И об этаноле
"Удивительная судьба выпала на долю простого на вид соединения C2H5OH, получившего название «этанол», или, по-простому, «спирт». Его знают все. О нем сказано и написано много. Но тем не менее в естествознании эта «бесцветная жидкость с характерным запахом» до сих пор не удостоилась того внимания, которого, несомненно, заслуживает. Исторически сложилось так, что алкотему сфокусировали и завязали на человека, на социальном и медицинском аспектах его жизни. Между тем этиловый спирт сопровождает в том или ином качестве всю биологическую эволюцию и присутствует практически на всех этапах ее прогресса, включая, разумеется, и антропогенез.
Эндогенный этанол
Говорят, этанол - яд. Многие медики даже решительно утверждают: яд - в любом количестве и в любом качестве. Но вот ведь незадача: сам по себе этанол продукт вовсе не чуждый для организма.
Во всяком случае, судмедэксперты абсолютно уверены, что организм человека сам производит спирт, причем без помощи обитателей кишечника, речь о которых пойдет ниже. Согласно данным, которыми они пользуются в свой практике, содержание эндогенного спирта в крови составляет в среднем 0,4 мг на литр. Физиологи же отмечают, что этанол участвует в поддержании жидкокристаллического состояния липидного слоя мембран, регулирует окисление липидов в мембранах клетки, ловит свободные радикалы, ну и служит великолепным источником энергии: окисление одной молекулы спирта позволяет синтезировать рекордные девять молекул АТФ. Более того, этанол в организме находится в динамическом равновесии с ацетальдегидом, который также выполняет важные функции на клеточном уровне; точнее, этанол служит буфером, то есть обеспечивает постоянство содержания этого вещества. Есть мнение, что синтез этанола происходит в каждой клетке организма. Механизм такого синтеза пока не выяснен, однако во многих типах клеток, от фибробластов до нейронов, найдены ферменты, отвечающие за взаимные превращения этанола и ацетальдегида. Этот факт подсказывает, что спирт вплетен в нить жизни на ее самом нижнем уровне. Если же вследствие пьянства организм утрачивает способность к синтезу спирта, это чревато либо смертью, либо приводит к постоянному потреблению экзогенного этанола, то есть алкоголизму.
Было бы ошибочно полагать, что эндогенный этанол (со всеми его замечательными биохимическими свойствами) существует и функционирует только в человеческом организме, или только у приматов, или только у млекопитающих, или даже только у позвоночных животных. Мало того, его появление следует искать в самих истоках жизни и в самый момент формирования ее универсальной энергетической системы с АТФ в центре.
Кстати, есть куда более токсичный для млекопитающих спирт - метанол; его до недавнего времени считали побочным биохимическим продуктом в растениях. Однако исследования 2020-х годов выявили, что этот спирт служит сигнальной молекулой в коммуникации между растениями и в системе растения - животные. Более того, оказалось, что метанол участвует в метаболических биохимических процессах во время роста и развития растения.
Первоначальное название метанола «древесный спирт» указывало на его исключительно растительное происхождение. Например, растения его постоянно выделяют через листья. Однако теперь стало известно, что эндогенный метаболический метанол, который обнаруживают в организме человека, может быть не только следствием растительной диеты, но и результатом жизнедеятельности микроорганизмов желудочно-кишечного тракта, что сопровождается метилированием-деметилированием ДНК, РНК и белков.
Кишечный этанол
Схема метаболизма эндогенного этанола дополняется и осложняется тем, что в организме наряду с ним образуется еще и другой этанол. Понятное дело, с той же химической формулой и с теми же химическими, биохимическими и метаболическими свойствами: этот этанол образуется в кишечнике. А его продуценты - кишечные микробы, способные ферментировать углеводы пищевых продуктов, то есть осуществлять спиртовое брожение. Такой этанол следует считать физиологическим или условно эндогенным, поскольку непосредственно в клетках тканей организма он не вырабатывается. Кишечного этанола, как правило, образуется также немного, но гораздо больше, чем эндогенного.
В медицинской литературе с некоторых пор установилась традиция считать, что кишечный этанол не участвует в клеточных обменных процессах, а усваивается и подвергается нейтрализующей обработке, как и внешний алкоголь, поступающий в организм с употреблением спиртных напитков. Так ли это?
По мере своего образования кишечный этанол беспрепятственно и непрерывно поступает в кровоток и быстро становится достоянием всех клеток организма. Разве способны клетки отличать его от собственного эндогенного этанола и разве стоит на нем какая-то особая печать? Ответа на этот вопрос медицина пока не дает.
Опять же неверно полагать, что кишечный этанол существует и функционирует только в человеческом организме, или только у приматов, или только у млекопитающих, или даже только у позвоночных животных. Он имеется у всех многоклеточных животных с пищеварительной системой. Начиная от плоских червей (возможно, даже от кишечнополостных) и далее вплоть до человека. И тогда эволюционные истоки эндогенного спиртового брожения следует искать не на суше с ее сладкими фруктами, как мы привыкли думать, а в океане - в кишечной микрофлоре океанических животных.
Экзогенный этанол
Третий этанол, с которым имеет дело человек, да и не только он, это экзогенный этанол, то есть этанол внешнего происхождения. Он образуется в результате различных процессов спиртового брожения, естественных или создаваемых и поддерживаемых искусственно. Выход растений из океана на сушу, а затем и массовое ее завоевание (по данным палеоботаники, это революционное событие произошло в силурийский период палеозойской эры, то есть 400 с лишним миллионов лет назад) сопровождался насыщением континентальных экосистем углеводной органикой. Нет никакого сомнения в том, что этим ресурсом не замедлили воспользоваться способные к спиртовому брожению микроорганизмы, в особенности вездесущие одноклеточные грибы - дрожжи.
«Дикие» дрожжи издавна и по сию пору распространены всюду, в том числе они летают в воздухе. Но их активная деятельность связана преимущественно с влажными субстратами, богатыми сахарами: поверхностями плодов и листьев, где дрожжи питаются прижизненными выделениями растений, сладкими и сочными зрелыми плодами, нектаром цветов, раневыми соками растений, мертвой фитомассой и так далее. Дрожжи распространены и в почве, особенно в подстилке и органогенных горизонтах, и в природных водах. Дрожжи определенных таксонов постоянно присутствуют в организмах ксилофагов - насекомых, питающихся древесиной; богатые дрожжевые сообщества развиваются на листьях, пораженных тлями. И так далее.
Выходит, что нынешняя биосфера, в которой господствуют цветковые растения и где всюду имеются углеводная органика и дрожжи, сплошь и насквозь охвачена спиртовым брожением. Трудно найти в наземных экосистемах место, где бы естественным путем не создавался экзогенный этанол. В этом смысле можно сказать, что биосфера купается в этаноле.
С учетом того что «этанол есть яд, причем яд в любой дозе», можно предположить: над всеми наземными животными - поедающими растения фитофагами, они же консументы первого порядка (если придерживаться экологической терминологии) - изначально нависла смертельная угроза, способная поставить крест на их дальнейшей эволюции. Включая и человека как животного, оказавшегося к тому же наиболее пристрастным к алкоголю в самых разнообразных его формах и модификациях.
Но этот пессимистический сценарий, к нашему всеобщему счастью (и удивлению!), почему-то не был реализован в природе. Эволюция животного мира шла на фоне экзогенного этанола своим чередом. Более того, наиболее причастные и, казалось бы, наиболее чувствительные к этанолу (уже в силу своих малых размеров) насекомые представляют собой ныне самый многочисленный, самый разнообразный и наиболее процветающий класс в биосфере. Особенно следует выделить в этом контексте такие мощнейшие отряды насекомых, как чешуекрылые, двукрылые и перепончатокрылые. Их жизнедеятельность и вся прогрессивная эволюция теснейшим образом связаны с систематическим употреблением природного экзогенного этанола, причем как в онтогенезе, так и в филогенезе. Например, в меде, которым пчелы кормят личинок, спирт присутствует обязательно.
Взрослые насекомые и поныне пьют, нередко даже сверх нормы, что особенно хорошо бывает заметно на пчелах. Пьяная пчела ведет себя откровенно ненормально. В полете ее болтает из стороны в сторону, она словно пританцовывает. Пчелы выписывают крутые виражи и постоянно ударяются о препятствия - заборы, стены, кусты и деревья. Некоторые теряют ориентацию. Другие в нетрезвом состоянии и вовсе утрачивают способность летать. В общем, алкоголь действует на пчел и людей похожим образом - ухудшает их моторные функции, негативно влияет на процессы обучения и память.
Это обстоятельство привело в 2000 году американских исследователей из Оклахомского университета во главе с доктором философии Чарльзом Абрамсоном к мысли использовать пчел в качестве модели для изучения механизмов алкогольного опьянения людей. За почти десять лет они провели множество экспериментов, результаты которых изложили в цикле из пяти статей, и выяснили: пчелы действительно похожи на людей. Так, они способны потреблять алкоголь любой концентрации, вплоть до чистого спирта. Пьяные пчелы не только теряют координацию движений, но становятся более агрессивны по отношению к своим сестрам. При этом, подобно пьяным людям, навязывают свое общество окружающим: гораздо более активно занимаются так называемым грумингом - поиском паразитов на теле других пчел. Пчелы не только привыкают к алкоголю, когда малая доза перестает сказываться на поведении, но и с удовольствием прикладываются к кормушке, где налит сироп со спиртом: к такой кормушке они возвращаются чаще, но и сиропа забирают меньше, видимо, торопятся. В будущем исследователи надеются использовать пчел как модель для изучения хронического алкоголизма, особенно - на молекулярном уровне.
Для изучения влияния алкоголя на поведение в социальной обстановке были использованы также опьяненные плодовые мушки дрозофилы. Есть надежда, что результаты исследований по насекомым пригодятся при разработке будущих методов лечения алкозависимости человека.
Алкофеномен человека
Влечение к алкоголю, вплоть до приобретения от него физиологической и патологической зависимости, нельзя расценивать как некую исключительную особенность человека. Сходным образом относятся к содержащим алкоголь продуктам различные теплокровные животные, как домашние, так и дикие. Нет сомнения в том, что и в далеком прошлом, задолго до появления в биосфере человека, животные не прочь были приобщиться к спиртному - был бы только случай.
Еще десять миллионов лет назад в местах обитания африканских обезьяноподобных предков человека всегда вырабатывался экзогенный алкоголь, игнорировать который было невозможно. Неразумные приматы, несомненно, употребляли в пищу привлекательные сочные фрукты, которые начинали бродить, превращаясь фактически в сидр и вино. И стало быть, великий алкособлазн изначально существовал в природе.
Именно в те далекие времена могло зародиться родовое и роковое влечение приматов к алкоголю, которое у человека разумного получило впоследствии, как мы теперь совершенно определенно знаем, небывалое и далеко идущее развитие. И чем дальше по ходу эволюции, тем больше.
Первоначально человек использовал алкоголь, по-видимому, только для пиршества и медицины, например для обезболивания при хирургических вмешательствах. Скажем, в столь древнем тексте, как поэма Фирдоуси «Шахнаме», описано кесарево сечение, благодаря которому на свет появился будущий мифический герой Ростем: «Явился искуснейший в деле своем мобед; Рудабе одурманив вином, он чрево прекрасной рассек без труда. Ребенка слегка повернул и, вреда ему не доставив, наружу извлек. Кто чуду такому поверить бы мог?»
А затем употребление алкоголя стало уже эффективным инструментом создания и поддержания социальных отношений: выпив, самцы становились активнее, общительнее, больше уважали друг друга, а самки им казались красивее. На определенных этапах эволюции, возможно, именно этот фактор спасал людей, хотя бы частично, от депрессии и вымирания. Как сказал когда-то Омар Хайям: «Трезвый ум налагает на душу оковы. Опьянев, разрывает оковы она».
Позднее изобретательный человек решительно встал на путь интенсификации спиртового брожения с использованием природного углеводного сырья, организации и управления этим процессом. Производство алкоголя было сознательно поставлено на широкий поток. Археологи установили, что древние египтяне за 6000 лет до н. э. уже варили ячменное пиво. Далее пошло в ход виноградное вино. А это значит, что дрожжи были в числе первых одомашненных живых организмов!
В средиземноморском и ближневосточном регионах, как раз там, где исторически сложились три главнейшие и процветающие доныне монотеистические религии, пили вино с библейских времен. И вот ведь что важно понять в этой связи: винопитие не привело к отравлению, отупению и биологическому вырождению тогдашних цивилизаций. А даже напротив. На античный период истории человечества с его виноградными винами приходится взлет культурных достижений в разных направлениях, особенно по части искусств и философии.
Небольшое отступление. С глубокой древности люди Средиземноморья и Ближнего Востока не только сами пили, но и невольно вовлекали в пьянство животных как диких, так и домашних. Ведь виноделы в массе выбрасывают на землю содержащие алкоголь выжимки от перебродившего винограда, которые привлекают своим запахом животных, и те поедают спиртсодержащие отходы со всеми вытекающими отсюда последствиями. Такую картину и поныне можно наблюдать в южных винодельческих районах, например в Крыму: частные коровы регулярно посещают участки с брошенными виноградными выжимками, охотно поедают их, а затем уходят довольные, слегка пошатываясь. Но опять-таки не погибают от принятого («ядовитого в любых дозах») алкоголя, как это следовало бы ожидать!
Нынешняя цивилизация пила, пьет и пить, можно не сомневаться, будет. Тут уже не только вино и пиво. Но еще и спирт, виски, коньяк, бренди, ром, водка. Тем не менее весь мир знает о выдающихся при всем этом достижениях пьющей цивилизации во многих областях культуры и на протяжении длительного времени, в том числе, и даже в особенности, по части научно-технического прогресса. Выходит, не все так просто и однозначно, если даже бегло взглянуть на обсуждаемый предмет сверху - непредвзято и с разных сторон.
В этом контексте не лишне отметить, что «на грудь» брали (и берут!) не только простые граждане, но очень даже известные, авторитетные, уважаемые и прославленные люди, особенно из высокообразованной творческой интеллигенции. И не просто берут, а пускаются порой даже во все тяжкие. Тут и физики, и лирики (вторые особенно). Вот только некоторые его представители из разных времен, народов и поколений: Омар Хайям, Николай Тимофеев-Ресовский, Георгий Гамов, Михаил Ломоносов, Людвиг ван Бетховен, Модест Мусоргский, Петр Чайковский, Уильям Шекспир, Эрнест Хемингуэй, Винсент ван Гог, лорд Байрон, Эдгар По, Пиросмани, Стивен Кинг, Аркадий Гайдар, Джек Лондон, Михаил Шолохов, Сергей Довлатов, Олег Ефремов, Александр Фадеев, Сергей Есенин, Владимир Высоцкий.
Конечно, среди гениальных людей были и трезвенники, и пьющие. Но интересно бы узнать, на какую из этих категорий гениев приходится максимум кривой нормального распределения. Возможно, такая статистика где-то есть. Но если и нет, скорее всего, максимум приходится на пьющих.
Как это ни парадоксально, но цивилизационный прогресс во многом зиждется на этих выдающихся пассионариях. Их жизнь зачастую тяжела, а личная судьба в силу алкоголизма трагична. Но без них мир стал бы беден. И сер. И сир. Вот ведь в чем еще алкопарадокс!
И все-таки для полноты раскрытия многоликой алкотемы не лишне будет заглянуть в современную экономическую статистику. А тут - запредельные количества ныне производимого, а следовательно, и потребляемого в мире алкоголя. Особенно крепкого и даже очень крепкого: тот же виски может содержать до 60% спирта, а ведь есть еще и питьевой 96%-ный спирт-ректификат! Из года в год эти количества неуклонно растут.
Объем мирового рынка алкогольных напитков в 2023 году оценивали в 417,84 млрд долларов США и, по прогнозам, к 2031 году он достигнет 529,31 млрд долларов США; рост на 3% в год - это гораздо быстрее роста мировой экономики. В текущем 2024 году производство этилового спирта достигнет 139,2 млрд литров, что будет на 6% выше уровня 2019 года. Но есть ведь еще и неучтенный алкоголь. В целом его количество в мире оценивают в размере около 25% от общего объема.
А как же иначе? Необыкновенная простота производства алкоголя из вездесущего органического сырья. Невероятная тяга к нему человека, а следовательно, неослабевающий спрос. И отсюда немалая прибыль изготовителю. Эти три фактора крепко связались вместе. Отсюда бездонный и никогда не пересыхающий океан алкоголя.
И в заключение
То, что некогда могло содействовать прогрессу цивилизации, теперь обратилось в свою противоположность. Таким стал финальный итог всей грандиозной и многозначной алкоэпопеи в биосфере. А ведь как все хорошо начиналось с этанолом на уровне клеточного метаболизма!
Верно говорят: эволюция не прокладывает дорогу к цели. Она продвигается во времени методом проб и ошибок. Пути эволюции неисповедимы. На ее отдельных участках могут быть и относительно ровное течение, и очень крутые повороты. При этом большое, порой даже решающее значение имеет фактор случайности. Так что никогда не известно в принципе, что ожидает всех нас в далеком послезавтра".
Кандидат биологических наук А.В. Кулик
"Химия и жизнь", № 10, 2024