Пшеница и спасение человечества
Томас Мальтус в 1798 году опубликовал «Очерк о законе народонаселения». Одних правителей он пугал, других подталкивал к радикальным мерам. Суть закона в том, что население Земли растет экспоненциально, а ресурсы линейно. Каждый новый рожденный ребенок дает жизнь новым детям, а каждый отвоеванный у природы плодородный кусок земли уменьшает оставшиеся ресурсы. Подсчеты Мальтуса говорили о том, что землян ожидает неминуемый голод. В 1815 году вулкан Тамбора в Индонезии выбросил десять миллиардов тонн пепла на высоту сорок пять километров. Температура воздуха упала, лета не было, толстый слой пепла осел на полях в радиусе пятисот километров от эпицентра. Девяносто тысяч человек умерли от голода. Волна неурожаев прокатилась по всему земному шару, в Новой Англии в июне выпал снег, похоронив надежду на какие-нибудь всходы. Цены на зерно выросли до трех долларов за бушель, в сегодняшних ценах – 30 долларов за ведро. Мальтус был избран одновременно членом Королевского общества, членом Французской и Петербургской Академий наук, но отказался от предложенных ему высоких государственных должностей.
Мальтузианство стало религией. Правители думали о том, как уменьшить население, а ученые – как увеличить урожаи.
Строительный материал для растений – аминокислоты, состоящие в том числе из азота, которого много в атмосфере. Но растения не умеют связывать этот элемент. В природе есть два источника связанного азота: молнии, которые своей гигантской энергией разламывают молекулу азота в воздухе, производя азотную кислоту, и бактерии, которые сложными ферментами фиксируют его. Производительность этих методов невысока. Чтобы повысить урожайность, в почву нужно вносить фиксированный азот в виде золы, навоза, какашек птиц или чилийской селитры. Урожай напрямую зависит от того, сколько у вас азота.
Проклятие Мальтуса ненадолго отодвинула пустыня Атакама. Двести километров в длину, три километра в ширину, трехметровый слой птичьего помета, превратившегося в почти чистый нитрат натрия – чилийскую селитру. Во времена Мальтуса экспорт селитры составлял тысячу тонн в год, а к началу Первой мировой войны Чили поставляла на рынок миллионы тонн нитрата натрия. Чили к тому времени была свободной страной, но находилась под влиянием Великобритании. Воюющая с англичанами Германия оказалась в зависимости от поставок и установленных пошлин на стратегическое сырье.
Из нитрата натрия делали удобрения и порох. Обе части уравнения Мальтуса оказались под давлением. Правители не могли уменьшать население, а агрономы – увеличивать урожаи. Ничего похожего на пустыню Атакама в мире не нашлось, и перед немецкими химиками поставили задачу найти способ получения связанного азота.
Как получить связанный азот, химики знали с начала XX века, но процесс требовал температуры в тысячу градусов и высокого давления. Фриц Габер оптимизировал его, нашел правильные соотношения водорода и азота, подобрал катализатор, температуру и давление.
Финансировала работы Габера корпорация Badische Anilin- & Soda-Fabrik, теперь BASF. Карл Бош, инженер BASF и племянник Роберта Боша, основателя концерна Bosch, сделал метод Габера экономичным и производительным. На производство одной тонны аммиака нужно 3200 кВт·ч. Клетка бактерии тратит на производство одной молекулы аммиака значительно больше энергии. Ей нужно 12 молекул АТФ, что в пересчете на тонну даст 5000 кВт·ч.
В 1910 году заводы корпорации начали в гигантских количествах производить аммиак, из которого простыми химическими реакциями стали делать и удобрения, и взрывчатые вещества. Экспорт селитры из Чили почти прекратился. Фриц Габер стал национальным героем, его принял кайзер! В 1914 году Фриц написал письмо в военный департамент. Если азот связывается с водородом с поглощением огромного количества энергии, то, запустив процесс в обратную сторону, можно сделать бомбу. Скоро в Германии появились огромные фабрики по производству бомб методом Габера, а ученый возглавил химический отдел германского военного ведомства.
Двадцать второго апреля 1915 года под бельгийским городом Ипр немцы распылили 168 тонн хлора. Слабый ветер отогнал желто-зеленое облако на французские позиции. Гаагская конвенция 1907 года запрещала «употреблять оружие, снаряды или вещества, способные причинять излишние страдания», но кто тогда думал о страданиях. Сотни солдат умерли в страшных мучениях, хватая воздух отечными легкими, разъеденными соляной кислотой.
В мае 1915 года Габер устроил торжественный ужин в честь успешного применения химического оружия, после которого его жена Клара застрелилась из пистолета мужа. Франц Габер утром следующего дня уехал на Восточный фронт: «В мирное время ученый принадлежит миру, а в военное служит своей стране».
Двенадцатого июля 1917 года там же под Ипром Габер использовал мины, содержащие маслянистую жидкость 2,2’-дихлордиэтиловый тиоэфир – самое распространенное боевое отравляющее вещество иприт. Через несколько часов после атаки кожа англичан и французов покрылась язвами. Они громко хрипели из-за отеков легких и гортаней, глаза их видели лишь очертания предметов. Сотни людей умерли, выплевывая остатки легких.
А в 1918 году Францу Габеру присудили Нобелевскую премию по химии за работу по созданию способа фиксации азота. «Плодородие почв при возделывании зерна неизбежно падает ввиду того, что азот удаляется при потреблении продуктов сельского хозяйства растущим населением городов. Это приводит к необходимости внесения искусственных удобрений для увеличения урожайности в соответствии с возрастающими требованиями. Открытия Габера, – сказал в своей речи один из членов Шведской Королевской академии наук, – представляются чрезвычайно важными для сельского хозяйства и процветания человечества». Шведы тогда думали о процветании человечества.
Войну Германия проиграла. Габер создал свои химические семинары, которые посещали и Макс Планк, и Альберт Эйнштейн. Версальский мирный договор требовал демонтажа оборудования для производства химического оружия. Габер, вероятно на деньги Нобелевского комитета, переоборудовал линии под производство гербицидов и дезинфицирующих веществ. В 1922 году под его руководством создан газ «Циклон Б» – чрезвычайно эффективный для борьбы с тараканами, клопами и другими насекомыми. Для убийства тысячи человек его требовалось всего четыре килограмма.
Сам Габер не увидел массового применения своего изобретения в концентрационных лагерях. Он умер в Швейцарии в 1934 году, изгнанный из фашистской Германии, как и тысячи ученых-евреев. А вот сын Габера прочел материалы Нюрнбергского процесса и покончил жизнь самоубийством, как и его мать.
Ловушка Мальтуса на этот раз не захлопнулась. Габер хорошо поработал над обеими частями уравнения. Сегодня методом Габера – Боша ежегодно создается сто миллионов тонн удобрений и неизвестное количество взрывчатых веществ. Примерно половина азота, который есть в вашем теле, получена способом, который изобрел создатель «Циклона Б», боевых отравляющих веществ и авиационных бомб, а 40 % из почти восьми миллиардов человек, населяющих ныне планету, живы лишь благодаря открытию синтеза аммиака.
В 1943 году Томас Мальтус напомнил о себе в Пенджабе. Зимний циклон, принесший наводнения, уничтожил половину урожая зимнего риса; вторую половину поразил грибок. Шесть миллионов человек погибло от голода. Шесть миллионов человек в середине XX века умерло потому, что им было нечего есть. Фонд Рокфеллера в это время проводил исследования в Мексике. Ученые боролись с неурожаями пшеницы. Почти все зерно Мексика покупала за рубежом. За генетику в команде отвечал Норман Борлоуг.
Чем длиннее стебель, тем ближе солнце. Колос пшеницы борется за свет. Что будет, если мы удобрим почву, на которой растет колос на длинном стебле? Колос начнет расти быстрее и сломается под собственным весом от легкого ветерка. Оказалось, что голодное человечество не может в полной мере использовать преимущества процесса Франца Габера. Слишком ломок стебель пшеницы. Норман Борлоуг скрещивал сотни сортов, получая тысячи вариантов. Он искал сорт, который будет устойчив к засухе, дождям, холоду и жаре. Человечество начало культивировать злаки десять тысяч лет назад, недостатка в вариантах у Борлоуга не было. Он взял сорта, устойчивые к засухе, и скрестил их с устойчивыми к дождям. Потом взял сорта, устойчивые к холоду, и скрестил их с устойчивыми к жаре. Потом скрестил полученные сорта между собой. И так несколько лет, собирая урожаи дважды в год, пока не получил несколько сортов, устойчивых в самых разных условиях. Урожаи в Мексике выросли в три раза, и она смогла отказаться от импорта пшеницы.
Норман Борлоуг продолжил работу. Пшеница накапливает азот в зеленой массе и только после цветения переносит его в колос. Много калорий так не создашь. Борлоуг заставил злак поднимать азот из почвы в зерно до тех пор, пока не закончится налив семян. Теперь можно удобрять почву азотом, а колос будет расти и расти, пока… правильно, пока не сломается стебель. Тогда генетик Борлоуг добыл образцы японской карликовой пшеницы. Ее отличали невысокая урожайность, зато очень короткий стебель. Теперь можно было вкачивать азот в зерно, не боясь полегания устойчивых к природным катаклизмам сортов. Вода, азотные удобрения и новый сорт Sonora 64 увеличили урожайность в шесть раз. Норман Борлоуг поехал в Индию. «Эти новые семена были просто даром небес. Однажды мы на месяц раньше закрыли школы, чтобы сложить урожай в школьных зданиях», – вспоминал заместитель министра сельского хозяйства Пенджаба. Мировые цены на хлеб упали. Борлоуг получил Нобелевскую премию, Золотую медаль Конгресса, Президентскую Медаль Свободы и в Америке известен как «Человек, спасший миллиард жизней». Томас Мальтус опять проиграл, но не сдался. К середине XXI века нужно еще раз удвоить урожайность пшеницы, чтобы накормить растущее население. Как?
Если хорошо поливать и удобрять землю, то на ней вырастет очень хороший урожай пшеницы и сорняков, который сожрут насекомые. Чтобы воспользоваться результатами своего труда, нужно убить и сорняки, и насекомых. Швейцарец Пауль Мюллер открыл способность трихлорметилдиметана убивать насекомых и грызунов при относительной безвредности для человека. Препарат этот в мире назвали DDT, а в России дустом. Урожаи выросли, а кроме того, прекратились эпидемии тифа в Неаполе, малярии в Индии, Греции и Италии. Паулю Мюллеру присудили Нобелевскую премию. В начале 1960-х годов в мире произвели восемьдесят тысяч тонн этого яда. В конце XX века стало понятно, что ДДТ не разлагается в природе на безвредные компоненты, а накапливается в воде и почве до концентраций, быстро убивающих птиц и медленно – людей. Первой его запретила Швеция, а затем и большинство других стран, заменив менее токсичными и более дорогими препаратами. А голодные страны продолжили увеличивать урожаи пшеницы, опрыскивая поля ДДТ. Мальтус опять ненадолго отступил.
Артур Галстон пытался заставить растения развиваться быстрее, удобряя их фитогормонами. Он увидел: если с концентрацией переборщить, то клетки растут настолько быстро, что как будто взрываются изнутри. Галстон опубликовал результаты и забыл о них, занявшись искусственной резиной. Во время Второй мировой войны колес нужно было много, а основные плантации латекса в Юго-Восточной Азии были захвачены японцами. В 1946 году к Галстону в Калифорнийский технологический институт приехали двое военных из лаборатории базы Кэмп-Детрик с благой вестью: Галстону полагается премия за разработку дефолиантов. При опрыскивании этими веществами растения теряют листья. При чем тут военные? Кэмп-Детрик был головной лабораторией по разработке американского химического оружия. «Какое отношение имеют мои цветочки к химическому оружию?» – хотел спросить Галстон, но не спросил. Он знал, что американцы воюют с японцами, а японцы прячутся в джунглях. Компания Monsanto уже делала оранжевые бочки с «Агентом Оранж» по рецепту Артура Галстона. Разобравшись с японцами с помощью атомных бомб, американцы принялись за вьетнамцев. Семьдесят шесть тысяч тонн реагента сбросили во Вьетнаме «по просьбе президента страны»: Джон Кеннеди лично подписал распоряжение о применении химического оружия. Три миллиона вьетнамцев пострадали, двадцать тысяч квадратных километров джунглей превратились в пустыню. Галстон пытался выступить с речью на конгрессе Американского общества физиологов растений, но в последний момент ученому сообщили, что его тезисы неактуальны. Он написал письмо президенту Джонсону, на которое ответил заместитель госсекретаря: «Применяемые ВС США в Юго-Восточной Азии химикаты безвредны, их распыление имеет место только в отдаленных районах, жители которых заранее предупреждаются». В 1971 году президент Никсон запретил применение «Агента Оранж» в военных целях. Нобелевскую премию создатель гербицидов не получил.
А компания Monsanto, потренировавшись на вьетнамских детях, вывела на рынок «Раундап» – самый распространенный сельскохозяйственный гербицид в мире. Объем его производства – почти миллион тонн в год. Он убивает на полях все подряд, делая их девственно чистыми перед посадками пшеницы. Теперь ничто не мешает пшенице расти: азотные удобрения накачивают ростки строительным материалом, короткий стебель быстро доставляет полезные вещества к колосу, вредители погибают, не успев причинить ущерб, а сорняки больше не отнимают солнце, воду и азот у золотистого зерна.
Майк Фремонт в девяносто лет установил рекорд мира в марафоне в своей возрастной категории: 6:36. В девяносто один год пробежал полумарафон за 3:04, тоже с мировым рекордом. Выглядит он лет на шестьдесят. Когда ему было тридцать шесть, от кровоизлияния в мозг умерла его жена и он остался один с тремя маленькими детьми. Тогда он и начал бегать. Вариантов было немного: либо бег, либо мартини и виски, либо сумасшедший дом. Первый марафон он пробежал в сорок девять лет за четыре часа. Свой лучший результат показал в возрасте шестидесяти лет – 3:20. В шестьдесят девять лет врачи поставили Майку Фремонту диагноз «рак прямой кишки» и отвели три месяца на улаживание дел. С тех пор он не ест белков животного происхождения и продуктов из пшеницы. Употребляет фрукты и орехи. Рак съежился до незначительных размеров, и через три года после постановки диагноза оставшуюся маленькую опухоль удалили. Ни химиотерапии, ни облучения. Сейчас ему девяносто пять лет, он продолжает соревноваться и в беге, и в гребле на байдарках. Исцеление и высокие результаты на марафонах Майк Фремонт связывает только с диетой: в девяносто лет много не набегаешь. Отсутствие мяса и молока в рационе – выбор многих спортсменов, но булка?..
Пшеница – итог борьбы длиной в десять тысяч лет за то, чтобы создать сублимированный концентрат энергии. Вы намазываете масло и икру на продукт, полученный с единственной целью: снизить цену одной калории. В российских магазинах цена пятидесяти килокалорий в булке – чуть больше 90 копеек. А пятьдесят килокалорий в яблоке стоят 11 рублей. До зеленой революции в Индии выращивали двести пятьдесят видов культурных растений, теперь два. Монокультурное сознание уничтожило разнообразие в продуктовой корзине и избавило миллиард людей от голодной смерти. Нам повезло: мы живем в мире изобилия. Но, попав в продуктовый магазин, мы рассуждаем как люди, на последнюю копейку спасающие себя от мучительного голода. Загляните еще раз в свою корзинку – сколько там хлеба, макарон, печенья и есть ли яблоки, салат и кабачки?
Голландцы в своих прибрежных водах искали газ и нефть десятилетиями. Геологи хором говорили, что шельф Северного моря обязан содержать углеводороды. Но уже сотая скважина оказывалась пустой. Буры уходили на три километра в толщу моря и породы дна, но возвращались пустыми. Двести дырок… В июле 1959 года из скважины Slochteren-1 пошел газ. Голландцы открыли самое большое в Европе месторождение: почти три триллиона кубометров метана, смешанного с азотом. И экономика Голландии покатилась… вниз. Газовые доходы подняли курс гульдена, выросли цены на недвижимость, недобывающие отрасли перестали развиваться, расходы на государственное управление взлетели, социальные пособия выросли, экономический рост замедлился. Потом это назвали голландской болезнью. Нидерланды быстро осознали, что поехали не по тем рельсам, сократили добычу газа и снова стали развивать негазовую экономику. Голландия – страна малого бизнеса: в 99 % компаний насчитывается меньше ста человек персонала. При этом Голландия экспортирует товаров больше, чем Россия, со всей нашей нефтью и газом, агропродукции чуть меньше, чем самый крупный мировой игрок в этой области – США. Голландия контролирует больше 80 % мирового рынка цветов. Крупнейшее в Европе месторождение газа решили закрыть, чтобы не садиться на иглу. А я, вслед за Майком Фремонтом, совсем не ем продуктов из пшеницы, чтобы тоже не садиться на иглу. Вы же не топите камин порохом.
Закидываем в рот пару вареных фасолин. Как и пшеница, фасоль состоит из крахмала. Крахмал – это полимер. Он содержит от двухсот до нескольких тысяч глюкозных остатков. Фермент амилаза в слюне дробит длинные полимерные цепочки на более короткие фрагменты, которые амилаза поджелудочной железы и другие ферменты превращают в моносахариды – глюкозу и фруктозу. Концентрация крахмала в бобовых намного ниже, чем в пшенице. Амилаза медленно проникает в бобы, медленно добирается до крахмала и медленно превращает его в короткие цепочки олигосахаридов. Глюкоза тоже появляется в крови медленно, и медленно растет концентрация инсулина. Это дает время на реакции, превращающие глюкозу в гликоген. Излишков глюкозы нет, сырья для производства жира тоже. Чем ниже концентрация крахмала в продукте, тем медленнее процессы и меньше излишков.
Глюкозные остатки в крахмале могут быть собраны по-разному. Если конец одного прилепить к началу другого, получится линейный полимер, или амилоза. У всего есть конец, кроме амилозы: у нее их два. Если глюкозные остатки собрать в пучок, получится клубок с торчащими из него разветвленными цепями, как помпон на лыжной шапочке. Чем разветвленнее цепочки, тем быстрее химические реакции. Амилопектин разваливается сразу, а амилоза сопротивляется долго. Если продукт будет содержать много амилозы и мало амилопектина, уровень инсулина в крови будет расти медленнее. Среднестатистический крахмал состоит примерно на 25 % из амилозы и на 75 % из амилопектина. Но нас интересует крахмал бобов и пшеницы. В пшенице много амилопектина, есть даже особый сорт вакси, полностью состоящий из него. Это чистый порох, в кишечнике детонирует. В пшенице есть особая разновидность крахмала – амилопектин-А. Он вызывает рост концентрации инсулина в крови более существенный, чем чистая глюкоза.
Съедаем булку. В ней много крахмала, а в крахмале много амилопектина. Инсулин взлетает, как воздушный змей в ураган. Единственная разумная реакция клеток – снизить чувствительность рецепторов. Так возникает инсулинорезистентность: инсулин есть, а толку от него нет. В итоге мы получаем сахарный диабет второго типа. Поджелудочная железа исправно качает гормон, а клетки на него не реагируют. Вам теперь нужно больше булки, чтобы получить столько же энергии. «Больше булки» дает больше инсулина, больше инсулина – ниже чувствительность, и поехали раскачивать качели. Инсулинорезистентность – плохая штука, а для марафонца хуже, чем для остальных. КПД становится маленьким. Съел гель по дороге, а ничего не произошло. Чувствительность рецепторов к инсулину низкая, ворота не открываются, глюкоза в клетку не попадает, пульс растет, надежды втаптываются в асфальт.
Съедаем бобы. В них мало крахмала, а тот, что есть, более чем на треть состоит из амилозы. Ферменты медленно отламывают от длинного полимера кусочки, и глюкоза медленно поступает в кровь. Уровень инсулина растет тоже медленно, клетки реагируют повышением чувствительности рецепторов инсулина. Теперь даже малые количества глюкозы и фруктозы, которые могут попасть в кровь через стенки кишечника, доходят до клетки и дают ей энергию.
Некоторые модификации амилозы совсем не расщепляются ферментами желудочно-кишечного тракта. Иногда она покрыта оболочкой из хитина или целлюлозы, иногда собрана в плотные гранулы так, что активным веществам до нее не добраться. Этот крахмал так и называется – резистентный. И он проваливается прямо в толстый кишечник, где его ждут бактерии. Ждут, потому что у них нет никаких шансов получить хоть что-нибудь себе в пищу от съеденной нами пшеницы, которая детонирует еще в тонком кишечнике.
Принимали когда-нибудь сильные антибиотики? Вялость. Ходить-то не хочется, не то что тренироваться. Вы думаете, антибиотики убили ваши клетки? Нет, они не могут действовать на клетки человеческого организма. Антибиотики вместе с вредными бактериями быстро убили миллионы полезных. А когда вы не даете полезным бактериям кушать, вы их убиваете так же, как и антибиотики, но медленно.
Бактерий на нашей коже и внутри нас – сто триллионов штук. Это в десять раз больше количества наших клеток. Весят эти микроорганизмы примерно как наша печень. Совокупно эти бактерии обладают больше чем четырьмя миллионами генов. А геном человека состоит всего из двадцати одной тысячи генов, что вдвое меньше, чем у кукурузы. Четыре миллиона генов синтезируют огромное количество разных белков, из которых собираются структуры, синтезирующие биологически активные вещества. Считайте, что наш кишечник – еще одна железа внутренней секреции. Только мы ее настолько не любим, что она всегда в заднице.
Некоторые бактерии в толстом кишечнике синтезируют короткоцепочечные жирные кислоты из пищевых волокон и стойкого крахмала. Для клеток кишечника эти кислоты – основное питание, они не умеют работать с глюкозой. Нет короткоцепочечных жирных кислот – клетки кишечника болеют, умирают, связи между ними слабнут, яды из органа попадают в кровь и вызывают хроническое воспаление всего организма. Если мы едим одну булку, то бактерии голодают, да и ферментировать для производства жирных кислот нечего.
Если мы не едим легкосгораемых углеводов и не садимся на голландскую иглу, бактерии в нашем кишечнике получают достаточно пищи, хорошо размножаются и добывают энергию из волокон. Так питаются коровы и коалы. Их пищеварительная система, как и наша, сама по себе не может переваривать целлюлозу. Зато в их желудках живут бактерии, которые не только на это способны, но и с удовольствием это делают. Если вырастить колонию таких бактерий в своем желудке, то КПД сгорания пищи возрастет. Запас питательных веществ тоже, вместе с выносливостью.
Каждая из ста триллионов бактерий конкурирует в сложных условиях толстого кишечника за место… чуть не сказал «под солнцем». За много лет они в сложной борьбе научились сосуществовать друг с другом и с организмом хозяина. Что будет, если в организм попадет чужеродный болезнетворный микроб? Да ничего: его съедят. Здоровая колония бактерий – первый рубеж обороны. Хочешь крепкий иммунитет – корми своих бактерий, чтобы они убивали чужих.
На заре промышленного животноводства для ускорения роста кур, коров и свиней им давали антибиотики. Сейчас тоже дают, но не для роста, а для профилактики болезней. Но корове все равно, для чего или от чего эти антибиотики: растет от них она быстрее. Другими словами, антибиотики, убивающие бактерии в кишечнике, увеличивают массу животных. А если бактерий убивать не ими, а пищей без волокон и резистентного крахмала? Все будет точно так же. Нет волокон, нет нужных бактерий – организм начинает делать запасы. Хотите жить без лишних запасов – кормите свои бактерии.
Питание без глютена быстро снижает вес. Частично из-за бактерий, частично из-за хорошо работающего ниппеля, частично из-за высокой чувствительности к инсулину. Но главное: пропадает спонтанное, неосознанное потребление всего съедобного. Желая накормить человечество, мы с беспощадной эффективностью создали очень дешевую еду, насквозь состоящую из пшеницы. Полки любого магазина наполовину заполнены печеньем, булками, макаронами, конфетами и сладкой газировкой. Меню почти любого ресторана включает пиццы, макароны, тосты и крутоны. Если ты решил питаться без булки, вариантов остается немного. Зайти поесть по-быстрому невозможно, все быстрое – из булки. К еде начинаешь относиться осмысленно. Стратегия редкого питания начинает сама собой реализовываться: просто негде по-человечески перекусить. А поскольку кушаешь редко, можешь себе позволить выбрать правильное место – с хорошей кухней и обстановкой.
