Впервые концепцию макронутриентов сформулировал в 1827 году британский физиолог, впоследствии увлекшийся химией, Уильям Праут. По его гипотезе, пища состоит из трех энергетически ценных «столпов жизни», сегодня известных как белки, жиры и углеводы. Французский физиолог Франсуа Мажанди, в свою очередь, предположил, что каждый из «столпов жизни» Праута выполняет в организме свою функцию, а в 1843 году знаменитый немецкий химик Юстус фон Либих опубликовал фундаментальный труд Animal Chemistry («Биохимия животных»), в котором описал эти функции.
Либих был чрезвычайно влиятельным ученым, добившимся впечатляющих успехов в самых различных областях химии. Именно он первым определил азот как основной питательный элемент для растений (тем самым сформировав предпосылки для создания азотных удобрений) и занялся получением питательных экстрактов, которые впоследствии превратились в столь популярные бульонные кубики. И хотя сам Либих никогда не занимался экспериментами в области питания человека, он накопил достаточно материала для теоретических выкладок, основанных на наблюдениях за питанием растений. Поскольку растениям требуется азот, а единственным макронутриентом, содержащим азот, является белок, Либих пришел к выводу, что белок, или протеин, является таким же важным нутриентом для людей (само слово «протеин» образовано от греч. proteios — «первостепенной важности»), предположительно участвует в строении и обновлении тканей организма и служит источником энергии для мышц[120]. В отношении углеводов и жиров Либих объявил, что они участвуют лишь в выделении телесного тепла, но не могут быть использованы как топливо для мышечной работы. Якобы поэтому у эскимосов так много жира: им требуется много тепла, чтобы согреться[121].
Хотя Либих верно предположил, что белки участвуют в строительстве и обновлении тканей организма, его теория об их энергетической роли оказалась ошибочной: получалось, что для движения наш организм, своего рода автомобиль, использовал один вид топлива, а для обогрева — другой. Теперь мы точно знаем, что универсальным источником энергии для мышц являются углеводы и что организм выделяет тепло независимо от того, какой вид топлива в нем сжигается[122]. Хотя наука подтверждает утверждение Либиха о взаимозаменяемости форм различных макронутриентов (действительно, белок есть белок, и неважно, из какого источника он получен), еще мы знаем и о том, что белки, жиры и углеводы, в свою очередь, могут разлагаться на подъединицы (например, заменимые и незаменимые аминокислоты, или крахмал и сахара, или насыщенные и омега-3 жирные кислоты) и что каждая из этих первичных форм по-своему воздействует на наш обмен веществ, причем многие нюансы этого воздействия и по сей день остаются невыясненными.
И все же, несмотря на ошибочность, гипотезы Либиха имели бесспорный положительный эффект, а именно дали толчок бурному развитию химии, посвященной нашему питанию. То есть ученый достиг той самой цели, которую ставил перед собой и которую указал в предисловии к «Биохимии животных». «Моей задачей… является привлечь внимание к тем областям, где пересекаются интересы химии и физиологии, чтобы заставить работать сообща эти две отрасли науки, — писал он. — И если хотя бы одна из гипотез или теорий, приведенных мною в этой работе, подтвердится и принесет пользу в дальнейшем, я буду считать, что достиг своей цели. Ибо каждый новый путь открывает новые возможности, так что наука всегда будет поступательно двигаться вперед»[123].
И новые пути действительно находились — как раз на стыке химии и физиологии, упомянутом Либихом. Уже в 1880-х годах ряд немецких ученых, которые специализировались на питании, вдохновленные идеями Либиха, приступили к исследованиям, которые закрепили за Германией статус столицы нутрициологии и в итоге привели к открытию витаминов[124].
В числе прочего немецкие исследователи не ленились пользоваться бомбовым калориметром для измерения энергетической емкости все новых и новых продуктов. Затем, вооружившись полученными данными, они пошли дальше и с помощью техники экспресс-анализа принялись выяснять химический состав этих продуктов.
В техническом экспресс-анализе, который в усовершенствованном виде ученые используют и по сей день, жиры экстрагируются с помощью других жиров или иных растворителей, и затем измеряется их количество. Количество белка вычисляется по количеству содержащегося в продукте азота. Оставшаяся часть — это углеводы. Экспресс-анализ полезен еще и тем, что позволяет узнать, какая часть продукта сгорела с выделением энергии. К примеру, чтобы определить содержание воды, ученые высушивают продукт и вычисляют разницу его начальной и конечной массы. Чтобы узнать количество минеральных веществ (роль которых в метаболизме еще не до конца ясна), они сжигают продукт в тигельной печи и взвешивают оставшуюся золу. (Минералы как неорганические элементы не содержат углерода и поэтому не горят.){13}
Работа, проделанная этими учеными, весьма и весьма впечатляет, особенно если вспомнить, что существует шесть основных классов нутриентов (компонентов пищи) — белки, углеводы, жиры, вода, минералы и витамины — и был найден способ определить содержание в конкретном продукте каждого из них, за исключением последнего. Дело в том, что в молекулах витаминов содержится углерод, и в результате они сгорали с остальными макронутриентами в бомбовом калориметре. И хотя ученые давно догадывались о существовании витаминов, технический уровень оборудования был недостаточен, чтобы их обнаружить. Ведь в пище витамины содержатся в таких ничтожно малых пропорциях, что даже современные ученые часто вынуждены прибегать к непрямым методам детекции — скажем, путем измерения скорости роста и размножения бактерий, о которых известно, что они зависят от определенного витамина, — нежели определять их количество напрямую.
Не принимая во внимание тот факт, что они могли что-то упустить, немецкие ученые на основе своих исследований составили подробные таблицы содержания белков, жиров, углеводов, воды и минералов в том или ином продукте, то есть, по сути, создали прообраз современных диетологических баз данных. Однако в то время такие таблицы были понятны исключительно специалистам, и вдобавок они не покидали территории Германии. Ни один средний американский обыватель понятия не имел о каких-то там калориях, не говоря уже о белках, жирах и углеводах. Но этому скоро пришел конец. Благодаря работам химика Уилбура Олина Этуотера, наше отношение к еде изменилось навсегда.
