Текст
                    11-12
2000


¥ Г
Химия и жизнь — XXI век Ежемесячный научно- популяры ый журнал Мы не знаем, что будет завтра; наше дело — быть счастливыми сегодня. Сидней Смит %уу~ НА ОБЛОЖКЕ — рисунок А. Кукушкина к статье «Все живое завязано нитью» НА ВТОРОЙ СТРАНИЦЕ ОБЛОЖКИ - картина Джорджа де Кирико «Гектор и Андромаха». Подлинность образов великого героя и его жены вызывает некоторое сомнение. Возможно, это были первые опыты по моделированию в биологии. О том, как это делают сейчас читайте в статье «Виртуальный биологический музей как зеркало компьютерной революции»
СОВЕТ УЧРЕДИТЕЛЕЙ: Компания «РОСПРОМ» М.Ю.Додонов Московский Комитет образования А.Л.Семенов, В.А.Носкин Институт новых технологий образования Е.И.Булин-Соколова Компания «Химия и жизнь» Л.Н.Стрельникова Зарегистрирован в Комитете РФ по печати 17 мая 1996 г., рег.№ 014823 НОМЕР ПОДГОТОВИЛИ: Главный редактор Л.Н.Стрельникова Главный художник А.В.Астрин Ответственный секретарь Н.Д.Соколов Зав. редакцией Е.А.Горина Редакторы и обозреватели Б.А.Альтшулер, В.С.Артамонова, Л.А.Ашкинази, Л.И.Верховский, В.Е.Жвирблис, Ю.И.Зварич, Е.В.Клещенко, С.М.Комаров, М.Б.Литвинов, О.В.Рындина, В.К.Черникова Производство Т.М.Макарова Служба информации В. В. Бл агути на Агентство Информ Наука Т.Б.Пичугина, Н.В.Коханович textmaster@informriauka.ru Подписано в печать 19.12.2000 Допечатный процесс ООО «Марк Принт энд Паблишер», тел.: @95) 924-96-88 Отпечатано в типографии «Финтрекс» Адрес редакции 107005 Москва. Лефортовский пер.. 8 Телефон для справок: @95) 267-54-18, e-mail: chelife@informnauka.ru Ищите нас в Интернет по адресам: http://www.chem. msu.su:8081/rus/journals/ chemlife/welcome.html; http://www.aha.ru/~hj/; http://www.informnauka.ru При перепечатке материалов ссылка на «Химию и жизнь — XXI век» обязательна. Подписные индексы: в каталоге «Роспечать» — 72231 и 72232 в Объединенном каталоге «Вся пресса» - 88763 и 88764 © Издательство научно-популярной литературы «Химия и жизнь» Новосибирские ученые сделали лекарство, которое вынуждает раковую клетку покончить жизнь самоубийством. Иными словами, ученым удалось запустить в опухолевой клетке механизм запрограммированной гибели (апоптоз), предусмотренный эволюцией. РАЗМЫШЛЕНИЯ Все живое сплетено, связано, соткано из нитей — биологических макромолекул. Если разобрать на составляющие любую часть организма, любой кусочек ткани, мы не найдем ничего, кроме нитей. Для самих живых существ это незаметно лишь потому, что нити очень тонки и плотно упакованы. Роальд Хоффман ПОЧЕМУ МЫ ПРЕДПОЧИТАЕМ ЕСТЕСТВЕННОЕ? 10 О.А.Гомазков ФАВОРИТ 18 Х.П.Тирас ВИРТУАЛЬНЫЙ БИОЛОГИЧЕСКИЙ МУЗЕЙ КАК ЗЕРКАЛО КОМПЬЮТЕРНОЙ РЕВОЛЮЦИИ 24 М.Н.Копылович КОМПЬЮТЕР В ХИМИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ, ИЛИ ЗАЧЕМ ПОПУ ГАРМОНЬ 30 А.В.Кулик ВСЕ ЖИВОЕ ЗАВЯЗАНО НИТЬЮ 32 В.В.Александрин ЧИКАТИЛЕПСИЯ 36 Е.Краснова ТРАГИЧЕСКАЯ ДРУЖБА ЛЮДЕЙ И ТЮЛЕНЕЙ 41 М.А.Жутиков МЕТАСТАЗЫ ЦИВИЛИЗАЦИИ 44 П.Ю.Черносвитов КАК ЛЕТАЛИ В МЕЗОЗОЕ 50 ВЕЩИ И ВЕЩЕСТВА При поддержке Института «Открытое общество» (Фонд Сороса). Россия»
50 Формула «убийство ради убийства» все же имеет биологические корни, а не только социальные: в организме животных и человека существует нечто, что при определенных условиях может запустить эту программу поведения. А ПОЧЕМУ БЫ И НЕТ? Птеродактиль действительно был летающим хищником, но очень небольших размеров, примерно с нашу ворону. Настоящие летающие монстры, которых зовут птеранодонами, были куда больше. Сравнительно недавно обнаружили костяк особи, размах крыльев которой составлял 16 метров! Почти как у современного бомбардировщика. Но как же этот гигантский ящер мог летать? О.Куликова, А.Шеховцов О ВЕДУЩЕЙ РОЛИ ХВОСТА В ЭВОЛЮЦИИ 56 КУХНЯ ПОГОДЫ 58 А.В.Астрин НАБЛЮДЕНИЕ ЗА НАБЛЮДАЮЩИМИ 60 К.Эрик Дрекслер ПРОБЛЕМА ЧУШИ В НАНОТЕХНОЛОГИИ 61 Л.И.Хмельницкий НЕСЛУЖЕБНЫЙ ОТЧЕТ О КОМАНДИРОВКЕ 70 М .Левицкий ХИМИЯ И МОДА 76 К.Крутских НОВЫЙ ПИГМАЛИОН 80 УКАЗАТЕЛЬ СТАТЕЙ, ИНФОРМНАУКА НОВОСТИ НАУКИ РАЗНЫЕ РАЗНОСТИ ШКОЛЬНЫЙ КЛУБ 4, 68, 84 16 48 64 ОПУБЛИКОВАННЫХ В 2000 ГОДУ КОРОТКИЕ ЗАМЕТКИ ПИШУТ, ЧТО 92 94 94 «СОСТАВ незамерзающей ЖИДКОСТИ ДЛЯ СТЕКОЛ АВТОМОБИЛЯ» ПЕРВАЯ ПРЕМИЯ 5000 ВТОРАЯ ПРЕМИЯ 2000 ТРЕТЬЯ ПРЕМИЯ 500 ДОЛЛАРОВ Конкурс объявляет ООО «Новые рациональные технологии» Материалы на конкурс вместе с опытным образцом нужно прислать до 28 февраля. ОБ УСЛОВИЯ^ КОНКУРС/Г ИНФОРМАЦИЯ 91 ПЕРЕПИСКА 96
Присуждены Демидовские премии за 2000 год В.П.Маслов Р.В.Петров Т.И.Заславская Демидовские премии (Россия) за выдающийся вклад в науку (по 10 тысяч долларов каждая) за 2000 год присуждены в ноябре четырем российским ученым: академику Маслову Виктору Павловичу, заведующему лабораторией Института проблем механики РАН и кафедрой квантовой статистики и теории поля Физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова, — за выдающийся вклад в развитие математики, математической физики, дифференциальных уравнений, функционального анализа и квантовой физики; академику Семихатову Николаю Александровичу — за выдающийся вклад в развитие теории, методологии проектирования, разработку и изготовление систем управления движущихся объектов, работающих в экстремальных условиях; академику Петрову Рэму Викторовичу, вице-президенту РАН, — за выдающийся вклад в решение фундаментальных и прикладных проблем иммунологии, аллергологии и иммуногенетики, в развитие иммунологии в России; академику Заславской Татьяне Ивановне, почетному президенту ВЦИОМ, — за выдающийся вклад в создание основ российской экономической социологии, решение крупных проблем в области экономики и социологии труда. Торжественное вручение Демидовских премий лауреатам 2000 г. состоится 8 февраля 2001 г. в Екатеринбурге. Напоминаем, что Демидовскую премию учредил в 1831 году меценат Павел Николаевич Демидов из известной уральской династии российских горнопромышленников. Присуждала премию экспертная комиссия Императорской Академии наук. По положению эту премию должны были ежегодно вручать с момента ее учреждения и еще в течение 25 лет после смерти П.Демидова. За этот период — с 1832 г. по 1865 г. — премию получили 58 выдающихся ученых. Среди них — Данилевский А.И. (история), Крузенштерн И.Ф. (география), Погодин М.П. (филология), Врангель Ф.П. (география), Пирогов Н.И. (медицина), Клаус К.К. (химия), Менделеев Д.И. (химия). С 1866 года по 1992 год премию не присуждали. И лишь в 1993 году традиция была возрождена усилиями Президиума Российской академии наук и губернатора Свердловской области Э.Э.Росселя. Создан Научный Демидовский фонд, работой которого руководят сопредседатели попечительского совета фонда Месяц Г.А., вице-президент Российской академии наук, и Тимофеев Н.И., президент Уральской Золото-Платиновой компании. Члены попечительского совета— ГайдаА.В., представитель правительства Свердловской области, Гусев О.А., председатель правления АКБ «Золото- Платина Банк», Романов Е.П., главный ученый секретарь Уральского отделения РАН. После более чем столетнего перерыва Демидовские премии впервые в новейшей российской истории вручили в 1993 году, а в 2000 г. лауреаты определены уже в
восьмой раз. Премии присуждают по шести номинациям — физика, математика, химия, биология, науки о Земле, гуманитарные науки; каждый год— по трем номинациям. Лауреатов определяют экспертные комиссии по шести направлениям, в состав которых входит более 50 академиков РАН. За последние восемь лет Демидовские премии присуждены 32 российским ученым. Среди них — Алферов Ж.И. (физика), Вонсовский СВ. (физика), Кочетков Н.К. (химия), Раушенбах Б.В. (механика), Баев А.А. (биология), Покровский Н.Н. (история), Лаверов Н.П. (науки о Земле), Челышев Е.П. (филология), Гончар А.А. (математика). Робот чистит небоскребы Робота, который может передвигаться по стенам высотных зданий, залезать на крышу, в окна, скон- стурировали в Лаборатории робототехники и механотроники под руководством профессора В.Г.Гра- децкого (Институт проблем механики РАН). Эта машина хорошо приспособлена для чистки и ремонта небоскребов. Как проникнуть в горящее здание, расчистить завал, заделать швы на большой высоте без риска для жизни? Ученые из лаборатории робототехники и механотроники Института проблем механики РАН полагают, что с самыми сложными задачами в экстремальных ситуациях могут справиться роботы. Их последняя разработка — робот для обслуживания небоскребов. Прямоугольную машину длиной около полуметра устанавливают на стену здания. Встроенный вентилятор откачивает воздух из нижнего отсека, вплотную примыкающего к стене. Благодаря мощным вакуумным присоскам робот цепко держится на вертикальной поверхности и может нести груз до пяти килограмм, а колесный привод позволяет ему двигаться со скоростью один метр в секунду. Образно говоря, передвигается эта машина подобно гигантской улитке. Роботу-высотнику не страшны жара и дождь, даже обледенелую стену он преодолевает без труда. На него можно установить различные приспособления для чистки или ремонта здания: щетки, моющий пылесос, распылитель краски, компактный сварочный аппарат, диагностические приборы, видеокамеру — в зависимости от заказа. Робот-высотник может переходить с поверхности на поверхность, например со стены на потолок, затем на другую стену, пройти по полу и опять взобраться на стену. Дело в том, что машина состоит из двух частей, соединенных шарниром. Если надо перейти со стены на крышу здания, то робот раскладывается на две части, как книга. Одна его часть перегибается под нужным углом и цепляется присосками за поверхность, в данном случае — за крышу здания, а та, что осталась на стене, отцепляется и перекидывается через угол, и робот опять складывается. Похожим образом действует гусеница, когда ей нужно перебраться на противоположную сторону листа или на ветку. Таким образом, машина может преодолевать любые углы, например обогнуть козырек перед крышей здания, проникнуть в окно и даже перелезть через забор. Робот питается от сети, поэтому за ним тянется тонкий провод. Казалось бы, это неудобно. Однако конструкторы не расценивают сетевой провод как помеху. Ведь если поставить на робота аккумуляторы, то он будет весить заметно больше, да и работать сможет минут тридцать. Так что с сетевым шнуром мирятся во всех странах. Роботом управляет оператор, который постоянно держит его в поле зрения монитора, получая данные от видеокамеры и используя различные датчики. Весит такой робот около 20 килограмм. Робот-высотник — передовая разработка в области ползающих роботов. До этого в России не было подобных устройств, да и за границей похожие машины появились всего лет пять назад, когда стало очевидно, что наука просто обязана помочь людям в экстремальных ситуациях. Видимо, настало время легких и дешевых машин, которые должны заменить рабочих и спасателей. Над созданием аналогичных роботов трудятся ученые Европы, США, Японии и Китая. Московские механики еще не показывали своего робота-высотника на выставках, но запатентовали это изобретение и рассказали о его возможностях на международном симпозиуме «Ползающие и шагающие роботы», проходившем в Испании в октябре этого года. Минеплен и катастрофа в Австрии Подмосковные ученые из НПО «Композит» (гор. Королев) под руководством Б.Ф.Пронина разработали противостоящий пожару ком- позиционный материал, которым можно отделывать, например, вагоны метро, и испытали его в условиях, максимально приближенных к возможной катастрофе. 5
11 ноября в Австрии случилась катастрофа — в туннеле загорелся поезд метро, доставлявший горнолыжников к леднику Капрун. Более 150 человек погибли, причем большинство из них задохнулись от дыма. Подмосковные ученые считают, что подобной катастрофы можно было избежать, если бы вагончики поезда были отделаны негорючими материалами. Один из таких материалов, минеплен (минеральный негорючий пластик), они разработали еще в начале девяностых годов. Этот материал представляет собой стеклоткань, которая пропитана минеральным связующим и выдерживает температуру до 1200°С. Самое главное, что даже при столь высокой температуре из этого материала не выделяются токсичные вещества. А ведь именно из- за ядовитых продуктов распада обычных пластиков при пожаре гибнут люди. У этих материалов своя история. Сначала их разрабатывали для тепловой защиты ракетной техники. Но в начале девяностых годов эту военную технологию ученые решили применить для мирной продукции. Одна из идей: отделывать негорючим и не выделяющим при нагреве вредных веществ материалом вагоны метро, каюты кораблей, вестибюли зданий, шахты лифтов и другие объекты, где даже небольшой пожар приводит к катастрофе. Вот, например, как произошла катастрофа в австрийских горах. Поезд метро состоит из трех вагончиков. Уже при въезде в туннель наблюдатели заметили, что из второго вагон сыплются искры. Однако поезд все-таки въехал в тоннель. Видимо, поток воздуха в нем раздул огонь, и вскоре весь второй вагон был объят пламенем. Некоторым людям повезло: они находились в третьем вагоне, сумели разбить стекла, убежали назад и спаслись. А те, кто ехал впереди, погибли. Они тоже разбили стекла, но были вынуждены бежать вперед. Именно туда ветер и гнал ядовитый дым. При изготовлении негорючего материала главное взять такое вещество, которое не взаимодействует с кислородом. Лучше всего для этого подходит какой-нибудь оксид, например оксид кремния, то есть стекло. При нагреве оно не горит, а лишь плавится. Но со стеклом трудно работать: лист стекла невозможно согнуть, от малейшего удара он раскалывается. Поэтому ученые берут стекло в виде стеклоткани и пропитывают ее неорганическим связующим, расплавом солей. Чтобы получить изделие, материал формуют в горячем виде. В простейшем случае это лист, которым можно отделывать помещение или вагон. Вещество, которое долго не разрушается при высокой температуре, — это не только препятствие на пути огня, но и тепловая защита. Например, между двух негорючих листов можно расположить прослойку материала, который плохо проводит тепло, но хорошо горит. Получится негорючая, не проводящая тепло панель. В НПО «Композит» разработали оборудование для изготовления из минеп- лена отделки для вагонов метро. Во время испытаний материал достаточно долго выдерживал пожар и лишь через некоторое время начал обугливаться. По международной классификации минеплен был отнесен к классу негорючих, а продукты его разложения — к классу малоопасных веществ. «К сожалению, — говорит руководитель группы Б.Ф.Пронин, — пока не удается добиться широкого применения нашего материала. Специалисты из других стран проявляют к нему интерес, но минеплену надой пройти международную сертификацию. В нашей стране сказывается и инерция мышления, и необходимость менять технологию работ. Однако необходимо заботится о безопасности подземного транспорта, ведь катастрофа, которая случилась в Австрии, может повториться где-нибудь в другом месте. И если есть возможность снизить риск, то это надо обязательно делать!» Вынужденное самоубийство раковых клеток Новосибирские ученые предложили новый принцип уничтожения клеток. Этот принцип они реализовали в уникальной разработке, позволяющей заставить раковую клетку покончить жизнь самоубийством без каких-либо последствий для организма. Для создания лекарства, столь необходимого человечеству, требуется 3-4 года и 8-10 млн. долларов, то есть нужен серьезный стратегический инвестор. Природа предусмотрела все, в том числе и механизмы исцеления организма. И нередко задача исследователя состоит в том, чтобы разгадать эти механизмы и научиться использовать их во благо человека. Когда это удается сделать, то на свет появляются новые лекарства или подходы к лечению. Но может ли природа подсказать решение самой волнующей проблемы человечества — излечение от рака? Оказывается, может, и называется эта подсказка «апоптоз» (запрограммированная клеточная гибель). Достаточно сказать, что путем апоптоза совершенно безболезненно и без внутренней интоксикации «рассасываются» клетки промежуточных органов у развивающегося эмбриона человека (например, жабры и хвосты). Во взрослом организме каждый день самоуничтожаются миллиарды старых клеток, материал которых идет на строительство новых, а мы этого даже и не замечаем, поскольку зто естественный и безболезненный процесс, придуманный природой и обкатанный эволюцией. Сегодня апоптоз изучают во всем мире. Уже известно, что при апоптозе разрушаются мембраны внутриклеточных структур, например митохондрий, а клеточная мембрана остается целой. В этом случае клетка буквально пожирает сама себя изнутри без каких-либо последствий для организма, то есть технология переработки клетки безотходна. Этот процесс и называется апоптозом. Российские ученые решили использовать механизм апоптоза и заставить раковую клетку покончить жизнь самоубийством. В этой работе принимали участие несколько крупных научных и медицинских учреждений: Институт биоорганической химии СО РАН, ГНЦ «Вектор» (пос. Кольцово), Муниципальная легочная хирургическая больница
(Новосибирск), НПФ «Медицинские технологии» (Курган), НИИ клинической и экспериментальной иммунологии АМН (Новосибирск). Работу возглавляет инициатор исследования, кандидат биологических наук, заведующий отделением биотехнологии АООТ «Новосибирский завод медицинских препаратов» Пак Владимир Николаевич. Чтобы запустить механизм апоптоза клетки, достаточно вскрыть мембраны входящих в нее структур, например митохондрий. Ученые подобрали такие вещества, которым это под силу (это известные лекарственные средства, которые прежде не применяли в противоопухолевой терапии). Затем их надо было доставить в раковую клетку. Оказалось, что в опухолевые клетки может легко проникать человеческий белок альфа-фетопротеин. Если использовать его как почтальона, то он, подобно троянскому коню, доставит необходимые вещества точно по адресу — прямо в раковую клетку, и она приступит к самоубийству. К слову сказать, таким образом можно инициировать самоуничтожение разных клеток, если удастся к каждому их типу подобрать своего почтальона, доставляющего необходимые вещества. Белок альфа-фетопротеин изготавливают из абортивной крови, поэтому понятно, что стоит он дорого. Другие компоненты будущего лекарства, которые, собственно, и вызывают апоп- тоз, тоже не из дешевых. Однако в целом себестоимость потенциального лекарства будет значительно ниже, чем у препаратов для химиотерапии и импортных лекарств. Препарат не проходил полной программы испытаний, которую предусматривают наши стандарты (на это нет денег). Но поскольку в состав препарата входят известные лекарственные средства, безопасность которых доказана и не вызывает сомнений, его применяли для лечения нескольких пациентов с онкопа- тологией 4-й клинической группы (по их просьбе и с их согласия). Врачи оценили результаты как очень хорошие (они опубликованы в тезисах 8-й международной конференции «Новые информационные технологии в медицине и экологии», Украина, Крым, Гурзуф, 1-10 июня 2000 г.). Ученые даже придумали название будущему препарату — «Редуцин». Однако чтобы внедрить эту удачную разработку, то есть сделать лекарство, которое появится в больницах, требуется 3-4 года и 8-10 млн. долларов. Понятно, что ученым это не под силу, поэтому они приглашают партнера для завершения, безусловно, полезного и очень важного дела (pak@online.sinor.ru). Вакцину от гепатита В можно выращивать на грядках Трансгенный табак, который способен синтезировать белок, имитирующий вирус гепатита В, создали в Лаборатории биотехнологии растений, возглавляемой профессором Я.И.Бурья- новым, в филиале Института биоорганической химии РАН (Пущине). Сейчас исследователи хотят выделить этот белок, чтобы приготовить вакцину от гепатита и испытать ее. Ученые из Лаборатории биотехнологии растений филиала Института биоорганической химии РАН (Пущино) совместно с компанией «Комбиотех ЛТД» создали трансгенный табак, который вырабатывает белок, имитирующий вирус гепатита В. Ученые полагают, что если на основе такого безвредного белка- обманки приготовить вакцину и ввести ее в организм человека, то разовьется иммунитет к гепатиту В. Чтобы вырастить такой табак, исследователи воспользовались методами ге- .* *~ нетической хирургии: листья табака разрезали на кусочки и встроили в их клетки ген, который отвечает за синтез этого белка (антигена вируса гепатита В). Затем в стерильных условиях из этих кусочков вырастили целые растения табака. После этого ученые проверили, образуется ли в растениях нужный белок. Оказалось, что действительно образуется и в основном — в листьях. Более того, молекулы белка в растении правильно собираются в частицы, которые могут выдавать себя за вирус гепатита В и активировать иммунную систему. Сейчас исследователи пытаются выделить из листьев как можно больше этого антигена, чтобы провести необходимые испытания. Если им это удастся, то появится новая технология изготовления вакцины против гепатита В. Вирусный гепатит В — очень распространенная и опасная инфекция, которая вызывает хронические заболевания печени, включая циррозы и рак. Около 400 миллионов человек в мире уже инфицировано этим вирусом. В России число заболевших гепатитом В растет очень быстро, и медики определяют эту ситуацию как чрезвычайную. Эффективных же средств лечения пока нет. Поэтому сегодня лучший способ защиты — вакцинация. Вакцины делают из ослабленных или убитых вирусов, чтобы ненароком не заразить пациента. Когда такой ослабленный вирус попадает в организм человека, то образуются антитела, то есть формируется иммунитет на эту заразу. И если теперь в организме объявится полноценный возбудитель болезни, то антитела его обезвредят. Однако те вакцины, которые сегодня используют медики, не всегда безопасны, и вот почему. Вирусы для вакцин получают из культур клеток животных, и вакцина может быть загрязнена другими животными вирусами. Так, в 1961 году обнаружили, что культура клеток почки обезьяны, которую использовали в США и СССР для изготовления вакцины против вируса полиомиелита, была заражена вирусом SV40, вызывающим специфические формы рака, и в результате вакцинации заболело около 30 миллионов человек. Вот почему ученые решили сделать трансгенные растения, которые станут основой для дешевых и безопасных вакцин. И дело это очень перспективное. Во-первых, «вакцины», изготовленные растениями, не могут быть загрязнены патогенными вирусами животных. Во- вторых, растения легко выращивать в большом количестве, а затраты энергии на их переработку невелики. И наконец, на основе растений можно создать «съедобные» вакцины, когда для вакцинации достаточно съесть некоторое количество какого-либо трансгенного фрукта или овоща, например картофеля или банана. 7
Картофель нельзя хранить вечно В специальных коллекциях хранится множество сортов картофеля: долгие годы его побеги содержат на стерильной питательной среде. Делают это для того, чтобы в любой момент земледельцы могли взять из коллекции здоровое растеньице картофеля. Однако ученые из Отдела биохимии и цитохимии Уфимского научного центра РАН показали, что после 10 лет роста на искусственной питательной среде картофель в почве не приживается. Мы не можем представить свою жизнь без картофеля, поэтому множество его сортов сохраняют в специальных коллекциях: как правило, растения размножают в стерильных условиях на питательной среде. Для этого верхушки картофельных побегов высаживают в пробирки с искусственной питательной средой, которая содержит необходимые соли, сахарозу и растительный гормон, стимулирующий образование корней. Когда из побегов разовьется целое растение, его размножают черенками. Однако такое черенкование не может продолжаться бесконечно. По данным сотрудников Отдела биохимии и цитохимии Уфимского научного центра РАН А.ПМардамши- на и Г.Г.Шарафутдиновой, после 10 лет существования на искусственной питательной среде растения картофеля в почве не приживаются. Для чего вообще понадобилась искусственная среда и почему коллекционные растения нельзя пересевать на обычные делянки? Дело в том, что с годами картофель заражается разными вирусами, бактериями и грибами. Однако паразиты не могут попасть в самые кончики картофельных побегов. Чтобы оздоровить растение, эти безвирусные кончики высаживают в стерильную питательную среду, и, пока картофель на ней растет, он ничем не заразится. При необходимости безвирусные растения можно высадить в поле, размножить и получить хороший урожай здоровой картошки. Вопрос только в том, сколько времени можно держать картофель в пробирке, не утеряв при этом его хозяйственных качеств. В Уфимском научном центре выращивали в таких условиях безвирусный картофель «Невский». От стерильного растеньица отщепляли черенок, пересаживали в другую пробирку, через 30 дней от него отщепляли черенок, снова пересаживали, и так 10 лет. В пробирке тридцатидневные проростки ветеранов черенкования практически не отличаются от тех, которые пересевали лишь четыре года. Однако когда эти растения высаживали в грунт, состоящий из равных частей торфа, земли и песка, оказалось, что они чувствуют себя по-разному. Контрольные растения, пережившие четырехлетнее культивирование, приживались в 90-95% случаев, при этом через два месяца высота куста достигала 48-56 см, и с него получали полтора-два десятка полноценных клубней. После десяти лет пересевания из пробирки в пробирку в грунте выживала только пятая часть растений; чахлый, не выше 15 см, кустик с трудом выпучивал одну кар- тофелинку весом один грамм. И неудивительно — корешки у растения очень маленькие и слабые. Такие различия нельзя объяснить погодными условиями, которые не сильно отличались в годы опытов, тем более что исследования повторяли и в теплицах. Результат один и тот же: через несколько лет культивирования картофеля в искусственной среде растения теряют способность формировать нормальную корневую систему. Теперь ученым предстоит выяснить почему. А ведь подобным способом хранят не только картофель. Камчатский краб в Баренцевом море: пора отлавливать С 60-х годов в Баренцевом море идет успешный эксперимент по акклиматизации камчатского краба. За эти годы крабы расселились вдоль всего побережья и расплодились так, что их количество достигло промысловых размеров и продолжает быстро увеличиваться. Теперь ученые из Полярного научно-исследовательского института морского рыбного хозяйства им. Н.М.Книповича (Мурманск) волнуются, как бы они не вытеснили те виды рыб, с которыми конкурируют за пищу? Крабовое мясо — признанный деликатес. Для его изготовления используют ноги крупных самцов камчатского краба (Paralithodes camtschatica), у которых ширина панциря больше 15 см, а вместе с ногами их размер не меньше 40 см. Долгое время камчатских крабов добывали только в дальневосточных морях, но в шестидесятые годы их запустили в Баренцево. Первые двадцать лет судьба поселенцев была неизвестна, и о них почти забыли, но в начале 80-х годов начался переполох: к изумлению рыбаков, незнакомые им огромные крабы стали попадаться на рыбацкие крючки. Оказалось, что они не вымерли, а, наоборот, расплодились: опыт с акклиматизацией камчатского краба удался. С 1993 года крабы стали регулярно попадать в рыболовные тралы, а исследования последних лет, проведенные учеными из Полярного научно-исследовательского института морского рыбного хозяйства им. Н.М.Книповича (ПИНРО) в Мурманске, показали, что крабы расселились вдоль всего побережья и можно начинать их промысел. Но теперь ученых тревожит новая проблема. Крабы плодятся так быстро, что могут пострадать некоторые виды рыб, которые, как и краб, питаются донными животными. В их числе объекты промысла — морская камбала и полосатая зубатка. Незваный гость может оказаться для них серьезным пищевым конкурентом. Хорошо бы заранее предугадать, как будут разворачиваться события. 8
Поиском ответа на этот вопрос занялась кандидат биологических наук, старший научный сотрудник ПИНРО О.В.Герасимова. Она выяснила, чем питаются крабы, сколько пищи им нужно, быстро ли она переваривается, а затем рассчитала годовой рацион для всей баренцевоморской популяции крабов и сравнила его с запасами пищи и потребностями рыб-конкурентов. И вот что удалось выяснить. Любимая пища крабов в Баренцевом море — моллюски, иглокожие (морские звезды, офиуры и морские ежи) и черви. Чем краб старше и крупнее, тем меньше пищи ему нужно. В среднем за сутки он съедает пищи почти в 700 раз меньше, чем весит сам. Крупные крабы едят меньше и переваривают пищу медленнее, чем мелкие, и эта разница может быть десятикратной. За год крабы съедают так мало, что им могли бы позавидовать поклонники диеты для похудания: молодь — всего в пять раз больше собственного веса, а крупные самцы — чуть больше его половины! Их соседям-рыбам пищи нужно по крайней мере втрое больше. Ольга Владимировна подсчитала, какую численность крабов может выдержать экосистема Баренцева моря без ущерба для себя и для рыб. Оказалось, что верхний предел биомассы краба в Баренцевом море — 45 тыс. тонн. А сколько крабов там сейчас? Сотрудники ПИНРО сделали учетную съемку, и оказалось, что в 2000 году запас крабов почти дорос до предельно допустимой величины и они продолжают размножаться с большой скоростью: за последние четыре года их численность увеличилась в 25 раз! «Крабы живут долго, до 30 лет, и развиваются медленно: самки достигают половой зрелости на восьмом, а самцы — на десятом году жизни, — рассказывает Ольга Владимировна. — При такой скорости размножения, какую мы наблюдаем сейчас, их количество скоро превысит емкость экосистемы Баренцева моря. Через некоторое время рост замедлится, потом численность крабов уменьшится. Начнутся колебания, они станут постепенно затухать, и через какое-то, неизвестное нам, время численность крабов стабилизируется на том уровне, который позволит морская экосистема. Но прежде чем это произойдет, в период наивысшего подъема численности крабов, запас донных рыб уменьшится, поскольку еды всем не хватит. Поэтому мы предлагаем немедленно начать промысел и таким способом поддерживать количество крабов на безопасном уровне». № НЧ ■ ™, l. И Приключен^ итальянце/ в России Появление двуглавого орла в российской государственной символике связано вовсе не с женитьбой Ивана III на византийской принцессе Софье Палеолог, а с деятельностью итальянцев в России в конце XV века. К такому выводу пришла Н.А.Соболева, доктор исторических нвук, ведущий сотрудник Института российской истории РАН. Исследование поддержано РГНФ. Кажется, вопрос о том, откуда был заимствован государственный герб России, давно решен: конечно, из Византии. Однако историки не находят подтверждений этому, кроме того, что у Византии во времена Палеологов действительно был государственный герб в виде двуглавого орла. Но двуглавый орел вовсе не был изобретен в Византии. Средой обитания двуглавого орла была практически вся средневековая Европа. Его печатали на итальянских и болгарских монетах, его изображением украшали одежды церковных иерархов и светских князей Сербии и Болгарии, он присутствовал в украшениях храмов балканских стран. Наконец, двуглавый орел с опущенными крыльями был гербом Священной Римской империи, объединявшей в средние века земли Германии и Италии. А в России двуглавый орел появился после установления дипломатических контактов с Габсбургами — тогдашними ее императорами. Исследование ведущего сотрудника Института российской истории РАН Н.А.Соболевой подтверждает предположение, что двуглавый орел в качестве символа государственной власти русские государи заимствовали не у Восточной, а у Западной Империи. Результаты исследования указывают на то, что создателями гербовой печати Ивана III, где впервые на Руси появилось изображение двуглавого орла, были резчики из Северной Италии. В поисках создателей гербовой печати Н.А.Соболева исследовала ее художественные особенности. Изображение двуглавого орла мало помогло исследовательнице: он был похож на всех своих европейских и византийских собратьев. Подсказку дала оборотная сторона печати, на которой изображен Георгий Победоносец, причем весьма необычно. У него отсутствует символ святости — нимб. Он поражает дракона не в пасть, как было принято на православных иконах, а в шею. Ни на иконах, ни в скульптурных изображениях, ни на монетах, созданных русскими резчиками, исследовательница не нашла ни одного изображения, похожего на Георгия Победоносца с государевой печати. Все русские мастера изображали его в строгом соответствии православному канону. Необычный облик Георгия заставил Н.А.Соболеву предположить, что создателем печати мог быть иностранец. Догадка превратилась в уверенность, когда исследовательница обнаружила практически точную копию Георгия Победоносца с государевой печати на московских монетах, которые отливали итальянские мастера. Известно, что их выписали в Россию вместе с итальянскими архитекторами — будущими создателями Московского Кремля (Аристотель Фьораванти, Петро Анто- нио Соляри, Марко и Антонио Фрязи- ны). В конце XV века Россия наладила широкие культурные связи с городами Северной Италии, и, возможно, именно оттуда были вызваны монетных дел мастера. К тому же культ Георгия Победоносца был широко распространен в Северной Италии. В письменных источниках того времени среди монетных дел мастеров упоминаются лишь два выходца из Северной Италии: Карл из Милана и Джан Антоний с Солари. По мнению Н.А.Соболевой, именно они — главные претенденты на звание автора гербовой печати Ивана III. Как говорит исследовательница, гербовая печать с двуглавым орлом, разработанная нанятым для этого итальянским мастером, должна была свидетельствовать о равенстве русского князя по рождению с императором обширнейшего европейского государства — Священной Римской империи. \ 9
v.. "IS* J
о ш г * -I У] * (л ^ ^ральДгТСоффман,^--^ /• j OLpawpeaT НобелевбкеЙ'Ттремии по химии 0> мы рчему ( igggnonfrraeM X РАЗМЫШЛЕНИЯ Общественность почти всегда упрекает химиков в том, что они создают «неестественные» материалы, которые вдобавок сплошь и рядом оказываются просто опасными. Само по себе такое отношение не останавливает производства и широкого распространения синтетических материалов, которые используют для защиты и лечения людей и которые делают нашу жизнь более легкой, интересной и даже разноцветной. Однако химиков не могут не обескураживать сигналы общественности, подогреваемые враждебной и оскорбительной позицией средств массовой информации или интеллектуалов. Мне кажется, что нынешнее отношение общества к химикам напоминает предубежденное отношение средневековых европейцев к деятельности евреев-ростовщиков. Разумеется, можно посоветовать химикам углубиться в научные исследования и ни в какой мере не брать на себя «коллективную ответственность» за грехи, которые совершают жадные и зачастую лишенные чувства долга производители или торговцы опасными химическими веществами. Однако эта проблема заслуживает отдельного рассмотрения, поскольку многие химики все-таки чувствуют, что реальное или кажущееся (полагаю, что справедливы оба эпитета) негативное отношение общества и прессы все же относится не только к химическому бизнесу, но и к химии вообще, а к химикам — в особенности. С другой стороны, было бы весьма важно определить разницу между терминами «искусственный», «синтетический» и «ненатуральный». Ведь обычно слова в языке никогда не изолированы полностью от альтернативных и ассоциативных значений, возникающих на их основе. Поэтому, например, при переходе от «искусственного» к «ненатуральному» число таких побочных смыслов (а также связанных с ними подразумеваемых отрицательных свойств), очевидно, будет изменяться. Такое уточнение имело бы смысл, но я нарочно буду употреблять именно эти два термина (считая их взаимозаменяемыми или эквивалентными), поскольку их чаще всего используют в диалоге химиков с общественностью. и
Химики должны всячески развивать и пропагандировать идею о том, что любое разделение естественного и неестественного почти лишено смысла. Мне лично это кажется несомненным для любой области человеческой деятельности, будь то искусство, наука, бизнес или воспитание детей. Естественное и неестественное в жизни всегда столь сложно переплетены, что любая попытка их разделить таит в себе глубокую внутреннюю противоречивость и неоднозначность. Я знаю из собственного опыта, что артисты и художники, анализируя свою деятельность, всегда воспринимают «ненатуральность» (можете назвать ее неестественностью или искусственностью) в качестве привычного и даже стандартного приема, позволяющего связать мастерство и творчество. Некоторые из них воспринимают этот подход значительно глубже и шире. Так, например, Игорь Стравинский в своей книге «Поэтика музыки» утверждает, что природные (то есть естественные) звуки вообще не могут быть отнесены к музыке и последняя ни в чем не должна подражать природе: «Я признаю, в качестве исходного, сырого материала для музыки, существование естественных звуков, которые, будучи приятны сами по себе, вполне могут ласкать наш слух и доставлять нам удовольствие. Однако над этим пассивным наслаждением и вне его мы открываем собственно Музыку, и она заставляет нас принимать активное участие в работе мысли, той Мысли, которая приказывает жизни, дарует жизнь и создает ее. Основа всякого творческого акта — некое инстинктивное стремление, которое можно назвать голодом, но этот голод — духовный». Любой химик, и я в том числе, легко продолжит эту мысль и сразу отметит, что все окружающие нас вещества и материалы — вода, бронза, налет патины на этой бронзе, руки скульптора, глаза зрителя — имеют микроскопическую структуру и состоят из молекул. А макроскопические характеристики веществ, то есть все разнообразие их физических, химических и биологических свойств, определяются видом и взаимным расположением атомов, составляющих эти молекулы. Нейлон заменил шелк в женских чулках вовсе не случайно: на молекулярном уровне эти вещества имеют много общего в своем строении (амиды, карбонильные группы, складчатые пластинчатые структуры, водородные связи...). Наиболее ценная интеллектуальная заслуга современной химии состоит в том, что она точно установила молекулярные структуры для огромного числа веществ — от чистейшей воды и сложных бронзовых сплавов до белка-родопсина в сетчатке человеческого глаза. Однако для того, чтобы лишить ученого-химика чувства излишней комфортности, я все же продолжу разговор о различии между естественным и неестественным. Особую значимость этому вопросу придает его историческая «живучесть». Дихотомия естественное/неестественное имеет в химии интересную историческую традицию. Когда-то разница между органическими и неорганическими соединениями казалась принципиальной и непреодолимой. В дальнейшем эти различия были буквально сметены целым рядом экспериментов (начиная с опытов Германа Кольбе над уксусной кислотой в 1845 году), наглядно показавших, что органические вещества можно свободно синтезировать из неорганических материалов, никак не связанных с живой природой. Необходимо, кстати, подчеркнуть и тонкую терминологическую разницу: органическое противопоставлялось неорганическому, противоречие между естественным и неестественным вообще не рассматривалось. Именно изобретательность и трудолюбие ученых позволили доказать идентичность или равноценность органических и неорганических молекул, то есть отсутствие принципиальной разницы между ними. В наши дни равноценность искусственных и естественных веществ и предметов также часто становится предметом споров, иногда связанных с экономическими проблемами. Например, фирмы, занятые продажей и рекламой так называемых «экологически чистых» или «здоровых» продуктов питания, любят подчеркивать, что синтетический витамин С отличается от используемого ими витамина С, получаемого непосредственно из шиповника (соответственно последний продается по более высокой цене). Однако чистый синтетический витамин С совершенно идентичен витамину С, полученному из шиповника, хотя содержимое двух бутылок таких витаминов будет всегда чуточку различным (на уровне долей процента). Я вовсе не хочу сказать, что эта разница существенна, а просто желаю подчеркнуть тот простой факт, что очень многие вещества по своей природе не бывают абсолютно чистыми. Они представляют собой смеси и поэтому могут в принципе несколько отличаться друг от друга. Хотя различия между органическим/неорганическим и естественным/неестественным малосущественны для химии, эта дихотомия продолжает жить в языке и социальных структурах. Например, специалисты могут обсуждать «синтез натуральных продуктов» (подразумевая под этим молекулы реальных веществ, существующих в природе), отличая такой синтез от синтеза веществ, которые никогда раньше не существовали в природе. Однако весьма знаменательно, что химики никогда не пользуются словосочетанием «неестественный продукт», разве что в шутку. Как это часто бывает, юмор этой фразы обусловлен некоторой двусмысленностью отношения химиков к своей деятельности. В связи с рассматриваемой проблемой интересно еще отметить, что биохимия всегда представляла собой какой-то специфический, выделенный раздел химии. Биохимики пытаются понять природу и механизм основных химических процессов в живых организмах, сводя их к некоторой последовательности элементарных химических актов. При этом, однако, легко заметить, что химикам других специальностей (органикам, неорганикам и физ- химикам), которые изучают те же элементарные, основополагающие реакции в других системах, очень редко удается получить работу на факультетах или кафедрах биохимии! Химики-синтетики предпочитают, кстати, говорить о биомиметических методах (называя так реакции синтеза, имитирующие природные процессы). Префикс «био» совершенно очевидно несет во многих случаях какую-то дополнительную психологическую или социальную нагрузку. Такие профессиональные нюансы и тонкие отличия ещу раз подчеркивают живучесть дихотомии естественное/неестественное, даже в рамках самой химии. Иногда я замечаю какую-то странность и нелогичность в поведении ученых, когда вопрос касается этой дихото- 12
РАЗМЫШЛЕНИЯ мии. Примером может служить описываемая ниже сценка, которую я скомпоновал из реальных событий. Исполнительный директор одной очень крупной химической компании пригласил меня на ленч в роскошный, недавно открытый ресторан, славящийся своей французской кухней. Мы сидели в прекрасных плетеных креслах за великолепно сервированным столом, украшенным салфетками из тонкого льняного полотна. Я приготовился к интересной научной беседе, возможно перемежаемой светской болтовней, но вместо этого мой собеседник стал весьма эмоционально рассказывать о каких-то молодых людях, членах общественной организации типа европейских «зеленых», которые, как выяснилось чуть позднее, изрядно попортили ему настроение на утренней пресс-конференции. Дело в том, что мой знакомый представлял общественности план своей фирмы по созданию новых производственных мощностей для выпуска пестицидов и гербицидов. Эти молодые люди (о которых он никак не мог забыть) настойчиво приставали к нему с вопросами о мутагенной опасности предлагаемых продуктов и о возможностях надежного контроля переработки отходов производства. Они агрессивно (и даже, как ему казалось, нахально) напоминали ему об экологических проблемах, возникавших ранее из-за неудачно организованного его же компанией производства аналогичных продуктов. Мой друг находил эти критические замечания трусливыми, иррациональными и научно не обоснованными. Ему казалось, что эти юные критики просто не понимают, насколько необходимы пестициды и гербициды фермерам и насколько опасны насекомые- вредители, разные долгоносики. Пожилой человек, выдающийся химик и прекрасный бизнесмен выглядел растерянным и расстроенным (возможно, это была просто психологическая реакция на вынужденное, показное хладнокровие во время самой пресс-конференции). Его возмущал дух анархии в этих молодых людях, и он даже намекал на скрытые политические мотивы их поведения. Однако затем хорошие вина (сперва шардоне из штата Нью-Йорк, а затем прекрасное французское Сент-Эми- льон) немного успокоили его, а после белого вина он даже удачно пошутил относительно последнего скандала, связанного с подделкой белого австрийского вина (интересно, что скандал был вызван тем, что для подслащения вина использовался диэтиленгликоль, один из компонентов антифриза). Затем мой друг похвастался, что ему удалось купить у антиквара необычную индейскую корзинку (мы с ним оба увлекаемся искусством аборигенов Америки). После ленча мы погуляли в саду около ресторана, любуясь цветущими пурпурными и черными тюльпанами. Из описанной сценки можно выбросить все детали, но суть проблемы остается понятной. Я уверен, что любой, кто отрицает различие между естественным и неестественным, у себя дома предпочитает смотреть в окно на нормальный пейзаж, а не любоваться фотографиями экзотических видов в оконных рамах. Каждый хочет, чтобы рядом с домом росли деревья, а не стояли их пластиковые или матерчатые муляжи. Никакой солярий не заменит пляжа в Альграве или на Багамах, любому человеку неприятно думать о пластиковых крышах или столовых гарнитурах «под дерево», а общественность будет всегда справедливо возмущаться тем, что Европейское экономическое сообщество вытворяет с пивом. Ученые и технологи, которые возмущаются «неразумностью» других людей и их неспособностью понять неразличимость естественного и синтетического, проводят такое разделение сами, как только это касается их собственных переживаний или условий жизни. Поэтому давайте попробуем разобраться, почему, собственно, мы предпочитаем иметь дело с естественным, вне зависимости от того, кто мы и чем мы занимаемся. В стремлении к естественности я вижу много взаимосвязанных психологических и эмоциональных побуждений, среди которых, на мой взгляд, следует выделить шесть основных — романтичность, соображения престижа, чувство отчужденности, неприязнь к претенциозности и продуктам массового производства, а также духовные и религиозные соображения. Ниже я попытаюсь очень кратко охарактеризовать эти мотивы. РОМАНТИЧНОСТЬ МВо втором акте оперы Чайковского «Пиковая дама» есть небольшая сценка-пастораль под названием «Верная пастушка», которой, кстати, нет в исходном пушкинском тексте. Придуманная Чайковским сценка s^*представляет собой очаровательный дуэт в духе Моцарта, рассказывающий о прелестях сельской жизни. Пасторальные сцены столь же традиционны (их традиция восходит еще к Дафнису и Хлое) и популярны, как и сцены у фонтана. Связанные с ними романтические настроения возникают из-за несбыточного желания получить то, чего уже нет или не может быть вообще. Жанр пасторали можно рассматривать даже как способ отчуждения от пасторальных настроений — есть некоторая ирония в том, что эти нереалистические и неестественные восторги относительно естественной жизни на лоне природы очаровывают почти всех (за исключением, разумеется, тех людей, которые действительно живут на этом лоне и занимаются пастушеством). Почти исчезли королевские дворы и связанная с ними светская жизнь, но романтические традиции сохранились, и в наших мечтах до сих пор живет пришедшее из тех времен желание вырваться на лоно природы, прикоснуться к дереву, вдохнуть запах свежего сена или поймать в паруса попутный морской ветер. При этом не играет никакой роли, что в реальных конюшнях всегда плохо пахнет или что большинство вокзалов на свете всегда грязные и шумные. Все это ничего не значит. Когда-то я видел фильм, в котором Ингрид Бергман прощалась с Лес- 13 5 X X
A ,„,___„ ^^^^В тех пор я как бы знаю все вокзалы, я почувствовал их ^^^^Ц обаяние, и это обаяние навсегда осталось в моем ^^^^Н сердце. Точно так же обстоит дело с запахом вооб- ^^^^Н ражаемой конюшни. СООБРАЖЕНИЯ ПРЕСТИЖА Замечательные успехи в развитии синтетических материалов связаны со сложным сочетанием многих факторов. К примеру, синтетика оказалась более дешевой, износостойкой и разнообразной в применении, чем многие природные материалы. Кроме того, она зачастую обладала и совершенно новыми свойствами. Наш век может по праву считаться веком полимеров, поскольку материалы из больших синтетических молекул заменяют один природный материал за другим: нейлон заменил хлопок в рыболовных сетях, стеклопластик вытеснил древесину в корпусах кораблей... Такая замена или даже совершенно новые применения (например, разные полиэтиленовые оболочки для пищевых продуктов) — процесс, безусловно, демократический, поскольку широкий спектр материалов становится дешевле и доступнее для все больших групп населения. Огромное количество людей в наши дни получает то, что раньше было роскошью, доступной лишь немногим. Однако люди — странные существа (что, кстати, очень приятно), и, если они получают что-то, им хочется большего. Иногда они просто желают жить лучше, чем соседи. Когда синтетика стала дешевой и доступной, произошла странная инверсия вкуса. Появились самозваные эксперты, которые объявили, что «естественное», или «натуральное», обладает, видите ли, особым шиком. Если долго уверять хлопковую рубашку, что она выглядит роскошнее полимерной (даже если последняя, как справедливо указывает реклама, «всегда отглажена!»), то хлопковая рубашка наверняка возгордится. Такое отношение распространяется и на многое другое. Деревянный пол воспринимается приятнее, чем покрытый линолеумом. Аналогично более редкий вид древесины воспринимается как более изысканный и хороший. Возможно, мое отношение слишком негативно. Возможно, шелк действительно приятнее на ощупь, чем нейлон. Возможно, мы не столько желаем в чем-то превосходить окружающих, сколько хотим просто чуть- чуть отличаться (всего лишь!) от них. Бесконечное разнообразие естественного дает нам возможность создавать эти небольшие отличия. ОТЧУЖДЕНИЕ Мы все испытываем чувство отчуждения, отрыва от наших инструментов и средств производства, а также от результатов нашего труда. Это очень заметно при работе на сборочном конвейере, при торговле галантереей и даже при проведении научных исследований. Мы постоянно работаем над малой частью чего-то большого, а для повышения эффективности организуем массовое производство. Один из побочных результатов такого подхода — возможная потеря интереса к конечной цели, к тому «большому», ради чего начиналась работа. Целые горы бумаги отделяют нас от других людей, с которыми связана наша деятельность. Вокруг нас появляется все больше машин, работа которых становится все менее понятной. Вспомните, как в книге Марка Твена деловитый янки почти сумел воссоздать при дворе короля Артура технологии XIX века. Я очень сомневаюсь, что кому-то из моих коллег удалось бы создать хоть что-нибудь в аналогичных условиях, пользуясь, например, своими профессиональными знаниями по теории дифференциальных уравнений в частных производных. Мы привыкли к тому, что лифт едет после нажатия кнопки. Хуже обстоит дело с нашей привычкой к тому, что от нажатия кнопки запускается ракета и где-то очень далеко (мы этого не видим!) гибнут люди и льется кровь. Синтетические, искусственные (если угодно, неестественные) материалы практически всегда дешевле природных, поскольку мы производим их промышлен- но. Массовое производство, в свою очередь, связано со штамповкой, отливкой или прессованием, в результате чего мы получаем одинаковые изделия. В принципе эти изделия можно сделать очень красивыми и изящными, но на практике именно дизайн всегда становится первой жертвой экономических соображений. Ни форма, ни сущность стандартного продукта массового производства обычно ничего не говорят потребителю об истории его изготовления, которая, кстати, может быть достаточно интересной. Например, антибиотик типа тетрациклина получают культивированием микроорганизмов с последующей химической модификацией, очисткой и капсулированием. Все эти процессы регулируются сложными устройствами и аппаратами, замечательными по своей конструкции и исполняемым операциям, однако потребитель никогда не узнает, например, что в изготовлении стандартной бутылочки с пятьюдесятью таблетками тетрациклина принимали участие весьма изобретательные люди и очень интересные механизмы. Нечто спрятанное в глубинах нашей психики всегда желает видеть «отпечаток» человеческой руки на любом предмете. Существуют, кстати, довольно простые способы «индивидуализации» предметов массового производства. Я вспоминаю, например, вирируемую цветную печать, используемую фирмой Ф.Хундервас- сера (очень недорогое производство), или красивую и яркую керамику, выпускавшуюся в Швеции Стигом Линдбергом в 50-е годы. Обществу следовало бы всячески поощрять попытки такого рода.
г'^ЙЁПРИЯЗНЬ К ПРЕТЕНЦИОЗНОСТИ А У I / ; * \/ Подделка любого рода вызывает у людей раздражение Л -ч< J и протест, поскольку нам неприятны ложь и самозван- "*./ ство. Возможно, многие проблемы, связанные с синте- f' J4-./C тическими изделиями, возникают именно потому, что .v ~ синтетика не только неестественна (в том смысле, что ее создают люди, а не природа), но и зачастую «притворяется», подделываясь под другие материалы. Иногда такая ситуация возникает совершенно ненамеренно, в результате замены какого-либо привычного бытового материала пластиком, который в чем-то, несомненно, лучше: например, он может быть более термостойким и т.п. Так появились на свет пластмассовые тарелки, напоминающие фарфоровые, и полимерные покрытия для мебели с окраской и текстурой древесины. Салфетки из синтетики обычно «соперничают» с льняными, кружевными или даже вышитыми изделиями. Я как-то беседовал с одним молодым человеком, связанным с искусством «росписи под мрамор», и убедился, что мастер при раскраске не только тщательно изучает материал, но и глубоко задумывается о геологических силах и процессах, приводящих к образованию соответствующих узоров. Многие искусственные изделия прекрасны, но в них мы замечаем слишком много имитации, а такое «накопление лицемерия» вызывает у зрителя переменные и неоднозначные чувства, почти неизбежно переходящие в неприязнь. Психолог сказал бы, что люди страстно стремятся к аутентичности, подлинности и реальности. НЕПРИЯЗНЬ К МАССОВОМУ ПРОИЗВОДСТВУ Я Из-за массового производства нас все чаще окружают совершенно одинаковые вещи. Самые первые пластмассовые пепельницы и ювелирные украшения из титана вызывали большой интерес, но, когда эти предметы буквально заполнили наше окружение, они стали раздражать. Основной и часто единственной стилистической особенностью массовой продукции стала ее повторяемость (с другой стороны, именно однообразие и воспроизводимость в свое время обеспечили коммерческий успех этих товаров). Иногда у нас вызывает отвращение не столько одинаковость искусственных предметов вокруг нас, сколько их бессмысленное изобилие. В типичном американском мотеле, например, практически невозможно спрятаться от искусственных материалов. Разнообразие изделий из пластиков и синтетики в некоторых помещениях просто восхищает и даже создает возможности для интеллектуальных развлечений (например, разглядывая обстановку, можно пройти курс химии полимеров или поразмышлять над проблемами, которые возникнут в будущем у археологов, изучающих раскопки данного помещения). Таинственное, чего не вызывает такая комната, так это желания поселиться в ней. РАЗМЫШЛЕНИЯ ДУХОВНЫЕ ПРИЧИНЫ Так почему же, собственно, ученые и человечество вообще (поскольку ученые ничем не отличаются от других людей) стремятся к естественности? Пока у нас нет простых психологических или социологических объяснений этому явлению. Жан Поль Мальро, тонко чувствовавший проблемы науки, писал по этому поводу: «Льняные одежды заставляют нас, хотя бы в воображении, почувствовать связь с нашими дедами и далекими предками, с героями и с историей вообще. Вызываемые этим ощущения благородны и значимы. Мы начинаем чувствовать себя частью протяженной и могучей реки, и когда мы думаем об этом, то не так торопливо стремимся к какому-то последнему морю. Сказанное относится и к другим вещам — дереву или камню, которые постоянно напоминают нам о других формах жизни, о таинственных временах истории, когда человечество еще не существовало. Глиняная посуда на полке рассказывает нам о других странах, других племенах, других потребностях. И о глине тоже». Эдвард О.Вильсон выдвинул гипотезу «биофилии», которая с генетической и эволюционной точек зрения объясняет наличие «сильного сродства» между человечеством и всеми остальными живыми организмами. Мне эта гипотеза представляется убедительной и обоснованной. Лаура Вуд, которая прочитала рукопись этой книги одной из первых, указала автору, что многие люди испытывают очень сильное влечение ко всем объектам среды обитания, так как «...в этом мы находим образцы высокой духовности... С тех пор как дух пропитал материю, весь мир в целом обрел некую святость и требует уважительного отношения к себе». Я верю, что душа человека предназначена для чего-то особенного, единственного, способного к росту. Именно в этом и заключается секрет жизни. Я видел елочку, которая пыталась расти без почвы, в расселине гранитной скалы близ шведского городка Миллесгорден, и думал о том, что когда-нибудь деревце или его потомство обязательно победит гранит и расколет скалу. Эту елочку напоминают мне растения в моем кабинете, и я могу вспомнить о ней, даже просто глядя на полированную поверхность дерева (хотя, впрочем, полированная поверхность тут же напомнит мне и о смерти). Я вижу улыбку младенца, прильнувшего к материнской груди, и в моем мозгу вдруг мгновенно срабатывают нейронные цепочки, напоминая об улыбках моих детей, когда они маленькими бегали гуськом за мамой. Поэт А.Р.Аммонс когда-то написал: «Одна и та же Песнь Жизни звучит во мне и в тебе». ' ~ -л^Шк*ЛШ^л Перевод с английского '^^Ш^Шк А.В.ХАЧОЯНА 15 , X
Квант теплоты К.Schwab et aL, «Nature», 2000. v. 404, p. 974 Известно, что тепловая энергия в твердом теле передается через упорядоченные колебания атомов кристаллической решетки — подобно акустическим волнам, поэтому квазичастицы, потоком которых можно моделировать этот процесс, назвали фононами. Несмотря на то что фононы не переносят массу или заряд, они, наравне с электронами, фотонами и другими микрочастицами, подчиняются общим квантовым законам. Так, электрическая проводимость и теплопроводность при уменьшении размеров системы должны стать дискретными величинами, причем шаг изменения первой равен 2e2/h (e — заряд электрона), а второй — я2к2Т/ 3h (к — постоянная Больима- на, Т — абсолютная температура). Экспериментально доказать квантованность теплопередачи, учитывя крайнюю малость этой величины, очень трудно, и все же физики из Калтеха сумели это сделать. Они взяли квадратик из нитрида кремния размером 4 на 4 мкм и толщиной 60 нм (он служит «фононной полостью»), из каждого угла которого отходил нанопро- вод шириной в 500 атомов. Эту полость поместили в вакуум при температуре 0,6 К и стали ее нагревать (на мил- ликельвины) с помощью золотых сверхпроводящих обкладок; при этом все подводимое к ней тепло рассеивалось через нанопровода. Температуру квадратика измеряли с помощью сквидов (сверхпроводящих квантовых интерферометров, обладающих чрезвычайно высокой чувствительностью) и обнаружили, что она менялась скачками, которые соответствовали предсказанному значению кванта теплопроводности. Теперь исследователи попытаются осуществить другие эксперименты с фононами. скажем, по их дифракции на двух щелях — ведь эти квазичастицы обладают и волновыми свойствами. Кстати, в Гарварде изучали другой квантовый эффект — переход в сверхпроводящее состояние ультратонких проволок (диаметром менее 10 нм), полученных путем нанесения на углеродные на- нотрубки металлического покрытия. Показано, что при некоторой критической толщине этих проводов сверхпроводимость в них пропадает и они становятся диэлектриками. Такие ограничения на допустимую миниатюризацию элементов необходимо учитывать при разработке наноэлектронных схем (A.Bezryadin et aL, «Nature», 2000, v.404,p.97I). 14 декабря 1900 г. Макс План к, выступая на заседании Немецкого физического общества, ввел новую постоянную h — квант действия, вызвавшего революцию в физике. Теперь мы вступаем в век квантовой инженерии. С другой стороны, парадоксы квантового мира (Эйнштейна— Подольского— Розе- на. «шредингерского кота»), несмотря на многолетние дискуссии, так и не получили пока исчерпывающего объяснения — это тоже задача для XXI века. Оптика в Зазеркалье D.R.Smith et aL, «Physie&l Review Letters», 2000, v.84, p. 4184 Согласно уравнениям Максвелла, чтобы электромагнитные волны могли распространяться в некоторой среде, ее показатель преломления n = Ve|!, где е — диэлектрическая проницаемость, а ц — магнитная (значения этих параметров, как правило, зависят от частоты), должен быть действительным. Если откладывать е по оси абсцисс, a ji — ординат, то четыре квадранта будут характеризовать различные типы ответов среды на электромагнитное излучение. Первый из них соответствует обычным прозрачным материалам, второй (е < 0, |i > 0, то есть п мнимо) — отражающим средам, скажем, металлам или ионосфере при частоте ниже некоторой критической: металлы прозрачны для ультрафиолета, но отражают видимый свет, а ионосфера пропускает микроволны, но не радиоволны. Никаких естественных материалов с отрицательным ц (два других квадранта), за исключением некоторых антиферромагнетиков, не найдено, но оказалось, что их можно создать искусственно. Физикам из Калифорнийского университета (в Сан-Диего) удалось, объединив две среды с отрицательными е и ц по отдельности, сконструировать такую, что у нее одновременно меньше нуля и е, и ji. Этот композит представляет собой чередующиеся ряды медных стержней и пластмассовых пластин, на которые нанесены медные полоски в виде буквы «с» (резонаторы); период решетки равен 8 мм. Еще 30 лет назад В.Г.Весе- лаго из ФИАНа (см. беседу с ним в «Химии и жизни», 1997, № 5) теоретически рассмотрел свойства подобной, в то время — гипотетической, среды и выяснил, что они будут весьма необычны. В самом деле, показатель п у нее получается действительным, и потому волны смогут в ней распространяться. Однако закон преломления лучей изменится, из-за чего выпуклые линзы станут рассеивать их, а вогнутые — собирать. Далее, обратными станут эффекты Доплера и Вавилова—Черенкова: приближающийся источник излучения будет казаться удаляющимся (частота уменьшается), а источник, движущийся в среде со скоростью, боль- г\ т
шей чем свет в ней, будет излучать не вперед (как при обычном эффекте Вавилова—Черенкова), а назад. Сейчас исследователи пытаются продемонстрировать эти парадоксальные эффекты на полученной искусственной среде. Кроме того, было бы очень интересно наблюдать их не в диапазоне микроволн, а в видимой части спектра, то есть в области привычной оптики. Кстати, геофизики из Латвии и Германии смоделировали образование магнитного поля Земли на основе динамо- эффекта — самовозбуждения поля при движении проводящей жидкости. Еще в начале века была высказана гипотеза, что поскольку твердое ядро нашей планеты очень горячо, то оно не способно создать постоянное магнитное поле и за него ответствен окружающий ядро жидкий слой из расплавленных железа и никеля. Исследователи получили подобное гидромагнитное динамо, используя в качестве рабочей жидкости расплавленный натрий (G. Gerberth et al., «Phys.Rev.Lett.», 2000, v.84, p. 4365). А вот еще одна работа, тоже связанная с жидким проводником. Известно, что на преодоление сопротивления, возникающего из-за турбулентности, движущимся подводным лодкам приходится тратить много энергии. Американские гидрогазодинамики, основываясь на компьютерном моделировании, предложили бороться с завихрениями жидкости вокруг субмарин с помощью электрических воздействий. По их идее, на корпусе лодки нужно установить набор магнитов и электродов, под действием которых в потоке обтекаемого электролита (морской воды) возникнет сила Лоренца — она-то и должна свести турбулентность на нет. Вскоре начнется экспериментальная проверка этого подхода (Y.Du et al., «Science», 2000, v.288, p. 1230). РНК против РНК P.D.Zamore et al., «Cell», 2000, v.WI,p.25 В последние годы большой интерес вызывают двухцепо- чечные РНК(дцРНК), которые, как оказалось, могут выключать соответствующие им гены в клетках разных организмов — от бактерий до позвоночных. Такие дцРНК способны размножаться в клетках с помощью тамошних РН К-полимераз, а самое интригующее — преодолевать межклеточные границы и даже передаваться потомству через цитоплазму половых клеток, то есть эпигенетически (см. «Новости науки», 1998, № 5). Доказано, что дцРНК выключают гены, вызывая распад комплементарной им матричной РНК (посттранскрипционный контроль). Теперь биохимики из Массачусетсского университета воспроизвели это явление в бесклеточной системе и с помощью метода меченых атомов выяснили его детали. Сначала введенные в раствор дцРНК длиной более 500 нуклеотидов расщепляются нуклеазами на короткие отрезки (по 21—23 мономеров), и эти цепочки остаются сцепленными с ферментами. Затем такой РНК-белковый комплекс связывается с мРНК на комплементарном участке (дцРНК служит матрицей для мРНК), и присутствующий в комплексе фермент разрезает ее. Вообще, РНК становятся лидерами молекулярной биологии (концепция РНК-мира в проблеме возникновения жизни, участие РНК в регуляции транскрипции, трансляции, сплайсинга и других процессов). И если уходящее столетие прошло под знаком генетики и ДНК, то следующее, возможно, станет веком эпигенетики и РНК Тайны серого вещества T.C.Holmes et al., «PNAS USA», 2000, v.97,p.6728 Поврежденная нервная ткань успешно восстанавливается во многих тканях и органах, однако в ЦНС взрослых млекопитающих этот процесс затруднен — там появляется очень немного новых нейронов. Установлено, что для регенерации частей мозга требуется сочетание множества биохимических факторов и наличие субстрата, к которому делящиеся клетки могли бы прикрепляться. В 1993 г. нейробиологи из Массачусетсского технологического института проверяли на культуре нейронов токсичность различных пептидов и сделали неожиданное открытие: оказалось, что пептид ЕАК-16 вызывает формирование хорошо упорядоченных тонких слоев нейронов, а электронная микроскопия показала, что они растут на каркасе из ЕАК-16. Название пептида означает, что он содержит 16 аминокислот и состоит из повторов трехчлена — глута- миновой кислоты (Е), которая несет отрицательный заряд, гидрофобного аланина (А) и положительно заряженного лизина (К). Оказалось, что такое строение пептида обеспечивает его спонтанную самосборку в многослойные листы — в одном слое белковые цепочки формируют бета-складчатую структуру, то есть между аминокислотами возникают водородные связи. Соседние же листы проявляют геометрическое соответствие, взаимную комплементарность — они попеременно сцеплены друг с другом либо ионными связями между разноименно заряженными аминокислотными остатками, либо гидрофобными силами. Теперь та же группа ученых обнаружила, что эта пептидная матрица цп vjitro способствует росту нервной ткани — размножению нейронов из клеток-предшественников, формированию из них волокон, а также образованию синаптических связей. В ближайшие годы на животных будет проверено, не могут ли трансплантанты из этого биоматериала способствовать регенерации нервной ткани. Сам ЕАК-16 не токсичен, но нужно еще проверить, какова будет иммунная реакция на него (любопытно, что вначале этот пептид привлек к себе внимание тем, что связывался с лево- закрученной Z-ДНК). С другой стороны, полученный пептидный каркас напоминает те патологические структуры белковой природы (бляшки), которые появляются в мозге при болезни Альцгеймера. Видимо, определенные пептиды связаны с нейронами какими-то сложными интимными отношениями, в которых необходимо разобраться. А эффект пептидной самосборки, как еще одно проявление молекулярной комплемен- тарности, важен и сам по себе; возможно, он найдет применение в молекулярной электронике. Продолжаются исследования мозга с целью разгадать внутренний код нервных процессов. В Университете Дью- ка (Северная Каролина) с помощью множества микропроводов, имплантированных в кору мозга крыс, в течение нескольких дней регистрировали изменения электрической активности различных групп нейронов, участвовавших в выработке условного рефлекса. Выявлены несколько десятков удаленных друг от друга клеток, по электрическим характеристикам которых можно предсказывать двигательные реакции подопытного животного (М. Laubach etal, «Nature», 2000, v. 405, p. 567). Когда-нибудь научатся читать и мысли людей, что породит еще одну серьезнейшую этическую проблему. Кстати, уже выявлены участки коры мозга, которые особенно активны в состоянии влюбленности («New Scfientjjst», 2000, №2246, с 11). Подготовил Л.Верховски& У<^\:
Эта статья подготовлена специально для «Химии и жизни» ее давним другом и автором, доктором биологических наук, профессором,ученым секретарем НИИ биомедицинской химии имени В.Н.Ореховича РАМН,одним из ведущих специалистов в области биохимии и физиологии регуляторных пептидов, автором более 200 научных работ и пяти монографий, а кроме того — двух художественных книг о науке и ученых — «Доминанта» A994) и «Прогулки в детство» A997). Он удивлялся тому, что у кошки прорезаны две дырочки в шкуре как раз в том месте, где у нее находятся глаза. Г.Лихтенберг, немецкий философ Глава первая, в которой автор соглашается с тем, что «In vino Veritas» Этот постулат более известен не как догадка, а как истина. Однако в контексте нашего изложения речь следует вести все-таки о догадке. Термины «fermentum», «fermentatio» встречаются в дошедших до нас трудах Теренция Варроны, Плиния Старшего, Колумеллы, творивших на рубеже первого тысячелетия. Скорее всего, эти понятия исходят от латинского «fervere» (вскипать) или «ferveo» (бродить, пениться), и потому первичное употребление слова «фермент» имело отношение к бродильному производству (вина, спирта, хлеба). В трудах средневековых алхимиков брожение понималось как химический процесс, стимулируемый неким началом, природу которого отождествляли с «философским камнем» и его высшей формой — «панацеей». Живший в XVI веке Андрей Либавий полагал, что фермент — это опять же некое тело, способное превращать бродившую жидкость в спирт. Одна из глав его книги «Алхимия», изданной в 1606 году, называлась «De magisteriis catalyseos» («О каталитическом поучении»), где автор утверждал, что движущей силой ферментации служит теплота, производимая скрытой энергией самого фермента. Однако еще долгое время материаль- Профессор О.А.Гомазков авори ную природу фермента все-таки будут объяснять явлениями мистического характера. В 30-40-х годах XIX столетия научный мир Европы станет свидетелем перепалки между двумя выдающимися химиками. Шведский ученый Йон Якоб Берцелиус придумал понятие «каталитическая сила вещества» и словом «катализ» обозначил, цитирую, «разделение тела на его составные части в соответствии с обычным химическим действием». Эти толкования Берцелиуса расценили как аргументацию в пользу витализма — «живой силы», свойственной только живым объектам, и тогда его оппонент — немецкий химик Юлиус Либих высказался следующим образом: «Предположение о существовании этой новой силы вредно для прогресса науки, поскольку оно, по-видимому, удовлетворяет человеческий дух и тем самым тормозит дальнейшие поиски». Берцелиус не остался в долгу. Критикуя теорию ферментативных процессов и особенно использование в медицине фактов «медленного горения», изложенных в книге Либиха «Органическая химия в ее приложении к физиологии и патологии», он иронически резюмировал: «Эта доступная область физиологической химии была создана за письменным столом, и она станет тем более опасной, чем больше гениальности будет затрачено на ее воплощение». Однако именно Либих, говоря о «метаморфозе структур», впервые высказал вполне пророческую мысль: «Все органические азотсодержащие части тела, различающиеся во всем многообразии, возникают из белков». Пророчество состояло в том, что, как показало будущее, ферменты — эти великие биокатализаторы — исключительно белки. Пройдет почти полстолетия, и в 1897 году Эдуард Бухнер получит наконец из дрожжевых клеток очищенный ферментный экстракт, способный катализировать спиртовое брожение (заметили: постулат «Истина в вине» — оказался в силе!). Но только еще через тридцать лет первый фермент будет получен в кристаллической форме. То была почечная уреаза. Таким образом, оглядывая мельком тысячелетнюю историю развенчания фермента как «философского камня» и трансформацию его в одно из крупнейших достижений биологической науки, можно говорить об удивительном феномене человеческой пытливости, где труд, знание и фантазия дали в конечном счете результат фундаментального и прикладного смысла. Глава вторая, в которой автор цитирует постулаты биохимии Наука о ферментах называется энзи- мологией (не ферментологией, заметьте, поскольку невозможно соединить в одном термине латинскией и греческий корни). Основные положения энзимологии звучат как постулаты непреложного смысла, как статьи основного Биохимического Закона: — химические реакции в биологических системах протекают, как правило, с участием специфических белков — ферментов; перечень биологических процессов столь велик и разнообразен, что должен быть «придуман» универсальный способ, обеспечивающий скоротечность и лабильность биохимических реакций; без ферментов не может быть жизни: из всех многочисленных процессов, протекающих в живой клетке, едва ли есть хоть один, который не был бы связан с ферментативным катализом; — ферментам свойственна чрезвычайно высокая каталитическая сила и специфичность; ферменты как биокатализаторы ускоряют реакции по крайней мере в миллионы раэ, осуществляя непрерывный ход огромного множества процессов во всех клетках и во всех тканях живого организма; — каталитическая активность большинства ферментов регулируется; речь идет о способах активации или торможения энзиматических процес- 18
О том, откуда взялся чудодейственный катализатор-фермент, как он стал предметом целой отрасли современной биохимии и безусловным фаворитом нынешней медицины, — эта статья ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ НАУКИ Академик РАМН Василий Николаевич Орехович сов, осуществляемых как собственными эндогенными веществами, так и теми, которые могут быть использованы извне; мир лекарств и ядов, природных или созданных человеком, — вот приложение к регулируемой работе ферментов. Белковая молекула фермента представляет собой удивительно сложную функционально устроенную единицу. Она собрана из нескольких сотен (или даже тысяч) аминокислотных остатков, свернутых в спиральные структуры. В большинстве случаев ферменты — универсальные работники, которые выполняют свои функции как в различных тканях и клетках одного и того же организма, так и во всех типах, классах и семействах всего огромного биологического царства. Одна из самых интересных для исследователя частей в структуре фермента — его активный центр, участок, который связывает субстрат. Активный центр — это объемное (трехмерное) образование в конфигурации фермента, которое имеет форму узкого углубления, или щели; именно здесь структурно запрограммировано главное достоинство катализато- Доктор медицинских наук Юлия Евгеньевна Елисеева, бывшая аспирантка В. Н Ореховича ра — специфичность по отношению к субстрату, подверженному химическому превращению. Язык современной энзимологии использует такое понятие, как компле- ментарность, то есть соответствие химического строения фермента и его субстрата. Эмилем Фишером был придуман образ «замок-ключ», который оказался весьма плодотворным в последующем исследовании биокатализа. Вот его суть. Для работы фермента характерна строго определенная последовательность электростатического («вандер- Словарик Катализатор (katalyo, греч. — развязываю, уничтожаю) — вещество, которое своим присутствием вызывает или ускоряет ход химического процесса. Фермент (fermentum, лат. — брожение) — сложная белковая молекула с каталитическими свойствами, которая избирательно связывает другую молекулу, называемую субстратом, и способствует ее быстрому химическому превращению. Энзим — {zyme, греч. — закваска) — синоним понятия «фермент». Активный центр — основной участок фермента, обладающий сродством к соответствующему субстрату, соединение с которым дает начало каталитической реакции. Субстрат — органическое или неорганическое соединение, которое специфически связывается с ферментом и гидролизуется им в результате химической реакции. Ингибитор — химическое соединение, блокирующее активность фермента как катализатора. Ангиотензин — физиологически активное вещество пептидной природы, которое суживает просвет кровеносных сосудов и способствует повышению артериального давления (один из главных факторов развития гипертонической болезни). Брадикинин — пептид, расширяющий кровеносные сосуды, антипод ангиотензина. 19
ваальсового») взаимодействия соприкасающихся химических групп фермента и субстрата. При этом меняется пространственная структура активного центра фермента; его группы как бы подлаживаются под субстрат, чтобы образовать максимально возможное (а потому и специфическое) связывание, которое даст начало высокоскоростной химической реакции (помните, из второго, шутливого, эпиграфа к нашей статье — о соответствии у кошки дырочек на шкуре и глаз). Это — важный момент нашего изложения, поскольку строение активного центра фермента оказывается столь же значимым и для «конструирования» его ингибиторов, о чем речь пойдет ниже. (Замечу, что нам, студентам биофака МГУ 50-х годов, работавшим на Беломорской летней практике, более образным, нежели модель «замок- ключ», представлялся вид росянки — хищного растения, с растопыренными, слезящими тычинками, — поджидающей свой «субстрат». В роли последнего были обыкновенная мушка или жучок. Реакция на прикосновение долгожданного пришельца оказывалась мгновенной: лишь жертва прилипала к цветку, тычинки-щупальца меняли конфигурацию, из них возникала некая камерная структура, и... начинался процесс переваривания, вот так просто, рационально и беспощадно устроенный природой.) Глава третья, в которой автор наконец представляет героя данного повествования Число известных ныне ферментов исчисляется в несколько сотен. Как в хорошем упорядоченном хозяйстве, они пронумерованы и определены в классы и подгруппы, в соответствии со своей специализацией. Ангиотен- зин-превращающий фермент (АПФ), о котором теперь всецело пойдет разговор, относится к классу так называемых металлопротеиназ, которые участвуют в гидролизе пептидных мостиков, соединяющих аминокислоты в белки. История открытия АПФ оказалась довольно типичной для научного поиска вообще, когда в течение короткого времени усилия различных групп ученых, которые шли независимыми курсами, вдруг соединились в новое качество. В 1954 году работавший в Кливленде Леонард Скеггс выделил из крови лошади некий фермент. Как выснилось, этот фермент конвертировал (превращал) неактивную субстанцию, называемую гипертензином, в ее активную форму. (Речь шла о пептидах, которые позднее назовут «ангиотензин- I» и «ангиотензин-ll», и последний окажется важнейшим фактором влияния на уровень артериального давления крови и патогенез ишемической болезни сердца.) Новый фермент Скеггс описал в самой общей форме; его субстратная специфичность исследована не была. Чуть позже, в 1962 году, Э.Эрдош, известный американский ученый венгерского происхождения, изучал гидролиз брадикинина, другого вазоак- тивного (влияющего на сосуды) пептида, который, в отличие от ангиотен- зина-ll, значительно понижал давление крови. Эрдош обнаружил фермент, названный им кининазой-ll, или карбоксипептидазой-N. Третий мотив этого сюжета обнаруживается в Англии. Именно там, в Туманном Альбионе, корейский стажер с очень экономным именем К.Нг вкупе с будущим Нобелевским лауреатом Джоном Вейном выяснили, что и ангиотензин-l, и брадикинин активно превращаются в легких каким-то общим ферментом. Но каким? Это оставалось неясным. Четвертый мотив данной истории был напет уже в нашей стране. Аспирантка Института биологической и Дэвид Кашмен — создатель каптолприла, первого ингибитора АПФ Строение молекулы ангиотензин- превращающего фермента (мембраносвязанная форма). Основная часть молекулы располагается во внеклеточном пространстве; активные центры С- и N- доменов включают последовательность Гис-Глу-Мет-Гли-Гис (HEMGH) и по odHOMyZn+++. С-концевая часть молекулы связана с мембраной и проецируется в цитоплазму. Всего в структуре АПФ около 1300 аминокислотных остатков Ьпеклоточное проетрангтво t_ -концоеой якорный 1№ШКД соон Цитоплазма 20
АПФ — аббревиатура, популярная ныне даже на бытовом уровне. Расшифровывается она так: ангиотен- зин-превращающий фермент. Ингибиторы АПФ — капотен, энап, лизиноприл, тритаце, периндоприл и другие препараты для лечения сердечно-сосудистых заболеваний — постоянно присутствуют на аптечных прилавках. Также обыденным в англоязычной научной литературе стало сокращение АСЕ («angiotensin - converting enzyme»), известности которого способствует и популярная реклама моющего средства. ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ НАУКИ медицинской химии, и поныне стоящего в Москве на тихой Погодинской улице, Юлия Елисеева и ее руководитель академик Василий Николаевич Орехович, исследовали группу так называемых нейтральных проте- иназ и обнаружили новый фермент. Они сумели выделить его в высоко очищенной форме из почечной ткани и — самое существенное для энзи- мологов — детально описали физико-химические и субстратные особенности этого фермента. Результаты были представлены в небольшой, всего в три странички, статье, опубликованной в «Докладах Академии наук СССР» в 1963 году. Статья заканчивалась лаконично: «На основании наших данных о специфичности действия выделенного фермента мы назвали его карбоксикатепсином». Так новый фермент получил свое имя (помните, из первого эпиграфа: «Кто верным именем младенца наречет?»). А год спустя академик В.Н.Орехович рассказал о нем на 6-м конгрессе Сфера регуляции АПФ и его ингибиторов биохимиков в Нью-Йорке. Заметим, однако, что до сих пор речь шла о ферменте как о неком химическом инструменте, гидролизую- щем определенные химические связи. Поэтому все перечисленные выше открытия должны были когда- то соединиться в ином, совершенно новом качестве. И соединились шесть лет спустя, когда сначала в журнале «Вопросы медицинской химии», а затем в «Clinica Chimica Acta» В.Н.Орехович с сотрудниками опубликовали статью, называвшуюся «Карбоксикатепсин — ключевой фермент двух систем, регулирующих кровяное давление». Вот, оказалось, что делает этот фермент! А теперь некоторые детали. В подробном исследовании на препарате очищенного фермента была доказана способность карбоксикатепсина гидролизовать дипептидные связи в большом ряду выбранных субстратов, а также метаболизировать и ангио- тензин-1, и брадикинин. «В результа- I Ювышение артериального давления (АД), гипертония, сердечная ^достаточность Ангиотензин-превращающий —I фермент, кининаза-Н Ингибиторы] АПФ —' Понижение АД, высвобождение азоактивных факторов Брадикининин те сопоставления литературных и полученных экспериментальных данных, — говорилось в статье, — мы пришли к выводу, что вопрос о ферментах, участвующих в образовании ангиотензи- на-ll и в распаде брадикинина, подлежит пересмотру. Нет оснований утверждать, что в организме существует два различных специфических фермента — ангиотензин-превращающий фермент, образующий ангио- тензин-ll, и кининаза, инактивирую- щая брадикинин. При сравнении свойств этих двух ферментов становится очевидным, что эти функции осуществляются одним ферментом». Это и был карбо-ксикатепсин. Итак, новый фермент обрел физиологическую значимость — свою особую роль в патологии гипертонии и других сердечно-сосудистых заболеваний. И это оказалось наиважнейшим в последующей судьбе АПФ. В 1972 году Международная комиссия по классификации ферментов внесла его в реестр как пептидил-дипепти- дазу — в соответствии с химической «специализацией»... Мне казалось необходимым этапно представить здесь историю открытия АПФ, поскольку последующий вал сделанных на Западе работ отодвинул в тень результаты исследований группы В.Н.Ореховича, и упоминания о них сошли на нет. Орехович упорно именовал свой фермент карбоксикатепсином, в то время как в мировой литературе он прижился под функциональным названием — angiotensin- converting enzyme». Кроме того, публикации из СССР как минимум на год опаздывали: ведь в те времена им поначалу следовало появиться в русскоязычном издании, чаще всего не читаемом на Западе... Глава четвертая, в которой автор портретирует фаворита В списке научных публикаций, посвященных физиологически активным пептидам, ангиотензину и АПФ принадлежит первое место. Около пят- 21
надцати тысяч статей за последние пять лет, и, если проследить по годам, интерес не убывает. Почему? АПФ оказывается ферментом, который обнаруживается буквально во всех тканях организма, а именно: — в стенке кровеносных сосудов сердца, легких, мозга, почек и других органов, где ангиотензин-М способствуют поддержанию тонуса и уровня артериального давления крови; — в сердечной ткани, где АПФ влияет на сократимость миокарда и рост кардиомиоцитов (однако при патологии — при инфаркте — он способствует повреждению сердечной мышцы); — в тканях почек, в кишечнике, в плаценте, в надпочечниках, где АПФ участвует в секреторных и мембра- нотранспортных процессах; — в тканях мозга — конкретно в разветвленной сети мозгового кровообращения, в нервных клетках отделов, ответственных за поведенческие реакции, в гипофизе — важнейшей секреторной железе. Укажем еще и на то, что известна роль АПФ мозга в регуляции уровня артериального давления, стрессор- ных реакций, питьевого и агрессивного поведения, алкогольной зависимости, комплекса психофизиологических явлений, объединяемых в понятие «качества жизни». «A Concerto or a Solo?» («Все вместе или в одиночку?») — так называется статья из американского научного журнала «Circulation Research», посвященная роли пептидных молекул в кардиологии. Этот образ можно отнести в первую очередь к ангиотензину-И и брадикинину, чья высокая физиологическая активность находится под постоянным контролем АПФ. Оба пептида вовлечены в целую систему других регуляторных веществ, сплетенных в сложную, но высоко упорядоченную сеть биохимических процессов. Среди них — ростовые факторы, простаг- ландины, эндотелины, вездезущий «посредник» — оксид азота. «Как хорошо и как приятно жить братьям вместе» — вот еще один образ из книги Псалмов, который был бы справедлив как иллюстрация гармонии физиологической регуляции организма. Был бы справедлив, если бы эта гармония не нарушалась наследственными или приобретенными болезнями, возрастными изменениями, дезорганизацией регуляторных процессов. Такая дезорганизация — в основе любой патологии из-за измененной (чрезмерной или недостаточной) активности ферментов, рецепторов, нарушения баланса химических субстанций. Известно положение о том, что любая патология развивается как негативное продолжение «добродетели», когда высокоспециализированная функция, будучи измененной или нарушенной, столь же изощренно формирует порочные круги болезни. И потому чем более значима роль АПФ в регуляции описанного множества физиологических процессов, тем более «участливым» оказывается его присутствие в разнообразной картине патологий. Напомним, что в идеале суть лечения болезни сводится к двум принципиальным моментам: 1 — нахождению «места дезорганизации», его молекулярного начала; 2 — точному воздействию на него — на рецептор, фермент, ген. Так вот, при изучении АПФ как фактора гипертонической болезни и сердечной недостаточности в центре внимания оказался ген этого фермента. Именно ген! Но... И тут несколько отрезвляющих слов на фоне геномного бума. Не следует говорить о «гене инфаркта» или «гене гипертонии», как это нередко представляется в популярной журналистике. Нет и не может быть специальных генов «талантливости», «преступности», «сексуальности». Почему? Да потому, что проявление любой функции или деятельности любого органа — это огромная полииерархическая пирамида, в основе которой — синтез разнообразных белков, и эти белки составляют соединенные нити целостного полотна организма. И если отдельные нити оказываются плохого качества (а на эту часть «полотна» приходится большая нагрузка) и если слабое место невозможно вовремя укрепить, подлатать, то вот и развивается болезнь. Что касается истоков сердечно-сосудистых заболеваний, связанных с АПФ, то важным оказалось сделанное в последние годы открытие так называемого полиморфизма гена этого фермента. То есть существует несколько вариантов гена АПФ. И как это связано с патологий? У гипертоников, имеющих DD-генотип АПФ, активность фермента вдвое выше, чем у здоровых людей (их генотипы DI и DII). И еще: выявлена связь отдельных вариантов генотипа АПФ с прогрессирующими изменениями левого желудочка сердца у больных, перенесших инфаркт миокарда. Следовательно, в основе гипертонической болезни и сердечной недостаточ- ностми — генетическая предрасположенность. А это оказывается существенным как для прогноза болезни на ранней стадии, так — в идеале — и для этиологического, а не симптоматического лечения. И наконец, нельзя обойти вниманием особенности молекулярной структуры АПФ. Определение аминокислотной последовательности молекулы, насчитывающей около 1300 единиц, позволило зримо представить конфигурацию цепей фермента, их расположение в мембране клетки, положение активных центров (рис.1). Эта информация оказалась принципиальной для обоснования бинарной функции АПФ как ключевого фермента двух систем, регулирующих кровяное давление. Долгое время считалось, что патогенез артериальной гипертонии зависит исключительно от повышенного уровня ангиотензина-ll. Соответственно, терапевтическую полезность ингибиторов АПФ объясняли блокадой синтеза этого прессорного пептида. Но дело в том, что АПФ принимает равное участие и в гидролизе брадики- нина — вещества с сильной гипотензивной (!) и кардиотропной активностью. И потому торможение активности АПФ ингибитором способствует поддержанию более высокого уровня этого пептида — то есть понижению давления крови в сосудах. Баланс двух пептидов-антиподов — регуляторов уровня артериального давления — смещается на фоне ингибитора в пользу брадикинина (рис. 2). Глава пятая, последняя, в которой автор рассказывает, как можно окоротить фаворита Тут следует начать с выдержки из книги Лейдена Уэбба «Ингибиторы ферментов и метабол из ма»> (М.: «Мир», 1966): «Биологическая активность многих ядовитых и лекарственных веществ объясняется их способностью подавлять метаболизм путем воздействия либо на индивидуальные ферменты, либо на согласованную работу системы ферментов в клетке. Естественно, все это открыло перспективы сознательного поис- 22
Гипотетическая конструкция активного центра АПФ и мест связывания с условным субстратом или ингибиторами каптоприлом и эналаприлом. (Модифицированная модель Д.Кашмена) UI NH СНз О О0 ▼ и о С-О субстрат Л1_^Т\Я1/Г\^ сн, о HS-CH - 6© I с-о каптоприл ка ингибиторов с заданными свойствами». А теперь слово американскому ученому Дэвиду Кашмену. Он отметил, что история открытия каптоприла A974 год), первого клинического ингибитора АПФ, поучительна как реализация обстоятельств, в основе которых лежала «программа рационального химического конструирования». Как правило, молекулярный механизм действия ингибитора состоит в том, что благодаря химическому подобию он жестко связывается с активным центром фермента, и собственный субстрат оказывается, так сказать, не у дел. В результате химического дизайна Кашмену удалось «вычислить» структуру активного центра. Перебирая химические вещества различной, выбранной, структуры, можно было допустить, что активный центр АПФ содержит положительно заряженный остаток аргинина (район «узнавания») и ион цинка («район связывания»). Следовало также предположить существование одного или нескольких «карманов» (гидрофобных участков), обеспечивающих полное связывание с субстратом. Для соединения с ионом цинка в N-концевую часть молекулы предполагаемого ингибитора ввели сульфгидрильную группу. Так было получено соединение с силой торможения АПФ, в тысячи раз превышавшей другие вещества. Это соединение и назвали каптоприлом (рис. 3). Спустя 15 лет Дэвид Кашмен, теперь уже знаменитый, писал: «Наша оптимальная модель активного центра АПФ (чисто теоретическая конструкция) привела к получению серии высоко оптимизированных ингибиторов, которые заметно изменили представления о патофизиологическом значении ренинанги- отензиновой системы и способствовали исключительной терапии большого перечня сердечно-сосудистых расстройств, включая гипертонию и сердечную недостаточность». Популярность широко используемых в современной клинике ингибиторов АПФ определяется их эффективностью при лечении сердечно-сосудистых расстройств различного уровня. Эти ингибиторы: — улучшают показатели гемодинамики за счет расширения коронарных и периферических сосудов (эффект брадикинина); — препятствуют гипертрофии сердечной мышцы — патологическому утолщению, возникающему как компенсаторное следствие сердечной недостаточности; — нормализуют активность вегетативной нервной системы, дезорганизованной стрессовым состоянием больных; — способствуют нормализации баланса свертывающей и фибринолити- ческой систем крови. Таким образом, создание и использование этих ингибиторов оказалось удачным благодаря своеобразной универсальности самого АПФ. И ныне список используемых в кардиологии таких препаратов включает более двух десятков соединений различного строения. По своему основному признаку — ли- гандной группы связывания с ионом цинка в активном центре — ингибиторы АПФ делятся на три класса: содержащие сульфгидрильную группу (каптоприл, зофеноприл и другие), содержащие карбоксильную группу (эналап- ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ НАУКИ рил, цилазаприл, лизиноприл, рамип- рил, периндоприл и другие) и содержащие фосфорильную группу (фозиноп- рил и церонаприл). Впрочем, история продолжается: сейчас на очереди реализация идеи получения бинарных ингибиторов, специфически тормозящих активность АПФ и другой пептидазы, также значимой для метаболизма сердечно-сосудистых пептидов. Идея дизайна таких ингибиторов включает информацию о трехмерном строении этих ферментов, что достигается с помощью рентгено-структурного анализа. Самое непростое и, несомненно, важное — это, пожалуй, концовка изложения, финал. Лектор обычно готовит какой-то яркий образ, фразу-изюминку. Мое студенческое поколение помнит, как в Большой химической аудитории МГУ блестяще заканчивал лекции тогда молодой академик Олег Александрович Реутов: гас свет, тут же возникала яркая вспышка цветной химической реакции, и, когда свет зажигался, профессора на кафедре уже не было. Но до сих пор осталась память о предмете химии, излагаемом стройно и красиво... Быть может, коль скоро речь шла об энзимологии в различных гранях ее современной значимости, уместно закончить этот рассказ словами Люберта Страйера, автора трехтомной «Биохимии», которая остается настольным руководством и у нынешних студентов: «Я стремился к тому, чтобы изложение предмета биохимии оставляло впечатление интеллектуальной мощи и красоты». Разве история ангиотензин-превра- щающего фермента — от обнаружения в лошадиной крови некоего активного фактора до всюду теперь продающихся лекарств, созданных на его основе, — не подтверждение тому? 23
Виртуальный музей как зеркало компьютерной революции Интернет-технологии — сегодня это модно, стильно, без этого просто нельзя существовать. С каждым месяцем растет число веб-сайтов, и среди самых популярных, мультимедийных, постоянно появляются новые коллекции, виртуальные музеи. И на этом фоне автор декларирует необходимость создания еще одного, на этот раз биологического виртуального музея. Полноте, с кажет читатель, неужели мало тех, которые уже есть? В самом деле, биологические интернет-коллекции существуют, но это, как правило, электронные версии обычных зоологических музеев или гербариев либо электронные определители. В них собраны изображения зафиксированных, засушенных и отпрепарированных растений и животных. Кроме того, подобные коллекции обычно не дают материала для научной работы систематикам, экологам и популяционистам, поскольку каждая систематическая группа представлена в них не более чем одним-двумя экземплярами. Музей, о котором пойдет речь, — это первый музей изображений живых животных и растений. Зачем он нужен? Достаточно давно, чтобы это стало классикой, великий российский биолог Н. В. Тимофеев-Ресовский сформулировал правило: «Понимать, почему сие важно в-пятых». Прежде чем начать работу, следует пять раз спросить себя «зачем это делать?», и только вразумительный ответ на пятое «зачем?» будет означать, что работа действительно важна. Мы расположим наши пять «зачем» по порядку: от более общих к частным, но не менее важным. 24
Кандидат биологических наук Х.П.Тирас ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ НАУКИ Видимый образ Природы Внутренний мир биолога, в отличие, к примеру, от мира математика, формируют зрительные образы — образы растений, животных, микроорганизмов, клеток под микроскопом, подмосковного ельника и тундры... Одной из главных задач биологии как науки во все времена было создание образа окружающего мира, Природы в целом. Именно для этого поколения ученых собирали коллекции растений и животных, чертили схемы и рисунки, создавая идеализированные образы «типичных представителей вида» на основе многочисленных конкретных экземпляров. «Золотой век» биологии — век Гумбольдта, Гете и Дарвина — это была эпоха великих открытий: с биологией происходило то же, что во времена Колумба и Магеллана произошло с географией. Каждый биолог был натуралистом-открывателем. Не все могли, подобно Дарвину, совершить кругосветное путешествие, но каждый, кто претендовал на звание ученого, самостоятельно исследовал окружающий мир, находил и описывал новые типы, классы и виды растений и животных, собственными глазами видел объекты, о которых писал, и сам держал их в руках. Сегодня массовое обучение не дает такой возможности. (Если говорить откровенно, это и не считают нужным.) Только в зоопарке и на летней практике студент может увидеть растения и животных «живьем»: остальное время уходит на чтение учебников, решение задач и лабораторные работы. Основные образы, основное представление о мире будущие биологи получают из книжных рисунков и фотографий, теле- и видеофильмов и с компакт-дисков. Изменить подобное положение вещей не в наших силах, и в конце концов, развитие науки необратимо. Однако нам представляется очень важным, чтобы начинающий биолог не только рассматривал идеализированные рисунки и схемы, но и получал представление о реально существующих зверях, птицах и травах. Эту задачу помог бы решить музей изображений живых животных и растений. И по правде говоря, это было бы полезно не одним биологам. Образ окружающей природы не может быть монополией биологической науки, гуманитарные аспекты такого музея не менее очевидны. Мы получили ответ на первое «зачем». А теперь задаем второй вопрос: зачем нужен виртуальный музей здесь и сейчас и насколько вероятно, что российские биологи справятся с делом, которое кажется таким сложным и дорогостоящим? Жизнь в одной плоскости Все окружающие нас объекты объемны. Поэтому, когда мы говорим о виртуальном биологическом музее, речь в принципе должна идти о трехмерных файлах с изоб- 25
Планария вида Girardia tigrina желто-коричневого цвета (изображение получено д.б.н. К.Б. Аслан иди3 ИТЭБ РАН) ражениями экспонатов. Эта проблема решается с помощью хорошо известной технологии — компьютерной томографии. Однако до того времени, когда томограф станет таким же доступным прибором для биологов, как микроскоп, к сожалению, пока еще далеко. Сегодня томо-графы — очень дорогие и громоздкие установки. Но можно начать с простой задачи: с так называемых плоских биологических объектов. Естественно, любой реально существующий «плоский» объект на самом деле имеет и третье измерение, и объем. Однако зрительный образ многих из них точно описывается двумерным изображением. Самый простой пример — листья растений. Все, что нужно знать ботанику о листе, дает его фотография или отсканированное изображение. Сюда же относятся насекомые — бабочки и стрекозы, а также многие другие группы, систематика которых опирается на форму и жилкование крыльев. Из других зоологических групп самые подходящие объекты — пресноводные плоские черви планарий, которых автор этой статьи изучает уже долгие годы. С помощью фото- и видеотехники листья, бабочек, планарий легко можно оцифровать и ввести их электронные изображения — имиджи — в компьютер. Ценность любой коллекции возрастает в геометрической прогрессии с расширением географии мест, от- Дивный образ планарий, полученный в лаборатории автора куда были получены образцы. Чтобы создать именно такой музей, о котором идет речь, понадобятся совместные усилия многих зоологов и ботаников из разных регионов России и других стран. В полном объеме такая задача по плечу только всему мировому научному сообществу. Но уже сейчас понятно, что специалистам следует выработать единые стандарты для имиджей своей группы: сформулировать требования к типам файлов, масштабу и качеству изображений, к условиям их получения и другим техническим характеристикам. Стандарты необходимы с самого начала, чтобы не терять темпа в последующей работе, а главное, чтобы не опорочить начальными ошибками саму идею единой коллекции электронных изображений. Например, у нас уже сегодня есть обширная коллекция «портретов» планарий. Для наших работ (о которых я еще расскажу) было достаточно черно-белых изображений, но для музея, конечно, потребуются цветные. Словом, нам более или менее ясно, как следует работать с объектами, подобными планариям: маленькими (для наблюдения нужен бинокулярный микроскоп), плоскими, подвижными и обитающими в воде. Точно так же специалисты по другим группам должны выработать собственные стандарты. Как бы то ни было, полномасштабный виртуальный музей должен содержать файлы с трехмерными изображениями. Но пока будем работать с плоскими объектами и ждать от наших конструкторов недорогих и качественных компьютерных томографов. Теперь переходим к третьему «зачем»: какие задачи смогут решать биологи с помощью виртуальных коллекций? На пути к количественной биологии Очевидна первая и наиболее мас-штаб- ная задача: создать каталоги представителей флоры и фауны разных биогеографических регионов России и всего мира. Исследователи могут присылать по электронной' почте каталоги с файлами, содержащими изображения местных животных и растений. Эти файлы будут размещены на едином музейном сервере, а каждый участник проекта будет иметь свободный доступ ко всем его ресурсам. Подобная коллекция позволит работать с огромным разнообразием представителей одной группы животных или растений. В частности, это был бы бесценный материал для работ по количественной систематике. Пользуясь электронными изображениями, специалисты смогут вычислять относительные размеры тела животных и листьев растений. А эти отношения часто бывают важными систематическими признаками. Вот один пример. Серию интересных работ по систематике высших растений описал профессор М.М.Маго- метмирзаев в своей монографии «Введение в количественную морфогене- тику». Оказалось, что устойчивый систематический признак у растений — отношение длины листа к длине его черенка. Это было показано при оценке различий между двумя близкими видами груш, кавказской и иволист- ной. Прелесть этих работ состоит в том, что измерения на сотнях листьев были проведены с помощью простого штангенциркуля в полевых условиях. Нетрудно догадаться, как было бы полезно для систематиков, если бы эти листья были отсканированы и оставались доступными для более подробного и, возможно, более точного анализа! К сожалению, эти работы были сделаны еще в 70-е годы XX века, когда компьютеры назывались электронно-вычислительными машинами, а приборы для ввода изображения в ЭВМ — планшетные дигитайзеры — применялись исключительно для анализа траекторий полетов ракет. Но сегодня такого рода материал легко перевести в электронный вид, и не следует пренебрегать этой возможностью. Вообще, дело касается не только систематики. Компьютерный музей мог бы стать вкладом в важнейший процесс становления количественной биологии. Уровень развития любой естественной науки определяется уровнем ее математизации. Рано или поздно со- 26
ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ НАУКИ вершается переход от накопления наблюдений к формулировке законов и математическому описанию закономерностей. Со времен Линнея морфология и сравнительная анатомия оставались оплотом качественных подходов в биологии. Однако тот же Линней был отцом биологической систематики, а систематика — это, по сути своей, сравнение. Сравнение же немыслимо без количественных оценок. Представители других дисциплин посмеивались над «чудаками-натуралистами», подсчитывающими крапинки на спинке жука или семена в плоде. Но именно кропотливая работа наблюдателей природы помогла биологии подняться на новый уровень. Достаточно упомянуть такие фундаментальные примеры количественных закономерностей в живой природе, как «золотое сечение» Леонардо да Винчи или «золотая пропорция» Фибоначчи. (По утверждению самого Леонардо из Пизы, более известного как Фибоначчи, его числа описывают размножение кроликов, а ботаники со времен Иоганна Кеплера знают, что пропорции, по которым устроены цветы у растений, а также ряды расположения листьев на стеблях (филлотаксис) основаны на тех же его рядах чисел.) Интересно, что первый взлет количественной биологии произошел ровно сто лет назад, в конце XIX — начале XX века: тогда были созданы общая теория систем, теория роста, различные модели развития популяций. Это время связано с именами Людвига фон Берталанфи, Джулиана Хаксли и Вито Вольтерры. В нашей стране колоссальную работу в данном направлении вел А.А.Любищев. И как тут не вспомнить работы все того же Н.В.Тимофеева-Ресов-ского по эволюционной биологии и популяцион- ной генетике. Однако к середине XX века в общественном сознании первенствуют химия, биохимия и молекулярная биология. Морфология, систематика, теория эволюции становятся менее престижными: чтобы вызвать к себе уважение, работы в этой области должны использовать «модные» методы биохимии и молекулярной генетики. Сейчас это положение кардинально меняется. Традиционные методы биологического исследования в сочетании с компьютерными технологиями дают исследователям новые возможности. Только теперь морфология становится по-настоящему количественной наукой, ведь наблюдение, зафиксированное компьютером, идентично измерению. Виртуальный образ растения или животного — это группа цифр, которые в равной степени интересны и биологу, и математику. Можно утверждать, что сегодня в биологии вообще, а в анатомии и морфологии в частности происходит «тихая» компьютерная революция. На основе анализа виртуальных изображений появляется океан новой информации. Чтобы представить спектр задач, которые можно решать средствами компьютерной биологии, приведем несколько примеров. Мы уже достаточно сказали о том, какое значение имеет компьютерная морфология для систематики, для исследований внутривидового и межвидового разнообразия. Но коль скоро соблюдение пропорций — неотъемлемое свойство живого объекта, именно оно руководит и такими процессами, как рост или регенерация (восстановление утраченных частей). Компьютерный анализ изображений может здесь дать очень много. Например, наши исследования регенерации у планарий показали, что после перерезки животные восстанавливают исходные пропорции, а не размеры своего тела. (После отсечения головного конца тела общие размеры животного, естественно, уменьшаются, и планарий восстанавливают структуру своего тела из остаточного клеточного материала. В результате через две недели получается животное тех же, первоначальных, пропорций, но меньшего размера. Для того чтобы восстановить исходные размеры тела, животному нужны еще две-три недели.) Совершенствуя методы анализа компьютерных образов, мы, вероятно, больше узнаем о том, как наш собственный мозг анализирует зрительную информацию. Скажем, при знакомстве с человеком мы бессознательно «измеряем» его лицо, заносим данные в свою память и считываем эти данные, когда вспоминаем человека или узнаем его при встрече. Еще более интересные процессы (которые традиционно считают «непостижимыми») происходят, когда художник запечатлевает увиденное им на своей картине. Отбор и переработка информации в сознании творческой личности, несомненно, имеют психофизиологическую основу, и для раскрытия их механизмов тоже могут пригодиться методы компьютерной морфологии. Здесь уже пересекаются интересы биологов, психологов и культурологов. Новая биоэтика: сканер против скальпеля Следующая группа аргументов — этические проблемы работы с живыми объектами. Имеем ли мы, биологи, право бесконтрольно брать животных и растения для научных и дидактических задач? Традиционный ответ: конечно, это небесспорно с точки зрения морали, но по-другому не получится, и тому есть по меньшей мере две причины. Первая из них — время. Каждый день с лица Земли исчезает один биологический вид, и надо спешить, чтобы сохранить хотя бы информацию об этих видах. Так, благодаря своевременной инициативе и усилиям Б.Н.Вепринце- ва с 90-х годов начата работа по созданию криобанков генетических материалов. Однако существует масса технологических ограничений для со- в здания полного криобанка объектов, э" живущих сегодня. £ Второй аргумент относится в боль- * шей мере к животным. Чтобы собрать i биоматериал, создать музейный экс- 2 понат, живое существо необходимо ^ умертвить. Это основная этическая 2 проблема и для биологов-экспери- g ментаторов. Но они давно не исполь- ™ зуют в повседневной работе живот- | ных из природы: созданы специаль- | х ос 27 I
ные виварии. В острых опытах применяется анестезия, совершенствуются как сами методы работы с живыми объектами, так и методы статистического анализа результатов (это позволяет уменьшить число подопытных животных). Для экспериментальных нужд созданы так называемые альтернативные биологические модели: во многих случаях вместо животного или растения можно работать с культурой клеток... К сожалению, для музеев и коллекций все эти «методы облегчения совести» не подходят. Логика музейного процесса требует расширения и пополнения коллекций как за счет новых видов, так и за счет новых экспонатов одного вида. Единственный способ разрешить эти проблемы — создание виртуальных образов живых объектов. Для того чтобы получить образ животного, его не обязательно убивать. Кроме того, гораздо проще хранить файлы, чем отпрепарированные и зафиксированные экспонаты или пробирки с ДНК и яйцеклетками. Не говоря уже о том, что места они занимают куда меньше. Можно представить себе, как выглядел бы реальный, а не виртуальный зоопарк, в котором содержались бы животные в количестве, достаточном для всех вышеупомянутых целей. Джеральду Дарреллу для его зоопарка хватило части острова Джерси. Боюсь, что для музея, подобного виртуальному, в мире не нашлось бы подходящего по размерам острова. Наконец, если мы ставим задачей создать изображение живого, неповрежденного, максимально свободного существа, от этого выигрывает не только животное, но в не меньшей степени — изображение. Растения и малоподвижных животных вполне допустимо фотографировать в стандартных кабинетно-лабораторных условиях: значительной потери информации при этом не произойдет. Но для большинства животных это не так. Обратимся за аналогией к другой биологической дисциплине — науке о поведении животных. В конце XIX — начале XX века в ней доминировали декартовские представления о животном как о биологическом автомате, все части которого функционируют в соответствии со своим устройством, достаточно жестко и в какой-то мере независимо друг от друга. Это органично вытекало из научно-дидактической практики, связанной с медициной. Классическим примером следует признать подход великого российского физиолога И.П.Павлова, ко- Установка для получения имиджей: микроскоп, видеокамера, компьютер торый был медиком по образованию, как и большинство физиологов того времени. Не случайно основной поведенческой моделью павловской школы была выработка условного рефлекса у собаки в станке, жестко фиксирующем животное. Чуть позже, когда биология отделилась от медицины и стала самостоятельной наукой, развилось и такое ее направление, как зоопсихология, исследующая «психические» основания поведения животных. Позже это направление вошло в новую науку — этологию, основным методологическим подходом которой стало наблюдение животных в естественных условиях. При этом удалось понять многие важнейшие явления, которых ранее даже не замечали, достаточно напомнить о понятии «импринтинга». Достижения этологии, связанные с именами ее основателей Конрада Лоренца и Нико Тинбергена, легли в основу нового подхода. Ничуть не умаляя результаты «павловского» подхода в физиологии, надо сказать, что методы этологии позволили пойти гораздо дальше в понимании поведения животных. Возможно, сегодня, с появлением методик для создания качественных прижизненных образов, пришло время для этологического подхода в морфологии. Убивая животное или ограничивая его свободу, мы теряем не так уж мало информации. В этом автор статьи имел возможность убедиться лично. Уже упомянутые опыты с регенерацией планарий проводили в условиях, которые трудно назвать удобными для животного (какое уж тут удобство, когда отрезают головной конец тела), но по необходимости это были условия максимальной свободы. У планарий есть замечательное свойство: сразу после ампутации головы они как ни в чем не бывало начинают двигаться. Планария скользит по дну чашки Петри не за счет мускульных усилий, а перебирая ресничками, расположенными на брюшной стороне тела. Но если попытаться ее тем или иным способом остановить, она, как положено червю, начнет извиваться. Отсюда следует, что измерить растущую плана- рию не так-то просто. Изгибы тела искажают его форму, а точно оценивать размеры объекта, перемещающегося в поле зрения микроскопа хотя и плавно, но быстро, — это работа, трудность которой не оценишь, пока сам не попробуешь. Волей-неволей мы начали делать и измерять изображения, сперва обычными способами, а потом с помощью компьютера и специально написанных программ. Фото- или видеосъемки проводили, когда животное спокойно, без принуждения скользило по дну чашки — только при этом условии видимая площадь тела планарий оставалось постоянной. Переход на пиявочный, скачкообразный тип движения квалифицировали как артефакт, и регистрацию немедленно прекращали. В краткой форме данный подход можно характеризовать девизом «Watch по touch», или, по-русски, «Смотри, не трогай»: экспериментатор почти не касается животного, дистанцируется от него, оставаясь в роли наблюдателя. Тем самым мы возвращаемся к тому замечательному времени в истории биологии, когда о биологическом объекте судили, основываясь на его нативном, естественном образе. Результаты, как хочется надеяться, еще впереди. Напоследок отметим, что создание компьютерного музея ни в коей мере не означает отказа от обычных зоологических музеев, гербариев и определителей, а также зоопарков. На- 28
В оформлении статьи использованы изображения листьев, собранные учениками пущинской средней школы № 3 (преподаватель — к.п.н. В.В.Соколова) против, именно существующие музеи и зоопарки могут стать местом обсуждения и консолидации мнений специалистов по поводу виртуальных музеев. А сами виртуальные коллекции — это, по сути, естественные продолжения экспозиций классических музеев и зоопарков. Следует наращивать культурные слои, а не разрушать каждый раз все старое в погоне за новым. В конце концов, сама возможность посмотреть и пощупать череп мамонта, увидеть и услышать красивую птицу дорогого стоит. Зачем же лишать себя этого удовольствия? были на высоком уровне. Сегодня одним из таких плодотворных «стыков» представляется компьютерная биология, область пересечения математики и биологии. (Создание и анализ изображений — воистину необозримое поле взаимодействия Биология + компьютер = 9 Последнее, пятое, «зачем» относится к организационным и педагогическим аспектам проблемы. Каше место компьютерная бУющЗМШшВШЁШте довре- менной российски ' Мы не скажем иС напомним, что в обе! наше государство не^ жать фундаментальную" жном уровне. Как сотрудн^ ского научного центра, я хорошо^зйедГ^ реальную стоимость современных моле кул ярно? биологических исследована" ~ - "*- на mw&oj вание моле'КДОСЯДО рима», и цр в ближайшее вс рование, в том чи Одно из таких наТ] ненно, компьютерная ОйТэлс Характерной чертой j учной культуры всег^ стыке разных наук и зачастую пионерских направлений. Хороший пример тому — история отечественной биофизики, родившейся на стыке физики и биологии почти сто лет назад. С середины 60-х годов и по сей день российские направления в этой науке и наши специалисты-биофизики высоко котируются на мировом интеллектуальном рынке. «Симбиоз» был столь успешным потому, что и физика, и биология того времени и м| ni.ii. '|п м uijli ,un|. i| м. I ш 7 г 3 Ч 5 6 математиков-прог| гами!) Российс традиции, mhoi ческие школ ву. Эти тра, ВИТИЮ СОВ| тематики своей сто| еще не ут| теллектуа. Немалс биологи лярной. ровать д; условиях ное напрай! логии, в ния вы истов с биоло- тематические ые математи- мирную сла- ствуют раз- ийской ма- ования. Со логия пока ювый и ин- 1ал. пьютерная ле молеку- но финанси- российд о един! >ем Л1 В,»О Н! И Hi Bai iOI сь виден прямой эконом развитых странах связи, поиска покупок и быстрора [«ими темпам. _ . Кроме тогрр р§4 ^Зазы для подб! ируетря уже eel ворить об отечеств1 ГРоссийский фонд фундамен^" ьных исследований (РФФИ) финансирует программу «Электронные библиотеки и коллекции». Проект ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ НАУКИ биологического компьютерного музея полностью соответствует критериям РФФИ, а также Института открытого общества (ИОО, фонд Джорджа Сороса), который активно занимается внедрением интернет-технологий в российской высшей и средней школе. Создаваемые ИОО по всей России интернет-центры могли бы стать и «центрами кристаллизации» для виртуальных биологических музеев. Второй аспект проблемы — педагогический. Все знают, как много значат слова «компьютер» и «Интернет» для современных мальчишек и девчонок. Если преподаватели в школах и институтах сумеют использовать этот беспрецедентный интерес, у них появитч^Ьанс увлечь новое поколе- """ икой научного поиска. <о сильно компьютерная 'привлекает подростков, ав- ит каждую неделю на заняти- КйЬ^льного факультатива. Наши **чики легко и непринужденно осво- бхнологии, гемами ана- 1чали делать эмузей и гер- врва школьни- эресуют сами герные игры, то Яа первый план А9 Ребята своими новое знание и убеж- 'что наука — не такое РГ^таромодное занятие, как [их ровесникам. Еще раз ".В.Тимофеева-Ресовс- г— баба веселая, и не "Гей относиться со звериной ^Серьезностью!» Пусть это будет последним аргументом в пользу виртуального биологического музея. вщ На вопросы читателей, которых заинтересовал проект виртуального биологического музея, ответит автор статьи, рлампий Пантелеевич Тирас, старший научный сотрудник та биофизики клетки РАН, гор. Пущино Московской обл. ail: tiras@maH.ru, http://www.iteb.serpukhov.su/biomuseum imli |l lllilli II Ithli, li iml| in 7 8 9 10 tili|WII|ittlflbl|ll)( II |IIH|' li|iilb,lllt|ll l|.ln| 'H,'l. ill i ii ie 13 14 is w и in 19
Компьютер в химичу лаборатории, или Зачем! — Профессор, нужно купить новый компьютер! — Зачем? Мы же химией занимаемся, а не программированием! и ^^^Ч ужен ли компьютер в совре- I I менной химической лабора- I I тории? Вопрос скорее рито- I I рический: сейчас без компьютера, наверное, даже философы не пишут свои труды. И все же, для чего нужен компьютер именно химикам? Да хотя бы для того, чтобы аккуратно изображать формулы. Ведь любой химик в душе художник и получает эстетическое удовольствие от красиво нарисованных химических формул и схем реакций. К сожалению, не у каждого глаз и рука Леонардо да Винчи. Раньше химики при оформлении диссертаций и статей нередко обращались за помощью к профессиональным художникам, теперь же при помощи таких компьютерных программ, как ChemDraw A — см. список на с. 31), ACD Sketch B) или ChemWind C), можно самостоятельно нарисовать самые сложные формулы и отредактировать их. Более того, нажимая на кнопку мыши, их легко превратить в пространственные структуры и, вращая в пространстве, выбрать наиболее наглядную проекцию для представления в статье или докладе D). А насколько зрелищными и полезными бывают компьютерные анимации сложных химических и биохимических процессов E,6)! Компьютер помогает не только выразить данные, но и понять их: нередко без специальных программ, наглядно изображающих периодически структурированные твердые тела G,8), бывает очень трудно разобраться в типе и параметрах их кристаллических решеток. Но компьютер не только помогает получать эстетическое наслаждение от красиво нарисованных структур, формул и схем реакций. Любой химик знает, какое большое значение в его деятельности имеет работа с литературой. Ведь как обидно бывает, когда потратишь на синтез несколько месяцев, а потом выясняется, что 4 >> X все это было уже сделано (иногда — еще в девятнадцатом веке!). Поэтому без работы с литературой, поиска и сравнения различных данных химику не обойтись. Однако загляните в современную химическую библиотеку — тысячи, если не миллионы томов энциклопедий, монографий, учебников и журналов высокомерно смотрят на вас с полок. Так и кажется, будто они в стиле героя Ильфа и Петрова сейчас произнесут насмешливо-скептически: «Ищете? Ну-ну!» Есть от чего пойти кругом голове, ведь обзорный поиск даже в реферативных журналах вроде «Chemical Abstracts» занимает не один день. Вот бы этот поиск автоматизировать! Наверняка эта мысль не раз приходила в голову химику, сидящему возле стопки толстенных томов, покрытых библиотечной пылью. И вот тут без компьютера никак не обойтись. То, что для человека скучно и долго, для ЭВМ — минутное дело. Недаром рефераты по многим естественным дисциплинам, в том числе по химии, сейчас издаются и в цифровом формате на компьютерных компакт-дисках; в качестве примера можно привести широко известные «Current Contents». Вставил такой диск в компьютер, ввел ключевые слова или фамилии авторов — и через минуту получаешь полный список всех рефератов, в которых они встречаются. Потом можно просмотреть найденные компьютером материалы, отобрать нужную информацию и сохранить выбранные рефераты на дискету или распечатать их. В зависимости от количества отобранных компьютером источников вся процедура занимает от десяти минут до получаса, что гораздо меньше, чем при традиционном поиске информации. Если у вас есть возможность пользоваться международной компьютерной сетью (Интернетом), то необязательно покупать компакт-диски для поиска необходимых данных: такой сервис бесплатно доступен на многих специализированных химических серверах. Например, осуществить литературный поиск можно на сайте Belstein Abstracts (9), предварительно бесплатно зарегистрировавшись на химическом сервере ChemWeb A0). Кроме указанной возможности поиска, на этом сервере можно найти и много другой интересной химической информации, например интернет-журнал для химиков Alchemist или базу данных по номенклатуре и свойствам многих веществ A1). Хорошая база данных по физико-химическим свойствам и ИК- спектрам органических соединений расположена на сайте Американского института стандартов A2), причем вы можете нарисовать на экране лю- 30
бой фрагмент структуры, а программа сама подберет все находящиеся в базе вещества, в которых он содержится. Не стоит и говорить, насколько это удобно и облегчает поиск, особенно если нужно сделать сравнительную выборку каких-либо свойств по определенному классу соединений. Нельзя не упомянуть и широко известные базы данных по структурам белков (PDB — Protein Data Base) A3), ЯМР-спектрам A4,15,16), структурам органических и координационных соединений (Cambridge Structural Database A7)). Любой современный аналитический прибор, как правило, подключен к компьютеру, который собирает информацию, в соответствии с определенной программой предварительно обрабатывает данные (например, проводит Фурье-преобразование) и выводит результат на монитор и/или принтер A8). В последних версиях в такие аппаратно-программные комплексы интегрирована и база данных с элементами искусственного интеллекта, которая дает рекомендации о качественном составе анализируемых веществ и их смесей. Иные программы позволяют симулировать спектры (например, ЯМР B,19), соответствующие определенной химической структуре. Если же ваши аналитические приборы не присоединены к ком- список ссылок 1 D.Bradley. Chemistry suite is intelligent. // Scient. Сотр. World. 1997, 32. p.41-44. 2 http:/www.acdlabs.com 3 D.Bradley. Lightening the load for the practicing Chemist. // Scient. Сотр. World. 1997, 30. p.31-32. 4 http://www.tripos.com 5 J.Halaska. Simple routings animate large molecules. // Scient. Сотр. World. 27, p.22-23. 6 K.A.Burke, T.J.Greebowe, and M.A.Windschitl. Developing and Using Conceptual Copmuter Animations for Chemistry Instruction. // J. Chem. Edu. 1998. Vol.75, #12, p.1658-1661. 7 U.Wedig, L.Schroder. Visualization reveals new structures in solid-state chemistry. // Scient. Сотр. World. 1996, 21. p.21-22. 8 W.R.Robinson. A Window on the Solid State. // J. Chem. Edu. 1997. V.74. #10. p. 1245-1246. 9 http://chemweb.com/databases/ bel/badisplay.exe?jcode=belabs 10 http://www.chemweb.com 11 http://chemfinder.camsoft.com 12 http://www.nist.gov/ 13 http://www.rcsb.org/pdb/ 14 http://www.bmrb.wisc.edu/ 15 http://sfdzuma.usc.es/pub/ NMR/ 16 http://gamma1.magnet.edu 17 D.Bradley. Structural database moves into the future. // Scient. Сотр. World. 1999, 47. p. 19-20. 18 http://www.spss.com/software/ science/free 19 V.Spedding. / Software simplifies NMR spectroscopy. // Scient. Сотр. World. 1996, 23. p.27-28. 20 O.Zerbinati. A Simple and Inexpensive 8-bit Analog to Digital Converter for the PC's Parallel Port. // J. Chem. Edu. 1997. V.74. #10. p.1241-1242. 21 J.M.Goodman. Chemical Applications of Molecular modelling. RSC, 1998. 224pp. 22 D.Bradley. Molecular modelling to build miniature worlds. // Scient. Сотр. World. 1997, 31. p.18-20. 23 Molecular Dynamics: From Classical to Quantum Methods. P.B.Balbuena, J.M.Seminario (eds.). Elsevier Science, 1999. 970pp. 24 http://www.msg.ameslab.gov/ 25 http://www.gaussian.com/ 26 http://www.msi.com 27 Computational Materials Design. T.Saido (ed.). Springer-Verlag, 1999. 320 pp. ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ НАУКИ пьютеру — не беда, при желании можно самостоятельно наладить интерфейс B0). Ну и, конечно, нельзя обойти молчанием применение компьютеров для квантовохимических расчетов электронной структуры молекул B1,22) и обоснования механизмов различных реакций (поиск седловых точек) B3). Сейчас в составе чуть ли не каждого большого научного коллектива есть свой «компьютерно-химический шаман», колдующий над такими программами, как GAMESS B4) или GAUSSIAN B5), и обосновывающий при помощи квантовохимических расчетов то, что нужно обосновать. Самое интересное происходит, когда результаты эксперимента противоречат предварительным расчетам. Тогда «шаманы», не моргнув глазом, меняют какие-нибудь параметры в исходном файле или берут за основу другой базис и через несколько дней обосновывают диаметрально противоположное! А если серьезно, то производительность компьютеров растет на глазах, математический аппарат и расчетные методы постепенно совершенствуются, а как следствие, увеличиваются и предсказательные возможности компьютерной квантовой химии. И наверно, недалек тот час, когда основное время химики будут проводить не у лабораторных столов, а за компьютерами, разрабатывая и обсчитывая наиболее вероятные схемы реакций или свойства полученных соединений с использованием так называемых QSAR-программ (от «quantitative structure — activity relationships»; программы, которые позволяют по структуре предсказывать свойства соединений) B6,27). Но как бы ни сложились взаимоотношения химии и компьютеров, хочется надеяться, что такие слова, как «искусство эксперимента» и «интуиция», никогда не исчезнут из словаря химика. Кандидат химических наук М.Н.Копылович 31
Все живое завязано нитью Многое было сказано о том, что такое жизнь, с точки зрения физика, химика, математика, энергетика, кибернетика. В своих заметках я рискну продолжить эту традицию, идущую от Э.Шредингера, необычным вопросом: что такое жизнь, с точки зрения специалиста по текстильному материаловедению? Камень треснул, а на лбу синяк Когда участники дискуссий выявляют основные атрибуты живого, обычно они оставляют без внимания любопытный факт: живое и неживое по-разному реагируют на физические воздействия. От удара камень (типичный неодушевленный предмет) дробится на части; живое тело, напротив, сохраняет свою целостность, лишь по месту приложения силы возникают локальные дефекты. Проигрывая неживым объектам в твердости, живое успешнее сопротивляется раскалыванию и необратимому изменению формы (пластическим деформациям), такому, как растяжение, сжатие, изгиб. Чем обусловлено это различие? Физико-механическая конструкция живого тела или ткани имеет специфические особенности. Здесь нет прямых плоскостей, столь характерных для кристаллических минералов или технических сооружений; а перейдя с макроуровня на микроуровень, мы не увидим кристаллических решеток. Основной, можно сказать, универсальный элемент строения живого — нить: простая, но в то же время весьма специфическая форма, обладающая огромными и очень разнообразными функциональными возможностями. Для математика нить — это цилиндр, высота которого на порядки больше диаметра. Отсюда следуют и физические свойства. Длина нити может быть различной, но при этом на всем протяжении она в идеале имеет постоянную толщину и прочность. Нить обладает высокоразвитой удельной поверхностью, то есть отношение поверхности к объему достаточно велико. Наконец, большинство нитей в той или иной степени способны гнуться, образуя различные формы. Благодаря своей гибкости и большой удельной поверхности (которая увеличивает трение) отдельные нити хорошо сцепляются и переплетаются. А это открывает путь к трехмерному формообразованию: из нити можно связать все. Нитеобразие, нитеподобие в неживой природе проявились лишь в зачаточном виде, но в живых системах встречаются повсеместно. Нетамор- физм (от греч. neta — нить) стал фундаментальной особенностью живого вещества, его спецификой и атрибутом. Все живое сплетено, связано, соткано из нитей — биологических макромолекул. Если разобрать на составляющие любую часть организма, любой кусочек ткани, мы не найдем ничего, кроме нитей. Для самих живых существ это незаметно лишь потому, что нити очень тонки и плотно упакованы. Таким образом, всякое живое существо — это текстуральная конструкция (от лат. texo — тку, сплетаю). Ее принципиальная особенность — сочетание дискретности и непрерывности: отдельные нити сплетены в единое целое по всему объему системы. Это и объясняет феномен, с которого мы начали наше рассуждение. При ударе по кристаллическому монолиту механическое напряжение концентрируется в месте образования первичной трещины, которая стремительно разрастается и ветвится — монолит рассыпается на куски. Переплетенные нити живого тела способствуют «рассасыванию» напряжения, возникшего по месту приложения силы, — перераспределению нагруз- 32
ВЕЩИ И ВЕЩЕСТВА ки на соседние элементы. При этом дефект, приведший к разрыву отдельных нитей, угасает и локализуется. Каждая нить (и даже ее отдельный короткий участок), будучи частью единой системы, в то же время всегда сохраняет свою физическую индивидуальность, и, следовательно, единичный разрыв не приводит к разрушению всей текстуральной конструкции. И в самом деле: соударяясь с твердыми телами, падая на землю, сражаясь друг с другом, живые существа, как правило, не распадаются на части. Не исключено, что жизнь, основанная на другом физико-механическом принципе, попросту невозможна (что бы ни писали фантасты о разумных кристаллах). Алмаз гораздо прочнее любого живого объекта, но цена прочности — полная неподвижность и самого камня, и каждого его атома. Биотекстильные технологии Простой и эффективный принцип конструирования из нитей, изначально возникнув в природе, получил закономерное и далеко идущее, осознанное и бессознательное отражение в развитии человеческой цивилизации. (Кстати, сами слова «развитие», «эволюция» во всех языках происходят от корня, означающего раскручивание, разматывания свитка — или клубка.) Технотекстиль, включая все его исходные, промежуточные и конечные модификации, есть не что иное, как модель изначально существующих в биосфере «технических решений». Нет такого типа рукотворной текстильной конструкции, который нельзя было бы найти в биосистемах, — будь то материалы тканые и трикотажные (геометрически регулярное переплетение), нетканые и войлочные (нерегулярное переплетение) или композитные (нити погружены в матричную основу). К примеру, наружный покров кальмара состоит из множества слоев ажурной ткани, плотно прилегающих друг к другу. Каждый слой выполнен из нитей, которые регулярно пересекаются между собой, — как основа и уток, если придерживаться текстильной терминологии (рис. 1). Но явное предпочтение природа отдает нетканым конструкциям (соединительные ткани и кожа млекопитающих) и композитам (хрящевая и костная ткани животных, клеточные стенки растений, в которых армирующий компонент — микрофибриллы целлюлозы, погруженные в матрикс из гемицеллюлоз, лигнина и пектиновых веществ) (рис. 2). Биотекстильная технология начинается с линейной полимеризации низкомолекулярных соединений (аминокислот, моноуглеводов). Из мономеров образуются нити, из них — про- тофибриллы, затем микрофибриллы, фибриллы и, наконец, готовые нити необходимой длины и толщины. Все эти процессы имеют место и в промышленном производстве волокон на основе синтетических полимеров (полиамиды, полиэфиры, полипропилен, полиакрилонитрил и другие). Знаменитый русский биолог Н.В.Тимофеев- Ресовский называл живую клетку «фабрикой макромолекул». Следуя нашей аналогии, мы можем назвать клетку текстильной фабрикой. Конечно, есть и важные различия. В текстильном деле получение и переработка нитей, как правило, отделены от построения из них конструкций. В живых системах эти два процесса неразрывно связаны: биотекстильные конструкции возникают в основном по месту и по мере образования нитей. Кроме того, в промышленности нужную форму нити получают физическими, точнее, механическими методами, такими, как кручение, вытяжка, текстурирование, штапели- рование, прядение. Для живой природы эти методы нехарактерны. (Зато 7 Микростроение наружного покрова кальмара Коллагеновые волокна из кожи человека (а) и целлюлозные волокна в клеточной стенке зеленой морской водоросли (б)
-^s^^^^p^^^ Участок молекулы тропоколллпчш Кератин шерсти, коллаген, целлюлоза формование волокон путем прсдавли- вания полимерной массы через отверстие природа изобрела первой — именно таким образом пауки ткут паутину.) Главная «производственная тайна» природного текстиля — технологические операции на молекулярном уровне. Живая клетка использует для формирования волокон тончайшие биохимические процессы: матричное воспроизведение линейных структур — репликацию ДНК, синтез РНК и белков, образование двумерных и трехмерных объектов из одномерных нитей. Биологическое «микровязание» — процесс поистине удивительный. Человеку, чтобы связать носок или шапочку, необходима, во-первых, пряжа, во-вторых, план изделия (в памяти, на странице женского журнала или на диске компьютера, управляющего вязальной машиной). А у белков сведения о том, какую форму должна принять нить, заключены в самой нити, точнее, в последовательности аминокислотных остатков. Одна нить сама собой сворачивается в петли и образует округлое тельце — активный фермент или транспортный белок, а другая, тоже самопроизвольно, завивается в длинную аккуратную спираль. Как из молекул делается волокно? Самое простое решение — собрать линейные молекулы в пучок, так же как из коротких льняных или шерстяных волоконец прядется нить. Например, кератины, белки шерсти и перьев — длинные спиралевидные молекулы, соединенные между собой поперечными ковалентными связями. (Чем больше этих связей, тем жестче получается волокно.) Кератины шелка и паутины не спирализованы, а вытянуты, расположены не пучком, а рядом, образуя плоский «лист», и соединены нековалентными поперечными связями. Почти так же, как кератин шерсти, «спряден» уже упомянутый белок соединительной ткани — коллаген (хотя коллагеновые спирали не совсем такие, как кератиновые, и волокно скручивается по-другому) (рис. 3). А целлюлоза, основное структурное вещество растений, — это длинные молекулы полисахарида (полимера, состоящего из остатков глюкозы), расположенные параллельно и связанные водородными связями. Природа использует и альтернативный вариант молекулярного конструирования волокон, — вариант, который может показаться фантастичным любому технологу. Но о нем мы расскажем чуть позже. А пока небольшое отступление о самом удивительном веществе в мире — о воде. Укрощение воды Нить и ее производные в биосистемах — не только строительный материал, но и средство удержания (иммобилизации) воды. Оказавшись в водном растворе, полимерные микронити даже в ничтожно малом количестве (порой это могут быть сотые доли процента!) образуют неупорядоченную трехмерную сеть. В ячейках этой сети вода преображается. Она теряет подвижность, а вся система приобретает свойства, характерные не для раствора, а для твердого тела: прочность, упругость, пластичность. Так образуются гели, которые играют в существовании живых организмов огромную и разнообразную роль. Именно они придают биосистемам специфическое, среднее между жидким и твердым, агрегатное состояние и помогают живым тканям захватывать и удерживать столь необходимую для них воду. Вот один пример. Внутренняя поверхность трубчатых каналов дыхательной или мочеполовой системы человека (как и других животных) нуждается в постоянном увлажнении. Однако сама по себе вода, которую выделяют клетки эпителия, не решает проблемы: она слишком быстро высыхает или вытекает. И только совмещение воды с полимерными микронитями (а именно гликопротеина- ми — белками, к которым привешены «углеводные веточки») дает устойчивую слизь — превосходный смазочный материал. То же можно сказать и о синовиальной жидкости, которая эффективно устраняет трение в суставах: это не просто жидкость, а раствор, содержащий загустители — полимерные нити. Заметим, что концентрация микронитей не должна превышать оптимальный уровень (что, к сожалению, нередко происходит при различных патологиях — от вязкой мокроты при заболеваниях дыхательных путей до суставных болей). Растительные слизи легко можно увидеть, разрезав бритвой лист алоэ или ствол кактуса. При хроническом дефиците воды надо уметь ее накапливать и удерживать, и пустынные растения — кактусы, агавы, молочаи и другие суккуленты делают это при помощи слизей. Живая клетка: раствор или сеть? Фактически каждую клетку заполняет особого рода слизь — цитоплазма, или цитозоль. В цитоплазме содержатся многочисленные и разнообразные нити. Например, актиновые и миозиновые нити (кстати, эти белки идентичны одноименным белкам мышц) поддерживают форму клетки, придают ей упругость, отвечают за клеточные движения и за перемещения отдельных структур внутри клетки. Гораздо более толстые микротрубочки перемещают хромосомы во время деления, образуют каркас ресничек и жгутиков (рис. 4). Примечательно, что нити актина и микротрубочки состоят не из фибриллярных, а из глобулярных белков: не 34
Рисунок из знаменитой книги К.Де Дюва «Путешествие в мир живой клетки». Путешественники собирались заняться подводным плаванием, а оказались в непролазных джунглях... Микротрубочка (а) и актиновая нить (б) из скрученных параллельных нитей, а из шариков, соединенных в цепочку нековалентными связями. Вот «технология», не имеющая аналогов в текстильной промышленности! Зато она позволяет легко и быстро изменять длину нити, разбирая ее на мономеры и собирая снова. (За счет этого происходят многие клеточные и внутриклеточные движения.) Есть в клетке и другие разновидности нитей и волокон — перечислять их все слишком долго. Кристиан Де Дюв образно сравнил переплетение тонких и толстых нитей во внутриклеточной среде с тропическими джунглями, заросшими лианами (рис. 5). Но коль скоро клетка заполнена не просто водой, а текстурированной водой, необходимо иметь в виду, что активные молекулы в биосистемах не плавают свободно, как в пробирке с водным раствором, а иммобилизованы — пойманы в сети. Таким образом, и клеточный транспорт — это вовсе не простая диффузия, и ферменты (даже те, которые традиционно считаются «водорастворимыми») на самом деле не растворены в клеточной среде, а привязаны к носителю. Стало быть, реальная химия клетки далека от той, что излагается в университетских курсах. И тут мы приходим к парадоксальному заключению. Физико-механическая идея, заложенная в обычной паутине, сыграла решающую роль в возникновении жизни. Упорядоченность, организацию материи многие считают важным свойством живого. Другое название упорядоченности — ограничение свободы, а это ограничение возникает только в тесных, сковывающих объятиях паутины. Только в условиях несвободы (текстурально обусловленной и регламентированной) возможна «свобода» биологических объектов от законов физики. Вода не утекает; активное вещество не диффундирует, а концентрируется в нужном месте... и в конечном счете — объект движется против течения (в воде) и в горку (на суше). И все это благодаря сплетенным нитям! Ткань земли Но принцип текстуральной интеграции выходит за рамки биосистем, приобретая поистине глобальный масштаб. Верхний слой коры выветривания, покрывающей материки Земли (он же почвенный покров), имеет все признаки текстурального строения. Подобно соединительной ткани живого организма, он «простеган» биогенными нитями различной природы — корнями высших растений, их же отмирающими стеблевыми волокнами, нитями грибов и водорослей. Они образуют пространственную сеть (каркас), который сообщает рыхлому мелкозему устойчивость, способность сопротивляться воздушным и водным потокам, вызывающим эрозию. Здесь текстуральный фактор играет роль некоего биомеханического реагента, который делает необратимым процесс почвообразования. Если бы сеть биогенных нитей не удерживала почвенную массу, почвообразование бы прервалось — мелкозем, содержащий биогенные элементы, в ВЕЩИ И ВЕЩЕСТВ конце концов оказался бы в океане или рассеялся ветром. К большому сожалению, именно это и происходит в результате человеческой деятельности. Современное земледелие грубо нарушает текстуру биосферы, целостность «кожного Vi* покрова» Земли. (И не толь- \-\ ко земледелие. Следы вездеходов в тундре сохраняются десятилетиями: поврежденный растительный покров не восстанавливается, а эрозия почвы идет полным ходом.) К тому же растительный материал, собранный с поля, не возвращается в землю, на которой вырос. Так начинается ускоренная эрозия — состояние, при котором распад плодородной почвы идет быстрее, чем ее образование. Только за последние два столетия в мире потеряно в полтора раза больше плодородных земель, чем осталось в аграрном использовании. Кроме того, почвенное плодородие частично или полностью утрачено у половины всех оставшихся в обороте (а это около 1,5 млрд. гектаров) пахотных угодий. Скорость сокращения почвенного покрова достигла 7 млн. гектаров в год и постоянно нарастает... Словом, «одежда» нашей планеты ветшает стремительно. Каждый знает из личного опыта, как это бывает: стоит появиться одной дыре на свитере или потертости на брюках, и процесс нарастает лавинообразно. А «чинить» и «штопать» почвенный покров мы пока умеем гораздо хуже, чем рвать. Итак, что же такое жизнь? Загадочный объект, кем-то сплетенный или связанный? (Недаром во многих мифологических системах боги, созидающие миры и ведающие судьбами, носят прозвище Ткача или Пряхи!) Но даже если сущность жизни осталась за рамками наших рассуждений — все-таки ее, эту сущность, удерживают искусно сплетенные сети, из которых мы все состоим. 35
БОЛЕЗНИ И ЛЕКАРСТВА последние десятилетия все мы приобрели обширные познания в милицейской и криминальной терминологии. Сегодня никому не надо объяснять, что такое фоторобот. Однако можно вспомнить, что самый первый фоторобот «преступника вообще» составил много лет назад великий итальянский психиатр Че- заре Ломброзо: низкий лоб, тяжелый подбородок, взгляд исподлобья, приплюснутый нос, а также петлистые уши (эта последняя примета особенно хорошо запомнилась россиянам благодаря одноименному рассказу Ивана Бунина). В среде философов и творческой интеллигенции идея о «преступном типе» — врожденной склонности к преступлениям, которая к тому же связана с яркими внешними особенностями, — очень быстро приобрела популярность. Но полицейские в Турине, где жил ученый, получив такой портрет, недоуменно пожимали плечами: возможно, профессор- криминалист, путешествуя по камерам с циркулем и линейкой, и вывел некий усредненный образ правонарушителя, однако на практике толку от этого мало. Каждый конкретный преступник неповторим, и попадаются среди них очень даже высоколобые, с ясными глазами. Неунывающего Ломброзо скепсис не остановил, и он выдвинул другую идею, пожалуй, еще более странную: преступные деяния рецидивиста — разновидность эпилептического припадка. Против такого диагноза выступили уже тюремные врачи, которые гораздо чаще, чем эпилепсию, обнаруживали у своих подопечных педикулез и сифилис. В конце концов обе гипотезы психиатра были раскритикованы и благополучно забыты. Однако гении тем и отличаются от обычных исследователей, что их мысли опережают действительность. Прошел почти век, и криминалисты все чаще стали сталкиваться со странными преступлениями, которые не вмещались в рамки привычной логики. На протяжении тысячелетий наиболее тяжкое преступление против личности — убийство — имело мотивы: захотел ограбить, приревновал, оскорбился, разозлился, оборонялся... Причины убийства порой ужасали своей примитивностью, но все же причины были. И вдруг появлялся человек (человек ли?), который не грабил жертву, не мстил, не защищался, а просто убивал, убивал, убивал. Вы, конечно, поняли, что речь пойдет еще об одном явлении, прочно поселившемся в нашем сознании, — о маньяках. 37
Головка младенца в родовых путях Во время припадка Жан ощущал потребность овладеть женщиной в борьбе, покорить ее, испытывал извращенное желание умертвить ее... Эмиль Золя. Человек-зверь Кого люблю, того и бью Столкнувшись с серийным убийцей, следователи не ищут мотив преступления — мотивом является сам акт насилия, беспомощность жертвы, ее агония. Некоторые журналисты склонны видеть в деяниях маньяка нечто противоприродное — выходящее за рамки не только человеческого поведения, но и поведения животных. Однако это неверно. Бессмысленные убийства встречаются и в животном мире (хотя животные, как правило, не убивают без причины особей своего вида). Поэтому мы примем, что формула «убийство ради убийства» все же имеет биологические корни, а не только, скажем, социальные: в организме животных и человека существует нечто, что при определенных условиях может запустить эту программу поведения. Попробуем рассмотреть возможные причины, по которым человек превращается в чудовище, способное напасть не на конкурента — это как раз понятное, распространенное в природе явление! — а на слабого: на женщину или ребенка. Существует в мозге структура под названием миндалина («Химия и жизнь» за 1998 год № 6). Одна из ее многочисленных функций — регуляция половой агрессии. В нормальных условиях половая агрессия направлена, разумеется, не на партнершу, а на борьбу за ее внимание: чтобы добиться самки, надо отстоять ее в поединках с другими самцами. Начинаются драки—у кого-то ранней весной (вспомним хотя бы мартовских котов), у кого-то осенью (олений и лосиный гон). У человека половая активность апериодична, хотя весной у многих людей тоже наблюдается заметный пик. Но в любом случае запускает предсвадебную драчливость миндалина, поскольку на ее нейронах расположены многочисленные рецепторы, чувствительные к выбрасываемым в кровь половым гормонам. Гормональная буря заставляет самцов выяснять между собой отношения, ухаживать за самкой, охранять территорию, беременную подругу и детенышей. Для удобства управления поведением природа поместила рядом структуры, запускающие агрессию, и нейроны, ответственные за обладание предметом вожделения, — обе эти структуры находятся в миндалине. (Ничего не поделаешь: любовь и война в условиях естественного отбора должны быть тесно связаны, иначе не выжить.) Однако в нормальном мозге между столь полярными регуляторами поведения есть промежуток. У маньяков его нет. Из-за этого объекты, на завоевание и защиту которых должна быть направлена агрессия, сами превращаются в объект насилия. Новорожденное чудовище Каким же образом нарушается тонкая перегородка между двумя полярными типами поведения? Это может произойти при травме головы, однако чаще всего человек получает «каинову печать» звероподобной миндалины... во время рождения. И дело здесь не в ошибках акушерок, как, возможно, подумает читатель. Все мы, рожденные естественным способом (то есть без кесарева сечения), пришли в этот мир через «бутылочное горлышко» родовых путей. Да простят меня за подробности, существует в области таза одно очень узкое место, через которое голова младенца может пройти только в том случае, если немного сплющится. У всех младенцев кости черепа в этом «коридорчике» заходят друг за друга, как лепестки цветка, сдавливая мозг. В силу анатомических особенностей травмируются в первую очередь две структуры: миндалина и гиппокамп. Обычно травма незначительна и быстро заживает. Однако иногда травма остается на всю жизнь, причем поначалу она столь незаметна, что не диагносцируется ни одним известным методом. Диагноз ставит сама жизнь через много лет. Если пострадал гиппокамп, у человека развивается эпилепсия — болезнь тяжелая, но в нашем веке все же поддающаяся лечению. Если повреждена миндалина, начинается самое страшное: человек, такой же, как все, становится монстром из фильма ужасов. Случаев излечения этой болезни, увы, пока не было. Собственно, она и болезнью-то не считается (об этом мы еще поговорим), так что постановка диагноза и сбор анамнеза идет в зале суда. Предвижу удивленный возглас: не- 38
Я стоял в центре комнаты и пытался задушить женщину (причем сам прекрасно понимал, что это сон)... Я не чувствовал угрызений совести от того, что душил женщину. Наоборот, скорее испытывал нечто близкое к удовлетворению, будто занимался обыденным делом. Акутагава Рюноскэ. Сон БОЛЕЗНИ И ЛЕКАРСТВА ужели участь будущего маньяка определяется именно при рождении, в эти десятки секунд? Как ни странно, да. Известно, что превращение человека в зверя тесно связано с моментом прохождения через родовые пути: по данным статистики, почти каждый маньяк имеет в анамнезе родовую травму! (Может быть, в прежние века «безумных убийц» было меньше, потому что на тогдашних этапах развития акушерства выживала меньшая доля младенцев при осложненных родах? Трудно сказать наверняка...) Была изобретена даже теория, по жестокости и эротичности не уступающая трагедиям Эсхила: будто бы младенец запоминает свои муки и материнскую кровь на простыне, а спустя годы ожившие воспоминания неосознанно заставляют его мстить всему женскому роду. Несмотря на вычурность, эта теория весьма популярна среди психологов-криминалистов. Пуля или скальпель? В свете всего сказанного выше, что делать с пойманным маньяком? Общественное мнение непоколебимо: ставить к стенке. Так в общем-то и поступают, поскольку большинство серийных убийц абсолютно здоровы психически. Хорошо, от одного маньяка мы избавимся. Однако на смену придут новые. И будут новые жертвы, новый страх и новая боль. Приходится признать, что предотвращение этих преступлений — задача не милиции и прокуратуры, а медицины. Выход может быть только в том, чтобы маньяка признать больным. Назовем этот недуг чикатилепсией (по фамилии самого знаменитого из них и по аналогии со словом «эпилепсия»), или болезнью сломанной миндалины. Зарегистрировать вспышки патологической активности в миндалине несложно, подобные эксперименты проводили в США. Если активность будет обнаружена, у пойманного преступника можно с полным правом удалить злосчастную миндалину хирургическим путем. А может быть, фармакологи разработают препарат, угнетающий ее зловредную активность. В общем, «нет болезни — нет лекарств; есть болезнь — есть лекарства». Кроме того, человек сам, не дожидаясь приговора, может почувствовать, что перерождается в чудовище (например, его стали увлекать безудержные фантазии на тему издевательств над детьми или женщинами), и вовремя обратится к психиатру. Подобных клиник еще немного, но они есть. Одна из них — «Феникс» — находится в Ростове-на-Дону. И в ней действительно проводят успешную психологическую коррекцию потенциальным маньякам. Одна из причин, сдерживающих появление подобных кабинетов, — все в том же непризнании чикатилепсии болезнью. Но для того, чтобы признать ее болезнью, недостаточно теоретических разговоров: необходимы многочисленные исследования. Вместо того чтобы расстреливать маньяков, нужно помещать их в специальные клиники и исследовать особенности функционирования больного мозга. Это мое мнение, но я могу привести точку зрения и более известной личности. В мае 1999 года по заданию редакции мне случилось побывать в Институте мозга человека в Санкт- Петербурге, где работает выдающийся нейрофизиолог Н.П.Бехтерева. Наталью Петровну мне случалось встречать и ранее: во время одного симпозиума я как-то подошел к ней с просьбой поставить свой автограф на моем любимом портрете И.П.Павлова, на что получил решительный отказ. Позднее я вспомнил, что Павлов и дед Натальи Петровны В.М.Бехтерев были между собой в весьма натянутых отношениях... Учитывая весьма неудачное начало нашего знакомства, я не решился просить о беседе от себя лично, а положился на популярность «Химии и жизни», и обо мне доложили как о спецкоре журнала. Н.П. хорошо помнила веселое научное издание, поэтому сказала: «Пусть войдет». Я вошел. Бехтерева сидела за столом в бархатном платье, величественная, как Екатерина Вторая. По правде говоря, единственный вопрос, который меня интересовал, был: можно ли удалять миндалину маньякам? После небольшой беседы я сумел подойти к этой теме. «Миндалину у маньяков? — Академик чуть помедлила. — А почему бы и нет?» Эпилепсия: миндалина поджигает, а гиппокамп не тушит Но вернемся к Ломброзо. Прав он был или не прав, называя жестокое преступление разновидностью эпилептического припадка? Для ответа на этот вопрос рассмотрим подробно, что происходит в мозге при эпилепсии. Как известно, полушария мозга покрыты корой — шестиэтажным пластом нейронов. По вертикали кора разбита на миллионы ячеек. В каждой ячейке хранится памятный след (эн- грамма) какого-либо внешнего объекта. При попадании оригинала этого объекта в поле зрения он сразу проецируется на средний этаж своей ячейки. Однако этого недостаточно, чтобы ячейка активировалась. Все ячейки коры периодически, 8—10 раз в секунду, «прочесываются» так называемыми альфа-волнами. Эти волны — дополнительный источник активации. Если стимул, попавший в зону внимания, оказался поведенчески значимым (например, нашлась ложка к обеду), альфа-волна «застревает» на ячейке с энграммой ложки, подобно гребенке, наткнувшейся на репей в шерсти терьера. Амплитуда волны увеличивается, ячейка активируется, сигнал проходит на нижние этажи, и запускается соответствующая форма поведения (в данном примере — захват ложки и поедание пищи). В других участках мозга в это же время высокая альфа-волна дробится, мельчает и превращается в высокочастотную рябь бета-волны (нейрофизиологи называют такой процесс десин- хронизацией). Появление бета-волн означает, что сигнал со средних этажей ушел в глубь ячейки, на ее нижние этажи. Дроблением волны занимаются несколько структур мозга, в 39
БОЛЕЗНИ И ЛЕКАРСТВА том числе и знакомый нам гиппокамп. (Мы уже подходим к эпилепсии.) Если сравнить активацию ячейки с загоранием, то десинхронизация — это меры противопожарной безопасности, которые не позволяют загореться «соседним помещениям» — нижним этажам соседних ячеек. (Последнее означает, ни много ни мало, появление очага эпилептической активации.) Образно можно сказать, что при активации («загорании») ячейки срабатывают «огнетушители», которые не дают огню распространиться. Однако вернемся к нашей «ложке». С нижнего этажа ячейки сигнал отправляется в структуры мозга, управляющие поведением, в частности в миндалину. Но миндалина реагирует только на предметы, сигнализирующие об опасности, — пикирующий бомбардировщик, извергающийся вулкан, бегущий навстречу слон, пять крепких ребят в пустом переулке... На ложку миндалина среагирует только в том случае, если сей невинный предмет будет представлять опасность (бывает и такое: Булат Окуджава однажды получил серьезную травму ноги от летящей в него ложки). Главная задача миндалины — активировать, разжечь кору мозга еще сильнее, срочно мобилизовать ее на борьбу с угрозой. В этих условиях «огнетушители» приобретают еще большее значение, поскольку страхуют кору от эпилептизации. (При сильных эмоциях эпилептоподобные приступы могут возникать и у вполне здоровых людей.) Как уже говорилось, в мозге больного эпилепсией может быть повреждена часть гиппокампа, вследствие чего страдает и процесс «пожаротушения». По непонятным пока причинам в таких случаях на среднем этаже одной из ячеек селится непрошеный жилец — аура. У больного появляется характерная повторяющаяся галлюцинация: некий фантастический образ, например джентльмен с тросточкой, который является невесть откуда, замахивается и... После того как альфа-волна считала ауру и сигнал опасности активировал миндалину, а 40 та, в свою очередь, еще больше активировала кору, штормовая волна возбуждения моментально охватывает несколько стоящих рядом ячеек, создавая эпилептический «очаг возгорания» — у больного начинается приступ. Аура у каждого больного всегда стереотипна. Как она формируется — неясно. Хотя такие сложные сюжетные галлюцинации, как в приведенном примере, бывают редко. Обычно это просто ощущение бегущих по коже мурашек или неприятный запах. Итак, при эпилепсии роль миндалины сводится к «поджиганию» сломанного участка коры мозга. Одним из первооткрывателей этого феномена был академик Георгий Николаевич Крыжановский. Кстати, в патофизиологии прием, с помощью которого у экспериментальных животных вызывают эпилепсию, так и называется «кин- длинг» — от английского «поджог». Припадок зверства Теперь рассмотрим, что же происходит в мозге маньяка. Кора мозга у подследственного в полном порядке. Однако у него тоже есть нечто подобное ауре — тот самый запечатлевшийся первый образ, при котором в человеке впервые пробудилось сладострастное звериное чувство от вида чужой крови и боли: у ставропольского Слив- ко это были белая рубашка и начищенные ботинки пионера, попавшего под колеса автомобиля, у Чикатило — вид кричащей девочки, к которой он приставал, у еще одного — длинноволосая брюнетка, отказавшая незадачливому жениху... В отличие от эпилептиков, у которых аура появляется спонтанно, «изнутри» мозга, чикати- лы сами ищут свою «ауру» в окружающем мире. А начиная с какого-то момента — сами создают ее для себя. Дальше уже все знакомо: энграмма «ауры» активируется альфа-волной, затем с помощью десинхронизации сигнал попадает в нижние слои нейронной ячейки и оттуда в миндалину, где «зверь» мечется и грызет от нетерпения прутья решетки. Миндалина активирует кору и одновременно включает как агрессивное, так и сексуальное поведение. Общее у эпилепсии и чикатилепсии то, что оба типа поведения запускаются миндалиной. И после запуска человек становится неуправляем: в первом варианте — потому, что разум отключен, а во втором — потому, что бессилен. Так что Чезаре Ломброзо был по-своему прав. Возможно, он был прав гораздо больше, чем представляется. Изучение маньяков, если оно начнется, покажет, так ли это. А теперь несколько советов, как спастись от маньяка. Не проходите мимо строек, пустырей, кустов — старайтесь их обойти стороной. Держите в кармане громкий свисток — неожиданный звук может не только испугать насильника, но и притормозить его миндалину. Для защиты можно использовать любой дезодорант или лак для волос. Разговаривайте с ним громко и уверенно, при этом не важно, о чем, хоть о рецепте приготовления пиццы. Вы можете на время поставить маньяка в тупик, потребовав с него деньги за близость. Однако если вы заметили, что накал агрессивности спал, не теряйте времени — бегите и кричите как можно громче. Бежать надо туда, где больше открытого пространства, светят фонари или окна домов, проходит автомобильная дорога. И в заключение: храни вас Бог от всего сказанного выше!
Трагическая Е.Краснова людей и тюленей ЗЕМЛЯ И ЕЕ ОБИТАТЕЛИ ренландские тюлени издавна привлекали внимание людей. К сожалению, только как источник шкур, мяса и жира. Кто бы мог подумать, что и у тюленей появится интерес к людям? Оказалось, и такое может быть. Вот что происходит в последние годы в Кандалакше — районном центре Мурманской области, на берегу Белого моря. Здесь местные жители стали свидетелями того, как вечные морские странники, гренландские тюлени, начали осваивать новую для них среду обитания — город. Каждую весну в верховьях Кандалакшского залива к городской набережной стали подплывать молодые тюлени, которым едва исполнилось два месяца. За серебристо-серый цвет меха их называют серками. Взрослые гренландские тюлени окрашены иначе: основной фон их меха желтовато-белый, а по бокам — черные или бурые пятна, похожие на крылья, поэтому их называют крыланами. По сравнению со взрослыми животными, длина которых около 1 м 80 см, а вес — до 200 кг, серки еще совсем 41
~-T- ■,&<£><. ':*">1 крошки: 70 см в длину и 10 — 15 кг весом. И, как всякие дети, они очень любопытны и беззащитны. Каким же образом малыши попали в беломорский город? Этот вопрос мы задали доктору биологических наук Юрию Владимировичу Краснову, главному научному сотруднику Мурманского морского биологического института Кольского научного центра РАН. И он рассказал нам, что для зоологов это тоже сюрприз. Дело в том, что гренландские тюлени, в отличие от многих других видов ластоногих, обычно никогда не выходят на берег. Среда их обитания — море. Там они добывают пищу: находят большой косяк рыбы и повсюду сопровождают его; спят прямо в воде, лежа на спине, а покидают воду лишь для размножения. Но и в это время стараются держаться подальше от берега: мамы выкармливают младенцев на льду. В российских водах обитает так называемое беломорское стадо гренландских тюленей, которое с таким же успехом можно было бы назвать барен- цевоморским. Почти весь год животные проводят в Баренцевом море: там и рыбы много, и простора хватает. Одного там нет: надежных ледовых полей. Поэтому зимой, перед сезоном размножения, тюлени приплывают в Белое море и самки выбирают для будущего потомства самые прочные и безопасные льдины. Новорожденные тюленята снежно-белого цвета, их так и называют — бельки. Всего три недели малыши питаются материнским молоком, столь жирным, что полученных за это время питательных веществ им хватает на ме- сяц-два. Потом их белая шубка линяет, и бельки превращаются в серок. Матери покидают детенышей, и тюленятам приходится немного поголодать. Они лежат на льдинах и ждут того момента, когда морское течение вынесет их ледовую колыбель из Белого в Баренцево море, там льдина растает, тюленята окажутся в воде, поймают первую в своей жизни рыбу и начнут самостоятельную жизнь. Значит, суша гренландским тюленям не нужна, как не нужны им и люди. Более того, тюлени этого вида живут настолько уединенно, что с человеком почти не встречаются. Именно в этом Ю.В.Краснов видит причину появления животных в заливе. Он специально наблюдал за их поведением и заметил, что другие два вида, которые постоянно живут в Белом море — кольчатые нерпы и морские зайцы, — боятся человека. Они часто сталкиваются с людьми и слишком хорошо знают их коварство, поэтому не подпускают человека к себе ближе чем на несколько десятков метров. А гренландские не боятся человека совсем. По имеющимся у зоолога сведениям, тюлени этого вида вслед за косяками сельди и раньше заходили в вершину Кандалакшского залива. Среди них были не только взрослые, но и серки, — видимо, их льдины не доплыли до большого моря, растаяли раньше. Зоологи отмечали, что среди этих тюленей встречалось много истощенных — они явно нуждались в пище. Их здесь было много в 1966 году, а в последнее десятилетие они появлялись почти каждую весну, иногда по нескольку сотен, и оставались надолго — на один-два месяца. Местные жители даже поговаривали о тюленьих нашествиях. И чем же это кончалось? Тюленей просто-напросто убивали: рыбаки видели в них конкурентов, которые распугивают рыбу, а охотники — желанную добычу, из которой получали тюлений жир да мясо на корм собакам. Люди употребляли в пищу только сердце и печень. Маленьких тюленят нередко отдавали детям: чем не игрушка! 42
Изменилось ли что-нибудь с тех пор? По мнению Ю.В.Краснова, отношение людей к природе стало иным: усилия экологов-просветителей не пропали даром. И в тюленятах, подплывших к берегу, большинство жителей видит уже не добычу, а живых существ, нуждающихся в заботе. Первый случай дружеского общения серок с людьми в городе Кандалакше зарегистрирован в 1981 году: кто-то догадался бросить малышу рыбку. С тех пор люди стали подкармливать гостей, и в 1987 году среди серок уже появились профессиональные попрошайки. Едва заметив человека, они выползают на берег и жалобно пищат. А в последние годы тюлени стали местной достопримечательностью. Люди несут малышам рыбу, чтобы подкормить тюленят, а те, любопытные, как все дети, вопреки законам природы выходят на берег. Их можно даже погладить и взять на руки! Однако нужно ли? Что думают об этом специалисты? «Сначала мы радовались, — говорит Ю.В.Краснов, — природа подарила нам естественный океанариум! Возможность общения с дикими животными — удовольствие и для взрослых, и для детей. В выходные дни покормить тюленей приходило до 150 человек в час, а рыбы приносили столько, что прирученные животные не могли с ней справиться! От такого общения люди становятся добрее, а значит, выигрывают все. Но с оценкой людской доброты мы, видимо, поторопились. Мы подсчитали, что в последние три года от нелегальной охоты и хулиганских выходок населения ежегодно погибало 5 — 6% животных. Вот диагнозы тюленьей «криминальной хроники»: переломы и вывихи ласт, глубокие колотые и резаные раны, проглоченные рыболовные крючки с обрывками лески. Не отстают от людей и собаки: в 2000 году они добавили к списку пострадавших еще 5%. Причем это не бродячие собаки, а домашние, которых хозяе- ЗЕМЛЯ И ЕЕ ОБИТАТЕЛИ ва отпускают гулять одних. Третий источник риска — рыболовные сети. Запутавшись в них, тюленята задыхаются и погибают». Теперь давайте задумаемся, какая судьба ждет тюленьих малышей, оставшихся в живых? С началом лета они покинут берег и, подчиняясь инстинкту, отправятся в открытое море. Найдут ли они путь в богатое пищей Баренцево море? Смогут ли эти, избалованные дармовщиной, животные прокормить себя? Не окажет ли им плохую услугу доверие к человеку? Поразмыслив над всем этим, Ю.А.Краснов был вынужден признать, что постоян- г ъ. ное общение тюленей с людьми гу- з с бительно для животных. «Прикармли- £^ вая гренландских тюленей, мы при- ^ носим им больше вреда, чем пользы. 11 Поэтому нужно принять все возмож- l 2 ные меры, чтобы отпугнуть этих до- - - верчивых животных от берега, по- z s дальше от людей, и тогда они смогут gg вернуться к естественной жизни — ™° той, для которой созданы». *^ £ Z 43 II XX
\ Если посмотреть на изданные в разные годы карты Москвы, то можно заметить, что сначала город неспешно разрастался вширь. Потом его границы очертила кольцевая автомобильная дорога, за которой официально начиналась область. Затем там стали плодиться города-спутники, и, наконец, благородный овал столицы украсили отростки-щупальца районов новостроек. Примерно то же самое происходит и с другими крупными городами мира. Не напоминает ли этот процесс картину возникновения и роста метастазов злокачественной опухоли? Кандидат технических наук М.А.Жутиков Мет; ЦИВ1 стазы 44
РАЗМЫШЛЕНИЯ Неживые технологии Рост городов отнюдь не сводится к механическому расширению территорий, заселяемых людьми вследствие увеличения народонаселения нашей планеты. Гораздо важнее, что современные технологии, к которым проблемы демографии имеют малое отношение, вносят в жизнь природы большие и малые искажения. Большие искажения (например, разлив нефти из потерпевшего крушение танкера или сброс в реку ядовитых химикатов, не говоря уж об авариях типа чернобыльской) называют экологическими катастрофами, о них много говорят и пишут. А малых отклонений мы как-то не замечаем, хотя они как раз и свидетельствуют о серьезных нарушениях естественных процессов. Скажем, коренные москвичи помнят, что полвека назад весной в городе пели соловьи, летали жуки и бабочки. Теперь же город осваивают комары, голуби и вороны; место кленов и лип занимают тополя; водопроводная и даже родниковая вода стала опасной для здоровья, а ранее съедобные грибы могут оказаться ядовитыми. Зимой вместо снега, скрипящего под ногами (кстати, кто помнит, как выглядят морозные узоры на окнах?), идут дожди. Все эти перемены произошли на наших глазах совершенно незаметно. Постепенность в изменении быта тоже коварна и незаметна. Вместо лестницы появился лифт, сберегающий здоровье, а на самом деле лишающий людей полезных физических нагрузок; калькуляторы отучают людей от необходимости знать таблицу умножения, и теперь продавец, отпуская товар, умножает два на два, нажимая на клавиши; вместо ледников работают холодильники, пожирающие уйму электроэнергии; рентгеновские аппараты как будто упрощают диагностику, но на самом деле вредят здоровью пациентов и приучают врачей видеть в них лишь бездушные механизмы. Уходящий XX век с его резким, взрывным ростом производства энергии и продуктов химического синтеза, созданием и испытаниями новых видов вооружений, прорывом в ближний космос, проникновением в микромир, вмешательством в наследственность и расширением круга внушаемых людям псевдопотребностей перешел от механического теснения живой природы к ее фронтальному уничтожению. Все меньше остается надежд на наступле- е ние эпохи ноосферы Владимира Вернадского, а все чаще ^ вспоминаются откровения Иоанна Богослова... 2 Реализуя на практике научно обоснованные (равно как > и малонаучные и даже бредовые) технологии, мы стро- | им внутри природы чуждый ей искусственный мир. По- ^ нятно, что, делая что бы то ни было, даже копая ого- - род, мы так или иначе воздействуем на окружающую g среду. Однако между огородом и техногенной цивили- g зацией есть существенные различия. Огород включен в ^ естественный круговорот вещества и энергии; хотя он ^ и теснит дикую природу, он сам живой. В искусствен- 3 45 J
ном мире мы создаем то, чего в природе не существует и существовать не может: научно обоснованные технологии строятся на основе мертвых аналитических схем, равнодушных к живой природе и даже враждебных ей. Такие технологии в принципе невозможно сделать «живыми», но их нельзя и полностью изолировать от внешней среды, сделать совершенно замкнутыми. Все это действительно позволяет сравнивать эти технологии с новообразованиями, подобными раковой опухоли. Их роднит агрессивность по отношению к целостному организму, относительная простота и множественность очагов поражения, а также стремительное увеличение скорости их роста. Сравнительный диагноз Понятно, что использовать сравнительный диагноз — дело довольно рискованное. Тем более что наш пациент, то есть современная цивилизация, существует в единственном экземпляре. Однако это сравнение имеет под собой основания. И опухолевая клетка, и технологическая ячейка используют окружающее вещество как сырье для удовлетворения собственных потребностей, игнорируя сложившиеся в организме или в природе естественные связи, в результате чего эти связи нарушаются. А нарушение обмена веществ в организме или кругооборота веществ и энергии в природе приводит к нарушению жизненно важных функций всей системы в целом, то есть к болезни. Как уже говорилось, форма развития и злокачественной опухоли, и современных технологий — не локальная, а многоочаговая. В случае техногенной цивилизации — это не только города, но и энергетические узлы, промышленные зоны, морские терминалы, аэродромы, космодромы— все то, что принято называть словом «инфраструктура». Она действительно очень сложна, но столь ранима, что достаточно, скажем, на несколько часов отключить электроэнергию хотя бы одному району современного мегаполиса, чтобы там воцарились паника и анархия. При наступлении на организм клеток опухоли жизненно важные функции начинают выполнять его здоровые участки, где мобилизуются защитные ресурсы — как при нарушении электроснабжения города в действие вступают резервные системы. Но этим участкам приходится выполнять многие несвойственные им прежде, а потому изнурительные задачи. В природе мы видим попытки одолеть технологические «опухоли»: грибы и трава пробиваются сквозь асфальт; промышленные установки заселяются различными живыми организмами. (Описан случай, когда колония москитов замкнула цепь в ЭВМ центра стратегической разведки США, что было воспринято как начало ядерной войны и чуть было не привело к катастрофе.) Но возможности таких защитных механизмов у живой природы ограничены, и поэтому шансы на выживание сохраняются уже ценой перерождения — например, мутаций, возникающих под действием химических токсикантов или радиоактивных излучений. Скорость подобных процессов — как в больном организме, так и в больной биосфере — вначале невелика, но в какой-то момент скорость злокачественного перерождения начинает стремительно возрастать. Если говорить о современной техногенной цивилизации, то она развилась за полтора-два последних столетия — срок, ничтожный сравнительно с возрастом человечества. Стоит отметить, что злокачественная опухоль, губя человека, не успевает довести дело до полного превращения всех клеток его организма в раковые, лишенные функциональных различий: больной сохраняет не только свой видовой, но и индивидуальный облик. Вероятно, никто не может сказать, на какой стадии злокачественного перерождения находится наша цивилизация. Но в том, что этот процесс набирает скорость, — сомневаться не приходится. Причины и следствия Как могло случиться то, что технологическое развитие, еще вчера казавшееся целесообразным, да и теперь порождающее радужные надежды, уже обернулось столь серьезной угрозой? В чем корень зла? Принято считать, что все дело только в неразумном использовании достиже- ЗАПАД есть ЗАПАД, ВОСТОК есть ВОСТОК. ЗАПАД вОСТОК ЗАПАД ВОСТОК ЗАПАД ВОСТОК ЗАПАД Автор статьи «Метастазы цивилизации» высказал на первый взгляд оригинальную мысль о том, что в основе всех нынешних и грядущих бед нашего общества лежит научный метод, называемый редукцией, который заключается в расчленении целого на части, в сведении всех бесконечно сложных явлений природы к их элементарным составляющим. А затем к их изучению и использованию полученных результатов на практике. Основы этого метода были заложены около трехсот лет назад усилиями великих умов Запада, верующих в единого, всемогущего и, главное, разумного Творца. Ведь если человек — творение Божье, то он способен познать Его великий замысел и воспользоваться им себе во благо. Так возникла цивилизация западного образца, ориентированная на приспособление окружающей среды к нуждам человека. В этом смысле в глубине коммунистической идеи «преобразования природы» лежит, как ни странно, христианское учение. На это неожиданное обстоятельство впервые 46
ний науки и техники, игнорирующих интересы живой природы. Но причина современных экологических бед лежит гораздо глубже: совершенно ложно само аналитическое мировоззрение, на основе которого развивалась и продолжает развиваться современная технологическая «опухоль». Сравнительно недавно, начиная примерно с XVII века, передовые мыслители Запада уверовали в некую познаваемую формальную простоту мироздания, что воспринималось ими как победа человеческого разума. Произошла подмена бесконечного конечным, реальных явлений их упрощенными моделями, и на этой основе началось строительство искусственного мира, вытесняющего все то бесконечно сложное, что было создано природой. Именно в эффективном поначалу методе упрощения реальности, ее идеализации, и кроется вся ложность избранного пути. Конечно, на самом первом этапе развития теория не могла повредить природе — она была способна лишь познавать уже существующее (например, астрономия способствовала открытию новых планет). Но аналитическая модель явлений содержит искус, который впоследствии стал причиной разрушения основ жизни, так как очень скоро теория потребовала себе законного продолжения — внедрения в практику. Этот фундаментальный дефект аналитического метода, расчленяющего целое и убивающего глубинную суть явлений природы, незаметно проявлялся на протяжении последних столетий. На первых шагах научная теория — дитя природы. Хотя первоначальное перенесение механики с небес на Землю и не проходит бесследно, это еще не порождает драматических новшеств. Подзорная труба Галилея, барометр Паскаля, хронометр Гюйгенса выглядят еще вполне невинными и безусловно полезными вещами. Но совершенно очевидно, что с развитием химической промышленности, с созданием первых атомных реакторов, а теперь и генной инженерии воздействие научной практики на земную жизнь приобретает все более и более зловещие черты. А между тем грядущий трагический финал представляет собой логическое и неотвратимое следствие первых попыток практической реализации научного знания. Уже учение о теплоте, позволившее превращать химическую энергию в механическую, послужило первичным толчком к нарушению кругооборота энергии в природе, что сейчас уже проявляется в глобальном потеплении климата, чреватом серьезными катастрофами. Это лишь один из примеров в корне порочного отношения к природе: учитывается лишь сиюминутная польза То же относится и к учению об электричестве, к химии, ядерной физике, генетике и даже к экономике. Тем временем и внутри самих научных моделей растет напряженность. Развитие теории все менее поспевает за сложностью и опасностью уже открытого. Ошибки научных прогнозов становятся все более вероятными, а их последствия все более серьезными. Последствия же одновременного использования различных технологий еще менее предсказуемы, и их вообще не берут в расчет. Так постепенно наука, призванная создать рай на Земле, превращается в свою противоположность. Сказочный джинн, вышедший на волю, исполняет наши желания — но так, что самое время загнать его снова в бутылку... Часть и целое Как ни странно, но именно реалии нашего века, порожденные аналитической наукой Запада, позволяют поставить диагноз происходящему: мы ни на йоту не приблизились к познанию истинной сути природы, что пытались сделать мыслители Востока. Но увы, и Запад, и Восток располагают сегодня могучим арсеналом для ее полного уничтожения... Природа представляет собой цельную, одухотворенную сущность. Мы стоим перед необходимостью признать ее интересы, как сейчас принято говорить, приоритеты. А любезное нам человеческое сообщество вторично. И должно понимать, что оно — всего лишь одна из ветвей эволюции биосферы. РАЗМЫШЛЕНИЯ ;ОСТОК ЗАПАД вОСТОК ЗАПАД вОСТОК ЗАПАД вОСТОК ЗАПАД вОСТОК обратили внимание И. Пригожий и И.Стенгерс в своей книге «Порядок из хаоса». Но, в отличие от Жутикова, Пригожий и Стенгерс указывают на то, что существовал и иной, восточный, путь развития цивилизации. Они отмечают, что восточные религии, не признающие единого, всемогущего и разумного Творца и считающие мир единым неразрывным целым, в котором царит хаос, не привели к созданию рациональной науки и техники, но преуспели в разработке различных изощренных медитативных приемов, позволяющих внечувственно и мгновенно постигать истину. Не способную, однако, принести какой-либо практической пользы... Конечно, сейчас грань между Востоком и Западом стирается: Япония, Китай, Корея стремительно осваивают западные технологии, а жители Европы и Америки живо интересуются созерцательной философией Востока. Хотя редукционизм и продолжает еще оставаться основным методом исследования природы, многие физики (особенно специалисты в области квантовой теории) уже серьезно сомневаются в его безграничных возможностях и начинают пользоваться термином «холизм» (от англ. whole — целое), пытаясь создать единую картину мира из бесчисленного множества кирпичиков знания, накопленного за последние столетия. И если, по мнению Жутикова, наша цивилизация находится в трагическом тупике, куда ее завел зловредный редукционизм, так, может быть, сейчас мы становимся свидетелями зарождающегося процесса слияния знания в единое целое, сулящее человечеству не гибель, а небывалый прогресс? Кстати, не следует забывать: Россия как раз и находится на стыке Востока и Запада. А что, если именно ей, одолевшей неисчислимые беды, и суждено стать центром оздоровления цивилизации? Вот только бы успеть... в. Е.Жвирблис 47
Лет двадцать назад медики заговорили об акульих хрящах. Акулы, дескать, раком не болеют, потому что в хрящах у них есть белки, которые не дают расти сосудам. Из-за этого опухоль погибает. Были ссылки на некие исследования, которые обнадеживали. Биохимик К.Лу- эр из Морской лаборатории во Флориде чего только не делал, чтобы подопытные акулы от канцерогенов раком заболели, — никакого результата. Были к тому причастны хрящи или нет, осталось неведомо, да разве энтузиастов этим смутишь? И возникло повальное увлечение — лечиться от рака акульим хрящом. Появились фирмы, консультанты, реклама. Не обошло это поветрие и Советский Союз: в Грузии принялись было изводить на лекарство черноморского катрана. Хоть и мал, а тоже — акула. Новые времена — новые речи. В Сан-Франциско прошла конференция Американской ассоциации онкологических исследований, на которой Г.Остран- дер из Балтимора и Дж.Хар- шбергер из Вашингтона поведали печальную новость («Science», 2000, № 5464, р.259). Болеют акулы раком. И не так уж редко. Много статей в специальных журналах подтверждают это. А в Национальном онкологическом институте США, в коллекции опухолей низших животных, хранится не меньше 40 образцов акульих тканей, пораженных раком. Три из них —рак хрящевой ткани... Глубоко в недра Земли не заберешься. Даже скважины не проникают в земную кору глубже двенадцати километров, про шахты и говорить нечего. Как же, должно быть, рады геологи, когда счастливый случай посылает им образцы пород и минералов с глубин в сотни километров! На конференции Американского геофизического союза, которая состоялась в Сан-Франциско, сенсацией стал доклад К.Коллерсо- на из австралийского Университета штата Квинсленд. Геолог рассказал про образцы минералов, возникших на глубине почти в 770 километров и вынесенных затем на поверхность нашей планеты. Их нашли на острове Малаита из архипелага Соломоновых островов. 120 миллионов лет назад лавы образовали здесь подводное плато Онтонг-Джава, а 34 миллиона лет назад в его толщу прорвались из глубин новые породы и застыли, превратившись в вытянутые вверх столбы — «трубки». Эти образования интересны и тем, что в них иногда встречаются алмазы. Немного позже, примерно 23 миллиона лет назад, плато Онтонг-Джава столкнулось с Австралийской плитой, в результате чего остров Малаита поднялся и вулканические трубки обнажились. Недавно до них добрались геологи. Они нашли там странные минералы и передали их Коллерсону и его коллегам, которые опознали в них алмазы размером 10 — 20 мкм, майориты (разновидность гранатов) и перов- скиты. Майориты прибыли с глубины более 660 км — только там давление достаточно велико для их образования. Из недр Земли поднялись также перовскиты. Они зародились на глубинах более 700 км, когда океаническая кора погружалась под острова, а затем переместились ближе к поверхности при извержении вулкана («Science», 2000, №5451,с.219). В 1997 году большинство государств мира договорились бороться с загрязнением атмосферы «парниковыми» газами и подписали в Киото (Япония) соответствующий протокол. Самыми нежелательными для сохранения климатического равновесия признали углекислый газ, метан и закись азота. Однако список вредных примесей этим не ограничивается. Есть и другие газы, способные поглощать инфракрасное излучение и приводить к парниковому эффекту. Это, например, антропогенный гексафто- рид серы — SF6. Правда, в атмосфере его мало, всего четыре части на триллион, но он во много раз эффективнее задерживает тепло в атмосфере, чем С02 и метан. А недавно химики-метеорологи У.Стеджерс из Университета Восточной Англии в Норидже, Т.Уол- лингтон из лаборатории компании «Форд» в Дир- борне (США), А.Энгель из Университета им. Гете во Франкфурте и их коллеги обратили внимание на родственный гексафториду серы газ трифторметил-тио- пентафторид (SF5CF3). У этого вещества рекордное инфракрасное поглощение среди газов, которые встречаются в атмосфере. Трифторметил-тиопен- тафторид уже нашли во льду купола Конкордия в Антарктиде. В образцах 1960 года его практически не было, а в 1999 году содержание трифторметил- тиопентафторида составило 0,12 частей на триллион. Откуда берется газ, пока не известно. Предполагают, что он образуется, главным образом, при работе высоковольтного оборудования («Science», 2000, № 5479, р.611).
J^eHepbi Хонг Тан и 1ин Сливовский из Университета Пер- ндиана, США) установили в спинку и сиденье офисного стула множество датчиков. Теперь если на стул сядет кто-то из сотрудников, датчики запишут давление во множестве точек, а специальная программа проведет расчеты и сообщит, в какой позе он сидит: сутулится ли, наклонился или, может быть, скрестил ноги. Пока система рассчитана на человека, сидящего неподвижно, но инженеры собираются ее усовершенствовать, чтобы можно было следить за движениями сотрудника в течение всего восьмичасового рабочего дня. Конечно, это не значит, что умный стул будут использовать в роли электронного надзирателя, который станет докладывать начальству о позах и занятиях подчиненных. Стул сможет определить, сутулится человек или нет, и подать сигнал, чтобы склонившийся над столом выпрямил спину. Подобные системы можно будет применять и для разработки эргономичной мебели, сидеть в которой будет удобно и неутомительно, и для подгонки стула или кресла под его хозяина. Кстати, давление на сиденье у разных людей распределяется по-разному, даже если их позы вроде бы одинаковы. Учитывая это, с помощью системы можно определять, кто же сел на стул с электронной начинкой: тот, кому положено, или кто-то другой. Это может заинтересовать разработчиков систем безопасности (агентство «Newswi- se»). Компьютерами пользуются сотни миллионов людей. Бег пальцами по клавишам не всегда проходит для них бесследно: иногда расплатой становится болезнь запястья, которую врачи называют карпальным туннельным синдромом. Чтобы избавить пользователей от этого осложнения, П. Мак- Алиндон из Университета Флориды придумал новое устройство для введения букв и цифр в компьютер. Это два купола, на которые опираются руки пользователя. Каждый купол может фиксироваться в восьми положениях. Определенная комбинация их положений означает букву, число или команду. Есть в устройстве и встроенная наводящая система, которая может полностью заменить мышку. По-английски клавиатура без клавишей называется keybowl — не то «ключевые шары», не то «клавишный боулинг». Она полностью исключает движения пальцев и запястья, необходимые для удара по клавишам, так что вводить информацию теперь легко смогут и больные артритом. Устройство настолько удобно, что его можно использовать и в сложных условиях, например под водой или при низких температурах. Если оно войдет в жизнь, мы скоро узнаем, не приведет ли неумеренное пользование им к каким-нибудь новым болезням (агентство «Newswi- se»). ЗЙ* Американские психологи и физиологи заинтересовались, чем отличается мозг людей, склонных к агрессии и насилию, от мозга нормальных людей. Чтобы выяснить это, они изучили у тех и других разные области мозга методом позитрон- ной эмиссионной томографии и действительно нашли различия. Оказывается, у большинства агрессоров нарушена работа одной и той же области — так называемой орбито-фрон- тальной коры. Ученые полагают, что эта область важна для сдерживания импульсивных вспышек агрессии. Со страхом и яростью связана еще одна область — амигдала. У нормальных людей кора мозга тормозит ее активность, а у агрессоров она выходит из- под контроля коры (сайт CNN.com). Ричард Дэвидсон и его коллеги из Университета штата Висконсин в Мэдисоне полагают, что на систему контроля эмоций можно влиять лекарствами или психотерапией. «Учитывая пластичность мозга и его способность изменяться в ответ на внешние воздействия, мы думаем, что такое лечение должно быть эффективным», — говорит руководитель работы. Пищевых отравлений с каждым годом становится все больше. Обеспокоенные ученые решили выяснить, насколько в этом виноваты пестициды. Результаты несколько удивили исследователей. Оказалось, что дело не только в пестицидах как таковых и их свойствах, но и в изобилии бактерий, которые живут в растворах пестицидов. Ученые взяли растворы различных гербицидов (средств для борьбы с сорняками), фунгицидов (противогрибковых средств) и инсектицидов (средств для борьбы с насекомыми) и поселили в них культуры кишечной палочки, сальмонеллы и других болезнетворных бактерий. Около трети всех пестицидов пришлись бактериям по вкусу, и они начали в них активно жить и стремительно размножаться. Сальмонелле и кишечной палочке больше всего понравился фунгицид хло- роталонил. Грег Бланк, руководитель исследования, считает, что, когда фермеры обрабатывают пестицидами свои поля, они используют зараженную бактериями воду. Эти бактерии быстро размножаются в резервуарах с растворами пестицидов, распыление которых, по существу, разносит бактерии на поля. Такого же мнения придерживается и Росс Дайер, технический менеджер Британской ассоциации защиты сельскохозяйственных культур: «Если фермеры используют зараженную воду, это значит, что в первую очередь они используют бактерии, которые потом могут легко попасть на наш стол» («New Scientist»). \\\Я 49
в мезозое Автор этой статьи — профессиональный историк, археолог — начинал свою биографию с авиации: учился в Московском авиационном институте и, окончив его, работал в НИИ, где принимал участие в создании авиационных приборов и систем автоматического управления полетами. Почему мы посчитали нужным упомянуть именно об этом, станет ясно из всего нижеследующего. Мезозойская эра — самая у нас востребованная, самая популярная геологическая эпоха в истории Земли. И своей популярностью она обязана главному тогдашнему обитателю нашей планеты — динозаврам. О динозаврах не только много пишут, но теперь и ставят всяческие фильмы — от познавательных до фантастических. И заметьте: главные герои всех этих произведений — чаще всего наземные или, реже, водные виды ящеров, причем, естественно, самые крупные из них — сорокаметровой длины бронтозавры, тридцати- метровые диплодоки, кошмарные, десятиметрового роста, тираннозавры, двадцатиметровые крокодилы и прочие чудовища. А вот про летающих ящеров людям известно гораздо меньше. Точнее, в популярных изданиях упоминают, как правило, всего об одном персонаже — птеродактиле. Причем почему-то считается, что он был громадной хищной тварью, которая — вместе со всеми своими наземными сородичами — слава Богу, вымерла в конце мезозоя, освободив пространство на Земле для млекопитающих и птиц. Опять же вспомню Высоцкого: «Нет, ребята, все не так. Все не так, ребята!» Птеродактиль действительно был хищником, но очень небольших размеров, примерно с нашу ворону. Тут в популярную литературу вкралась ошибочка, и теперь уж трудно сказать, когда и по чьей вине. На птеродактиля возвели напраслину, про остальных летающих ящеров (а их было великое множество, и все хищные) забыли, а вот настоящих летающих монстров, так сказать, прозевали. А эти последние — да еще какие! — действительно существовали! Их зовут птеранодонами. И уже первые найденные костяки этих существ вызывали оторопь, особенно когда удалось замерить размах их крыльев: он достигал восьми метров! Это примерно соответствует размаху крыльев истребителя МИГ-21. Ничего себе, да? Но не торопитесь. Сравнительно недавно обнаружили костяк особи, размах крыльев которой составлял шестнадцать метров! А это уже следующий класс современных летательных аппаратов — скажем, бомбардировщик типа ТУ-22. Такое летающее существо действительно поражает воображение. Однако дело не в одном воображении. Эта «птичка» противоречит — причем напрочь! — здравому смыслу не только биолога, но и авиатора, ибо совершенно невозможно понять, как такое живое существо могло летать! У природы нет не только плохой погоды, но и птицы Рух Известно, что даже современные крупные хищные птицы поднимаются с плоской поверхности с большим трудом — и это при их-то размахе крыльев, достигающем трех метров! Вот потому они и предпочитают стартовать с возвышения, желательно с 50
Кандидат исторических наук П.Ю.Черносвитов, Институт археологии РАН ГИПОТЕЗЫ г: г . *Л КАЙНОЗОЙ МЕЗОЗОЙ I. Триас 2. Юра. большого, поскольку это дает возможность вообще не тратить силы на машущие движения. Достаточно сначала просто спланировать вниз, набрать стартовую скорость, а потом, используя огромную несущую поверхность крыльев и восходящие потоки воздуха, не спеша набирать высоту. Те, кому доводилось наблюдать полет крупных хищников или, скажем, чаек, знают, насколько экономно они двигаются. Ни одного лишнего машущего движения, только корректирующие. Максимально используются восходящие потоки воздуха, ветер, а плюс к тому — удивительное умение набирать скорость за счет планирующего скольжения вниз и затем подъема — опять-таки на восходящем или встречном потоке воздуха. И все-таки даже самые крупные летающие хищники время от времени вынуждены стартовать именно с плоской поверхности, причем иногда даже не «с хода», а «с места», да еще и с добычей в когтях. А морской хищник орлан-белохвост каким-то чудом ухитряется это делать с воды, вынырнув из нее с пойманной здоровенной рыбиной. Следовательно, определенный запас мощности у них для подобной работы есть, хотя и понятно, что такой старт представляет собой работу, как говорят авиаторы, в режиме форсажа. Еще один важный момент. Такой режим взлета, несомненно, обеспечен (хотя бы по минимуму) самой конструкцией махокрылого тела: ведь чтобы начать размахивать крылом, необходимо расположить его на некоторой высоте над стартовой поверхностью — иначе никакого взмаха про- f А это — птеродактиль. Несмотря на устрашающую внешность, размером он не превышая нашу ворону 51
сто не получится. То есть в анатомии птицы заложена определенная пропорция между размахом крыльев и минимально допустимой высотой их расположения над стартовой поверхностью. Это так, но в любом случае понятно, что режим взлета с плоской поверхности отягощен следующим обстоятельством: всякая птица, кроме, может быть, таких длинноногих, как аисты, журавли или цапли, не имеет возможности работать крылом в полный мах, а вынуждена делать массу коротких и частых взмахов, стараясь не задевать поверхность, с которой взлетает. В общем, коль скоро все эти птицы существуют, то, значит, они благополучно прошли отбор на выживаемость и обладают всеми перечисленными выше необходимыми качествами для полета в различных условиях. Ну а кроме того, имеют место быть и определенные ухищрения. Так, самые крупные и тяжелые птицы-хищники предпочитают селиться в горах или на очень высоких деревьях, чтобы брать добычу с лету. Так много легче, ибо для них старт с плоской поверхности — действительно «форсажный режим», и они стараются прибегать к нему как можно реже. Хорошо известно также, что высокие летные характеристики современных птиц обеспечиваются предельно облегченной «конструкцией» их костяка (полые тонкостенные кости), высокой энергетикой мышечной системы, оптимальной аэродинамической формой и таким замечательным материалом для создания несущей поверхности, как маховое перо. Да-да, все это есть у современных птиц, и все это здорово работает, однако нет среди них монстров с размахом крыльев не только в шестнадцать метров, но и вообще более трех метров! Ну не получается у природы птица Рух, и все тут! И вообще стоит заметить, что после рубежа «мезозой — кайнозой» все животные-супертяжеловесы исчезли с поверхности Земли. Причем заметна характерная тенденция: из крупных форм уцелели только те, кто либо уже жил в воде (как, например, крокодилы), либо в воду окончательно ушел и больше из нее не высовывался. К последним умникам такого рода относятся, естественно, киты. Уж они-то вовремя сообразили, где можно толстеть безнаказанно. Поэтому палеонтология и не знает их наземных предков. Всё так, но в мезозое-то все эти громадные чудовища не только ходили по суше или обитали в воде. Как видим, кое-кто из них еще и летал! Тираннозавр — вероятно, самое страшное животное, когда-либо существовавшее на Земле (если не считать человека) Причем летал, не имея для этого тех великолепных конструктивных качеств, каковыми обладают современные птицы. А именно: перьев у них не было; клюв был громадным — целая крокодилья зубатая пасть; а вот размах крыльев — аж в шестнадцать метров! И заметьте, что по своей конструкции это крыло ближе всего к крыльям современных летучих мышей: кожная перепонка, натянутая между передней конечностью с гигантским мизинцем и телом, вплоть до верхней части задней конечности. И даже если представить себе, что такие птички были уже теплокровными с достаточно эффективной мышечной иннервацией (на что у палеонтологов есть веские основания), то все равно невозможно понять, как они летали] Ну не монтируется все это в единую жизнеспособную конструкцию! Почему? Нельзя себе представить условия старта, при котором у подобного существа будет место для силового взмаха крыльями, — не говоря уже о том, что невозможно представить и оптимальную пропорцию между весом этой «конструкции» и развиваемым ею усилием, способным такой взмах произвести. И что же нам тогда остается? А вот что: полет нашей птички, то бишь птеранодона, возможен только в одном варианте — как парение «складного» планера. Да, единственное, что можно допустить без категорического насилия над законами аэродинамики и здравым смыслом, — это планирующий полет. Он начинается с броска вниз с высоты — с последующим, уже в воздухе, разворачиванием крыла, а дальше — довольно длительным, управляемым парением. И уж конечно — с обязательной посадкой опять же на очень высокую площадку. Но ведь это животное должно еще и питаться, и как-то гнездиться, и птенцов своих кормить! Палеонтологические останки показывают, что птеранодон — хищник. Стало быть, для него питаться — означает охотиться, на худой конец — поедать падаль. И как он ухитрялся все это делать? Точнее, как это делать, никогда не попадая на плоскость, с которой потом придется стартовать с места? Понятно, что гнездиться можно в горах или в скалах, а вот как и за кем охотиться? Только за летающими же животными? Но ведь любое другое животное — те же летающие мелкие ящеры и имевшиеся уже в ту эпоху настоящие птицы — в сотни раз ма- невреннее нашего монстра! Стало быть, его добычей могло быть либо существо, столь же тяжелое и потому инерционное, как и он сам, либо просто падаль. Но взять-то такую добычу можно только на земле или на воде, то есть на поверхности. А как потом с этой поверхности взлетать, да еще и с добычей? В общем, вся парадоксальность данной ситуации наводит на фундаментальную мысль: мы до сих пор толком не знаем условий существования живого на Земле в эпоху мезозоя. Биологическая революция — это тоже катастрофа Как известно, Земля за свою долгую историю пережила множество катастрофических моментов. Ими, вообще говоря, и отделены друг от друга геологические эпохи. 52
Все эти катастрофы известны нам еще и потому, что, помимо бурных геологических процессов (тектонических, вулканических и прочих), они сопровождались радикальной сменой форм живого, причем в общепланетарных масштабах. В сравнительно короткие сроки исчезали сотни и тысячи ранее процветавших видов и даже семейств, а им на смену приходили новые, предков которых иногда лишь с большим трудом можно выявить в предыдущей геологической эпохе. В юрском периоде мезозоя — расцвет рептилий вообще, и главным образом динозавров, с невероятным разнообразием их семейств, родов и видов, заполнивших воду, сушу и воздух. Тогда же происходит расцвет их гигантских форм, которые по размерам и весу никогда больше не были превзойдены на Земле. Лишь киты в кайнозое соизмеримы с ними, но они — чисто водоплавающие животные, а бронтозавры и диплодоки водоплавающими-то не были! Правда, некоторые палеонтологи предполагают, что большую часть жизни они проводили в полупогруженном состоянии на мелководье, но это не меняет существа дела: в любом случае они передвигались все-таки пешком, то есть по суше. Но вот в раннем мелу ареал динозавров сильно сокращается, что связывают с общим осушением материков, причины которого толком не известны. Тем не менее гигантские формы выживают, и в позднем мелу происходит последний расцвет этой ветви ящеров, снова расселившихся по всему миру. А полное их исчезновение приходится на рубеж конца мезозоя (мела) и начало кайнозоя. В этот, сравнительно короткий, промежуток времени исчезают не только гигантские динозавры, но и все их виды — и сухопутные, и водные, и летающие. Да и вообще от рептилий мало что остается, выживают только крупные формы, и лишь в воде — крокодилы и всякие черепахи. Наступает повсеместное воцарение млекопитающих и птиц. В общем как ни крути, а на Земле в тот период времени имел место некий «решающий фактор», который произвел очередную биологическую революцию. На роль этого пускового механизма глобальной катастрофы ныне претендует падение гигантского астероида. Сам факт этого падения считается теперь общепризнанным, поскольку продукты его распада обнаружены практически везде, где до них удалось «докопаться»: они очень тонким слоем лежат на границе раздела геологических слоев позднего мела и раннего кайнозоя. Расчетное моделирование того, к чему это могло привести, проводилось неоднократно, но итоговые модели получались при этом самые разные. От глобальной «ядерной зимы», тянувшейся то ли несколько месяцев, то ли несколько лет, до столь же глобального «ядерного лета». Есть и вариант, в котором первое сменяется вторым, окончательно добивая несусветной жарой тех, кто сумел перенести обвальное похолодание. Такая вот картинка. И она выглядит достаточно правдоподобно, как считают специалисты. Однако у нас нет объяснения того обстоятельства, что на суше и в воздухе никогда больше не появлялись формы живого, сопоставимые по размерам и массе с мезозойскими динозаврами. Точнее сказать, некоторые наземные млекопитающие в середине кайнозоя более или менее приближались по весу к крупным сухопутным динозаврам, но все-таки за пять-шесть тонн они не забирались никогда. И уж подавно никогда больше на Земле не появлялись летающие существа, хоть в какой-то степени соизмеримые с птеранодоном! И более того. Если сопоставить с летающими ящерами единственных ГИПОТЕЗЫ млекопитающих, чья анатомия очень им близка — рукокрылых всех видов, — то сразу же бросается в глаза, до какой степени эти последние становятся беспомощны, оказавшись на плоской поверхности: они вообще почти не в состоянии взлететь! Им надо много раз подпрыгнуть, чтобы совершить взмах крыльев, потратив на это массу усилий. Поэтому они всегда стараются взлетать с деревьев и садиться либо на них же, либо на какие-то возвышения. И чтобы никакой плоской поверхности — ни-ни! Так что уж тогда говорить о птеранодоне? Так вот, на наш взгляд, это кошмарное существо интересно для нас тем, что позволяет — или даже заставляет — взглянуть на проблему рубежа мезозой — кайнозой с несколько другой стороны. То есть имеет смысл ставить вопрос не так, как это делается обычно: «какой новый фактор, определяющий дальнейшее магистральное развитие жизни, появился в кайнозое на Земле?», а наоборот: «какой фактор, исчезнувший в кайнозое, позволял в мезозое успешно существовать таким формам жизни, как гигантские ящеры, и в особенности — их летающим видам?» Ох какая гипотеза! О каком же решающем факторе может идти речь? Выдвинем предположение: в мезозое сила тяжести на поверхности планеты была меньше, чем в последующую геологическую эпоху, в том числе и в настоящее время. Надо сразу сказать, что эта гипотеза отнюдь не нова. Существует несколько разных оснований, которые позволяют ее выдвигать специалистам в области геотектоники и геофизики. В геотектонике даже существует отдельное направление, разрабатывающее теорию циклических планетарных процессов. Эти процессы приводят к периодическим изменениям объема Земли, что, с одной стороны, влияет на скорость ее осевого вращения, а с другой, на силу тяжести на ее поверхности. Понятно, что 53
при неизменной массе планеты сила тяжести на ее поверхности будет зависеть от объема, то есть радиуса: чем меньше радиус — тем выше сила тяжести. А поскольку величина момента количества движения (момента вращения) свободно вращающегося тела есть величина постоянная, то уменьшение его радиуса должно привести к увеличению скорости осевого вращения. Дело, однако, в том, что Земля лишь с большой натяжкой может считаться свободно вращающимся телом. И теоретическая геофизика всегда учитывала то обстоятельство, что скорость ее осевого вращения существенно зависит от взаимодействия Земли с ее массивным спутником — Луной. А сегодня моделируют взаимодействие и в системе «Солнце — Земля —Луна». Так вот, расчеты, основанные на такой модели, показывают: существуют периодические колебания и в скорости вращения Луны вокруг Земли (что влияет на расстояние между этими телами), и в скорости вращения самой Земли. Учитывается и то обстоятельство, что любая такая система постепенно теряет энергию вращения, а это в конечном счете приводит к постепенной потере скорости вращения. В итоге же учесть все факторы, влияющие на скорость вращения Земли, и в частности зависимость вращения от гипотетического изменения объема планеты, не удается: слишком сложна эта зависимость и слишком гипотетичны некоторые из величин, которые должны вхбдить в эти расчеты. И потому сегодня нет прямых доказательств того, что сила тяжести на Земле в эпоху мезозоя была меньше, чем в более позднее геологическое время. Так, расчеты показывают, что в юрском периоде (а это середина мезозоя) длина года составляла примерно 377 дней, но непонятно, о чем это говорит. Если считать, что длина земной орбиты — величина более или менее постоянная, то тогда надо предполагать, что земной день был короче, а стало быть, Земля вращалась быстрее. Но от чего это зависело — непонятно тоже. Скорее всего, от тогдашнего радиуса орбиты Луны, но не исключено, что и от диаметра самой Земли, который соответственно должен был быть меньше современного. Но тогда и сила тяжести на поверхности нашей планеты должна была быть выше, чем в последующие эпохи! Правда, более высокая скорость вращения существенно уменьшала бы ее в экваториальной зоне. 54 Короче говоря, в рамках наших современных знаний поставленная задача однозначно не решается. И единственное, что мы энаем точно, — это то, что на юрский период приходится бурный рост размеров растений и ящеров, а на меловой — появление еще и летающих гигантов — птеранодонов. То есть, повторим, у нас есть только косвенное подтверждение обсуждаемой гипотезы. Есть еще одно предположение, которое помогает объяснить существование летающих монстров такого размера: в мезозое атмосфера была много плотнее современной, кайнозойской. Если считать, что в древности газовый состав принципиально не отличался от современного, то высокая плотность может быть объяснена только одним: существенно большей толщиной атмосферной оболочки. Как известно, подъемная сила крыла впрямую зависит от плотности несущей среды. Конечно, при этом растет и лобовое сопротивление, но кто сказал, что птеранодону надо было очень быстро летать? Важно то, что ему легче было оторваться от поверхности. Поэтому наше предположение, с одной стороны, работает на птеранодона и прочих крупных летунов мезозоя, а с другой — не мешает существованию всех прочих живых форм. А дальше колоссальный взрыв, вызванный падением упомянутого выше гигантского астероида, создал нечто вроде протуберанца со скоростью отрыва захваченного им газового потока выше второй космической. В результате планета лишилась существенной части своей атмосферы, давление и плотность упали, и, естественно, снизилась ее возможность демпфировать температурные перепады — как суточные, так и сезонные. Климат стал континенталь- нее, резче обозначились широтные температурные пояса Земли. Отсюда и те климатические изменения, которые на рубеже мезозой — кайнозой сгубили теплолюбивых ящеров. Так что это предположение вроде бы сразу многое объясняет. Беда, однако, в том, что на сегодня у нас нет основательных подтверждений и этой гипотезы. И ведь сорок миллионов лет прожил, мерзавец! И все-таки: можно ли предположить еще что-либо разумное, что реально оправдало бы существование в мезозое нашего кошмарного летающего монстра? Да, в принципе возможны еще два предположения, и сейчас вы убедитесь, что они впрямую никак не связаны с идей вышеизложенной гипотезы. Первое — это мощные восходящие воздушные потоки, всегда существовавшие в .ту эпоху. Второе — постоянные и очень сильные ветра. Вообще-то говоря, эти факторы между собой неплохо сочетаются. Поэтому легко представить себе, какие действительно мощные восходящие потоки воздуха создавали в ран-
\ нем мелу раскаленные участки суши — а геология утверждает, что именно на эту эпоху приходится значительное осушение материков. Далее. Мощные ветра как раз и возникают между областями со значительными перепадами температур, а таковыми в данном случае были поверхность океана, с одной стороны, и сильно прогретые участки суши, с другой. И если представить себе, что последними могли быть территории, прилегающие именно к горным образованиям, то, пожалуй, мы найдем место для более или менее реального существования нашей птички: это открытые пространства возле морского побережья; плюс — сама водная поверхность в период сильных, даже штормовых ветров; плюс — глубоко прогреваемые каменистые безлесые предгорья с мощными восходящими потоками воздуха вдоль горных склонов. И именно в таких условиях наш «планер» вполне мог взлетать с плоской поверхности, просто расправив свои невероятных размеров крылья! А теперь подумаем: почему этот фактор — как постоянно действующий во второй половине мезозоя — вдруг исчезает с наступлением кайнозоя? Скорее всего, потому, что после глобальной катастрофы, вызванной падением астероида, поверхность планеты покрылась практически сплошным лесным покровом. Вот так-то! Да, сейчас среди палеоклиматологов и палеобиологов распространено мнение, что остепнение значительных участков земной поверхности началось только во второй половине кайнозоя. А их частичное опустынивание — это вообще процесс, приходящийся на последние его этапы и, возможно, порожденный засилием копытных на пространствах саванно- го типа. Для нас это обстоятельство интересно вот чем. Во-первых, тем, что лес, как известно,— прекрасный биологический демпфер климата: он отлично собирает и аккумулирует влагу и тепло, не создавая даже в тропических областях мощных восходящих потоков воздуха, поскольку не дает прокаляться грунту. Ну а во-вторых, тем, что прекращение мощных, постоянно дующих в мезозое ветров косвенно подтверждается не только исчезновением летающих ящеров, но и появлением многочисленных видов нелетающих птиц! Причем нелетающими становятся в большинстве своем самые крупные, самые тяжелые птицы. Сегодня мы знаем лишь немногих из этих последних. Это — страусы и казуары (о мелких видах говорить не будем). Но на фоне бегающих птиц раннего и среднего кайнозоя — они, поверьте, безобидные пташечки. Так, в Северной Америке процветало создание ростом под два с половиной метра—диатрима, клюв которой мог спокойно перекусить ногу крупного ГИПОТЕЗЫ копытного, которого она догоняла — понятно, посуху! А в Южной Америке (тогда еще существовавшей сепаратно от Северной) жила-была еще более симпатичная птичка — фороракос, ростом уже за три метра, с полуметровым клювом-секачом. Так вот, именно она ухитрилась на этом материке остаться на несколько миллионов лет единственным хищником, перебив все тамошние другие виды сумчатых млекопитающих. Были и другие, нехищные, формы гигантских бегающих птиц, напоминающих современных страусов, которые достигали ростом четырех метров и имели ноги колоссальной силы. Ну да ладно, это отдельный разговор. И что же из всего этого следует, если не забывать о нашей гипотезе? А вот что. Все самое тяжелое из летающего в конце мезозоя или начале кайнозоя «пало» на землю. То есть полетали, и хватит, а теперь — походим, побегаем. И те, кто изначально оказались длинноногими, а главное, у кого ноги не были связаны с «руками» несущей аэродинамической поверхностью, те «укоротили» крылья и начали... бегать. А те, у кого и крыльев-то настоящих не было, да и ног, предназначенных для быстрого передвижения, тоже, — они, обреченные, вымерли. Ну а что там наш птеранодон? Почти очевидно, что в мезозое — дома! — у него бывали-таки и роковые ситуации. Представим себе хотя бы один денек безветренной погоды, да еще наступившей неожиданно, когда наш герой сидит себе и закусывает где- нибудь у бережка какой-нибудь выкинутой морем дохлятиной. Вот тут и в ему самому запросто превратиться в ^ дохлятину, если сюда мимоходом заг- £ лянет старый знакомец — тиранно- * завр. Но уж здесь ничего не подела- I ешь: кто не рискует, тот шампанско- ™ го не пьет, как известно. Но такое, ^ судя по всему, случалось все-таки не- z часто, иначе не прожил бы наш герой g почти сорок миллионов лет! Дай Бог, ™ и нам, как виду, прожить столько же. | А то все рассуждаем, рассуждаем!..f@| | ее 55 J
О ведущей ли • II хвоста в эволю О.Куликова, А.Шеховцов — Красивый шнурок, правда? - сказала Сова. — Сова, — сказал Пух торжественно он кому-то очень нужен. А.А.Милн. Винни-Пух и все-все Серьезные люди относятся к хвостам, как правило, неуважительно. «Нужен, как хвост», — говорят они, имея в виду что- то лишнее, бесполезное. О навязчивом поклоннике или подчиненном можно услышать раздраженное восклицание: «Ходит за мной хвостом!» Подросшего ребенка, который категорически отказывается обходиться без общества мамы, дразнят «маминым хвостиком», желая подчеркнуть тем самым его несамостоятельность. Человек гордится отсутствием хвоста, презрительно называя его «придатком», и старается не обращать внимания на эту часть тела животных. Даже ученым-биологам и тем как-то удалось отвязаться от хвоста. В двухтомной сводке по анатомии позвоночных Р.Ромера и Т.Парсонса он упоминается только один раз, а в трехтомной монографии Р.Кэррола, посвященной палеонтологии и эволюции позвоночных, о хвосте вообще нет ни слова. Зато сотни лет с вниманием и любовью биологи изучают все прочие структуры скелета. Особый почет они оказывают позвоночнику и его предшественнице — хорде, которая становится частью все того же позвоночника у более развитых существ. Именно опорный осевой тяж лежит в основе современной классификации: животных делят на тех, кто имеет позвоночник (позвоночных), и тех, у кого позвоночника нет (беспозвоночных). Позвоночных, в свою очередь, включают в тип хордовых, объединяя их с оболочниками и ланцетниками. Между тем сравнение эволюцион- но продвинутых беспозвоночных, таких, как мечехвост, и самых примитивных хордовых — оболочников или ас- цидий, наводит на размышления. 56 У мечехвоста есть хвост, но пока еще нет хорды. Впервые она появляется у свободно плавающих личинок асци- дий, да не где-нибудь, а позади выводного сифона, то есть в хвосте и только в нем! (Хвостом биологи называют часть тела животного, расположенную позади анального отверстия.) Этот хвост вместе с хордой личинка впоследствии отбрасывает, и животное превращается в живой мешок, прикрепленный к субстрату до конца своей жизни. (Об асцидиях «Химия и жизнь» писала в № 5-6 за 1999 год.) Таким образом, вопрос о том, что возникло в эволюции раньше — хвост или хорда, однозначно решается в пользу хвоста. Это эволюционное приобретение, позволившее живым организмам передвигаться в толще воды независимо от воли стихий, оказалось настолько полезным, что при- Плейстоценовый глиптодонт использовал хвост, чтобы защищаться от врагов
рода сочла необходимым укрепить его гибким стержнем — хордой. Такая гипотеза хорошо согласуется с идеей академика А.Н.Северцова, который показал, что ведущими в эволюции оказываются, как правило, внешние признаки, но никак не внутренние. Ведь именно на внешние признаки воздействует среда обитания, а стало быть, и естественный отбор. Только вслед за внешними начинают изменяться и внутренние органы. Ученые допускают, что по такой схеме возникли парные плавники рыб: вероятно, они развились из пары симметричных кожных складок, тянувшихся вдоль всего туловища (Р.Ромер, Т.Парсон. Анатомия позвоночных. М.: Мир, 1992). Но плавники — это такие же органы движения, как и хвост! Так почему бы ему не возникнуть по той же схеме? Хорда, вытянутая вдоль всего тела, — куда более позднее эволюционное приобретение, нежели хвост. А без позвоночника наши предки обходились и того дольше: миллионы лет в океанах господствовали рыбы с мощным хвостом и огромными чешуями-плас- тинами, образующими прочный наружный скелет. И ничего! Обходились как-то без внутреннего каркаса. Но если все сказанное здесь верно, то нынешняя зоологическая классификация нуждается в коренном пересмотре. Во-первых, беспозвоночных, имеющих хвост, следует относить к тому же типу живых существ, что и оболочников с ланцетниками, и большинство позвоночных. Именовать этот тип следует по общему признаку, свойственному всем животным, входящим в него, то есть типом Хвостатых (Caudata). Правда, кое-кто из ученых старой школы может возразить: мол, среди амфибий есть и бесхвостые — лягушки, жабы, квакши. Но это неправильно: у личинок бесхвостых амфибий, головастиков, хвост есть, а потому правильнее называть их не бесхвостыми, а личиночнохвостыми (Lavraecaudata). Из всех позвоночных только человек и его ближайшие родичи, человекообразные обезьяны, не попадут в Мечехвост — едва ли не единственное хвостатое беспозвоночное А ПОЧЕМУ БЫ И НЕТ? тип Хвостатых. Согласно новой классификации, эти вторично бесхвостые существа окажутся уже в другой систематической единице, и желание человека как-то отделить себя от животного мира почти исполнится. Только вот хорошо ли это — утратить хвост? Вопрос, между прочим, спорный: прогрессивно эволюционирующие организмы, как правило, приобретают какие-то новые структуры, а утрачивают эволюционные завоевания те, кто идет по пути узкой специализации. Киты, вторично перешедшие к жизни в воде, утратили не только способность передвигаться по суше, но в дополнение к этому лишились и шерсти. Пингвины, которые не могут питаться ничем, кроме рыбы, разучились летать. Пещерные рыбы ослепли и стали альбиносами. Про разных паразитических червей и говорить не приходится — у них иной раз даже пищеварительной системы нет! А человек, который выделился из среды животных совсем недавно, уже успел потерять шерсть, способность шевелить ушами, совершать хватательные движения пальцами ног и даже разучился синтезировать несколько аминокислот и витаминов. Но самая тяжелая потеря — это, несомненно, хвост. По всему получается, что человек уже сошел с генерального пути эволюции и движется куда-то вбок, но никак не вперед. С биологической точки зрения на роль венца творения претендуют скорее коты, ничего не утратившие в ходе своего развития и в то же время успешно использующие человека для удовлетворения своих потребностей (см. «Химию и жизнь», 1999, №4). Видимо, именно из-за отсутствия хвоста нам трудно осознать его огромную роль в эволюции. А он между тем до сих пор верно служит своим обладателям. Хвост движет рыб и китов, служит балансиром тушканчику, бобр использует его при строительстве плотин. Им можно отгонять мух и слепней. И наконец, хвост— это просто красиво! 57
Развитый циклон Жизнь циклона погоды Воздух над Землей разделен резкими границами на три зоны. Из-за вращения Земли вокруг своей оси эти зоны тянутся вдоль параллели.. Причина циклона — возмущение на атмосферном фронте. Оно возникает из-за большой разницы температур воздушных масс по разные стороны фронта. Смысл существования циклона— убрать эту разницу ...а из-за разницы температур, воздух стремится I перемещаться вдоль меридиана. В результате на фронтальных зонах возникают изгибы ля нас, живущих на поверхности планеты Земля, погода — это постоянное чередование дождливого или снежного ненастья и ясного голубого неба. В промежутках между этими состояниями небо либо покрывается облаками, либо очищается от их толстой пелены. Главные персонажи постоянно разыгрывающегося над нашими головами действа — атмосферные вихри, циклоны и антициклоны. Для того чтобы понимать смену погоды, нужно понимать именно их. Начнем с циклона. Как идет циклон При приближении циклона появляются перистые, а затем слоистые облака. Давление падает медленно, но неуклонно, облака становятся ниже и толще. На расстоянии 300 км от приближающегося теплого фронта должен начаться дождь, сначала слабый и прерывистый. Затем дождь усилится и станет непрерывным. Осенью и весной бывает туман: часть дождя испаряется с теплой поверхности Земли и конденсируется в небольшом слое холодного воздуха под фронтом. Когда над местностью пройдет теплый фронт, ветер переменится на юго- западный, температура поднимется, а туман, облака и осадки исчезнут. Все это продолжается примерно сутки. За теплым фронтом следует холодный. При этом атмосферное давление падает более стремительно. Появившиеся перистые облака могут быть предвестниками линии кучевых или кучево-дождевых (ливневых) облаков. Холодный Согласно теории, холодная и теплая воздушные массы не плавно переходят друг в друга. Между ними пролегает резкая граница, фронтальная зона. Она направлена под некоторым углом к поверхности Земли; пересекаясь с ней, эта граница дает линию фронта на карте погоды. В действительности фронт — узкая зона шириной в несколько сотен километров. Фронт называется холодным, если при его движении вблизи поверхности Земли на место теплого воздуха приходит холодный. В противном случае фронт — теплый. Зимой или летом температура поверхности суши и моря различается сильнее всего. В результате контраст температур на побережьях усиливается, и именно там зарождаются циклоны. А например, ранней осенью суша и море нагреваются более равномерно — наступает бабье лвто. Циклоны, которые делают погоду в Западной Европе, облюбовали Средиземное море к западу от Италии. Зимой в северном полушарии циклоны возникают преимущественно у восточных берегов Северной Америки и Азии, в зоне с наибольшим контрастом температур. Оттуда они следуют в сторону Исландии и Алеутских островов. Дойдя до них, циклоны направляются дальше на восток или северо-восток. В Восточной Европе и особенно в Западной Сибири в это же время чаще возникают антициклоны. Летом над Сибирью преобладают циклоны. Они возникают там, где большая разница температур, в бассейне Оби и Енисея, и перемещаются на востоко-северо-восток, достигая наибольшего развития над Восточной Сибирью и Дальним Востоком. фронт принесет резкую смену ветра на северо-западный, быстрое понижение температуры, рост давления, грозы и обильные дожди, интенсивные, но менее продолжительные, чем при приближении теплого фронта. Теплый фронт движется медленнее, чем наступает холодный. В конце концов фронты у поверхности Земли сомкнутся и весь теплый воздух поднимется вверх. После этого дальнейшее усиление циклона невозможно: контраст температур, поддерживавший его жизнь, начинает уменьшаться. Движение циклона замедляется, и он может остановиться. Запасов теплого воздуха хвата- вихрь, в котором . иию к >гвч.центру. $и в вихре вращается вой стрелки, а в "■да циклон в среди :ч$цает развиваться, то —*- ^ртнях^километров. атъ области в v тров:' ^ Антициклон Антициклон — это такд] ление повышается с п| ру. Воздух в неу в| ном циклону наЪря всем самостоятелен ден соседними цикс на располс^рен, маю Д! в-котрром дав- [ehjJgM^K Sro цент- 41вййолож-
Погода промежуточная: у земли пр и северо-восточной четверти. Осенью сплошными облаками. Летом облака-кучевые но осадков, как правило, hi Погода неустойчив; л и вням^уюрывисгы^ветрог ep4HSHBba: разрывами и ет на 4—8 суток. Потом холодный центр низкого давления распадется окончательно. В целом циклоны двигаются на восток. Но тректория их сложна, потому что глобальная фронтальная зона, отделяющая полярный воздух от воздуха умеренных широт, извилиста. Следуя ее изгибам, циклоны перемещаются и на север, и на юг, а изредка — даже на запад. Средняя скорость около 35 км/ч. Судьба антициклона Подвижные антициклоны, как и подвижные циклоны, в средних широтах двигаются с запада на восток. Часто антициклоны проявляют себя как вялые системы, которые заполняют пространство между гораздо более активными циклонами. Скорость перемещения подвижных антициклонов 30— 40 км/ч. Вид циклона сбоку Перистые облака Ливневые обл I Ливень Холодный воздух Воздух поднимается, охлаждается , и влага конденсируется в облака / / / Теплый влажны^ фзд^х / у Холодный воздух #»##♦ За двадцать лет к северу от 20" с.ш. каждый год возникало 620 подвижных и 1222 местных, то есть распадающихся там, где и образовались, циклонов. На них приходилось 331 подвижных и 744 местных антициклонов. Местных циклонов было в 1,97 раза больше подвижных, а антициклонов — в 2,25 раза. Значит, циклоны в среднем подвижнее антициклонов, а возникают они в 1,71 раза чаще. При этом над водой чаще образуются подвижные циклоны, а над сушей — местные циклоны и антициклоны Чаще всего подвижные циклоны появляются в полосе между 30—60' с.ш. Это справедливо как для воды, так и для суши. Местные циклоны выбрали высокие широты: 60—80* с.ш. Для антициклонов тоже есть две зоны: одна из них расположена между 70—80* с.ш., а вторая между 40—50* с.ш. При этом в высоких широтах антициклонов больше, чем в низких. Со временем подвижный антициклон с холодной передней (восточной) частью и теплой тыловой (западной) частью, прогреваясь и усиливаясь, превращается в теплый, высокий и малоподвижный. Высокие стабилизировавшиеся антициклоны называют блокирующими: они нарушают общий западный перенос воздуха в средних широтах. В областях высокого давления погода совсем иная, чем в циклоне: чистое небо и легкий ветерок. Ночью или в холодное время года воздух у поверхности Земли охлаждается, и в нем возникают низкие слоистые облака и туманы. Летним днем над сушей из-за испарения влаги образуются кучевые облака и погода стоит приятная, теплая или, наоборот, жаркая и засушливая. В среднем антициклоны над территорией Европы на ТС теплее, чем циклоны. А вот зимой дела обстоят по-другому. В это время года антициклоны приходят к нам из Арктики, и заполнены они очень холодным воздухом. За короткий зимний день воздух не успевает нагреться, зато в ясную безоблачную ночь поверхность Земли еще больше остывает. Тогда-то и случается ясный зимний день с трескучим рождественским или крещенским морозцем. Материалы предоставила кандидат географических наук А.А.АЛЕКСЕЕВА, Гидрометцентр России Редакция признательна за помощь в подготовке статьи доктору географических наук, профессору А.А.ВАСИЛЬЕВУ, Гидрометцентр России 59
Немного истории Mr еорологи давно подметили связь между понижением атмосферного давления и приближением ненастья и, наоборот, повышением давления и улучшением погоды. Сначала эту зависимость считали главным фактором и следили именно за давлением, а не за движением воздушных масс. Лишь в 1837 году Г.Доув догадался, что погода в средних широтах связана со взаимодействием теплых и холодных воздушных потоков. В 1863 году создатель первой регулярной метеослужбы британский вице-адмирал Р.Фицрой обнаружил, что обычно циклон состоит из двух воздушных масс с различными температурами, содержанием влаги и движением. Более теплые и более влажные из этих масс возникают в субтропических широтах, тогда как холодные и сухие происходят из области полярного очага. С замечательным провидением Фицрой отчетливо представил себе, что циклоны в средних широтах образуются на границе двух различных воздушных потоков. Потом метеорологи предложили несколько теорий. Известны конвективная теория Х.Мона и У.Ферреля G0-е годы XIX века), механическая теория П.И.Б- роунова A882 г.), вихревые теории возникновения циклонов М.М.Поморцева A889 г.) и ГАЛюбославского (начало XX века). Синоптики-практики по большей части игнорировали эти исследования. Так продолжалось до тех пора, пока в 1918 году норвежец Я.Бьеркнес не создал теорию полярно-фронтовых циклонов. Эта теория стала основой для изучения и прогнозирования развивающихся циклонических штормов на средних и высоких широтах. Со временем ученые теорию расширили и несколько изменили, но и теперь она остается одним из главных средств познания явлений, образующих погоду и связанных с ними динамических процессов. Сейчас возникновение и перемещение циклонов предсказывают на основании гидродинамических моделей общей циркуляции атмосферы. У каждого ведущего метеоцентра есть своя математическая модель, которую обрабатывают мощные компьютеры. В системе Росгидромета таким центром служит Гидрометцентр России, где для расчетов применяют сверхкомпьютер «CRAY». ЛИСТАЯ Метечи бывают двух видов. Когда ветер срывает снежный покров, закручивает снежинки ГТЯПЫР и несет их н°д землей — это поземка, ичи низовоя метель. Если же ветру сопутствует снегопад, начинается буран, или пурга, или, согласно метеорологической классификации. СТраНИЦЫ метель 0бщая. «Химия и жизнь», № 12, 1984. Достаточно 20 см снега, чтобы температура на глубине 3 см не упала ниже -20°С, при этом погибает 14% растений. А полуметровый сугроб гарантирует, что температура почвы ниже -8°С не опустится. «Химия и жизнь», № I, I973. У нас, как и у прочих млекопитающих, чрезвычайно эффективный экзотермический процесс — окисление жиров — идет в легочной ткани. Чтобы не было ни малейшего охлаждения крови, попадающей из легких в сердце и мозг, нужна эта теплоизолирующая, термо- статирующая функция легких. Да она не так уж и мала: при сильном морозе легкие дают пятую часть тепла, вырабатываемого нашим телом. «Химия и жизнь», № 1, 1973. Снег скрипит, когда ломаются кристаллики льда, образующие снежинки. Чем холоднее, тем более упруги кристаллики и тем тоньше песня снега. «Химия и жизнь», № 1, 1972. Если на Аггея B9 декабря) сильный мороз, то стоять ему до Крещения A9 января). «Химия и жизнь», № 10, 1989. Антициклон простирается на тысячи километров. И по его периферии дуют ветры разных румбов — теплые и холодные, влажные и сухие. Они приносят теплые дожди и трескучие морозы, мокрый снег и низкую облачность, то есть то, что, по нашим представлениям, для новогодней ночи совсем нетипично, неприлично даже. «Химия и жизнь», № 12, 1984. А.В.Астрин ъ Ч щто может быть лучше плохой погоды? — Кто, кроме метеоролога может задать такой вопрос? С его точки зрения, главное и самое лучшее качество погоды — быть предсказанной. Народ считает, что метеоролог сродни пророку, потому люди так трепетно замирают, услышав позывные метеобюро, — будущее грозно вторгается в течение жизни. В древности существовала профессия заклинателя дождя. С недавних пор функция имеющих право вещать перешла к созданиям женского пола, прямо сказать, неземного вида, что должно подчеркивать абсолютность высказываемых пророчеств. Последние сто пятьдесят лет наблюдений за погодой произвели на свет своего рода касту наблюдателей, тайное общество со своим языком, обычаями и системой знаков. Оно кажется совершенно монолитным, но это не так. Если долго сравнивать предсказания с реальной погодой, можно выделить две группы предсказаний: те, что полностью совпадают с погодой вчерашнего дня, и те, что ее совсем отвергают. Итак, две группы. Одну условно назовем либерал-консерваторами, вторую — радикал-реформаторами. Мира между ними нет и быть не может. Для одних мир незыблем и устойчив, погода стоит как обычно или на диво... Для других же Земля вертится, день сменяет ночь, и ничего постоянного нет и быть не может. Очень просто определить, кто же сейчас у власти. Надо отдать должное, чаще всего это консерваторы. Бывают периоды, когда долгое время стоит и стоит погода — монотонный дождь или засуха. И бремя власти в конце концов начинает тяготить, подсознание подсказывает, что ничто не вечно под Луной. Все это время радикалы митингуют, и бранятся, и требуют. Когда они одо- певают, тогда среди жары вдруг народу обещается холод. Но ничего не случается, и консерваторы продолжают нести свое бремя. В конце концов, природа берет свое и торжествующие радикалы с упоением начинают пророчить катаклизмы. Но назавтра, для того чтобы остаться радикальными, им приходится опровергать свои предсказания, и к власти опять приходят унылые консерваторы, девиз которых — что было вчера, будет и завтра. А можно ли застать сам момент смены власти? Да, изредка это удается, когда по одной телепрограмме очаровательный синоптик обещает совсем не ту температуру воздуха, что ее коллега с другой программы. Значит, обе фракции набрали равную силу и переворот уж близок... 60
Ключевое слово данной статьи появилось сравнительно недавно и в англорусские словари пока не вошло. Bogosity — 1) ошибочная идея или концепция, заблуждение; 2) неточность, противоположность правдивости. Слово принято в кругу специалистов по искусственному интеллекту и происходит от американского bogus — поддельный, фиктивный (например, bogus prisoner — осведомитель в камере). Точного русского эквивалента нет, но нам показалось, что наиболее верный перевод — «недоразумение»: ошибка, проистекающая от недостатка разумения. Второе важное слово, flake, буквально означает «хлопья», а в переносном смысле — тех, кто систематически сочиняет, распространяет и принимает на веру самые вопиющие и злостные недоразумения. Ответы сотрудников «ХиЖ» на вопрос: «Как называется это явление по-русски?» — полностью привести невозможно, но для перевода мы пользовались термином «псевдонаука». Статья датирована 1988 годом и написана по материалам знаменитой книги К.Э.Дрекслера «Машина творения». Теперь мы видим, что Дрекслер, один из основателей нанотехнологии, описал будущее новорожденной научной дисциплины довольно точно, всплеск интереса в обществе и СМИ, бурный расцвет бредовых околонаучных фантазий и, наконец, появление общепризнан- ных авторитетов и специализированных научных изданий. Но едва ли можно сказать, что статья устарела. Во-первых, появление авторитетов отнюдь не всегда прекращает распространение нелепиц. Во-вторых, в нашей стране интерес общества к нанотехнологии только начал расти, так что все, о чем тут говорится, у нас впереди. А в-третьих, правила учета и распознавания научных недоразумений, приведенные в статье, универсальны и наверняка пригодятся нам еще не раз и не два. Яь щ#фуш хнологии ^L^I^ * +4 \с К.Эрик Дрекслер *" " 'Массачусетсский технологический 1 . анотехнология — область, которая занимается механическими и электронными системами с размерами порядка атомных, похоже, сильно и опасно инфицирована чепухой. Нет ничего нового в том, что технические дисциплины страдают от чепухи, но некоторые наблюдения наводят на мысль, что нано- технология поражена особенно тяжело. Здоровье научной дисциплины зависит от качества суждений о ней и внутри нее. Если идеи разумны и могут внушать доверие только при условии компетентности, наука, очевидно, здорова; если ложные представления процветают, а правдоподобие вместе с компетентностью невостребованны, наука больна. Таким образом, для наблюдения за здоровьем науки нужно следить за уровнем высказываний. Сегодня тенденции таковы, что следует ожидать роста внимания научной общественности и СМИ к нанотехноло- i институт, лаборатории "^J^-^T т ^искусственного интеллекта гии. Эта область включает в себя некоторые другие, в том числе многие отрасли молекулярной электроники и высокой биотехнологии. Агрессия псевдонауки на этом обширном поприще вызовет сокращение финансирования науки, уменьшится число работников и понизится их квалификация. Похожие, но менее выраженные эффекты будут наблюдаться во всех областях, которые покажутся близкими к нанотехнологии в глазах репортеров, менеджеров и политиков. Чему равняется бредятина? Накопленный опыт свидетельствует, что главные проблемы, с которыми мы столкнемся, — это качество научно-технической литературы, сообщений в СМИ и наших собственных устных высказываний. Чтобы приблизительно представить размеры проблемы в будущем, воспользуемся простой моделью. В соответствии с ней, совокупность недоразумений в конк- РАЗМЫШЛЕНИЯ ретной научной области равняется сумме недоразумений, привнесенных из соседствующих областей, и недоразумений, порожденных внутри области, минус недоразумения, так или иначе исчерпанные. Недоразумения привнесенные Нанотехнология тесно связана с несколькими областями науки. Например, масштабы, с которыми работают нанотехнологи, делают значимыми квантовые эффекты (в некоторых случаях). Но квантовая механика сама по себе — предмет странный и зачастую неправильно понимаемый; его популяризация плавно переходит в особого рода мистицизм, далекий от всего, что могут постигнуть физики. В квантовой области, таким образом, накоплено множество недоразумений, готовых для импорта. Более того, недопонимание принципа квантовой неопределенности можно использовать, если надо изобразить молекулярные машины непостижимыми или неработающими. Наномашины можно создавать методами белковой инженерии; многие из наномашин подражают биомеханизмам. Следовательно, нанотехнология граничит и с биологией — областью, щедрой на эмоциональные всплески и неверные представления, которые порой плавно переходят в мистические воззрения, далекие от всего, что могут постигнуть биологи. Генная инженерия (эффективный метод нанотехнологии) всегда была эпицентром исключительно бестолковых дебатов. Непонимание механизмов эволюции заставило сотрудника «Нью-Йорк тайме» A0 августа 1986 года) утверждать, что создание молекулярных машин и тому подобных вещей потребует миллиардов лет — на основании неявного убеждения, что разработчики этих машин будут не более умны, чем космические лучи. Некоторые приложения нанотехнологии граничат с науками о мозге и искусственном интеллекте — и вдо- 61
оЛ бавок многие люди думают о мозге, когда слышат о молекулярных компьютерах, а некоторые люди (не совсем безосновательно) полагают, что создание молекулярных компьютеров автоматически приведет к созданию мыслящей машины. Нанотехнология кажется вполне созревшей для внедрения особой категории недоразумений, «объясняющих», что сознание порождают скорее причудливые физические процессы, чем комплексная обработка информации. Наконец, нанотехнология имеет множество эффектных применений, граничащих с научной фантастикой: возможность строить объекты из отдельных атомов ведет прямо к сверхпрочным материалам, самовоспроизводящимся машинам и к огромному разнообразию конструкций, наделенных самыми что ни на есть впечатляющими эксплуатационными характеристиками, вплоть до космических кораблей. Обширная научно-фантастическая литература предоставляет неисчерпаемый кладезь заманчивых и внешне правдоподобных идей, часто несостоятельных с точки зрения физики и здравого смысла. И это тоже способствует накоплению недоразумений. Недоразумения внутренние Сама по себе нанотехнология предоставляет благодатную почву для новых недоразумений. Она включает в себя идеи, которые кажутся бредом, и тем самым вдохновляет идеи действительно бредовые. Безумные идеи привлекают и будут привлекать «мыслителей» известного рода, падких на все яркое и нетрадиционное. Более того, привнесенные недоразумения могут скрещиваться между собой и порождать гибриды. Вдохновенные нелепицы из квантовой механики, биологии, нейрофизиологии и научной фантастики создают такие идеи, как квантовое биомолекулярное сознание для космических роботов или биоэволюционные наномашины для гигантского мозга. Мы смело можем ожидать новых сообщений о куче всевозможных туманно описанных устройств и неправдоподобных концепций. В политике недопонимание преимуществ нанотехнологии и опасностей, исходящих от нее, преобразуется в непродуманные предписания. Исследователям еще предстоит встреча как с безответственной критикой, так и с безответственной защитой, причем и то и другое будет отрицательно влиять на финансирование. Минус проблемы, которые мы исключим Это не было бы такой трудной задачей, если бы существовали нормальные механизмы, поддерживающие высокое качество идей в данной области. Но существуют ли они? Рассмотрим некоторые из проблем. Человек лучше всего отличает факт от вымысла, когда предмет известен и хорошо видим, — но наша область работает с невидимыми и неизвестными объектами. Мало кто знает достаточно много о квантовой механике, квантовой химии, молекулярной биологии, чтобы распознавать в них недоразумения. Даже те, кто располагает багажом знаний в какой-то одной области, могут пасть жертвой наукообразной чуши в другой. Человек мыслит яснее, когда у него нет эмоциональной заинтересованности, — но нанотехнология поднимает вопросы первостепенной важности, вопросы жизни и смерти, ответы на которые часто затуманены эмоциями. Человек быстрее отвергает нелепицы, если нелепость продемонстрирована на практике, — но в нанотехнологии многие идеи можно проверить лишь с помощью инструментов, которые будут созданы годы спустя. 62
* / Авторитетные экспертные журналы, которые работают в освоенных областях науки, могут помочь научному сообществу поддерживать высокое качество информации, — но эта область новая, междисциплинарная, и в ней пока не существует ни авторитетных журналов, ни признанного круга экспертов. Словом, нанотехнология — плодородное поле для произрастания чепухи, и в настоящее время остро не хватает механизмов, позволяющих контролировать качество науки. Что мы можем сделать, чтобы уменьшить вред, приносимый чепухой? Когда нас просят оценить неожиданную идею, нарушающую междисциплинарные границы, мы вынуждены отвечать: «Я не знаю». Пользы от этого мало, зато нет и вреда. Но, заявляя «этого не может знать никто», мы сбрасываем со счетов различия между тем, что недостижимо на данном этапе развития техники, и тем, что невозможно в соответствии с известными законами физики. Такая позиция часто ошибочна. Подобным образом тот, кто объявляет все странные идеи ошибочными, может сам впасть в ошибку, если верить историческим примерам. РАЗМЫШЛЕНИЯ Общие декларации неосведомленности или неприятия могут причинять подлинный вред: когда они неверны, то увеличивают число недоразумений, а когда они основаны на отказе проводить различия между невероятными и бредовыми концепциями, то заодно стирают хорошо заметные различия, которые необходимо иметь в виду. Найти эти различия возможно, даже если речь идет о междисциплинарной области. Чтобы оценить автора и основную часть работы, можно использовать в качестве эмпирического «правила правой руки» аккуратность и последовательность изложения и начать с проверки утверждений, касающихся какой-то одной (знакомой вам) области. Но само по себе упоминание верных фактов мало что значит — оно говорит лишь о том, что автор умеет читать и пересказывать классические работы. В противоположность этому, «перлы» в виде грубых, заметных ошибок — важное свидетельство: оно указывает на неряшливый стиль мышления, который порой и позволяет автору легко перепархивать от физики к биологии, компьютерным наукам или политике. Совокупность неожиданных, но добротных результатов может означать нечто серьезное, однако, пока в новой научной области нет авторитетных журналов, результаты могут оказаться просто-напросто плагиатом. Общий принцип таков: следует искать в статье признаки аккуратности мышления: квалифицированные выводы, отсутствие открытых вопросов, четкое отграничение спекуляций, присутствие предварительного обзора. В наших суждениях о безумных теоретических работах мы должны быть точными и не допускать небрежности: создание научной дисциплины требует дисциплинированности. Пройдет время, и проблем станет меньше. Мнение сообщества играет все большую роль по мере того, как сообщество растет и развивается. В конечном счете нанотехнология станет подобной другим областям науки: со своими противоречиями и спорами, но на прочной основе общепринятых утверждений. 63
-СЛ9- Школьный 1. В пробирках 1, 2 и 3 находятся бесцветные водяные растворы- При смешивании любых двух получается раствор, внешне не отличимый от исходных, но при смешивании всех трех образуется осадок. Что могло быть в каждой из пробирок? 2. 1 г неизвестного металла может полностью прореагировать как с 3,64 г, так и с 5,46 г иода. Один из иодидов можно очистить перегонкой, другой при нагревании разлагается без образования простых веществ. Назовите металл. Где он используется? Приведите уравнения реакций. 3. Приведите уравнения реакций получения нерадиоактивных веществ с плотностью выше 22,4 г/л из веществ с плотностью 1,43 г/л. Реакции получения веществ, различающихся только изотопным составом, приводите один раз. Отдельно укажите вещества, которые, по вашему мнению, могут быть получены, но способов синтеза которых из предложенных соединений вы не знаете. 4. Приведите структурные формулы углеводородов, для которых возможно существование только одного монохлорпроизводного и ровно четырех дихлор- про из водных. 5. В Сказочном Химическом государстве (СХГ) названия штатов после гражданской войны оказались соответствующими названиям всех элементов, имеющих стабильные изотопы (остальные провозгласили независимость). Главный химик подписал Указ о приоритетном финансировании народного образования, по которому 90 процентов средств под давлением мировой общественности выделено на восстановление школ Калифорнии (разрушенных в ходе войны за независимость), а остаток средств распределен между штатами СХГ пропорционально числу электронов в атомах элементов с их названиями. Сколько школ можно восстановить в Калифорнии, если восстановление одной школы требует миллиард дублей (денежная единица СХГ) и известно, что штат Самария получил 249 миллионов дублей? На этот раз — некоторые задачи по химии для школьников 9-11 классов. Задачи выбраны из разных туров олимпиады, поэтому они различаются по сложности 6. При повышении температуры на 10° скорость реакции возросла в три раза. Может ли случиться, что при повышении температуры на 20° (от первоначальной) скорость реакции: а) возрастет в 30 раз; б) возрастет в 10 раз; в) возрастет в 6 раз; г) практически не изменится; д) уменьшится в 33 раза? Ответ обоснуйте. 7. Приведите примеры, когда все вступающие в реакцию вещества имеют запах, а все продукты реакции — без запаха. 8. При изометрическом изменении давления экспериментально наблюдаемая скорость реакции возросла в три раза. Может ли случиться, что а) давление возросло в 1996 раз; б) возросло в 9 раз; г) возросло в 1,44 раза; д) увеличилось менее чем на 1%; е) уменьшилось в три раза; ж) уменьшилось в 273 раза? Ответ обоснуйте. 9. При длительном стоянии на свету 2 моль А превратились в 3 моль Б. При взаимодействии Б с раствором сульфита натрия образуется В. Реакцией В с соляной кислотой и экстракцией продукта толуолом можно получить Г. 1 моль А может прореагировать с 456 г фтора с образованием Д. 1 моль Б может прореагировать с 606 г фтора с образованием Е. 1 моль Г может прореагировать с 684 г фтора с образованием Ж. 1 литр Д может прореагировать с литром фтора с образованием Е. 4,8 г Е могут прореагировать с литром фтора с образованием Ж. Приведите формулы веществ А-Ж. Какое из них встречается в виде минерала? 10. 120 лет назад два французских химика решили синтезировать 1-иодпентан. Для этого они провели реакцию 1-хлорпентана с иодом и алюминием. В качестве растворителя был использован бензол. Вопреки ожиданиям, в реакции выделилось значи- 64
школьный клуб против, вещества, плотность которых равна 1,43 г/л (намного больше плотности воздуха), являются газами с молекулярной массой 32 г/моль. Таких веществ великое множество: 15N170,28Si1H4, 13C21H6 и т.д. Из них можно получить немало твердых веществ, а также жидкостей, плотности которых, конечно, больше 22,4 г/л, например Н20; Si; Si02; HN03; (NH3CH3)+N03-; NH4N03; N205; H3BNH3; BN; H3B03; B203; B; C6H6; (NH4JC03 и т.д. Указанные вещества могут быть получены по реакциям: SiH4 + 202 тельное количество HCI, а органические продукты не содержали галоидов. Такой же результат был получен при замене смеси иод-алюминий на AICI3. Напишите уравнения ожидавшихся реакций. Какие получились продукты? Назовите авторов работы. Как бы вы получили 1-иодпентан? 11. В зависимости от отношения к паре кислот все металлы можно разбить на четыре группы — реагирующие с обеими, только с первой, только со второй и не реагирующие ни с одной. Найдите две кислоты, в каждую из четырех групп которых можно включить по крайней мере три металла. Укажите эти металлы. Приведите уравнения протекающих реакций. 12. Рассматривается множество всех возможных линейных пептидов, которые состоят из природных генетически кодируемых аминокислот и содержат не более 49 пептидных связей. Определите интервал возможных колебаний молекулярных масс пептидов и массовых долей каждого из химических элементов, укажите пептиды, в которых достигаются крайние значения. Оцените массу всего множества пептидов, если каждый пептид представлен одной молекулой. Сравните эту массу с массой какого- либо близкого по массе предмета. Решения 1. Например, 1 — BaCI2+HCI, 2 — Н3Р04, 3 — КОН, осадок — Ва3(Р04J. Было два основных типов «наборов»: 1) катион + 2) анион + «создатель необходимой кислотности», как в приведенном примере, или 1) окислитель + 2) восстановитель + 3) «осади- тель» — вещество, которое образует осадок с продуктом реакции 1+2. Продуктом в этом варианте оказался сульфат бария. Довольно частая ошибка — варианты, в которых при попарном смешивании компонентов образуются окрашенные растворы или выделяется газ, что противоречит условию. 2. Ga. Наибольшую трудность вызывало определение иодида, разлагающегося при нагревании: Gal2 = = Gal + Gal3. (По условию, при этом не образуются простые вещества; видимо, это реакция диспропор- ционирования, значит, элемент находится не в максимальной степени окисления.) 3. Вещества с плотностью большей чем 22,4 г/л не могут быть газами, так как в противном случае их молекулярная масса превысила бы 500 г/моль. На- 4N02 + 02 + 2Н20 2Н20 + Si02; 4HNO, 2NO + 2Н2 = N 2 + 2Н20; 3 + HN03 = NH4N03; NH 2NO + 02 = 2N02; H3BNH3; B203 + 3H20; NH3 + В2Н6 2Н3В03 " SiH4 = 2H2 + Si; CH3NH2 +HN03 (NH3CH3)N03; 2 + 3H2 = 2NH3; N 302 = 203; 2N02 + 03 = N205; H3BNH3 = BN + 3H2; B2H6 + 6H20 = 2H3B03 + 6H20; (NH4JC03. 2NH3 + H20 + C02 4. Например, циклопропан (см. (а) на рисунке); 2,3- диметилбутен-2 (б); гексаметилбензол (в);2,4-диме- тилпентадиен-2,3 (г); призман (д); октаметилкубан (е). Многие участники забыли о существовании сте- реоизомеров у дизамещенных циклоалканов. Цик- лооктатетраен (ж), строго говоря, имеет более четырех дихлорпроизводных, так как при низких температурах положения двойных связей фиксированы. При нагреваниии, однако, между А и Б устанавливается равновесие, и выделить индивидуальные изомеры уже невозможно, поэтому этот вариант засчи- тывался как правильный. Некоторые участники так увлеклись геометрией, что за- о были про химическое содержание — разветвленный алкан (з) С5зню8 имел бы четыре дихлорпроизводных, однако он не существует— на поверхности шара с радиусом, равным четырем длинам связи С-С, нельзя разместить столько атомов Н. Но один участник выход нашел: между атомами углерода вставил звенья С=С — геометрия не изменилась, а радиус увеличился. дохлорироншодних циклопропана / Jo Y >-< V \ н,с СИ, д <р Жг 65
5. 121 школу. 121 000 < A + 2 + ... + 83 - 43(Тс)- - 61 (Pm)) - 4 - 9 < 122 000 Обычная ошибка —округление до 122. 6. Возможны все варианты. Например, когда реакция протекает под действием фермента, активность которого зависит от температуры. 7. Обоняние очень чувствительно: для обнаружения многих веществ достаточно всего нескольких молекул. Способность эта индивидуальна — у курильщиков, например, она притупляется, но не настолько же, чтобы не чувствовать запаха азотной кислоты! Не пахнут совсем нелетучие вещества и небольшое число соединений с мелкими молекулами, с большинством из которых мы постоянно имеем дело (вода, кислород, азот, а также метан и... SF6). Соответственно приемлемы варианты: сжигание разных органических веществ в озоне или оксидах азота (образуются С02, вода и азот); образование полимеров (изопрен — каучук); образование ионных кристаллов из летучих кислот и оснований. Обычные ошибки: отнесение к лишенным запаха PCI5, S02CI2, солей слабых кислот и оснований типа (NH4JS или фтор- гидрата пиридиния (хотя кристалл ионный, давление пара компонентов над твердой фазой высоко; понюхайте (аккуратно!) кусок кристаллического карбоната аммония — запомните на всю жизнь); приписывание запаха воде и метану («квартирный» метан пахнет соединениями серы, которые обычно добавляют специально для обнаружения утечек газа). Особо следует остановиться на запахе NO. Из-за высокой реакционной способности NO быстро реагирует не только с кислородом воздуха, но и со многими другими веществами, поэтому ощущаемый нами запах при работе с NO может принадлежать другим соединениям. 8. Возможны все варианты. Достаточно обосновать крайние значения. Повышение давления в сотни раз (например, в 1996 раз) в смеси газов может привести к конденсации их в жидкость или к образованию ассоциированных момекул (например, ди- меров из NO). Если эти ассоциаты нереакционно- способны, количество реагирующих частиц уменьшится, с другой стороны, увеличение концентрации ведет к росту числа столкновений. Процессы могут быть независимы, значит, можно подобрать такие условия, когда скорость реакции и растет, и падает. При резком уменьшении давления из жидкой реакционной смеси может частично испариться один из компонентов. Если он был ингибитором реакции, скорость возрастет. 9.A-S12,B-Na2S203,r-S6,fl-SF2,E-SF4,X-SF6. Минерал — S8. 10. Ожидавшиеся реакции: .2 , АМ3; ЗН3ССН2СН2СН2СН2—CI + АМ3 2AI + 3I2 3H3CCH2CH2CH2CH2-I + AICI". На самом деле происходило следующее: ♦ и т.д. AlHal, -НО r =» н3ссн2сн2сн2сн2- н3ссн2сн2снсн3, н3ссн2( Это реакция Фриделя-Крафтса, одна из реакций электрофильного замещения в ароматическом ряду. Введение первой алкильной группы в молекулу повышает нуклеофильность ароматического ядра, вследствие чего ускоренно, в сравнении с первой стадией, происходит дальнейшее алкилирование вплоть до образования полиалкилбензолов. Интер- медиатами такого алкилирования являются алкил- катионы, возникающие при взаимодействии исходного галогенида с катализатором — кислотой Льюиса (в данном случае это первичный амил-катион, а катализатор — галогениды алюминия). Первичные алкил-катионы легко претерпевают перегруппировки с миграцией водорода или метильных (алкиль- ных) групп к электронно-дефицитному центру. В результате возникает серия изомерных алкил-катио- нов (вторичных и третичных), которые и реагируют с ареном, что в данном случае ведет к серии изо- Ко >»»0Л1ЛЛ лилмАААА Название этой заметки следует понимать буквально: речь пойдет о том, как металл корродирует — попросту говоря, ржавеет. Часто полагают, что ржавеют только изделия из железа (вернее, из низкоуглеродистой стали, потому что из чистого железа не делают даже гвозди). На самом деле корродировать могут и благородные металлы — все зависит от условий. Так, жидкий бром, пары брома и бромная вода уже при комнат- 66
мерных по алкильнои группе моно-, ди-, три- и тет- раамилбензолов. Авторы работы — Ш.Фридель и Д.Крафтс, первооткрыватели (именно на этом примере) реакции, которая и получила свое название в их честь. Современный метод замещения хлора на иод в алкилхлоридах — реакция последних с иодидами щелочных металлов или иодидами тетраалкиламмо- ниев — реакция Финкельштейна (нуклеофильное замещение при насыщенном углеродном атоме): Alk-CI + М + I -> Alk-I + М + CI, M Na; К; R4N+ 11. Кислоты соляная и азотная (концентрированная, холодная). В обеих растворимы Са, Mg, Zn. Только в HCI — Cr, Al, Fe. Только в азотной — Си, Нд, Ад. Нерастворимы Аи, Pt, lr. 12. У человека генетический код позволяет синтезировать на рибосомах пептиды из 22 аминокислот, в том числе формилметионина, с которого начинается синтез любого белка (естественно, он может быть только N-концевым). В большинстве учебников приведено число 20 — метионин и формилмети- онин считали один раз, а селеноцистеин был открыт позже. У некоторых организмов его нет, поэтому принимается любое B0, 21, 22) решение. При образова- Щ ШКОЛЬНЫЙ КЛУБ нии пептидной связи отщепляется вода, поэтому кислорода больше всего в дипептиде Асп-Асп, а остальных элементов — в соответствующих 50-членных пептидах. Общее число всех пептидов: N = 2150 + 2149 + ... + 212 = 212B149 — 1)/20 (сумма геометрической прогресии). Упрощая, получаем: N-21 -2149 = 2150-1,3- 1066. Если средняя молекулярная масса М аминокислотного остатка — 1000, а пептида — 5000 (вклад коротких пептидов мал), то масса всего набора по 1 молекуле 6,5 -1069 а.е.м. (дальтонов). Деля на число Аво- гадро, получаем массу всех полипептидов: 1046 г. Масса Солнца — 2 ■ 1033 г, масса нашей Галактики — 1055 г. Всего-то 20 галактик! ной температуре реагируют с золотом, образуя бромид AuBr3. Значительно менее стойко серебро. В 1927 г. английский археолог Леонард Булли во время раскопок царских гробниц в Уре Халдейском нашел серебряную лиру. Правда, серебряной ее можно было назвать лишь условно: пролежав в земле 4500 лет, серебро полностью превратилось в хлорид. Если уж серебро и золото подвержены в определенных условиях коррозии, то что тут говорить о менее благородных металлах. На снимке — кромка алюминиевой лопаты. Что с ней произошло? Если металл однородный, он под действием коррозии разрушается равномерно, с поверхности. Так ржавеют рельсы, трубы, арматура. Этот вид коррозии называют сплошной. Такая коррозия «съедает» металл равномерно, слой за слоем. При этом изделие теряет свои свойства относительно медленно, а служит долго. Значительно опаснее так называемая местная коррозия. Она наблюдается в случае неоднородности металла по структуре и химическому составу. Для придания металлам нужных свойств в них вводят другие элементы — легирующие добавки, содержание которых может меняться от сотых долей до десятков процентов. Легирующие элементы и примеси могут распределяться в металле неравномерно, и в некоторых случаях они способствуют неравномерной, то есть местной, коррозии. Специалисты различают множество видов коррозии. Так, иногда на поверхности металла видны отдельные язвочки, проникшие в металл на значительную глубину. Такое коррозионное поражение металла называют питтингом. Один из самых опасных видов коррозии — растрескивание. Как крошечный булавочный укол приводит к уничтожению воздушного шарика, так из-за поражения коррозией ничтожного объема металла изделие может растрескаться и полностью разрушиться. Растрескиванию способствуют неоднородность металла, большие механические напряжения и различные внешние воздействия. Вернемся теперь к лопате. Она была сделана, естественно, не из чистого алюминия, а из его сплава. Различают литейные и деформируемые алюминиевые сплавы. Лопаты не отливают в формах, а изготовляют из прокатанного листа. Поэтому их делают из деформируемых сплавов, в состав которых входят легирующие элементы: магний, медь, цинк, кремний и другие. Чтобы сплав был прочным, его подвергают закалке — быстро охлаждают после сильного нагрева. В результате закалки образуется пересыщенный твердый раствор легирующих элементов в алюминии, из которого со временем выделяется избыток растворенных элементов. Для дополнительного упрочнения деформируемых алюминиевых сплавов применяют нагартовку — холодную прокатку или растяжение металла. В результате из мягкого алюминия получается довольно жесткий материал. Следы нагартовки иногда можно заметить на поверхности в виде параллельно расположенных полос. В таком металле имеются значительные внутренние напряжения. Все это и сказалось на лопате в ходе эксплуатации, особенно когда ею сгребали на улице снег, содержащий агрессивные соли и скребли ею об асфальт. В результате совместного действия всех этих факторов некогда ровная и прочная кромка лопаты превратилась в лохмотья, которые годятся лишь на то, чтобы стать наглядным пособием по изучению коррозии... И.А.Леенсон 67
Наш человек — Монтсеррат Кабалье Блистательная певица века Монтсеррат Кабалье стала Почетным доктором Менделеевского университета. Торжественное заседание Ученого совета Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева, посвященное вручению диплома Почетного доктора Менделеевского университета Монтсеррат Кабалье, состоялось 9 ноября 2000 года в Малом актовом зале университета. Звание Почетного доктора Менделеевского университета уже присвоено таким выдающимся людям современности, как Маргарет Тэтчер и Хосе Кар- рерас. «Я преисполнен счастья, что могу вам представить несравненную и великую Монтсеррат Кабалье, — такими словами открыл церемонию ректор Менделеевского университета Павел Джибраелович Саркисов. — Госпожа Кабалье — выдающийся человек нашего времени. Ее голос принадлежит к лучшим сопрано нашего века, она — ярчайший представитель искусства бельканто». Госпожа Кабалье закончила консерваторию в Барселоне. Ее оперным дебютом была партия Мими на сцене знаменитого театра в Базеле в 1957 году. В 1965 году в Карнеги-холле госпожа Кабалье приобрела международную известность, исполняя главную партию оперы Доницетти «Лукреция Борджиа». Певица выступала на самых престижных сценах Европы, в числе которых Ла Скала, Венская опера, Метрополитен-опера, оперные театры Парижа и Рима. Репертура Монтсеррат Кабалье включает около 125 оперных партий. Здесь и роли незаслуженно забытых опер старых итальянских мастеров, арии из испанских сарсуэл. Монтсеррат неоднократно посещала Россию, и всякий раз ее выступления сопровождал ошеломляющий успех. В дни празднования 850-летия Москвы на сцене Большого зала Консерватории Монтсеррат выступала вместе с талантливыми детьми-инвалидами из разных стран мира. Этот день она назвала самым счастливым и самым тяжелым днем в своей жизни. Кроме своей профессиональной деятельности госпожа Кабалье занимается общественной работой и благотворительностью. В ее поместье в Ри- поле уже давно действует благотворительный центр для детей с синдромом Дауна. Сюда на уик-энды приезжают дети из бедных кварталов Барселоны, чтобы отдохнуть, подышать горным воздухом и поговорить с «сеньорой сопрано» — так любовно в Испании называют Монтсеррат. Она поддержала своего земляка, всемирно известного оперного певца Хосе Каррераса в драматический период его жизни, когда он заболел лейкемией. И сегодня она работает в Международном фонде Хосе Каррераса по борьбе с лейкемией. У Монтсеррат Кабалье множество наград, среди которых католический орден Доньи Исабель. Она — Почетный доктор Политехнического университета Валенсии, с 1991 года — Посол мира, и с 1994 года — Посол Доброй воли ЮНЕСКО. Госпожа Кабалье — автор благотворительного проекта помощи больным детям под эгидой ЮНЕСКО. Каждая встреча с ней — зто встреча с личностью, полной обаяния, излучающей свет, душевное тепло и красоту. По установленной традиции ректор Менделеевского университета П.Д.Саркисов задал Монтсеррат Кабалье три вопроса. На вопрос, согласна ли госпожа Кабалье принять степень Почетного доктора, она ответила, что это будет для нее большой честью. А на вопрос, согласна ли она и далее служить развитию цивилизации и мира, госпожа Кабалье ответила так: «Несомненно, иначе без этого не будет будущего». Монтсеррат согласна также отдавать все силы для счастья детей, ведь «только ради этого стоило родиться и быть нужной людям». После того как госпожа Кабалье ответила на все вопросы, ей торжественно вручили диплом Почетного доктора Российского химико-технологического университета им. Д.И.Менделеева. Ректор университета помог Монтсеррат облачиться в мантию. Подарком для Монтсеррат стал ее портрет, выполненный художником Владимиром Мирошни- ковым, а также шкатулка палехских мастеров с изображением Георгия Победоносца — покровителя Москвы. Ответная речь Монтсеррат была исключительно теплой. «Спасибо большое», — сказала великая певица, обращаясь к ректору Менделеевского университета, ученым и всем гостям. Она призналась, что ей не хватает слов, чтобы выразить то волнение, которое она испытала в Барселоне, когда узнала о присвоении ей звания Почетного доктора российского университета. Дело в том, что с Россией Монтсеррат связывает не только это звание. Монтсеррат Кабалье — действительно наш человек, ведь в роду ее матери есть выходцы из России. Когда она впервые в жизни в 1974 году приехала в Москву, то смогла наконец обнять своих родных и петь на сцене Большого театра, который она считает одним из главных центров мировой культуры. В юности Монтсеррат не смогла получить университетского образования. Она была «просто девчонкой, любившей музыку». Звание Почетного доктора Менделеевского университета дорого 68
певице еще и потому, что именно здесь, в Менделеевке, Монтсеррат смогла выразить свою любовь к науке — «великому благу, которое проявляется во всех областях». Особым подарком Монтсеррат Каба- лье на этой церемонии стало выступление несравненной Ирины Архиповой с хором «Православные певчие». Мини-опти — мини-юбки в оптике На прошедшем в ноябре 49-м Европейском салоне изобретений «Эврика 2000» (Брюссель) наша соотечественница, офтальмолог Е.Э.Кугоева, получила золотую медаль за необычные очки для близоруких. Новинка позволяет остановить развитие близорукости, не прибегая к хирургическому вмешательству, и намного облегчить работу глаз. Екатерина Эммануиловна Кугоева, работающая на кафедре глазных болезней ММА им. И.М.Сеченова, впервые в мире разработала оригинальную модель очков. Российский патент на изобретение она получила еще в 1999 г. Однако в нашей стране новинка оказалась невостребованной, и доктор Е.Э.Кугоева, получив в 2000 г. уже международный патент, повезла свое изобретение в Брюссель, где в ноябре этого года проходил 49-й Европейский салон изобретений «Эврика 2000». Изобретение привлекло всеобщее внимание и, его оценили по достоинству: домой Е.Э.Кугоева возвращалась IPLOMA с почетным дипломом и золотой медалью. Чем же оригинальны новые очки? Вот что говорит об этом автор изобретения: «До сих пор во всем мире, как и в нашей стране, профилактике близорукости уделяют крайне мало внимания. Единственный нехирургический метод ее коррекции — это очки, улучшающие зрение вдаль. Но в жизни близорукого человека возникает много ситуаций, когда необходимо часто переводить взгляд с удаленного предмета на близко расположенный: это и работа за компьютером, и обучение в школе или институте, когда ребенок переводит взгляд с доски в тетрадь и обратно, и вождение автомобиля, и многое другое. Если делать это в обычных очках для близоруких, то глаза испытывают огромную нагрузку: ведь чтобы прочитать текст книги, которую близорукий человек держит в руках, ему не нужны очки - он и так прекрасно видит на этом расстоянии. Поэтому человеку приходится ежеминутно снимать и надевать очки либо заставлять глаза подстраиваться под оптические стекла. У моих очков есть только верхняя половина, поэтому взгляд уже не встречает на своем пути препятствие в виде стекла, если человек опускает глаза вниз, чтобы прочитать текст. Форма моих очков напомнила мне мини-юбки, поэтому я назвала их «Мини-опти»: во всяком случае, они столь же изящны». Выпуск подготовили Н.Коханович, Г.Кондратов Если человек с нормальным зрением хорошо видит вдаль почти на неограниченное расстояние и может легко читать обычный текст, находящийся от него в метре и более, то у человека с близорукостью (миопией) самая дальняя точка ясного видения находится ближе одного метра, в 70-25 см в зависимости от степени миопии. Зато на этом расстоянии его глаза работают без напряжения с КПД, приближающимся к 100%. И любая попытка уменьшить этот интервал, приблизив текст к глазам непосредственно или при помощи очков, изнуряет глазные мышцы. Исследования показывают, что перенапряжение зрения сказывается на всей нервной системе, поэтому после напряженной зрительной работы начинает болеть голова, появляется резь в глазах, усталость и возникает естественное желание закрыть глаза и поспать. В новых очках «Мини-опти» человек может разгрузить мышцы глаз, отвечающие за четкость зрения на разном расстоянии. Это особенно важно для школьников и студентов: теперь они имеют возможность предотвратить развитие уже имеющейся близорукости. Человек с миопией от -0,5Д до -0.75Д, если она не будет прогрессировать, сможет обходиться без очков для близи всю жизнь и у него не разовьется так называемая возрастная дальнозоркость. Близорукость слабой степени - не болезнь, а попытка природы приспособить человека к достижениям цивилизации, ведь еще в прошлом веке миопией с детства страдали лишь немногие. Мини-опти как раз и нужны для того, что остановить развитие близорукости. Оценить по достоинству новые очки смогут также научные работники, преподаватели и все, кому приходится выступать перед аудиторией и переводить взгляд с лиц людей на свои записи. Эти очки хороши и для тех близоруких людей, кто много работает на компьютере, если, конечно, монитор установлен на безопасном расстоянии не менее 80 см, а клавиатура вдвое ближе. Очки «Мини-опти» подойдут близоруким людям со степенью миопии не больше -4,0 диоптрий: если она сильнее (-4,5 и далее), то человеку требуются очки и для чтения вблизи (ведь самая дальняя точка ясного видения при этом находится на расстоянии 25 см и ближе). 69
Хмельницкий Ленор Иванович A927—1995), химик-органик, доктор химических наук A964). С 1953 года в Институте органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН. Разработал методы синтеза полинитроаро- матических соединений, фу- роксанов, фуразанов, диази- ридинов и др. Всемирный биографический энциклопедический словарь. М.: Большая Российская энциклопедия, 1998 Н^Н 13 октября 1957 года. Лондон ...Пишу из Лондона. Приехал вчера сюда из Бирмингема закончить улаживание всяких формальностей, связанных с пропиской, а главное — повидать своих, русских. В Бирмингеме из русских я один как перст и чувствую себя как-то не в своей тарелке. Английским я еще не владею свободно, и, чтобы выразить свои мысли, всякий раз приходится подбирать нужные слова, а частенько их и не хватает... Поэтому страшно приятно было услышать родную речь и говорить свободно, не задумываясь над каждым словом. Прошло всего полмесяца, а кажется, что прошло гораздо больше. Университет расположен рядом с городом, до центра 7—10 минут езды автобусом. Работаю в одном из центральных зданий: центральные корпуса размещаются полукругом у башни, выстроенной в честь основателя университета — Чемберлена (отца того Чемберлена, которого мы все знаем). Живу я в аспирантском общежитии: двухэтажный домик с мансардой. Комната у меня площадью метров пятнадцать Ex3). В комнате кровать, еслужебный отчет о командировке Л.И.Хмельницкий 1957 год. Время «оттепели». В Советском Союзе только что приоткрылся железный занавес. Академия наук СССР на основе соглашения с Королевским обществом Великобритании об обмене научными сотрудниками отправляет кандидата химических наук Ленора Ивановича Хмельницкого на девятимесячную стажировку в Бирмингемский университет. Письма, написанные им оттуда на родину, — живые картинки английской жизни той эпохи. Но разумеется, главная цель поездки — научные исследования. Именно во время своей стажировки в Англии Л.И.Хмельницкий открыл перспективную реакцию, которая теоретически считалась невозможной: доказал, что плесневые грибки способны синтезировать полисахариды из мономеров. Выяснилось, что дисахарид, возможно идентичный повторяющемуся звену гиалуроновой кислоты, образуется путем переноса на остаток D-глюкуроновой кислоты остатка N-ацетил-О-глюкозамина. Эта необычная реакция до сих пор еще детально не изучена. ...Впрочем, прочтите его письма и сами обо всем узнаете. тумбочка, шкаф для одежды, стол, стул, кресло, низенькая этажерка с четырьмя полочками, раковина с горячей и холодной водой; возле раковины висит аптечный шкафчик с зеркалом. Комната небогатая, но опрятная. Стены голые. Весь пол закрыт одним толстым ковром. Рамы в окне одинарные. Парового отопления нет, а только газовый камин, так что нагреть комнату надолго невозможно: в комнате у меня обычно бывает 12— 15 градусов. Когда утром встаешь, то поневоле начинаешь делать зарядку, чтобы не замерзнуть. Всего живет здесь 35 человек, причем человек 20 англичане, а остальные — иностранцы: негр из Западной Африки, японец, венгр, западный немец, канадцы, индусы, испанцы, мексиканцы. Все эти люди очень приветливо и дружественно относятся ко мне и друг к другу... Не чувствую, что ко мне относятся здесь, как к какой- то диковинке; правда, расспрашивают о нашей стране, но подчеркнуто повышенного интереса нет... Живут здесь люди разных специальностей, в основном физики и химики- технологи. Очень приветливыми оказались и те научные сотрудники, под непосредственным наблюдением которых я буду работать: доктор Баркер и доктор Фостер. Опекать меня будут двое потому, что в теме моей переплетаются органическая химия и биохимия. Баркер — биохимик, Фостер — органик. Баркер пригласил меня провести с ним воскресенье, 5 октября. Он возил нас на своей машине километров за 60—70 к юго-западу от Бирмингема. Прогулка была очень интересной и содержательной: видели английские пейзажи, деревни, фермеров, заходили в деревенскую церковь, в городской собор в одном иэ провинциальных городов и т.п. Земля вся разбита на мелкие разгороженные заборами участки, очень тщательно обработана, но впечатление на меня произвел английский пейзаж несколько удручающее: все здесь слишком уж цивилизованно, подстрижено, причесано, вычищено, заасфальтировано, природа слишком уж с «намордником», нет русского приволья, широты. Ужинали в доме Баркера, который он купил в рассрочку пополам с другим человеком и продолжает еще выплачивать взносы. Домик кирпичный, двухэтажный со всеми удобствами (кроме парового отопления, пользуются электрическим). В доме страшная чистота и порядок, прямо даже какая- то неестественная, аптечная, все как на выставке, множество всяких безделушек и мелочей по всем углам и на стенках. Потолки низкие — 2,3 метра. Ребенку 2 месяца, жена не работает. Баркер держит себя очень просто, любит шутить и смеяться. Во время ужина корзина, в которой лежал ребенок, находилась возле нас; когда ребенок стал плакать, Баркер сам укачал его и отнес наверх... Накануне Баркер возил меня по территории университета и водил по химфаку (Chemical Department). Я уже по- 70
«...Центральные корпуса университета размещаются полукругом у башни...» лучил тему, посуду, реактивы и с понедельника начну работать. Сейчас работаю в старом здании, где условия (помещение, рабочее место) гораздо хуже, чем в ИОХе. Для научных сотрудников в одном огромном зале со студентами отведено два стола... Работать тесно, мне отвели метра полтора-два (три шкафа). Месяца через два должны перевести в новое здание, в котором заканчивают внутреннюю отделку; в зале будут только научные сотрудники, но и новый зал спланирован по типу старого. Зато приборы и аппаратура здесь очень богатые (для работы с углеводами), есть чему поучиться, есть что перенять. Был у профессора Стэйси. Как и все крупные ученые, он в лаборатории бывает редко, работами руководит через Баркера, Фостера и т.п. Разговаривали мы с ним минут пятнадцать, беседа была больше светской, чем научной. Сказал, что несколько попозже пригласит меня к себе домой. Стэйси тоже довольно прост в обращении, смеялся, шутил. ...После некоторого пребывания в Лондоне, Бирмингеме начинает чувствоваться сдержанность англичан, их знаменитая вежливость. Нигде я не видел не только ссоры или драки, но не слышал даже резкого слова, все неизменно вежливы... не можешь шагу ступить, чтобы не услышать «спасибо» или «извините». Отношения между людьми ровные, по крайней мере, внешне. С некоторым трудом привыкаю к английской манере есть без хлеба. Черного хлеба здесь нет вообще, то, что они называют черным, вернее, коричневым хлебом (brown), на самом деле не что иное, как наш белый хлеб низкого сорта. Ко всем блюдам дается один тоненький кусочек очень белого хлеба... ^^^Ш 9 ноября 1957 года. Лондон ...Я писал уже о сдержанности, вежливости, об однообразии и бесцветности меню. Каждое утро — кукурузные хлопья с молоком, а к ним поджаренная ветчина толщиной с папиросную бумагу либо омлет с кусочком поджаренного хлеба и, конечно, чай. Суп подают только в виде супа- пюре... Иностранцы отводят душу в воскресенье: обедают в китайском ресторане. Англичанам, видно, не важно, что есть, а важно, как есть: едят они не спеша, с расстановкой, старательно орудуя вилкой и ножом. Так же едят они и дома. Иногда думаешь, с каким удовольствием съел бы щей в какой-нибудь самой паршивой московской столовой... Спутник здесь тоже наделал шуму, даже обычно сдержанные англичане зашевелились. Мне рассказали, что на следующий день после запуска первого спутника у дверей кабинета Лондон. Уличный торговец газетами - для России 1957 года экзотика. русского языка выстроилась очередь желающих изучать русский язык. Вообще, у меня складывается впечатление, что основная масса народа относится к СССР доброжелательно либо, в худшем случае, с любопытством, а к Америке — с заметным недоброжелательством. Например, на недавно происходившем в Бирмингеме студенческом карнавале не было ни одного макета против СССР и три макета, высмеивающих США; один из них: очень старомодный легковой автомобиль, на нем — гроб с надписью: «Американский престиж». Работа в лаборатории постепенно движется вперед. В основном сводит- 71
«Нас основательно повозили по всему острову Уайт...» ся к разведению разных видов плесени (moulds) и к использованию их для синтеза ди-, а впоследствии и полисахаридов разного строения. Пока что единственные применяемые мною методы исследования реакционной смеси — бумажная хроматография и бумажный ионофорез, для чего требуется несколько капель раствора. Окружен пробирками с плесенью и бумажными листами с пятнами. Работа, я бы сказал, довольно однообразная, но пока что не надоела. Работаем с десяти часов утра до шестнадцати вечера. Табеля нет, но, как правило, все приходят вовремя и уходят в восемнадцать часов, очень редко кто задерживается. Интересная деталь: этиловый спирт здесь стоит на одной полке с другими растворителями для общего пользования прямо в лаборатории и доступен каждому в любом количестве без каких бы то ни было формальностей. Экзотика, правда? ШшмШ J декабря 1957 года. Бирмингем ...Пишу в своей комнате, где буквально дрожу от холода. Здесь начались холода, и даже мороз -5 градусов был вчера. Англичане говорят: «Жуткий мороз!» Но мне кажется, что в моей комнате всегда холоднее, чем на улице. Центрального отопления нет, и комнаты не отапливаются, если не считать каминов, этих пережитков средневековья в XX веке. Англичане сами признают, что это никудышное отопление, больше половины тепла улетает в трубу. Но переделать камины на радиаторы дорого, поэтому прогресс пробивает себе дорогу с трудом, тем более при английском консерватизме и косности. Так что сейчас сижу у газового камина на спинке опрокинутого кресла (чтобы поближе к огню) и под равномерное щелканье газового счетчика (нужно 72 опускать монету, как в телефон-автомат) грею туловище, пока замерзнут ноги. Нагреть все тело сразу почти невозможно, так как нужно перед камином собраться в комок. Часа через три в комнате становится как будто теплее (а воздух богаче углекислотой), но стоит выключить камин, как буквально через десять минут прежний холод... Я, кажется, писал о том, что англичане очень выдержанный народ... За все время пребывания в Англии ни от кого не слышал ругани и ссоры! Просто поразительно! Был в разных местах: в магазинах, автобусе, на рынке и т.д., но ни разу (буквально!) не слышал даже просто раздраженного повышенного голоса. Это не значит, конечно, что здесь нет крика и шума. Газетчики выкрикивают названия газет на всю улицу, торговцы на базаре во всю силу легких хвалят свой товар, кондуктор в автобусе громко объявляет о количестве мест и командует посадкой... но никогда не услышишь крика раздраженного, злого, сварливого и т.п. В споре англичане никогда не срываются на крик, только тон становится более жестким, твердым, категоричным, да и это мне пришлось наблюдать раза два-три за все время, не более. Кто хочет лечить свою нервную систему, пусть поезжает в Англию — очень спокойная обстановка. Конечно, есть здесь и хулиганы (их называют Teddy-boys), которые и ругаются и дерутся между собой и даже пристают к прохожим. Одеты они типа наших русских стиляг: длинные прилизанные волосы, яркие пиджаки и галстуки, брюки дудочкой в обтяжку (непонятно, как удается натягивать их на ноги). Обычно стоят группами на углу, руки в брюки, вихляются, кривляются. Но средний англичанин — очень спокойный и выдержанный человек... В работе моей есть кое-какие сдвиги. Из тринадцати опробованных видов плесени пять видов «сработали», то есть произвели нужный дисахарид (хроматограмма, ионофорез). Другими словами, тема «пошла». Теперь подбираю условия для наилучшей плесени (как ни странно, она оказалась у меня под номером 13), а затем начну укрупненный синтез (это уже в январе — феврале). Работать приходится много. В лаборатории — до шести, как правило, а затем дома читаю все по сахарам. Иногда сижу в гостиной, разговариваю с ребятами. Говорю сейчас довольно сносно на житейские и несложные научные темы. Англичане неоднократно спра- «... В делегацию студентов включен представитель Советской России — господин Хмельницкий Л.И.» (Из газеты «Isle of Man» от 17 апреля 1958 г.)
ИСТОРИЯ СОВРЕМЕННОСТИ шивали меня, почему у меня такое хорошее произношение. А однажды один иностранец, живущий в Англии два года, сначала принял меня за англичанина и лишь в дальнейшей беседе уловил отличие в произношении. Но свободно разговаривающих между собой англичан понимаю с трудом. Завелось у меня несколько знакомств, причем в основном, конечно, из научной среды, но через них знакомлюсь и с другими людьми. После запуска спутников престиж русских научных работников заметно возрос: «Чем объяснить научные достижения русских, быстрый научный прогресс России?» В английских газетах это обсуждается довольно сдержанно и спокойно, но в американских газетах, которые мне здесь приходится читать, тон явно нервозный, сквозит раздражение («Как бы из первой державы русские не сделали нас второй!»), и чуть ли не на каждой странице можно найти статьи, посвященные спутникам, русской науке, советской политике и советскому образу жизни. Недавно токарь из механической мастерской пригласил меня в рабочий клуб, это будет мое первое близкое знакомство с рабочей средой. Чаще стали задавать вопросы о советской жизни, причем иногда о таких вещах, которые у себя на родине я принимал как само собой разумеющееся, обычное. Поэтому приходится вспоминать по брошюрам: какие у нас налоги, какая скорость строительства, размеры и формы социального страхования и т.п... ШИШ 30 декабря 1957 года. Бирмингем ...С 20 по 27 декабря провел на острове Уайт по путевке Британского Совета. Эти путевки только для лиц, находящихся в Англии временно, — не для британских граждан. Всего нас было 40 человек в двухэтажной сельской гостинице. Люди интересные со всех концов света: Малайя, Гонконг, Кения, Танганьика, Уганда, Гана, Франция и т.п. Со мной в комнате жили датчанин и западный немец, оба очень вежливые и культурные; откровенные антикоммунисты. Любопытно было слушать рассуждения немца, он специализируется в Оксфорде по колониальной политике: антисоветские вещи он говорил любезным тоном. Я тоже отвечал ему вежливо и прямо. В общем беседовали «по душам». Были здесь и очень хорошо настроенные к нам люди. Но большинство — колеблющиеся, с любопытством присматривающиеся к Советскому Союзу и расспрашивающие меня обо всем. Почти все эти люди — представители так называемого среднего класса, то есть более-менее хорошо обеспеченной интеллигенции. Мозги их основательно забиты здешней очень тонкой антисоветской пропагандой, так что иногда слышишь довольно странные для «советского» уха вопросы, например: «А почему Советский Союз захватил Чехословакию?» Впечатлений очень много, нас основательно повозили по всему острову, показывали всякие достопримечательности. Был в гостях у местного отставного священника (он выписывает советскую газету на английском языке, симпатизирует Советскому Союзу)... ...Остров Уайт — на юге Англии, в проливе Ла-Манш. На карте он точка, а на самом деле довольно крупный уголок Англии; много интересных мест... ^■1 19 января 1958 года. Бирмингем ...Сейчас у меня масса работы в лаборатории. Готовлюсь ставить один из решающих опытов — не на чистой хитобиозе, а на смеси: хитобиоза + хитотриоза + ... и т.п. Если опыт удастся, то не нужно будет выделять чистую хитобиозу, что сэкономит много времени. Недавно мне присвоили здесь звание research fellow, нечто вроде старшего научного сотрудника (на время моей командировки). 73
«Посетил знаменитый Эдинбургский замок, расположенный на высокой горе в центре города» ■■1 24 марта 1958 года. Лондон ...Последнюю неделю приходится ездить в университеты брать пробы для хроматограммы и ионофореграмм (или ионофорезограмм?); плесень растет круглые сутки, а пробу нужно брать два раза в сутки, через 10—12 часов. Это, конечно, очень неудобно. Вечером все двери закрыты, и приходится лазить через окно, благо мы на первом этаже. С работой у меня сейчас крутой перелом. По теории Баркера, энзи- матический синтез полисахаридов происходит путем отрыва и переноса углеводной единицы с одной молекулы углевода (субстрат) на другую молекулу (акцептор), например, схематически: снрн скрн NHAc ^ндс Н° ОН du-N-ацвтилхитобиоза D-глкжуроновая кислота снрн сн2он соон -j^y +т&у<^у (|) ""A' NHAc Ли \Ч NHAc Ы-ацргпил-О-глюкозамин Синтез исходного сахарида-субстра- та — Л/-ацетилхитобиозы затянулся у меня неимоверно. Поэтому я решил искать другие пути и первое, с чего начал, ввел в реакцию с глюкуроновой кислотой не ди- , а моносахарид — Л/-ацетил- глюкозамин. Опыт прошел превосходно: снрн соон I .о )—о i¥iH соон NHAc он (И) NHAc Ы-ацвтипглюкозеиин Гпкжуроноаая кислота По теории Баркера, субстратом может быть только полисахарид, но никак не моно-. Бар- кер в прежних беседах со мной говорил, что ацетилглюкозамин накапливается в результате реакции и тормозит ее, так как плесень будет поедать его, отвлекаясь от главной реакции. Поэтому при синтезе Л/-аце- тилхитобиозы мы старались как можно лучше очистить ее от Л/-ацетил- глюкозамина, который в процессе синтеза образовался в порядочном количестве. В свете этих установок было ересью ставить опыт II, поэтому я поставил его, не сказав ничего Баркеру. Он весьма удивился, когда узнал результат, и сказал, что до этого опыта он сказал бы, что реакция II не пойдет. Правда, тут же он предложил объяснение, которое согласует эту реакцию с его теорией. Он считает, что в организме плесени образуется промежуточно какое-то соединение с А/-ацетилглюкозамином и служит субстратом для переноса А/-аце- тилглюкозамина на глюкуроновую кислоту: скон ет ' ' НО ^П NHAc NHAc Ы^цетил-С-глюкозам н сьшн - те WH соон J..... ОН шал ■ . «Котов на острове Мзн видел собственными глазами. Никто их не выращивал специально, просто игра природы» Он высказал предположение, что если ввести в реакционную среду не плесень, а продукт ее жизнедеятельности — энзим, то реакция не пойдет, в согласии с его теорией... Как бы то ни было, а поздравить меня с успехом пришлось. Теперь работа значительно упрощается, и сам подход к реакции меняется. То, что раньше считалось балластом и отходом — Л/-ацетилглюкоза- мин, — теперь служит исходным веществом. Во время прежних синтезов он накопился в количестве около 10 г. Кроме того, глюкозамин — продажный препарат, а проацетилировать его довольно просто. Наконец, полученную в результате третьей попытки синтеза Л/-ацетилхитобиозы смесь полисахаридов и Л/-ацетилглюкозами- на не нужно подвергать разделению на колонке (это колоссальная экономия времени!), а сразу вводить в реакцию с глюкуроновой кислотой, тем более что на днях я показал, что в реакцию с глюкуроновой кислотой способны вступать также и олигоса- хариды (полисахариды, содержащие до 9—10 звеньев), несмотря на их очень плохую растворимость в воде. Так что вопрос об исходных веществах разрешен полностью. Эта реакция открывает интересные возможности для исследования в области синтеза Сахаров, но из-за <не- хватки> времени и рук мне приходится сосредоточиться только на подборе условий получения гиалуроновой кислоты: сн2он -О соон -о. и доказательств ее строения. (Прим. ред. — Гиалуроновая кислота — полимер, а приведенный здесь дисаха- рид — повторяющаяся единица в составе полимера.) Если я выделю чистую гиалуроновую кислоту и начну доказательства строения, то обеспечена хорошая статья! ^■16 апреля 1958 года. Бирмингем — Лондон Пишу в вагоне по дороге в Лондон. Смотрю на пробегающие мимо окна огороженные клочки земли и вспоминаю наши просторы... Сейчас пасхальные каникулы: для студентов — пять недель, для аспирантов — неделя. Я эту неделю работаю, а с 11 по 74
18 апреля проведу на острове Мужчины (Isle of Man), между Ирландией и Англией, по путевке Британского Совета. Хотел съездить в Северную Ирландию, но опоздал с заявлением. Придется съездить в другой раз, по- видимому, когда буду объезжать английские университеты и химические заводы. В Белфасте есть университет. В Ирландию хотел бы съездить не только с общепознавательной целью, но и посмотреть, как выглядит более-менее настоящая безработица (там сейчас 10—11% безработных). Но остров Мужчины тоже любопытное место... Работа движется у меня пока что очень хорошо. Сейчас поставил большой синтез: выращиваю плесень в восьми больших сосудах на Л/-ацетил- глюкозамине, да плесень что-то не хочет расти. Перед отъездом в Лондон опять «заразил» их затравкой плесени, может, к приезду в Бирмингем наконец разрастется. Тогда добавлю стерильный раствор глюкуроновой кислоты, и через несколько часов вещество будет синтезировано. Смесь тотчас прокипячу для умерщвления плесени и... уеду на остров Мужчины. Вернусь — буду выделять вещество на угольной колонке селективной адсорбцией... В мае-июне совершу поездку по английским университетам и химическим заводам... ■■ Апрель 1958 года. Дуглас (Северная Ирландия) ...Сегодня последний день в Дугласе... Объездил почти весь остров, посетил много разных примечательных и непримечательных мест. Два В (Три ноги — кельтский языческий символ VIII века, найденный на острове Мэн. Предположительно посвящен Солнцу, — Прим. ред.) «Особенно красива в Эдинбурге улица Принсес-стрит: с одной стороны — дома и магазины, с другой — парк, спускающийся к подножию горы» дня назад для всех участников экскурсии был свободный день, и я с четырьмя другими (две немки, китаянка из Сингапура и индус из Кении) взбирались на местную «высочайшую вершину» — Snoefell (около 1000 метров над уровнем моря). С непривычки было трудно, но как ни странно ничего не болело в последующие дни, хотя поход длился 6 часов. Главных достопримечательностей три: трасса для мотогонок — единственное место в Англии, где разрешаются мотогонки на обычном шоссе; бесхвостые коты и эмблема «ТРИ НОГИ». До сих пор попытки науки установить происхождение бесхвостых котов и эмблемы остались тщетными. Котов видел собственными глазами. Никто их не выращивал специально, просто игра природы. Народ здесь очень гостеприимный и приветливый, называется Manx (мэнкс). Между прочим, название острова ничего общего не имеет с «мужчиной» или «человеком». Это просто название народа, так что переводить следует как «остров Мэн»... О приезде русского, то есть меня, на остров написали даже в местной газете (с фотографией)... Ш1Ш4 мая 1958 года. Бирмингем — Лондон ...Работа моя движется. Провел реакцию в большом масштабе A3 г глюкуроновой кислоты и 13 г ацетилглю- козамина); если выделю 0,5 г вещества, буду считать большим успехом. Этого количества должно хватить почти на все исследования структуры. Но первая попытка разделить смесь на угольной адсорбционной колонке провалилась — смесь прошла через колонку без изменения состава. Буду придумывать что-нибудь другое. Хотя в глубине души у меня шевелится сомнение: искомое ли вещество получилось в результате синтеза или что-то другое? Некоторые мелкие наблюдения усиливают это сомнение. Но я думаю, что, даже если что-нибудь другое образовалось, уже будет интересно. ...В Birkbeck College Лондонского университета 7 мая буду проводить ИСТОРИЯ СОВРЕМЕННОСТИ беседу со студентами о советской науке и образовании (по приглашению профессора, который недавно посещал Бирмингем). ^ШЛ5 июня 1958 года. Эдинбург ...Очень красивый город. Улицы шире и чище, чем в других городах Англии, больше зелени. Иногда можно увидеть шотландцев в юбках, прогуливающихся по городу. На них никто не обращает внимания. Носят такие юбки некоторые армейские подразделения. Юбки клетчатые, как и масса других товаров, которыми завалены магазины для привлечения туристов... Посетил знаменитый Эдинбургский замок, расположенный на высокой горе в центре города. С замка открывается захватывающая панорама. Особенно красива улица Принсес- стрит: с одной стороны — дома и магазины, с другой — парк, спускающийся к подножию горы, на которой стоит замок. На склонах горы лежат многочисленные парочки, совершенно не обращая никакого внимания на окружающих... Сегодняшний день провел в университете Эдинбурга, беседовал со специалистами по химии углеводов, осматривал химфак... ^ШЛ 26 июня 1958 года. Бирмингем ...Завтра еду в Оксфорд, возвращаюсь в Бирмингем, еду в Лондон, оттуда 30 июня в Кембридж. Затем 1—2 июля посещаю лондонские колледжи. После этого надо написать отчет Британскому Совету и т.п. Английская виза действительна до 12 июля с.г. Вылечу 5—7 июля в Москву... Публикацию писем для печати в подготовила j= вдова Л.И.Хмельницкого > В.И.Хмельницкая % Редакция благодарит за помощь ™ в подготовке публикации академика ^ Н.К.Кочеткова, доктора химических ^ наук, профессора Л.В.Бакиновского 0 и доктора химических наук о Т.И.Годовикову 75 I
М.Левицкий Химия мода и Мода — это форма безобразия, настолько невыносимого, что мы вынуждены изменять ее каждые полгода. Оскар Уайльд у "важая иронию Оскара Уайльда, попробуем все же отнестись к моде серьезно. Речь пойдет не о новых красителях или волокнах для тканей, а о той моде, которая существует внутри самой науки. Новые теории, объекты исследования или химические термины становятся модными в том случае, когда они оказываются в центре внимания большого числа исследователей. В этом случае слово «мода» не содержит иронического оттенка, а ее изменение довольно точно отражает сложные пути развития науки. При этом у моды в науке есть своя особенность: в отличие от бытовой моды от устаревшего покроя не отказываются полностью. Популярные сегодня объекты и методы завтра сменятся новыми, но зто не значит, что устаревшее будет считаться полностью непригодным для появления в свете. В современной науке, разумеется, могут появиться (как и в прежние времена) ошибочные представления и даже войти в моду. Но скорее всего, они продержатся недолго. Приведу пример того, как менялись «представления о прекрасном» в координационной химии. Для развития этой области науки очень плодотворной оказалась идея профессора Оксфордского университета Г.Сиджвика, который перенес представления, объясняющие стабильность инертных газов, на комплексные соединения. Суть идеи в том, что атом металла старается окружить себя лигандами таким образом, чтобы общее количество электронов вокруг металла стало таким же, как у инертного газа. Тогда комплекс получается более прочным. В соответствии с правилом надо сложить собственные электроны металла и те, которые подают на него лиган- ды, чтобы получить так называемый эффективный атомный номер (ЭАН). У комплексного иона [Co(NH3N]3+ ЭАН=36. Именно такое количество электронов у атома криптона. Есть, конечно, исключения, но для карбони- лов металлов это правило обладает некоторой предсказательной силой. Например, у карбонила марганца, имеющего, по данным анализа, состав Мп(СОM, ЭАН=35, а по расчету должно быть 36. Значит, соединение немо- номерно, и, чтобы получить ЭАН=36, надо представить его в виде димера (СОMМп — Мп(СОM. Экспериментально подтверждается именно такое строение. В 1952 году химия комплексных соединений пополнилась новой главой: были открыты пи-комплексы переходных металлов. Оказалось, что и для них применимо правило Сиджвика. При этом в правило ввели одно упрощение: электроны металла, лежащие на внутренних уровнях, решили оставлять без внимания и считать только внешние электроны, участвующие в образовании комплекса. В итоге появились следующие названия: восемнад- цатиэлектронный комплекс — ферроцен (C5H5JFe, девятнадцатиэлектрон- ный — кобальтицен (С5Н5JСо, семнад- цатиэлектронный — феррициний-кати- он (C5H5JFe' и другие. Наиболее стабильны — восемнадцатиэлектронные. Идея прижилась, слегка модифицировалась и распространилась на многопалубные соединения, в которых задействовано больше одного атома металла. В этом случае наиболее стабильны тридцатиэлектронные комплексы (см. «Химию и жизнь», 1999, № 8). Человек, надумавший привести в современной публикации полное значение ЭАН для какого-либо комплекса, будет сродни чудаковатому оригиналу, который пользуется кремневым кресалом вместо спичек. Взаимоотношения химиков-теоретиков и экспериментаторов частенько напоминают те, что складываются между продавцом готовой одежды и покупателем. Экспериментатор примеряет на себя положения новой теории, привыкает к ней и начинает носить ее и в праздники и в будни. Постепенно одежда протирается в тех местах, где упрямые факты не впи- *^-/ сываются в покрой, и приходит- ^&Л ся искать одежду нового фа- ;- ^да^4*^
сона. В качестве примера можно привести смену теорий, объясняющих строение комплексных соединений. Теория валентных связей, сформулированная американским ученым Лайнусом Полингом в 50-х годах, была сразу же воспринята исследователями, занимающимися координационной химией. Это неудивительно, поскольку ее положения легли в хорошо подготовленную почву. Еще в 20-х годах профессор химии Калифорнийского университета Г.Льюис предложил считать, что связь между двумя атомами обеспечивает пара электронов, причем каждый из атомов дает по одному электрону. Таким образом, символ валентного штриха, который начали использовать еще в прошлом веке, получил наглядное физическое объяснение. В соответствии с полинговской теорией, между металлом и лигандом в комплексах также возникает ковален- тная связь, однако пару электронов поставляет только лиганд. Теория валентных связей хорошо объяснила особенности структуры и магнитные свойства многих комплексов, но, как только химики перешли к рассмотрению спектров поглощения, возникли трудности. В результате стали пользоваться теорией кристаллического поля, предложенной американскими физиками X.А.Бете и Д.Ван Флеком еще в 1930 году (она ждала около тридцати лет, чтобы химики обратили на нее внимание). В основе новой теории лежало прямо противоположное утверждение: связь между металлом и лигандом полностью ионная. Теория полуколичественно объяснила магнитные свойства комплексных соединений, их устойчивость и реакционную способность, а также их спектральные свойства (цвет комплексных ионов). Постепенно представления химиков о природе связи менялись. Появились факты, доказывающие, что одна и та же связь имеет частично ионный и ча- ~ стично ковалентный характер одновременно. Именно такой подход использовала теория молекулярных орбиталей (МО), которая стала популярной среди химиков в 60-х годах. МО — это области РАЗМЫШЛЕНИЯ наиболее вероятного нахождения электронов в пространстве, заполняемом молекулой. Новая теория количественно оценивала степень ионнос- ти и ковалентности химической связи. Так мышление химиков постепенно перешло на новый уровень, они сменили костюм с манишкой и жилеткой на плотно облегающий комбинезон. Символ валентного штриха в практике остался, но теперь химики понимают, что в большинстве случаев он не указывает место конкретного расположения электронов — это просто способ показать порядок расположения атомов в молекуле. Поэтому, изображая структуру многих новых соединений (ферроцен, карборан и др.), валентную черту используют лишь в некоторых фрагментах формулы. Терминология прежних теорий (внешне- и внутриорбитальный комплекс, расщепление энергий орбиталей кристаллическим полем и др.) в языке химиков осталась и прекрасно сосуществует с новыми представлениями. Смена моды происходит в рамках благовоспитанности и хорошего тона, соответствующего консервативному английскому вкусу. Приведу еще один пример: эволюция теории, связывающей строение и свойства органических соединений. В 60-е годы необычайно популярным стал корреляционный анализ в органической химии. Сравнительно несложный математический аппарат, предложенный Л.Гамметом, позволил связать реакционную способность органических соединений с их строением. Сопоставив константы ионизации замещенных бензойных кислот, Л.Гаммет получил универсальные константы, которые позволяли предсказывать свойства реакционного центра Y в зависимости от природы второй замещающей группы Z и ее положения (мета- или пара-). у Казалось, сбывается давняя мечта химиков — по формуле соединения определять скорость всевозможных реакций. Различные исследования в этом 77
направлении позволили усовершенствовать и уточнить теорию: были созданы корреляционные уравнения и определены реакционные серии, внутри которых сохранялись закономерности, очерчены пределы применимости уравнения Гаммета. Накопленный материал позволял предсказывать константы скорости десятков тысяч реакций. Для гетероциклических и алифатических соединений стали применять корреляционное уравнение, предложенное Р.Тафтом, в котором использовали свои константы. Одно время даже казалось, что происходит создание количественной теории органических реакций, но со временем картина стала меняться. Выяснилось, что для более точного описания необходимо учитывать не только индукционное влияние заместителей, но и их расположение в пространстве, а также влияние растворителей. Расчеты становились все более громоздкими, а предсказательная сила разработанного аппарата падала. Постепенно мода на методику Гаммета прошла, но большинство химиков, отказавшись от громоздкого неудобного камзола, оставило в употреблении практичные застежки. Имеется в виду то, что сами константы химики не отвергли и продолжают ими пользоваться, но чаще для сравнения (больше — меньше) влияния заместителей. В этом повороте моды выкройка была продуманной и шитье добросовестным, но подвела сама ткань. Дело в том, что синтетическая химия крайне неохотно описывается математическими формулами. Она была и остается экспериментальной наукой, где громадное количество фактов с большим трудом сводится воедино. Но сегодня уже ясно, что глобальную химическую задачу — связать с помощью расчетов структуру и свойства — можно решить только с помощью современных компьютерных методов. Такой подход получил обобщенное название QSAR/QSPR (количественная связь структуры и свойств) и сформировался в отдельное направление компьютерной химии. Если модель, которую предлагают теоретики, понятна и наглядна, то экспериментаторы подхватывают ее особенно охотно. Классический пример — спин электрона. Понятие спина появилось не потому, что кому-то удалось увидеть вращение электрона вокруг собственной оси. Этот образ был придуман, чтобы сделать понятие более доступным. Для наглядности предложили рассматривать электрон в виде волчка. Удачно найденный образ вошел во все учебники. Похожая судьба, как казалось вначале, ожидала вакантные d-орбитали. Они вошли в моду с легкой руки великолепного Лайнуса Полинга, умевшего подать свежую идею с рекламной яркостью (вспомним историю с витамином С). С помощью d-орбиталей удалось просто и наглядно объяснить, почему для элементов третьего периода существуют сравнительно стабильные соединения с пятью (PF5) и шестью (SF6) ковалентными связями, а для их аналогов из второго периода (азота и кислорода) такие соединения не получены. По предложенной теории, два спаренных s-электрона у фосфора Cs23p3) «распариваются», и один электрон переходит на незанятый d- уровень. В итоге возникает пять не- спаренных электронов Cs13p33d1), которые образуют пять связей. Удалось объяснить и многое другое: например, почему в ароматических аминах азот — сильнейший донор электронов, а фосфор в аналогичных соединениях таким свойством не обладает. Дело в том, что вакантные d-орбитали принимают на себя подвижные электроны ароматического кольца. Концепция стала исключительно популярной и даже вошла в школьные учебники. Редкий экспериментатор мог удержаться от искушения объяснить с помощью вакантных d-орбиталей свойства полученных им соединений. Идея прожила почти тридцать лет, пока методичные квантовые химики не привлекли всеобщее внимание к своим расчетам. Оказалось, что перемещать электрон на Зd-opбитaль энергетически крайне невыгодно, проще — на s- и даже р-орбиталь четвертого уровня. Но и этого не требуется, поскольку все факты можно объяснить различием в размерах атомных орби- талей у элементов второго и третьего периода. Однако, несмотря на произошедшее разоблачение, химики, привыкшие к удобной модели, еще некоторое время продолжали ею пользоваться. Говорят, лучший способ бороться с затянувшейся модой — отозваться о ней с иронией. Именно так и поступил журнал «Chemical Technolgy». В апрельском номере 1981 года он опубликовал статью, где сообщалось, что при высоковакуумном пиролизе Si(CH3L удается получить небольшое количество янтарной жидкости, которая не содержит атомов каких-либо элементов и даже электронов, а только вакантные d-орбитали. Симпозиум по d-орбиталям, состоявшийся в те же годы в Институте элементорганичес- ких соединений РАН, завершился опубликованием поэмы (в те времена орбиталь называли орбитой): Шел симпозиум достойно. Внешне было все спокойно. Всех настроил воздух зала D-орбитам петь хоралы. Вдруг тайфун и ураган — Выступает Гамбарян. Поражает всех мечом — D-орбиты ни при чем! Как коварна их личина! Ведь совсем не в них причина. В объясненье аномалий Подойдут они едва ли. Так что в общем карта бита У вакантной d-орбиты. Сейчас уже о вакантных d-орбита- лях у элементов третьего периода почти никто и не вспоминает. Особая тема — модные термины. Закономерности развития моды здесь несколько иные. Если устаревшие представления и теоретические построения постепенно заменяются новыми, то термины чаще всего остаются, просто соответствующие им классы соединений перестают быть в центре всеобщего внимания. На наших глазах через пик моды прошли ферроцен, карборан, высокотемпературные сверхпроводники. В 80-е годы в результате работ, проведенных независимыми группами исследователей, возник новый класс соединений — кластеры, в которых имеются химически связан-ные между собой атомы металлов, окруженные соединенными с ними группами. Естественное желание хими- (ochosi ков расширить рамки понятия привело к тому, что новый термин вышел далеко за те пределы, которые были намечены со(со)г авторами тер- — ~~ минов. В итоге достаточно, чтобы в молекуле было два или более атомов металлов, что- Оз(СОL Os{COK Со{СОJ /ОС со Со(СОJ TQ
F о * I t \ О О / о, / \ / \ о МММ ' о о \ о U о -CH2S S SCH2- \ / \ / Fe Fe / \ / \ -CH2S S SCH2- РАЗМЫШЛЕНИЯ бы ее назвали кластером. Формально здесь нет особого нарушения, поскольку слово «clyster» означает «рой», но четкость исходного определения оказалась размытой. Последующие исследования показали, что существуют гигантские кластеры, имеющие размер в десятки нанометров и содержащие сотни атомов металлов. Изучение таких образований породило новый раздел химии и соответственно новый термин — наноструктуры. Вслед за агрегатами металлических атомов сюда вошли органические и неорганические индивидуальные соединения с гигантскими молекулами. Особенно повезло фул- лерену — он плавно переехал из кластеров в наноструктуры. Бывают случаи, когда расширение области применения какого-либо термина выходит за рамки разумного. Речь идет о полимерах. Полимерная наука берет свое начало с работ Г.Штаудингера, который в 1925 году дал определение «макромолекуле» (до этого полагали, что полимеры — это ассоциаты малых молекул). Сформировался новый раздел химии, а полимеры широко вошли в жизнь как материалы с особыми свойствами (они устойчивы к окружающей среде, прочные и легкие, плохо проводят тепло). При этом произошла одна странная метаморфоза. Термин «полимеры» стали применять столь широко, что он практически потерял исходный смысл и теперь обозначает все что угодно. Например, полимером могут назвать алмаз, стекло и многие другие соединения, которые состоят из повторяющихся фрагментов. О полимерных цепях часто заходит речь, когда обсуждают ассоциаты галогенидов или ал- коксидов алюминия, гидриды бора, различные силикаты и многое другое. Получается, что и хлористый натрий тоже полимер, только очень жестко сшитый. Вероятно, нелишне вспомнить, что же такое полимеры, и дать им более широкое определение, опираясь не на химические и структурные свойства, а на физико-химические особенности полимеров, которые делают их уникальными объектами окружающего нас мира. 1. Полимеры могут находиться в высокоэластичном состоянии. Они способны растягиваться под действием нагрузки в 4-6 раз и возвращаться к исходному размеру после снятия нагрузки. Читатель может возразить, что таким свойством обладают и металлы, например стальные пружины. Всякое сравнение надо проводить корректно. Сравните полоску металла и полоску резины и сразу заметите разницу. 2. Вязкость растворов очень низкой концентрации @,25-0,5%) в 4-5 раз превосходит вязкость чистого растворителя. Растворы некоторых полимеров с концентрацией менее одного процента представляют собой вязкий сироп, а иногда даже не способны переливаться (например, некоторые сополимеры высокомолекулярного поли- акриламида). Представить такое трудно, это надо видеть. 3. Сшитые нерастворимые полимеры при набухании могут поглощать количество растворителя, в 5-6 раз превосходящее их собственный объем, при этом внешне объем набухшего образца практически не изменяется. 4. Полимеры и их растворы обладают отчетливыми пленкообразующими и волокнообразующими свойствами. Казалось бы, здесь нет ничего уникального, ведь волокна можно получать из стекла или из стали (вспомним стальные тросы). Но если речь идет о растворах, то для прядения волокон годятся только полимеры. Более того, из полимеров можно получать волокна или пленки в изотермических условиях, то есть не из расплава, а прямо из холодной массы. Все дело в происходящем при этом ориентировании звеньев полимерной цепи. Перечисленные свойства позволяют вполне однозначно решить, относится данное вещество к полимерам или нет. Следует принимать во внимание и некоторые другие, общеизвестные, но от этого ничуть не менее важные детали: полимеры полидисперсны (состоят из молекул различной длины), не имеют четко выраженной точки плавления, не кипят и не перегоняются. Но так ли уж важно сражаться за чистоту терминов? Гораздо важнее понимать истинную природу вещей. Все это верно, но неоправданное частое употребление слова «полимер» приводит к тому, что к термину постепенно начинают подтягивать весь аппарат полимерной науки, который в случае индивидуальных соединений не работает, а потому некоторая строгость в таких вещах все же не будет лишней. Современная терминологическая мода идет в ногу с общим развитием химии. Например, все большее число работ моделирует процессы биологического синтеза, когда в строгом порядке, по намеченному плану наращиваются фрагменты молекулы подобно тому, как это делает рибосома, собирающая молекулу белка из аминокислот. В результате возникают системы с высокой степенью упорядоченности. Поэтому в литературе стали появляться термины: «молекулярная архитектура», «химическая инженерия», «молекулярный дизайн», «молекулярные ансамбли». Естественно, они обозначают новую идеологию их авторов. Далее все пойдет по неизбежному пути. Новые слова войдут в моду, и некоторые химики для себя решат, что, например, термин «молекулярные ансамбли» — это просто свежее звучание ранее известных слов «агрегаты» или «ассоциаты», а «молекулярный дизайн» — то же самое, что «направленный синтез». Для одних такой термин — это новый костюм, для других — новая брошка на старом платье. Границы понятия будут размываться, но зато появится яркая дополнительная метка, указывающая, к какому историческому периоду относится данное исследование, что тоже неплохо. 79
9 ^»V A,* »: '•^.'«g *-:.?- i ?. * <4 *. ~ "• 't ' . -J- ^ ** . i ♦ < ;t «l]tt- rltj ii!fi i/1 Ш & •% "w .M s % /Г ,3 V F v' * » • «~ f W ^ -Л ti > •ШВИ^9
Новый Пигмалион Пигмалион сидел после ужина на крыльце своего дома, любуясь средиземноморским закатом, и предавался мыслям о своем необыкновенном счастье. В который раз за прошедшие шесть месяцев он размышлял над тем, как же так могло случиться, что простой гражданин Римской империи сумел добиться особого расположения высших сил. Куда ни шло — влюбиться в мраморную скульптуру, недавно привезенную кем-то из Греции и поставленную на площади для услаждения взоров. Но чтобы боги вот так запросто выполнили его заветное желание — обратить мертвый камень в живую плоть! И еще большее чудо — та любовь, та гармония, что теперь между ним и Галатеей! Неожиданно его покой был нарушен. В воротах показался сосед Антоний. Обычно бесцеремонный, он начал на этот раз с того, что стал расспрашивать о делах, о здоровье жены — Пигмалион наконец не выдержал и прямо спросил, что ему нужно. — Да понимаешь ли, сосед, — вздохнул Антоний, — завидую я тебе белой завистью. Такая жена у тебя! Ни у кого такой нет. Красавиц-то полно, а вот чтобы попалась такая, как тебе хочется, чтобы во всем тебя понимала... Да, всем видно, что душа в душу живете. Так вот, я хочу тебя попросить. Не мог бы ты и для меня сделать жену, чтобы полностью соответствовала идеалу? Пигмалион слушал его со все возрастающим удивлением. А тем временем Антоний развернул перед ним свиток пергамента, на котором было изображено женское лицо. — Вот мой идеал, видишь? Сам рисовал, целый день. Высечешь мне такую, а? Ну, и оживишь, понятно. А я уж в долгу не останусь. — Высечь? Да что я тебе, Фидий, что ли? — опешил Пигмалион.— Я и зубила-то в руки никогда не брал! А ты говоришь, скульптуру. — Ну и что,— ничуть не смутился сосед.— Ты же общаешься с богами! Они твои просьбы исполняют, неужели в такой мелочи откажут? Что им стоит-то? Пигмалион отнекивался — впрочем, не особенно долго. За то время, которое они прожили с Галатеей, пыл его любви еще не успел иссякнуть, а влюбленному, как известно, и море по колено. Почему бы не попробовать себя и в ваянии? К тому же увесистый кошелек, которым помахивал перед его глазами Антоний, пришелся бы как никогда кстати: малыш, которого они ожидали с женой, потребует о-го-го каких средств. В общем, следующим утром Пигмалион отправился на ближайшую каменоломню и привез оттуда на тележке бесформенную глыбу мрамора. Увидев ее, Галатея тут же принялась плясать, выкрикивая: «Мама!» Балуется, словно маленькая, несмотря на положение. Озорная она у него получилась, как и хотелось. Такой и впрямь во всей империи не сыщешь. Ладно... Пигмалион отправил горячо любимую супругу в дом, а сам взялся за инструменты. Дело оказалось совсем не таким простым. Первый же удар молотка пришелся не по зубилу, а по большому пальцу. Боль была дикая, палец тут же почернел и распух, но крик, рвав- Константин Крутских ФАНТАСТИКА шийся наружу, пришлось сдержать, чтобы не потревожить Галатею. Он попробовал бить поточнее и не так сильно, однако работа шла с трудом. То зубило соскальзывало, то мраморная крошка брызгала прямо в лицо, да и молоток периодически вспоминал про пальцы. Короче говоря, к концу первого дня начинающий скульптор продвинулся не очень далеко. Мало успехов принес и следующий день. Пигмалион со злостью свернул свиток, еле-еле сдерживаясь, чтобы не скомкать его: глыба все еще даже отдаленно не напоминала человеческую фигуру, и о том, чтобы сверяться с рисунком, думать было еще рановато. А ведь, принимаясь за работу, он не забыл как следует помолиться Венере, которая помогла ему оживить Галатею, а так же Аполлону — покровителю искусств. И только к середине третьего дня осенило — нужно помолиться еще и Диане, которая, как известно, принимает роды. И точно: стоило только вознести новую молитву, как зубило начало вгрызаться в толщу камня. Пигмалиону оставалось лишь направлять его легкими и точными движениями молотка. Нет, конечно, все шло не само собой. И прежде чем мраморная глыба стала обретать некоторые человеческие черты, прошло не меньше месяца. За это время Пигмалион не однажды думал отказаться от этой непосильной работы, но каждый раз его останавливал ободряющий взгляд Галатеи. В общем, с помощью богов, и в первую очередь, видимо, все-таки Венеры, наступил день, когда скульптура была закончена. Оставалось последнее: помолить об оживлении. Для этого торжественного действия Пигмалион пригласил Антония, чтобы тот был уверен в честности скульптора. А то решит еще, что Пигмалион нашел для него какую-нибудь гетеру. Сосед не заставил себя ждать. Пигмалион провел его на задний двор, где, словно неоткрытый памятник, возвышалась скульптура, покрытая белой материей. Антоний бросился было к ней, но Пигмалион сдержал его и сам медленно и церемонно снял покрывало. Теперь — главное. Подойдя к своему творению, скульптор начал молитву. Да, и переволновался же он! Ему все казалось, что на сей раз он молится не так искренне и горячо, как тогда, когда просил богов оживить Галатею. Он подозревал себя в эгоизме — вдруг окажется неспособным сделать что-то для ближнего? Ведь не только из-за денег он взялся за эту работу! Как и в прошлый раз, молитва закончилось тем, что, перебрав все подходящие слова, Пигмалион резко выбросил руки вперед и обхватил свое творение. И не меньшая, чем тогда, волна восторга окатила его, когда руки статуи, за мгновение до этого неживые, страстно ответили ему. Да-да, новорожденная начала было обнимать своего творца, но тут ее взгляд скользнул в сторону. — Милый! — сорвалось с ее уст. — Как же я рада тебя видеть! — С этими словами она резко отпрянула от Пигмалиона и бросилась в объятия Антония. Пигмалион не смог заставить себя отвернуться от целующейся пары. Его душа ликовала: получилось! Он не только 81
смог упросить богов вдохнуть жизнь в свое творение. Созданная им женщина получилась именно такой, какая требовалась: ведь она и Антоний полюбили друг друга с первого же взгляда! Счастливец подхватил свою возлюбленную на руки и поспешил домой. Но тут вспомнил о Пигмалионе и остановился. — Извини, сосед,— произнес он, повернувшись боком, на котором висел кошелек. — Возьми сам. А то я свою ношу отпустить не могу. Весь последующий месяц Пигмалион с Галатеей провели в пиршествах. Сначала отмечали крупный заработок, потом гуляли на свадьбе у Антония и, наконец, праздновали рождение сына. Мальчишка оказался крепким, бойким — настоящим. Это было последним, окончательным доказательством того, что Галатея обрела все качества земной женщины. Однако не успели отгреметь пирушки, не успели молодые родители толком нарадоваться своему счастью, как снова заявился сосед. Но на сей раз не Антоний, а Марк. Он начал без всяких предисловий: — Послушай, Пигмалион. Слух о твоих чудесах на всю округу идет. Антоний уж так заливается!.. И вот, у меня тоже к тебе просьба. Сам-то я старик. Но есть у меня племянник. Живет на севере. Приехал погостить — и ну жаловаться. Сохну, говорит, без любви. Всё гетеры да гетеры. Хочу, говорит, по-настоящему. Еще раньше, чем он кончил свою речь, Пигмалион понял, что опять не отвертеться. И молча протянул руку за пергаментом... С тех пор пошло-поехало. Стоило только исполнить один заказ, как туг же сваливался другой. Сперва приходили соседи, потом — жители города, а вскоре начали появляться и гости из всех провинций. Целыми днями Пигмалион торчал в мастерской, вернее, на заднем дворе своего дома. Чтобы побыть с семьей, времени почти не оставалось, только по вечерам. Впрочем, что касается воспитания чада, то Галатея сама вырабатывала у сына все нужные будущим защитникам Рима навыки. И Пигмалиону оставалось только обучить наследника мастерству скульптора. Да-да, мастерство. Оно крепчало с каждой новой работой, однако превращение очередной скульптуры в женщину все- таки оставалось для Пигмалиона загадкой. И всякий раз, как это было впервые, он волновался, что не сможет дать другим то, что когда-то получил сам. Шло время, и однажды — как само собой разумеющееся — Пигмалион принял тот факт, что ни он, ни его семья не стареют. Видимо, столь частое и плодотворное общение с богами не могло не отразиться на нем. И удивлялся он только тому, что, несмотря на такое чудо, люди не бросают на него завистливых взглядов. Века проходили за веками, Римскую империю сменила мозаика мелких княжеств, а из нее, в свою очередь, однажды вылепилось единое королевство, занявшее весь полуостров. Менялись костюмы, оружие, обычаи, общественный строй, летосчисление. Народ даже перестал верить в тех богов, которые помогали Пигмалиону. Но людям по-прежнему хотелось идеальной любви. Казалось, что в жизни скульптора и его горячо любимой семьи никогда не наступят перемены. Следует сказать, что за прожитые века Пигмалион успел скопить приличный капиталец. Поэтому не сразу заметил, что к концу второго тысячелетия число заказов становится все меньше и меньше. Когда же он наконец обратил на это внимание, то решил, что это временная трудность: ведь бывали же неурожайные для него годы и прежде, во время разных войн и неурядиц. Как-нибудь все снова утрясется, говорил он себе. Но вот прошло еще несколько лет, и поток клиентов иссяк вовсе. На семейный бюджет это пока еще не влияло, но из-за творческого застоя Пигмалион чувствовал себя не в своей тарелке. Он принялся выяснять причину, но это оказалось не так-то просто. Теперь о его услугах успели порядком подзабыть, а некоторые стали поглядывать на него как на сумасшедшего. Да, были же когда-то времена, когда именно к нему приезжали заказчики со всей Италии! И вот как-то раз Пигмалион вернулся домой крайне расстроенным. — Знаешь, дорогая, — произнес он с порога, даже не успев снять плаща, — сегодня я был в погребке у Марио. Встретил старых знакомцев. Разговорились. И мне наконец-то удалось узнать, в чем дело. Так вот: у меня есть конкурент! — Переведя дыхание, он обнял жену, как делал всегда после возвращения домой, и затем гневно продолжил: — Конкурент! Это после стольких-то веков! И кто! Какой-то презренный плотник по имени Карло! — Но, милый! — Галатея попыталась утешить супруга. — Ты ведь куда опытнее его. Ничье мастерство не сравнится с твоим! — Ах нет! Я чувствую, мне не выдержать борьбы. Видишь ли, мало того, что он пользуется куда более дешевым материалом — деревом. Этот Карло делает еще и обходный маневр. Он создает не жену, а ребенка. Не жену, а ребенка, сразу, понимаешь? Вот все богатеи теперь и кинулись к нему. Ведь это такая экономия: получить наследника — сразу же! — не тратясь при этом на его мать. Он помолчал немного, затем вновь, в бессчетный уже раз за долгие века, оглядел свою прекрасную Галатею и добавил с грустью: — Разве теперь людям до любви!.. О боги, что бы делали некоторые мужчины, не окажись рядом с ними энергичной и строгой женщины! После всего узнанного Пигмалион пребывал в какой-то прострации, ничем не интересовался, ел без аппетита, не брал в руки ни книжек, ни газет — просто возлежал на диване. Не запил он, похоже, только потому, что вино его тоже не интересовало. Галатея поглядела на это неделю-другую и затем, потерпев неудачу с лаской и уговорами, взялась за дело решительно. Отправилась в мэрию и разузнала, какие украшения требуются городу. На следующий день рано утром подхватила любимого супруга с дивана и потащила его в мастерскую. Хорошенько встряхнув, всунула ему в руки молоток и зубило и громовым голосом велела работать. И оказалось, что за время простоя руки Пигмалиона отвыкли от инструментов не так уж и сильно. Уже к вечеру из глыбы мрамора отчетливо проступили очертания всадников и стремительных коней. 82
Барельеф, высеченный за несколько дней, был единогласно одобрен отцами города и уже вскоре украшал холл мэрии. Скульптор подписал долгосрочный контракт и стал исправно поставлять статуи для городского парка или для фонтанов на площадях. Теперь ни одна новостройка не обходилась без его атлантов и кариатид. Улицы украсились причудливыми скамейками и урнами из мрамора. Денег, правда, он зарабатывал не так уж много, если, конечно, сравнивать с прежними славными временами, но зато приобрел популярность в городе и, благодаря этому, стал вхож в высшее общество. Как-то на приеме у мэра его представили синьору Авидо, знаменитому во всей округе миллионеру. Сердце ваятеля неожиданно затрепетало. Он знал, что его новый знакомый был одним из первых, кто воспользовался услугами плотника Карло. И за бокалом отличного мартини Пигмалион сумел перевести разговор на тему о подрастающем поколении. — Мой-то, конечно, по моим стопам пойдет, — сказал он в ходе этой беседы. — С детства, кроме молотка, других игрушек и не знал. И правильно: я считаю, что дети должны продолжать отцовское дело. — Вот это вы в точку — про дело, — довольно рассмеялся синьор Авидо.— Мой, знаете ли, тоже весь в меня. Еще совсем юнец, а деловая хватка есть. Как свободная минута выдастся, так всё клады ищет. И представьте: нет-нет да и находит. А то еще биржей интересуется, куда и сколько вложить. Да, толковый парнишка, прямо скажу. И главное — вот: ни к выпивке его не приохотишь, ни к дури там всякой. Не берет это его, потому как деревянный. А курить-то, курить — упаси Боже! Знает, что просто сгорит, вот и не балуется. В общем, чувствую, можно будет ему дела мои оставить. Да, что же делать! Конкуренция есть конкуренция, и Пигмалион еще раз убедился, что проиграл окончательно. Придется теперь до конца дней заниматься обычной скульптурой, а вовсе не божественной. И он продолжал трудиться над украшением родного города. Конечно, тоже неплохая работа, даже творческая. Вот только грусть нападала по вечерам, стоило только вглядеться в черты любимой супруги — черты, оставшиеся такими же, как тогда, когда он впервые увидел Галатею живой. И Пигмалион вспоминал, с каким упоением работалось ему прежде, как окрыляло сознание того, что каждый его удар приближал чье-то счастье, какое упоение приносило осознание того, что ему покровительствуют боги. Так проходили годы... Пигмалион не очень любил появляться там, где были установлены его работы. Даже не собирал газетных вырезок или сувенирных открыток с их изображением. Этим тайком занимался сын, и не только из гордости за родителя, но и потому, что сам часто прикладывал руки к работе скульптора. Отец же предпочитал выходить на улицы в темное время суток. И вот как-то однажды во время такой поздней прогулки ему повстречался синьор Авидо. Богач шел медленно, то и дело останавливаясь, чтобы перевести дух. Пигмалион поздоровался и спросил, почему он разгуливает пешком. — Теперь уж не до машины, синьор скульптор, — ответил Авидо. — На всем приходится экономить. — Как-как? — искренне удивился Пигмалион. — Неужели вы обанкротились? — Не то слово! Пошел по миру. Разорен в пух и прах. — Как же это? — Вы представить себе не можете, что произошло! — воскликнул Авидо, скорбно возведя глаза к небу. — Мальчишка мой вымахал, двадцать лет ему уже. Ну, я и решил, что пора ему мои дела доверить. Оставил его вместо себя на месяц, а ФАНТАСТИКА сам на курорт отправился. И что бы вы думали? Возвращаюсь, а от состояния меньше трети осталось. Этот болван деревянный!.. Ладно бы на бирже проиграл, ладно бы не туда вложил — это все простительно. А то взял да и перевел деньги сиротским приютам! И дурень такой! — не догадался даже в газеты сообщить, хоть бы реклама была. «Да не переживай, папа, — говорит, — я тебе еще клад найду». Одно только утешение, — вздохнул синьор Авидо после долгой паузы. — У всех, кто деревянных мальчишек понабрал, такие же дела творятся. У торговца Имброллио парень бесплатную больницу открыл. У судовладельца Бор- селлино сын бедным рыбакам новые сети раздает. А сын издателя Аллегато учебники школьникам поставляет, и опять-таки бесплатно! Скульптор из вежливости скрыл улыбку, хотя смех так и рвался наружу. Конечно, конечно! В который раз подтвердилась поговорка «Скупой платит дважды». Те, кто решил обзавестись готовыми наследниками, не догадались, какое будущее их ожидает. Ведь куклы старого плотника были неизменно настроены только на добрые дела. Да, они обладали поразительной способностью приобретать богатства, но считали своим долгом раздавать их беднякам. Да и что еще мог заложить в свои творения человек, привыкший зарабатывать на жизнь тяжким трудом? А именно таким был старый Карло. — Нужно моего сына как-то образумить, — закончил синьор Авидо. — Вот только как, как? Его горестные восклицания продолжали сотрясать ночную тишину, даже тогда, когда скульптор попрощался с ним. Минуло несколько дней. Пигмалион, как обычно, трудился в мастерской, высекая очередного атланта. Неожиданно вбежал сын. — Папа, папа! — закричал он. — К тебе посетитель. Говорит, что, хочет сделать частный заказ. «Вот оно, началось! Я так и знал, что обо мне теперь снова вспомнят», — удовлетворенно подумал скульптор и, подогреваемый любопытством, спросил: — А он представился? — Да, назвался синьором Авидо. Ишь ты! Вот уж не думал, что старый скупец решит обратиться к нему. Вроде бы после истории с Карло должен за версту обходить всякие подобные штучки. И небось надеется на скидку по знакомству. В приподнятом настроении Пигмалион направился к две- Е рям. Однако увидел там отнюдь не того, кого ожидал. Визи- ^ тер оказался совсем молодым. Нос у парня был очень длин- « ным, заостренным, а на коже виднелись характерные дре- ^ весные разводы. | — Бон джиорно, синьор ваятель! Видите ли, мой отец, ы Авидо-старший, прямо-таки пристал ко мне с женитьбой. ^ Говорит, тогда уж мне не до глупостей будет. Велел еде- Z лать блестящую партию. Вот я и решил: уж если так, то 0 надо мне именно к вам. Я слышал, что самых прекрасных § невест можно найти лишь у вас... * 83 I
ИнформНаука В.И.Вернадский предсказал свое будущее Великий ученый В.И.Вернадский предсказал не только грядущие научные открытия, но и свою судьбу. Об этом узнали российские ученые, занимающиеся расшифровкой его дневников. Дневники В.И.Вернадского A926-1934 гг.) подготовлены к печати и выйдут в свет в следующем году при поддержке Российского гуманитарного научного фонда. Дневники В.И.Вернадского стали доступны исследователям лишь в 1991 году. Расшифровкой дневников, а также подготовкой их к изданию занимается доктор геолого-минералогических наук, член-корреспондент РАЕН В.П.Волков, сотрудник Института геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского РАН. Из дневников мы узнаем об удивительном пророческом даре их автора Весной 1921 года, будучи больным тифом, на грани жизни и смерти, он размышлял о будущем: «В мечтах и фантазиях, в мыслях и образах, мне пришлось коснуться многих глубочайших вопросов жизни и пережить как бы картину моей будущей жизни до смерти <...> а умру я между 80-82 годами <...> Я ясно стал осознавать, что мне суждено сказать человечеству новое в том учении о живом веществе, которое я создаю, и что это есть мое призвание, моя обязанность, наложенная на меня». Прогноз ученого сбылся: он скончался на 82-м году жизни, а его учение о биосфере легло в основу современной концепции естествознания. Помимо этого, пророчество Вернадского проявлялось в самых различных областях его научной деятельности. Так, например, он предсказывал, что использование атомной энергии поможет человечеству избежать энергетического кризиса. Напомним, что в то время явление радиоактивности рассматривали лишь как одно из физических свойств некоторых минералов и пытались применять его в медицине. В 1933 году Вернадский говорил о том, что необходимо искать проявления свойств симметрии или асимметрии в живом веществе и в первую очередь в компонентах клетки, таящих тайны наследственности. А через 20 лет Уотсон и Крик открыли двойную спираль ДНК. Обо всем этом мы узнали через полвека после смерти автора из его дневников, которые он начал писать с 14 лет и продолжал до последнего дня. Эти дневники он писал в геологических экспедициях, в поездах и на пароходах, на Родине и за рубежом и даже в общей камере дома предварительного заключения питерского ЧК. Его дневники — мозаика жанров: это фрагменты трактатов, сочетающиеся с подробным описанием исторических событий, яркими зарисовками быта и нравов, острыми характеристиками его современников. Ведь Вернадский, говоря словами поэта Ф.И.Тютчева, «посетил сей мир в его минуты роковые»: он пережил три революции и две мировые войны, встречался с П.А.Столыпиным и Николаем II, гетманом П.П.Скоропадским и первым президентом Украины профессором М.С.Грушевским, генералом А.И.Деникиным и главой правительства СССР В.М.Молотовым. Его учителем был основатель почвоведения В.В.Докучаев, а соседом по лестничной площадке — нобелевский лауреат физиолог И.П.Павлов. Дневники Вернадского лежали в сейфах архивов Москвы и Киева в течение полувека. До 1991 года публикация дневников была невозможна, ведь сокровенные мысли автора совершенно не совпадали с его образом, нарисованным в официальных биографиях. Судите сами: «Большевизм держится расстройством жизни. При налаженной культурной жизни в мировом масштабе он не может существовать и так или иначе должен измениться. Это форма низшего порядка даже по сравнению с капиталистическим строем, так как она основана на порабощении человеческой жизни». А вот что писал ученый в 1931 году: «Мне чужд капиталистический строй, но и чужд здешний. Царство моих идей впереди — впереди время науки, царство крупных диктаторов-ученых». Будущее покажет, насколько это предсказание окажется верным... Сейчас В.П.Волков подготовил к печати четвертый том дневников Вернадского A926-1934 гг.). Публикация стала возможной благодаря поддержке Российского гуманитарного научного фонда. Предполагаемая дата выхода книги в издательстве «Наука» — второе полугодие 2001 года. Предсказывать землетрясения можно из космоса Предсказывать землетрясения, измеряя поляризацию солнечного света, который отражается от поверхности Земли, предлагают ученые физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова под руководством профессора B.C.Ростовского. Компактную и недорогую аппаратуру, разработанную учеными, можно устанавливать на метеорологических спутниках. Поляризацию света Солнца при отражении от планет заметил еще в XIX веке Доменик Франсуа Араго. Это явление недавно предложили использовать сотрудники физического факультета МГУ для прогнозирования земле- ^ трясений. Дело в том, что на поляри- ; зацию отраженного света сильно вли- £ яют возмущения геоэлектрического ^ поля, которые можно наблюдать там, i где вскоре произойдет землетрясение. \ Эти возмущения считают самыми на- 1 дежными предвестниками землетрясе- 1 ний, хотя их физическая природа еще % не совсем ясна. ^г 84
За некоторое время перед началом землетрясения в толще планеты и особенно вблизи ее поверхности происходит перераспределение давлений. В результате в этих областях возникают избыточные заряды, которые изменяют геоэлектрическое поле этого участка Земли (так называемый бароэлектрический эффект). Поэтому, чтобы предсказывать землетрясение, можно попросту поставить огромное количество пунктов слежения за магнитным и электрическим полями Земли. Однако это технически сложно и дорого. А можно ли как-то иначе фиксировать изменения геоэлектрического поля на разных участках Земли? Оказывается, это можно сделать опосредованно, наблюдая за тем, как изменяется поляризация солнечного света, отраженного от поверхности Земли, а она неизбежно случается там, где резко увеличивается напряженность электрического поля. Эти изменения в поляризации легко обнаружить с помощью специальных приборов. Ученые оценили типичные аномальные давления, способные вызвать разломы и другие разрушения земных пород, рассчитали, на сколько увеличится напряженность геоэлектрического поля в месте разлома и какой будет поляризация отраженного солнечного света (для тех, кто понимает: она станет отрицательной величиной). Теперь, чтобы прогнозировать землетрясения, достаточно непрерывно следить за изменениями поляризации света, отражающегося от различных участков земной поверхности, и выявлять те места, где поляризация изменяется достаточно быстро. «Необходимая для этого аппаратура уже разработана, — говорит один из авторов работы, доктор физико-математических наук, профессор B.C.Ростовский. — Она достаточно компактна и сравнительно недорога, поэтому ее можно будет устанавливать, в частности, на метеорологических спутниках». Анализ крови в космосе В результате сотрудничества российских радиотехников, медиков и биологов появился уникальный комплекс «Микровзор-2», который может выполнять автоматический анализ крови на борту космической станции без помощи врача- специалиста. Ученые из Радиотехнического института, Гематологического научного центра и Института медико-биологических проблем создали автоматический анализатор состава крови «Микровзор-2» для космических станций. Он должен сменить технически устаревший «Мик- ровзор-1», который работал на станции «Мир». Ученые усовершенствовали комплекс, чтобы расширить его возможности и упростить процедуру анализа. В прежние времена космонавты сами брали кровь из пальца и делали анализ. На станции «Мир» они освоили эту процедуру, включая сложный процесс приготовления мазков и съемку изображения под микроскопом на видеокамеру. Однако на это уходило около половины рабочего дня. «Чтобы избежать такой неразумной траты времени и получать больше информации, мы решили усовершенствовать прибор, — говорит С.М.Иванова из Института медико- биологических проблем. — В «Микро- взоре-2» все операции, кроме забора крови, автоматизированы, поэтому теперь космонавты будут тратить на анализ около 15 минут». Основные части нового аппарата — это микроскоп с системой автофокусировки, автоматизированный предметный столик и цифровая видеокамера. Комплекс подключен к бортовому компьютеру. Для приготовления препаратов не нужны растворы красителей, которые нельзя применять в условиях невесомости. Мазки крови просто наносят на стекла, покрытые слоем сухого красителя. Кстати, тонкие покровные стекла, которые нежелательно применять в космосе по технике безопасности, здесь тоже не нужны. Изображение клеток крови под микроскопом автоматически снимается на цифровую видеокамеру. Можно передавать «картинку» на Землю, а можно анализировать на месте. Специальная программа подсчитывает количество эритроцитов и лейкоцитов, определяет содержание гемоглобина в эритроцитах, распределение лейкоцитов по типам (лейкоцитарную формулу). Исследование крови космонавтов в условиях космоса — это важная и обязательная часть исследовательской программы полета. Ученым важно знать, как влияет невесомость на физиологию человека и обратим ли этот процесс. Эти исследования проводят давно. В частности, ученые из Института медико-биологических проблем выяснили (пока еще без помощи нового комплекса), какие изменения происходят в крови космонавтов в течение длительного космического полета A70-200 суток). Оказалось, что в основном изменяются красные кровяные клетки — эритроциты. Их количество уменьшается, снижается гемоглобин. Среди эритроцитов появляются клетки неправильной формы: из дисковид- ных они становятся сферическими или похожими на сдувшийся мяч. Число таких клеток может достигать 19%. Более того, меняется их биохимия: липидный состав мембран, активность ферментов и внутренний обмен. Все это говорит о том, что «неправильные» эритроциты плохо справляются со сво- 85
в^ля ими обязанностями. Да и живут они недолго, поскольку этих «уродцев» уничтожают свои же клетки-макрофаги («пожиратели»). «Хотя количество эритроцитов снижается, мы не считаем это патологией, — говорит С.М.Иванова. — Состав крови все же не выходит за пределы физиологической нормы». Важно, что после возвращения из полета кровь космонавтов постепенно восстанавливается через полторы-две недели. Ученые планируют продолжить изучение клеточных элементов крови космонавтов уже с использованием комплекса «Микровзор-2» на Международной космической станции. Для этого не потребуется участие врача-специалиста. Сейчас создан макет прибора, на следующем этапе должен быть изготовлен экземпляр для полетов. К сожалению, отсутствие финансирования сдерживает изготовление прибора. Лекарство от СПИДа делают грибы Московские биохимики выяснили, что низший гриб триходерма вырабатывает белок, который подавляет действие вируса СПИДа так же эффективно, как и широко применяемый синтетический препарат азидотимидин. Причем этого белка требуется гораздо меньше, чем азидотимидина. Тревога, связанная с проблемой СПИДа, не проходит, а только растет, поскольку число инфицированных увеличивается с каждым днем. Радикального решения пока нет, но тем не менее СПИД лечат. И пока самым распространенным и достаточно эффективным лекарством остаются азидотимидин и его модификации. Однако это вещество ядовито, принимать его можно ограниченными курсами и в сочетании с другими лекарствами, чтобы не нанести вред организму. Поэтому азидотимиди- ном вылечиться нельзя, можно лишь затормозить развитие болезни. Ученые во всем мире продолжают искать новые средства от СПИДа. Недавно свою лепту внесли и биохимики из Российского Университета дружбы народов. Они изучали фермент, выделяемый клетками низшего гриба три- ходермы (Trichoderma harzianum Rufai), и решили посмотреть, как он действует на вирус иммунодефицита человека. Оказалось, что этот белок, эффективно подавляет размножение вируса СПИДа и действует так же, как и азидотимидин. Это удалось выяснить с помощью следующего эксперимента. Клетки крови, ответственные за иммунитет, то есть лимфоциты (именно их и поражает ВИЧ-инфекция), вырастили на специальной питательной среде и заразили вирусом СПИДа. Затем в одну порцию клеток добавили азидотимидин, а в другие — белок, извлеченный из гриба триходермы и очищенный, в разных концентрациях. Затем с помощью специальных методик ученые оценивали количество погибших лимфоцитов в каждой пробе и выясняли, как белок воздействует на зараженные клетки. Оказалось, что белок триходермы останавливает размножение вируса и действует так же, как и азидотимидин, но не повреждая при этом сами лимфоциты, то есть это гораздо более мягкое средство. Очень важно, что для достижения одинакового терапевтического эффекта белка нужно в сто раз меньше, чем азидотимидина. Если дальнейшие исследования пройдут успешно, то вскоре мы сможем получить эффективное лекарство от СПИДа, которое будут делать грибы. При язве желудка помогает серотонин При язве желудка нарушается кровообращение в его слизистой оболочке. По данным украинских и российских медиков, инъекции серотонина быстро восстанавливают кровообращение, чем и способствуют заживлению язвы. Язва желудка относится к тем болез ням, которые сами себя активизиру ют. При язве нарушается кровообра щение в мелких сосудах слизистой оболочки желудка, артериолах и вену- лах. Артериолы сжимаются, в венах кровь застаивается, эритроциты начинают просачиваться сквозь стенки сосудов, возникают мелкие тромбы и кровоизлияния, а тканям не хватает кислорода. В результате из-за нарушенного кровоснабжения язва развивается ускоренными темпами. Ученые- медики из Харьковского государственного медицинского университета и Института хирургии им. А.В.Вишневского РАМН показали, что инъекции производного серотонина, серотонина адипината, помогают быстро восстановить микроциркуляцию. Серотонин — вездесущее и необходимое вещество, которое синтезируется в организме человека и животного для самых разных нужд и присутствует в крови, тканях и мозгу. В частности, серотонин, в зависимости от ситуации, сужает или расширяет кровеносные сосуды. При многих заболеваниях, в том числе при язвах, обмен серотонина нарушен. Нехватку серотонина естественно лечить его инъекциями. В данном случае ученые исследовали, как влияет производное серотонина (серотонина адипинат) на кровообращение в слизистой оболочке желудка, пораженного язвой. Разумеется, опыты проводили на крысах, у которых вызвали язву желудка. Для этого крыс сутки держали на спине, и в результате стресса у них образовались язвы. У больных крыс уже в первые сутки проявились все положенные нарушения: сужение артериол, венозный застой крови, отеки ткани и кровоизлияния, которые стихали по мере заживления язвы, через две-три недели. Если же крысам после воспроизведения язвы дважды в сутки в течение 6 дней вводили серотонина адипинат из расчета 4 мг на килограмм веса, то артериолы у них не сжимались, а расширялись, остальные нарушения кровообращения были выражены гораздо слабее, чем у нелеченных крыс, и проходили быстрее. Еще мягче протекало нарушение микроциркуляции в том случае, если препарат крысам вводили до воспроизведения язвы. Раннее восстановление кровообращения помогает заживлению язвы под действием собственного серотонина организма. В литературе можно найти сведения о том, что серотонин содержится, в частности, в бананах. Не потому ли бананы рекомендуют язвенникам на голодный желудок? Возможно, содержащийся в них серотонин благотворно действует на микроциркуляцию крови в ранах и тем самым способствует их заживлению. Впрочем, это предположение находится за рамками исследования, о котором шла речь. 86
Розовый краситель из бактерий с Канарских островов Московские ученые из ГосНИИсин- тезбелок получили уникальный краситель красновато-свекольного цвета из бактерий с Канарских островов. Эти пигменты хороши не только как безвредные красители для мороженого, крема, мыла и прочего, но и как съедобные и ценные биологически активные вещества, которые замедляют старение и защищают клетки от воздействия мутагенов и канцерогенов. Во многие продукты питания, кремы, медицинские препараты добавляют красители. К сожалению, самые популярные натуральные пигменты красного, розового, фиолетового и желтого цветов стали почти не доступны для производителя. Богатый на красящие вещества растительный мир не может в полной мере обеспечить всех желающих, а предлагаемые искусственные красители нередко бывают вредны для здоровья. Какой же выход нам остается в условиях истощения природных ресурсов? Ученые полагают, что обеспечить рынок натуральными безвредными (и даже полезными) красителями может биотехнология. В лаборатории биологически активных веществ ГУП ГосНИИ- синтезбелок под руководством доктора технических наук П.Б.Авчиевой за два года ученые разработали технологию получения красителей из бактерий рода Micrococcus, найденных в почвах Канарских островов. Эти безвредные бактерии содержат красящие вещества, в основном розового цвета, но есть немного пигментов фиолетового и оранжевого цвета. Как же получают эти красители? Технология их производства очень проста. Бактерии выращивают 18 часов на минеральной среде с глицерином, который служит источником углерода и энергии. Затем бактерии отделяют от культуральной жидкости, высушивают и заливают растительным маслом или органическим растворителем, в которые и переходят красящие вещества. Небольшим количеством такого масляного экстракта можно, например, окрасить в нежно-розовый цвет мороженое или крем, масло или мыло. Меняя условия, можно получить фиолетовый, свекольный и оранжевый цвета. Эти природные красители хороши еще и тем, что они полезны для человека. В состав красящего комплекса бактерий с Канарских островов входят каротиноидные пигменты торулин и то- рулародин, светочувствительный пигмент бактериородопсин и меланины. Каротиноидные пигменты — хорошие антиоксиданты, которые защищают клетки от воздействия свободных радикалов и замедляют процессы старения. А меланины, помимо регуляции гормонального обмена, защищают клетку от воздействия мутагенов и канцерогенов. Красители, выделенные из микроорганизмов рода Micrococcus, очень ценны и перспективны. Бактерии и вырабатываемые ими вещества безвредны. «Нет сомнений, — говорит профессор П.Б.Авчиева, — что получение таких натуральных красителей скоро станет главным направлением в пищевой, парфюмерно-косметической, фармацевтической и других отраслях промышленности». Согласитесь, продукты питания с добавками природных биологически активных веществ, защищающих организм от вредного воздействия окружающей среды, — это то, что нам сейчас нужно. Подсолнечник будущего Через несколько лет поля подсолнечника будут выглядеть по-другому. Подсолнухи станут низенькими, головастыми, перестанут бояться холодов, и сажать их можно будет почти вплотную друг к другу. Именно такой сорт, сулящий большой доход фермерам, вывели ученые из Кубанского аграрного университета. Почти двадцать лет посвятили селекции подсолнечника сотрудники Кубанского государственного аграрного университета под руководством А.А.Кай- лайджяна. Сейчас они стоят на пороге создания нового сорта — скороспелого, устойчивого к холоду и густому посеву, с низким стеблем и большой корзинкой. Обработка полей с такими подсолнухами потребует гораздо меньше энергетических затрат. Современный подсолнух — могучее высокое растение, основная сила его уходит в стебель и листья, а на долю семян приходится всего 20-30% массы. Чем ниже расположены листья подсолнуха, тем длиннее у них черешки (у самых нижних до 30 см), что придает растению вид пирамиды. Из-за широкого основания подсолнухи приходится сажать довольно редко, по 40 тыс. растений на гектар, регулярно пропалывать междурядья, поэтому возделывание подсолнечника обходится в 2- 2,5 раза дороже, чем выращивание зерновых. Логично было бы вывести новый сорт: листья помельче, корзинка побольше. Любая работа по выведению нового сорта начинается с получения мутантов. Краснодарские селекционеры обрабатывали семена химическими веществами, вызывающими мутации, и получили несколько новых, неизвестных в истории селекции форм подсолнечника. Среди hvix были и низкорослые скороспелые формы. У всех листьев этих мутантов очень короткие черешки, до полутора сантиметров, а само растение подобно колонне, и его проекция занимает в три раза меньшую площадь, чем у обычного подсолнуха. На основе этого мутанта селекционеры получили подсолнечник, у которого семена составляют до 44% общей массы. Но на этом ученые не остановились, а взялись за выведение холодостойких форм. Холодостойкость подсолнечника очень важна для земледельца. Дело в том, что в апреле-мае на полях появляются самые опасные сорняки. Если бы к этому времени подсолнечники выросли на 15 см и раскрыли несколько пар листьев, они бы эти сорняки заглушили. Но для этого подсолнечник надо сажать в феврале. И ученые вывели подсолнечник, устойчивый к низким плюсовым температурам, который в мае уже цветет. Растения стоят густо, плотно сомкнув темно-зеленые листья, и в их тени сорнякам не пробиться.
.UP Подсолнечное поле будущего выглядит так. Небольшие, не выше 135 см, растения-колонны посеяны очень густо, 120 тысяч на гектар. Под ними кое- где видны чахлые сорняки — прополка не нужна. Урожайность и сбор масла у такого подсолнечника не уступает стандарту, а созревает он на 18 дней раньше. Ученые продолжают работу и надеются вскоре получить более урожайный вариант. А в запасе у них есть и другие перспективные мутанты, в том числе ветвящиеся, с двумя или тремя корзиночками. Почему огурец не любит холодов Огуречные плети замерзнут, даже если пробудут лишь сутки при температуре -0,5°С. А вот кусты помидоров гораздо устойчивее к холодам. В Институте физиологии растений им. К.А.Тимирязева РАН исследовали причины этих различий и пришли к выводу, что все дело в фотосинтезе. Кто из огородников не поглядывал в тревоге на градусник, гадая, не замерзнут ли посадки? Исследовательская группа из Института физиологии растений им. К.А.Тимирязева РАН под руководством С.В.Климова изучает холодостойкость двух самых популярных огородных растений, помидора и огурца. Ученые отметили, что томаты гораздо устойчивее к низким температурам, чем огурцы, а происходит это потому, что огуречная система фотосинтеза очень чувствительна к холоду. Для экспериментов ученые выбрали огурец сорта Конкурент и томат сорта Сибирский скороспелый. Их выращивали в пластиковых стаканчиках в теплице при среднесуточной температуре около 20°С и естественном освещении. Когда у огурца вырастал пятый лист, а у томата — восьмой, ученые исследовали их холодостойкость. Вообще, разные органы растений по- разному реагируют на холод. Температуру 2°С стебли переносят великолепно, однако при этом повреждается 10-20% корней. При -1°С вода замерзает, но в этом случае в прикорневых слоях почвы выделяется тепло. Поэтому корням при такой температуре ничего не делается, а вот почти половина стеблей погибает. Но чувствительнее всего к низким (близким к нулю) температурам листья, особенно у огурца. В целом огурцы хуже переносят холод, чем томаты. Так, сутки пребывания при -1°С прошли для томата бесследно, в то время как одна треть растений огурца погибла. Такой же срок при -0,5°С убивал огурцы полностью, а значительная часть растений томата при этом оставалась невредимой. Но если ночная температура опускается всего до 3-7вС, все органы растений остаются в целости и сохранности. Зато на похолодание реагирует система фотосинтеза. Фотосинтез у огурца и так слабоватый, а под влиянием холода он снизился еще в два раза; в результате эффективность фотосинтеза у огурца оказалась почти в пять раз ниже, чем у томата. Но при чем здесь холодостойкость? Как показали ученые, холодостойкость растений зависит от того, насколько их листья обеспечены продуктами фотосинтеза — водорастворимыми сахарами. Если Сахаров мало, ткани листа разрушаются и растение гибнет. Подтверждением тому может служить поставленный на томате опыт. Растение, с которого собрали помидоры, устойчивее к холоду, чем плодоносящее, потому что сахара не расходуются на созревание плодов, а остаются в листьях. Ученые сделали вывод: «узкое место» в холодостойкости растений — их система фотосинтеза. Если она малоэффективна или чувствительна к низким температурам, то ее обладатели, посаженные в открытом грунте средней полосы, могут погибнуть от холода. Почему бывают говорящие птицы, но не бывает говорящих котов Сравнив частотные характеристики звуков, издаваемых птицами и людьми, в Институте проблем экологии и эволюции им. А.Н.Север- цова РАН пришли к выводу, что древнейшие люди учились говорить у птиц. ■ч ^*й Когда первобытный человек учился общаться с себе подобными с помощью звуков, мир уже был довольно разноголосым. В нем выли и рычали звери, жужжали и зудели насекомые, щебетали, свистели и щелкали птицы. Исследования, проведенные в Институте проблем экологии и эволюции им. А.Н.Северцова РАН совместно с Научно-исследовательским центром распознавания образов, показывают, что именно птицам подражали наши отдаленнейшие предки, разрабатывая собственную систему звуковой сигнализации. Человеческая речь — это последовательность гласных и согласных звуков. Для каждого звука характерна определенная высота, диапазон звуковых колебаний и их интенсивность, иными словами — частотная характеристика. Ее составляют, анализируя с помощью специальной аппаратуры магнитофонную запись речи. Ученые записали характеристики гласного «и» из слова «птичка», первого гласного «и» из слова «иди» и гласного «а» из слова «бяка» (гласная «я» в устной речи звучит как «а»), которые произносили мужчины, женщины и дети. Эти записи они сравнили с произношением говорящих птиц: волнистых попугайчиков, канарейки, азиатской и священной майны, и с песней (видовым сигналом) зяблика. Несмотря на различие голосовых аппаратов человека и птицы, характеристики издаваемых ими звуков оказались очень похожи. Ученые считают это свидетельством того, что древний человек создавал свою речь, копируя птичье пение. У звуковой сигнализации птиц более богатая палитра и гораздо более сложная композиция, чем у самого выразительного звукового сигнала млекопитающего, например собаки. Неудивительно, что именно птиц люди выбрали своими учителями. Если поначалу люди имитировали птиц, то теперь птицы, когда учатся говорить, подражают людям. Естественно, им легче освоить человеческую речь, чем млекопитающим, потому что птицы воспроизводят сигналы, 88
заимствованные у них же. Поэтому довольно часто можно встретить говорящую птицу, а говорящие коты, к сожалению, бывают только в сказках. В наше время птицам подражать труднее, чем в древности: вокруг слишком шумно, из-за чего звуки, издаваемые птицами, становятся менее четкими. Так что кто не успел у них научиться, тот вряд ли сможет это сделать теперь. Древнерусский пояс — защита от нечистой силы После многолетних исследований московские историки сделали вывод, что вплоть до XVI века на Руси пояс был не только частью костюма, но и опознавательным знаком, указывающим на социальный статус человека. Исследование поддержано грантом Российского гуманитарного научного фонда. За 150 лет археологических раскопок на территории России ученые собрали богатую коллекцию украшений, к которым относят и так называемые бляшки — плоские круглые накладки из металла, которые наши предки нашивали на пояс. Долгое время бляшки оставались без внимания исследователей, их даже не систематизировали. Этой работой занялась сотрудница отдела археологии Государственного исторического музея кандидат исторических наук В.В.Мурашева. Тщательно проанализировав коллекцию поясных украшений, историк сделала вывод: поясом на Руси не только подпоясывались, по нему определяли социальный статус человека. Вплоть до середины XVI века драгоценные пояса вместе с шапкой и бармами (ожерельем из крупных медальонов) служили атрибутами княжеской власти. Богатые пояса появились на Руси в X веке, и носили их преимущественно воины. Тогда у многих народов пояс, украшенный металлическими накладками из серебра, бронзы и даже золота, играл роль своеобразных «погон», демонстрируя принадлежность владельца к тому или иному слою общества. Историки полагают, что древнерусские дружинники переняли эту деталь одежды у знати Хазарского Каганата — государства, существовавшего в VIII—X веках на юго-востоке от Киевской Руси, в Прикаспии. Выглядело это воинское украшение своеобразно: один из концов пояса, украшенный металлическими бляшками с растительным узором, свисал вниз. К поясу, вокруг талии, подвешивали оружие и мелкие бытовые предметы: карманов тогда еще не было, их изобрели лишь в XIV веке. «Современный человек, затягивающий пояс на джинсах, не может себе представить, какую важную роль играла эта скромная деталь одежды у наших предков, — рассказывает Вероника Мурашева. — Пояс, «замыкая в круг» своего владельца, охранял его от злых духов. Помимо этого, он служил знаком собственности и обладания: на свадьбе им связывали жениха и невесту. Ходить без пояса считалось неприличным, ведь только нечистая сила ходит неподпоясанной. Бытовала даже пословица: «Что ты татарин, что ли, беспоясый?». В коллекции бляшек, которую изучала В.В.Мурашева, более трех тысяч предметов домонгольского времени (X—XIII века). Часть их украшена орнаментом из фантастических животных, хватающих и кусающих самих себя. Исследовательница полагает, что такие бляшки делали скандинавские ремесленники эпохи викингов. Но больше всего украшений с изумительным растительным орнаментом, характерным для исламского искусства. Долгое время ученые считали, что подобные находки — свидетельство торговых связей Древней Руси с Арабским Востоком. «Но орнамент указывает на то, что поясные украшения делали в Волжской Булгарии, располагавшейся на территории современного Татарстана, — объясняет В.В.Мурашева. — В начале X века, после принятия ислама, это государство наводнили ремесленники из Арабского Халифата». Историк выяснила, что древнерусские богатыри ценили не только импортные украшения для пояса, но и «отечественного производителя поддерживали». В Киеве была своя мастерская по изготовлению богатых поясов, которая снабжала дружинников этими важными атрибутами средневековой воинской культуры. Результаты многолетней работы В.В.Мурашева изложила в монографии «Древнерусские ременные наборные украшения (X-XIII вв.)», изданной недавно при поддержке Российского гуманитарного научного фонда. Пушка со стволом-скважиной для разведки газа Ученые из МГТУ им. Баумана предложили использовать обычную пушку для того, чтобы доставлять взрывчатку в скважину на глубину двадцать метров во время разведки газовых месторождений. Сотрудники отдела «Спецмашиностроение» МГТУ им. Баумана предлагают загонять взрывчатку в разведочную скважину с помощью модифицированной пушки. Этот способ не только сделает разведку газовых месторождений безопасной, но и сэкономит много денег. Для разведки нефти и газа обычно используют старый, но надежный способ: устанавливают на земле сейсмодатчики, бурят разведывательную скважину глубиной двадцать метров, закладывают в нее взрывчатку и взрывают. Сейсмодатчики улавливают, как взрывная волна распространяется по подземным недрам. По этой информации специалисты определяют, есть ли здесь газ и на какой он глубине. До сих пор взрывчатку закладывали вручную, шестами проталкивая опасное вещество на нужную глубину. Все осложняется тем, что большинство газовых месторождений в России залегают в так называемых «плывущих» грунтах, в которых на глубине пяти метров есть прослойка незамерзающей воды. К тому же разведку газа проводят в местах с суровым климатом, порой при 30-40 градусах ниже нуля. А теперь представьте: разведчики при сорока градусах холода вручную, шестами пропихивают кусок взрывчатки в шурф, и при этом их с ног до головы обливает вода. Были случаи, когда взрывчатка самопроизвольно взрывалась, при этом гибли или калечились люди. Ученые из МГТУ им. Баумана предлагают доставлять взрывчатку до места взрыва в скважине в обычном артиллерийском снаряде. К снаряду кре- 89
Выпуск подготовили: Н.Бурьянова, Е.Зыкова, А.Киселев, Е.Краснова, Н.Маркина, Д.Мурашев, Н.Резник пят шнур длиной двадцать метров. Когда снаряд достигнет этой глубины, шнур освободит предохранитель взрывателя и произойдет взрыв. Снаряд выглядит как цилиндр диаметром пятнадцать и длиной около сорока сантиметров. Выстреливать снаряд будет пушка с обрезанным стволом, дуло которой приложено к скважине. Роль ствола будет играть сама скважина, в которую закладывают взрывчатку. Казенную часть пушки крепят на вращающейся платформе, вместе с буровой установкой. Когда скважина пробурена, платформа поворачивается, и пушка выстреливает снаряд. «В разведке газа на каждые сто бурений всего лишь одна скважина дает положительный результат, — рассказывает руководитель отдела «Спецмашиностроение», кандидат технических наук Валерий Станиславович Туполев. — Поэтому наш способ значительно уменьшит себестоимость разведки газа, поскольку пушка будет закладывать взрывчатку в десятки раз быстрее. Не говоря уже о том, что специалисты, обслуживающие скважину, будут в безопасности». Красные волки умеют разговаривать в два голоса Ученые из Московского зоопарка обнаружили, что красные волки могут одновременно издавать два разных звука, используя для этого разные части голосового аппарата. Исследуя их вокальный репертуар, ученые разгадали смысл волчьи> звуков и, по существу, создали словарь для перевода с волчьего языка на человеческий. Красный волк, или дхоль, как его, вслед за индусами, стали называть англичане, — один из самых загадочных представителей семейства волчьих. Эти звери живут в труднодоступных горах Средней, Центральной и Южной Азии и с людьми встречаются редко. На территории России дхоли исчезли около тридцати лет назад, потом их не стало в горах Тибета. Красных волков становится все меньше и меньше, их занесли в международную Красную книгу, и зоологи очень дорожат любыми сведениями об этих животных. Московский зоопарк — один из немногих в мире, где живут и успешно размножаются четыре пары красных волков. Научный сотрудник зоопарка, кандидат биологических наук И.А.Володин вместе со своей супругой, младшим научным сотрудником, кандидатом биологических наук Е.В.Володиной, и студенткой Биологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова И.В.Исаевой решили изучить язык красных волков и узнать, какие сигналы они подают друг другу и что они означают. «Красные волки очень разговорчивы, в их вольере почти не бывает тишины, — рассказывает И.А. Володин, — поэтому работать с ними интересно и удобно». Поведение животных записывали на видеокамеру и магнитофон, а в лаборатории звуковые записи расшифровывали с помощью специальной компьютерной программы. В репертуаре красных волков ученые обнаружили сигналы одиннадцати типов. Эти звери не умеют выть, как это делают их серые родственники, они вообще не издают громких звуков, которые можно услышать издалека. Они никогда не присоединяются к хору воющих серых волков и койотов из соседних вольер зоопарка. Если в их собственной вольере ничего особенного не происходит, то, переговариваясь между собой, красные волки могут коротко и длинно вякать или тоненько пищать. Когда две волчьи семьи повздорят, звери отрывисто звонко рычат, лают как собаки, только звонче, издают шумные дребезжащие выдохи и певучие возгласы продолжительностью около 1 секунды. Эти сигналы отличаются друг от друга по частоте звуковых колебаний, продолжительности и по форме частотной 90 модуляции. Исследователи разделили все звуковые сигналы красных волков на три класса. В один класс вошли сигналы тональные, звучные, на их спектрограммах хорошо видна низкочастотная гармоническая составляющая. Ко второму классу отнесли сигналы ритмические: они получаются, когда периодически схлопываются мягкие структуры гортани во время произнесения звука, в результате появляется дополнительная вибрация, и мы слышим рычание и дребезг. Кстати, что-то подобное делаем и мы с вами, произнося звук «р-р-р». Третий класс сигналов — те, в которых есть высокочастотная составляющая, писк. Но самым удивительным оказалось то, что каждый красный волк умеет разговаривать в два голоса, то есть одновременно издавать два разных звука — тонкий писк и короткий «вяк». Высота писка околоЮ кГц, а второй звук гораздо ниже, на высоте от 0,5 до 1,4 кГц. Ухо исследователя — прибор не слишком чувствительный, двойственность этого сигнала ему незаметна, и без компьютерного анализа ее вряд ли удалось бы открыть. Если звуков два, то, должно быть, звери издают их разными частями голосового аппарата? Зоологи считают, что низкочастотный звук получается, как и у человека, из-за вибрации голосовых связок. А откуда же берется звук с высокой частотой? Разгадку этой тайны подсказали другие животные. Оказалось, то же самое умеют делать бухарские олени, некоторые из родственников наших героев — серые волки и гиеновые собаки, а также голубые мартышки. Для исполнения «верхней партии» они используют особые «вокальные губы» — дополнительные выросты на их голосовых связках. А как красные волки используют свои двухголосные возможности? Ученые предполагают, что низкочастотная составляющая несет информацию о самочувствии и настроении животного, а высокочастотная служит для того, чтобы звери могли по голосу узнавать друг друга. Изучив весь звуковой репертуар красных волков и сопоставив его с поведением животных, ученые разгадали смысл звуков, которые издают красные волки, и, по существу, создали словарь для перевода с волчьего языка на человеческий. С его помощью можно, не видя животных, точно определить, чем они заняты. Теперь станет проще наблюдать за красными волками не только в зоопарках, но и в природе, понятнее станет их поведение, а это значит, что появится больше шансов сохранить этот вид.
ЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБЪЯВЛЯЕТ На разрашку состава незамерзающей жщвсп ДЛЯ СТЕКВД АВТОМОБИЛЯ а ТребовЗнияк стеклоомывающей жидкости: температура замерзания-ЗОС; продукт не должен содержать метиловый и этиловый спирты; желательно, чтобы себестоимость одного литра готового продукта при промышленном производстве была бы примерно 5 рублей; жидкость должна иметь хорошие моющие свойства, низкое пенообразование. и нерезкий запах; соответствовать санитарно-гигиеническим нормам, действующим для подобных продуктов в РФ; компоненты для смеси должны быть легко доступными (производиться в ^fc^P больших количествах или являться отходами крупноотоннажного производства), а технология предельно проста (смешивание компонентов) галл® 28 февраля ^премия - 5ооо$ 9000$ ия 5оо$ технологии „ЦИОНАЛЬНЬ* ТЕХН' Пейавто^ Москва, ул. Долгова 6/1. Обязательно наличие опытного образца. Вся дополнительная информация по телефону: @95O45-11-83 извеД^^Г^Г enuiee cotpVAhi % ООО «СИНОР» - официальный дилер корпорации «SIGMA - ALDRICH» предлагает различные химические материалы, реактивы, приборы и лабораторное оборудование, которые производят и поставляют компании: Реактивы для естественнонаучных исследований 3JV1A Органические и неорганические реактивы для химического синтеза и микроэлектроники Специализированные реактивы для аналитических и исследовательских целей Хроматографические продукты для анализа и очистки Лабораторные реактивы для исследовательских и аналитических целей Вы можете заказать каталог любой из этих компаний или обратиться к нам по телефонам & ALDRICH ё Fluka *>SUPELCO в Нижнем Новгороде: (8312) 41-47-46; 41-36-74; 41-76-96 (тел./факс) в Москве: @95) 975-33-21; 975-40-27 представительство «ТехКэр Системе, Инк,» ДАлХИМ STRF 1КСКПЮЗИВНЫИ агент btre ^i Chemicals (USA[ p России Поставки импортных реактивов по заказам и со склада Собственное производство реактивов в лабораторных условиях и реакторах МОСТ: Фосфор-ОС*: Лиганды [для МОСТ: Растворители': Металлоцены Ti, Zr, Hf, Mg, Sr, Ba, V, Nb, Та, Mn, Fe, Co, Ni и лантаноидов, мостиковые цены, алкилметаллы (включая бугиллитий и реактивы Гринья- ра), производные дипивалоилметана Триалкил- и триарилфосфины, моно- и диалкилхлорфосфины, дифенилхлорфосфин, дифенилфосфин Дициклопентадиен, пентаметилциклопен- тадиен, дипивалоилметан Диметоксиэтан, тетрагидрофуран, гексаны, ди-н-бутиловый эфир Приведенные примеры не ограничивают список классов и соединений А также катализаторы и оптически активные катализаторы, хлориды редкоземельных металлов, фтор-ОС, алкил- и арилгалогениды, гидриды металлов (включая литийалюминийгидрид), реактивы электронной чистоты, летучие соединения для MOCVD&CVD и многое другое. Тел.: (8312) 753-772; факс: (8312) 750-799; e-mail: dalch@kis.ru, www.dalchem.nnov.ru ООО «ДАлХИМ», 603000, Нижний Новгород, А/Я 634 В сентябрьском номере за этот год, в рекламе фирмы «ДалХИМ» по ошибке оказался логотип фирмы «Aldrich»; редакция приносит извинения фирмам «Aldrich» и «ДалХИМ». 91
татьи, РАЗМЫШЛЕНИЯ АШКИНАЗИ Л. Кирпич падает из космоса. № 9, 60. ДРЕКСЛЕР К. Эрик. Проблема чуши в нанотехнологии. № 11-12, 61. ЕГОРОВ Е.Е. Трактат о реальности и вреде бессмертия. № 9, 32. ЖВИРБЛИС В.Е. Запад есть Запад, Восток есть Восток. № 11-12, 46. ЖУТИКОВ М.А. Метастазы цивилизации. № 11-12, 44. ЛЕВИЦКИЙ М. Как отличить науку от псевдонауки, или Черты научного мышления. № 8, 66; Химия и мода. № 11-12, 76. ФЕЙГЕЛЬМАН С.С. Злая норма рака № 1, 37. ХОФФМАН Роальд. Почему мы предпочитаем естественное? № 11-12, 11. ЯНКОВСКИЙ Н.К. Генэтика: что заботит Европу, а что — Россию. № 8, 12. ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ НАУКИ. МАСТЕРСКИЕ НАУКИ. КЛАССИКА НАУКИ АЛЕКСАНДРИИ В.В. Падре реанимационе. № 1, 28. АФОНЬКИН СЮ. «Ты, кровь, уймись...». № 4, 37. АШКИНАЗИ Л.А. Физика — настоящая и ненастоящая. № 2, 56. БЕЛОКОНЕВА О.С. Вакцина от рака. № 8, 18; Синтетическая жизнь — это фантастика?. № 3, 13. БОРИНСКАЯ С.А., РОГАЕВ Е.И. Гены и поведение. № 3, 20. БУРЛАКОВА Е.Б. Сверхмалые дозы в лаборатории. № 1, 22. ВАЛУЕВ Л.И., ВАЛУЕВ И.Л. Живые полимеры. № 1, 16. ВАРФОЛОМЕЕВ С.Д. «Ферменты — самые понятные катализаторы». № 10, 8. ГОМАЗКОВ О.А. Фаворит. № 11-12, 18. ЕРЕМИН В.В., КУЗЬМЕНКО Н.Е., УМАНСКИЙ И.М. Химический кинотеатр. № 4, 19. ЗИМИНА Т., ЖВИРБЛИС В. От генома до человека. № 7, 26. опубликованные в 2000 году КАМЕНСКИЙ А.А., САВЕЛЬЕВА К.В. Избыток Мо — работе мозга помеха. № 2, 16. КАХОВСКИЙ Л. Мембрана- сенсор — это не нонсенс. № 1, 24. КЛЕЩЕНКО Е. В мастерской слепого часовщика. № 2, 22; ДНК-вычислитель. № 6, 16; Свободное скрещивание укорачивает жизнь. № 10, 22. КОВАЛЬЗОН В.М. «Я вижу сны — значит, я существую!» № 2, 24. КОМАРОВ СМ. Нижегородская силиконовая долина. №1,8; Кювета со сверхкритическим флюидом. № 2, 8; Лазерная стереолитография. № 8, 38. Лазеры и световоды. № 1, 12. КОПЫЛОВИЧ М.Н. Компьютер в химической лаборатории, или Зачем попу гармонь. № 11—12, 30. Кухня погоды. № 11-12, 58. ЛАРИН И.К. Химия озонового слоя и жизнь на Земле. №7, 10. ЛЕВИЦКИЙ М. Химия как искусство. № 2, 32; Язык химиков. № 1, 50. ЛУКЬЯНОВ СМ., ЛУКЬЯНОВ Е.С. Невидимый станок из невидимых деталей. № 9, 18. МАРИХИН В.А. Синтетические металлы. № 6, 10. МАРКИНА Н. Среди мышей и медведей. № 3, 39. ПАНОВ Е.Н. Анатомия однополого секса. № 3, 44. ПОЛИЩУК A.M. Как размножается ДНК. № 8, 23. РЕЗНИК Н.Л. Об осах-паразитах, капустной моли и трансгенной капусте. № 7, 38. СПИРИН А.С Биологическая революция: угрозы мнимые и реальные. № 9, 10. ТИРАС Х.П. Виртуальный биологический музей как зеркало компьютерной революции. № 11-12, 24. ШИЛОВ А.Е. Биомиметика. № 10, 15. ПОСЛЕДНИЕ ИЗВЕСТИЯ. ФОТОИНФОРМАЦИЯ АЛЕКСЕЕВ С Как увидеть бурю. № 2, 72; О вихрях, что веют над Марсом. № 4, 66; Прогулка по астероидам. № 9, 62; Судьба любимого айсберга нашего главного художника. № 1, 66. ШЕХОВЦОВ А. Может ли самец стать матерью? № 1, 32. ЛОГИНОВ С. Квартира. № 7, 66. ПАТРУШЕВ Д. Планета собак. № 1, 62. СТАРОДУБ М. То, что ты ищешь. № 3, 68. ИСТОРИЯ СОВРЕМЕННОСТИ ШКОЛЬНЫЙ КЛУБ ИВАНИЦКИИ Г.Р. Поиск темы на юбилейном вечере. № 5, 62. КАЛЯЗИН Е.П. Энергия заблуждения. № 2, 60. КОХАНОВИЧ Н. Русский порох. № 7, 54. ФАЩУК Д.Я. В дыму отечества. № 7, 58; № 8, 58. ХМЕЛЬНИЦКИЙ Л.И. Неслужебный отчет о командировке. № 11-12, 70. ЧЕРНЫШЕВ В.П. Как обмелел Арал. № 1, 56. ПОРТРЕТЫ. КНИГИ. МИРОВОЙ БЕСТСЕЛЛЕР ЖВИРБЛИС В. Динамика неоднозначного. № 1, 55. КОВНЕР М.А. Ганс Гельман и рождение квантовой химии. № 5, 58. Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский. № 9, 36. ПОЛИКАРПОВ Г.Г. Штрихи воспоминаний о Николае Владимировиче Тимофееве- Ресовском. № 9, 37. СКУЛАЧЕВ В.П. Ларе Эрн- стер — просто член Нобелевского комитета. № 3, 10; Четыре жизни академика Баева. № 6, 60. СОНИН А.С. Максимумы Георгия Вульфа. № 3, 64. ХОФФМАН Р. Фриц Габер - жизнь в химии. № 10, 38. ЧЕРНИКОВ А.М. Превосходящий Цельса. № 10, 32. ЛИТЕРАТУРНЫЕ СТРАНИЦЫ. ФАНТАСТИКА БЕЛАШ А. Гаргульи. № 5, 66. БЕРЕНДЕЕВ К. Как это было. № 6. 64. КЛЕЩЕНКО Е. Лишний час. № 2, 62. КРУТСКИХ К. Новый Пигмалион. № 11-12, 81. ЛЕБЕДЕВ П. Переселите вашу душу. № 9, 64. ЛЕ ГУИН Усула. Апрель в Париже. № 4, 60. ЛОБАРЕВ Л. Профессионал. № Ю, 66. ГОЛЬДФАЙН И.И. Когда горячая вода замерзает быстрее, чем холодная? № 2, 55. ЕРЕМИН В.В., КУЗЬМЕНКО Н.Е. Вступительные экзамены по химии в Московский университет—1999. № 3, 60. Задачи на Земле и вокруг нее. № 6, 56. Задачи Соросовских олимпиад. № 11-12, 64. Задачи Соросовской олимпиады по биологии. № 10, 62. ИЛЬИН И. Сюрпризы грамицидина. № 9, 58. КАНТОР Б.З. Притяжение к зеркалу. № 3, 62. ЛЕЕНСОН И.А. Коррозия металла. № 11-12, 66; «Мисс Милли Метр». № 10, 64; Химические рекорды. № 9, 56. НАМЕР Л. Газ проходит сквозь стенку. № 6, 59; Что происходит при включении. № 4, 50; Он горячий и светится. № 1, 48. Олимпиада Химфака МГУ. № 1,47. «Он сам был нашей первой Академией...». № 4, 51; № 5, 54 ОРЛОВ Е.В. Стойкий оловянный солдатик. № 5, 57. СЕРГЕЕВ СМ. Вращающаяся батарейка из натрия и воздуха. № 2, 52. Телетестинг. № 2, 55. Химия по-гречески. № 2, 54. ЧЕРНИКОВ A.M. Химия в тени пирамид. № 1, 46. РАССЛЕДОВАНИЕ АРТАМОНОВА В. Круговорот проблем в природе. № 6, 33. ГРЕБЕННИКОВ B.C. Тайна сныть-травы. № 6, 42. КЛЕЩЕНКО Е. Как отвратительно в России по утрам. № 4, 28. СОКОЛОВ Д.Д. «Рыбацкие истории» ботаника. № 5, 48. СОНИН А.С. Откровения Эдгара По. № 1, 53.
ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ ЛЮБВИ БУЛЫЧЕВ Кир. «Я — дилетант-рецидивист». № 8, 56. ТРАВИН А.А. Мы с тобой одной крови, или Генетическое Монте-Карло. № 6, 22. А ПОЧЕМУ БЫ И НЕТ? ГИПОТЕЗЫ БАГОЦКИЙ СВ. Загружающийся интеллект. № 9, 42. КУЛИКОВА О., ШЕХОВЦОВ А. О ведущей роли хвоста в эволюции. № 11-12, 56. ЛЕВИЦКИЙ М. Элементоло- гия. № 4, 53. МЕХНИН А. Сказание о Змее Горыныче — двигателе прогресса. № 1, 58. СЕРГЕЕВ В. Жизнь до жизни? № 1, 31. ЧЕРНОСВИТОВ П.Ю. Как летали в мезозое. № 11-12, 50. ВЕЩИ И ВЕЩЕСТВА АШКИНАЗИ Л. Пора экономить энергию. № 5, 20. БЛАГУТИНА В., КОМАРОВ С. Технология Re. № 9, 26. ВЕТРОВ П.Н. Зачем рений сыпят в жаропрочку. № 9, 28. КАНТОР Б.З. Агат и его загадка. № 6, 52. КОРНИЛОВ М.Ю. Фуллерен — 2000. № 10, 45. КУЛИК А.В. Все живое завязано нитью. № 11-12, 32. КУЛИКОВА О., ШЕХОВЦОВ А. Слоистый камень. № 4, 42. НАМЕР Л. Экономия материалов. № 7, 20. НОВГОРОДОВА М.И. Магний — самородный, как золото. №7, 18. РЕЗНИК Н.Л. Такие естественные цвета. № 2, 36. ХАЧОЯН А.В. Несмертельное оружие и политическая корректность. № 10, 40. ТЕХНОЛОГИЯ И ПРИРОДА. РЕСУРСЫ. С МИРУ ПО НИТКЕ АРТАМОНОВА В. Богиня цветов в городе. № 7, 46. АСТРИН А.В. Наблюдение за наблюдающими. № 11-12, 30. КОМАРОВ СМ. Искусственные объекты наномира. № 5, 10. КОМАРОВ СМ. Эксперименты на станции «Мир». № 4, 10. КОХАНОВИЧ Н. Еще о живых полимерах. № 3, 17. КУЛИКОВА О., ШЕХОВЦОВ А. Ядерные привидения Арктики. № 6, 30. ЛАРИН В.Н. Водородная энергетика: пора бурить скважины. № 10, 46. МАЩЕНКО Е.Н. Последние мамонты Русской равнины. № 8, 32. НАЦКИЙ К.В. Энтомолог в музее. № 8, 42. СТРЕЛЬНИКОВА Л. Вода на земле. № 3, 27. ТЕРЕЩЕНКО П.В. Черви- мелиораторы. № 7, 42. ШАДЕРМАН Ф.И. Рений из вулкана. № 9, 22. ЗЕМЛЯ И ЕЕ ОБИТАТЕЛИ. ЖИВЫЕ ЛАБОРАТОРИИ. ИЗ ДАЛЬНИХ ПОЕЗДОК. МУЗЕИ. ЭКСПЕДИЦИИ АВДОНИН В. Незаметные полчища. № 8, 48. АРТАМОНОВА В. Начертания на скалах. № 10, 52. АФОНЬКИН С, ДУНАЕВА Ю. Проклятие фараонов на кухне. № 6, 38. АФОНЬКИН СЮ. Саблезубые сосиски. № 1, 41. БЕК ТА Юность моря. № 2, 41. КРАСНОВА Е. Трагическая дружба людей и тюленей. № 11-12, 41. МАЗУРЕНКО М.Т. Лавровишня лекарственная. № 6, 44; Лук победный, лук медвежий. № 4, 47; Прогулка по тундре. № 10, 58. НЕСИС К.Н. Портрет каракатицы в поляризованном свете. № 5, 40. ОГАНЕЗОВА Г.Г. Страна несорванных цветов. № 2, 46. САДОВСКИЙ А.С. Быль про русский окопник. № 8, 51. ЧЕГОДАЕВ А. Знаменосцы пустыни. № 9, 52. БОЛЕЗНИ И ЛЕКАРСТВА. ЗДОРОВЬЕ АКОПЯН В.Б. Янтарное ожерелье здоровья. № 5, 28. АЛЕКСАНДРИИ В. В. «Дельта- волны» — ритмы иного. № 3, 50; Мигреневый шунт. № 7, 34; Чикатилепсия. № 11-12, 37. АФОНЬКИН СЮ. Настоящее свинство! № 5, 32. АШКИНАЗИ Л. Диагноз дома. № 9, 46. МАКСИМОВ В.И., РОДОМАН В.Е. Углеводы против диабета. № 5, 25. МАРКИНА Н.В. Фармакологи повторяют природу. № 7, 30. НЕСВЕТОВ А.М. Рак под микроскопом: катастрофа или надежда? № 1, 33. ПРОЗОРОВСКИЙ В.Б. Лауреаты и виагра. № 2, 19. СИЛКИН Б. Отчего умер Пе- рикл? № 4, 27. СКРУПСКИЙ В.А. В здоровом теле — здоровый выдох! № 4, 24. ФЕЙГЕЛЬМАН С.С. Реабилитация гноя. № 4, 33. ХАТУЛЬ Л. Медицина, которая выводит. № 6, 46. ХОКЛИ Э. Защитная окраска против нейродегенерации. № 10, 28. РАДОСТИ ЖИЗНИ АРТАМОНОВА В., ШАЛАЕВА Т. Чудо батика. № 3, 55. ДИЕВ М. Цветы придорожные. № 9, 54. ЛЕВИЦКИЙ М. Искусство стендовых докладов. № 3, 70. СМЕЛОВА В. Любовь к пеларгониям. № 5, 45. КОРОТКИЕ ЗАМЕТКИ Артамонова В. Звезды и судьбы мидий. № 11-12, 94. БОТВИНЮК У. Если звездочки зажигают... № 4, 70. ГОЛУТВО И. Под защитой культуры. № 2, 70. ЖИТНИКОВА М. Музыка снега и дождя. № 2, 71. ЛАЗАРЕВА О. Ешьте медленно! № 9, 70; Культурные обезьяны. № 3, 74; Прозревшие рыбы. № 10, с. 70. ЛОЗОВСКАЯ Е. Астма и парацетамол. № 5, 70; Женщина и стресс. № 9, 70; Ошибка практичных европейцев. № 5, 70; Пленка — индикатор микробов. № 6, 70; Резина против бактерий. № 7, 70; Реквием и лихорадка. № 3, 75. МАРКИНА Н. Генетика против тараканов. № 6, 70; Шимпанзе-кулинары. № 10, 70. РЕЗНИК Н. Прощание с крыльями. № 1, 70. РКЛИЦКАЯ И. Охотник и фазаны. № 8, 70. РЫНДИНА О. Вирус Эбола — разгадка близко? № 1, 71; Научим панд любви! № 8, 70. ТЕЛЬПУХОВСКАЯ О. Плохие новости для угонщиков. № 7, 70; Роботы-полицейские. №4, 71. Шеховцов А. Паразитов — на диету! № 11-12, 95. Во всех номерах этого года в разделе «ИнформНаука» мы публиковали сообщения об исследованиях российских ученых. Но это лишь малая часть того, что готовит агентство «ИнформНаука». Ваша организация может каждую неделю получать по электронной почте пакет свежих научных новостей с полными координатами исследователей. Для этого надо лишь подписаться на услуги агентства «ИнформНаука». Звоните: 267-54-18. Пишите: textmaster@informnauka.ru
Пишут, что. КОРОТКИЕ ЗАМЕТКИ Звезды и судьбы мидий Мидии — продукт деликатесный. Но вкусовые и питательные свойства этого моллюска ценят не только люди: аппетитные двустворчатые составляют основу рациона морских звезд. Проблем с едой у этих хищниц обычно не бывает: мидии селятся повсюду, где ощущаются приливно-отливные течения. Главное, чтобы крохотной личинке было за что зацепиться: если ей доведется осесть на что-нибудь твердое, то никуда она с места уже не сдвинется. Так и просидит моллюск на каком-нибудь камушке всю свою 10—15-летнюю жизнь, фильтруя воду и потихоньку увеличиваясь в размерах. Если, конечно, не доберутся до него те, кто желает полакомиться вкусным содержимым его раковины. Чтобы не отбирать пищу у морских звезд, человек придумал разводить мидий для своих нужд на искусственных субстратах. «Мидиевая ферма» — это что-то вроде понтона, с которого свешиваются в воду канаты, не достающие до дна. Если место выбрано правильно, они быстро обрастают моллюсками и через пять-шесть лет оказываются увешанными роскошными друзами крупных аппетитных мидий. Значит, пришло время урожай собирать. Однако заметили биологи: мелкие какие-то моллюски вырастают на конце такой грозди. А уж как друг за друга держатся — не растащить! С чего бы вдруг? И специалисты из Зоологического института РАН (Санкт- Петербург) догадались, в чем тут дело. Оказалось, что замедленный рост мидий, болтающихся возле самого дна — это реакция на опасность. Дело в том, что мидии, как и любые другие организмы, выделяют в воду продукты своего обмена, которые разносятся течениями и привлекают морских звезд. Любительницы деликатесов сползаются к мидиевой ферме, но добраться до заветной еды, понятное дело, не могут — ведь плавать они не умеют, только по дну ползают. «Видит око, да зуб неймет», — сказали бы мы, если бы речь шла о существах, имеющих глаза и зубы. Но мидии, в свою очередь, близость звезд тоже ощущают. Продукты обмена врага служат для них сигналом к тому, чтобы прекратить питание и выделение. Почувствовав угрозу, моллюск закрывает створки, давая понять хищнику, что он ошибся, и поблизости ничего съедобного для него нет. Но мидия, которая плохо питается, не может хорошо расти! Так что постоянный стресс никому не идет на пользу — ни человеку, ни моллюску. В.Артамонова 94 ...первые варяги на Руси — это не скандинавы, а русы — южноильменские словене («Известия АН, серия Географическая», 2000, № 3, с.87)... ...в настоящее время разрабатывают различные сценарии полета человека на Марс, в которых длительность экспедиции может быть от 425 до 1500 земных суток («Авиакосмическая и экологическая медицина», 2000, № 3, с.7)... ...теорема Геделя о неполноте формальных систем — самое важное достижение математической логики в XX веке («Вопросы философии», 2000, № 6, с.92)... ...из 170 атомных подводных лодок, выведенных в СССР и России из боевого состава, 110 остаются на плаву с невырезанным реакторным отсеком и не вы груженным отработанным ядерным топливом («Вооружение.Политика. Конверсия», 2000, № 3, с.28)... ...ядра комет по своему составу и строению наиболее близки к первичному веществу протопланетной туманности («Письма в Астрономический журнал», 2000, № 7, с.549)... ...каждый месяц в плотные слои атмосферы Земли входят от 5 до 30 отработанных космических аппаратов и их фрагментов («Космонавтика и ракетостроение», 2000, № 18, с.7)... ...вклад селекции в повышение урожайности важнейших сельскохозяйственных культур за последние 30 лет оценивают в 30—70% («Сельскохозяйственная биология. Серия Биология растений», 2000, № 3, с.З)... ...наиболее распространенные недуги, вызываемые мобильными телефонами, — это сильные головные боли, звон в ушах, чувство жара на коже лица («Экология и природные ресурсы», 2000, № 5, с.45)... ...некоторые белки по форме и структуре похожи на нуклеиновые кислоты, и это служит примером макромо- лекулярной мимикрии («The EM ВО Journal», 2000, т. 19, с.489)...
Паразитов — на диету! Без витаминов мы бы погибли. Многие из них человеческий организм синтезировать не умеет, но, к счастью, небольшие количества нужных молекул обычно присутствуют в пище и не дают нам выйти из строя. Но если их слишком мало — мы болеем. Подобные «слабые места» есть и у других организмов, в том числе у насекомых и грибов. Например, фитофторе, известному вредителю картофеля и томатов, совершенно необходимы стерины, а получить их гриб может только из растения, на котором он паразитирует. Эту особенность фитофторы ученым из Санкт-Петербургского университета удалось использовать на благо сельского хозяйства: они вывели сорт картофеля, который не производит стерины вообще и, стало быть, устойчив к заболеванию. Интересно, что на этот раз в генетике картофеля исследователям не пришлось ничего менять целенаправленно: растения с новыми свойствами вырастили из отдельных клеток, уже обладавших нужными качествами. Эти клетки просто отобрали из культуры ткани картофеля, растущей на питательной среде. В разгар работы ученые едва не лишились драгоценных растений. Грядки с бодрой зеленой ботвой слишком уж выделялись на поле, сплошь пораженном фитофторой, и почти весь экспериментальный урожай похитили злоумышленники из близлежащей деревни. Но зато благодаря этому происшествию отпала необходимость проверять безопасность нового сорта картофеля для человека — никаких жалоб на здоровье от похитителей не поступило. Результаты, полученные учеными из Петербурга, не могут не радовать. Ведь из них следует, что, придерживаясь диеты, помогающей уберечься от склероза сосудов, мы попутно боремся с домашними насекомыми! Будем надеяться, что распространение продуктов без холестерина нанесет удар тараканам. Для линьки им, закованным в хитиновый панцирь, необходимы стероидные гормоны, предшественниками которых служат все те же стерины. Если в пище насекомых не будет этих веществ, то они не смогут линять и постепенно вымрут или, по крайней мере, сильно измельчают. А.Шеховцов 95
А.А.ПОЛЕЖАЕВУ, гор.Клин: Быстро очистить замерзшее оконное стекло можно с помощью крепкого раствора поваренной соли в холодной воде (две столовые ложки на стакан); протирайте стекло этим раствором, пока не сойдет лед, затем вытрите сухой мягкой тканью. П.А.СМИРНОВУ, Санкт-Петербург: Настоящие боевые кольчуги делали из склепанных и наглухо сваренных колечек; современное декоративное кольчужное плетение делают по упрощенной технологии: кольца просто сжимают плоскогубцами. П.Н.РАДЕЦКОЙ, Москва: Самостоятельно подбирать дозу витамина D для маленького ребенка нельзя, D — это не аскорбинка, гипервита- миноз тут серьезный; если вы так сильно опасаетесь рахита, побольше гуляйте с ребенком — этот витамин синтезируется в организме под воздействием солнечного света, даже в пасмурную погоду. С.А.КОЗОРЕЗ, гор. Люберцы: Во время химической завивки внутри каждого волоса протекает реакция, в нормальных условиях необратимая: разрываются ковалентные связи между атомами серы, соединяющие параллельные цепочки белка кератина, и образуются новые связи между другими парами аминокислот после того, как волосам придадут форму и обработают их окислителем. А.С.БУТЮГИНУ, Омск: Самый простой способ проверить показания уличного термометра — положить лед в кастрюлю с водой, опустить в воду термометр и, время от времени помешивая, дождаться, пока температура перестанет понижаться; если термометр при этом покажет, например, +2, это значит, что он завышает температуру на 2 градуса. Е.А.КРУЛЮ, Самара: Активные вещества, содержащиеся в чае, — теофиллин, а также (в меньших количествах) кофеин и теобромин; тан- нины — дубильные вещества, тонизирующими свойствами не обладают, но в умеренных дозах полезны. М.М.Ремизову, Рязань: Автомобильные краски типа «металлик» считаются особо шикарными не только из-за их красоты, но и потому, что технология их нанесения включает высокотемпературную обработку; чтобы избавиться от царапины на двери, нужно либо снимать дверь, либо менять машину — аэрозольным баллончиком тут не обойдешься. Н.В.ТАРЫШКИНОИ, Москва: Елочные игрушки до революции не красили золотой краской, а золотили; в наше время листочки сусального золота для личного пользования раздобыть непросто; делать нечего, придется встречать новый век с акриловыми красками и радужной гологра- фической бумагой... ВСЕМ НАШИМ ЧИТАТЕЛЯМ: Если вы не успели подписаться на «Химию и жизнь» на почте, можете это сделать в редакции, получится дешевле. С новым годом, столетием, тысячелетием! Первого января 2001 года наступает не только новый год и новое столетие, но и новое тысячелетие, с чем мы и поздравляем наших читателей. За два последних года всем уже набили оскомину публикации о точной дате этого события A января 2000-го или 2001 года?). С научной точки зрения задача поставлена просто некорректно, поскольку единой системы летоисчисления нет, а общепринятая страдает глубокими внутренними противоречиями. Чего стоит лишь отсутствие нулевого года и тот факт, что порядковые номера лет до нашей эры возрастают при удалении в прошлое, в то время как счет месяцев и дней недели в них идет вперед! Но речь пойдет не об этом, а о некоторой исторической традиции. Оказывается, споры о начале столетия возникают регулярно (и столь же регулярно забываются), как только в календаре появляются круглые даты. Сто лет назад, в 1900 году, журнал «Nature» писал о газетной шумихе по этому поводу и напоминал читателям, что еще при наступлении XIX века, в 1800 году, когда споры о дате тоже приняли ожесточенный характер, окончательное решение было принято заведующим кафедрой астрономии Парижского университета, знаменитым астрономом Жеромом де Лаландом. Тогда он назвал первым днем столетия первое января 1801 года. При обсуждении выяснилось, что аналогичные дебаты горели еще в 1700 году. 96
дШшм1В1ша ПКО «ЖЕЛДОРИНСТРУМЕНТ» Адрес: 101000, е. Москва, ул. Маросейка, д. 1011, офис 98 Тел./факс: @95) 924-0929, 924-1628, 924-8271, ж/д 2-3215 Интернет: http://www.gdi.ru E-mail: info@gdi.ru ПКО «Желдоринструмент» представляет объединение фирм, обеспечивающих предприятия, работающие в различных отраслях промышленности, продукцией производственно - технического назначения: • гидравлическим, электрическим, ручным путевым инструментом и ЗИПом к нему; • путевыми машинами, ж ,д „ техникой и оборудованием, подвижным составом и запчастями, и комплектующими к ним; • материалами верхнего строения пути, стрелочными переводами, деревянными и ж.6. шпалами и брусом, резиновыми ж .д, переездами; • приборами и оборудованием сигнализации, централизации, блокировки и связи железнодорожных переездов; • станочным парком локомотиво- и вагоноремонтных заводов, депо и промышленных предприятий; обрабатывающим и абразивным инс трументом, ма териалами и оснасткой ; • железнодорожными средствами связи; • штампами и пресс формами, прессами и гидроцилиндрами; • подшипниками ка чения, свободными деталями ; • гербицидом "Раундап" - для уничтожения травянистой и древесно-кустарниковой растительности на промышленных и железнодорожных объектах; ф ручными, гидравлическими и электрическими приспособлениями, тяговым и подъемно-транспортным оборудованием, инструментом, и запасными частями к ним; • измерительными, контрольными, поверочными приборами контроля и аппаратурой; стендами для испытаний и проверки; • рукавами и шлангами высокого давления; зинотехническими деталями и изделиями; рукава* ми соединитель- ными для подвижного состава и элек тропоездов; • фильтрами, фильтрующими элементами, тканными сетками; ручными, электро- и гидрнасосами; • станками, установками, приспособлениями для обработки, резки, сварки металлов, сплавов из них, металлоизделий ; • спецодеждой; • пожарными, сигнальными и пиротехническими материалами, оборудованием и средствами; • электрическими кабелями и проводами специального и обще-промышленного назначения, эмаль проводами; электротехническими приборами; контактной аппаратурой; • вентиляторами, вентиляционными, охлаждающими и отопительными системами, устройствами, агрегатами; • углем, ГСМ, смазками, лакокрасочными материалами; • Лесо-, пиломатериалами, изделиями из древесины; станками и оборудованием для лесопереработки; • диаграммной бумагой и дисками в полном ассортименте реестровых номеров; • нестандартным оборудованием и инструментом; энергосберегающими разработками, проектами, устройствами; • нормативной базой по промышленному транспорту; норма тивно-пра вовыми документами, а также оказывает следующие услуги: • ремонта, строительства и замены подъездных и подкрановых путей; • ремонт и капитального ремонт подвижного состава; • капитальный ремонт, восстановление и модернизация дизелей, электродвигателей, турбокомпрессоров; • монтаж локальных вычислительных сетей, модернизация и ремонт компьютерной и оргтехники ; • сбор и утилизация отработанных масел, промышленного мусора и отходов. ПКО "Желдоринструмент" выполняет весь комплекс работ от проектирования до сдачи "под ключ" и сервисное обслуживание после ввода в эксплуатацию. При этом обеспечивает выполнение всего комплекса строительных, монтажных и пуско- наладочных работ, изготовление и поставку необходимых материалов, изделий, оборудования. Ведущими предприятиями в объединении являются ООО «Желдоринструмент», ЗАО «Камек», ООО «Транскомплект», 000 «Путь». ациавЕЕЕпшап^^
» КОНТАКТ-СЕРВИС Научно-консалтинговое Предприятие Контакт-Сервис уже более девяти лет работает в России и на международном рынке в области тонкого органического синтеза. Среди своих основных приоритетов Контакт-Сервис выделяет поддержку отечественных научных коллективов, объединение их деятельности в рамках программ широких исследований биологической активности проводимых совместно с крупнейшими фармацевтическими и агрохимическими корпорациями в области N, О, S гетероциклических соединении. ПРИГЛАШАЕМ ВАС ПРИНЯТЬ УЧАСТИЕ В НАШИХ ПРОГРАММАХ: • Комбинаторика Предприятие Контакт-Сервис предлагает химикам-органикам синтезировать библиотеки (ряды) соединений путем варьирования радикалов. Значения радикалов согласуются заранее. Таким образом, все запланированные соединения после их синтеза принимаются без дополнительных выборок. Возможна работа как по авторским идеям, так и по предложениям Предприятия Контакт-Сервис. Для работы могут быть предоставлены реактивы. •Заказная наработка исходных веществ (билдинг-блоков) Предприятие Контакт-Сервис заинтересовано в наработке исходных веществ, которые в дальнейшем могут быть использованы в качестве реагентов комбинаторного синтеза. Такие соединения дожны содержать реакционноспособные группы, например: - СООН, -S02CI, -NH2, -NH-R, -С@)Н и др. •Химические библиотеки Для работы по этой программе Предприятие Контакт-Сервис просит присылать списки органических соединений, как имеющихся в наличии, так и тех, которые могут быть синтезированы в короткое время A-2 месяца). При выборке предпочтение отдается соединениям, содержащим гетероциклические фрагменты и фармакофорные заместители, например: -СООН, CONFLR^, -COOR, -N(Alk)~ (Alk=C1-C-4), -OAIk(Alk=C1- C4),-SO?NHR,-OH,nflp. PL j* 141700, г. Долгопрудный, Московской области, Страховой участок, а/я 32 Тел: @95) 408-8051 ;Факс: @95) 576-0155. E-mail: contservice@contservice.ru www.chemrar.r