Зачем канареек загнали в шахты, что отравляло жизнь шахтерам вплоть до XX века, почему ученый добровольно дышал угарным газом и причем тут теракты 11 сентября 2001 года, рассказывает рубрика «История науки» на Indicator.Ru.

Кошки, птички и два Холдейна

Кошки, которые более чувствительны и начинают «танцевать», дергаясь в конвульсиях еще до того, как люди начали чувствовать симптомы отравления ртутью… Домашняя птица, массовая гибель которой предупреждает об утечке полихлорированных дифенилов… По-английски их называют sentinel species – виды-индикаторы, более чувствительные к вредному воздействию, чем человек. Но самый известный – конечно, канарейка. Эти маленькие желтые птички – одомашненный подвид Serinus canaria, вьюрка с Канарских островов – спасли жизни тысяч шахтеров (часто ценой собственных).

Дело в том, что у многих птиц обмен веществ быстрее, что и позволяет им летать – именно поэтому температура их тела выше, чем у среднего млекопитающего. А канарейки еще и маленькие, поэтому для отравления угарным газом им нужна меньшая концентрация, чем человеку. Из-за этой особенности в шахтах, где CO и другие токсичные газы могут убить рабочих, канарейка часто становилась индикатором – как только она перестает щебетать и падает с жердочки, людям пора выбираться наружу. Недаром Курт Воннегут сравнивал с канарейками в шахте писателей и вообще людей искусства – ведь именно они наиболее чувствительны к изменениям в обществе. Первый сборник его рассказов в русском переводе так и называется – «Канарейка в шахте».

Предложил использовать канареек для этой цели британский ученый Джон Холдейн, только не известный многим Джон Холдейн – генетик и эволюционист, автор теории абиогенеза, а его отец с кафедры физиологии Оксфордского университета. Джон Холдейн-старший занимался изучением дыхания человека и воздействием различных газов на нашу дыхательную систему.

Газовая камера, кислородные палатки и воздушные мешки

Во время Первой мировой он изобрел одну из моделей противогаза, он же разработал метод помощи жертвам газовых атак – терапию с помощью кислородной палатки, которой можно накрывать пострадавшего. Изучал Холдейн и кессонную болезнь, от которой страдали водолазы, слишком быстро всплывавшие после погружения. С уменьшением давления воды во время всплытия давление газовой смеси, которой дышит подводник, тоже уменьшается. В результате кровь человека перенасыщается азотом, который начинает выделяться в виде пузырьков – кровь словно «закипает», а пузырьки могут травмировать сосуды и ткани.

Именно Холдейн открыл эффект, названный в его честь – способность кислорода вытеснять углекислый газ, «отбирая» у него гемоглобин, при повышении количества кислорода в легких и крови. Занимался он и окисью углерода, которая в прямом смысле отравляла шахтерам жизнь. Но тогда об этом никто не знал.

Холдейн изучал тела погибших после взрывов шахтеров и обратил внимание на покраснение их кожи. Чтобы разобраться, какой газ в этом виноват, ученый провел опыты на себе, описав, как на организм действует нагнетаемый в закрытую комнату угарный газ. В результате его лицо тоже покраснело. Собрав эту информацию воедино, ученый понял, что большая часть шахтеров гибнет от удушья, угарный газ в 200 раз вероятнее, чем кислород, связывается с гемоглобином крови. Этот газ был компонентом ядовитой смеси, которая образовывалась от взрывов рудничного газа. При концентрации угарного газа всего в 0,1% половина гемоглобина крови связывается с ним, а не с кислородом, которого в атмосфере примерно 16%.

Но угарный газ коварен, не имеет цвета и запаха, и пока шахтер заметит отравление, может быть уже слишком поздно. Поэтому Холдейн предложил использовать маленьких животных, которые быстрее проявят признаки отравления, – белых мышей или канареек. Однако белые мыши могут сидеть тихо, даже если ничего не случилось, а канарейки постоянно щебечут и поют, поэтому, замолкнув, они обратят на себя больше внимания. Кроме того, у канареек, как у большинства птиц, сложная дыхательная система, в которую входят дополнительные воздушные мешки, поэтому они получают дозу кислорода (или отравляющих газов) дважды: во время вдоха и на выдохе. Поэтому, будь канарейка размером с человека (и имей она более медленный метаболизм), она все равно погибла бы раньше.

Пой мне еще

Использовать этих птиц в маленьких деревянных или стальных клетках начали незадолго до Первой мировой войны. Всего через 10-15 лет после этого были изобретены первые газовые детекторы, патент на которые был получен в 1927 году. Изобрели детектор Чарльз Лоу и Честер Гордон, работавшие в тот момент в American Telephone and Telegraph Company. Устройство было основано на том, что хлорид палладия реагирует с угарным газом. Чтобы хранить такие детекторы и не портить их до того момента, пока их привезут в шахту, хлорид палладия заключали в стеклянную капсулу.

Казалось бы, тут-то и пора бы выпустить канареек из шахт, однако существующая конструкция была неудобной, да и палладий – материал недешевый. И пока детекторы медленно проходили свой путь от громоздких приборов размером со шкаф или хрупких стеклянных трубок до удобного переносного устройства, канарейки в Великобритании, Канаде, США и других странах продолжали гибнуть, предупреждая шахтеров об опасности.

И только в 1986 году целых 200 птиц получили «отставку» в шахтах Великобритании, уступив место автоматике. В 1999 году их судьба постигла и пони, вынужденных возить тележки с углем – вагонетки тоже повсеместно стали автоматическими.

В память о маленьких птичках, замолкающих в случае опасности, появилось выражение warrant canary (буквально – «гарантирующая канарейка»). После принятого в связи с террористической атакой на башни-близнецы в 2001 году «Патриотического акта» в США правительство получило полномочия направить провайдеру секретный ордер на слежку за пользователями. Компании не могут разглашать факт получения такого ордера, но могут уведомлять, что в данный момент слежка не ведется. Когда они получают приказ следить за пользователем, такое уведомление исчезает, словно падающая с жердочки канарейка, отравленная угарным газом.

В 2015 году исследовательский центр Гарвардского университета по киберпространство совместно с правозащитной организацией Electronic Frontier Foundation, Университетом Нью-Йорка и Calyx.net запустили сайт CanaryWatch.org, на котором собирали все «свидетельства канарейки», которые удалось найти – например, пропажу сакраментальной фразы о слежке в отчетах компании Apple с июля 2013 по июнь 2014. В 2016 году обновляться сайт перестал: по словам создателей, собравших около 70 «свидетельств канарейки», факт слежки был доказан, что и было их целью.