Без страха и упрёка | Научно-популярный журнал "Химия и Жизнь"

Без страха и упрёка
Эрлих Г.В.
(«ХиЖ», 2019, №9)

pic_2019_09_24.jpeg

Художник С.Тюнин

Ученые ищут ответы на вопросы, потому что ими движет любопытство. Но одного любопытства мало. Нужны еще упорство в достижении цели, бесстрашие и готовность положить свою жизнь на алтарь науки. Настоящие ученые — люди немного сумасшедшие, в хорошем смысле этого слова, а иногда и в прямом. Никакой нормальный человек, находясь в здравом уме и твердой памяти, не пойдет на тот риск, которому подвергают свою жизнь, здоровье и репутацию настоящие ученые в поиске истины.

Особенно отличаются в этом врачи и прочие биологи. Как строго описать симптомы и ощущения при возникновении и развитии болезни? Как определить источник и возбудителя заболевания? Можно, конечно, набирать статистику наблюдений за пациентами, а можно поставить прямой эксперимент на себе, действуя по принципу: лучше один раз испытать, чем сто раз увидеть и услышать.

Множество врачей сознательно заражали себя возвратным тифом, описывая течение болезни. Среди них были и наши соотечественники — Григорий Николаевич Минх (1836–1896) и Илья Ильич Мечников (1845–1916), будущий лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине. В 1892 году Макс Йозеф фон Петтенкофер (1818–1901), президент Баварской академии наук, выпил культуру холерных вибрионов. Семидесятитрехлетний ученый хотел доказать Роберту Коху, открывшему холерный вибрион, что это не главная причина возникновения холеры. Не доказал. Кстати, И.И. Мечников повторил и этот эксперимент.  Шотландский хирург Джон Хантер (1728–1793) привил себе гонорею. Он стремился доказать, что гонорея и сифилис имеют одного возбудителя. Можно представить, как он радовался, обнаружив у себя симптомы сифилиса, — его теория оказалась правильной! Не оказалась, сифилис был нераспознанным бонусом, полученным Хантером от донора. Итальянский зоолог, энтомолог и паразитолог Джованни Баттиста Грасси (1854–1925) проглотил яйца глистов, чтобы изучить их развитие в своем организме. Английский невролог сэр Генри Хэд (1861–1940) перерезал лучевой и наружный нервы на собственной руке, чтобы затем в течение пяти лет наблюдать, как руке постепенно возвращается чувствительность. И так далее и тому подобное. Также многочисленны примеры испытания врачами на себе действия различных ядов и изобретенных ими лекарств, которые суть те же яды, но в меньшем количестве.

Все эти драматические истории хорошо известны, именно благодаря своему драматизму. Но есть и безымянные герои, бойцы невидимого фронта — химики. Химики­синтетики получают новые вещества с неизвестными свойствами, они могут оказаться, а также и сильно ядовитыми (слабо ядовиты все). Проблема тут в том, что мы пока не научились предсказывать свойства веществ, не имеющих близких аналогов. Объяснить экспериментально установленный факт — да любой! легко! А вот предсказать — от случая к случаю, несмотря на квантовую механику, компьютерную мощь и анализ Big Data. И дело тут не в сложности соединений, а в сложности Природы. Фосген и иприт, знаменитые отравляющие вещества, — очень простые соединения. Что уж говорить о синильной кислоте, молекула которой состоит всего из трех атомов — водорода, углерода и азота. Проще нее только оксид углерода, угарный газ, и вот поди ж ты!

Особенно доставалось химикам в былые времена, когда отсутствовали инспекторы по технике безопасности, а также разнообразная аппаратура, эту безопасность обеспечивающая, — вытяжные шкафы, герметичные боксы, противогазы и так далее. Более того, до середины XIX века химики просто обязаны были пробовать на вкус и нюхать все полученные ими вещества (в последующие годы многие химики продолжали делать это в порядке личной инициативы). Вот, в конце XVIII века жил да был один из величайших в истории химик Карл Вильгельм Шееле (1742–1786), а потом он открыл синильную кислоту... В опровержение легенды умер он не сразу, а через три года, но из-­за последствий отравления эти годы практически не работал. Нельзя без содрогания читать спор Луи Николя Воклена (1763–1829) и Мартина Генриха Клапрота (1743–1817) о вкусе солей бериллия, насколько он сладкий. Бериллий — редкая гадость, он может годами незаметно накапливаться в организме, чтобы потом «выстрелить», вызвав тяжелое поражение легких и вообще всего организма. Этот рассказ можно продолжать до бесконечности, любой химик знает об опасности работы с новыми веществами и осознанно идет на этот риск, выступая первоиспытателем их токсичности.

Вы, конечно, обратили внимание на то, что приведенные выше примеры относятся к временам ветхозаветным. И это не случайность, а печальная закономерность. По мере того как немногочисленные исследователи-­энтузиасты превращались в многомиллионную армию профессиональных научных работников, исчезали романтизм и самоотверженность, уступая место прагматизму и компьютерному моделированию. Зачем, действительно, исследователю испытывать на себе разработанное им лекарственное средство? Он бывало сто раз подумает, прежде чем вколоть его мышке, а ну как мышка будет от этого страдать, а с ней и все защитники животных. Куда как лучше провести тестирование in silico, на компьютере, быстро и дешево.

Однако не перевелись еще настоящие ученые, готовые поставить эксперимент на себе, чтобы послужить на благо человечеству и даже — берите шире! — братьям нашим меньшим. Об одном таком исследовании мы расскажем чуть подробнее.

Наш герой — доктор Роберт Лопес, ветеринар из Уэстпорта, штат Нью-­Йорк, скончавшийся, к сожалению, в 2007 году в возрасте 84 лет. Он был не понаслышке знаком с мучениями, которые причиняют кошкам и собакам ушные клещи. (Да и мы все, у кого были или есть эти домашние питомцы, прекрасно об этом знаем.) Одна из основных проблем медицины состоит в том, что пациент не может четко объяснить свои симптомы и ощущения. Что уж говорить о кошках с собаками и других животных. Это подвигло доктора Лопеса, ветерана Корейской войны, награжденного Бронзовой звездой за героизм на поле битвы, на самовредительский эксперимент — он взял 1 грамм выделений из уха кошки, зараженной Otodectes cynotis, попросту говоря, клещом, и перенес в свое ухо: одно, второе, вероятно, он оставил для контроля.

Вот как доктор Лопес описал свои ощущения: «Немедленно я услышал скрежет от царапанья, а затем шелест от движения клещей, которые обследовали мой ушной канал. Потом появился зуд, и все это слилось в дикую какофонию звуков и боли, которая нарастала все сильнее и сильнее». По части звуков доктор Лопес немного слукавил, ему, отцу шестерых мальчиков и семерых девочек, любые звуки что слону дробина, но описано красочно и точно. Все это продолжалось около месяца, после чего прекратилось само собой — доктор Лопес смиренно терпел эту пытку и не предпринимал никаких мер лечения. Но как­-то ночью он почувствовал их исход, когда клещи дружной колонной прошествовали по его щеке.

Вы думаете, доктор Лопес на этом остановился? Как бы не так! Он был настоящим ученым и по прошествии нескольких недель воспроизвел эксперимент, использовав в качестве источника клещей другую кошку. Болезнь протекала мягче и закончилась через две недели. Доктор Лопес предположил, что это следствие развившегося у него иммунитета, и для проверки своей смелой гипотезы в третий раз повторил эксперимент, который прошел еще мягче!

Тем самым он нашел объяснение известному факту, что от клещей страдают в основном молодые животные. Все дело в иммунитете!  Более того, доктор Лопес установил режим дня клещей. Оказалось, что у них есть два периода питания, сопровождающегося большой двигательной активностью, один — вечером, между шестью и девятью часами, второй — между полуночью и тремя часами ночи. Так что питомцы, чешущиеся особенно сильно по ночам, делают это не из вредности, а по объективным причинам. Основываясь на своем исследовании, доктор Лопес рекомендовал проводить лечебные процедуры против клещей ближе к ночи. Если вдуматься, работа доктора Лопеса — просто образцовое научное исследование.

И вот вам трагедия ученого — пока доктор Лопес занимался воспроизведением результатов, проверкой гипотез, обработкой данных, формулировкой научных выводов и практических рекомендаций, – японские конкуренты опубликовали аналогичное исследование о поведении Otodectes cynotis в ухе человека. Доктор Лопес как настоящий ученый сослался на эту работу и лишь меланхолично заметил: «Интересно, наслаждался ли участник эксперимента им так, как я?»

Свои результаты доктор Лопес представил на суд научной общественности в статье, которую назвал в стиле Джона Стейнбека — «О клещах и людях» (J. American Veterinary Medical Association, 1993, 203). Статья привлекала внимание экспертов, и ему незамедлительно в 1994 году, присудили Игнобелевскую премию по энтомологии. На церемонии награждения доктор Лопес прочитал поэму собственного сочинения, посвященную клещам. Крайне разносторонний был человек!

Обнадеживает, что огонь подвижничества и самопожертвования горит не только в сердцах ученых старшего поколения, но и в молодых исследователях, только начинающих свой тернистый путь в науке. В качестве примера приведем работу Майкла Смита, аспиранта Корнеллского университета, Лига Плюща между прочим.

Майкл занимался изучением коллективного поведения пчел, а пчелы, как известно, склонны жалить людей, особенно вторгающихся в их дружный коллектив с целью изучения тайн их жизни или отъема меда. Не рискуя сильно ошибиться, скажем, что число ужаленных пчелами составляет не меньше одного миллиарда человек, но только Майкл Смит подошел к этому вопросу с научной, количественной точки зрения. Он экспериментально установил показатель боли от укуса пчел для различных частей и точек тела и доложил об этом научному сообществу в обширной статье, опубликованной в реферируемом высокорейтинговом (импакт­фактор 2,2) журнале «PeerJ» (2014, 2, 338).

Исследования такого рода в настоящее время практически невозможны из-­за многочисленных рогаток, расставленных юристами и биоэтиками. Но даже они не могут запретить ученым ставить эксперименты на себе. Майкл Смит в своей статье подробно остановился на этом моменте. Он четко заявил, что использованные им методы не противоречат Хельсинкской декларации 1975 года (с дополнением от 1983 года) об исследовательской этике и экспериментах на людях, был единственным объектом исследования, что он был осведомлен обо всех рисках, связанных с экспериментом, и предупрежден, что полученные данные будут преданы гласности в открытой печати. Мы, в свою очередь, предупреждаем, что если у вас есть неприятные воспоминания, связанные с укусами пчел, или вы боитесь их как огня, то вам лучше пропустить следующие абзацы.

Суть эксперимента Смита чрезвычайно проста: он прижимал пчелу к намеченной точке тела, пчела его, естественно, жалила, через минуту Смит удалял пчелу и жало и оценивал болезненность укуса по шкале от 1 (как комар укусил) до 10 (а­а­а!). Но это только вершина айсберга, в методике было множество нюансов, которые делают эту работу образцовым научным исследованием.

Начнем с количественной оценки. Болезненность укуса — вещь индивидуальная и относительная. Смит на основе предварительных опытов установил некий внутренний стандарт укуса средней силы, 5 по его шкале, который соответствовал укусу в предплечье. Этот внутренний стандарт он использовал в каждой серии экспериментов, что выглядело следующим образом: укус в предплечье, три укуса с интервалом в пять минут в другие места, опять укус в предплечье.

Нельзя было сбрасывать со счетов эффект привыкания, потому что человек ко всему привыкает, даже и к боли. Для нивелирования этого эффекта Смит в течение трех месяцев перед экспериментом подвергал себя как минимум пяти укусам пчел ежедневно.


Индекс боли при укусе пчел
(Для обозначения мест укуса использована общечеловеческая, а не медицинская терминология)

Часть тела

Индекс
боли

Погрешность

Череп

2,3

0,6

Средний палец на ноге, кончик

2,3

0,6

Плечо, внешняя сторона

2,3

0,6

Ягодица

3,7

0,6

Голень, икра

3,7

0,6

Поясница

4,0

1,7

Бедро, внешняя сторона

4,7

1,2

Запястье, внутренняя сторона

4,7

0,6

Ступня

5,0

1,7

Предплечье, внешняя сторона

5,0

­

Подколенная ямка

5,0

1,0

Шея, сзади

5,3

1,2

За ухом

5,3

1,2

Кисть, тыльная часть

5,3

1,2

Стопа, подъем

6,0

1,0

Живот

6,7

0,6

Средний палец на руке, кончик

6,7

0,6

Грудной сосок

6,7

0,6

Подмышка

7,0

0,0

Щека

7,0

0,0

Кисть, внутренняя сторона

7,0

0,0

Мошонка

7,0

0,0

Пенис, тело

7,3

0,6

Губа, верхняя

8,7

0,6

Ноздря

9,0

0,0

Места укусов представляли собой репрезентативную выборку, включающую 25 точек на теле Смита. В ней отсутствовал язык, который, как мы знаем, часто подвергается укусам пчел — они попадают в рот, когда мы лакомимся ягодами и фруктами. Несомненно, что Смит исключил язык не из малодушия — не такой он человек! Возможно, он ему был нужен для сдачи кандидатских экзаменов.

Сделать эксперимент полностью «слепым» Смит по понятным причинам не мог, но сделал всё возможное для рандомизации. Каждый раз он выбирал точки укуса с помощью генератора случайных чисел, также случайным образом определял, в какую часть тела — правую или левую — производить укус. Чтобы исключить влияние времени суток, укусы производились в строго определенное время, с 9.00 до 10.00 утра. Со статистикой тоже все было в порядке, стандартное квадратичное отклонение рассчитывали по результатам трех независимых укусов.

Эксперимент продолжался 38 дней, в течение которых, как нетрудно подсчитать, Смит вытерпел 190 укусов. Результаты представлены в таблице. Мы понимаем, что таблицы — атрибут научных публикаций и для научно-­популярной литературы они не подходят, но здесь не тот случай. Мы ничего не будем комментировать, просто всмотритесь в цифры, вдумайтесь и восхититесь (или ужаснитесь).

Результаты позволили Смиту сделать предположение, что болезненность укусов пчел зависит не столько от толщины и жесткости кожного покрова, сколько от количества нервных окончаний в месте укуса. Исследователь и сам понимает, что научная ценность его работы не столь высока, потому что выполнена на единственном «объекте», но где взять других, даже и добровольцев? Как бы то ни было, Майклу Смиту за эту работу была присуждена Игнобелевская премия по энтомологии за 2015 год, что сделало его героем Корнеллского университета, где вообще-­то и с Нобелевскими лауреатами все хорошо.





Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 9/2019) на с. 24 — 26.

Еще по теме

prev_2016_01_28.jpg

Как сделать, чтобы человек зимой не вспотел? Рассуждения на эту тему приводят нас к 1995 году, когда свой нанограмм золота от Игнобелевского комитета за работу в области общественного здоровья получили Марта Колд Баккевиг из норвежского внедренческого центра «Sintef» и Рут Нильсен из Датского технического университета. А изучали они влияние мокрого исподнего белья на терморегуляцию человека в холодном климате.

>>

prev_2016_02_28.jpgВ истории деятельности Игнобелевского комитета было несколько случаев, когда премию мира давали за то, что можно назвать «работы по созданию нелетального оружия». Вот, например, премию 2000 года присудили Британскому военно-морскому флоту. В том году офицеры флота на одном из кораблей из-за сокращения бюджета придумали новый метод тренировки артиллеристов. Те выполняли все положенные телодвижения: открывали затвор пушки, помещали внутрь снаряд, наводили на цель. Но не стреляли, а в соответствующий момент громко кричали: «Бух!»

>>

prev_2016_04_16.jpgСтатуи принца Ямато Такэру стоят во многих уголках Японии. Одна из них и послужила объектом игнобелевского исследования: действительно ли птицы избегают сплавов с высоким содержанием мышьяка?


>>
prev_2016_05_36.jpg

Вывод о способности человека бегать по воде хотя бы в инопланетных условиях следует из работы лауреатов Игнобелевской премии 2013 года по физике: коллектив, возглавляемый Юрием Иваненко из римского Института госпитализации и научного ухода за пациентами, изучал бег человека по воде при пониженной гравитации.

>>

prev_2016_06_38.jpgВ 2011 году Игнобелевскую премию по физике вручили за выяснение причин таинственного феномена: почему у дискоболов голова часто кружится, в отличие от метателей молота. Один из лауреатов, Филипп Перрин, в 2005 году стал президентом Европейского общества клинических исследований расстройств систем равновесия.

>>
prev_2016_07_44.jpeg

В 2002 году Игнобелевский комитет присудил Премию мира группе японских специалистов. Награждены они за приумножение гармонии в отношениях между биологическими видами, а именно за создание электронного устройства, которое переводит собачий лай в человеческие слова.

>>
prev_2016_08_38.jpg

Знаменитый принцип Питера гласит: каждый член иерархии стремится достичь своего уровня некомпетентности. Из этого принципа можно вывести различные следствия, главное из которых — неизбежность загнивания и гибели любой иерархии. Расчет, предпринятый итальянскими исследователями, показал, что все не так печально, обойти принцип Питера можно. Для этого нужно, во-первых, признать его существование, а во-вторых, использовать при продвижении людей по ступеням иерархии методы, противоречащие здравому смыслу.

>>

prev_2016_09.jpgПри желании внутри черной дыры действительно можно распознать некоторые детали, присущие аду. Тут есть и бездна сингулярности, и выход через устье норы, и вечное заточение в остатке дыры того, что не смогло выйти при испарении, и стражи ворот, и разные виды материи с разными функциями. Не исключено, что творческое обращение с этой аналогией подскажет новые интересные особенности того, что скрывается за непроницаемым для стороннего наблюдателя горизонтом событий.


>>
prev_2016_10_40.jpg

Игнобелевскую премию по химии за 2005 год вручили Эдварду Касслеру и Брайану Геттелфингеру с кафедры химического машиностроения и материаловедения Миннесотского университета за то, что они попытались экспериментальным путем найти ответ на волнующий всех вопрос: человек быстрее поплывет в сиропе, чем в воде, или медленнее?

>>
prev_2016_11_34.jpeg

Основатель и председатель Общества защиты апострофа Джон Ричардс из английского Бостона за свою полезную деятельность по защите и пропаганде различия между множественным числом и притяжательным падежом удостоился Игнобелевской премии 2001 года по литературе.

>>