал имеет осо-
бое значение: можно сказать, что именно с него началась отечественная минера-
логия, поскольку крокоит - первый новый минерал, найденный и открытый в Рос-
сии. Именно в образцах крокоита был открыт элемент хром. На красивый красный
минерал впервые обратил внимание ученых академик Иоганн Готлиб Леман, один из
ближайших заместителей М.В. Ломоносова. Интересно, что пользы от крокоита ни-
какой, одна эстетика: минерал не имеет самостоятельного промышленного приме-
нения и является спутником свинцовых руд, но благодаря своей редкости и кра-
соте незаменим для коллекций.
Рис. 1.8. Крокоит
Красный ацетат хрома (II) образуется при обменной реакции соли хрома (II) и
ацетата натрия:
2СгС12 + 4NaCH3COO + 2Н20 = Сг2 (СН3СОО) 4 (Н20) 2 + 4NaCl.
Это вещество мало растворимо и при стоянии выпадает в осадок (рис. 1.9).
Ацетат хрома (II) интересен тем, что представляет собой кластер с четверной
связью (которая состоит из одной а-связи, двух п-связей и одной 5-связи) меж-
ду двумя атомами хрома.
СН}; СН,
сн3 сн3
Рис. 1.9. Ацетат хрома (II) и его строение
Среди модификаций оксида ртути (II) НдО есть жёлтая и красная. Правда,
красная часто больше похожа на бурую (рис. 1.10).
Рис. 1.10. Красный НдО
Ртуть образует много красных соединений. Вот, например, основной ртутный
минерал - киноварь HgS, известный с древности как минеральный пигмент (рис.
1.11). Киноварь добывали еще в Древнем Египте, а также в Римской империи. Не-
которые из римских шахт до сих пор разрабатываются. Этот минерал знаменит не
только как основа краски, но и как единственное существовавшее до изобретения
антибиотиков надёжное средство лечения сифилиса (хотя и небезопасное). HgS в
порошке выглядит не так внушительно, но тоже красный.
Рис. 1.11. Минерал киноварь (слева и посередине) и
HgS в порошке (справа)
Киноварь на свежем сколе напоминает пятна крови. По одной из версий, назва-
ние киновари произошло от древнеперсидского «драконья кровь». Но на воздухе
минерал постепенно окисляется с поверхности, покрываясь тонкой плёнкой окси-
да , и темнеет.
Иодид ртути (II) - красное кристаллическое вещество, свойства которого ис-
пользуются в химическом анализе (рис. 1.12). Иодид олова (II) - красные кри-
сталлы (рис. 1.13).
Рис. 1.12. Hgl2 Рис. 1.13. Snl2
И, конечно же, в красной гамме окрашены многие соединения железа (именно
благодаря содержанию соединений железа, а вовсе не меди, Марс красный!). Нач-
нем с оксида Fe203. Гидратированный оксид все видели - это ржавчина, и цвет у
него ржавый, но безводный Fe203 более красный (рис. 1.14). Хотя в природе ми-
нерал гематит, имеющий состав Fe203, может обладать различными оттенками, в
том числе коричневыми и чёрными.
Рис. 1.14. Fe203 в порошке и образцы гематита
Образование ацетата железа (III) используется в химическом анализе. Он по-
хож на оксид (рис. 1.15). Мы привыкли писать его формулу просто как
Fe (СН3СОО) зл но на самом деле красно-коричневый осадок, выпадающий из раство-
ров Fe3+ при добавлении ацетата, представляет собой основную соль
[Fe3 (CH3COO) б (ОН) 2] СН3СООН20 (или [Fe3OH (СН3СОО) б (Н20) 3] СН3СОО) .
Рис. 1.15. Ацетат железа (III)
Нитропруссид натрия - лекарство, назначаемое при астме и гипертонических
кризах, - представляет собой комплексное соединение железа Na2 [Fe(CN) 5NO]
(рис. 1.16).
Рис. 1.16. Нитропруссид натрия
Самое впечатляющее соединение железа (III) - это кроваво-красный комплекс-
ный роданид железа [Fe(SCN)3] (рис. 1.17). Он похож на кровь не только окра-
ской: ион железа (III) находится в этом комплексе в окружении атомов азота,
так же как в гемоглобине. Образование роданида железа - очень чувствительная
качественная реакция для обнаружения железа (III).
Рис. 1.17. Роданид железа и строение гемоглобина
А вот еще одна качественная реакция, но уже на никель - ион никеля в окру-
жении четырёх атомов азота в комплексе с диметилглиоксимом тоже приобретает
красный цвет:
о о
^.
CH3-C=N ч , N=C-CH3
I чм|' |
CH3-C=N У Ч N=C-CH3
чн"
Рис. 1.18. Диметилглиоксимат никеля в осадке и его строение
Из красных жидкостей, кроме брома, стоит упомянуть о нескольких молекуляр-
ных соединениях неметаллов. Нитрозилхлорид N0C1 - при нормальных условиях не
совсем жидкость, а точнее, совсем не жидкость, а красно-оранжевый газ: темпе-
ратура кипения этого вещества -5,5 С. Но зато ниже этой температуры он пре-
красно сжижается и радует глаз (рис. 1.19).
Рис. 1.19. Нитрозилхлорид, сконденсировавшийся на дне пробирки
Хлористый хромил СГО2С12 (рис. 1.20) очень похож, но он уже является на-
стоящей жидкостью (температура кипения 117 С).
Рис. 1.20. Сг02С12
Монохлорид иода IC1, образующийся при взаимодействии иода с недостатком
хлора - темно-красная жидкость (рис. 1.21).
Рис. 1.21. IC1
А для получения дихлорида серы SC12 нужен избыток хлора. Эта жидкость тоже
красная (рис. 1.22).
Рис. 1.22. SC12
Все эти жидкости летучи, ядовиты и необратимо гидролизуются в воде.
Ну, и «на закуску» - несколько красивых красных комплексов. К[13] в раство-
ре, полученный добавлением небольшого количества хлорной воды в раствор ио-
дида калия, а рядом - аналогичный комплекс Cs[I3], выделенный из раствора, в
твёрдом виде он не слишком красный (рис. 1.23). Вещество очень похожего
строения Rb[IBrCl]: центральным атомом в комплексе является иод, а атомы бро-
ма и хлора - лиганды (рис. 1.24). И совсем «из другой серии» - сложный ком-
плекс хрома (III) NH4[Cr(NH3)2(SCN)4] Н20 (рис. 1.25).
Рис. 1.23. К[13] и Cs[I3]
Рис. 1.24. Rb[IBrCl]
Рис. 1.25. NH4[Cr(NH3)2(SCN)4] H20
Красный цвет - первый не только в радуге, но и в человеческом опыте зрения.
Именно красный цвет дети начинают различать раньше других. Это один из трёх
цветов, для восприятия которых у человека есть отдельные рецепторы. Он ярок и
привлекателен, и не случайно слово «красный» раньше в русском языке значило
«красивый». Красные пигменты, не только органические (кошениль, ализарин,
кармин) , но и неорганические (главным образом киноварь HgS и скарлет Hgl2) ,
всегда пользовались популярностью. Так, киноварь применяли уже в Древнем
Египте как незаменимый ярко-алый минеральный пигмент.
Оранжевый
I
I
Оранжевый цвет (590 - 620 нм) ассоциируется с чем-то весёлым, праздничным:
апельсины, мёд, цветки-ноготки, «стильный оранжевый галстук», «Оранжевое на-
строение» ... Маленьким детям очень нравится этот радостный цвет, неприемлемый
в строгом официальном костюме. Нашим предкам тоже нравились природные оранже-
вые красители - сурик, глёт, охра.
В прошлом разделе мы говорили о том, что четыре красных простых вещества -
это очень много. А сколько оранжевых простых веществ? Пробежавшись взглядом
по таблице Менделеева, хочется сказать: нет таких. Но не стоит торопиться.
Какого цвета бром? Вы уже знаете, что красного. Однако пары брома вовсе не
красные, а очень даже оранжевые! Приглядитесь к парам брома над бромной водой
(рис. 2.1).
Рис. 2.1. Бромная вода
Хотя оранжевых простых веществ почти нет, среди сложных веществ эта окраска
встречается нередко. Начнем с оксидов. Свинцовый сурик - яркая красно-
оранжевая краска на основе оксида свинца РЬ304, известная с древности (рис.
2.2). Другой оксид свинца РЬО имеет разные кристаллические модификации, одна
из которых - глёт - также обладает оранжевым оттенком и используется в каче-
стве красителя.
Похож на него и оксид ртути НдО (рис. 2.3). Эта модификация оксида ртути
называется «жёлтой», но на вид она вполне оранжевая!
Рис. 2.2. Свинцовый сурик (слева) и глёт (справа)
Рис. 2.3. Жёлтый НдО
Оранжевый цвет имеет высший оксид ванадия V205, катализаторы на основе ко-
торого используются, например, для окисления SO2 в SO3 (рис. 2.4). Это ки-
слотный оксид, немного растворимый в воде. Раствор его содержит HV03 и имеет
светло-желтую окраску за счёт присутствия некоторого количества поливанадат-
ионов (сам по себе ванадат-ион V03- бесцветен) . При подкислении степень поли-
меризации анионов возрастает, окраска усиливается и становится оранжевой.
Рис. 2.4. V205 и раствор поливанадатов
Среди оранжевых оксидов стоит особо выделить газообразный N02 (рис. 2.5).
На самом деле окраска диоксида азота сильно зависит от температуры. Молекула
этого вещества представляет собой радикал (частицу с неспаренным электроном).
При понижении температуры радикалы объединяются в димер, при повышении темпе-
ратуры димер распадается:
2N02 О N204 + Q.
Димер совершенно бесцветен, а вот радикал из-за наличия неспаренного элек-
трона поглощает свет очень интенсивно. Таким образом, цвет диоксида азота оп-
ределяется соотношением димера и радикала в равновесной смеси. Чем ниже тем-
пература, тем окраска светлее; чем выше, тем более насыщенной она становится
(вплоть до темно-бурой, см. рис. 2.5).
Рис. 2.5. N02 • на фото слева показано его образование при реакции цинка
с концентрированной азотной кислотой; справа - нагретая колба с N02
Самое известное из оранжевых веществ - это, наверное, дихромат калия
К2Сг207, популярный окислитель (рис. 2.6). Правда, в «школьной» химии предпо-
читают использовать его в виде растворов. Растворы столь же оранжевые. Дихро-
мат калия - не самое полезное вещество, но из него так легко получаются кра-
сивые крупные кристаллы, что почти невозможно удержаться от их выращивания.
Рис. 2.6. Дихромат калия: порошок, раствор, крупный кристалл
Цвет дихромату калия придает дихромат-ион. Другие дихроматы с катионами, не
несущими собственную окраску, тоже оранжевые. Посмотрите, например, на дихро-
мат натрия или дихромат аммония (рис. 2.7).
Рис. 2.7. Na2Cr207 (слева) и (NH4)2Cr207 (справа)
На всякий оранжевый анион найдется оранжевый катион. Соединения железа
(III) часто имеют оранжевую (порой переходящую в бурую) окраску. Водные рас-
творы Fe3+ всегда в той или иной степени окрашены (рис. 2.8).
Рис. 2.8. Раствор соли Fe
В действительности это удивительно, потому что аквакомплекс [Fe(H20)6]3+
почти бесцветен. Вы можете убедиться, что, например, твёрдый кристаллогидрат
сульфата железа (III) - белое вещество (рис. 2.9).
Но, оказывается, в водном растворе соли трёхвалентного железа довольно
сильно гидролизованы. В результате гидролиза образуются основные соли FeOH2+,
Fe(OH)2+, которые и придают раствору оранжевую окраску. Ее можно уменьшить,
подавив гидролиз добавлением кислоты.
Рис. 2.9. Fe2(S04)3'9H20
Еще более интенсивно окрашен гидроксид железа (III), выпадающий из этих
растворов в виде осадка при добавлении щёлочи (рис. 2.10).
Рис. 2.10. Fe(OH)3
Природный пигмент охра - это обычно гидроксид железа (III) , смешанный с
глиной. От их соотношения и содержания воды в структуре гидроксида железа от-
тенки различаются. Вот так выглядит пигмент «охра жёлтая» - как ни парадок-
сально, цвет оранжевый (рис. 2.11). Окрашены и твёрдые соединения железа
(III), в которых в окружении катиона Fe3+ присутствуют другие частицы, помимо
молекул воды. Посмотрите, например, на хлорид железа FeCl3'6H20 (рис. 2.12).
Рис. 2.11. Охра жёлтая Рис. 2.12. FeCl3' 6H20
Еще одно оранжевое соединение железа (III) - это, как ни странно, красная
кровяная соль K3[Fe(CN)6] (рис. 2.13). Назвать ее красной можно разве что в
сравнении с жёлтой кровяной солью. Продажный реактив - это мелкие ярко-
оранжевые кристаллы. Водный раствор имеет скорее жёлтый оттенок. Откуда же
такое название? Дело в том, что красная кровяная соль (она же ферроцианид
(III) калия, она же калий железосинеродистый) все-таки бывает красной - в
крупных кристаллах (рис. 2.14).
Рис. 2.13. Красная кровяная соль Рис. 2.14. Кристалл К3 [Fe(CN)б]
Кстати, если вы вернетесь к дихромату калия, то также можете заметить, что
окраска крупного кристалла более красная, чем мелкокристаллического образца.
Красную кровяную соль используют в неорганическом анализе как реактив на
катион Fe2+, а также в фотографии.
А что с соединениями железа (II)? Для них характерны другие оттенки, одна-
ко, безводный бромид FeBr2 окрашен близко к оранжевому (рис. 2.15).
Рис. 2.15. FeBr2
Оранжевый цвет присущ соединениям некоторых неметаллов (и металлов, как мы
уже убедились) с галогенами. В качестве ещё одного примера соединений метал-
лов назовем иодид олова (IV) Snl4 (рис. 2.16).
Рис. 2.16. Snl4
Из соединений неметаллов вспомним пентабромид фосфора РВг5 (кристаллы видны
на стенках пробирки, рис. 2.17) и трихлорид иода 1С1з, который можно получить
пропусканием избытка хлора через раствор иода в четыреххлористом углероде
(рис. 2.18). Жидкое оранжевое соединение неметаллов - один из хлоридов серы
S2C12, образующийся в недостатке хлора (рис. 2.19).
Рис. 2.17. РВг5
Рис. 2.18. 1С13
\
Рис. 2.19. S2C12
Характерную оранжевую окраску имеет аммиачный комплекс кобальта (III) (рис.
2.20). Любопытно, что аммиачный комплекс кобальта (II) практически нереально
наблюдать при сливании растворов соли Со (II) и аммиака: в окружении 6 лиган-
дов NH3 кобальт сразу же окисляется до Со (III).
Рис. 2.20. Твёрдый [Со(NH3) б] С13 и его раствор в воде
Такого же цвета и этилендиаминовый комплекс [Соеп3]С13 (рис. 2.21), в кото-
ром Со3+ также имеет азотное окружение (en - общепринятое обозначение лиганда
этилендиамина NH2-CH2-CH2-NH2) .
Рис. 2.21. Соеп3 ] С13
Сульфид сурьмы Sb2S3 встречается в природе в виде минерала антимонита (рис.
2.23). Но антимонит серый, потому что кристаллический. Ааморфный сульфид
сурьмы, получаемый осаждением из растворов Sb (III) при пропускании сероводо-
рода - ярко-оранжевый. Еще один оранжевый сульфид - минерал реальгар, сульфид
мышьяка AS4S4 (рис. 2.22) .
Рис. 2.22. Реальгар
Рис. 2.23. Минерал антимонит и аморфный Sb2S3
В заключение - фото еще нескольких оранжевых веществ, вряд ли знакомых ши-
рокому кругу читателей. Основный ацетат марганца Мп30 (СН3СОО) 7 (рис. 2.24).
Комплексная кислота H2[PtCl6], образующаяся при растворении платины в царской
водке (рис. 2.25). Практически «родной брат» рассмотренного ранее среди крас-
ных веществ комплекса Rb[IBrCl] - оранжевый Rb[ICl2] (рис. 2.26).
Рис. 2.24. Основный ацетат марганца
№
/
Рис. 2.25. H2[PtCl6]
Рис. 2.26. Rb[ICl2]
Хлорохромат калия КСг03С1 (рис. 2.27) - своеобразное соединение. Одна из
ОН-групп хромовой кислоты в нем замещена на хлор, а по второй образуется соль
с калием. То есть это наполовину соль, наполовину хлоран-гидрид!
A
//•'
<;
>
*
Рис. 2.27. Хлорохромат калия
Если к соединениям титана (IV) в кислой среде добавить пероксид водорода,
то образуются ярко-оранжевые пероксокомплексы типа Н2 [Ti(O2) (S04) 2] (рис.
2.28) .
1 ' » !J
Рис. 2.28. Пероксотитанат
Оранжевый цвет - яркий и жизнерадостный. Его применяют психотерапевты для
лечения тревожных состояний и дизайнеры для улучшения настроения. Хотелось бы
надеяться, что, прочитав об оранжевых веществах, вы получили не только инфор-
мацию, но и заряд бодрости и позитива.
Жёлтый
i
t
Жёлтый (длина волны электромагнитного излучения 565 - 590 нм) - цвет солн-
ца, яркий и радостный. Жёлтый цвет с металлическим блеском становится золо-
тым, а золотой - символ роскоши и богатства...
Заметили? Речь идет о простом веществе! Название металла дало название цве-
ту. Золото издревле привлекло внимание человека своей химической стойкостью,
но главным образом - красотой. Достаточно надеть на себя немножко золота,
чтобы стать привлекательнее. Самый крупный потребитель золота - ювелирная
промышленность (рис. 3.1). Красноватый оттенок некоторым изделиям из золота,
например, монетам, придают примеси других металлов, в частности, меди.
Рис. 3.1. Золотые украшения
Кстати, слова «золото» и «жёлтый» - исторически однокоренные, произошли от
одного и того же индоевропейского корня.
Золото - не единственный жёлтый металл, просто он первым попался нашим
предкам на глаза, поскольку встречается в природе в самородном состоянии. Це-
зий они не смогли бы найти у себя под ногами: ведь этот щелочной металл на-
столько активен, что воспламеняется на воздухе. Поэтому посмотреть на него
можно только через стеклянные стенки запаянной ампулы, наполненной инертным
газом (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Цезий в ампуле
Жёлтых металлов только два, но есть и неметаллические простые вещества жёл-
того цвета. И самое известное из них - сера. К сожалению, в понимании многих
людей сера - это то, что находится в ушах. Спешим разочаровать: эта субстан-
ция, может, и напоминает расплавленную серу, но представляет собой смесь раз-
личных органических соединений.
Как же выглядит настоящая сера? Ответ: по-разному! Даже одна и та же кри-
сталлическая модификация - ромбическая сера - имеет немного разный цвет в за-
висимости от размера кристаллов. Сравнительно крупные кристаллы ярко-жёлтые;
чем они мельче, тем окраска бледнее. Сравните кристаллы самородной серы в по-
роде, ромбическую серу из банки в кабинете химии и мелкодисперсный серный
цвет, гораздо более бледный (рис. 3.3). Серный цвет - это очень тонкий поро-
шок, получаемый при конденсации паров серы.
Рис. 3.3. Самородная сера, обычная ромбическая сера, серный цвет
Когда сера получается при разложении раствора тиосерной кислоты, вначале
образуются очень мелкие частички серы, и в растворе появляется белая муть. Но
потом, по мере укрупнения частиц, из нее формируется жёлтый осадок (рис.
3.4) :
H2S203 = S + S02 + Н20.
Рис. 3.4. Выделяющаяся сера на разных последовательных этапах
разложения H2S203 (слева направо)
Кроме обычной ромбической серы, существует другая кристаллическая модифика-
ция - моноклинная сера. Она состоит из тех же молекул Ss, что и ромбическая
сера, но по-другому упакованных. Из-за разной упаковки кристаллы имеют разную
форму: моноклинная сера предпочитает иглы, а ромбическая - как нетрудно пред-
положить, ромбовидную форму (рис. 3.5).
Рис. 3.5. Моноклинная и ромбическая сера под микроскопом.
Моноклинную серу можно получить, кристаллизуя серу из горячего раствора в
ксилоле или толуоле (рис. 3.6) либо очень осторожном охлаждении расплава се-
ры. Она нестабильна и со временем переходит в ромбическую серу.
Кстати, о расплаве: при плавлении сера недолго существует в виде подвижной
жёлтой жидкости. При нагревании расплав темнеет (рис. 3.7): циклические моле-
кулы серы рвутся, на концах получившейся цепочки возникают неспаренные элек-
троны, и усиливается поглощение света.
Кроме того, по мере нагревания сера густеет, потому что неспаренные элек-
троны соседних цепочек образуют связи друг с другом, формируется своеобразный
полимер. При 190 С вязкость расплава максимальна (сера даже не выливается из
пробирки), а затем снова уменьшается из-за того, что длинные цепи разрываются
на мелкие фрагменты. Но окраска остается темной.
Рис. 3.6. Кристаллизация моноклинной серы при охлаждении горяче-
го раствора серы в ксилоле
Рис. 3.7. Последовательные изменения серы при нагревании распла-
ва (на последней фотографии видны жёлтые пары серы)
Если расплавленную серу, нагретую почти до кипения (Т. кип. = 444 С), быст-
ро вылить в холодную воду, то кристаллическая решетка не успевает сформиро-
ваться, и образуется так называемая пластическая сера - вещество янтарного
цвета в «замороженном» полимерном состоянии (рис. 3.8). Почему она называется
пластической? Потому что пластичная. Ее можно растягивать, как «жвачку».
Через некоторое время пластическая сера затвердевает, постепенно превраща-
ясь в ромбическую.
jy^
4
Ч
Рис. 3.8. Пластическая сера
Говорят, что есть еще одно простое вещество желтого цвета - фтор1. Почему
«говорят»? А потому, что никто толком не видел этот газ в таких концентраци-
ях, чтобы можно было достоверно определить окраску: фтор настолько агресси-
вен, что разрушает стекло и полимеры. В разных источниках фтор называют бес-
цветным, бледно-жёлтым, жёлто-зелёным и даже оранжевым.
А вот про другое простое жёлтое вещество говорят, что оно белое! Это белый
фосфор Р4. Справедливости ради следует отметить, что перегнанный в вакууме
белый фосфор действительно белого цвета, но без соблюдения этих экзотических
условий он имеет желтоватую окраску (рис. 3.9).
h
I
Рис. 3.9. Белый фосфор
Почему же без вакуума белый фосфор - жёлтый? Потому что он окисляется с по-
верхности даже при комнатной температуре, а низшие оксиды фосфора (Р4О, P4O2)
окрашены. Кстати, на фотографии виден белый дымок: под осветительной лампой
фосфор разогрелся, и процесс окисления усилился.
Перейдем теперь к сложным веществам, и начнем с оксидов. Одна из модифика-
ций оксида ртути НдО носит название жёлтой. Однако жёлтую окраску имеет ок-
сид, только что полученный из раствора (реакцией обмена соли ртути (II) и щё-
лочи) . «Жёлтый» оксид ртути, встречающийся в природе, скорее оранжевого цве-
та, как мы уже отмечали в предыдущем разделе (рис. 3.10).
Оксид свинца РЬО также имеет несколько модификаций, и одна из них - жёлтая
Можно сказать что хлор тоже желтый (от др.-греч. у(к(йр6с; — «изжелта-зелёный») . При
нормальных условиях хлор — жёлто-зелёный газ.
(рис. 3.11) . Эту модификацию называют массикот и используют в качестве краси-
теля ещё с древнеегипетских времен.
Рис. 3.10. Свежеполученный НдО (слева) и образец из
лаборатории (справа)
■*1
Рис. 3.11. Массикот
Наверняка вы видели изделия, выкрашенные массикотом, и картины, написанные
с его участием. Но мало кто знает, что встречался с оксидом вольфрама W03,
используемым при окраске некоторых изделий из стекла и керамики (рис. 3.12).
Оксид вольфрама применяют также в качестве катализатора.
т.
^
jfe- ]
* Лл^^^Шт
'.:ШшШ
-^Вр
^^^^^^^^^^М^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^Ш
Рис. 3.12. W03
Желтыми являются сравнительно многие сульфиды: например, S4N4 (по сути,
нитрид серы, а не сульфид азота) представляет собой золотисто-желтые кристал-
лы, сульфиды фосфора P4S3, P4S5, P4S7 и P4S10 желтые, сульфиды мышьяка. . . Мине-
рал аурипигмент AS2S3 (рис. 3.13) имеет цвет от лимонно-желтого до золотисто-
го (отсюда и его название). Аурипигмент используется, в частности, в иконопи-
си (средневековое название минеральной краски - «королевская жёлтая». Сульфид
олова SnS2 имеет вид золотисто-жёлтых чешуек и наряду с некоторыми другими
веществами под названием «поталь» или «муссивное золото» используется для
имитации позолоты.
Рис. 3.13. Аурипигмент (разные образцы)
Набивший всем оскомину при составлении электронного баланса пирит FeS2 -
сырьё для получения серы, сернистого газа, серной кислоты - имеет очень кра-
сивый золотистый блеск (рис. 3.14).
Рис. 3.14. Пирит (разные образцы)
Но самый жёлтый, прямо-таки цыплячьего цвета сульфид - это сульфид кадмия
CdS (рис. 3.15) - очень яркий, хотя и, увы, ядовитый краситель, основа кад-
миевых красок. Впрочем, сульфид кадмия может иметь и другие оттенки, в зави-
симости от условий выделения: от лимонного до оранжево-красного (рис. 3.16).
Потому и кадмиевых красок довольно много: «кадмий лимонный», «кадмий
жёлтый средний», «кадмий оранжевый»... А «кадмий красный тёмный» и «кадмий
пурпурный» содержат еще и селенид кадмия CdSe.
Рис. 3.15. CdS
/
*. >
Рис. 3.16. а) Образцы CdS, полученные разными способами
Рис. 3.16. б) Образцы CdS, полученные разными способами
Нитрид титана TIN имеет приятный золотисто-жёлтый цвет и используется в ка-
честве декоративного покрытия, похожего на золото (рис. 3.17). Но красота -
не единственное достоинство этого вещества. TiN - жаропрочный и износостойкий
материал, который применяют при изготовлении инструментов, приобретающих при
этом характерный золотистый блеск. Не волнуйтесь, свёрла на фотографии не зо-
лотые .
Рис. 3.17. Изделия с покрытием TIN
Среди галогенидов тоже встречаются жёлтые. Например, бромид серебра слегка
желтоватый, иодид серебра имеет более заметную жёлтую окраску (рис. 3.18).
Образование этих веществ используется в химическом анализе для обнаружения
бромид- и иодид-анионов. Однако отличить бромид серебра от иодида «на глазок»
трудно! Чтобы сделать уверенный вывод о том, бромид-ион или иодид-ион содер-
жится в растворе, применяют образование осадков галогенидов свинца (II) (рис.
3.19) . Бромид свинца - белый, а иодид свинца - жёлтый, такой яркий, что в
сравнении с ним иодид серебра вообще жёлтым не выглядит.
I
I ■ ■
Рис. 3.18. AgBr (слева) Рис. 3.19. РЬВг2 (слева)
и Agl (справа) и РЫ2 (справа)
Если иодид свинца перекристаллизовать из подкисленного раствора, то получа-
ются очень красивые золотистые кристаллы (рис. 3.20).
1WP
'»♦.
4? '*'- ДД^СИИЬ» •> ">«J
- - ЭС
ft—
J
«5.Г-- - -•
;'Л ' 'V'^-ii
- - i-:,*-?
.•/> -;-^-л-ч
«•• V . '- fy''.
Рис. 3.20. Золотистые кристаллы РЫг
Галогениды неметаллов могут взаимодействовать с галогенидами металлов, об-
разуя комплексные соединения. Среди них тоже есть жёлтые вещества - например,
тетрахлориодат (III) калия К[1С14] (рис. 3.21).
Рис. 3.21. К[1С14] : иголки и пластинки
Его двухводныи кристаллогидрат формируется из раствора, в зависимости от
условий получения, в виде тонких длинных жёлтых иголок или пластинок. Эту
красоту можно получить, например, пропуская хлор в раствор иодида калия (и
разными другими способами!):
KI + 2С12 + 2Н20 -> К1С14'2Н20.
Тетрахлориодат (III) тетраметиламмония [N (СН3) 4] [ICI4] - соединение со слож-
ным катионом и сложным анионом (таким же тетрахлориодатом) - тоже жёлтый
(рис. 3.22).
Рис. 3.22. [N(CH3)4] [IC14]
Жёлтую окраску имеют и некоторые другие комплексные галогениды: например,
растворимое соединение золота Н[АиС14] - то самое, которое получается при ре-
акции золота с «царской водкой»:
Au + 4HC1 + HN03 = Н[АиС14] + N0 + 2Н20.
Золотохлороводородистую кислоту (рис. 3.23) можно выделить из раствора, ее
четырёхводныи кристаллогидрат является продажной формой реактива. В твёрдом
виде она скорее оранжевая.
Рис. 3.23. Н[АиС14] в растворе и выделенная
Соединение нитрозил-катиона (N0)2[SnCle] - гексахлорстаннат (IV) нитрозила
(рис. 3.24). Его получить гораздо проще и дешевле - достаточно пропустить
N0C1 через раствор хлорида олова (IV) в четыреххлористом углероде, жёлтый
осадок выпадет сам:
2N0C1 + SnCl4 = (N0)2[SnCl6] .
Рис. 3.24. (NO)2[SnCl6]
Перейдём к соединениям переходных металлов. Хромат-ион - один из немногих
окрашенных анионов (рис. 3.25).
Рис. 3.25. Хромат калия К2Сг04 и его раствор
В растворах хроматы устойчивы только в щелочной среде. При подкислении про-
исходит конденсация хромат-аниона в оранжевый дихромат-анион:
2Сг042" + 2Н+ О Сг2072" + Н20,
ОН НО
о о о о оч , y о
\/ %/ \J V
Cr Cr Cr Cr
/ \ /\ ^\/%
но он + но он = о о о +н0
В сильнокислой среде существует красный трихромат-анион Сг30ю2~. Нетрудно
заметить, что окраска по мере конденсации становится более интенсивной и
сдвигается в красную сторону спектра.
Другие хроматы тоже чаще всего жёлтые. Например, кристаллогидрат хромата
натрия Na2CrO4'10H2O (рис. 3.26).
Рис. 3.26. Хромат натрия
При добавлении раствора дихромата калия к растворам солей бария образуется
нерастворимый хромат бария ВаСг04, а соли свинца дают в тех же условиях оса-
док хромата свинца РЬСг04. Образование этих жёлтых осадков (рис. 3.27) ис-
пользуется в аналитической химии. Хромат бария растворим в кислотах, а хромат
свинца - нет. Таким образом их можно отличить друг от друга.
Рис. 3.27. Хромат бария (слева) и свинца (справа)
У ванадатов окраска также сдвигается в красную сторону при полимеризации
аниона, мы об этом упоминали в разделе об оранжевых веществах. Умеренно кис-
лые растворы ванадатов жёлтые. Если же восстанавливать их водородом в момент
выделения (например, добавив в раствор гранулы цинка с соляной кислотой), по-
следовательно получаются разноцветные вещества (рис. 3.28). Сначала образует-
ся голубой ванадил-катион V02+ (в момент, когда в системе примерно равные ко-
личества жёлтого ванадата и голубого ванадила, видимая окраска зелёная, затем
раствор голубеет). Более глубокое восстановление приводит к темно-зелёному
V3+ и, наконец, к фиолетовому V2+.
Рис. 3.28. Пробы раствора, отобранные через некоторые промежутки
времени в процессе восстановления ванадата
Фосфат серебра Ag3P04 применяется в химическом анализе для определения фос-
фат-иона (рис. 3.29). Однако, если прилить раствор соли серебра к раствору
фосфата, выпадет не жёлтый осадок, а чёрный! Фосфат-ион слишком сильно гидро-
лизуется, образуя щелочную среду, а в щелочной среде получается осадок Ag20.
Поэтому важно нейтрализовать раствор перед проведением реакции.
Рис. 3.29. Ag3P04
Жёлтая кровяная соль - гексацианоферрат (II) калия К4 [Fe (CN) б] 'ЗН20 - из-
вестна всем (рис. 3.30). Её раствор (конечно же, жёлтого цвета) - реактив на
ион Fe3+. При взаимодействии окраска кардинально меняется - выпадает интен-
сивно окрашенный синий осадок KFe[Fe(CN)б] .
Рис. 3.30. Жёлтая кровяная соль и ее раствор
И «на закуску» - нерастворимая фосфорно-молибденовая кислота H3[PMoi204o]
(рис. 3.31) - так называемое гетерополисоединение: в нем лигандами, располо-
женными вокруг атома фосфора, служат анионы молибденовых поликислот. Фосфор-
но -молибденовая кислота применяется в химическом анализе (при восстановлении
в кислой среде дает так называемую молибденовую синь - смесь оксидов молибде-
на) и при изготовлении красителей.
ЦДтЧЧ
Рис. 3.31. H3[PMoi204o]
В Китае жёлтый цвет символизировал одновременно жизнь и смерть. Обитель
мёртвых называли «Жёлтыми ключами», и в то же время жёлтый журавль являлся
аллегорией бессмертия. В европейской традиции ассоциации с жёлтым менее са-
кральны и скорее отрицательны: жёлтый плащ Иуды, жёлтый флаг карантина, жёл-
тые карточки в футболе, «жёлтая», то есть низкопробная пресса, «жёлтый дом» -
психиатрическая больница... Положительное значение имеет «золотой» - более
поэтический синоним. Впрочем, в последнее время и «жёлтый» стал привлекатель-
ным для общественного сознания: жёлтое такси выглядит веселым и видно издале-
ка, и радостные жёлтые смайлики никак не назовешь золотыми.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Разное
СЛОВО О БИОХАКЕРАХ
Сивченко О.
В недалёком прошлом буквально перевернуть мир смогли амбициозные молодые
люди, не обделённые творческой жилкой, а также располагавшие свободным гара-
жом, где можно было собираться в кругу друзей-единомышленников. Гараж стал
своеобразным символом смелых начинаний. Местом, где талантливые ребята-
технари начинают дорогу к славе, порой от безысходности. Но талант и упорство
позволили многим из этих умельцев создать и возглавить большие хайтек-
компании. Как показывает практика, гараж может быть очень удобен для первых
шагов на пути к нереальной цели (глаза боятся - руки делают).
Гаражные стартапы замечательны тем, что, по сути, амбициозный человек может
собрать технологический продукт буквально из металлолома. Именно так работал
и Билл Гейтс, и другие пираты Силиконовой Долины. Компьютерные технологии от-
личаются доступностью деталей и удобством хранения комплектующих. Гараж как
раз подойдёт. Во второй половине прошлого века развитие технологий позволило
информатике и вычислительной технике стать мейнстримом, подхватившим цивили-
зацию и не ослабшим до сих пор. Но совсем недавно мир накрыла пандемия. И
люди поняли что... Что есть кое-что круче компьютеров. Это биотехнологии.
Многие обратили внимание на эту отрасль. А ведь ранее биотехнологии при всей
своей важности оставались нишевыми и даже немного развлекательными. Давайте
поговорим о том, что это вообще такое — биотехнологии — и какое место они за-
нимают в нашей жизни. Вы удивитесь, но степень их проникновения в современную
жизнь даже больше, чем у компьютеров. Но проблема в том, что зачастую биотех
скрыт от нашего взора, в отличие от умных девайсов.
На самом деле мы сталкиваемся с БТ буквально повсюду. Продукты из супермар-
кетов — это плоды пищевых биотехнологий. Лекарства — та же биотехнология.
Ферменты (энзимы) в стиральных порошках, косметических масках и умывалках —
необязательно химический синтез, но и вполне обычный биотех. Всё шире приме-
няются красители, полученные из микроорганизмов. Люди на самом деле достаточ-
но давно поняли силу биотеха. Просто модным он стал именно сейчас. С помощью
вредоносного кода можно взламывать компьютеры или сайты. А с помощью биологии
— любое живое существо. Например, сделать светящегося котика или козу, произ-
водящую паутину. Так возможно ли используя обкатанную не так давно парадигму
(а именно гаражные разработки) добраться до кремниевой долины биотеха?
Билл Гейтс одобрительно отозвался о кустарных биотехнологиях, сказав, что
если бы он был сегодня молодым, то взламывал бы не компьютеры, а молекулы и
клетки. Сегодня развитие гаражных биотехнологий двигают биохакеры (также из-
вестные в профессиональных кругах как биологи-самоделкины, биотинкереры или
биопанки) . Их интересует не двоичный код, а четверичный: ДНК или РНК. Делают
они все в духе DIY (Do It Yourself) у себя дома, в гаражах или же собираются
на биохакатонах.
Вы уже заинтригованы? Вам уже кажется, что вот сейчас возьмёте и взломаете
человека (да бросьте, заставить влюбиться того, кто не ответил взаимностью,
тоже можно, так что не лукавьте, что мысль такая не пробегала). Так вот. Ко-
нечно, вы не первый, дорогой читатель. И к таким, подобно чёрным и белым ха-
керам, относятся так называемые маргинальные биологи и биохакеры. На самом
деле, при небольшом бюджете и хорошем биологическом образовании не составляет
труда таким манером сделать какую-нибудь гадость или большой полезный стар-
тап. И при желании сохранить анонимность.
Тем не менее, не получится просто так взять и сотворить новый организм в
гараже. Почему? Всё просто. Вы когда-нибудь пробовали выполнять простые хими-
ческие эксперименты у себя на кухне? Можно просто забить в интернете «химиче-
ские эксперименты на кухне» и... В общем, становится понятно, что просто так
всего одной ложкой соды не отделаешься.
Что же нужно, чтобы обустроить биотехнологический гараж? Все зависит от
дизайна эксперимента, конечно. Тем не менее, в большинстве случаев понадобит-
ся стерильность. Это бич биотеха. Даже при соблюдении правил и работе в чис-
том помещении можно контаминировать разработку, и всё пойдёт насмарку. Более
того, многие ферменты хранятся при очень низких температурах. Тогда как обо-
рудовать подходящий гараж? И занимается ли нынешний гаражный биотех стериль-
ными экспериментами?
Давайте вернёмся в недавнее прошлое и проследим цепочку «эволюции» гаражных
биотехнологий. Молодой выпускник Принстона, физик Роберт Карлсон, положил на-
чало длинному и невероятно интересному пути биохакеров. Он в сотрудничестве с
Нобелевским лауреатом Сиднеем Баренеро смог организовать домашнюю биолабора-
торию. Сделано это было не столько из желания поэкспериментировать самому,
сколько из желания популяризации науки. В статье1, опубликованной в Wired, он
писал: «Наступила эра гаражной биологии. Хотите принять участие? Найдите ми-
нутку, чтобы приобрести лабораторию на eBay. Конечно, немногие старшеклассни-
ки смогут оплатить это оборудование своими случайными заработками, но любой,
кто потратит несколько тысяч на автомобили, лодки или компьютеры, может хоть
завтра приступить к работе по взлому биологии».
Конечно, гаражная биология влетает в копеечку. Но не в такую большую копе-
ечку, как оснащение государственной биотехнологической отрасли. В общем, на-
чало было положено. Да, такой подход, несомненно, позволяет амбициозным ребя-
там находить новые решения экологических и социальных проблем, поскольку
именно такие энтузиасты лучше многих лаборантов, научных сотрудников и канди-
датов наук понимают запросы общества. Обоснование на грант нужно долго распи-
сывать . Тянуть бумажную волокиту и тягаться с комиссиями по этике. Если рабо-
тать в гараже, то не требуется ни обоснование, ни вообще какие-либо бумаги.
Сейчас главной идеей биохакеров является открытый подход к науке и стимулиро-
вание независимых биологических исследований. Биотехнологии для всех: для де-
тей, родителей, людей, далеких от науки. С точки зрения «гаражных» предприни-
мателей, необходимо максимально приблизить «потребителя» к процессу создания
продукта. Конечно же, для этого нужна информация. Много. Желательно бесплатно
или за минимальную стоимость. Это опенсорсные публикации, код, данные. Что-то
большее, нежели даже знаменитый и любимый многими Сайхаб. Так что биохакеры
1 https://www.wired.com/2005/05/splice-it-yourself/
держат курс на «персонализацию» технологий, продвигают прозрачность и борьбу
с закрытыми данными. Нужно сказать, что выходит вполне неплохо.
Конечно, курс оказался очень привлекательным для одних и совершенно отвра-
тительным для других. Вспомнить хотя бы многочисленные споры вокруг авторско-
го права. Поэтому абсолютно неудивительно, что биохакеров пытались и запре-
тить , и поддержать. В какой-то момент СМИ начали изображать биохакеров как
волков-одиночек или подпольщиков. Конечно, в определённом ракурсе это вполне
логично, поскольку всё биохакерское движение — это своего рода панки и ниги-
листы (вновь вспомним про авторское право). Хватает в этом движении и этиче-
ских проблем. Например, многие опасаются, что освоение сложных CRISPR-
подобных технологий и утечка генетических библиотек в руки биологов-любителей
может привести к биотерроризму. Однако далеко не все так настроены. Лабора-
тории, подобные Genspace2, стремятся предоставить членам биотехнологического
сообщества DIYbio физическое пространство для нетворкинга, дают контакты экс-
пертов, доступ к научным инструментам и этическим кодексам поведения. Да и
сами биохакеры стремятся заводить всё больше связей и зарекомендовать себя с
хорошей стороны. Под эгидой DIYBio.org в 2011 году была проведена серия се-
минаров, в рамках которых участники из Северной Америки и Европы попытались
разработать кодекс этики и биобезопасности. Признавая лидерство на уровне со-
общества, правительственные органы, включая Федеральное бюро расследований
(ФБР) , пригласили лидеров DIYbio на конференции по предотвращению биотерро-
ризма. Регулирующие органы также вмешиваются. В Европе лабораториям требуется
лицензия для проведения генетической модификации; Общество Waag3 проводит се-
минар «Генетика для чайников или Сделай сам», на котором участники изучают
методы DIYbio, одновременно изучая научную и социальную этику.
Допустим, с правовой частью более-менее понятно, хоть и сложно. Что же по
поводу финансирования? А инвестиции в DIY Bio есть, не такие большие, как в
области государственных грантов и коммерческой фармы, но есть. Деньги посту-
пают от стартап-инкубаторов или собираются в рамках краудфандинговых кампа-
ний, но эти средства ограничены. 250 000 долларов, предлагаемые некоторыми
инкубаторами инноваций, такими как RebelBio4, в качестве начального финанси-
рования , — звучит здорово. Но уже не так вдохновляет, если вспомнить, что
биофармацевтическая компания тратит в среднем более 2 миллиардов долларов на
разработку одного лекарства. Отсутствие капитала вынуждает экспериментировать
с дешёвым самодельным оборудованием и доступными материалами. Приходится, на-
пример, выделять ДНК из собственной слюны с помощью алкоголя (или соды и
средства для мытья посуды). Именно в этом весь дух биохакеров.
С более активным финансированием и стимулированием биохакерское движение
начало ветвиться в зависимости от упора исследования, как часто бывает с
крупными движениями. Давайте рассмотрим самые крупные из них.
Биоинформатика
Сейчас это довольно привлекательное научное направление, развиваемое в ин-
ститутах и в биотехнологических компаниях с R&D отделом, а также одно из
крупных направлений DIY Bio. Ведь с инструментальным оснащением в этой сфере
проще всего: хорошее железо да настроенный сервер. Да и публичных данных для
биоинформатического анализа более чем достаточно. Всё-таки накопление их идет
в разы быстрее, нежели обработка и анализ. Более того, на фрилансе спецы-
биоинформатики тоже востребованы. В общем, для гаражного биотеха вполне под-
2 https://www.genspace.org/
3 https://waag.org/en/about-waag/
4 https://golden.com/wiki/RebelBio-4N9Z4WW
ходит. Но необходимо учитывать необходимость навыков обработки данных, пони-
мание статистики и приличный опыт программирования и работы с некоторыми при-
ложениями. Такие скилы требуют немалых усилий и многочасовых зависаний за
изучением матчасти. Тем не менее, на дому в биоинформатику влиться проще, не-
жели в мокрую биологию. Например, есть инструменты BioPerl5 или BioPython6,
использующие языки Perl и Python соответственно. А ещё Galaxy , BLAST и MEGA,
если low-code удобнее).
Филогенетическое дерево. Одно из излюбленных направлений иссле-
дований в кругу биоинформатиков.
Медицина
Ограниченный доступ к медицинской помощи и некоторым лекарствам подтолкнул
биохакеров к экспериментам в околомедицинской сфере. Проект Open Insulin7 на-
правлен на то, чтобы повысить доступность рекомбинантнохю инсулина путём соз-
дания протокола с открытым исходным кодом для описания экспрессии и очистки.
Другие медицинские эксперименты — это, в частности, трансплантация микробиома
всего тела и разработка искусственных поджелудочных желез для диабетиков. Два
проекта такого рода — OpenAPS8 и AndroidAPS9. Это обособленное направление,
очень тесно связанное с биоинформатикой. Если вы задумывались, проводят ли
биохакеры эксперименты на себе — да, так и есть.
Искусство
Предвосхищая высказывания в духе «это не настоящий биотех». Представители
такого направления стремятся пропагандировать философию гаражных биотехноло-
гий. Через призму искусства показывают новые разработки или просто силу био-
логии . И многое, стоит отметить, подсмотрено у другого направления — генной
5 https://bioperl.org/
6 https://biopython.org/
7 https://openinsulin.org/
8 https://openaps.readthedocs.io/en/latest/
9 https://androidaps.readthedocs.io/ru/latest/Getting-Started/WhatisAndroidAPS.html
инженерии. А ещё это очень красиво. Да и возможность достаточно просто влить-
ся в тусовку привлекает. Даже рисунки на донышках чашек Петри — не всегда про
стерильность. Контаминирование может даже наоборот привнести «изюминку» в
творение. Ниже можно полюбоваться примерами работ.
Светящиеся животные, клетки, растения.
Одни из самых знаменитых выставок — «Машина плоти» (с упором на экстракор-
поральное оплодотворение, наблюдение за телом и либеральную евгенику) и
«Культ новой Евы» (по словам авторов, «наука является институтом власти в от-
ношении производства знаний и стремится заменить эту конкретную социальную
функцию традиционного христианства на Западе»).
Генная
инженерия
С этим направлением уже возникают некоторые трудности. Для того чтобы как
следует влиться в генную инженерию, нужно приложить в разы больше усилий и
затрат. И тут намного важнее разбираться в биологии глубже, с пониманием ге-
нетических процессов, разработки векторов, понимания трофических связей у
бактерий и пр. Это самое трудоёмкое направление, в то же время максимально
важное с практической точки зрения.
Эксперименты бывают самые разные: от использования плазмид до выращивания
флуоресцентных бактерий, контроля экспрессии генов в бактериях под воздейст-
вием света и даже компоновки бактериальных и дрожжевых геномов по технологии
CRISPR (да, технологию уже успешно освоили, несмотря на многочисленные воз-
мущения и споры).
Гриндеры.
Биохакеры-
ноотропщики
Гриндеры — это субкультура биохакеров, занимающихся вживлением высокотехно-
логичных имплантатов (например, датчиков) или введением химических добавок в
организм для улучшения или изменения его функций. Например, уже вживили под-
кожный магнитный имплант, который вибрирует и помогает понять направление
движения. Но многие представители биохакерской братии занимаются всего лишь
бесконтрольным приёмом БАДов и ноотропов, дабы «прокачать» себе организм.
Есть ли в такой прокачке смысл? Абсолютно никакого. Равносильно тому, чтобы
закинуться глицином перед экзаменом. Некоторые биохакеры даже решаются на
экстремальные формы самоэкспериментирования. Например, вводят под кожу LED-
датчики.
Каков же суммарный выхлоп всего этого биохакинга? Действительно ли гараж-
ные биотехи оправдывают себя в той мере, которой заявляют и в той мере, кото-
рой спонсируются? Достижения всё же есть. Насколько они значимы и интересны —
каждый читатель пусть рассудит сам.
Портативный
анализатор ДНК
Bento Lab
Прибор включает в себя центрифугу, рель-электрофорез, амплификатор и тран-
силлюминатор . По габаритам эта установка не больше сумки для ноутбука. По за-
явлениям разработчиков, такой прибор должен помочь не только профессиональным
исследователям, но и людям, для которых биотех — хобби. Анализатором можно
проверить наличие генных модификаций в пищевых продуктах, заглянуть в некото-
рые свои гены и подробнее узнать о генотипировании крови.
Флуоресцентный
белок
Пожалуй, самая популярная разработка. Мередит Паттерсон, программист из
Сан-Франциско, создала йогурт, светящийся в темноте. Для этого она встроила в
геном кисломолочных бактерий флуоресцентный белок. На деле флуоресцентные
белки часто используются в биотехе для отслеживания реакций или проверки
уровня экпрессии генов.
Заменители
продуктов
Роб Рейнхарт, по профессии — программист, изобрел жидкий заменитель пищи.
Он назван Soylent и содержит все базово необходимые для человека питательные
вещества. В 1 литре соилента около 1000 ккал. Этот проект спонсировался за
счёт краудфандинга, но клинические испытания так и не прошёл.
Микрофлюидика
О, да, лаборатории-на-чипе. Такие маленькие устройства, позволяющие смеши-
вать жидкости за счёт электрического воздействия на них. При правильном ди-
зайне и подходе можно воссоздать фактически любые реакции, даже те, что тре-
буют большого количества времени в лаборатории. Такие чипы могут быть и сек-
венаторами, и амплификаторами, да и просто удобной штукой для проведения био-
химических реакций.
Да, перечисленные достижения могут впечатлять. Да, они серьёзно продвинули
науку. Но хватает ли технологий, реально доступных в настоящее время, чтобы
замахнуться на более серьёзные вещи? Как правило, нет. Можно быть сколь угод-
но талантливым, самоотверженно стремиться к своим целям. Однако необходимо
понимать, что для работы с биотехнологиями нужна соответствующая база. И это
сейчас не про материально-техническую, а про достаточную теоретическую подго-
товку и отработку навыков. Далеко не каждый хакер этим располагает. Всё же
зачастую биологическая информация искажается, или её насилу можно добыть в
Интернете и в открытых источниках. Приобретет ли движение DIY Bio новый шарм
и условную «огранку», если станет проще добывать приватные данные, а оборудо-
вание подешевет? Вполне возможно. Но придётся ещё долго повозиться с СанПи-
ном, с законодательством в этой сфере. Может, кто-то и сам примкнёт к одному
из направлений гаражных биотехнологий и поможет с разгадками тайн природы и
обеспечением биологической безопасности. История все же не всегда предсказуе-
ма.
А как вы думаете, насколько реально создание биотехнологической долины?