Мозг человека образует новые нейроны: ученые узнали об этом, благодаря ... атомной бомбе!

Эпоха ядерных испытаний оставила неизгладимый след в головах живших тогда людей в виде изотопа углерода 14C. Этот след помог разгадать давнюю загадку о нейронах человеческого мозга.

Группа шведских ученых из Королевского Каролинского института поставила, наконец, точку в спорах, в течение пятнадцати лет не дававших покоя исследователям человеческого мозга: они доказали, что, вопреки распространенному мнению, в мозге взрослых людей могут образовываться новые нейроны. Правда, вырастают они только в одном, очень небольшом участке мозга – в гиппокампе. Статья об этом открытии была опубликована в журнале Cell.

Долгое время считалось, что нейроны – единственные человеческие клетки, которые во взрослом возрасте не делятся. Сомнения в этой позиции, уже успевшей стать общепринятой догмой, возникли в 1998 году — после исследования, проведенного также шведами, которое показало, что новые нейроны в мозгу рождаются на протяжении всей жизни человека. В той работе ученые вводили в мозг пациентов, согласившихся на посмертное исследование, специальное соединение, которое применялось для контроля за делением клеток раковой опухоли, маркируя вновь появившиеся.

Этот маркер при посмертном обследовании позволил обнаружить новые нейроны, родившиеся уже после инъекции, но обнаружены они были только в гиппокампе — области человеческого мозга, отвечающей за память и обучение.

Однако в дальнейшем выяснилось, что это соединение-маркер токсично, и поэтому повторные эксперименты подобного типа больше не проводились, а вопрос о «ротации» нейронов надолго повис в воздухе. 10 лет назад Кирсти Сполден, невролог из Каролинского института, первый автор вчерашней статьи в Cell, по совету своего коллеги и соавтора Джонаса Фризена решила подойти к вопросу с неожиданной стороны и прибегнуть к помощи… атомных взрывов.

Ее группа воспользовалась тем обстоятельством, что наземные ядерные испытания, проведенные в США и СССР в пятидесятые и шестидесятые годы, «обогатили» земную атмосферу удвоенным количеством долгоживущего изотопа углерода 14С. Лишь в 1963 году договором испытания были запрещены в трех средах — космическом пространстве, атмосфере и под водой.

Клетки живых организмов в момент деления потребляют атмосферный углерод, поэтому, если человеческие нейроны делятся, то «атомные» годы должны были оставить след не только в воспоминаниях живших тогда людей, но и в сердцах, костях, мягких тканях и мозгах.

Отделить «загрязненные» нейроны от тех, что образовались до атомной эры, оказалось непростой задачей. Изотоп углерода в лучшем случае может присутствовать лишь в одной из пятнадцати ДНК нейронных клеток, и, по словам Сполден, было очень трудно выделить его из шести граммов ткани гиппокампа. Первые пять лет работы ушли на поиск эффективного метода отделения 20 миллионов нейронов от клеток других типов.

Метод в конце концов был найден, и следующие пять лет ушли на то, чтобы научиться выделять из нейронов их ДНК и затем отсортировать атомы углерода по весу, чтобы, наконец, получить процентное содержание углерода-14.

И лишь после всех этих кажущихся безрезультатными десяти лет исследователи получили возможность приступить к непосредственным исследованиям.

Они выделили гиппокампы из мозга 55 умерших людей (при жизни давших согласие на такое исследование), отсортировали их по клеткам, извлекли ДНК из полученных нейронов и отправили генетический материал в Ливерморскую национальную лабораторию.

Там этот материал превратили в таблетки из чистого углерода и с помощью ускорителя частиц разделили содержащиеся в таблетках атомы по весу, что в конечном счете позволило определить соотношение 14С к 12С.Сподинг и Фризен с коллегами, разработали математическую модель, позволявшую из этих соотношений выяснить, рождаются ли во взрослом мозгу новые нейроны, а если рождаются, то с какой частотой.

Выяснилось в результате, что действительно есть нейроны, несущие в своих ДНК радиоактивные следы ядерных испытаний и появившиеся у своих носителей уже во взрослом возрасте.

Выяснилось также, что каждый день в гиппокампе рождается примерно 1400 новых нейронов. Иначе говоря, более трети нейронов гиппокампа регулярно заменяются новыми.

«Одни клетки умирают, другие занимают их место, — говорит Сполдинг. – Это постоянный поток жизни и смерти».

Поставив точку в одном вопросе, ученые, как всегда, получили взамен новые вопросы. Почему мозг человека воспроизводит нейроны только там, а не по всему своему объему, как это происходит у некоторых видов рептилий, рыб, лягушек и птиц? И почему нейроны рождаются именно в гиппокампе? Что это – эволюционная необходимость или уже ненужный эволюционный рудимент? На эти вопросы ученым еще только предстоит ответить.

В 1938 году немецкие учёные Отто Ган и Фриц Штрасснер первыми в мире расщепили ядро урана. Вскоре стало известно, что в определённых условиях эта реакция может приобрести взрывной характер. А летом 1939 года в научной прессе Европы уже в полный голос заговорили о перспективах использования в разрушительных целях той колоссальной энергии, которая выделяется при делении атомного ядра. Началась гонка за новым оружием, равного которому мир ещё не знал.

В немецком урановом проекте был задействован ряд выдающихся учёных: О. Ган, В. Гейзенберг, Г. Гейгер и другие. Но изготовить ядерную бомбу до конца войны нацисты так и не успели. А одним из самых прочных гвоздей в гроб немецкой ядерной программы стали события в Норвегии в 1942–1943 годах.

Все яйца в одной корзине

Немцы никогда не были настоящими лидерами атомной гонки по многим причинам. Например, руководство рейха долгое время не видело смысла вкладывать ресурсы в проекты, выглядевшие слишком долгосрочными, — зачем это, если Европа и так пала к ногам фюрера?

Учёные Третьего рейха, в свою очередь, шли путём проб и ошибок, и последних оказывалось слишком много. Одним из ключевых «проколов» немцев стал выбор замедлителя для уранового реактора. Из-за дешевизны и широкого распространения наилучшим вариантом казался графит. Но в 1941 году немецкий физик Гейдельбергского университета Вальтер Боте заявил, что использовать этот материал невозможно.

Долгое время считалось, что именно ошибка Боте привела к тому, что немцы сделали выбор в пользу дорогостоящей и дефицитной тяжёлой воды. В реальности всё было немного сложней. На самом деле Боте не ошибся! Для реактора нужен был кристально чистый графит, а вещество, с которым проводились опыты в Гейдельберге, содержало ничтожную примесь бора, который и портил всю картину. Так что учёный был прав, такой графит и вправду не подходил. Вот только выводы из этого немцы сделали слишком радикальные. И вместо того, чтобы получить более чистый графит, отказались от него вовсе.

С тех пор тяжёлая вода приобрела критическую важность для немецкого уранового проекта. А главным мировым её производителем был завод на электростанции Веморк близ города Рьюкана в Норвегии, находившейся под нацистской оккупацией с 1940 года.

«Незнакомец» ломает шею

Современный макет немецкого атомного реактора времён Второй мировойС 1941-го сведения об увеличении поставок тяжёлой воды из Норвегии в Германию и наращивании производственных мощностей завода в Веморке сильно беспокоили британскую разведку. Англичане хотели сровнять завод с землёй при помощи бомбардировщиков, но позже отказались от этой идеи. Во-первых, цеха завода были прочными, а линия по производству тяжёлой воды располагалась под землёй. Во-вторых, на территории завода находились цистерны с жидким аммиаком. Всего одна бомба — и мирных жителей города ждала бы незавидная участь.

Тогда штаб специальных операций предложил забросить в Норвегию диверсионную группу. В состав команды, получившей кодовое название «Ласточка», вошли четверо норвежских добровольцев. 15 октября 1942 года, после интенсивных тренировок, их высадили на пустынном плато Хардангер. Норвежцы играли роль передового отряда. Они должны были провести разведку и подготовить посадочную площадку для планеров с английскими десантниками, на которых возлагалась задача атаковать и уничтожить завод. Операция получила название «Freshman» (в русскоязычных источниках — операция «Незнакомец»).

Высадка группы «Ласточка» прошла скверно. Двое суток они занимались поисками и сбором оружия, провианта и снаряжения, а выйти к своей основной базе диверсантам удалось только к 6 ноября. Через три дня группа доложила в Лондон, что в районе Веморка размещён мощный гарнизон, а сооружения надёжно укреплены. Может быть, от высадки десанта и отказались бы, но в начале ноября до Англии добрался главный инженер «приговорённого» завода. Он привёз подробные чертежи и свежую информацию о производстве.

Общий вид электростанции Веморк в Рьюкане. Фото времён Второй мировой войны19 ноября два бомбардировщика «Галифакс» подняли в воздух планеры с 34 десантниками и взяли курс на Норвегию. О том, что случилось дальше, стало известно уже после окончания войны.

Первый самолёт, не найдя ориентира для посадки, врезался в горный склон в полутора десятках километров от берега. Планер, отцепленный от него, упал примерно в восьми километрах от бомбардировщика. Немецкий отряд, прибывший к месту катастрофы, доставил выживших англичан в город Эгерсунне, где после короткого допроса их расстреляли.

Второй «Галифакс» долго кружил над местом высадки, но не смог найти места для посадки и лёг на обратный курс. Погода испортилась, началось обледенение. Буксирный трос лопнул, и пилоты решили, что оторвавшийся планер рухнул в море. На самом деле он разбился в 160 километрах от места высадки. Погибли пилот, командир отряда и семеро десантников. Немцы перехватили доклад о потерянном планере и также захватили в плен всех выживших англичан. Их постигла та же трагическая участь.

Чистая работа лейтенанта Рёнеберга

Больше четырёх месяцев норвежцы из группы «Ласточка» прожили в старом охотничьем домике на Хардангерском плато, передавая информацию о ситуации вокруг завода. Диверсанты голодали, вся группа была больна. А в Англии готовилась вторая атака на завод.

На этот раз подготовку диверсионной группы поручили норвежскому лейтенанту Иоахиму Рёнебергу. Он подобрал пятерых добровольцев из норвежской отдельной роты № 1, сформированной в 1941 году в Шотландии специально для разведывательно-диверсионных мероприятий в оккупированной Норвегии. Каждого бойца обучили работе со взрывчаткой и детонаторами, группа тренировалась на макете станции, тщательно изучила аэрофотоснимки Веморка.

Из Норвегии между тем поступали сведения, что немцы настороже и ждут нового нападения. Группу было решено высадить в стороне от завода. 17 февраля 1943 года бойцы лейтенанта Рёнеберга высадились в нескольких десятках километров от Веморка. Несколько дней ушло на поиски контейнеров со снаряжением и четвёрки из группы «Ласточка».

Поздним вечером 26 февраля шестеро норвежцев (двоих оставили в базовом лагере у рации) вышли на исходный рубеж — горный склон в трёх километрах севернее Веморка. На следующий день, после разведки, диверсанты взяли оружие и взрывчатку и начали спуск к заводу по склону ущелья. Переждав смену караула, группа разделилась. Пока подрывники пробирались внутрь, группа прикрытия проделала проход в заграждении у железнодорожного моста, нужный для отхода.

Это ущелье пришлось преодолевать диверсантам в феврале 1943 годаПодрывники зашли в здание через тоннель для электрических кабелей. По нему они пробрались в цех концентрации тяжёлой воды. Единственного рабочего, случайно оказавшегося в помещении в это время, держали под прицелом пистолета до тех пор, пока не были заминированы все восемнадцать электролизных баков. Для того чтобы немцы не устроили репрессий против местных, на пол бросили пару знаков различия английских парашютистов. Закончив работу, норвежцы приказали рабочему спасаться и сами бросились наутёк. Взрыв раздался, когда группа подрывников соединилась с группой прикрытия и вышла на мост. Толстые бетонные стены поглотили его настолько, что вой тревожной сирены прозвучал гораздо громче

Буран скрыл следы норвежцев. Группа снова разделилась: люди лейтенанта Рёнеберга отправились к границе с нейтральной Швецией, а группа «Ласточка» вернулась обратно в Норвегию. Вскоре в Лондон пришла шифрограмма, в которой говорилось о полном уничтожении установок по производству тяжёлой воды в Веморке.

Немцам не удалось схватить ни одного участника нападения на завод. Само предприятие было парализовано на несколько месяцев. Остатки тяжёлой воды, которые немцы вскоре попытались вывезти в Германию, отправились на дно озера Тинше вместе с паромом, взорванным норвежским Сопротивлением.

Эта операция, которую сами немцы назвали блестящей, в буквальном смысле слова отправила немецкую ядерную программу в нокаут. И без того проблемная отрасль окончательно превратилась в малоперспективную. После войны, когда сотрудники западных спецслужб и учёные оценили достижения Германии, они сами удивились, насколько немцы были далеки от создания ядерной бомбы.

Автор текста: Владимир Пинаев

Источники:

Ирвинг Д. Вирусный флигель. М.: Атомиздат, 1969.
He hid not know of the A-bomb plan. A Story about Joachim Rønneberg: http://www.ronneberg.org/Stories/joachim.html.
Gallagher, T. Assault In Norway: Sabotaging the Nazi Nuclear Program. Guilford, Connecticut: The Lyons Press, 2002.
Иойрыш А. И., Морохов И. Д., Иванов С. К. А-бомба. М.: Наука, 1980.