Текст
СТ^
П
т
о о
ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ
аор Я5? (а
1й1
&
штштшт
АПРЕЛЬ 2023
<5"
-v"4
<т>
%
Xr\J
\л}' *
ДОМАШНЯЯ
ЛАБОРАТОРИЯ
Научно-практический
и образовательный
интернет-журнал
Адрес редакции:
homelab@gmx.us
Статьи для журнала направ-
лять, указывая в теме пись-
ма «For journal».
Журнал содержит материалы
найденные в Интернет или
написанные для Интернет.
Журнал является полностью
некоммерческим. Никакие го-
норары авторам статей не
выплачиваются и никакие оп-
латы за рекламу не принима-
ются.
Явные рекламные объявления
не принимаются, но скрытая
реклама, содержащаяся в
статьях, допускается и даже
приветствуется.
Редакция занимается только
оформительской деятельно-
стью и никакой ответствен-
ности за содержание статей
не несет.
Статьи редактируются, но
орфография статей является
делом их авторов.
При использовании материа-
лов этого журнала, ссылка
на него не является обяза-
тельной, но желательной.
Никакие претензии за не-
вольный ущерб авторам, за-
имствованных в Интернет
статей и произведений, не
принимаются. Произведенный
ущерб считается компенсиро-
ванным рекламой авторов и
их произведений.
По всем спорным вопросам следу-
ет обращаться лично в соответ-
ствующие учреждения провинции
Свободное государство (ЮАР).
При себе иметь, заверенные ме-
стным нотариусом, копии всех
необходимых документов на афри-
каанс, в том числе, свидетель-
ства о рождении, диплома об
образовании, справки с места
жительства, справки о здоровье
и справки об авторских правах
(в 2-х экземплярах).
Nft
ЩжШ П-П
- - ^
СОДЕРЖАНИЕ
Из истории растительных династий
Начала органической химии
Статистика котиков
Годитесь ли Вы в химики?
Аналитическая химия металлов
Некоторые методы органической химии
Встраиваемый счётчик наработки
Семисегментный индикатор
Микроплазменный сварочный аппарат
Апрель 2023
История
Ликбез
из
133
Химичка
204
258
272
Электроника
292
298
Техника
320
Технология выращивания грибов (продолжение)
Технологии
340
Второй мозг
Блэкаут
Мышление
383
Литпортал
485
Разное
Указатель физических эффектов (окончание)
Не злите химика
575
619
НА ОБЛОЖКЕ
Рисунок к публикации «Статистика котиков».
История
ИЗ ИСТОРИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ ДИНАСТИИ
Мейен СВ.
ГЛАВА I.
ПЕРВЫЕ
ПОСЕЛЕНЦЫ
"... Произведения природы и искусства
нельзя изучать, когда они готовы;
их нужно уловить в их возникновении,
чтобы сколько-нибудь понять их".
И. Гёте
С тех пор как в палеоботанику начали проникать идеи эволюции, наиболее ран-
ние страницы истории растительного мира не оставляют исследователей в покое.
Та особенность человеческого мышления, которую называют "стихийной диалекти-
кой" , заставляла палеоботаников все пристальнее присматриваться к самым древ-
ним "документам", чтобы понять, с чего же все началось. Но древнейшие остатки
растений, при всей их научной ценности, до сих пор остаются наиболее загадоч-
ными. О них уже много известно, но главный вопрос остается без ответа. Даже
примерно нельзя сказать, как и какие растения впервые вышли на сушу, были ли
у растительного царства свои Адам и Ева или у него было много основных кор-
ней. От вопроса "почему?" сейчас лучше вовсе отказаться. Отвечая на него, мы
пока не можем вырваться за пределы логически возможных, но не наблюдавшихся
вариантов.
С изучением первых поселенцев суши палеоботаники не спешили. Неказистые на
вид обрывки долго не будили воображение, которому без тонкой техники исследо-
вания и разгуляться было негде. Чаще случалось так: найдут отпечаток, опишут
его под новым латинским названием и снова возвращаются к привычным коллекци-
ям. Эта история знакома археологам. Сколько потребовалось лет, чтобы останкам
доисторических людей стали уделять столь же большое внимание, что и памятни-
кам древнего Рима!
Перелом в отношении к первым наземным растениям наступил лишь в начале 20-х
годов XX века. Все решил случай. В местечке Райни в Шотландии геолог Макки
обнаружил в каменном заборе кусок породы с остатками растений удивительной
сохранности. Геологу, хорошо знавшему, какие породы встречаются в районе Рай-
ни , довольно быстро удалось найти место, откуда был родом этот камень. Была
собрана большая коллекция, которая попала в руки двух видных английских па-
леоботаников Р. Кидстона и В. Лэнга. В течение пяти лет (1917-1921 гг.) выхо-
дили в свет описания найденных в Райни растений, и о них теперь знает каждый
палеоботаник. С этих растений начинаются учебники, справочники и популярные
книжки.
Мы тоже не упустим случая рассказать о них, но не из поддержания традиции,
а по той простой причине, что шотландские находки до сих пор остаются самыми
показательными и безукоризненно изученными.
Окаменевшее
болото в Райни
В первой половине девонского периода (почти 400 млн. лет назад), когда в
Приуралье закладывались вместилища для нефтяных полей Второго Баку, в Райни
было небольшое болото с многочисленными, но однообразными растениями (рис.
1). Кидстон и Лэнг насчитали здесь три рода (не считая одной водоросли). Два
из них, риния (рис. 2) и горнеофитон, имели невысокие, не больше метра, голые
стебли с ползучим корневищем, на концах стеблей - мешочки с микроскопическими
спорами (спорангии), которые высеивались и давали начало новому поколению го-
лых стеблей. Третий род (астероксилон) имел стебли с мелкими шиловидными лис-
точками. Внутреннее строение всех этих растений оказалось столь же простым,
что и внешний вид.
Кидстон и Лэнг своих подопечных поместили в новую группу, которую назвали
"псилофиты" - по названию рода Psilophyton (по-гречески "псилос" - голый,
"фитон" - растение), он тоже вошел в эту группу. Псилофитон был найден в де-
вонских породах Северной Америки и описан Доусоном еще в 1859 г. , но только
через 60 лет вспомнили об этой, почти не замеченной в свое время находке.
Публикация шотландских материалов стала для палеоботаников и для всех, кто
интересуется историей растений, настоящей сенсацией. Казалось, что спала за-
веса с одной из главных загадок. В теоретических работах замелькали генеало-
гические древеса растительного царства, в корнях которых неизбежно стояли
псилофитон и трио из Райни. Увлечение было столь значительным, что как-то ус-
кользал от внимания возраст шотландских находок. Ведь они не самые древние. В
более ранних отложениях тоже встречаются растения, причем значительно более
сложно устроенные ("продвинутые"). Все же скептические настроения, сопровож-
дающие каждую сенсацию, постепенно всплыли на поверхность. В 1954 г. бельгий-
ка Сюзанна Леклерк, авторитетный специалист по древнейшим растениям, выступи-
ла со статьей, весьма симптоматично озаглавленной: "Являются ли псилофиты ис-
ходной или конечной точкой?4. На первый взгляд нелепый вопрос. О какой конеч-
ной точке может идти речь, когда перед нами примитивные древние стебли с не
менее примитивным внутренним строением? Продолжая аналогию с археологией дои-
сторических времен, вопрос Леклерк можно представить примерно так: "Были ли
древние каменные неотесанные рубила и молотки начальной или конечной точкой в
развитии человеческих инструментов?".
—-- ■-*&?■
Рис. 1. Европейский ландшафт в раннедевонскую эпоху.
(horizontal
undero/ourx)
stem)
Рис. 2. Риния из девонских отложений Шотландии: реконструкция
внешнего облика, на концах веточек сидят спорангии.
Однако эта аналогия уже неправомерна. Скепсис во взглядах Леклерк и ее еди-
номышленников не был случайным, хотя в первое время его приняли всерьез не-
многие .
Почему
сомневалась
Сюзанна Леклерк?
Среди палеоботаников (как, может быть, и вообще естествоиспытателей), оста-
вивших существенный след в своей науке, встречаются две разновидности. Одни
изучили за свою жизнь множество коллекций из разных уголков земного шара, ос-
тавили массу трудов, справочников, учебников, организовывали конгрессы, воз-
главляли школы. Какими бы растениями ни занимался палеоботаник, мимо работ
таких предшественников он не пройдет, настолько широка была сфера их влияния.
Вторая разновидность палеоботаников - это те, которые в течение всей жизни
работали над сравнительно узкой темой и нарисовали картину с исчерпывающей
детальностью. Они не всегда широко известны, но именно они заложили фундамент
палеоботаники.
Сюзанна Леклерк относится ко второму типу исследователей. Некоторое время
она изучала анатомическое строение растений каменноугольного периода в уголь-
ных почках (о них мы будем говорить в особой главе), а затем переключилась на
девонские растения Бельгии, которыми и занимается уже добрых три десятка лет.
Статьи и монографии Леклерк - незаменимое пособие для всех специалистов по
древнейшим растениям. Самые важные открытия она сделала без особо сложной
техники. Главными инструментами в ее руках были крепкая стальная игла и ма-
ленький молоток.
Рис. 3. Такими фотографиями и рисунками С. Леклерк иллюстрирова-
ла свои микрораскопки спорангиев прапапоротника.
Остатки ископаемых растений - не всегда плоский, выгравированный на породе
рисунок из жилок. Иногда ветка со спорангиями и мелкими сучками постепенно
затягивалась илом и сохранила свой первоначальный объем. На сколе породы ви-
ден срез в одной плоскости, а что делается внутри образца - неизвестно. Воо-
ружившись иглой, фотокамерой и поистине женским терпением, С. Леклерк милли-
метр за миллиметром вскрывала породу, высматривала, куда идет ответвление
сучка или сложно ветвящаяся ножка спорангия. Все стадии своих микрораскопок
она тщательно зарисовывала и фотографировала. Постепенно выявлялась объемная
модель растения во всех деталях (рис. 3 и 4). Хотя Леклерк изучала ровесников
шотландских растений и даже их предшественников, то и дело перед ней вставали
значительно более развитые, далеко не примитивные формы. Ею и другими палео-
ботаниками были изучены девонские растения из разных мест. Некоторые растения
изображены на рис. 3 и 4. Стебли прихотливо ветвятся, спорангии собраны в ак-
куратные колоски, внутреннюю часть ствола заполняют сложные ткани. Иногда все
эти более сложные растения зачисляются палеоботаниками в псилофиты, но это
делается скорее из уважения к их возрасту, чем на основе ботанических аргу-
ментов . Складывалась весьма своеобразная ситуация. Самые древние растения по
своей сложности превосходили шотландские или, в лучшем случае, стояли на од-
ном с ними уровне.
Рис. 4. Девонский прапапоротиик (Rhacophyton) с очень сложным
ветвлением стеблей.
Какими же
были первые
поселенцы?
Осторожные исследователи, не склонные быстро отказываться от сложившихся
взглядов, смотрят теперь на растения из Райни как на выжившие в течение дол-
гого времени прототипы. Они, дескать, нашли себе подходящее убежище, в кото-
ром и спрятались от конкурентов, лучше приспособленных в других местах. Соот-
ветственно псилофиты по-прежнему представляются неизбежной стадией, которую
растения, так или иначе, должны были пройти, переселяясь на сушу.
Этой точки зрения придерживаются сейчас многие палеоботаники, может быть
даже большинство. Они считают, что растения типа ринии (но не обязательно са-
ма риния из Райни) - исходная точка в развитии всех наземных растений. В ходе
эволюции побеги все сильнее ветвились, постепенно выделялся главный ствол,
который приобретал более сложную и иную, чем у боковых ветвей, внутреннюю
структуру. Боковые ответвления уплощались, срастались и превращались в ли-
стья. В различных направлениях перемещались и спорангии. Так мы приходим ко
все более сложным потомкам, заселившим теперь континенты. А болото в Райни
просто оказалось заповедником для прародителей. Домом для престарелых.
Сторонники другой точки зрения (к ним принадлежит и Леклерк) приводят в
пример одно весьма примечательное тропическое растение псилот (Psilotum, рис.
5). Это лиана с тонкими ветвящимися побегами, маленькими листочками, внутрен-
няя структура ее немногим сложнее, чем у ринии, но одна деталь нарушает гар-
монию простоты. Спорангии псилота собраны по трое, срослись стенками и раз-
местились в пазухе двурогого отростка. Сросшиеся спорангии, да еще сидящие в
пазухе, - это уже слишком много и сложно для растения, которое выдает себя за
родственника псилофитов. По мнению многих ботаников, предки псилота были зна-
чительно более сложными, но прошли длинный путь упрощения.
Рис. 5. Современный псилот, внешне очень сходный с псилофитами.
С такими любителями сбросить знаки отличия и нарядиться во что-нибудь по-
проще биологу приходится сталкиваться очень часто. Иногда внешняя простота
строения - это более высокий уровень организации, за строгими лаконичными
формами может скрываться мощный и совершенный механизм. Но иногда нехитрые
условия жизни делают ненужными прежние усовершенствования, и организм быстро
теряет их. Вот этот второй случай некоторые палеоботаники и видят в ринии -
так же, как и в псилоте. Впрочем, такие скептики появились уже давно. Вскоре
после выхода в свет последней части труда Кидстона и Лэнга один из самых
вдумчивых палеоботаников англичанин Д. Г. Скотт в 1924 г. писал, что простота
риний едва ли первична, так как среди водорослей (а наземные растения могли
взять начало только от них) есть формы с уже хорошо дифференцированными "ли-
стьями ". Это тоже серьезный аргумент против ринии как исходной точки. И, на-
конец , еще один, пожалуй, наиболее серьезный довод.
Ботаники уже давно подметили три большие, почти не смешивающиеся группы на-
земных растений, более сложно организованных, чем грибы, лишайники и мхи. В
самом первом приближении эти три группы можно определить так: плауновидные,
различные хвощи (и их родственники) и все остальные. У плауновидных листочки
обычно мелкие (исключения редки), сидят спирально, в стволах мало древесины.
У хвощей с родственниками листья также мелкие, но сидят мутовками; древесины
в стволах обычно тоже немного, но здесь и сам ствол, и ветки состоят из от-
дельных члеников, отсюда и название группы "членистостебельные". В третью
группу попадают папоротники и все семенные растения. Часто их называют мега-
фильными, т. е. крупнолистными, но совершенно условно, так как их листья мо-
гут быть и очень мелкими. Не прибегая к современной ботанической терминоло-
гии, трудно показать отличия трех названных групп, и поэтому они покажутся
непосвященному читателю немного искусственными.
Так вот, некоторые палеоботаники склоняются к мысли, что от риииеподобных
предков произошла только третья группа растений, а первые две (плауновидные и
членистостебельные) появились независимо. На стороне такой точки зрения сей-
час собирается все больше и больше фактов. В древности первой группы давно
никто не сомневается, она встречается с самых низов девона. Это наверняка. А
может быть, она существовала даже в начале палеозоя. Но вот с происхождением
члепистостебельных пока слишком много неясного. Считали, что их родоначальни-
ками были псилофиты и даже находили два промежуточных рода. Последним прида-
вали большое значение, о них обязательно рассказывали студентам. В последнее
время все та же Леклерк вместе с немецким палеоботаником И. Швайцером развен-
чала один род. Он оказался прапапоротником. Потом американцы Р. Бонамо и X.
Бэнкс поставили под сомнение и второй род. Связь членистостебельных с псило-
фитами висит на волоске, а точка зрения на самостоятельность всех трех групп
пропорционально укрепляется.
Каков же итог? Предковое положение шотландских растений под сомнением.
Всплыли какие-то независимые группы, три "Ивана, не помнящие родства". Сложи-
лось положение, очень характерное для современной палеоботаники, а может быть
- и для других областей естествознания. О нем хорошо сказал американец Г. Эн-
дрьюс: "Возможно, наибольший вклад, который сделала палеоботаника, это не за-
полнение пробелов в наших познаниях об эволюции растительного царства, а по-
каз нам того, как много пробелов существует".
Еще одна великая
загадка природы
Итак, мы не знаем, как произошли наземные растения, не знаем их предков,
но, может быть, можно хотя бы предположить, когда растения вышли на сушу? К
сожалению, и этот вопрос пока остается без ответа. В породах наземного или
прибрежно-морского происхождения остатки растений - не редкость. Спускаясь от
самых молодых пород "вниз по разрезу" (так обычно говорят геологи), мы нахо-
дим целые "кладбища" листьев, семян и стеблей. Если нет таких заметных сразу
остатков, то это еще ничего не значит: сплошь и рядом в породе сохраняется
масса микроскопических оболочек ископаемых спор и пыльцы. Их извлекают специ-
альными методами (об этом можно прочесть в популярной брошюре С. А. Сафаровой
"С микроскопом в глубь тысячелетий", 1964, издательство "Наука"). Так продол-
жается до девонских отложений. Известные нам девонские растения обильны и
разнообразны. То, что они непонятны, - другой вопрос. Но вот мы вступаем в
отложения самого начала девона - и сразу начинается мертвое царство. Здесь и
в лежащих ниже силурийских толщах остатки растений редки, невзрачны и большей
частью непривычны даже для знатоков девона. Споры еще встречаются, а потом и
они исчезают. В ордовикских и более древних осадках, обработанных кислотами и
щелочами, удается найти какие-то микроскопические оболочки, но о них пока
больше дискуссий, чем достоверных данных, которые можно как-то истолковать.
Сначала их приняли за своеобразные споры наземных растений, и воображение на-
чало рисовать зеленую сушу чуть ли не в докембрийские времена. На изображени-
ях этих оболочек показывали и характерную трехлучевую щель, через которую
споры прорастают. Потом возникли сомнения в правильности изображений, трехлу-
чевые щели стали с них исчезать. Сейчас большинство палеоботаников считает,
что все эти наиболее древние оболочки (может быть, за редким исключением)
принадлежат водорослям. Такие невразумительные "документы", пока не поддаю-
щиеся детальному изучению, мы встречаем в ордовикских, кембрийских и более
древних отложениях. Ситуация складывается совершенно непонятная. Откуда же
берется все разнообразие девонской флоры? Добро бы только разнообразие! Де-
вонские растения имеют уже сложную внутреннюю структуру, которая за всю по-
следующую историю растительного мира менялась лишь по линии второстепенных
реорганизаций. В последевонское время больше всего менялся общий облик расте-
ний и органы их размножения. Но и здесь девонские растения достигли уже очень
многого.
В последние годы палеоботаники упорно ищут новые "документы" додевонской
истории растений, но успехи пока ничтожны. В то же время в девоне обнаружива-
ются все более и более высокоорганизованные группы. Так к загадке: "От кого
произошли первые наземные растения?" добавляется новая, не менее сложная за-
гадка, в полной мере выявившаяся лишь недавно: "Почему растения появляются в
девонских отложениях внезапно и сразу высоко развитыми?".
Сенсационными могут быть неожиданные ответы на тайны природы. Но вновь воз-
никающий вопрос порой бывает еще более сенсационным, по крайней мере, для
специалиста. Палеоботаника столкнулась, таким образом, с проблемой, которая
стоит других великих загадок природы. Будет ли дан ответ на нее? Едва ли это
случится скоро. Приходится уповать или на неожиданные находки, или на дли-
тельный анализ всех обстоятельств того непонятного пока переломного момента.
Все придется учитывать тому, кто возьмется за решение этого вопроса: и осо-
бенности накопления осадков того времени, и сообщения специалистов по иско-
паемым спорам, и многое-многое другое.
ГЛАВА II. КОНСЕРВАМ
300 МИЛЛИОНОВ ЛЕТ
"Глядя на мир, нельзя не удивляться".
Козьма Прутков
Эту главу хотелось бы начать так: "Зайдем в обычную палеоботаническую лабо-
раторию. Сразу и не скажешь, что здесь изучают ископаемые растения. Химиче-
ские столы, микроскопы, непонятные приборы, белые халаты сотрудников..." К
сожалению, обстановка в палеоботанических лабораториях несколько более про-
заическая. Комната заставлена шкафами с коллекциями и книгами, на столах -
лотки и коробки с камнями, вороха фотографий и бумаг, по углам - посылочные
ящики с образцами, присланными геологами из самых разных мест, - из угла тя-
нет неприятным запахом (там осваивается какой-то новый метод обработки отпе-
чатков растений). Наука об ископаемых растениях всегда была бедной родствен-
ницей, живущей в неуютном углу. Но всегда находились энтузиасты, благодаря
которым мы уже знаем о растительном мире прошлого очень много.
Отпечатки растений, попадающие на страницы научных и популярных изданий, -
это немногие счастливчики из сотен тысяч своих собратьев. Большая часть мате-
риала, проходящего через руки палеоботаника, - куда более невзрачные остатки.
Про археологию иногда говорят, что она изучает, главным образом, мусорные ку-
чи прошлых цивилизаций, что это - "наука о битых горшках". Палеоботанику тоже
редко достаются "золотые браслеты и жемчужные ожерелья". Не простое дело -
увидеть дерево за обрывками листьев и кусками стволов. Здесь мало терпения и
ботанических знаний (без них, разумеется, лучше не приниматься за работу).
Нужны еще и современные технические методы. О последних и пойдет речь в этой
главе. Не надо думать, что все методы, о которых будет рассказано, - непре-
менный спутник любого исследования. Как следователь не обязательно пользуется
всем арсеналом криминалистики, так и палеоботанику не всегда нужно применять
в повседневной практике все достижения своей науки.
Когда шахтер ругается,
а палеоботаник радуется
Угольный пласт иногда устраивает горнякам сюрпризы. В самой толще угля от-
куда ни возьмись тяжелые черные булыжники простого с виду камня (рис. 6) .
Жечь их нельзя, пользы никакой, а мороки много. Иногда они встречаются в та-
ком количестве, что для самого угля почти не остается места. Размер булыжни-
ков от совсем мелких до очень крупных. Известны случаи, когда на несколько
метров угольный пласт целиком замещается одним крупным стяжением крепкого
камня весом в несколько сот тонн. Шахтеры ругаются, но для палеоботаников та-
кие камни - сущий клад. Англичане называют их "угольные шары", немцы - "торф-
доломиты ", в русской литературе больше прижилось название "угольные почки".
Шахтеры Кузбасса называют их пколчеганамип. Форма угольных почек самая разно-
образная. Это могут быть и аккуратные шары, и нелепые лепешки с выростами в
разные стороны. Собирая коллекцию угольных почек, палеоботаник не знает, что
ему досталось. Все решат первые распилы. Камень может оказаться пустым, но
чаще открывается удивительное зрелище.
Рис. 6. Внешний вид небольшой угольной почки
Угольные почки - уникальные кладбища растений, настоящий "окаменелый винег-
рет" (рис. 7). Еще до того, как скопища растительных остатков превратились в
угольный пласт, растворы солей законсервировали стебли, листья, шишки и семе-
на растений со всей их клеточной структурой. А затем время для них как будто
остановилось.
Первые палеоботаники, взявшиеся за изучение угольных почек, приготовляли из
них прозрачные срезы - шлифы. Так поступают петрографы, когда хотят изучить
строение и минеральный состав породы. Камень раскалывают или распиливают. По-
лучившуюся плоскость выравнивают на шлифовальном круге и наклеивают специаль-
ной смолой на стекло. Потом камень сошлифовывают с обратной стороны до тех
пор, пока от него на стекле не останется лишь тонкий прозрачный слой. Толщина
шлифа - несколько сотых миллиметра. Из угольных почек палеоботаники сначала
вырезали серии параллельных пластинок, и из каждой делали шлиф. Так можно бы-
ло проследить строение захороненного ствола, листа или шишки в нескольких
местах.
Рис. 7. «Окаменелый винегрет» внутри угольной почки.
Угольные почки открыли палеоботаникам целый мир, совершенно новый для них.
Вместо отпечатков и стиснутых давлением горных пород почерневших "мумий" -
тщательно приготовленные "консервы". Ископаемые растения угольных почек вы-
глядят в срезах почти как живые. Не надо объяснять, как ухватились за такую
возможность палеоботаники. Некоторые посвятили изучению угольных почек всю
жизнь.
А можно ли
без шлифов?
Преимущества угольных почек перед другими кладбищами ископаемых растений
очевидны. Но есть в них и свои недостатки. В почке, если ее расколоть, снача-
ла ничего не видно. Матовая темно-бурая, почти черная, землистая масса, лишь
кое-где намечаются слабые контуры. Надо делать шлиф. Но хорошо шлифовать не-
большой кусок размером с пятак или спичечную коробку. А попробуйте сделать
шлиф из увесистого камня величиной с голову! Надо выпилить тонкую пластинку,
сделать ее идеально ровной, чтобы она равномерно прилегала к стеклу. Еще
труднее шлифовать большую наклеенную на стекло пластинку до равномерного про-
зрачного слоя. Специалистов-шлифовальщиков, которым под силу такая ювелирная
работа, считанные единицы. Чтобы разобраться в строении растения, одного сре-
за недостаточно, нужна серия последовательных сечений в разных направлениях.
Но и это не все. Мало изучить растение, надо изучить биологический вид, а
значит - нужно искать и резать несколько экземпляров. А уж как обидно тратить
уйму времени на один образец, имея несколько ящиков камней, каждый из которых
- кот в мешке и может быть скрывает нечто, гораздо более интересное. Надо бы-
ло найти какой-то способ обойтись без сложных и дорогих шлифов.
Такой способ изобрел шотландец Джон Уолтон. Мысль его работала примерно в
таком направлении. Растения в угольной почке пропитаны и скреплены известко-
вым цементом, который легко растворяется кислотой. Если пришлифованную по-
верхность полить соляной кислотой, составленные органикой стенки клеток про-
ступят наружу. Их кислота не повредит. Теперь высунувшиеся из породы контуры
надо, не нарушив, срезать. Никаким ножом это сделать нельзя. Клетки тканей
хоть и хорошо сохранились, но без поддержки скреплявшего их цемента при пер-
вом прикосновении рассыпаются в труху (ведь им почти 300 млн. лет). Уолтон
попробовал заливать протравленную поверхность специальным раствором, сходным
с лаком для ногтей. После его высыхания на пришлифовке остается тонкая и про-
зрачная пленка, в которую впаяны все вылезшие при травлении стенки клеток.
Пленка эластична, прочна, прозрачна и легко снимается с породы.
Потом догадались делать еще проще: протравленную поверхность заливали рас-
творителем и, не давая ему высохнуть, накатывали сверху тонкий лист пленки.
Ее нижний слой сразу растворялся и схватывал стенки клеток. Такие пленки по-
лучались очень ровными, и делать их ничего не стоит. Новый метод изучения
угольных почек (он применим и для других типов пород с минерализованными ос-
татками) дал поразительный эффект. Одновременно ставятся на обработку не-
сколько образцов. Одни травятся, другие сохнут после травления, третьи уже
накрыты пленками. С таких конвейеров стали сходить тысячи оттисков. Если
раньше палеоботаник не мог сделать несколько срезов на расстоянии, скажем
миллиметра друг от друга, то теперь появилась возможность делать срезы с лю-
бым интервалом. Из миллиметра угольной почки можно приготовить десятки оттис-
ков . Так иногда и делают. Попробуйте иначе изучить в деталях строение кучки
спорангиев, каждый из которых размером 1-2 мм, ножки еще тоньше, да к тому же
затейливо ветвятся.
Палеоботаник
-конструктор
В одном из номеров чешского журнала "Фотография" была помещена фотозагадка.
На ней изображен увеличенный срез кочана капусты. Получилось не сразу понят-
ное чередование белых и темных полосок. Загадку, наверное, быстрее всего от-
гадали домашние хозяйки, которым вид кочана в разрезе не в диковинку. Не
трудно узнать в разрезе арбуз или яблоко. Но когда перед глазами срез неиз-
вестного растения, понять сразу, что к чему, не просто. Инженер или грамотный
рабочий может легко нарисовать по трем сечениям детали ее общий вид. А попро-
буйте разобраться в сложной машине неизвестной конструкции, если вам предло-
жат несколько сотен срезов. Сделать это, конечно, можно, но сколько трудов
надо положить, чтобы проследить от одного среза к другому, что с чем соединя-
ется, и какова форма и структура каждой детали. Именно такова работа палеобо-
таников, изучающих содержимое угольных почек (рис. 8).
Рис. 8 Реконструкция растения из угольных почек, выполненные по
многочисленным срезам: спорангии прапапоротника бискалитека.
Для реконструкции по срезам сложно ветвящихся стеблей иногда применяется
интересный метод. Увеличенные контуры последовательных срезов наносятся на
листы прозрачного пластика или воска, которые затем накладываются друг на
друга и склеиваются. В прозрачной стопке хорошо видны проходящие внутри кон-
туры, можно вырезать увеличенную модель растения. Примерно таким способом
удалось разобраться в строении древнего папоротника ставроптерис из нижнека-
менноугольных отложений Шотландии. Остатки ставроптериса были, правда, найде-
ны не в угольных почках, а в известковистом песчанике.
В угольных почках палеоботаники надеялись найти ответы на многие вопросы.
Действительно, им удалось получить огромную информацию о растениях каменно-
угольных лесов. Но часто случалось так, что получаемые ответы напоминали но-
вые , еще более сложные вопросы. Вот характерный пример.
Разрезая угольные почки, найденные в одном из месторождений штата Иллинойс,
американец Серджиус Мэмэй обнаружил большое, величиной с папиросную коробку,
скопление спорангиев древнего папоротника. Отдельный спорангий имеет милли-
метр в диаметре, четыре миллиметра в длину и выглядит, как крохотный банан
(рис. 8). Стенка спорангия состоит из нескольких слоев клеток, что редко
встречается у современных папоротников, а в каменноугольное время не было в
диковинку. Но у иллинойского папоротника (он получил название бискалитека)
интересно было другое. Обычно спорангии имеют стенку, состоящую из одинаковых
клеток. Лишь небольшая группа клеток утолщена. Это приспособление для вскры-
тия созревшего спорангия. У бискалитеки утолщенные клетки расположены двумя
широкими полосами, а в остальной части стенки тонкие клетки перемежаются с
группами мелких утолщенных клеток. Словом, очень сложная структура. Пожалуй,
во всем растительном царстве нет спорангиев с такой хитроумной стенкой. Но
даже и не это самое удивительное.
Обычно у папоротников споры в спорангиях созревают, высеиваются и, если по-
везет с хорошей почвой, прорастают. Получаются крошечные растеньица (зарост-
ки) , на которых развиваются мужские и женские половые органы. Из оплодотво-
ренной яйцеклетки вырастает новый папоротник. У бискалитеки, видимо, все было
не так. В окаменевших спорангиях Мэмэй нашел уже проросшие споры, причем в
некоторых случаях дело дошло до заростка из 10 клеток. Что было с этими заро-
стками потом, как вырастал новый папоротник, мы не знаем. В куске угольной
почки застыла лишь одна стадия сложного жизненного цикла, а палеоботаники по-
лучили задачу, которая, если разобраться, стоит побольше, чем пресловутая
проблема "снежного человека".
Растения-
симулянты
В биологии есть такое понятие - симулирующие формы. Это не первый случай,
когда обиходное и научное значения слова не совпадают. "Симулирующий" в био-
логии не значит "изображающий недуг". Симулирующие формы - просто внешне
сходные животные или растения, в действительности не являющиеся родственника-
ми. Для такого сходства введено много других названий: гомоплазия, конверген-
ция , параллелизм, гомеоморфия, мимикрия и т. д. Но это уже терминологические
дебри, в которые лучше пока не забираться.
Наверное, многие начинающие грибники с досадой отшвыривали в сторону валуй,
который издали выглядит, как белый гриб. Если такой гриб не попал в кастрюлю,
этим исчерпывается конфликт с симулирующей формой, Достаточно заглянуть под
шляпку гриба, и симуляция разоблачена. Но палеоботанику не всегда так просто
заглянуть под шляпку. Растение почти никогда не попадает ему в руки целиком.
Обычно это или только стебли, или только листья, семена, шишки, корни и т.
д., а они могут быть очень похожи у самых разных растений (вспомним про кра-
пиву глухую и крапиву жгучую, которые принадлежат разным семействам). Но ино-
гда бывает наоборот: с первого взгляда ни за что не признаешь близких родст-
венников . Житель средней полосы в листе на рис. 9,6 не узнает дуба, между
тем это - дуб, и в подтверждение рядом изображены его; желуди. Для специали-
ста по современным растениям такие аномалии не проблема. Он видит растение
целиком, "с желудями". Палеоботаник, изучающий отпечатки, среди которых могут
попасться такие дубы, тоже разглядит подвох, если он знает современные расте-
ния. Но, как только он начинает спускаться в глубь геологических эпох, одним
знанием современных растений ему не обойтись. Палеоботаник должен на самих
ископаемых листьях искать какие-то важные метки, отличающие или, наоборот,
объединяющие растения в естественные систематические категории.
Рис. 9. Пример различной формы листьев, принадлежащих одному ро-
ду: а - лист дуба черешчатого; б - лист и желудь одного из аме-
риканских дубов.
Здесь не случайно вставлено слово "важные". Сходство и различие - понятия
растяжимые. Все листья чем-то сходны, и в то же время нет двух одинаковых.
Говоря здесь о различиях листьев, мы имеем в виду принадлежность их к разным
систематическим категориям. Два листа одного вида имеют внутривидовые разли-
чия, два листа разных видов - видовые различия. Далее идут различия родовые,
семейственные (от систематической группы "семейство") и так до типа. Все эти
категории - вид, род, семейство и т. д. - устанавливаются в ботанике по рас-
тению в целом, учитывается все, но основное внимание - органам размножения.
Они меньше всего подвержены случайным изменениям и поэтому надежнее всего для
систематики. Вот здесь-то и начинаются главные беды палеоботаника, к которому
растения приходят в "разобранном виде", с поломанными и вовсе утраченными
частями. Как оценить наблюдаемые отличия и сходства, чему отдать предпочте-
ние?
Химию и
микроскоп
в помощники
Раз внешность обманчива, раз два сходных листа могут принадлежать разным
видам, родам, семействам, порядкам и даже классам; и, наоборот, раз два лис-
та , имеющих мало общего, могут принадлежать одному виду, роду и т. д., значит
оставим пока внешность в стороне и заглянем вглубь, в детали, в микрострукту-
ру. Наверное, примерно так рассуждал более ста лет назад немецкий палеобота-
ник Иоганн Борнеманн, вводя в свою науку новый метод, который позже был на-
зван "эпидермальным", "кутикулярным" или "эпидермально-кутикулярным".
Рис. 10. Кутикула (эпидерма) различных ископаемых растений.
Еще в первой половине прошлого века ботаникам было известно, что поверхно-
стная кожица (обычно ее называют эпидермой) листьев разных растений неодина-
кова (рис. 10). Волоски, бугорки, форма и размеры клеток, тонкая структура
стенок, разделяющих клетки, - вот несколько взятых наудачу признаков, которые
отличают эпидерму разных растений. Но главное характерное свойство эпидермы -
устьица (рис. 11). За исключением грибов, лишайников, водорослей и мхов усть-
ица есть у всех растений, и разнообразие их неисчерпаемо. Через отверстия
устьиц происходит газообмен и испарение лишней воды. Само устьице - не просто
дырочка, а миниатюрное реле, чутко отзывающееся на влажность воздуха и содер-
жание воды в теле растения. Стало слишком сухо - все устьица закрыты, лишь
дежурные позволяют растению дышать, но вот прошел дождь, и клетки, замыкающие
отверстия, расходятся.
Рис. 11. Строение устьица в плане и поперечном разрезе.
У большинства наземных растений эпидерма сверху покрыта тонкой пленкой вы-
сокополимерного органического вещества кутина, не дающей газообмену идти, где
попало, помимо устьиц. Эта пленка - кутикула - аккуратно повторяет очертания
всех клеток эпидермы, волосков, устьиц и еще сама иногда украшена тонким ор-
наментом или снабжена порами. Конечно, хорошо, когда можно изучить и клетки
эпидермы, и кутикулу, но на ископаемых листьях редко удается видеть и то, и
другое. К счастью, кутикула - достаточно хороший копиист, на ней видно почти
все, что нужно. Надо только ее снять с ископаемого листа. И здесь, наконец,
природа пошла навстречу исследователю - редкий случай, которым палеоботаники
и воспользовались.
К сожалению, в своих статьях, имеющих форму сухого отчета, ученые редко пи-
шут, как они пришли к открытию. По этой причине теперь трудно восстановить,
как возникла мысль отделять кутикулу от ископаемых листьев. Возможно, было
так. Первой это сделала сама природа. Составляющий кутикулу кутин - очень
стойкое вещество. Ему не страшны почти все известные кислоты и щелочи, время
также практически на него не действует. Основной враг кутина - высокая темпе-
ратура . Может оказаться губительным и длительное выветривание. Но, прежде чем
добраться до кутина, выветривание обычно разрушает обуглившуюся внутреннюю
часть листа. Как все это происходит в природе, мы достоверно не знаем, но
только в горных породах попадаются листья или их обрывки, от которых осталась
лишь кутиновая оболочка. Иногда в таком плоском мешке (кутикула покрывает
лист с обеих сторон) остаются жилки. Вот такие-то обработанные природой ос-
татки и попали в руки И. Борнеманна. Он рассмотрел пленочки под микроскопом,
обнаружил устьица, клетки с бугорками, тщательно все описал и сопроводил ра-
боту отличными цветными рисунками. Борнеманн понял, что все подмеченные им
детали можно использовать при определении ископаемых листьев, но прежде испы-
тал на тот же предмет современные растения. Рисунки микроструктуры некоторых
из них он также включил в свою монографию.
Первый опыт получился удачным. Теперь надо было проделать с другими листья-
ми то же, что природа сделала с экземплярами Борнеманна. Здесь и пришла на
помощь химия. Нужно было растворить обугленную часть листа и не повредить при
этом кутикулу. К тому времени, т. е. ко второй половине прошлого века химики
уже научились растворять уголь. Его подвергали глубокому окислению, а затем
образовавшиеся соединения с помощью щелочи переводили в раствор. Давайте те-
перь мысленно проследим путь ископаемого листа от куска камня до столика мик-
роскопа .
Фитолейма
в тигле
Итак, на столе лежит образец, а на нем почерневший, обуглившийся, спресо-
ванный остаток листа. Все то, что остается от листа, наш известный палеобота-
ник А. Н. Криштофович назвал "фитолеймой". По-гречески пфитонп - растение, а
плеймап - остаток. Обрабатывать всю фитолейму кислотами и щелочами нет нужды.
Достаточно взять кусочки ее из разных мест. Иногда для этого хватает иглы и
пинцета, иногда приходится обрабатывать фитолейму кислотой. Черный или темно-
бурый ломтик ложится на дно тигля вместе с кристалликами бертолетовой соли и
несколькими каплями азотной кислоты. Такая окислительная среда называется
"смесь Шульце", палеоботаники применяют ее уже без малого сто лет. В смеси
Шульце фитолейма пролежит от получаса до нескольких дней. Все зависит от то-
го , насколько изменилась она с того времени, как была погребена в осадке. На-
конец , она стала рыжеть и просвечивать. После ванны в дистиллированной воде
фитолейма заливается нашатырным спиртом (или другой щелочью) и начинает шеве-
литься . Это растворяется уголь, зажатый между кутикулами обеих сторон листа.
Под микроскопом видно, как бурые клубы выползают из щели и двигают фитолейму.
Проходит немного времени, и вот в потемневшем растворе поплыли прозрачные
пленки. Это и есть лоскутки долгожданной кутикулы. Пипеткой или иглой их надо
перенести на предметное стекло, расправить, капнуть сверху горячим раствором
желатины в глицерине и накрыть покровным стеклом. Можно смотреть в микроскоп.
Все идет так гладко, конечно, лишь на бумаге. Обычно же приходится прояв-
лять большую или меньшую долю терпения. То фитолейма не желает покидать ка-
мень, то она оказывается грязной, и ее приходится травить плавиковой кисло-
той, то кусочки кутикулы получаются такими крохотными, что их еле заставишь
переселиться на предметное стекло. Но если все идет идеально, в день можно
успеть сделать два-три десятка препаратов.
Теперь за
микроскоп
Трудно сказать, с чем чаще встречается палеоботаник, когда он, наконец, са-
дится за микроскоп, - с новыми вопросами или с долгожданными ответами. Преж-
де, чем дать ответы, эпидермалъный метод требует очень многого. Нужно разо-
браться в сложном орнаменте клеток, устьиц и бугорков на кутикуле, что не
всегда просто. Надо проследить, как меняется клеточное строение от середины
листа к краю и от основания к верхушке. Особенно трудно разобраться в струк-
туре устьиц (бывали случаи, когда исследователи принимали за устьица клетки,
сидевшие в основании опавших волосков). Затем предстоит перебрать литературу
по изучаемой группе растений, посмотреть, какие препараты получились у пред-
шественников . Литература по структуре эпидермы ископаемых растений уже доста-
точно велика (сотни названий), но не всегда хороши иллюстрации и полны описа-
ния. Сидит палеоботаник, смотрит на препарат, на картинку в книге, читает
описание и мучается: правильно ли он понял характерные признаки вида или ро-
да? А если что-то не сходится, то в чем дело? Может быть, ошибка? Тогда у ко-
го? Может быть, сам ошибся, может быть предшественник, а может быть просто
дело в том, что попались разные растения. Впрочем, это уже трудности, свойст-
венные любой работе по систематике живых существ, и эпидермальный метод здесь
не отличается от любого другого.
Но мы отвлеклись от наших растений-симулянтов, с которых начался разговор о
кутикуле. Вернемся и познакомимся с ними. В мезозойских отложениях часто
встречаются листья, немного похожие на фикус. Толстая жилка пробегает от ос-
нования к верхушке, от нее к краям почти под прямым углом бегут тонкие боко-
вые жилки, которые изредка ветвятся. Структура нехитрая, листьев таких встре-
чается много, относили их к роду тениоптерис (дословный перевод "лентовидный
папоротник"), а виды выделяли по внешнему облику. На первых порах такие ли-
стья нетрудно систематизировать: длинные листья в одну сторону, короткие - в
другую, жилки густые - один вид, пореже жилки - другой, и т. д. Но шло время
и грани между видами становились нерезкими, красоты и четкости в такой систе-
матике не было, естественно, никакой.
В начале нашего столетия шведский палеоботаник А. Г. Натгорст, один из пат-
риархов эпидермального метода, получил препараты кутикулы с листьев тениопте-
рис. Затем работу продолжили англичане Г. Томас, Н. Бэнкрофт и Т. Гаррис. Ре-
зультаты получились, по меньшей мере, неожиданными. Под однообразными, почти
стереотипными листьями скрывались две совершенно разные группы растений. Одна
группа - цикадовые - живет до сих пор в тропиках, иногда их называют саговыми
пальмами. Другая группа вымерла вместе с динозаврами. В честь американского
публициста, организатора научных экспедиций Д. Г. Беннетта ее назвали "бен-
неттитами". Это сложная и во многом загадочная группа растений, у которых ор-
ганы размножения отдаленно напоминали цветы магнолии. В свое время предпола-
гали, что беннеттиты - прямые предки цветковых растений, но сейчас от этого
мнения отказались. Когда сопоставили находки листьев и органов размножения у
разных цикадовых и беннеттитов, то выяснилось, что у вторых устьица устроены
значительно сложнее, чем у первых, стенки между соседними клетками у беннет-
титов извилистые, а у цикадовых прямые. Чтобы распознать по листьям две такие
большие группы растений, теперь не обязательно дожидаться, пока попадутся и
листья, и "цветы" на одной ветке. Достаточно сделать препарат кутикулы.
Хвойные -
тоже симулянты
Пожалуй, наиболее интересные и важные открытия с эпидермальным методом в
руках были сделаны, когда палеоботаники взялись изучать хвойные. Больше всех
потрудился над ними шведский палеоботаник Рудольф Флорин. В начале своей дея-
тельности Флорин занимался мхами, ископаемыми цветковыми, а потом по совету
своего наставника Натгорста (о нем мы только что говорили) занялся хвойными.
Выбор был не случайным.
Остатки хвойных впервые появляются в каменноугольных отложениях и дальше
(вверх по разрезу) встречаются в большом количестве в отложениях всех геоло-
гических периодов. Листья у хвойных маленькие (в обиходе их называют иглами)
и крепко держатся на веточках. Имея дело с другими группами растений, палео-
ботаник редко может наслаждаться таким совпадением, чтобы листья были и целы-
ми, и сидели в большом количестве на ветках, а не разбросаны в породе пооди-
ночке . Это, однако, единственное достоинство остатков хвойных. В остальном
систематизировать их по внешнему виду - сущее наказание. Дело это не только
трудное, но и ненадежное. Насколько обманчива может быть внешность хвойных"
видно из рис. 12, на котором изображены сходные листья разных родов (хороший
пример симуляции) и очень разные листья одного рода.
Рис. 12. Примеры симуляции хвойных: два верхних побега принадле-
жат разным родам, а два нижних побега - одному роду (а - туя
складчатая; б - кипарис нутканский; в - можжевельник китайский;
г - можжевельник даурский)
Флорин стал изучать ископаемые хвойные, приготавливая препараты кутикулы, и
опубликовал несколько статей, но потом понял, что все же надо проверить, на-
сколько показательна та или иная особенность в строении их эпидермы, т. е. на
что можно положиться и чем можно пренебречь. Сделать это можно было только на
современных хвойных, и Флорин предпринял гигантскую работу. Он объездил мно-
гие ботанические сады, путешествовал по разным странам и всюду собирал герба-
рии. У каждого вида он старался взять и первые листочки, появляющиеся вскоре
после прорастания семени, и старые листья. Он обрывал иглы с деревьев, расту-
щих на болоте и на сухом месте. Флорин решил учесть все возможные причины, от
которых могло зависеть изменение микроструктуры листа. На эту работу ушло лет
десять, и в 1931 г. вышла в свет толстая монография, настоящая энциклопедия,
в которой были обобщены результаты огромного, единственного в своем роде тру-
да.
К 30-м годам строение кутикулы ископаемых и современных растений изучали
многие специалисты, которые хорошо понимали надежность эпидермальнохю метода.
Но до работы Флорина никто не думал, что микроструктура листа порой может по-
спорить по своему значению для систематики с такими проверенными, надежными
признаками, как строение цветка, шишки и т. д. С точки зрения общебиологиче-
ских соображений этот факт остается необъясненным до сих пор. В каждом расте-
нии и животном есть органы, которые тщательнее всего охраняются естественным
отбором даже от незначительных изменений. Таково, например, жилкование крыла
много и быстро летающих насекомых. Здесь каждая жилка занимает строго опреде-
ленное место. Малейшее смещение нарушит аэродинамику крыла, даст преимущества
конкуренту. У растений тоже не случайно наибольшим постоянством обладают ор-
ганы размножения. Здесь важен и темп развития (иначе семена могут вызреть
слишком поздно или рано), и постоянство структуры, обеспечивающей максималь-
ный эффект при воспроизведении потомства. Другое дело листья. Их общее очер-
тание и жилкование тоже имеют свое значение (обычно для нас неясное), но все
же небольшие произвольные отклонения не так страшны, и мы их наблюдаем до-
вольно часто. Такие же отклонения наблюдали и в микроструктуре. В более за-
сушливых условиях растет количество устьиц, а размер клеток эпидермы уменьша-
ется.
Рассуждения на этот счет казались вполне логичными. Из всех органов лист
больше всего соприкасается с внешней средой. Ее постоянные перемены очевидны
("то дождь, то снег"), значит и в листе нельзя ждать большого постоянства.
Тем не менее, наблюдения Флорина показали: да, действительно, в строении эпи-
дермы есть некоторые колебания; верно, что и размеры клеток, и количество
устьиц могут меняться даже у одного вида. Но к основным особенностям эпидермы
это не относится. Строение устьиц, их расположение, орнамент стенок, - при-
знаки устойчивые и не зависят от случайных причин.
Закончив эту работу, Флорин взялся за ископаемые хвойные, подверг ревизии
старые определения, описал много новых видов и родов, показал закономерности
их распространения в пространстве. Флорин подвел теоретическую базу под самый
точный и надежный метод изучения ископаемых листьев. Этим исследованиям швед-
ского палеоботаника нет цены, и мы к ним еще вернемся, когда будем решать за-
гадку сосновой шишки и рассуждать о дрейфующих материках.
ГЛАВА III. В ОТПУСК -
В КАМЕННОУГОЛЬНЫЙ ЛЕС
...Вы столкнетесь с самым прекрасным,
что есть на Земле, - с первозданной
природой.
К. Андерсон (английский охотник)
Чтобы провести отпуск в каменноугольном лесу, не надо ехать особенно далеко
и не нужна машина времени. В каменноугольном периоде леса занимали в нашей
стране большие пространства в Европейской части, Сибири, Казахстане, Средней
Азии, на Северо-Востоке. Повсюду от них остались или пласты каменных углей,
или просто отпечатки растений в породах. Хотя в поисках такого леса придется
порой продираться через современные заросли, найти можно много интересного.
Любителей отправиться в свободное время за ископаемыми растениями было немно-
го, но некоторые оставили в палеоботанике заметный след. Таким был немецкий
врач Гуго Лилиенштерн, собравший замечательные коллекции растений триасового
периода и сам описавший некоторые из них. А англичанин Д. Г. Скотт, начав
свою деятельность железнодорожным инженером и увидев потом растения в уголь-
ных почках, стал одним из лучших специалистов по анатомии ископаемых расте-
ний. Вместе с палеоботаником Оливером он прославился как первооткрыватель
"семенных" папоротников. В жизни всякое случается, и может быть эта публика-
ция будет первым гидом энтузиаста, отправившегося в отпуск за ископаемыми
растениями.
Итак, в каменноугольном периоде, т. е. 330-275 млн. лет назад, леса были во
многих местах планеты. В последующих главах мы побываем в Сибири, Арктике,
Антарктике и других районах, а сейчас отправимся в тропические джунгли, без
которых у нас не было бы теперь Донбасса, у немцев - Рура, а у чехов и поля-
ков - Силезии.
Каменноугольный период не зря получил это название. Хотя в некоторые после-
дующие периоды угля накопилось не меньше, а то и значительно больше, именно в
этом периоде образовались месторождения, которые интенсивнее всего разрабаты-
вает человечество. В то время впервые в истории Земли (угли предыдущего де-
вонского, периода редки) сложилась обстановка, исключительно благоприятная
для накопления растительной массы: был теплый и влажный климат, пышная расти-
тельность , подходящий рельеф. Один из крупнейших поясов накопления угля про-
ходил в то время через всю Европу от Ирландии до Донбасса, Турции и Северного
Кавказа (рис. 13).
Рис. 13. Распространение в Европе каменноугольных бассейнов.
История Донбасса в каменноугольном периоде изучена очень детально, но мы не
будем сейчас в нее углубляться. Скажем только, что в течение всего периода
здесь несколько десятков раз приходило и уходило море, Поэтому геологический
разрез Донбасса - монотонное чередование морских и континентальных пород: из-
вестняков, песчаников, сланцев, углей. Последние образовывались на обширных
заболоченных приморских низинах. Отпечатки растений встречаются очень часто,
и в их изучение наши палеоботаники М. Д. Залесский, Е. О. Новик и другие вло-
жили много труда.
Донецкая флора - самая богатая из своих ровесниц в нашей стране. Посмотрим
ее главные достопримечательности.
Растения-
динозавры
Ископаемым растениям не везет на русские названия. Это и понятно. В народе
им дают имена очень редко, а специалисты предпочитают латынь. Один из первых
русских палеоботаников Яким Зембницкии попытался приучить коллег к русским
названиям, но его попытка почти не удалась. Не привились его пжилокрылп (нев-
роптерис), празрывшицап (схизея) и "чешуелистник" (лепидодендрон). Последнее
слово в несколько измененном виде "чешуедрев" нет-нет, да и промелькнет в по-
пулярной литературе, когда речь идет о лепидодендронах. По-гречески "лепис" -
чешуя, а "дендрон" - дерево.
Лепидодендрон (рис. 14) принадлежит к почти нацело вымершей группе расте-
ний, из которой сейчас остались в живых лишь травянистый плаун (о нем расска-
зывается в главе XI) и некоторые экзотические роды. Среди растений каменно-
угольного леса лепидодендроны, пожалуй, были самыми крупными: до 30 м в высо-
ту только до первого разветвления ствола (десятиэтажный дом) и до 2 м в диа-
метре у комля. Того, кто читал о гигантских мамонтовых деревьях, такими раз-
мерами не удивишь. Но у всех современных лесных гигантов ствол состоит в ос-
новном из крепкой древесины, а сердцевина и кора занимают совсем мало места.
У лепидодендронов все было наоборот: узкое кольцо древесины терялось в сплош-
ной массе сложно устроенной коры. Облик дерева в целом был также непривычным.
Колоннообразный ствол высоко наверху делился надвое. Каждое из ответвлений
снова делилось пополам, и так дело шло до самых мелких веточек. Мы привыкли
видеть на наших деревьях, что от толстого сука в сторону отходят более тонкие
ветки. У лепидодендрона так было лишь в редких случаях.
Рис. 14. Лепидодендрон (реконструкция).
На верхних ветвях гиганта сидели длинные и узкие листья. Находили листья
длиной почти в метр, а шириной меньше сантиметра. Подстать стволу были и вну-
шительных размеров шишки. Некоторые из них были величиной до полуметра. Как и
все плауновидные, лепидодендроны размножались спорами, которых вызревало в
каждой шишке несколько десятков тысяч. Предполагают, что именно стволы этих
деревьев и их ближайших родственников, накапливаясь в болотах, дали начало
мощным угольным пластам, хотя, конечно, были и другие углеобразователи.
Лепидодендрон относится к числу лучше всего изученных ископаемых растений.
Мы знаем все его части, хотя и находим их порознь. Впрочем, их не только на-
ходили порознь, но и называли по-разному. Не палеоботанику такую манипуляцию
с названиями сразу понять трудно. Зачем хвост собаки называть Жучкой, лапы -
Трезором, а уши - Шариком? Объяснение этому довольно простое. Мы видим на
улице собаку целиком, и лапы отдельно от хвоста не бегают, давать им само-
стоятельные имена смысла нет. С ископаемыми растениями (лепидодендрон не ис-
ключение) дело обстоит иначе.
Стояло дерево. На нем вырастали листья, а затем опадали, созрела шишка и
тоже отвалилась, отломил ветер ветку и отнес в сторону. Потом и сам ствол за-
валился, состарившись. Остался торчать лишь пень с корнями. В таком "разо-
бранном виде" вперемежку с частями других деревьев и долежал лепидодендрон в
горной породе до наших дней. Прежде чем удастся все части собрать (такое сча-
стье редко выпадает палеоботанику), надо их как-то называть. Вот и назвали:
ствол - лепидодендрон, шишка - лепидостробус, корневая часть - стигмария и т.
Д.
Но даже и в тех случаях, когда реконструкция общего облика растения уда-
лась , все эти названия отменять нельзя. Вот пример: и лепидодендрон, и его
близкая родственница сигиллярия (Зембницкий называл ее ппечатницап) имели
одинаковую корневую систему (стигмария) . Но ведь неразумно один и тот же по
облику остаток растения величать сразу всеми этими названиями. Лучше выбрать
одно, независимое. Так и поступают.
Древовидные хвощи
Если вам знаком болотный хвощ, мысленно увеличьте его раз в 20-30, и он
станет похож на каламита (рис. 15), характерное растение каменноугольного ле-
са. Чтобы дополнить сходство, у хвоща надо будет кое-что изменить. Стволы ка-
ламитов были и толще, и значительно крепче. Это были настоящие деревья с хо-
рошо развитой крепкой древесиной, слой которой в стволе достигал 12 см с каж-
дой стороны. Древесина каламитов была во многом сходна с древесиной палеозой-
ских хвойных. У хвощей такой древесины нет. Листья у них также были разные. У
хвощей - небольшие чешуйки, сидящие вкруговую на узлах, у каламитов листья
развиты лучше, хотя очень крупными никогда не были. Отпечатки облиственных
веток каламитов очень декоративны. Однако самое главное отличие хвощей и ка-
ламитов - в органах размножения. У первых спорангии (т. е. мешочки со спора-
ми) собраны в аккуратные шишечки, которыми заканчивается стебель, сами споры
одинаковые и имеют длинные нити, свитые в пружинки. Когда споры созревают,
пружинки раскручиваются; под такими парусами споры летят по ветру далеко от
родительского растения. У большинства каламитов споры, видимо, были без пру-
жинок , а шишки со спорангиями в большом количестве сидели среди веток.
Как и лепидодендроны, каламиты никогда не попадают в руки палеоботаника це-
ликом. Когда растение погибало, его ствол легко разламывался в узлах. Широкая
полость внутри ствола быстро заполнялась илом или песком, который затем за-
твердевал . Получались слепки внутренней части ствола. Они часто встречаются в
палеозойских отложениях, но обычно бесполезны и для геолога, и для палеобота-
ника.
Рис. 15 Каламит (реконструкция).
Дальними родственниками каламитов были мелкорослые травянистые сфенофиллы,
которых Зембницкий удачно назвал "клинолистами" (по-гречески "сфен" - клин,
пфиллонп - лист), и это слово встречается в нашей литературе. Здесь листочки
были короткими, сильно расширяющимися к верхушке. Сфенофиллы в палеозое жили
по всему миру и вымерли в начале мезозойской эры. Среди них были найдены фор-
мы с зацепками на стеблях. Полагают, что некоторые Сфенофиллы были лазающими
растениями.
О папоротниках
подлинных
и мнимых
В каменноугольном лесу было много папоротников, причем некоторые принадле-
жали дожившим до наших дней семействам. Многие имели крупные, колоннообразные
стволы. Такие древовидные папоротники и сейчас можно встретить в тропиках.
Окаменелые стволы палеозойских древовидных папоротников сначала были описа-
ны одним немецким ученым под названием Saarsteine, что значит "скворцовый ка-
мень ". Действительно, поперечный срез этих папоротников напоминает рисунок на
груди скворца. Полированные куски "скворцового камня" используют для мелких
поделок.
Изучение ископаемых папоротников - дело довольно сложное. Внешне их отпе-
чатки очень эффектны, но палеоботаник любуется этой красотой лишь до тех пор,
пока не приступит к установлению родов и видов. На отпечатки листьев, лишен-
ных спорангиев, очень трудно положиться. Конечно, и для таких экземпляров
можно подобрать родовые и видовые названия, но этого палеоботанику мало. Важ-
но определить, к какому семейству принадлежит папоротник. Для этого необходи-
мо знать строение и расположение спорангиев (рис. 16). Чтобы ботанику рас-
смотреть на современном папоротнике все, что нужно, ему достаточно взять мик-
роскоп или даже сильную лупу. Палеоботанику приходится применять сложные ме-
тоды. Спорангии на ископаемых листьях обычно сдавлены, прижаты к листу, про-
межутки между ними забиты песчаными или глинистыми частицами. Иногда споран-
гии вовсе закрыты породой и лишь слабо просвечивают на отпечатке. Даже в мик-
роскоп не всегда можно разглядеть количество спорангиев, их расположение,
форму, клеточную структуру. Без всего этого определить принадлежность папо-
ротника к тому или другому семейству нельзя.
Рис. 16. Лист папоротника со спорангиями из каменноугольных отложений.
Простой и остроумный выход из положения предложил опять же Джон Уолтон -
тот самый, который придумал способ освободиться от шлифов при изучении уголь-
ных почек. Его метод сводится к следующему. Образец со спороносным папоротни-
ком приклеивается канадским бальзамом отпечатком к стеклу и обливается пара-
фином. Затем с тыльной стороны образца парафин соскабливается. Все "сооруже-
ние " погружается в плавиковую кислоту, которая начинает разъедать камень и,
наконец, растворяет его. Облитое парафином стекло кислота не затрагивает. Те-
перь на стекле остаются лишь приклеившиеся к нему чистые обугленные перышки
папоротника со спорангиями, которые можно рассматривать со всех сторон. Осо-
бенно хорошо видны все детали на фотографиях, сделанных в инфракрасном свете.
От папоротников настоящих перейдем к папоротникам мнимым. Нетрудно предста-
вить , какую сенсацию вызвала бы находка огурцов, выросших на сосне. Может
быть, не такие, но близкие чувства испытали палеоботаники в начале нашего ве-
ка . История открытия, о котором сейчас пойдет речь, уходит корнями в начало
прошлого века. Палеоботаника делала первые шаги, но в каменноугольных отложе-
ниях Европы уже были собраны богатые коллекции ископаемых растений. Во Фран-
ции ими тогда занимался отец современной палеоботаники Адольф Броньяр. Систе-
матизируя ископаемые папоротники, он обратил внимание, что на многих из них
никогда не встречаются спорангии. Отнести такие остатки к естественным груп-
пам, например семействам, было нельзя, и Броньяр первым в истории палеобота-
ники решил ввести формальную систематику, в данном случае для папоротников.
Слово "формальная" здесь означает, что систематика основана не на родственных
связях растений (которые просто неизвестны), а на формальных признаках, вы-
бранных с точки зрения удобства.
Палеоботаники широко применяли (и сейчас применяют) формальную классифика-
цию Броньяра, построенную очень удачно. Но в душе они были уверены, что имеют
дело с настоящими папоротниками, только неизвестного родства. Лишь в конце
прошлого века систематическое отсутствие спорангиев на листьях определенного
типа вызвало подозрение, что некоторые из каменноугольных папоротников при-
надлежат какой-то другой группе растений. Об этом же свидетельствовали и ре-
зультаты анатомических исследований некоторых видов. В 1898 г. французский
палеоботаник Рене Зейллер с большими колебаниями сказал о таких растениях,
что это "цикадовые с папоротниковой листвой". Казалось, что палеоботаническая
мысль была готова расстаться со старыми предрассудками.
И все же вышедшие в 1903 и 1904 гг. статьи Ф. Оливера и Д. Г. Скотта произ-
вели сенсацию. Эти английские палеоботаники описали типичные с виду папорот-
ники, на которых выросли самые настоящие семена (рис. 17). Даже много лет
спустя один из авторов открытия, Скотт, писал об этих растениях: "Мы все же
не можем выбросить из головы, что они папоротники - так они на них похожи" .
А. Сьюорд писал о них: "Это продукт эволюции, как будто бы нарочно созданный,
чтобы служить предостережением ботаникам, которые часто наружное сходство
принимают за органическое родство".
Рис. 17. Часть листа «семенного папоротника» (Neuropteris); на
верхушке крупное семя.
В первые годы нашего века популярные издания много писали об открытии Оли-
вера и Скотта. Получилось, как всегда после какого-либо нового биологического
наблюдения. Вскоре было обнаружено много аналогичных случаев, мимо которых
просто проходили. Палеоботаники Гранд-Эри, Арбер, Уайт, Кидстон, несколько
позже Галле и другие нашли семена на других "папоротниках". С тех пор количе-
ство таких находок еще больше увеличилось. Сейчас в каждом курсе палеоботани-
ки и ботаники упоминаются семенные папоротники.
Строго говоря, название "семенные папоротники" неудачно, так как наводит на
мысль о каких-то папоротниках, которые в ходе эволюции обрели способность
размножаться семенами. В действительности и настоящие, и семенные папоротники
- две независимые линии, отделившиеся еще в девоне от пока еще неизвестного
общего предка. Каждая группа независимо выработала сходную листву.
Этот факт сам по себе не менее удивителен, чем если бы мы встретили семена
на листьях настоящих папоротников.
Прочие
достопримечательности
Знакомство с лепидодендронами, каламитами, сфенофиллами, папоротниками и
птеридоспермами, видимо, было довольно утомительным, и остальные достоприме-
чательности мы рассмотрим в более быстром темпе. Дело не в том, что другие
растения каменноугольного леса менее интересны. В каждом из них есть своеоб-
разные черты, доставившие исследователям немало загадок. Но рассказать обо
всем подробно невозможно.
В каменноугольном лесу помимо настоящих и семенных папоротников были еще
"прапапоротники". Какое место они занимают в филогенетическом древе, пока не-
ясно . Может быть, они являются предками всех папоротников. К ним относятся
бискалитека, о которой шла речь в разделе об угольных почках. Характерной
чертой этой группы растений было своеобразное ветвление листьев. Строго гово-
ря, у многих из них и листьев-то не было, а во все стороны торчали округлые
или прихотливо ветвящиеся уплощенные голые оси.
Рис. 18. Европейский кордаит (реконструкция).
Последняя группа растений, о которой стоит упомянуть, - кордаиты, возможные
предки наших хвойных. Это были высокие стройные деревья с красивыми листьями,
между которыми сидели сережки, несущие или семена, или спорангии с пыльцой
(рис. 18). Долго считали, что кордаиты занимали в каменноугольном лесу более
сухие места. Это мнение об образе жизни кордаитов оказалось верным лишь от-
части. Недавние анатомические исследования корней кордаитов обнаружили в них
воздухоносные полости, свойственные растениям мангровых зарослей, т. е. за-
рослей на низинах, периодически заливаемых морем. В них кордаиты росли вместе
с лепидодендронами.
Листья кордаитов интересны с механической точки зрения. Они были довольно
крупными (до метра в длину), лентовидными, немного напоминающими листья ириса
или кукурузы. Вдоль листа пробегали многочисленные почти параллельные жилки.
Между ними располагалась система продольных балочек, образованных крепкими
волокнами механической ткани. Это была очень прочная конструкция. С кордаита-
ми мы еще встретимся, когда будем знакомиться с ископаемыми растениями Сибири
("кордаитовая тайга"), рассуждать о дрейфующих материках и происхождении со-
сновой шишки.
Зачем нужны
400 000
отпечатков?
В 20-х родах вышли в свет статьи Д. Дэвиса, который изучал ископаемые рас-
тения каменноугольного периода в Южном Уэльсе. На участке в несколько десят-
ков квадратных километров и на 700 м геологического разреза он собрал почти
400 000 отпечатков, привязав все находки к 29 угольным пластам. После опреде-
ления отпечатков начался скрупулезный подсчет, какие растения с какими встре-
чаются, а каких избегают. Результаты были изображены на графиках. Дэвис при-
шел к выводу, что лепидодендроны и их ближайшие родственники жили на более
сырых, а настоящие и семенные папоротники - на более сухих местах. Были полу-
чены данные об образе жизни и других растений. Стоило ли ради этого затевать
поистине адский труд?
Начиная с конца прошлого века в популярных изданиях стали появляться рекон-
струкции ландшафтов прошлых геологических эпох. Привлекая внимание читателя,
эти картинки в то же время заставляли и составлявшего их палеоботаника лишний
раз задуматься над общим обликом растений, с остатками которых он работал,
представить их в естественной обстановке. Надо признаться, что эта самая ес-
тественность обстановки на большинстве реконструкций оставляла желать много
лучшего. Скорее можно подумать, что на картинке изображен фантастический бо-
танический сад с растениями, аккуратно расставленными для обозрения.
Это была не вина, а беда палеоботаников, в распоряжении которых почти не
было соответствующих наблюдений. Все время отнимало изучение самих ископаемых
растений. Нужно было разрабатывать их систематику, определять многочисленные
коллекции, решать самые насущные вопросы геологии каменноугольных бассейнов.
Лишь немногие палеоботаники уделяли внимание еще и образу жизни вымерших рас-
тений. Такие наблюдения можно найти уже в довольно ранних работах, но иссле-
дователи основывались большей частью на структуре растений, а не на анализе
их "кладбищ".
Когда речь идет о грубой датировке горных пород, обычно бывает достаточно
установить общий набор родов и видов, не обращая особого внимания на то, ка-
кими компаниями и в каких по составу породах они встречаются. Однако увеличе-
ние детальности геологических исследований, необходимость восстановления ус-
ловий, в которых осаждались горные породы, привлекли внимание и к захоронени-
ям ископаемых растений. Первые систематические наблюдения начались во Франции
и Германии в конце прошлого века. Они во многом помогли выдающемуся немецкому
палеоботанику Г. Потонье создать основы учения о накоплении горючих ископае-
мых.
Нельзя сказать, что с тех пор в восстановлении образа жизни каменноугольных
растений сделано очень много. О причинах этого пойдет речь в заключительной
главе. Но все же получены важные и интересные сведения. Украинские палеобота-
ники А. К. Щеголев и О. П. Фисуненко, например, показали, что в каменноуголь-
ных лесах Донбасса были три группировки растений. Одна - с лепидодендронами,
каламитами, в меньшей степени папоротниками и кордаитами - населяла самые
влажные места, приморские болотистые низины. Другая группировка включала се-
менные и настоящие папоротники и занимала более возвышенные места. Самые су-
хие местообитания занимали хвойные и некоторые семенные папоротники. Таким
образом, подтвердились и были детализированы наблюдения Д. Дэвиса. Такие де-
тальные исследования позволили значительно уточнить определение возраста по-
род, помогли разобраться в геологическом строении Донбасса.
Шах1 за шагом продвигаются палеоботаники в изучении каменноугольных лесов.
Все больше и больше оживает ландшафт, отделенный от нас почти 300 млн. лет.
ГЛАВА IV.
КОРДАИТОВАЯ
ТАЙГА
"... Было много деревьев, спелых пло-
дов, благоухающих цветов, поющих птиц и
чистых потоков, но не было там ни жи-
лищ, ни людей, раздувающих огонь".
"Тысяча и одна ночь"
Теперь мы поедем в Сибирь, в Кузбасс. Для человека, далекого от геологии и
тем более от палеоботаники, разница между Донбассом и Кузбассом, главным об-
разом, в географии и в том, что Донбасс - ветеран среди наших угольных бас-
сейнов, а с Кузбассом ассоциируются годы предвоенных пятилеток. Для палеобо-
таника оба бассейна настолько разнятся, что, задавая вопрос об их различиях,
вполне можно рассчитывать на встречный вопрос: "А что между ними общего?".
Действительно, растительный мир в них был так же различен, как в современном
Подмосковье и в тропических джунглях. Но об этом потом, а сначала немного ис-
тории .
Полувековой спор
из-за ошибки
Этот грандиозный спор закончился в конце 20-х годов нашего века. В нем в
той или иной мере принимали участие чуть ли не все геологи и палеоботаники,
занимавшиеся или интересовавшиеся угленосными палеозойскими отложениями всей
Сибири.
Началось с не столь, как будто, важной ошибки. В 70-х годах прошлого века
киевский палеоботаник И. Ф. Шмальгаузен (отец известного биолога-эволюциони-
ста И. И. Шмальгаузена) работал над коллекциями ископаемых растений, собран-
ных в Кузнецком, Тунгусском и Печорском бассейнах. О палеозойской флоре Куз-
басса к тому времени почти ничего не было известно (ей были посвящены лишь
две небольшие статьи немецких палеоботаников Гейница и Гепперта). Тунгусский
и Печорский бассейны и вовсе были палеоботаническим белым пятном. Можно по-
нять , какой интерес вызвала обстоятельная монография, выполненная И. Ф.
Шмальгаузеном - одним из лучших палеоботаников прошлого века. Но надо же было
так случиться, чтобы в этой прекрасно выполненной по тем временам монографии,
оказалась досадная ошибка. Но Шмальгаузен не был виноват в ней.
Собирая коллекции ископаемых растений (как и любые другие геологические
свидетельства) необходимо строго документировать, из какого слоя взяты образ-
цы. К этому основному правилу геолог приучается с первых дней обучения поле-
вым работам. В прошлом веке это понимали далеко не все исследователи, и к об-
разцам часто прикладывались весьма лаконичные этикетки. Указывалась ближайшая
деревня, какая-то часть реки, и этим все ограничивалось. Теперь такие мате-
риалы палеоботаник вовсе не принимает во внимание. Камень без точного адреса
годится разве что для любительской коллекции редкостей. Но в прошлом веке ка-
ждый привезенный из Сибири или с Печоры образец был более интересным, чем для
нас антарктические коллекции. Поэтому Шмальгаузен описал все материалы, по-
павшие в его распоряжение, в том числе и недостаточно точно документирован-
ные. Он не знал, что собранные в Кузбассе образцы получены из двух существен-
но разных частей геологического разреза, а именно: из пермских (верхнепалео-
зойских) и юрских (мезозойских) отложений. Невнимание коллектора и неточность
в этикетке обернулись серьезной ошибкой в геологических представлениях.
Мы уже говорили, что сибирская флора была тогда почти неизвестна, поэтому
привезенные из Кузбасса пермские растения оказались новыми для науки, совсем
не такими, как одновозрастные растения Западной Европы. А юрскую флору, более
однообразную по всему миру, знали вполне сносно. Поэтому оказавшиеся в куз-
нецкой коллекции юрские отпечатки были И. Ф. Шмальгаузену хорошо знакомыми, и
это решило данное им заключение о возрасте. Его обстоятельная монография так
и называлась "Юрская флора России". Хотя в печорской и тунгусской коллекциях
типично юрских растений не нашлось, но флора этих мест была вполне кузнецкого
типа, и датировать ее другим периодом Шмальгаузену даже не пришло в голову.
Уже вскоре после выхода в свет монографии Шмальгаузена русский геолог К. Л.
Космовский выразил сомнение в правильности вывода о юрском возрасте угленос-
ной толщи Кузбасса. Он совершенно правильно предположил, что здесь есть отло-
жения нескольких геологических систем. Шмальгаузен ответил на выступление
Космовского довольно резкой статьей. В спор включился видный французский па-
леоботаник Рене Зейллер. Он видел ошибку Шмальгаузена и на основании вновь
присланных ему из России коллекций геолога И. П. Толмачева пришел к выводу о
пермском возрасте кузнецкой угленосной толщи. В начале нашего столетия палео-
зойской флорой Сибири стал заниматься М. Д. Залесский, впоследствии один из
авторитетнейших наших палеоботаников. Залесский, верный ученик Зейллера, бе-
зоговорочно поддержал мнение своего учителя. До конца своей жизни, т. е. до
1946 г., М. Д. Залесский считал, что угленосные толщи Сибири целиком перм-
ские .
Это была другая крайность. Ведь в монографии Шмальгаузена указывались опре-
деленно мезозойские, а именно - юрские виды. Как же поступил с ними Залес-
ский? А очень просто! В литературе он нашел среди известных к тому времени
палеозойских растений примерно такие же по внешнему облику виды и к ним отнес
юрские отпечатки. Внешне все стало вполне гладко, и на геологической карте
Кузбасса, подготовленной к 1925 г. группой геологов под руководством В. И.
Яворского и П. И. Бутова, показаны обширные поля угленосных пермских отложе-
ний. Юрских пород в Кузбассе вовсе не стало. Вопрос был не столько решен,
сколько замят, хотя многие видные геологи продолжали над ним думать, снова и
снова возвращаясь к мыслям, высказанным еще Космовским.
Все стало на свои места только летом 1927 г., когда томский геолог Л. М.
Шорохов, работая в Кузбассе, обнаружил, что юрские и мезозойские растения за-
легают в разных частях геологического разреза. Через год сотрудница Геологи-
ческого музея Академии наук СССР М. Ф. Нейбург, в будущем крупнейший совет-
ский палеоботаник, приехала в Кузбасс, не доверяя геологам, собиравшим иско-
паемые растения. На месте она стала отбирать остатки растений, тщательно от-
мечая слои, в которых найден тот или иной вид. Она подтвердила выводы Шорохо-
ва. Так стала окончательно ясной путаница в коллекции, попавшей в руки Шмаль-
гаузена. На геологической карте Кузбасса появились юрские отложения. В после-
дующие годы М. Ф. Нейбург удалось показать, что в Кузбассе есть полный разрез
от каменноугольной до юрской систем включительно и все это с многочисленными
ископаемыми растениями. Предвидение Космовского блестяще подтвердилось, одно-
временно это стало и триумфом палеоботаники. Именно ископаемым растениям мы
обязаны тем, что в распоряжении геологов, осваивавших Кузбасс, была верная
геологическая карта.
Здесь, однако, резонно задать вопрос, а стоило ли ломать в течение полувека
копья из-за возраста угленосных отложений с ископаемыми растениями? Не все ли
равно, какой возраст имеет уголь? Был бы он хорошим. К сожалению, такой во-
прос задают и горняки, которые пришли добывать уголь на уже изученные, разве-
данные места. Когда в ход пошли угольные комбайны и отбойные молотки, знать
возраст пласта действительно уже не нужно, но вот найти месторождение, пра-
вильно его разведать и подготовить для эксплуатации, не зная возраста пород,
нельзя. Только имея в руках хорошую геологическую карту с показанными на ней
полями отложений разного возраста, можно проследить угольные пласты, скрытые
от геолога мощной толщей горных пород. Впрочем, к этому вопросу мы еще вер-
немся в предпоследней главе.
Царство
кордаитов
Если палеоботанику попадает в руки коллекция с ископаемыми растениями из
пермских или каменноугольных (только не из нижнекаменноугольных) отложений
Кузбасса и вообще Сибири, он может не глядя, быть уверенным, что на образцах
будут отпечатки листьев кордаитов (рис. 19 и 20). Хоть в небольшом количест-
ве, но найдутся. Иногда их отпечатки так плотно заполняют поверхность образ-
ца, что, очищая для изучения один лист, приходится портить с десяток других:
настоящий слоеный пирог из листьев. Про такие скопления листьев иногда гово-
рят "лесная подстилка", но это неверно. Тот мягкий ковер из листьев, в кото-
ром грибники ищут предмет своей страсти, не достается палеоботаникам. В лесу
все листья сгнивают, и от них остается лишь труха, в чем легко убедиться, по-
копавшись в настоящей лесной подстилке. Чтобы лист законсервировался на мил-
лионы лет в виде фитолеймы или отпечатка, ему надо попасть в воду - озеро,
реку, болото или море. Но скопления листьев в воде уже никто не назовет лес-
ной подстилкой.
Рис. 19. Розетка листьев пермских кордаитов.
Рис. 20. Листья ангарских кордаитов из пермских отложений.
Итак, листья кордаитов столь же обильны в угленосных палеозойских отложени-
ях Сибири, как сейчас иглы хвойных в тех же местах. Поэтому кордаиты в первую
очередь привлекли внимание палеоботаников. Среди таких часто встречающихся
ископаемых удобнее всего искать стрелки, показывающие геологическое время. К
несчастью палеоботаников, листья сибирских кордаитов оказались настолько на
одно лицо, что и Шмальгаузен, и Залесский сочли возможным отнести их к одному
виду. Кордаиты стали балластом в палеоботанических коллекциях.
Палеоботанику, работающему в Сибири сейчас, это кажется парадоксальным.
Достаточно сказать, что в 1964 г. в литературе уже фигурировало около сотни
видов кордаитов, закономерно распределенных по геологическому разрезу. Но в
первые годы освоения палеоботанических залежей Сибири было не так. Причин
этому несколько, но главное то, что на листья кордаитов смотрели в отрыве от
геологического разреза. Первой высказала сомнение в том, что все сибирские
кордаиты - один биологический вид, та же М. Ф. Нейбург. Недаром она собирала
ископаемые растения в экспедициях, а не только сидела в кабинете над образца-
ми. Ее вскользь высказанного в небольшой статье сомнения на этот счет оказа-
лось достаточно, чтобы количество выделяемых видов стало стремительно расти.
К концу 30-х годов кордаиты не только перестали быть балластом, но и вошли в
число важнейших (или, как часто говорят, "руководящих") видов. Во внешне про-
стых и однообразных листьях стали видеть все больше отличий. Палеоботаники
измеряли густоту жилок, пропорции листа, учитывали его размеры, очертания,
выделяли все новые и новые виды и ... перегнули палку. На страницы палеобота-
нических работ вышли стройные ряды аккуратно подобранных по цифровым показа-
телям листьев. Загнанные в тесные математические рамки кордаиты стали мстить
палеоботаникам, В системе листьев, лишенных свойственной всему живому измен-
чивости, стало очень трудно разбираться. Учащались ошибки в определениях, а
на геологических картах соответственно появлялись неверные контуры.
Таких забастовок ископаемых растений история палеоботаники знает немало.
Выход из трудностей всегда один: проникать в глубь структуры растений, ожив-
лять , делать более естественной систематику. Когда речь идет о листьях, надо,
прежде всего, попытаться изучить строение их эпидермы. Здесь мы возвращаемся,
таким образом, к клеткам, устьицам, кутикулам, фитолеймам. Словом, снова вся
надежда на химию, препараты и микроскоп, Кто подзабыл, как палеоботаники рас-
крывают микроструктуру ископаемых листьев, может вернуться к главе "Консервам
300 миллионов лет", а мы продолжим рассказ о сибирских кордаитах.
Упрямые
листья
Клеточное строение сибирских кордаитов оказалось крепким орешком. Потерпели
неудачу первые же попытки получить препараты кутикулы, изучить эпидерму хими-
ческими методами. Пришлось взять на вооружение другой метод. Трудно сказать,
кто у кого его заимствовал, но только этим методом пользуются и палеоботани-
ки , и палеозоологи, и ... криминалисты. Когда нужно установить, из какого
пистолета стрелял преступник, роковую пулю подвергают нехитрому исследованию.
На нее наносят специальную жидкость (вроде лака для ногтей), которая, высы-
хая, дает прозрачную эластичную пленку, повторяющую все царапины на поверхно-
сти пули, оставленные неровностями ствола. Затем из испытуемого пистолета
стреляют во что-нибудь мягкое, со второй пули снимают точно такую же прозрач-
ную копию, и обе пленки сравниваются под специальным микроскопом. Если оттис-
ки царапин одинаковые, значит обе пули выпущены из одного пистолета. Палео-
нтологи и палеоботаники используют подобный же метод для изучения микроскопи-
ческого рельефа ископаемых.
В начале 50-х годов с этими пленками подступилась к кузнецким кордаитовым
листьям томская аспирантка М. Д. Артамонцева (Парфенова). Она получила пленки
(будем вслед за криминалистами называть их "репликами") с хорошо видными
клетками эпидермы, но до диагностики видов на этой основе добраться не смог-
ла . Устьица удалось хорошо разглядеть лишь на одной реплике. Однако интерес-
ная заявка была сделана, и работой Артамонцевой заинтересовалась М. Ф. Ней-
бург, ставшая уже влиятельным палеоботаником, крупным специалистом по геоло-
гии и ископаемым растениям Советского Союза. Она поручила мне, тогда студенту
Московского университета, продолжить успешно начатое Артамонцевой исследова-
ние.
В основу работы были положены коллекции, собранные в Тунгусском бассейне. С
точки зрения геологической практики выбор материала оправдан. Угленосные па-
леозойские толщи Тунгусского бассейна тогда интенсивно изучались многочислен-
ными экспедициями, а без надежных палеоботанических свидетельств невозможно
сопоставить разбросанные в сплошной тайге небольшие обнажения, составить яс-
ное представление о геологическом разрезе в целом, нарисовать убедительную
геологическую карту. Но с точки зрения палеоботаники трудно было выбрать бо-
лее неудачный район, о чем тогда ни М. Ф. Нейбург, ни тем более ее студент и
не подозревали.
В западной части Тунгусского бассейна (оттуда шла основная масса собранных
геологами коллекций) отложения с кордаитами были прожарены внутриземными вул-
каническими излияниями еще в мезозойское время. Все попытки получить препара-
ты кутикулы из спекшихся угольных корочек, покрывающих отпечатки кордаитовых
листьев, обернулись неудачей. Фитолеймы неделями лежали в самых сильных окис-
лителях, подолгу варились в кислотах, но оставались все такими же черными.
Пришлось по примеру Кузбасса обратиться к репликам.
Дело пошло веселее. Хотя отпечатки листьев подверглись хорошему прогреву
под соответствующим давлением в течение многих миллионов лет, микроскопиче-
ские (размером в сотые доли миллиметра) клетки были хорошо видны на репликах.
Конечно, листья сдались не сразу, и много месяцев ушло на мытарства с поиском
смеси для приготовления реплик, на ознакомление со всеми капризами отпечат-
ков, на сбор достаточно представительного материала.
Работа наладилась. Реплик стало достаточно лишь через три года, и только
тогда стала ясна вся сложность поставленного вопроса. Одни листья сразу про-
демонстрировали хорошие клетки на поверхности и разбросанные тут и там усть-
ица, а на других получалась какая-то несуразная картина. Даже на отпечатках
чудесной сохранности с идеально пропечатавшимися клетками устьиц не было вид-
но . Зато между жилками проходили оттиски расположенных правильными продольны-
ми рядами бугорков, с двух сторон окаймлявших неглубокую, но очень четкую бо-
роздку (рис. 21). Иногда на отпечатке не было видно следов жилок, а лист про-
черчивали только отчетливые оттиски этих бороздок. На экземплярах лучшей со-
хранности видно, что такие бороздки поодиночке пробегали между каждыми двумя
жилками на одной (нижней) стороне листа. Прошло три года, пока удалось разга-
дать природу этих бороздок. Оказалось, что это - специальные вместилища для
устьиц. Скрытые в желобках, запертых бугорками на окаймляющих клетках, усть-
ица и не могли быть видны на репликах. Все это стало ясным не сразу и долго
оставалось лишь предположением. Нужны были более веские доказательства, чем
реплики, а именно: или срезы через минерализованные листья с "законсервиро-
ванными внутренностями", или препараты кутикулы. А еще лучше и то, и другое.
Рис. 21. Микроструктура листа ангарского кордаита - продольный срез
через желобок (минерализованный лист) при увеличении в 300 раз.
Наконец-то
повезло!
С находкой минерализованных листьев все получилось по пословице: "Не было
бы счастья, да несчастье помогло". Спросите у любого нашего палеоботаника,
чего ему больше всего не хватает для счастья, и он вам ответит: "Свободных,
удобных шкафов для коллекций". В кабинет М. Ф. Нейбург постоянно прибывали
ящики с образцами со всех концов Советского Союза. Для каждого нового поступ-
ления нелегко было найти место в шкафах, наполнившихся за несколько десятиле-
тий. Иногда приходилось, скрепя сердце, подвергать суровой чистке старые кол-
лекции, выбрасывая некоторые образцы. Это очень мучительная операция из-за
сознания, что обидно выбрасывать образец, который ждал своего часа несколько
сотен миллионов лет.
Однажды такой экзекуции подверглась коллекция, собранная Т. А. Добролюбовой
на реке Печоре еще в 20-е годы. М. Ф. Нейбург оставила наиболее ценные образ-
цы, а то, чем можно было пожертвовать, пошло в корзину. Я первый раз присут-
ствовал при таком акте, каждый отпечаток казался чудом природы. Мой стол еще
не был захламлен до предела, и это решило судьбу некоторых образцов. Они ос-
тались тайно, во избежание насмешек, лежать в ящике моего стола, хотя в опи-
сях против их номеров уже стояло слово "выброшен".
Прошло несколько лет, пока эти образцы снова всплыли на поверхность. В 1962
г. трагически погибла под поездом М. Ф. Нейбург. Надо было осваивать ее бога-
тейшее наследство, готовить к печати оставшиеся неопубликованными монографии,
пересматривать собранные за 40 лет коллекции. Попали на глаза и "спасенные"
образцы. Один из них привлек внимание необычной сохранностью листьев кордаи-
тов. Под бинокулярной лупой было хорошо видно, что они с желобками. Однако
главное - не это, а то, что органическая корочка, покрывавшая отпечатки, была
не тонкая и черная, как обычно, а необычно толстая и бурая. Уж не минерализо-
ванные ли это листья? Первый же шлиф подтвердил догадку.
На поперечном срезе листа обнаружилась вся его внутренняя структура,в том
числе и сечения желобков на нижней стороне. Удалось приготовить и шлифы, про-
ходящие косо вдоль листа, почти параллельно его поверхности (рис. 22). Все
становилось на свои места, но хотелось посмотреть и на устьица этих странных
растений. Надо было получить препараты кутикулы.
Это удалось сделать только через год. И здесь сыграл роль не случай, а рас-
чет . Геолог и палеоботаник Г. Н. Садовников, изучавший угленосные пермские
отложения Тунгусского бассейна, хорошо понимал значение работ по систематике
листьев кордаитов, сам немного занимался ими и регулярно собирал их отпечатки
в экспедициях. Он учел, что в восточных частях Тунгусского бассейна угленос-
ные отложения значительно меньше прогреты вулканическими излияниями, и решил
именно там поискать материал для приготовления препаратов кутикулы. Расчет
оказался верным, и вскоре в Москву были доставлены замечательной сохранности
экземпляры. Изготовление препаратов не представило никакого труда. Примерно
тогда же после просмотра нескольких тысяч листьев, собранных в Кузбассе, уда-
лось с некоторых из них получить вполне сносные препараты.
Разобравшись с микроструктурой листьев, можно было пересматривать их систе-
матику. Заново пересмотрены прежние роды и виды. От них мало что осталось по-
сле строгой ревизии. Оказалось, что под одним видовым названием фигурировали
листья, принадлежащие не то что разным видам, а даже разным родам. Старая
систематика, основанная на голых цифрах, нацело развалилась. Введение микро-
скопических методов в изучение кордаитов вскоре позволило решить и ряд спор-
ных вопросов в геологии угленосных толщ Сибири.
Рис. 22. Желобки на отпечатке листа ангарского кордаита.
О других растениях
кордаитовой тайги
Количество листьев кордаитов в пермских и каменноугольных отложениях Сибири
очень велико. Как говорят палеоботаники, они составляют основной фон в расти-
тельных комплексах. Поэтому вполне понятно мнение об их былом господстве в
сибирских ландшафтах и о существовании в те времена кордаитовой тайги. Так ли
это было или нет, мы не знаем. Возможно, просто кордаиты предпочитали места,
расположенные вокруг водоемов. Это могло дать им существенные преимущества
перед их современниками в проникновении на страницы геологической летописи.
Но то, что кордаиты были заметными растениями в сибирских палеозойских ланд-
шафтах - несомненно.
В остальном население Сибири сильно отличалось от всего, что мы видели в
тропическом каменноугольном лесу Донбасса. В Кузнецком и Минусинском бассей-
нах, в Туве, Монголии и Восточном Казахстане мы находим в нижнекаменноуголь-
ных отложениях большое количество древовидных плауновых, но среди них нет ле-
пидодендронов . Мы видим здесь и растения, сходные с каламитами, но не такие
крупные и с другим строением сердцевины. Раннекаменноугольные ландшафты этих
мест были еще лишены кордаитов.
Настоящее господство кордаитов началось лишь примерно с середины каменно-
угольного периода. В это же время появились членистостебельные растения (см.
главу XIV) с листьями, сросшимися снизу в воронкообразную чашу. Папоротники
встречались редко и совсем не такие, как в тропических лесах. Семенные папо-
ротники также имели совершенно особую листву, которую мы не находим за преде-
лами Сибири. У одних были круглые листья на небольших черешках и с веерно
расходящимися тонкими жилками, у других листья рассечены на дольки, как у
морковной ботвы. О третьих, долго относимых к роду гондванидиум (Gondwani-
dium), мы поговорим, когда будем рассуждать о дрейфующих материках.
Пермский растительный мир Сибири и Печорского бассейна казался уже хорошо
изученным, когда в нем неожиданно обнаружилась новая и богатая представителя-
ми группа растений. Еще в 30-х годах М. Д. Залесский нашел в Кузнецком бас-
сейне отпечатки, похожие на хвойные, и назвал их Walchia spinulifolia. Валь-
хия - это род европейских хвойных пермского периода. Во время Великой Отече-
ственной войны такие же экземпляры попали в руки М. Ф. Нейбург, работавшей в
Кузбассе по заданию Наркомугля. Уже тогда она заподозрила, что это - не хвой-
ные, а мхи, но с решением вопроса не торопилась до получения более доказа-
тельных материалов.
Целеустремленный поиск всегда приносит успех, и в начале 50-х годов М. Ф.
Нейбург подобрала уже порядочную коллекцию предполагаемых мхов из пермских
отложений Кузнецкого, Печорского и Тунгусского бассейнов. Пользуясь той же
смесью, с которой получали в те годы реплики (аптечным коллодием) , она сняла
кусочки фитолейм с отпечатков и изучила их под микроскопом. Тонкая вязь ко-
ричневых клеточек в препарате однозначно показала: это листостебельные мхи
(кстати, бывают еще мхи печеночные, которые известны, начиная с каменноуголь-
ного периода). Для палеоботаников это было полной неожиданностью. Высокораз-
витые листостебельные мхи, некоторые имеют почти современный облик, и вдруг -
в пермских отложениях. До этого их находили в кайнозойских и очень редко в
более древних (юрских) породах. А тут - сотни экземпляров, да еще в палеозое.
Надо было все как следует обосновать.
Здесь очень кстати подоспела статья американского палеоботаника У. Дарра с
удачным рецептом для смеси, позволяющей снимать фитолейму с отпечатком цели-
ком . Но был в смеси Дарра и один недостаток. В нее входит нитроцеллюлоза, т.
е. вполне обычная взрывчатка. Путь М. Ф. Нейбург к ней лежал через разрешение
органов милиции, неурядицы с шестикилограммовой упаковкой (когда нужно было
несколько сот граммов) и другие обычные в таких случаях препоны. Но смесь
окупила все хлопоты. Благодаря ей М. Ф. Нейбург получила превосходные препа-
раты (рис. 23).
Рис. 23. Ангарские пермские мхи и их микроструктура: микрострук-
тура листа мха Intia.
В 1956 г. вышла в свет небольшая статья, а в 1960 г. - уже большая моногра-
фия с описанием 10 родов и 14 видов пермских мхов. Получив из Москвы банде-
роль с этой монографией, член английского Королевского общества Т. М. Гаррис
(о нем рассказывается в главе X) написал М. Ф. Нейбург в ответном письме:
"Одной работой Вы изменили существующие в палеоботанике представления, что
редко выпадает на долю ученого". Мы не рассказали о многих других достоприме-
чательностях сибирской кордаитовой тайги. Ведь в каменноугольных и пермских
отложениях Сибири сейчас установлено уже несколько сот видов, и в каждом есть
что-то интересное и необычное. Но с некоторыми растениями мы еще встретимся в
последующих главах.
ГЛАВА V. БЫЛ ЛИ
МАТЕРИК ГОНДВАНА?
"Палеоботаника - настоящая кладовая сюрпризов
даже для самых осторожных исследователей".
Бирбал Сахни (индийский палеоботаник)
В появлении некоторых фундаментальных геологических воззрений сказалось
прямое влияние палеоботаники. Именно так получилось с понятием "Гондвана".
Это гипотетический материк, некогда объединявший Африку, Южную Америку, Авст-
ралию, Индию и Антарктиду. Здесь, собственно, следовало бы сказать: " по-
видимому, объединявший". Хотя Гондване посвящено много исследований, регуляр-
но собираются посвященные ей международные симпозиумы, а некоторые исследова-
тели просто не мыслят себе прежние геологические эпохи без Гондваны, все же
материк остается гипотетическим.
По этому вопросу существуют три точки зрения. Одни геологи считают, что пе-
речисленные выше гондванские материки некогда были соединены в Гондвану, а
затем откололись друг от друга и поплыли по поверхности Земли, оставляя место
для океанических впадин (о гипотезе дрейфа континентов мы поговорим в специ-
альной главе). Другие геологи полагают, что материки эти никогда не были объ-
единены и что разделяющие их океаны всегда существовали, т. е. Гондваны как
единого материка никогда не было. Наконец, третьи считают, что гондванские
материки, хотя и оставались на своих местах, по сплошными массивами суши объ-
единялись в гигантский материк. Последний потом раскололся и его внутренние
части погрузились, образовав ложе океанических впадин.
Есть такие вопросы в науке, которые иногда называют "проклятыми". По ним
выдвигается масса теорий, каждая подтверждается фактами, но у каждой есть ка-
кие-то противоречия. Правда, иногда эти противоречия сводятся к нехитрому те-
зису, выдвигаемому одной стороной: "Мы не можем себе представить, что...".
Гондванский вопрос относится к числу ветеранов, ему скоро исполнится сто лет.
Спорят геологи и геофизики, зоологи и ботаники, географы и океанологи. А
окончательное решение что-то все никак не приходит, отчасти, возможно, отто-
го, что исследователи с большей охотой смакуют противоречия оппонентов, чем
обращают внимание на свои собственные.
В начале главы было сказано, что к рождению понятия "Гондваны" палеоботани-
ка имела прямое отношение. А не может ли она сказать свое веское слово в спо-
ре и сейчас?
Открытие
капитана
Скотта
Начало нашего века ознаменовалось великими событиями в изучении полярных
стран. В 1909 г. Роберт Пири успешно достиг Северного полюса. Через год сразу
две экспедиции начали штурмовать Южный полюс. Участники Британской Антаркти-
ческой экспедиции под командованием капитана Скотта пришли на полюс уже то-
гда , когда там стоял поставленный Амундсеном знак. Это была не единственная
неудача англичан. И сам Скотт, и его товарищи погибли на обратном пути. Их
последнюю стоянку удалось разыскать, и собранные экспедицией научные материа-
лы, к счастью, не пропали. Среди геологических образцов оказались отпечатки
растений. Из дневника следовало, что участники экспедиции Уилсон и Боуерс на-
шли их на горе Бакли, т. е. на 85° ю. ш., в 450 км от полюса. Они собрали 14
кг образцов угля и сланцев с растениями, несмотря на то, что находились на
грани смерти от истощения. Только через год образцы были доставлены в Англию.
Крупнейший английский палеоботаник А. Ч. Сьюорд описал уникальную коллекцию в
1914 г. Хотя образцы были не слишком хорошей сохранности, не возникло никаких
сомнений, что в пермское время Антарктика была заселена пглоссоптериевойп
флорой.
Сейчас этому никто не удивляется, поскольку одни об этом давно знают, а
другим неизвестно, что такое глоссоптериевая флора. Но когда в Европу были
доставлены образцы экспедиции Скотта, удивлялись все - и знающие, и незнаю-
щие . Поражало хотя бы то, что отпечатки найдены в самой глубине Антарктиды,
где сейчас нет ничего живого. Причем найдены не какие-нибудь дистрофичные,
угнетенные растения, а полноценные отпечатки нормальных растений, точно таких
же, какие были известны в... Индии, Южной Африке, Австралии и Южной Америке.
После Скотта в Антарктике побывало еще несколько экспедиций, доставивших
палеозойские ископаемые растения (рис. 24). Больше всего материала собрали
участники Трансантарктической экспедиции 1955-1958 гг., организованной англи-
чанами. Честь обрабатывать эту коллекцию выпала палеоботанику из университета
Витватерсранда (Южно-Африканская республика) Эдне Пламстед. В 1962 г. она вы-
пустила в свет обстоятельную монографию, в которой обобщила все, что мы знаем
о вымерших растениях Антарктиды. В этой капитальной монографии 140 страниц
текста и 28 таблиц с фотографиями растительных остатков. Только в палеозой-
ских отложениях Антарктиды сейчас обнаружено свыше 40 видов растений. Много-
вато для "ледового континента". Но пора с этими растениями познакомиться.
Рис. 24. Местонахождения позднепалеозойских растений в Антарктиде.
Глоссоптериевая
флора
За такой скучный заголовок приходится просить извинения у читателей, но по-
добран он не случайно. Понятие "глоссоптериевая флора" настолько существенно
для всех наших дальнейших рассуждений, что к нему надо привыкнуть как следу-
ет. Чтобы лучше привлечь внимание читателя, я и поместил это понятие в заго-
ловок .
В начале прошлого века французский палеоботаник Адольф Броньяр получил не-
большую коллекцию ископаемых растений из Индии. Среди них оказались своеоб-
разные и тогда еще не известные листья. Они были языковидными с толстой жил-
кой, пересекающей лист от основания до верхушки. Тонкие боковые жилки, соеди-
ненные перемычками, образовывали на листе сложную сетку (рис. 25). За языко-
видную форму эти листья получили название Glossopteris (по-гречески "глосса"
- язык, "птерис" - корневое слово, которое часто прибавляют к названиям со-
временных и ископаемых папоротников; Броньяр думал, что перед ним листья ка-
кого-то папоротника). В последующие десятилетия глоссоптерисы были найдены в
большом количестве в Австралии, Африке и Южной Америке. Стало ясно, что па-
леоботаники столкнулись с до сих пор неизвестной флорой, некогда занимавшей
большие пространства. Интересно, что в 1775 г. капитан Джеймс Кук, вернувший-
ся из кругосветного путешествия, окончательно доказал неправильность предпо-
ложения о существовании некоей Южной Земли (Terra Austrails). Ровно через сто
лет, в 1875 г. , Г. Ф. Блэнфорд впервые обратил внимание на распространение
глоссоптерис в Индии, Южной Африке и Австралии, ввел понятие "глоссоптериевая
флора" и предположил, что от начала пермского периода и до середины третично-
го периода существовал Индо-Океанский континент. Позже М. Неймар предположил
существование Бразильско-Эфиопского континента. И, наконец, в 1885 г. знаме-
нитый геолог Эдуард Зюсс, автор удивительной по полноте и глубине охвата ма-
териала сводки "Лик Земли", предложил термин "материк Гондвана".
Рис. 25. Лист глоссоптериса.
Палеоботаники довольно долго ломали голову над тем, какого возраста глос-
соптериевая флора. Как в случае с Кузбассом, сначала предполагали юрский воз-
раст . В юрских отложениях Европы к тому времени были известны растения, очень
похожие на глоссоптерис, но листья у них не одиночные, а собирались на одном
черешке по четыре-пять штук. Родство этих европейских листьев и глоссоптерис
казалось вне сомнения (потом это оказалось ошибкой). Только когда в Индии и
Австралии вместе с глоссоптерисами нашли листья кордаитов, стало ясно, что
глоссоптериевая флора палеозойская.
Рис. 26. От позднего каменноугольного до раннего пермского пе-
риода (315 млн. лет назад — 270 млн. лет назад) — единственный
период времени за последние 600 миллионов лет, когда и атмосфер-
ный С02, и температура были такими же низкими, как сегодня (чет-
вертичный период).
В решении вопроса о возрасте кузнецкой угленосной толщи ошибка сыграла ро-
ковую роль. С гондванскими угленосными отложениями получилось нечто похожее.
В 1883 г. французский палеоботаник Рене Зейллер описал небольшую коллекцию
ископаемых растений, собранных в гондванских отложениях реки Замбези (Южная
Африка). Вывод Зейллера оказался совершенно неожиданным: в коллекции оказа-
лись лишь виды, хорошо известные в верхнекаменноугольных отложениях Франции.
Зейллер был уже известен как хороший знаток европейских палеозойских расте-
ний, и в правильности его определений никто не сомневался. В Африке же знали
и типично гондванскую глоссоптериевую флору. О мезозойском возрасте ее к тому
времени почти никто не говорил, и вопрос о возрасте глоссоптериевой флоры ре-
шился методом исключения: если она не каменноугольная и не мезозойская, то
остается отнести ее к пермскому периоду. Потом с этой мыслью надо было только
свыкнуться - и дальше пойди и докажи, что в самом начале допущена ошибка. А
такая ошибка была, причем весьма досадная.
Статья Зейллера о растениях с Замбези занимала умы палеоботаников. В 1951
г. португальский палеоботаник К. Тейшейра выступил на одном из международных
конгрессов со специальным объяснением необычного проникновения каменноуголь-
ных европейских растений далеко на юг Африки, с выводами о времени появления
глоссоптериевой флоры. Лучше бы Тейшейра не делал своего доклада, так как на
том же конгрессе голландский палеоботаник В. Йонгманс поведал присутствующим,
что Зейллер описал не африканскую, а типичную французскую флору: кто-то ко-
гда-то перепутал этикетки на ящиках шкафа.
Хотя гондванские растения изучаются уже много лет, спор об их возрасте да-
леко не закончен. Мы знаем, что они палеозойские, но в наше время это слишком
мало. Нужно знать хотя бы, к какому периоду они относятся. Теперь уже никто
не говорит, что они мезозойские, спорят лишь о том, есть ли здесь каменно-
угольные растения или только пермские. Основная причина затянувшейся дискус-
сии - своеобразный облик гондванской флоры, ее разительное отличие от флоры
Северного полушария, где геологи устанавливали основные геологические перио-
ды.
Глоссоптерис и близкий к нему род гангамоптерис, у которого листья были
точно такими же, но без толстой жилки посредине, столь же часты в палеозой-
ских угленосных отложениях Гондваны, как листья кордаитов в Сибири. Они также
массами забивают породу, так что получается "слоеный пирог из листьев". С ни-
ми встречаются, хотя и не слишком часто, другие растения. Это хвощи со срос-
шимися в воронку листьями, кордаиты, семена, редкие хвойные, папоротники и
различные экзотические непонятные растения.
Материков много
- флора одна
Если бы ботаник выбрал себе для работы тему "Сравнение флоры Антарктиды и
Индии", его едва ли сочли за вполне нормального. Есть ли смысл, действитель-
но, сравнивать тропические джунгли с убогим набором мхов и лишайников Антарк-
тиды? Точно такой же вопрос, когда он ставится для позднепалеозойского време-
ни, весьма актуален. Три четверти известных в Антарктиде палеозойских расте-
ний встречаются и в Индии. Из сорока с небольшим антарктических видов лишь
два или три неизвестны на других гондванских материках. Примерно так же близ-
ка между собой флора и других областей Гондваны. Чем дальше работают палеобо-
таники, тем полнее проявляется это необычайное сходство, недооценка которого
в прошлом часто была связана с неверными определениями растений или недоста-
точно представительными коллекциями. Разумеется, на фоне такого сходства есть
и отличия. Но без этого картина была бы просто фантастической. Важно другое,
мы не видим каких-либо закономерных изменений в составе палеозойской флоры,
когда переходим из одной части Гондваны в другую. Такие закономерные измене-
ния характерны для больших пространств Северного полушария. Это видно на при-
мере кордаитовои тайги. Например, в Тунгусском бассейне мы не находим многих
кузнецких растений, а затем снова встречаем их в Норильске и на Западном Тай-
мыре . Здесь такие отличия безусловно не связаны с океаническими впадинами.
Тем более странно единство гондванской флоры, местонахождения которой сейчас
разделены огромными океанами.
В единстве флоры гондванских материков есть лишь одна трещина. Но это ис-
ключение , скорее, подтверждает правило. Речь идет вот о чем. В Южной Родезии,
Аргентине и Южной Бразилии вместе с обычной глоссоптериевой флорой в неболь-
шом количестве обнаружены такие папоротники и клинолисты, которые не харак-
терны для других гондванских материков, но зато встречаются в Европе, Север-
ной Америке, Китае и Корее. Хотя эти чужеземцы найдены лишь в небольшой части
разреза, их присутствие свидетельствует о сходстве флоры материков, разделен-
ных сейчас океаном.
Единство растительного мира гондванских материков продолжалось и в мезозое,
но постепенно каждый материк обретал все более и более отчетливое своеобра-
зие. Сейчас Африка и Индия относятся к Палеотропической флористической облас-
ти, Южная Америка - к Неотропической, а Австралия - к своей собственной Авст-
ралийской области. Но все же многие растения и сейчас оберегают древние, сло-
жившиеся в палеозое традиции и напоминают о былом единстве гондванских мате-
риков. Так, род с оригинальным названием "симфония" встречается лишь на запа-
де Центральной Африки и на севере Южной Америки. Семейство протейных своим
распространением точно обрисовывает Гондвапу (рис. 27) и встречается почти по
всей Южной Америке, в южной части Африки, в Австралии, Индии и на Мадагаска-
ре . Только в Антарктиде сейчас не живут протейные, по этого от них уже ждать
и не приходится.
120 90 60 30 0 30 60 90 120 150 180
Рис. 27. Современное распространение семейства протейных почти в
точности повторяет очертание Гондваны (в темно-зеленый цвет ок-
рашены районы с наибольшим разнообразием видов).
Всего сказанного вполне достаточно, чтобы попять чувства палеоботаников,
когда они решительно выступают против попыток проложить тысячекилометровые
океаны между гондванскими материками уже в палеозое. Гондвана была для них
единой, но вот сидели ли составляющие ее материки на своих местах, соединен-
ные мостами, или они плавали по поверхности Земли - вопрос другой.
ГЛАВА VI. ТЕРМОМЕТРЫ
ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ПРОШЛОГО
"Слоны и южных земель травы на севере
важивались".
М. В. Ломоносов
Погода завтра или, например, в ближайший год интересует всех. Погода вчера
или год назад интересует, пожалуй, только метеоролога или климатолога. А вот
надо ли знать погоду, точнее - климат, планеты десятки и сотни миллионов лет
назад? Оказывается, да. Климатами геологического прошлого занимается специ-
альная дисциплина палеоклиматология. С восстановлением древних климатов прямо
или косвенно связано решение важных практических вопросов. Без этого, напри-
мер, нельзя установить основные закономерности в размещении многих полезных
ископаемых - таких, как уголь, соль, марганцевые и медные руды и другие. Оче-
видно, что осаждению каменной соли благоприятствует жаркий и сухой климат
(вспомним Кара-Богаз-гол). Угли, наоборот, накапливаются во влажных условиях,
поскольку прототип угольного пласта - торфяное болото. Это элементарные при-
меры .
Не будем, однако, углубляться в дебри палеоклиматологии и изучать ее физи-
ческое , химическое и геологическое вооружение. Нам нужно только посмотреть на
все те вымершие растения, о которых шел и еще пойдет рассказ, в их естествен-
ной среде. Мы познакомились с каменноугольным лесом Донбасса, кордаитовой
тайгой Сибири и гондванскими растениями, но о климатической обстановке почти
ничего не говорили.
На первый взгляд это не слишком сложная проблема. Растения, весьма чувстви-
тельные к температуре, влажности, почвам, должны быстро ответить на палеокли-
матические вопросы. Это действительно так, когда мы имеем дело с новейшими
геологическими отложениями. Найдя в породах карликовую березку, мхи, болотные
хвощи, осоки, можно смело утверждать, что климат был влажным и холодным.
Встретились лавр, магнолия, платан, грецкий орех - налицо субтропики. Но, к
сожалению, все перечисленные растения не были вечными. Спускаясь "вниз по
разрезу", сначала в третичные, а затем мезозойские отложения, мы находим все
меньше современных родов и, наоборот, все больше попадается полностью вымер-
ших растений. Даже если мы и находим в древних (скажем, юрских) отложениях
дожившие доныне роды, то можно ли гарантировать постоянство их склонностей к
тому или иному климату? Палеонтология учит здесь большой осторожности. Хоро-
ший пример можно привести из мира животных. Сейчас слоны и носороги - жители
тропиков, а всего несколько тысяч лет назад, обросшие густым мехом, они бро-
дили в суровых ландшафтах ледникового периода в Европе и Азии.
Приступая к восстановлению мезозойских и палеозойских климатов, приходится
ориентироваться не на систематическую принадлежность, а на структуру расте-
ний. В ней надо искать признаки, появляющиеся в определенных климатических
условиях. Но это уже не просто. Во-первых, далеко не всегда можно изучить ис-
копаемое растение в необходимых деталях. Во-вторых, науке неизвестно, почему
два растущих рядом, в совершенно одинаковых условиях дерева имеют совершенно
различную листву. Можно сказать даже сильнее. Мы не знаем, почему у клена ли-
стья одни, а у березы другие, почему у сосны иглы сидят пучками, а у ели по-
одиночке . Мы не знаем физиологических причин той или иной особенности расте-
ния . С приспособительными признаками у животных дело обстоит немного проще: у
хищника - когти, у быстроходной рыбы - мощная мускулатура, обтекаемая форма
тела и т. д. Приспособительный смысл большинства свойств растений пока неиз-
вестен. Большинства, но, к счастью, не всех. Имея дело с ископаемыми расте-
ниями, мы все же можем кое за что зацепиться.
Гаданье
на кольцах
Определить, сколько дереву лет, может каждый школьник. Для этого надо под-
считать на поперечном спиле ствола количество годичных колец. Сущность колец
проста. В течение года дерево растет с разной скоростью, летом с большей, зи-
мой с меньшей (а то и вовсе не растет). Весной и летом отделяемые камбием
клетки древесины крупные, с широкими просветами; чем ближе к зиме, тем мельче
клетки. Эти-то концентрические кольца мелких клеток и видны на поперечном
спиле. Ширина промежутков между кольцами зависит от многих причин. Выдался
засушливый год, одолели вредители или болезнь - кольца сгущаются. Прошел год
благополучно - кольца закладываются на большем расстоянии.
По годичным кольцам на пнях, как учат в школе, можно без компаса найти до-
рогу в лесу: с северной стороны дерева они сгущаются. Но если путешественник
попытается искать таким способом дорогу в тропических джунглях, он попадет
впросак. Там годичных колец нет. Конечно, не у всех деревьев и не по всем
тропикам. Ведь кольца (тут их лучше из осторожности не называть годичными)
могут закладываться не только от холодной зимы, как в средних широтах. Причи-
ной может быть чередование засушливых и дождливых периодов или просто внут-
ренний ритм в жизни растения. Местом, в котором кольца встречаются лишь из-
редка, являются тропические дождевые леса. Такие леса не образуют сплошного
пояса, а встречаются отдельными крупными пятнами вдоль экватора, не выходя за
пределы тропиков.
В горных породах куски окаменелой древесины встречаются часто. Сохранность
их может быть плохой, но годичные кольца, если они были у дерева, почти все-
гда можно различить. Есть они - значит климат был с сильными сезонными коле-
баниями (в температуре или осадках) . Нет их - климат и световой режим весь
год были ровными, однообразными. Был ли климат жарким или относительно про-
хладным - сказать по кольцам нельзя.
Итак, один вопрос решен. Мы можем выделять области с сезонными изменениями
климата и без них. Следующий вопрос - температура. К ней подход был найден с
другой стороны. Но прежде - маленький ботанический экскурс и два новых терми-
на. Все многолетние растения с достаточно толстыми стволами, а попросту гово-
ря - деревья, можно разделить на две большие группы. У одних, и с ними мы
большей частью имеем дело, основная часть ствола занята древесиной, а кора с
сердцевиной сильно уступают ей в объеме. Такой тип стволов называется пикнок-
силическим. Это, например, такие деревья умеренной полосы, как сосны, ели,
дубы, березы и т. д. У других деревьев все как раз наоборот: древесина в виде
тонкого кольца или небольших участков в сплошной массе коры и сердцевины. Так
устроены пальмы и цикадовые (саговые пальмы). У них - маноксилический тип
стволов. Физиологи показали, что имея маноксилический ствол, растение не пе-
ренесет зимы с температурами ниже нуля. Иначе говоря, таким стволам требуется
климат, который называется безморозным. Говоря о преимуществах деревьев с
большим количеством древесины, обычно вспоминают прочность их стволов, спо-
собность проводить большое количество жизненных соков. К этому надо добавить
и их способность выдерживать суровые зимы.
160 W I40 W |2о W loo W so W бо\\ ш W 20 \\ о 2о I 101 60 | no I loo I 12о I lio | 160 I l.xo
60 S 60 S
ISO 160 \V 140 \\ 120 W |00 W SOW 60 W 40 W 20 W 0 20 I 40 1 60| SO I 100 1 120 1 140 1 I60| ISO
Рис. 28. Распространение современных мангровых зарослей почти не
выходит за пределы тропиков.
Годичные кольца, растения с разным количеством древесины - главные козыри
палеоботаников, когда они берутся за восстановление климата далеких геологи-
ческих эпох. Можно использовать и другие наблюдения. Например, большое разно-
образие растений, особенно древовидных папоротников, крупные размеры листьев,
органы размножения, сидящие не на ветках, а прямо на стволах (как у кофейного
дерева) - все это скорее говорит о тропическом климате. Только в тропиках
встречаются мангровые заросли, т. е. заросли на низменных, периодически зали-
ваемых морем берегах (рис. 28).
Конечно, судить об определенных среднегодовых температурах, количестве
осадков в миллиметрах - пока непозволительная роскошь, когда мы имеем дело с
мезозойскими и тем более палеозойскими временами. Для столь далеких эпох мы
вправе лишь оконтурить тропические области, а все, что лежит за их пределами,
пока лучше не классифицировать. Все остальное для нас пока что - в не тропиче-
ские области. Маловато, конечно. Стоит ли огород городить ради такой точно-
сти? Да, безусловно стоит. В этом мы убедимся в следующей главе (в который
раз приходится на нее ссылаться).
Арктические
тропики
Теперь вернемся со всем палеоклиматическим вооружением в каменноугольный
лес Донбасса. Во-первых, здесь уже установлено около 400 видов ископаемых
растений. С точки зрения палеоботаники это очень много. Ведь надо учесть, что
добираются до "кладбища" лишь немногие растения. Сомневаться в том, что это -
лишь ничтожная часть былого богатства, не приходится. Рассказ о каменноуголь-
ном лесе начинался с гигантов лепидодендронов. Три десятка метров, причем
только до первого разветвления ствола, два метра в поперечнике - величина со-
лидная. Такая махина не вырастет за один год. Для этого лепидодендрону, не-
смотря на его нехитрое внутреннее хозяйство, пришлось бы расти в несколько
раз быстрее современного рекордсмена в скорости роста - бамбука. Иными слова-
ми, лепидодендроны жили не один год и имели толстые стволы. Чтобы стать нуж-
ными нам маноксилическими растениями, им остается только иметь мало древесины
и побольше коры и сердцевины. Все это у них тоже налицо. Лепидодендроны - не
единственные в Донбассе растения с такими стволами. Их было гораздо больше. У
некоторых из них, кстати, шишки со спорангиями росли прямо на стволах - тоже
особенность тропических растений.
Итак, три доказательства тропического климата в Донбассе в каменноугольное
время у нас уже есть (400 видов, маноксилические растения, шишки прямо на
стволах). Есть в Донбассе и хорошей сохранности древесина без годичных колец,
и следы обширных мангровых зарослей. Кажется, все ясно, Тропический климат,
много осадков (иначе не было бы углей), минимальная сезонность - словом, на-
стоящие тропические дождевые леса.
Такого же типа флора, как мы уже говорили, встречается в Северной Америке,
Западной Европе, на Северном Кавказе, в Средней Азии, Северной Африке (не во
всей Африке, а только в Северной) . В Китае, Корее и Юго-Восточной Азии в ка-
менноугольное время жило много растений, которых нет во всех перечисленных
местах, но климат здесь был тем же, типично тропическим. Если упоминание о
тропической флоре в Китае, Юго-Восточной Азии и Северной Африке не режет
слух, то этого не скажешь про остальные места. Сейчас там, в лучшем случае,
субтропики, а большей частью умеренный климат. Но не это самое удивительное.
В конце прошлого века начались систематические исследования Арктики, кото-
рые продолжаются и сейчас во все большем масштабе. Полярные экспедиции доста-
вили ученым разнообразный и интересный материал. Но, наверное, наиболее не-
ожиданными фактами, поставившими исследователей если не в тупик, то перед
очень сложными загадками, были собранные в Арктике ископаемые растения. В
Гренландии на 70° северной широты в меловых отложениях найдены листья и плоды
хлебного дерева, типично тропического растения Юго-Восточной Азии. Тропиче-
ские и субтропические роды были найдены на Шпицбергене, Аляске и в Гренландии
в третичных отложениях. Правда, здесь же найдены и жители умеренных широт
(каштан, клен и др.). Для каменноугольного времени получилась примерно та же
картина: в Северной Гренландии, на Шпицбергене, в Ньюфаундленде собраны те же
растения, что и в Европе, включая и куски древесины без годичных колец. Ко-
нечно, количество найденных здесь видов невелико, но это явно связано с не-
достаточным количеством собранных образцов.
Гондванское
оледенение
В списке вопросов, которые очень давно поставлены наукой и на которые пока
не удается дать даже приблизительный ответ, числится вопрос о причинах вели-
ких оледенений. Остатки последнего оледенения, некогда занимавшего весь север
Европы и Азии, а также части южных материков - это льды Арктики и Антарктики,
вечная мерзлота, тундра. В сущности, не известно, живем ли мы в конце велико-
го оледенения или просто в очередной период потепления, которых за последний
миллион лет было уже несколько. Для будущего человечества это - немаловажный
вопрос, если учесть высокую скорость, с которой приходят и уходят ледники.
Решая такой вопрос, заманчиво заглянуть в глубь геологической истории, найти
аналогичные события и с их помощью разобраться в современной обстановке. К
сожалению, пока идет обратный процесс: пользуясь данными по последнему оледе-
нению и современным ледникам, геологи пытаются выявить и изучить ледниковые
эпохи далекого геологического прошлого. Оледенения в жизни Земли были неодно-
кратно. Самые древние были еще в допалеозойское время, т. е. свыше 600 млн.
лет назад. Крупное оледенение произошло в конце палеозоя, во второй половине
каменноугольного периода. О нем и пойдет речь сейчас.
Открытие ледниковых отложений четвертичного периода было одним из важнейших
достижений геологической мысли прошлого века. Заключительная фаза геологиче-
ской истории сразу предстала в новом свете. Многие новейшие отложения, с ко-
торыми геологи часто имели дело, оказались ледникового происхождения. Все эти
наблюдения оживленно обсуждались в печати. Вполне понятно, что стали искать
следы оледенений в более древних отложениях. Конечно, тут же немного перегну-
ли палку, принимая за ледниковые валунники обычные конгломераты. Может быть,
памятуя о таких ошибках, довольно долго подвергали сомнению сообщение геолога
В. Блэнфорда, сделанное еще в 1859 г. об открытии верхнепалеозойских леднико-
вых отложений в Индии. Некоторые валуны в этих отложениях имеют вес в 30 т.
Позже такие же отложения (их называют "тиллитами") были найдены в Австралии,
Африке, Южной Америке и Антарктиде.
Так вошло в науку представление об обширном оледенении Гондваны во второй
половине каменноугольного периода. Впрочем, надо оговориться: время гондван-
ского оледенения известно недостаточно точно. Одни геологи считают, что оно
было в середине каменноугольного периода, другие - в конце его, третьи - от-
носят оледенение уже на начало пермского периода. Последняя точка зрения как
будто опровергается современными данными, а, чтобы удовлетворить самого взы-
скательного критика, лучше принять более расплывчатую формулировку - "вторая
половина каменноугольного периода".
Хотя рассматривать ледниковые эпохи не входит в нашу задачу, мы намеренно
коснулись гондванского оледенения, поскольку оно совпало с ранними стадиями
развития глоссоптериевой флоры. Что же говорит эта флора о гондванском клима-
те? Этот вопрос, конечно, может показаться излишним, когда есть такое свиде-
тельство, как оледенение. Ведь не в тропиках же образовались ледники? Но, как
говорил комиссар Мегрэ, "пока следствие не окончено, трудно различить, что
интересно, а что нет". Одни ледники еще не полное свидетельство о климате,
надо собрать и другие факты. Ведь есть и "снега Килиманджаро".
Гондванские растения изучаются уже давно. В Индии этим занимается группа
высококвалифицированных палеоботаников и даже есть специальный Палеоботаниче-
ский институт (единственный в мире). Поэтому растения, сопутствовавшие оледе-
нению, мы знаем довольно хорошо. Прежде всего, бросается в глаза относительно
небольшое количество видов. Самый полный список лучше всего изученной индий-
ской верхнепалеозойской флоры включает немногим более 160 видов - и это после
почти ста лет интенсивного изучения. Здесь вовсе нет растений с крупными рас-
кидистыми листьями, редки папоротники, почти нет плауновых, а те, которые
есть, имели довольно тонкие стволы. Породы забиты листьями глоссоптерисов.
Очень важно, что такого типа растения встречаются в Гондване сразу ниже лед-
никовых отложений, выше их и далее по всему разрезу многометровой угленосной
толщи. В гондванской древесине мы всегда видим отчетливые годичные кольца.
Короче говоря, о том, что гондванские растения росли в тропическом или даже
субтропическом климате, не приходится говорить. Трудно, конечно, представить
себе столь унылые пейзажи в Индии, Южной Африке и Южной Америке, но что поде-
лаешь ! Таковы факты. Удивляясь, надо их объяснять.
Древний
материк
Ангарида
В распределении климатических зон Земли обязательно должна быть симметрич-
ность . Вдоль экватора - тропический, у полюсов - арктический климат, а между
ними - нечто среднее. Конечно, абсолютно одинаковой последовательности поясов
различного климата в обоих полушариях нет, и не может быть, но некоторое по-
добие симметричности обязательно. Недаром Земля - вращающийся шар.
Если так, то невольно возникает вопрос, а не было ли палеозойского оледене-
ния в Северном полушарии? Его надо, очевидно, искать где-то за пределами на-
меченного выше пояса тропической флоры. Достоверно северного оледенения, од-
новременного с гондванским, мы пока не знаем, но это отнюдь не значит, что
его не было. Своеобразные породы, образовавшиеся от таяния льдов с валунами в
море (а не на суше, как в Индии или Африке) , известны в Верхоянье, но они,
скорее всего, имеют пермский возраст. Может быть, это - лишний козырь в руках
сторонников такого же возраста гондванского оледенения, но не надо спешить с
выводами.
Если вопрос о палеозойском оледенении Северного полушария еще неясен, то
существование здесь внетропической флоры вне сомнений. Она заселяла древний
материк Ангариду, располагавшийся на месте Северной Азии и временами захваты-
вавший Печорский бассейн. С ангарской флорой (строго говоря, ее следовало бы
называть пангаридскойп) мы уже знакомились в главе "Кордаитовая тайга". Ре-
шить вопрос о климате, в котором она жила, непросто. На первых порах в ней
были древовидные плауновидные (хотя и не такие, как в типичных тропиках), ко-
торые потом исчезли. Зато стали попадаться (правда, редко) некоторые тропиче-
ские растения. В начале пермского периода и они исчезли, а во второй половине
перми снова появились довольно теплолюбивые растения. В Печорском бассейне и
Прикамье в перми возникло несколько родов древовидных плаунов, которые столь
же неожиданно и вымерли.
Из общего знакомства с ангарской флорой создается впечатление, что она зна-
чительно теплолюбивее гондванской, особенно в каменноугольное время. Пермская
и каменноугольная флора Ангариды достаточно богаты. В 1958 г. М. Ф. Нейбург
насчитала в них около 600 видов, а после этого было описано еще несколько де-
сятков видов. Это немного меньше, чем в тропических флорах (только в Донбассе
и только в каменноугольных отложениях обнаружено около 400 видов). Но надо
учесть, что донецкая флора изучена значительно полнее ангарской. И все же го-
ворить о тропическом климате на территории Ангариды, когда на ней была кор-
даитовая тайга, мы не можем.
Во-первых, такое разнообразие видов характерно лишь для Кузбасса, Печорско-
го бассейна и Дальнего Востока, т. е. для тех районов, которые расположены
близко к тропическому поясу. Уже в Тунгусском бассейне разнообразие растений
было значительно меньшим. Кроме того, вся древесина Ангариды имеет хорошие
годичные кольца. Видимо, здесь почти не было древовидных папоротников. Поэто-
му о климате кордаитовой тайги можно говорить как о внетропическом. Только в
начале каменноугольного периода, когда еще не было кордаитов, на юге Ангариды
(в Кузнецком и Минусинском бассейнах, Туве и других местах) , видимо, были
тропики, так как основные растения, встречающиеся здесь в нижнекаменноуголь-
ных отложениях, - достаточно крупные (до полуметра в поперечнике) древовидные
плауновые.
Воды,
воды!
В некоторых пустынях количество осадков столь мало, что не поддается изме-
рению. Например, в Ливийской пустыне дождь бывает один раз в четыре-пять лет.
И все же пустыни населены растениями. Для борьбы с сухостью у них развиваются
необычайно глубокие корни, проникающие до 15 м в глубь почвы. У других расте-
ний корни, наоборот, распространяются по площади, протягиваются на расстояние
в 15-20 м. Засухоустойчивость - одна из интереснейших проблем физиологии рас-
тений. Собственно, вся эволюция растений с того момента, как они вышли на су-
шу, шла под знаком борьбы за воду. Здесь можно найти интересные аналогии с
позвоночными животными, которые тоже когда-то покинули море. Наиболее прими-
тивные наземные растения (а среди животных - земноводные) для своего размно-
жения нуждаются в воде. Лягушки должны куда-то метать икру, а сперматозоиды
даже таких сухопутных растений, как папоротники и плауны, могут добраться до
женской яйцеклетки лишь по воде (правда, для этого им достаточно топкой вод-
ной пленки). Пресмыкающимся, птицам и млекопитающим вода нужна только для пи-
тья (если они не живут в воде) . Те, кто питаются сочной растительностью, мо-
гут вовсе не пить. Наиболее сложные растения (голосеменные и покрытосеменные)
также не нуждаются в воде для размножения. Короче говоря, органический мир
старается все больше и больше быть независимым от воды.
К сожалению, мы не знаем, каким образом высшие растения выработали такие
достаточно сложные приспособления, которые позволяют им размножаться на почти
совершенно сухих местах. Дело в том, что семена, т. е. главное приспособление
для такого размножения, появляются в геологической истории как-то очень вне-
запно, без постепенного перехода. Об их происхождении пока только строят ги-
потезы .
Но не об этом сейчас пойдет речь. На предыдущих страницах мы разбирали кли-
матические условия прошлых эпох, говорили о тропических и внетропических об-
ластях, обращая внимание на температуру и сезонность климата, по почти ничего
не говорили о влажности. Между тем о влажности, по-видимому, растения должны
дать самые полные сведения. Если растения в своей жизни откликаются прежде
всего на влажность внешней среды, значит и в ископаемой флоре можно найти со-
ответствующие закономерности. Действительно, мы знаем не только отдельные
растения сухого климата (например, в третичных отложениях штата Юта в США. был
найден кактус), но и целую флору. Сухость наложила на нее свой отпечаток во
всем: листья мелкие и толстые, много хвойных, папоротники и хвощи редки.
Именно такие наборы растений мы находим в верхнепермских отложениях Западной
Европы, где за сто лет тщательного изучения установлено всего десятка три ви-
дов. Вместе с такой "угнетенной", как часто говорят, флорой в геологическом
разрезе встречаются гипс, ангидрит, каменная соль, доломиты, - одним словом,
породы, образующиеся в обстановке жаркого, засушливого климата. Долгое время
геологов вводили в заблуждение породы, окрашенные в яркие красные и бурые
цвета. Считали, что это не что иное, как окаменевшие пустыни. Позже обнаружи-
ли в этих "пустынных" породах раковины водных животных. Тем не менее, большое
количество красноцветных пород действительно оказалось свидетельством засуш-
ливого климата.
Сейчас сухолюбивая флора установлена в отложениях всех периодов, начиная с
каменноугольного, и более или менее оконтурены области их распространения.
Однако вопрос этим не исчерпывается.
Растения-
лжесвидетели
Вроде все получается логично. Растения зависят от влажности климата. В за-
сушливых условиях мы должны встречать и сухолюбивые виды. Естественно и об-
ратное заключение: если мы находим в горных породах сухолюбивые растения,
значит, климат был засушливым, а если в наши коллекции попадают влаголюбивые
растения, значит и климат был влажным. Такие рассуждения выглядят как аксио-
мы. Зачем ломиться в открытую дверь? Но недаром считается, что нет правил без
исключений. Если говорить о геологическом прошлом, то здесь часто не знаешь,
где правило, а где исключение. Какая-то несущественная поправка или одно ис-
ключение вдруг ставят под сомнение вполне логичную теорию и, в конце концов,
ее нацело разрушают.
Примерно так получается и с только что высказанными аксиомами. В них не уч-
тен один момент: то, что населяло территорию района миллионы лет назад, и то,
что попало на стол палеоботаника, - совершенно разные вещи. Жителям Средней
Азии хорошо знакома такая картина. Наступает весна, и суровая пустыня начина-
ет зеленеть. Затем припекает солнце, и приходит пора летнего унылого пейзажа.
Все вокруг сохнет, остается лишь скудная пустынная растительность. Зеленеют
только оазисы да долины рек. Много ли это, если подсчитать в процентах к об-
щей площади? А что достанется палеоботанику будущего? Мы уже говорили, что
растение не может стать ископаемым, но попав в воду. Бывают, конечно, исклю-
чения , но это редкость. Для этого, например, должно произойти вулканическое
извержение, чтобы пепел засыпал все без разбора. Иногда доходят до нас ство-
лы, засыпанные дюнами, но от листьев здесь остается лишь труха. Вот и получа-
ется, что в засушливых районах имеют шансы стать палеоботаническими докумен-
тами отнюдь не сухолюбивые растения, а именно те, которые растут вдоль водо-
емов . От остальных растений сохранится разве что пыльца.
Здесь можно, конечно, возразить, что это все - тоже лишь рассуждения. Нужны
примеры, и они есть. Во второй половине пермского периода восточную половину
Европейской части Союза закрыл крупный залив арктического моря. Потом море
уходило отсюда постепенно, оставляя тут и там соленые лагуны. Климат был жар-
ким и сухим, а поэтому на дне лагун стали отлагаться в большом количестве ти-
пичные для такого климата осадки: доломиты, каменная соль, гипс и т. д. Но
среди типичных пород засушливого климата встречаются прослои со странным на-
бором ископаемых растений. Это хвощи, мхи, папоротники, плауновидные - сло-
вом, очень влаголюбивые растения. Это не единичный случай.
Геологи, собравшие коллекцию ископаемых растений, часто спрашивают палеобо-
таника не только о возрасте пород, но и о климате, в котором жили найденные
растения. Геологу важно знать обстановку, в которой происходило отложение по-
род. Отвечая на такие вопросы, палеоботанику приходится быть очень осторож-
ным. Разумеется, если мы находим в породах большое количество мхов и хвощей,
мы почти с полной уверенностью можем сказать, что эти растения требовали для
себя большого количества влаги. Но если среди ископаемых растений нет таких
характерных указателей влажности обстановки, что делать тогда? Как и в случае
с температурами, надо смотреть не на систематическую принадлежность растений,
а на их форму, строение, микроструктуру.
Так палеоботаники и поступали, пользуясь наблюдениями над современными рас-
тениями. Но здесь получился казус.
Сначала все шло гладко. Имея под руками характерные примеры (кактус, сакса-
ул , ковыль и др.), ботаники создали некий абстрактный облик сухолюбивого рас-
тения. У него, дескать, мелкие кожистые листочки, толстая кутикула, спрятан-
ные в ямки или бороздки устьица. У таких растений, как кактус или молочай,
листья немногочисленны, мясистые, побеги тоже мясистые, много колючек и т. д.
Несмотря на многочисленные исключения, именно эти типы сухолюбивых растений
осели в сознании палеоботаников в качестве единственных полномочных предста-
вителей всех растений, приспособленных к недостатку влаги. Было сделано и по-
спешное обратное заключение: если у найденного ископаемого растения налицо
все перечисленные приметы, значит, оно росло при резком недостатке влаги. В
течение последних 50 с лишним лет в печати то и дело появляются статьи с при-
зывами проявлять осторожность в таких выводах. Представляются и убедительные
факты. С некоторыми из них мы сейчас и познакомимся.
Когда свет
становится
врагом
Ягоды клюквы известны всем, а вот листья ее как следует не разглядывают,
хотя они попадаются даже в фабричных банках с вареньем. Листья очень мелкие,
похожие на брусничные (оба растения принадлежат к одному роду семейства вере-
сковых) , но мельче и жестче. По всем признакам, которые мы недавно перечисля-
ли, клюква - типично сухолюбивое растение (ксерофит), несмотря на свой болот-
ный образ жизни. Таких растений на болотах много, и это должно было насторо-
жить палеоботаников. Значит, растения с "сухолюбивой" внешностью можно встре-
тить и среди обитателей болот прошлых геологических эпох. Найдя такие листья,
можно вполне прийти к выводу о сухом климате - и попасть впросак.
Примерно так и получилось, когда стали изучать растения европейских болот
каменноугольного периода. Палеоботаники находили признаки засухоустойчивости
на растениях, а геологи видели в породах все показатели влажного климата.
Чтобы удовлетворить обе стороны, приходилось идти на своеобразный компромисс.
О климате Донбасса в каменноугольном периоде в одной из недавно вышедших книг
говорится, что здесь по палеоботаническим данным климат, якобы, был жаркий и
сухой. На это указывают ксероморфные признаки некоторых растений. Интенсивное
углеобразованио в эту эпоху свидетельствует, напротив, о влажном климате...
Вероятнее всего, периоды сухого и влажного климата чередовались. Тем самым
противоречие не столько разрешалось, сколько замазывалось неоправданно слож-
ными построениями. Ведь чередование влажного и сухого климата (именно клима-
та, а не погоды) - весьма необычная ситуация.
Авторов можно понять. Не располагая данными о физиологии современных болот-
ных растений, они, естественно, не могли вообразить такую бессмыслицу: расте-
ние вооружается против сухости, живя на болоте в окружении воды. Не будем ви-
нить их и по той причине, что сами ботаники, в том числе специалисты по фи-
зиологии растений, не очень-то хорошо разобрались в причинах этого парадокса.
Имеется, правда, несколько довольно убедительных предположений.
Еще в конце прошлого века немецкий ботаник А. Ф. Шимпер выступил со своей
теорией физиологической сухости. Он и последующие исследователи показали, что
растение не всегда может воспользоваться водой, которая как будто имеется в
избытке. Такими физиологически сухими являются, например, солончаки. С люби-
телями засоленных мест палеоботаникам встречаться приходилось. Это, например,
триасовое растение плевромейя - дальняя родственница лепидодендрона. Кстати,
история ее первой находки своеобразна. В середине прошлого века с кафедраль-
ного собора в Магдебурге упал камень и, естественно, раскололся, а в нем ока-
зался хорошей сохранности кусок плевромеии. По характеру породы и строению
самого растения палеоботаники пришли к выводу, что плевромейя образовывала
сплошные заросли в мелководных засоленных бассейнах. Это лишь один тип физио-
логически сухих местообитаний.
Иногда считают, что и в болотах вода не подходит всем растениям из-за хими-
ческого состава (в ней много гуминовых и других кислот). Кроме того, болота
зимой промерзают и вечнозеленые кустарнички, вроде клюквы, лишаются почвенной
влаги. Чтобы не погибнуть, они должны беречь находящуюся в их тканях воду, а
для этого выработать приспособления, позволяющие уменьшить испарение. Ксеро-
фитизм болотных растений как будто получил объяснение, и именно такая точка
зрения была принята палеоботаниками, изучающими аналогичные черты в растениях
ископаемых болот. Но, к сожалению, и в этих рассуждениях обнаружились изъяны.
Некоторые ботаники (особенно много потрудилась в этом направлении М. В. Се-
нянинова-Корчагина) выяснили, что болотные жители почти нацело теряют свое
засухоустойчивое "обмундирование", если их выращивать в той же физиологически
псухой" воде, но в тени. Вывод из этих наблюдений был довольно неожиданным,
хотя и естественным: растения пытаются защититься от света, от источника сво-
ей жизни. Последовавшие исследования показали причину. Оказалось, что при из-
бытке света и одновременном недостатке азотистых веществ происходит слипание,
а затем и гибель хлорофилловых зерен, без которых растение не может жить. На
болоте с его низкорослой растительностью света более чем достаточно, а вот
азотистых веществ в почве большая нехватка. Восполнить этот дефицит растения
не могут (некоторые растения в погоне за азотом научились ловить насекомых),
и им остается только укрываться от света. Мелкие кожистые листочки, опушение
и толстая кутикула - вот их достаточно эффективная защитная мера.
Получилось, конечно, очень неудачно для палеоботаников (надо принимать во
внимание еще и свет), но удачно для растений. Приобретением перечисленных
черт они достигают двух целей: в случае временного высыхания или промерзания
болота растения не страдают от недостатка воды, а в случае избытка света не
гибнут от слипания хлорофилловых зерен. Нельзя, конечно, целиком сбрасывать
со счетов и физиологическую сухость в ее первоначальном понимании. Вода в бо-
лотах действительно не очень хороша, да и одним светом всего не объяснишь.
Некоторые признаки ископаемых (и современных) болотных растений, например
расположение устьиц в ямках или желобках, трудно связать с реакцией на избы-
ток света. Поэтому те листья кордаитов, у которых устьица спрятаны в желобках
и с изучением которых было труднее всего, по-видимому, скорее свидетельствуют
именно о некоторой физиологической сухости болот в кордаитовой тайге.
Все сказанное показывает еще раз, как тесно связаны между собой отрасли
науки и как далеко иногда приходится искать решение задаваемых природой во-
просов. Мы уже говорили, что выявление закономерностей в распределении неко-
торых полезных ископаемых требует знания климатической обстановки. Для этого
приходится обращаться к ископаемым растениям. Отсюда логика исследования ве-
дет к физиологии питания современных растений. Кто бы мог подумать, что, ко-
гда ботаник закрывает от солнца кустик растущего на болоте багульника и изме-
ряет затем толщину кутикулы на его листьях, он способствует раскрытию подзем-
ных богатств? Здесь уместно привести высказывание знаменитого французского
биолога Ланарка: "Человек, изощрившийся в каком-нибудь предмете, обширном да-
же, но замкнутом, может своими суждениями по данному предмету доставить нам
доказательства и своей опытности, и своей осведомленности во всех деталях той
области, которая является объектом его наблюдения и изучения. Однако если он
мало разнообразил круг своих идей и познаний, если он остался чуждым большин-
ству тех идей и знаний, которые он мох1 получить из другого источника, то в
действительности он займет на лестнице различных ступеней интеллектуального
развития лишь умеренную по высоте ступень... и ему даже не под силу будет
уяснить себе или основать истинную философию разрабатываемой им науки".
Был ли у
растений
золотой век?
Можно ответить твердо: да, был и, может быть, даже несколько раз. Впрочем,
надо договориться о терминологии. Понятие "золотой век" несколько расплывча-
то . Определим его методом от противного. Золотым веком вполне можно считать
время, когда с севера и юга оледенения не прижимали растительные зоны к эква-
тору, когда не было гигантских засушливых зон, когда тропические леса не были
стиснуты жесткими рамками приэкваториальной полосы. Конечно, благоденствие
для одних растений означает гибель для других, но мы будем исходить из инте-
ресов большинства. По числу видов тропические растения составляют и всегда
составляли подавляющее большинство в растительном мире.
Приняв такое определение золотого века, посмотрим, когда же растениям боль-
ше всего везло. В первый раз это было, по-видимому, в первой трети каменно-
угольного периода. В то время по всему миру распространились древовидные
плауновые и другие свидетели типично тропических условий. Безморозный, но не-
сколько сухой климат был тогда и в Ангариде, т. е. там, где потом росла кор-
даитовая тайга. Со второй трети каменноугольного периода началась резкая диф-
ференциация климатов, которая нарастала все больше и больше. На гондванских
материках началось великое оледенение, резко различная флора заселила отчет-
ливые климатические пояса. В пермском периоде образовался обширный пояс за-
сушливого климата, который продержался и в первой половине триасового периода
(первого в мезозойской эре).
Большие события произошли в жизни растений во второй половине триасового
периода. При однообразном тропическом климате для них открылись широкие пути
для расселения. Чуть ли не по всему миру мы находим сходный набор родов и да-
же видов, будь то Северная Гренландия, Центральная Европа, Приуралье, Китай,
Северная Америка, Дальний Восток или Юго-Восточная Азия. Некоторое своеобра-
зие еще сохраняется за флорой гондванских материков. Но в юрском периоде фло-
ристическое равновесие понемногу захватывает и Южное полушарие. Конечно, не
надо думать, что флора всех перечисленных мест совершенно повторяет друг дру-
га . Разница в родовом и видовом составе, безусловно, есть, но разве ее можно
сравнить с теми резко выраженными различиями, которые были в пермском периоде
или которые наблюдаются сейчас. Для конца триасового периода пока вообще не
удается установить климатической зональности по ископаемым растениям (к этому
выводу недавно пришла палеоботаник И. А. Добрускина). В юрском периоде и в
первой половине мелового периода климатическая зональность отмечается, но
очень теплолюбивые (может быть, даже тропические) растения забираются далеко
в глубь бывших внетропических областей. Есть растения, которые встречаются
практически по всему миру.
Такие очень благоприятные климатические условия планеты продолжались до-
вольно долго, примерно сто миллионов лет. Но и потом, уже в третичное время,
в Западной Европе были почти настоящие тропики. Недалеко от Лондона, на Ук-
раине и во многих других местах находят остатки пальм, папоротников, различ-
ных вечнозеленых растений, ближайшие родственники которых сейчас встречаются
только в тропических и субтропических джунглях. Всего этого благополучия не
стало, когда началось последнее оледенение, отогнавшее всех любителей тепла
далеко на юг. Золотой век закончился. Появились обширные пространства с лесо-
тундрой и тундрой, которые раньше, возможно, не образовывали сплошной пояс.
Арктические растения до этого, может быть, жили лишь в высокогорье или на
Крайнем Севере.
Мы привыкли подходить ко всем событиям прошлых геологических эпох с меркой
современного нам лика Земли. Однако чем дальше углубляемся мы в историю нашей
планеты, тем отчетливее видим, что наш геологический период является скорее
исключением, чем правилом в климатическом отношении. Такая резкая климатиче-
ская зональность флор, какую можно видеть на Земле сейчас, возможно, была в
истории растений лишь один раз, а именно - в конце палеозойской эры. Это один
из интереснейших выводов, к которым пришла в последнее время геологическая
наука при немалом содействии палеоботаники.
К сожалению, мы мало знаем раннюю историю растительного мира. Специалисты
по девонским растениям часто говорят о том, что для тех времен не удается вы-
делить какие-либо флористические области, наметить закономерности в географи-
ческом распределении растений. Возможно, это лишь кажущееся однообразие, свя-
занное с недостаточностью наших знаний. Но то, что лучше изученная раннека-
менноугольная флора укладывается лишь в две-три области, имеющие друг с дру-
гом много общего, указывает, что климатическая зональность и в девоне не была
слишком резкой. Если так, то получается интересная общая последовательность в
развитии наземного растительного мира. Сначала была плохо выраженная зональ-
ность , затем она проявлялась все ярче и сильнее, наступило оледенение, потом
иссушение больших пространств. Потом идет резкий спад дифференциации, снова
по всей Земле расселяется сравнительно однообразный набор растений. Затем
снова нарастают климатические различия зон, в кульминационной точке разража-
ется гигантское оледенение, и. . . дальше мы не знаем, что будет. Чтобы выво-
дить закономерность и предсказывать будущее, мало двух циклов, у одного из
которых мы не знаем начала, а у другого - конца. Но отвергать возможность
возврата очередного "золотого века" нельзя. К сожалению, в любом случае это
произойдет не раньше, чем через несколько миллионов лет.
ГЛАВА VII.
ИСКОПАЕМЫЕ РАСТЕНИЯ О
ДРЕЙФУЮЩИХ МАТЕРИКАХ
"Чем нелепее и грубее кажется вам какая-нибудь
деталь, тем больше внимания она заслуживает.
Те обстоятельства, которые на первый взгляд
лишь усложняют дело, чаще всего приводят вас к
разгадке. Надо только как следует, не по-
дилетантски разобраться в них".
А. Конан-Дойль "Приключения Шерлока Холмса"
У науки есть проблемы и проблемы. Одни ей больше приписываются, а другие
чаще недооцениваются. Сколько бумаги было переведено на "снежного человека" и
"лохнесское чудовище", которым придавали бог1 весть какое научное значение.
Между тем открытие живой латимерии, настоящей кистеперой рыбы, т. е. предко-
вой формы наземных позвоночных, при всей сенсационности этого улова, помель-
кав на страницах популярных изданий, не оставило заметного следа в науке, не
дало сногсшибательного материала для палеонтологии. Оказалось, что палеонто-
логи по костям разобрались в кистеперых рыбах совсем неплохо. Латимерия лишь
подтвердила существовавшие взгляды.
В то же время величайшие загадки природы (о некоторых мы уже говорили, с
другими еще встретимся) остались бедными сиротами у популяризаторов и никак
не войдут в моду. В этом есть свои плюсы - загадку тоже нельзя затаскивать и
опошлять, от этого она теряет привлекательность. Но в этом и минусы - даже
среди исследователей о таких загадках часто забывают, к ним привыкают.
В этом смысле гипотезе дрейфа материков повезло. Зародившись в научных из-
даниях, она вышла на страницы полупопулярной (хотя и строго научной) книги
Альфреда Вегенера и быстро приковала к себе всеобщее внимание. В отличие от
многих других гипотез, она одинаково волнует и специалистов, и читающую пуб-
лику, а у геологов вызывает резко противоположные чувства. У одних - восторг
и энтузиазм, у других - раздражение, нежелание иметь с ней какое-либо дело.
Эта гипотеза помнит ярлыки "идеализма" и "катастрофизма", ее упрекали в том,
что она "уводит научную мысль в мир призраков и самообмана" . И все же она
оказалась необычайно живучей.
Впервые о возможном движении материков серьезно заговорили еще в XVIII в.
(вот уж верно говорят, что новое - это хорошо позабытое старое). В §163 своей
гениальной книги "О слоях земных" Ломоносов пишет о находках в северных об-
ластях остатков растений и животных, характерных для теплых стран. Это "мор-
ские черепокожные", т. е. моллюски, "зубы слонов" (мамонтов), "следы трав ин-
дейских". "Сии наблюдения двояко изъясняют испытатели натуры. Иные полагают
больше главные земного шара превращения, коими великие оного части перенесены
с места на место чрезвычайным насильством внутреннего подземного действия.
Другие приписывают нечувствительному наклонению всего земного глобуса, кото-
рый во многие века переменяет расстояние еклиптики от полюса". Примерно через
сто лет анонимный автор писал в своей книге, вышедшей в Ливнах: "В очертании
материков Земного шара намечается следующее: западные берега Европы и Африки
почти параллельны восточным берегам Америки. . . Все это едва ли может быть
простой случайностью". Правда, пионерам в теории перемещения был, видимо, все
же аббат Пласе, по словам которого, относящимся к 1668 г., "до потопа Америка
вовсе не была отделена от Старого Света". Таким образом, этой гипотезе уже
три века, а о ней все спорят и спорят. Все больше геологов, геофизиков, па-
леонтологов , ботаников, океанологов становится ее приверженцами.
Палеоботаники никогда не стояли в стороне от дискуссии, и это понятно. На
плавающих материках всегда были пассажирами растения, которые не могли не
реагировать на перемещения по градусной сетке, не могли не пересаживаться с
материка на материк, когда те причаливали друг к другу. Точно так же тысяче-
километровые океаны между материками должны были сказаться на закономерностях
в распределении растений. Если собрать всех палеоботаников в одном зале и по-
просить проголосовать по вопросу о дрейфе материков, сторонники Вегенера, не-
сомненно, составят подавляющее большинство. Это понятно, так как с извечно-
стью современного положения материков очень трудно согласовать факты из гео-
графии ископаемых растений. С ними мы уже немного знакомились и теперь вер-
немся к ним опять, но уже с несколько другой стороны. Возьмем в качестве ис-
ходной точки конец каменноугольного периода и самое начало перми.
Парадокс №1
Для выбранного промежутка времени мы можем построить довольно точную карти-
ну распределения флоры различных климатов. Посередине располагалась полоса
тропиков: почти вся Северная Америка, Гренландия, Северная Африка, Западная
Европа, большая часть Европейской территории Союза, Малая Азия, Средняя Азия,
Китай, Корея и Юго-Восточная Азия. Проведем границы поточнее, опираясь на ме-
стонахождения ископаемых растений этого возраста и взглянем на получившуюся
карту.
Картина в целом знакомая - примерно то же, что и сейчас. В середине - тро-
пики, по краям - внетропические флоры. Удивление вызывают только очертания
этих зон. В нашем представлении тропическая зона - это более или менее пра-
вильная полоса, расположенная вдоль экватора (рис. 29). На современной клима-
тической карте эту правильность не может нарушить даже весьма неравномерное
расположение материков и океанов (в Северном полушарии площадь материков зна-
чительно больше, чем в Южном).
Рис. 29. Распространение современных тропических дождевых лесов.
Даже близкого подобия этой правильной картины мы не видим на нашей пермско-
каменноухюльной карте. На долготе Америки и Западной Европы ширина ископаемой
тропической зоны - 6-8 тыс. км. На долготе Памира зона сужается до тысячи ки-
лометров. Но не это главное, Почти вся тропическая зона располагается в Се-
верном полушарии! Лишь в Индонезии и, возможно, Южной Америке она немного за-
ходит за экватор. Зато Южное полушарие почти полностью занято единой внетро-
пической, довольно холоднолюбивои глоссоптериевой флорой, Сам по себе этот
факт вызывает недоверие к фиксизму, т. е. к теории устойчивости континентов.
Палеоботаники не могут себе представить, чтобы одни и те же растения (не от-
дельные роды и виды, а достаточно богатая флора) могли спокойно существовать
в 450 км от Южного полюса и на 30° севернее экватора в Кашмире и в то же вре-
мя на еще большем протяжении в перпендикулярном направлении.
Конечно, "не могут себе представить" - еще не очень веский аргумент, так
как фиксисты точно так же не могут представить передвижение материков. Наибо-
лее ортодоксальных из них из-за этого не могут переубедить уже никакие аргу-
менты. Но все же здесь идет речь о представлениях различного порядка. Когда
палеоботаники говорят о невозможности такого распространения растений, они
опираются на хорошо познанные закономерности их географического распределе-
ния. Мы уже достаточно знаем об ископаемых растениях, чтобы категорически ут-
верждать, что они имели в принципе тот же набор тканей и клеток, что и совре-
менные нам растения. Мы можем дать голову на отсечение, что наземные растения
от палеозоя доныне сохранили свои потребности во внешней среде, сохранили
норму реакции на эту среду. В первой главе мы говорили, что растения набрали
свой "лексикон", которым они изъясняются с внешним миром, еще в девонское
время. Поэтому у палеоботаников нет никаких оснований наделять растения гео-
логического прошлого волшебными чертами, позволявшими им не обращать внимания
на географию, селиться так, как это удобно для сторонников постоянства мате-
риков .
Когда сторонники фиксизма говорят, что они что-то не могут представить, то
речь идет о совсем других материях. Они не могут себе представить процессы,
протекавшие за миллионы лет на пока недоступных глубинах нашей планеты. Здесь
часто, по сути дела, и представлять нечего, так мало мы знаем, что делается и
делалось на глубинах в сотни километров. Никакие физические рассуждения тут
нельзя принимать во внимание до тех пор, пока не будет доказано со всей оче-
видностью, что взятые за основу физические законы действительны и для сотен
миллионов лет. Ведь за такой длительный срок происходят процессы, которые то-
же довольно трудно представить, подходя к ним с обычными временными мерками.
Разве могли бы мы себе представить, если бы не видели этого в природе, что
пласты твердых, как кремень, пород могут изгибаться в прихотливые складки,
как будто они вылеплены из пластилина? Но вернемся к нашему предмету.
С юга тропическая зона охватывает полукольцом Ангариду с ее внетропической
флорой. Площадь Ангариды в 10-15 раз меньше Гондваны (если высушить океаны
между южными материками). Опять какая-то несуразица. Интересно и то, что ан-
гарская флора, видимо, была более теплолюбива, чем гондванская. Наверное, это
оттого, что здесь не было ледников, а если и были, то небольшие и мало влия-
тельные .
В современных климатических зонах также отмечается асимметричность. В Южном
полушарии почти нет умеренной зоны, здесь тропики и субтропики очень резко
сменяются тундрой. Но нынешняя асимметричность почти не касается самих тропи-
ков, что хорошо видно на картах распространения тропического климата в целом
и отдельных характерных растений, например пальм. Нынешние тропические дожде-
вые леса с их древесиной без годичных колец также располагаются правильной
полосой вдоль экватора. На нашей пермско-каменноугольной карте все не так, и
это первый палеоботанический парадокс.
Парадокс №2
Влияние теплых и холодных течений на климат общеизвестно. Лучший пример -
сравнение Южной Гренландии и Скандинавии, находящихся на одной широте. Разни-
ца в их климате, обязанная своим происхождением Гольфстриму, не нуждается в
пояснениях. Поэтому вполне понятно, что именно к течениям обращались исследо-
ватели в поисках объяснения парадокса №1. При этом давались как голословные
заверения в том, что течения все могут объяснить, так предпринимались и по-
пытки серьезного палеоклиматического анализа. Добавим к течениям циркуляцию
атмосферы, подберем на их пути горные хребты, и мы получим довольно правдопо-
добную, с точки зрения фиксизма, картину, которую нарисовал, например, видный
английский климатолог Г. Брукс.
Но с течениями, циркуляцией атмосферы и горными хребтами дело не обстоит
так просто, как кажется на первый взгляд. Например, в Европе северная граница
тундры под влиянием Гольфстрима расположена всего на 10° севернее, чем в Си-
бири. Это действие самого мощного современного теплового течения.
Здесь скептик заметит: "Ну что такое Гольфстрим? Вот раньше были течения! А
сейчас ведь и времена другие, и масштабы не те". Возражать здесь по существу
трудно, и потому просто обратимся к фактам. Не будем по своему желанию рас-
ставлять здесь и там хребты и рисовать логически возможные варианты циркуля-
ции воздушных и водных масс. Посмотрим по документам, насколько в действи-
тельности влияли течения, хребты и прочее на расположение климатических зон.
В последние годы палеоботаники много усилий приложили к тому, чтобы разо-
браться в основных закономерностях географического размещения ископаемых рас-
тений. Известный московский палеоботаник В. А. Вахрамеев построил серию карт
для юрского и мелового периодов, обозначив основные палеофлористпческие гра-
ницы. Мне удалось построить аналогичные карты для разных частей каменноуголь-
ного и пермского периодов. На всех этих картах проследим лишь одну, наиболее
обоснованную границу, разделяющую тропическую и внетропическую флору Северно-
го полушария в Евразии. И вот оказывается, что от начала каменноугольного пе-
риода и почти до конца мезозоя эта граница мало меняла свое положение.
Рис. 30. Положения северной границы тропической зоны в пределах Ев-
разии в разные эпохи позднего палеозоя и мезозоя (за 250 млн. лет).
За эти четверть миллиарда лет лик Земли претерпел грандиозные превращения:
много раз меняли свои очертания континенты и океаны, морские воды заливали
большую часть Евразии, а затем уходили. Моря сменялись пустынями, земная кора
сминалась в складки. Урала не было, потом он появился и стал внушительной
горной страной, а затем снова почти сравнялся с землей. Появились и исчезли
горы в Европе, Средней Азии, на Дальнем Востоке и т. д. Горные цепи и моря,
перерезавшие Евразию, затрудняли обмен растениями между разными областями. За
это время расцвели и пришли в упадок целые династии в растительном и животном
мире планеты. И, несмотря на все это, выбранная нами граница лишь лениво по-
качивалась немного севернее, затем немного южнее, а ориентировки не меняла и
так и не вышла за пределы полосы шириной 1,5-2 тыс. км (рис. 30) . Вот это и
есть парадокс №2. Палеофлористические границы высшего ранга мало зависят от
изменений лика Земли. Более общая причина - солнечная радиация - играет здесь
решающую роль, Ну, а если так, то как согласовать с точки зрения фиксизма па-
радоксы №1 и №2? Почему Солнце обходило в палеозое своим теплом южную полови-
ну Земного шара с ее холоднолюбивой флорой? Добро бы это было всегда, а то
ведь не так!
Южный эквивалент той границы, которую мы проследили в течение почти 250
млн. лет, не отличается таким постоянством. Эта граница в течение геологиче-
ской истории упорно ползла на юг. Возьмем для примера лучше изученную Индию.
В палеозое она покрыта внетропической флорой и, кстати, отрезана от северной
флоры (об этом подробнее чуть ниже). А вот в середине и особенно в конце ме-
зозоя (60-150 млн. лет назад) Индия уже явно лежит в тропиках. Нескладно по-
лучается у фиксистов: северная граница тропиков почти не движется, а южная
все уходит и уходит вниз по меридиану. Обе границы прямо зависят от Солнца, а
оно почему-то относилось к ним явно неодинаково. Но и на этом не кончаются
свидетельские показания ископаемых растений.
Великая
палеоботаническая
стена
Палеоботаники и ботаники, не склонные поддерживать идеи Вегенера, уже давно
выдвинули "теорию мостов". Они считают, что сходство флоры по обе стороны от
океана вполне объяснимо без теории дрейфа материков. Растения вполне могут
переселяться по архипелагам или просто по волнам океана. Несут с собой семена
и споры ветер и перелетные птицы. Это все - хорошие доводы, подкрепленные
конкретными наблюдениями. Но мало выявить фактор, надо еще и оценить его воз-
действие в полной мере. Без исторического анализа здесь не обойтись. Нужна
вся последовательность событий, а не только конечный результат. Если взаимо-
обмен флорой не встречал затруднений, мы обязательно увидим это на ископаемом
материале.
Для примера возьмем Евразию, где соотношения флоры различных областей изу-
чены лучше всего. Не будем забывать и о других территориях. Итак, повторим
еще раз ситуацию, сложившуюся в тропическом мире Евразии в палеозое. Выделя-
ется тропический пояс неравномерной ширины, к югу от него - Гондвана, к севе-
ру - Ангарида. Обе с внетропической флорой, в которой мало, а то и вовсе нет
тропических растений. Последнее не удивительно, так как растения не могут
свободно менять климатические условия.
Но вот что интересно: между чисто гондванской и чисто тропической флорой не
отмечается никакой смеси даже в пограничных районах. В Северо-Восточной Индии
(Ассам, Дарджилинг, Сикким) - типичная глоссоптериевая флора. Перевалили че-
рез Гималаи, и в Юго-Западном Китае налицо столь же типичная тропическая фло-
ра. Еще более интересна картина в районе Кашмира и Средней Азии. В районе
Сринагара (почти самый север Индии) встречены многочисленные глоссоптерисы и
все, что положено для гондванской флоры. А меньше чем в 1000 км к северу мы
уже встречаем северную внетропическую (ангарскую) флору. Именно здесь на се-
вере Индии вблизи стыка флоры разных типов на небольшом пятачке хотелось бы
видеть встречу гондванских растений с гостями, прибывшими из Средней Азии,
Казахстана, Сибири и Китая. Хотя такой встрече должен был способствовать рас-
полагавшийся здесь архипелаг островов, никаких следов того, что она состоя-
лась, нет. Создается отчетливое впечатление, что Индия в то время была отго-
рожена от остальной Азии палеоботанической "великой китайской стеной". Через
нее проникали лишь наиболее отважные "путешественники" из мира растений, на-
рушавшие не какую-то кратковременную изоляцию, а независимое развитие само-
бытной гондванской флоры в течение, по меньшей мере, полусотни миллионов лет.
Факт независимости гондванской флоры от ее северной ангарской родственницы
не всегда был очевидным и в полной мере был осознан совсем недавно. Здесь бу-
дет уместен небольшой исторический экскурс.
Человек, знакомый только с бытовой электроникой, увидев осциллограф, навер-
няка в душе назовет его "странным телевизором". Так уж повелось, что для обо-
значения незнакомых предметов мы сначала подыскиваем название из имеющегося
ассортимента слов. Недаром картофель у французов - земляное яблоко. По той же
причине существуют сумчатый волк и морской еж, хотя это не волк и не еж. При-
мерно также получается, когда палеоботанику достается коллекция совершенно
неизвестных ему растений. Осторожность и благоразумие не позволяют сразу вы-
делить новые роды, и он старается сначала подыскать хотя бы родовое название
среди уже известных растений, "Сделать" новый вид не так страшно.
Когда в начале нашего века в руки русского палеоботаника И. Петунникова по-
пали собранные в Кузбассе отпечатки одного папоротниковидного, ему сразу бро-
силось в глаза их сходство с индийскими видами рода невроптеридиум. Так он их
и назвал. Позже индийские листья были выделены в особый род гондванидиум. Сю-
да перешли кузнецкие листья, хотя и в составе особого вида. До последнего
времени в том, что кузнецкие и гондванские листья - близкие родственники, ни-
кто не сомневался. Объяснялось это тем, что ни один палеоботаник не имел воз-
можности лично сравнить их на образцах.
В 1966 г. я побывал в Индии и в Индийском музее в Калькутте убедился, что
только индийские листья носят это название по праву. У сибирских видов в каж-
дом "листочке" есть четкая средняя жилка, которой не должно быть у растения,
претендующего называться гондванидиум (рис. 31). Нашлись и другие отличия.
Так лопнуло одно звено, соединявшее ангарскую и гондванскую флоры.
Рис. 31. Эти листья из Сибири (слева) и Индии долго относили к одно-
му роду гондванидиум. Только индийские листья носят это название по
праву (у них в перышках нет средней жилки).
Справедливости ради следует заметить, что И. Петунников неслучайно обратил-
ся за объектами для сравнения к Индии. В то время, т. е. в начале нашего ве-
ка , палеонтологический мир находился под сильным впечатлением находок В. П.
Амалицкого. В конце прошлого века он обнаружил на Малой Северной Двине парей-
азавров и других пресмыкающихся, которые до этого были известны только в Юж-
ной Африке, т. е. в недрах Гондваны. Вместе с парейазаврами были найдены и
отпечатки растений, которые и сам Амалицкий, и французский палеоботаник Р.
Зейллер, и наш палеоботаник М. Д. Залесский отнесли к роду глоссоптерис. Лишь
значительно позже в 1933 г. М. Д. Залесский выделил их в отдельный род пур-
сонгия, но по-прежнему не сомневался в их близости к глоссоптерис. С ними вы-
шла серьезная путаница, которая выяснилась только недавно, корда была изучена
микроструктура пурсонгий и обнаружилось, что они никакого отношения к глос-
соптерис не имеют. В начале нашего века это не было известно, и в том, что на
севере Европейской части России жили гондванские растения и животные, никто
не сомневался. А английский палеоботаник Е. А. Н. Арбер изобразил все на со-
ответствующей карте. Под впечатлением этих взглядов И. Петунников, естествен-
но, увидел в сибирских гондванидиумах не только внешнее сходство, но и близ-
кое родство с гондванским прототипом.
Значительно сложнее оказался вопрос с кордаитами. О том, что они - очень
трудный орешек для палеоботаника, мы уже говорили. Но индийским и ангарским
листьям особенно не повезло. История началась с досадных ошибок и недоразуме-
ний. В 1879 г. чешский палеоботаник О. Фейстмантель, основоположник система-
тического изучения палеозойской флоры Индии, описал новый род гондванских
кордаитов и назвал его Noeggerathiopsis (неггератиопсис). На одном из образ-
цов несколько оборванных листьев лежали параллельно друг другу, из чего
Фейстмантель заключил, что и при жизни листья сидели двумя рядами по обе сто-
роны от стержня, т. е. располагались перисто. Отсюда собственно взялось и на-
звание Noeggerathiopsis, так как у растения неггератия, которое Фейстмантель
считал близким родственником установленного им рода, листья сидят именно так.
В этом Фейстмантель видел основное отличие гондванских Noeggerathiopsis от
настоящих кордаитов Европы. Однако это была ошибка, которая быстро выясни-
лась . По существующим правилам название Noeggerathiopsis надо было упразд-
нить, что своевременно не сделали, а потом к нему привыкли и до сих пор мно-
гие палеоботаники им пользуются. Больше того, по чистому недоразумению так же
стали называть и до сих пор часто называют ангарские кордаиты, хотя для этого
не было и нет никаких оснований. Получилось, как с живучей старой сплетней.
Такая путаница не только дело чистоты палеоботанического языка. Ведь за каж-
дым латинским названием должны стоять определенного облика растения. В про-
тивном случае не избежать серьезных недоразумений. Так получилось и с кордаи-
тами Гондваны и Ангариды. Они фигурировали под одинаковым, да к тому же еще и
незаконным названием, и сбивали с толку палеоботаников. Не всегда есть воз-
можность раскопать источник ошибки, и не каждому по душе проводить такое
следствие. Когда построено здание, очень трудно, да и не хочется заменять в
фундаменте трухлявый кирпич.
Этот букет недоразумений и ошибок дополнили хвощи. Рассказывая о кордаито-
вой тайге и глоссоптериевой флоре, мы вскользь касались хвощей с чашевидно
расположенными, сросшимися при основании листьями. О них подробнее пойдет
речь в главе IX. И гондванские, и ангарские виды были смело отнесены к одному
роду, а недавно выяснилось, что их нельзя отнести даже к одному семейству.
Так возникло устойчивое убеждение о существенной близости ангарских и гон-
дванских флор. С этим убеждением приходится прощаться. Не надо только торо-
питься и заключать, что действительно они не имеют вовсе ничего общего. Неко-
торые растения, как Афанасий Никитин, отважно перебирались из одной области в
другую, но всегда терялись на чуждом им фоне. То, что такие переселенцы игра-
ют ничтожную роль, также недостаточно учитывалось, когда сравнивали обе вне-
тропические флоры. Ведь в списке растений редко указывают, сколько найдено
экземпляров каждого вида - один или несколько тысяч. Мне довелось в Индии по-
бывать на угольных месторождениях и видеть скопления из многих тысяч листьев
глоссоптерис. В Сибири этот род тоже встречается, но представляет собой боль-
шую редкость. Палеоботаникам известны лишь считанные отпечатки (рис. 32).
Рис. 32. Листья глоссоптерис из верхнепермских отложений.
Когда начиналась изоляция Индостана от остальной части Азии, мы не знаем.
Здесь неизвестно ни раннекаменноугольных, ни девонских растений. В конце
пермского периода связь индийской и ангарской флоры начинает едва заметно
оживляться. В ангарской флоре появляются глоссоптерис и, может быть, некото-
рые другие гондванские растения. В триасовом периоде эти связи уже достаточно
очевидны. В юрском периоде еще шире открылись пути для миграции растений. В
Индии появляется тропическая флора европейского облика, хотя и носящая мест-
ный колорит. Изоляция окончилась. Примерно та же картина видна и на остальных
гондванских материках.
Подведем
итог
За всеми этими рассуждениями читатель мог потерять логическую нить. Поэтому
подведем краткий итог.
1. В позднекаменноугольное-раннепермское время наблюдалось резко асимметрич-
ное по отношению к экватору положение флористических границ высшего ран-
га , а стало быть - и климатических зон. Во всем Южном полушарии до Южного
полюса включительно, а на севере даже до Кашмира был внетропический кли-
мат . Вся тропическая зона укладывается в Северном полушарии и образует
неровную полосу с сильным пережимом в районе Индии. Северная внетропиче-
ская зона в 10-15 раз меньше южной.
2. В настоящее время асимметричность климатических зон Земли исчезает, если
мы выделяем (как делали для каменноугольно -пермского времени) лишь два
типа климатических зон: тропическую и внетропическую. Современная тропи-
ческая флора ложится симметричной полосой по отношению к экватору.
3. Течениями и другими внешними факторами такую асимметрию палеозойских кли-
матических зон объяснить нельзя. На примере Евразии мы видели, что флори-
стические (а следовательно - и климатические) границы высшего ранга кон-
тролируются более общей причиной - солнечной радиацией.
Если так, то возникают следующие вопросы, обращенные к противникам переме-
щения материков.
1. Почему Солнце в течение всего существования глоссоптериевой флоры меньше
прогревало целиком одно из полушарий? Перемещением полюсов здесь делу не
помочь, так как полушарие останется таковым при любом положении земной
оси. В этом можно убедиться, взяв в руки глобус, а не карту. Границы па-
леозойской флоры допускают отклонения полюса на 10-15° в сторону низовьев
Лены, но не больше. Иначе полюс входит в область тропической флоры и пояс
последней располагается меридионально. Это бессмысленно.
2. Почему северная граница тропиков оставалась в течение 250 млн. лет почти
на одном месте, а южная упорно сдвигалась на юг?
3. Почему существовала палеоботаническая стена, отгородившая Индию от осталь-
ной Азии? Почему несколько сот километров (да еще с архипелагом островов)
не допускали обмена между индийской и ангарской флорой? Ведь, если придер-
живаться теории мостов и других фиксистских воззрений, даже тысячекиломет-
ровые пространства - не препятствие для установления общности флоры.
Ну вот, кажется, теперь приперли фиксистов к стенке, теперь они не отвер-
тятся! В самом деле, поглядим на карту. Как заманчиво взять и отодвинуть Ин-
дию на юг, соединить гондванские материки! А затем вообразить всю мобилист-
скую историю Земли и любоваться, как все хорошо согласуется с палеоботани-
кой. . .
Как было бы хорошо, если бы простая и понятная картина была всегда правиль-
ной, а остроумное объяснение парадокса законченной теорией! Но у фиксизма то-
же есть свои козыри.
Большая часть приведенных выше аргументов хорошо знакома фиксистам, хотя
два факта выявились в самое последнее время. Это, во-первых, значительно
большая, чем предполагалось, изоляция гондванской флоры и, во-вторых, высокая
степень независимости важнейших флористических (климатических) границ от те-
чений , горных хребтов и других внешних факторов.
Противники перемещения материков хорошо знают об асимметричности климатиче-
ских зон конца палеозоя. Правда, при этом они всегда говорят о смещении к се-
веру экватора и не учитывают (а иногда может быть умалчивают), что не только
экватор, но и вся тропическая зона расположена в Северном полушарии. Вовсе не
акцентируется внимание на неравномерности тропической зоны. Необычное разме-
щение холоднолюбивых растений и оледенения в Индии пытались объяснить тем,
что эти растения росли на горах, здесь же образовывались и ледники. Но этому
противоречит присутствие в толще с глоссоптериевой флорой настоящих морских
отложений.
В затянувшемся споре фиксисты не столько отвечают на упреки мобилистов,
сколько выдвигают на первый план наблюдения, пока не находящие объяснения с
точки зрения мобилизма. Из них, пожалуй, только одно относится к палеоботани-
ке (на геологических и геофизических возражениях мы не будем задерживаться).
Посередине Атлантического океана, в 1000 км к западу от Африки, примерно на
10° с. ш., в содержимом трубки, которой берут пробы грунта со дна океана, бы-
ли обнаружены многочисленные раковинки пресноводных диатомовых водорослей и
остатки трав. Можно понять радость сторонников теории мостов, когда им стал
известен этот факт. Конечно, нельзя исключать возможность заноса всех этих
остатков течениями, направляющимися от континента, но в равной степени можно
предполагать былое существование в недавние геологические времена достаточно
большого массива суши в Атлантическом океане далеко от берегов Африки.
Можно выдвинуть и еще одно соображение в пользу возможного постоянства в
расположении материков. Мы не знаем, как распределялись бы климатические зоны
на Земле, если осушить Индийский и Атлантический океаны, а вместо них помес-
тить Гондвану как единый гигантский материк. Воспроизведение такой климатиче-
ской модели - дело будущего, а без нее трудно сказать последнее слово в мно-
голетнем споре. Нельзя не считаться с тем, что, решая климатические вопросы
для прошлых геологических эпох, мы вольно или невольно оглядываемся на совре-
менный облик планеты. Но ведь мы уже имели случай убедиться в том, что этот
облик не является для Земли постоянным. Об этом никогда нельзя забывать.
В последние годы в нашей научно-популярной литературе отчетливо выявляется
тенденция не создавать у читателя представление, что сложные и дискуссионные
вопросы уже решены. Гораздо правильнее и, безусловно, более честно показывать
перипетии спора и всю проблематичность предложенных решений. Лучше так посту-
пить и с гипотезой перемещения материков. Конечно, палеоботанические факты
хорошо согласуются с ней. Но было бы опрометчиво только на этом основании
сдавать всю фиксистскую концепцию в архив. Исследователям, стоящим на мобили-
стских позициях, еще далеко до спокойной жизни, и неизвестно, победа ли ждет
их впереди. Не окажется ли так, что мобилизм и фиксизм все же сумеют образо-
вать вместе ту платформу, на которой будет создана третья фундаментальная
теория, убедительно отвечающая на все каверзные вопросы?
ГЛАВА VIII. СТОЛЕТНИЙ
СПОР О СОСНОВОЙ ШИШКЕ
"Нет ничего тайного, что не стало бы явным...
Все рано или поздно вылезает наружу, даже то,
что такая дурацкая сойка не ореховка".
Я. Гашек "Похождения бравого солдата Швейка"
Из всего рассказанного, особенно из двух предыдущих глав, у читателя может
создаться впечатление, что палеоботаника задает слишком много новых вопросов,
почти не отвечая на старые. Это, конечно, верно, но не до конца. Вклад палео-
ботаники в познание геологического строения обширных территорий - и, прежде
всего, угленосных бассейнов - исключительно велик. Все новые возникающие во-
просы большей частью касаются самых общих закономерностей в истории планеты и
ее растительного мира. Здесь, действительно, еще больше неразгаданного, чем
достоверно известного. Однако и в этом направлении проведено немало важных
исследований, которые привели к ясному пониманию многих общих закономерно-
стей.
Историю одного такого исследования мы и рассмотрим. Речь пойдет о сосновой
шишке, которая на первый взгляд может интересовать лишь лесоводов, белок и
любителей ставить самовары. Не первый раз объект, который выбирает биолог для
своего изучения, вызывает скептическую улыбку ортодоксальных борцов за ско-
рейшее практическое приложение научных изысканий. Сколько язвительных эпите-
тов было присвоено плодовой мушке дрозофиле, этому любимому питомцу генети-
ков . Сосновая шишка, о природе которой ботаники спорили без малого сто лет, -
тоже достойный объект для иронии. Но мы не будем над ней смеяться, помня, что
прежде, чем отлить сложную деталь из чугуна, ее модель изготовляют из более
податливого материала. И кто знает, не выбери ботаники для анализа именно со-
сновую шишку, может быть, вся эволюция хвойных была бы для нас непонятна.
Суть
вопроса
Сделаем с шишкой то же, что делает с ней белка, и оборвем с нее чешуи. Ос-
танется голая ось, на которой видны рубцы чешуи, расположенные в спиральном
порядке. Эта спираль хорошо видна и на целой шишке, особенно если она еще не
раскрылась. Теперь возьмем отдельную чешую (рис. 33). Она плотная, деревяни-
стая, сверху с углублениями для семян, поэтому ее и называют "семенная". Сами
семена снабжены крылаткой. Под чешуей на молодых шишках видна прикреплявшаяся
к оси другая значительно более тонкая чешуйка. Это кроющая чешуя. Она покры-
вает семенную снизу.
Рис. 33. Шишка сосны и лепидодендрона.
Теперь посмотрим на шишку лепидодендрона. Здесь тоже есть ось, и тоже в
спиральном порядке сидят чешуи. На каждой из них сидит сверху по одному круп-
ному спорангию. В одних спорангиях мелкие микроспоры, в других - крупные ме-
гаспоры. И те, и другие, когда созревали, высеивались из шишек, падали на
землю и, если было все хорошо, прорастали. Получались маленькие растеньица
(заростки) с половыми органами. Из микроспор вырастали мужские заростки, из
мегаспор - женские. Иногда мегаспоры прорастали еще в спорангии. Таким обра-
зом, мегаспоры - будущие женские заростки.
Сравним шишки лепидодендрона и сосны. Внешнее сходство определенно есть. И
здесь, и там спирально сидят чешуи, на них органы размножения. У сосны - се-
мена, у лепидодендронов - спорангии с мегаспорами (или микроспорами). Можно
вполне представить, что была некая сходная с лепидодендроновой шишка, потом
она усложнялась и из спорангия с мегаспорами получились семена. Мы получили в
сильно упрощенном виде одну из концепций происхождения сосновой шишки, а луч-
ше сказать - шишки современных хвойных вообще.
Но здесь для дальнейших рассуждений нам надо ввести понятие "гомологии".
Это лучше сделать на примере. Предположим, некое млекопитающее постепенно все
больше связывало свою жизнь с морем и, наконец, окончательно перешло к водно-
му образу жизни. Обычные лапы стали ни к чему, и через некоторое время их
сменили ласты. Ласт тюленя, человеческая рука и нога слона мало похожи друг
на друга, но, тем не менее, это органы одинакового происхождения, они гомоло-
гичны. Природа не любит тратить энергию на образование нового органа, если
под рукой оказался ставший ненужным орган и его можно переделать. Изучая за-
кладку и развитие органов, можно установить гомологии. Результаты таких ис-
следований бывают порой неожиданными. В самом деле, попробуйте представить,
что перья птицы гомологичны чешуям на теле змеи. Трудно себе представить, что
устьице растений является гомологом... побега. Но индийский палеоботаник Д.
Д. Пант недавно показал, что, скорее всего, это именно так.
Установление гомологии - альфа и омега морфологии растений, да и вообще лю-
бой морфологии. Когда школьник узнал, что в словах "игрушка" и "выигрыш" об-
щий корень, он тоже уяснил себе гомологию. Познавая гомологии, мы видим общее
за частностями, выясняем происхождение и отдельных органов, и организмов це-
ликом .
Иногда гомологии устанавливаются легко (ласт и рука), иногда на это уходят
десятилетия. Чтобы разобраться в сосновой шишке, потребовалось почти сто лет.
Правильное в общих чертах решение вопроса предложил еще в прошлом веке не-
мецкий ботаник А. Браун. "В нем причудливо сочетались идеалистическая натур-
философия и индуктивный метод исследования естествоиспытателя, безудержная
романтика и спиритуализм и строго научный подход к изучаемым явлениям". Так
охарактеризовал А. Брауна видный советский ботаник А. Л. Тахтаджян. Интере-
сующие нас идеи Брауна развил чешский морфолог Л. Челаковский. По теории
Брауна-Челаковского семенная чешуя шишки хвойного (спор идет в основном о ее
природе) является гомологом целого побега, но сильно укороченного. Такое со-
поставление, пожалуй, не менее неожиданно, чем сопоставление роскошного опе-
рения и чешуйчатой кожи. Надо иметь изрядную долю смелости, чтобы ветку с ли-
стьями и всеми приспособлениями для размножения сопоставить с одной корявой
чешуей. Предложенная Брауном и Челаковским интерпретация только теперь может
считаться теорией. Долгое время она основывалась на анализе современных рас-
тений, не была подтверждена параграфами палеонтологической летописи, и поэто-
му была лишь остроумной гипотезой. Опуская дальнейшие экскурсы в область со-
временных растений и другие теории по поводу семенной чешуи, вернемся к па-
леоботанике .
Вначале
был кордаит
Много раз мы встречались с кордаитами и вот опять к ним возвращаемся. На-
помним их облик: крупные деревья с толстым стволом, раскидистая крона, листья
или короткие (как у ландыша) , или длинные (как у ириса) , пронизанные парал-
лельными жилками (рис. 18) . Между листьями сидят сережки, с которыми теперь
надо познакомиться поближе. Это тонкая ось, а на ней двумя рядами - маленькие
шишечки, сидящие в пазухах длинных отростков. Каждая шишечка состоит из ко-
роткой центральной оси и большого числа (несколько десятков) чешуи, располо-
женных по правильной спирали. Чем ближе к верхушке шишечки, тем чаще можно
видеть вместо чешуи сидящие на их местах ножки с семенами. На каждой ножке по
одному семени. В других шишечках на таких же ножках по нескольку мешочков с
пыльцой. Сережки у кордаитов были длинными, иногда до 30 см. Так понял строе-
ние сережки кордаита французский палеоботаник Б. Рено, когда ему досталась
обширная коллекция минерализованных остатков кордаитов из угольного месторож-
дения Отэн. Здесь были не только сережки, но и стволы, листья, корни. Рено
тщательно разобрался во всем и написал статью, вышедшую в 1879 г. Иллюстрации
к ней до сих пор переходят со страниц одного учебника или справочника в дру-
гой. Заметим, кстати, что лаборатория Рено размещалась в большом деревянном
ящике перед дверьми роскошного подъезда Палеонтологического музея в Ботаниче-
ском саду в Париже. В таком сооружении талантливый и трудолюбивый ученый ра-
ботал всю жизнь. Это был редкий энтузиаст.
Сравнить сережку кордаита с сосновой шишкой пока еще трудновато, да и внеш-
не между кордаитом и сосной много различий: длинные листья с многочисленными
жилками у кордаита и пучки игол у сосны. Но совершенно по-другому получается
сравнение, если взять не сосну, а ее предков.
Когда появились хвойные, мы не знаем. Как и все другие крупные группы, они
долго примеряли свой наряд где-то за кулисами и явились перед палеоботаниками
уже одетые по всей форме, хотя и несколько старомодной. Первые достоверные
хвойные мы встречаем в последней трети каменноугольных отложений в Европе (в
том числе и в Донбассе) и Северной Америке.
Особенности захоронения хвойных в породах наводят на мысль, что они появи-
лись на более возвышенных местах и поэтому сначала не сохранялись в ископае-
мом состоянии. Подтверждение этому получено киевским палеоботаником А. К. Ще-
голевым на донецком материале. Глядя на общий облик хвойных, можно с этим со-
гласиться. Вся их структура вполне подходит для заселения хорошо освещенных и
плохо увлажненных мест. Листья у хвойных мелкие, покрыты плотной кутикулой, а
под ней часто есть еще и механическая ткань, придающая листьям прочность и
ослабляющая яркий солнечный свет.
Европейские хвойные каменноугольного и пермского периодов относятся к не-
скольким родам, но для нас сейчас важна только лебахия (Лебах - местечко зем-
ли Саар в Германии). Если бы шишки лебахий были найдены отдельно от веток да
еще в распотрошенном виде, сравнить их с сережками кордаитов было бы совсем
просто. В них также есть маленькие шишечки, которые состоят из пучка чешуи,
прикрепленных к оси в спиральном порядке. Только количество семян намного
меньше и иногда сокращается до одного. Сидят шишечки в пазухе плоской рогуль-
ки, похожей на вилку для рыбы и на кроющую чешую современных хвойных. Как
будто начинают намечаться первые аналогии с ними. У всех древних хвойных ши-
шечки сидят на оси спирально. Это сближает их с современными хвойными, но от-
личает от кордаитов (к этому различию мы еще вернемся) . А не попробовать ли
теперь сопоставить рогульку лебахий с кроющей чешуей, а ось сережки - с осью
шишки хвойных?
Изучение более молодых, чем лебахий, хвойных показало Флорину, что именно
так и должны устанавливаться гомологии. Он изучил последовательную серию
хвойных пермского и триасового периодов и увидел, как все меньше и меньше че-
шуи остается в шишечке, как постепенно они сливаются друг с другом в плоскую
пластинку и, наконец, принимают форму плоской семенной чешуи, на которой об-
разуются углубления для семян. А кроющая чешуя так и осталась почти без изме-
нений .
Интерпретация отдельных частей сосновой шишки теперь уже не вызывает сомне-
ний. Но это вовсе не означает, что все вопросы уже сняты.
Когда
появились
семена?
И в специальных статьях, и в более общих работах часто говорится о семенах
у палеозойских растений. Когда мы только что рассказывали о шишке лебахий и
сережке кордаита, мы тоже говорили "семена" . Их находят и в шишках, и в се-
режках, и просто рассыпанными в породе. Долго не сомневались, что это, дейст-
вительно , настоящие семена, настолько у них характерная внешность: крылатка,
как у вяза, плотное ядро в середине, ножка. Но и здесь скептики нашли, в чем
сомневаться, и, видимо, они оказались правы.
Чтобы понять причину скепсиса, нам придется обратиться ненадолго к совре-
менным растениям, хотя бы к той же сосне. Для примера лучше взять сибирскую
сосну, которая более популярна под названием "сибирский кедр". Говоря о папо-
ротниках и лепидодендронах, мы немного говорили об их жизненном цикле. Это
споровые растения. В спорангиях, которые расположены у папоротников прямо на
листьях, а у лепидодендронов в шишках, сидят споры. У папоротников они все
одинаковые, а у лепидодендронов двух видов: микро- и мегаспоры. Споры высеи-
ваются, и из них вырастают заростки. Из одинаковых спор папоротников выраста-
ют обоеполые заростки. У всех имеющих разные споры растений и заростки разные
- мужские и женские. Сперматозоиды оплодотворяют яйцеклетки, из которых снова
развивается привычное нам растение. Такой жизненный цикл является общим для
высших споровых растений. Где же у сосны все это?
У нее есть спорангии с микро- и мегаспорами, причем микроспор (пыльцы) в
каждом спорангии очень много, а мегаспор - по одной. Уже у некоторых споровых
растений, в том числе у лепидодендронов, некоторых архаичных папоротников
(вспомним бискалитеку, из главы II) споры прорастают прямо в спорангиях. У
сосны и других голосеменных это уже не исключение, а правило. Пыльца сосны -
это маленький, не до конца развившийся мужской заросток. Мегаспоры также про-
растают прямо в спорангиях и развиваются до образования яйцеклеток. Мегаспоры
в таком состоянии, со всеми оболочками, называются семезачатками. Это еще не
семя. Семя будет только тогда, когда до семезачатка доберется пыльца, мужской
заросток закончит свое развитие, яйцеклетка будет оплодотворена и из нее вы-
растет зародыш. Когда все эти процессы заканчиваются, можно грызть орешек и
извлекать из него ядро которое вообще-то предназначено для питания прорастаю-
щего зародыша.
И вот теперь мы выясняем, что все палеозойские семена, у которых удалось
изучить внутреннюю структуру, проросшую мегаспору имеют, а зародыша не имеют.
Иными словами, это не семена, а семезачатки. Пыльца проникала в них еще то-
гда, когда они были на дереве, и ее мы часто можем видеть внутри семезачат-
ков. Зародыш, видимо, развивался значительно позже, а когда - мы не знаем
(кстати, так же не сразу развивается зародыш и у современного гинкго).
Палеоботаники все это отлично знают и все же называют семезачатки семенами
- особенно, если их находят не в шишках или сережках, а просто разбросанными
в породе. Поэтому простительно так делать и нам. Но надо помнить, что пока
неизвестно, когда эти "семена" стали настоящими семенами.
Мы умышленно обошли стороной вопрос о происхождении семезачатков, но это
требует новых утомительных экскурсов в область морфологии растений. Лучше в
них не пускаться. Мы слегка коснемся этого вопроса в следующей главе.
Буриадия
путает
карты
В 1966 г. мне довелось побывать в лаборатории проф. Д. Д. Панта в Аллаха-
бад ском университете (Индия). В трудных условиях работает группа палеонтоло-
гов : тесные помещения, фотобумагу и химикалии покупают на собственные деньги.
Но из-под пера этих интузиастов то и дело выходят статьи, выполненные на
очень высоком научном уровне. Как раз осенью 1966 г. Д. Д. Пант и его ближай-
ший ученик Д. Д. Наутиял закончили исследование "хвойного" Buriadia (кавычки,
как мы увидим ниже, не случайны). Статья вышла вскоре под скромным заголовком
"О структуре Buriadia heterophylla (Feistmantel) Sewardet Salmi и ее плодоно-
шении ", но можно не сомневаться, что к ней будут обращаться палеоботаники,
занимающиеся самыми разными растениями.
В 1879 г. О. Фейстмантель среди образцов, собранных английскими геологами в
Индии в угольном месторождении Гиридих, нашел остатки хвойных, очень похожих
на вольцию из триасовых отложений Европы (рис. 34). К этому роду хвойных
Фейстмантель и отнес индийские листья. Позже их выделили в особый род буриа-
дия , но никто не сомневался, что это хвойные.
Рис. 34. Растения вольция (слева) и буриадия первоначально отно-
сили к одному виду.
Можно себе представить удивление аллахабадских палеоботаников, когда они
обнаружили у буриадии семена, которые сидели на тонких ножках прямо между ли-
стьями без всяких шишек, сережек и тому подобных скоплений. Такое можно ожи-
дать у семенных папоротников, у какой-нибудь новой примитивной группы расте-
ний , но не у растения, всем своим обликом напоминающего типичное хвойное.
Примерно такое же чувство может испытать рыбак, если он найдет рыбу, у кото-
рой икра лежит не в брюхе, а развешана по всему телу.
У Панта и Наутияла, естественно, родилось подозрение, что это вовсе и не
хвойное. Под рукой был большой материал (его аллахабадские палеоботаники со-
брали в экспедиции, организованной на средства из собственного кармана), и из
образцов взяли все, что может дать современная палеоботаническая техника.
Приготовили препараты кутикулы из листьев и семян, отдельные семена отделили
от породы с помощью плавиковой кислоты, органическую пленку стягивали с поро-
ды специальными смесями, кусочки стеблей проводили через кислоты, удаляя все
твердое, заключали в целлоидин и резали, как современные растения. Панту и
Наутиялу удалось рассмотреть почти все, что нужно палеоботанику, - и картина
окончательно запуталась. По анатомическому строению ветвей и эпидермальному
строению листьев буриадия ближе всего к хвойным. Листья иногда вильчатые, а
изредка даже более сложные, в виде короткой лопаточки с зубчиками на конце.
Это тоже может быть у древних хвойных. А вот пыльца, которая уже успела про-
никнуть внутрь семян, оказалась совсем непонятная. Такую пыльцу имеют гинкго-
вые и беннеттитовые. Внутри семян буриадии слои кутикулы располагаются, как
ни у одного другого голосеменного растения. О том, как сидели семена, мы уже
говорили. Одним словам, стоило копнуть буриадию поглубже, и вместо всем по-
нятного хвойного растения на свет явился ни на что не похожий гибрид.
Взвесив все за и против, Пант и Наутиял решили, что правильнее всего счи-
тать буриадию все же хвойным (конечно, очень своеобразный, несущим черты
предка лебахии). Они отказались от точки зрения Р. Флорина, что хвойные берут
начало от кордаитов. В их рассуждениях есть логика, но лишь будущие исследо-
вания покажут, кто здесь прав. В любом случае, очевидно, что в буриадии есть
особенности, присущие разным группам растений, и она явно не может быть еди-
ным предком для всех. Стало быть, эти особенности могли развиться у нее неза-
висимо от других групп. Расшифровка структуры гондванской буриадии ставит по-
этому интересный вопрос о независимом появлении различного типа хвойных.
Впрочем, эта мысль не нова. Еще в 1940 г. ее затронул в одной из своих статей
Р. Флорин. На основании анализа современных и ископаемых хвойных он пришел к
выводу, что гондванские хвойные в течение геологической истории держались не-
зависимой группой, что ощущается до наших дней. В этом отношении открытие
Панта и Наутияла хорошо согласуется с представлениями Флорина.
Что осталось
скептикам?
Нарисованный Р. Флорином эволюционный ряд, ведущий от древнейших хвойных к
современным, является, пожалуй, во всей палеоботанике самым красивым. Палео-
ботаники строили не менее аккуратные ряды для других растений, но там всегда
были какие-то неувязки. То не хватало одного-двух звеньев - и вместо них ри-
совали гипотетические формы, то потомок оказывался старше предка. Начиная от
лебахии и кончая современными хвойными, идет филогенетическая ветвь, в кото-
рой пока не видно серьезных изъянов. Но вот все, что было с хвойными раньше,
довольно проблематично. Иными словами, намеченная Р. Флорином связь хвойных и
кордаитов вызывает еще много сомнений. Правда, сомневаться в том, что они -
близкие родственники, пока не приходится, У них очень много общих черт. Дре-
весина у древних хвойных и кордаитов одна и та же, сходны их пыльца и семена,
да и те "шишечки" (как мы выяснили, они являются укороченными побегами с се-
менами) тоже удивительно сходны. А сомнения остаются вот какие.
Во-первых, надо вывести иглы хвойных из длинных крупных листьев с многочис-
ленными жилками. Правда, на этот вопрос еще можно найти ответ. Предки хвойных
явно имели листья с более сложными жилками. Недаром у некоторых самых древних
хвойных мы находим отдельные листья с вильчатой верхушкой. Врожденная и за-
консервированная способность хвойных давать сложные листья проявляется у не-
которых современных и ископаемых родов разных семейств. Например, листья ага-
тиса (даммары) внешне почти, как у кордаитов. Все это - пока лишь логические
рассуждения, и растений с листвой, промежуточной между хвойными и кордаитами,
мы не знаем. Но вот второй вопрос значительно сложнее. Все данные палеобота-
ники показывают, что спиральное расположение листьев, побегов, органов раз-
множения в эволюции предшествует двурядному расположению. Почему хвойные
должны быть исключением, и как их шишки со спиральным расположением чешуи
могли произойти от сережек кордаитов, где шишечки сидят двумя рядами? На этот
вопрос ответ может быть лишь один: скорее всего, хвойные произошли не от тех
кордаитов, которых мы знаем, а от более древних, более примитивных форм. Мо-
жет быть и так, что обе эти большие группы взяли свое начало от какого-то об-
щего предка. Решение загадки происхождения первых хвойных придет из очень
древних (может быть девонских) отложений. Возможно, что таким предком было
одно своеобразное каменноугольное растение, найденное в Шотландии, у которого
древесина кордаитово-хвойного типа, а листочки чешуевидные - примерно, как у
араукарии.
ГЛАВА IX.
ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ
КУРСОМ
"Очень сходно - это еще не одно и то же".
Д. Г. Скотт (английский палеоботаник)
Мы познакомились с достаточным количеством фактов, чтобы теперь немного
предаться размышлениям. Когда читаешь книги или статьи по общим проблемам
развития органического мира, то всегда бросается в глаза, как мало использу-
ется для обобщений фактический материал, добытый палеоботаникой. Конечно, это
можно объяснить тем, что "разобранные на детали" ископаемые растения - не
очень благодарный объект для выведения закономерностей эволюции. Но, скорее
всего, дело в том, что сами палеоботаники, по горло загруженные работой по
изготовлению препаратов, определению коллекций, собранных геологами, система-
тизацией непрерывного потока новых и непонятных растений, просто не находят
времени, чтобы представить свои наблюдения в пригодном для обобщений виде. Не
надо забывать, что квалифицированный палеоботаник одновременно должен быть и
хорошим геологом. Трудно ему объять необъятное. Однако эта же энциклопедич-
ность дала возможность некоторым палеоботаникам стать выдающимися теоретика-
ми . Это Г. Потонье, Э. Джеффри, Д. Г. Скотт, О. Линье, А. Н. Криштофович, А.
Л. Тахтаджян и другие. Их работы пролили свет на многие общие проблемы биоло-
гии.
В этой главе мы рассмотрим явления параллелизма. Речь пойдет о независимо
возникающем сходстве. Когда мы видим одинаковые колеса у разных машин или пы-
лесос в форме ракеты, мы не очень удивляемся. Человеку так было нужно, так
было удобно (красиво, выгодно и т. д.), он подумал - и сделал так. Когда мы
встречаем одинаковые детали у разных растений, о "подумал и сделал", понятно,
не может быть и речи. Объясняя такие явления, часто говорят: "В определенных
условиях возникли соответствующие структуры". Это, конечно, не объяснение, а
своеобразная разновидность демагогии. Во второй половине нашего века нужен
показ конкретных причин и механизмов. Поэтому мы и начнем с конкретных приме-
ров.
Искусные
имитаторы
Удивительное сходство далеко не родственных растений мы видели на примере
буриадии и обычных хвойных Северного полушария.
Другой пример, о котором пойдет речь сейчас, не менее показателен. Нам уже
встречались гондванские и ангарские хвощи, у которых листья узкие и длинные,
но срослись в основании в виде чаши. Это филлотеки (по-гречески "филлон" -
лист, а "тека" - чаша). Еще в 1828 г. француз кий палеоботаник Адольф Броньяр
впервые описал их на образцах из Австралии, но не изобразил ни одного экземп-
ляра. Потом другие исследователи опубликовали изображения, и род широко вошел
в литературу. В 1879 г. русский палеоботаник И. Ф. Шмальгаузен описал и изо-
бразил целую серию видов филлотек из Кузнецкого, Тунгусского и Печорского
бассейнов. Его рисунки были так наглядны, что именно ангарские филлотеки ста-
ли приводить в справочниках и учебниках, когда хотели показать, какие расте-
ния надо относить к этому роду.
В начале 60-х годов М. Ф. Нейбург, занимаясь печорскими филлотеками, обра-
тила внимание на экземпляры со спорангиями. Аккуратными розетками они сидели
между узлами прямо на стебле. Розетки теснятся друг к другу и закрывают зна-
чительную часть междоузлия. Хотелось разобраться в строении спорангиев, и эту
работу М. Ф. Нейбург поручила сделать мне. Розетки спорангиев у филлотек мел-
кие , несколько миллиметров в диаметре. Работа предстояла кропотливая. Надо
было делать последовательные срезы через каждые 25-40 мкм. На это ушло не-
сколько дней. После каждого среза делались фотография и схематическая зари-
совка . Всего оказалось около двухсот срезов. Полученные результаты поначалу
не удалось использовать, так как вскоре после окончания этой работы М. Ф.
Нейбург1 не стало. В 1966 г., занимаясь сравнением гондванских и ангарских
филлотек, я вернулся к пачке сделанных в свое время фотографий и рисунков и
начал их внимательно изучать. Мне была знакома работа австралийского палеобо-
таника Д. Таунроу, который изучил спорангии настоящих австралийских филлотек.
Внешне побеги были почти те же, но спорангии оказались совсем другими. У ан-
гарских филлотек - несколько рядов розеток между узлами, а у австралийских
чуть повыше каждого узла располагается лишь одна мутовка ветвящихся ножек
(рис. 35). На конце каждого ответвления щиток (как шляпка у гвоздя), с тыль-
ной стороны которого висят четыре спорангия. Один такой щиток можно сопоста-
вить с одной розеткой спорангиев у ангарских видов. Однако на этом сходство и
кончается, Срезы показали, что спорангии у ангарских филлотек срослись боко-
выми стенками, а сами розетки сидят на неветвящихся ножках.
Рис. 35. Спороносные побеги ангарских (а) и гондванских (б) чле-
нистостебельных, прежде неверно относимых к одному роду филлоте-
ка. У ангарского растения спорангии срослись в розетки, располо-
женные несколькими ярусами; у гондванского растения спорангии
сидят на ветвящихся ножках.
Читателю, далекому от систематики растений, все эти отличия могут показать-
ся не слишком существенными. Поэтому поспешим пояснить, что их достаточно с
избытком, чтобы отнести ангарские и австралийские (а с ними и вообще гондван-
ские) филлотеки не только к разным родам, но и к разным семействам. Правда,
здесь мы сразу попадаем впросак: лишенные спорангиев побеги тех и других на-
столько сходны, что мы просто не в состоянии указать серьезные, например ро-
довые, отличия между ними. Здесь возникает сложный вопрос с родовым названи-
ем, но не это нас интересует. Получается так: два разных растения, принадле-
жащих разным семействам (это по меньшей мере) с принципиально различными ор-
ганами размножения, имеют настолько сходные побеги (не только листья или
стебли, а целые побеги), что никому никогда не приходило в голову, что это -
даже разные роды. В литературе обсуждался лишь вопрос о видовых различиях.
Конечно, это сходство возникло не на пустом месте. Анализ эволюции члени-
стостебельных показывает, что и у гондванских, и у ангарских видов могут быть
общие предки. Их надо искать где-то в нижних частях каменноугольных отложений
или даже в девоне. С тех времен эволюция филлотек шла в Северном и Южном по-
лушариях совершенно независимо, но параллельно.
Другие случаи параллелизма, касающиеся уже не растения целиком, а лишь его
листьев, мы встречали раньше. Совершенно одинаковые листья со средней жилкой
и почти перпендикулярными боковыми жилками (имеется в виду формальный род те-
ниоптерис) могут независимо иметь некоторые цикадовые, беннеттитовые, марат-
тиевые папоротники, птеридоспермы и своеобразная группа гондванских растений
- пентоксилеевые. Сюда может попасть и лист фикуса, если он будет найден с
оборванными краями. Пример параллелизма дают и листья кордаитов. Их система-
тика была перестроена на основе микроструктуры листьев. Тогда выяснилось, что
раньше исследователи, изучавшие лишь общую форму листа, относили к одному ви-
ду листья, принадлежащие разным родам. Еще более разительный пример дает
внешнее сходство настоящих и семенных папоротников. Мы уже говорили о том,
что и те, и другие берут начало где-то в девоне от растений с примитивной ли-
ствой, а затем совершенно независимо и параллельно приходят к очень сходному
внешнему облику.
Что говорит
микроскоп?
Микроскоп всегда выручает систематика, помогает ему разобраться в сути яв-
лений. Что же скажет он о всех этих имитациях? На одну часть вопроса микро-
скоп нам уже ответил. Именно благодаря микроструктуре и была вскрыта разная
природа внешне сходных листьев. Другая часть вопроса значительно сложнее: ес-
ли в одних случаях сходство независимо образуется у листьев, семян, стеблей,
т. е. на макроскопическом уровне, то, может быть, в других случаях сходство
может проявляться на уровне клеток и тканей? На этот вопрос можно смело отве-
тить утвердительно. Такие случаи известны, но насколько часто так бывает - мы
не знаем.
В тканях, которые проводят питательные вещества и воду по телу растения,
есть клетки с разными стенками. Если проследить развитие стебля высокооргани-
зованного растения, мы увидим, как на стенках сильно вытянутых проводящих
клеток (трахеид) сначала образуются кольчатые и спиральные утолщения, затем
спираль начинает сжиматься, ее соседние обороты соединяются перемычками, об-
разуется лесенка, постепенно в стенке остаются лишь более или менее сложно
устроенные поры (рис. 36). Дальнейшая эволюция приводит к исчезновению стенок
на их концах, так что образуются сплошные длинные трубки - сосуды. Такое по-
следовательное усложнение стенки проводящих клеток наблюдается у многих групп
растений, но процесс останавливается на той или иной стадии. Например, у со-
сны и всех других хвойных дело не дойдет до сосудов, которые являются приви-
легией цветковых растений, у лепидодендронов развитие заканчивается на лест-
ничных трахеидах, а у ринии - на спиральных.
Теперь давайте рассуждать. Возьмем две эволюционные линии. Одна, включающая
плауновидные, начинается от очень древних растений, известных в нижних гори-
зонтах девонской системы. У них есть только кольчатые и спиральные, т. е. са-
мые примитивные утолщения. Листаем страницы геологической летописи и видим,
как в процессе эволюции у плауновидных идет усложнение стенки проводящих кле-
ток (трахеид). Появляются лестничные трахеиды, а затем и настоящие поры. До
такой стадии эволюция доходит уже в каменноугольном периоде. У некоторых со-
временных плауновых мы находим, хотя и редко, даже сосуды. Вторая такая же
линия начинается от растений вроде ринии, и здесь мы видим ту же последова-
тельность. Если бы мы полнее знали эволюцию членисто-стебельных растений, то,
несомненно, и здесь мы увидели бы такой же ход эволюции проводящей ткани. Во
всяком случае, у некоторых современных хвощей сосуды отмечены. Отсюда вывод:
в микроструктуре растений параллельное, независимое приобретение одинаковых
признаков есть. Особенно хорошо это видно на примере сосудов, которые появля-
ются у высокоорганизованных плауновых, хвощей, папоротников, голосеменных,
многих покрытосеменных. Таким образом, в "умении подражать друг другу" микро-
скопические элементы не отстают от листьев и стеблей.
Рис. 36. Развитие стенки проводящих клеток (трахеид): вместо
кольчатых и спиральных утолщений образуются поры.
Прежде чем идти дальше, надо немного остановиться на терминологии. Мы уже
говорили в главе II, что явления сходства, не подкрепляемого родством, широко
распространены в органическом мире. Тогда же была приведена серия терминов
для обозначения различных типов такого сходства. Не будем объяснять все тер-
мины, но на двух все же остановимся: на конвергенции и параллелизме. О кон-
вергенции обычно говорят, что это - внешнее сходство совершенно не родствен-
ных органов или организмов, появившееся под влиянием сходных внешних условий
или сходного образа жизни. Таково сходство дельфина и акулы. Говорят также,
что при конвергенции сходство никогда не бывает глубоким, т. е. не проникает
в тонкую структуру. Возможно, но не обязательно, что параллелизм в конечном
счете тоже определяется сходными внешними условиями, но о нем мы говорим то-
гда, когда близкородственные группы, имеющие общего предка, независимо разви-
ваются в одном направлении. Так рассуждают зоологи. С чем же мы имеем дело у
растений?
Здесь эти явления сходства столь широко распространены, что мы не можем
уверенно разделить их на родственные и не родственные, глубокие и поверхност-
ные , связанные с внешними условиями и не связанные. Поэтому для нас лучше
всего не делать вообще различий между конвергенцией и параллелизмом и объеди-
нить все явления сходства под одним термином. Так мы и поступим, а по сложив-
шейся у ботаников традиции оставим термин "параллелизм".
Разложение
многочленов
Сейчас я должен сделать читателям предупреждение. Его следовало бы сделать,
пожалуй, уже в начале главы, но лучше поздно, чем никогда. Дело в том, что мы
вступаем в область теоретической ботаники и палеоботаники. Поэтому предлагаю
любителям легкого занимательного чтения пролистать дальше и браться за другие
книги или журналы. А мы с самыми терпеливыми и любознательными продолжим наше
путешествие среди ископаемых растений.
Итак, мы добрались до явлений параллелизма, отметили "коварство" растений,
которые не только сами рядятся друг под друга, но заставляют то же проделы-
вать и составляющие их ткани, но ничего не сказали о причинах. Здесь, конеч-
но, легко отделаться магическим заклинанием со ссылкой на внешнюю среду, но
попытаемся все же разобраться в механизмах и закономерностях. Для этого вос-
пользуемся испытанными методами.
Когда исследователь сталкивается со сложным явлением, то он, прежде всего,
старается разложить его на составные части. Математик разлагает многочлен,
химик выделяет отдельные элементарные реакции, генетик разбирает изменчивость
и наследование отдельных признаков. Так же, очевидно, должны поступить и мы,
анализируя эволюцию древних растений.
Первым, кто понял это и расчленил растение на элементарные органы (а точнее
- на элементарные эволюционирующие единицы), был немецкий палеоботаник Г. По-
тонье. Он описал массу ископаемых растений, сделал исключительно много в по-
знании пермских и каменноугольных отложений Европы, заложил основы современ-
ного учения о накоплении горючих ископаемых, написал массу научно-популярных
статей, издавал журнал и, наконец, сделал огромный вклад в общую морфологию
растений. Умер Г. Потонье в 1915 г., когда ему едва перевалило за пятьдесят.
Потонье понял, что лист представляет собой не изначально простое образова-
ние, а сложный синтетический орган, результат срастания элементарных струк-
турных единиц. Эта идея была затем развита О. Линье в начале нашего века. Ли-
нье различал у растений несколько элементарных единиц. Одни дают начало круп-
ным листьям, типа папоротников, и на них развиваются спорангии; другие пред-
ставляют выросты первых и всегда лишены спорангиев (это, например, листья
плауновидных); третьи дают начало корням. Исходя из своих построений, Линье
фактически предсказал открытие псилофитов.
К сожалению, в начале нашего века мало кто из ботаников задумывался над та-
кими проблемами. Поэтому идеи Потонье и Линье прошли почти незамеченными для
современников. По выражению одного из современных ботаников, они были "гласом
вопиющего в пустыни". Лишь в 30-х годах немецкий морфолог В. Циммерманн довел
эти идеи до логического завершения, достаточно широко распропагандировал их и
снабдил свои построения удачной терминологией. Простые и однообразные органы
первых наземных растений - так сказать, элементарные эволюционирующие единицы
- он назвал теломами. Из теломов, претерпевавших различные изменения, образо-
валось все разнообразие внешних форм у наземных растений. Эти изменения Цим-
мерманн также разложил на элементарные процессы: слияние, изгиб, утолщение,
стерилизация и др. , которые обеспечивают растению лучшее поглощение света и
лучшую защиту спорангиев. Действительно, если спорангий торчит на конце стеб-
ля, он максимально подвержен и температурным колебаниям, и различным механи-
ческим повреждениям. Загнутая ножка уже дает спорангию преимущество, а еще
лучше, если он сидит в пазухе листа под его защитой.
То, что такие элементарные процессы могли происходить у самых разных расте-
ний, не вызывает сомнения, и палеоботанические наблюдения это подтверждают.
Возьмем, например, плауновидные и членистостебельные. В их эволюции в течение
палеозоя и мезозоя наблюдаются одинаковые процессы, приводящие к образованию
очень сходных структур. Спорангии, сначала разбросанные по поберу группами,
затем собираются в компактные шишечки на концах стеблей. В этих шишках листья
преобразуются в специальные образования, защищающие спорангии. Сами спорангии
со стебля переходят на эти защитные образования. Сходные процессы проходят у
обеих групп и в микроскопической структуре стеблей. Возможно, что плауновид-
ные и членистостебельные связаны общностью происхождения (есть древние расте-
ния, которые обнаруживают черты обеих групп), тем более понятно сходство в их
эволюции. Таков один из основных источников параллелизма в развитии, но не
единственный.
Каждый живой организм, будь то животное или растение, это не простой набор
органов, независимо друг от друга выполняющих свои функции. Изменение одного
органа вызывает в организации цепную реакцию. Приспособление растений к рас-
пространению семян ветром уменьшает размер семян, ведет к изменениям в струк-
туре завязи; развитие новой группы мышц ведет к пропорциональному усилению
соответствующего участка нервной системы и т. д. Такие зависимости неисчисли-
мы, и их тем больше, чем более высоко развит организм. Вполне естественно,
что реакция разных организмов на одно и то же изменение может оказаться оди-
наковой , если внутренние зависимости у них также одинаковые. В этом - второй
источник параллелизма. К сожалению, здесь трудно привести наглядные примеры,
так как для этого надо забираться в терминологические дебри.
Из сказанного не надо делать вывода, что органы вовсе не имеют никакой ав-
тономии и являются абсолютно необходимыми. В процессе эволюции они себя чув-
ствуют порой вполне независимо. При этом у растений, даже у самых высокоорга-
низованных, зависимость между органами значительно меньше, чем у животных.
Характерный, хотя и несколько грубый пример: если вы оторвете у собаки хвост,
вам не удастся вырастить из него повой собаки, а из веток одного дерева, на-
пример тополя, можно вырастить целую рощу нормальных деревьев. Из-за высокой
независимости органов среди растений встречаются удивительные существа, соче-
тающие архаичные и прогрессивные признаки (подобным дисгармоничным растением
является, например, магнолия). Из этого вытекает, что зависимости между орга-
нами вряд ли сыграли ведущую роль в параллельной эволюции разных групп расте-
ний.
Третий источник параллелизма, по-видимому, кроется в генетических возможно-
стях живых существ. Генетика сейчас активно популяризируется, с ее терминами
все больше и больше знакомится широкая публика. Но на всякий случай приведем
два определения. Нам понадобятся в рассуждениях термины "генотип" и "фено-
тип" . Генотип - это вся наследственная информация, которую получает организм
в момент его зарождения. В течение жизни она используется не полностью, а
лишь в той мере, в какой это допускают условия среды. Результат взаимодейст-
вия наследственной информации и среды, т. е. сам выросший организм, называет-
ся фенотипом.
В ходе эволюции растения часто упрощают свою структуру. Это доказано, на-
пример, для спороносных органов клинолистов каменноугольного периода. В ходе
такого упрощения, обычно происходящего через задержку в индивидуальном разви-
тии органа или его частей, былая сложность остается в генотипе. В нем как бы
законсервирована возможность последующего, если это станет необходимым, раз-
вития сложных структур. И если такая возможность вдруг осуществляется у уже
разошедшихся от упрощенного предка ветвей, то нет ничего удивительного, что
при этом образуются сходные признаки. Однако мы затрагиваем проблему, которая
еще разработана очень мало. Имеющиеся иллюстрации касаются лишь современных
растений, а палеоботаника здесь мало чем может помочь.
Генетическую природу имеют и параллелизмы, описанные Н. В. Вавиловым в его
ставших классическими гомологических рядах. Хотя он прослеживал параллельную
изменчивость на современных культурных растениях, выведенные им закономерно-
сти имеют более общее значение. Эти исследования долгое время были вне поля
зрения биологов и, к сожалению, вовсе не нашли отклика в палеоботанических
обобщениях. Поэтому на гомологических рядах применительно к ископаемым расте-
ниям имеет смысл остановиться.
Сущность открытых Вавиловым закономерностей вкратце сводится к следующему.
Совершенно очевидно, что чем более родственны друг другу организмы, тем боль-
ше у них общих черт. Это исходное положение биологической систематики. В ос-
нове каждого вида лежит некий набор обязательных признаков, без которых надо
говорить уже о другом виде. Но другие признаки, не являющиеся видовыми, обна-
руживают большую или меньшую степень изменчивости. Изучая многочисленные сор-
та культурных растений, Н. И. Вавилов подметил, что эта изменчивость упорядо-
чена. У близких видов одного рода она идет в почти одинаковых направлениях,
причем, чем ближе по происхождению виды, тем полнее это сходство. Дело дохо-
дит до того, что различие в форме семян (или других органов) у видов, принад-
лежащих разным родам, становится меньшим, чем у видов одного рода (рис. 37).
Получается массовая симуляция органов. То же явление наблюдается и при анали-
зе семейств, порядков и т. д. Но ведь ограниченность изменчивости означает и
ограниченность в ассортименте признаков. Растения не могут выйти за пределы
определенного круга черт, хотя круг и очень широк.
Рис. 37. Параллелизм в строении листьев у пшеницы (1, 2) и ржи
(3, 4). По Н. И. Вавилову
Примеры такой ограниченной и повторяющейся изменчивости у систематических
групп разного уровня хорошо видны среди ископаемых растений. Когда речь шла о
кордаитовых листьях, то фигурировали два их анатомических типа, за которыми
стоят разные роды. У одного рода (Rufloria) устьица спрятаны в желобках, а у
другого (Cordaites) разбросаны по поверхности листа. По признакам микрострук-
туры второй род может быть подразделен на несколько подродов. В пределах каж-
дого рода и подрода можно найти листья самого различного внешнего облика:
длинные и короткие, узкие и широкие, с закругленной и приостренной верхушкой
и т. д. Микроструктура - постоянный устойчивый признак, а внешние черты под-
вержены значительной, но однообразной изменчивости. Поэтому, классифицируя
листья по очертаниям, густоте жилкования и тому подобным признакам без учета
микроструктуры, палеоботаники включали в один вид листья, в действительности
принадлежащие разным родам.
Прежде чем закончить эти затянувшиеся рассуждения, заметим, что перечислен-
ные пути появления параллелизма не только вероятны, но и доказаны. Однако мы
не можем сказать, с каким из них в каждом конкретном случае мы имеем дело.
Причина этому - наше почти полное незнание приспособительной ценности самых
основных признаков растения. Пожалуй, особенно интересно и непонятно незави-
симое появление очень тонких микроскопических структур в тканях, появление
удивительно сходных спор или пыльцы у самых разных групп где-то в середине
или в конце их эволюционного развития. С чем мы здесь имеем дело, пока совер-
шенно непонятно. Конечно, мы очень привыкли относиться к микроструктуре не-
сколько с большим почтением, чем к общей морфологии. Исследователи с легко-
стью допускают образование одинаковой формы листьев у неродственных растений,
а завидев сходство в строении тканей - склонны сразу видеть родство. Однако у
нас нет особых оснований считать, что в мастерских природы ювелиры в большей
цене, чем плотники, и что их не заставляют одну и ту же работу проделывать
заново несколько раз
ГЛАВА X.
ВВЕРХ ПО
РАЗРЕЗУ
"Мы имеем перед собой пласты в сотни и
тысячи метров мощности, отложившиеся за
громадный промежуток времени, и должны
представить себе хронологически те со-
бытия, которые происходили в каждый
данный момент, причем эти события отде-
лены одно от другого тысячами и даже
миллионами лет".
А. Ч. Сьюорд (английский палеоботаник)
Эта публикация построена в виде серии отдельных очерков, Чтобы как-то скре-
пить приведенные факты, теперь полезно наметить в самых общих чертах последо-
вательность в развитии растительного мира планеты.
Мы пропустим девонскую, каменноугольную и пермскую флору, о которых доста-
точно сказано в предыдущих главах. У читателя уже должно создаться общее впе-
чатление о растительном мире палеозоя. В мезозое, когда на сцену вышли знаме-
нитые динозавры, растения были уже совершенно другими: вместо древовидных
плауновых, многочисленных семенных папоротников и кордаитов на первый план
выступили гинкговые, хвойные, цикадовые, беннеттитовые, а затем и покрытосе-
менные . О флоре триасового, юрского и мелового периодов мы поговорим немного
ниже, а сейчас попытаемся понять, как произошла смена декораций, где "прята-
лись" все те растения, которые заселили сушу в мезозое?
Корни
мезозойской
флоры
Здесь не случайно употреблено слово "прятались". Как и в более ранние пе-
риоды, на рубеже палеозоя и мезозоя мы не видим следов той мастерской, где
вырабатываются новые роды и виды. Но если не можем уловить их происхождение,
то хотя бы посмотрим на их появление.
Многие великие артисты сначала работали статистами, участвовали в массовых
сценах, и тогда им редко выпадало счастье даже подать реплику. С такими же
незаметными предвестниками мезозойской флоры мы начинаем встречаться довольно
рано. Первые достоверные гинкговые известны еще в нижнепермских отложениях
Европы. Первые растения с листвой, как у цикадовых и беннеттитовых, появляют-
ся еще раньше, в верхней части каменноугольных отложений. В это же время на-
чинают набирать силу и хвойные. В конце каменноугольного периода эти растения
были почти незаметны на общем фоне тропической флоры. В первой половине перм-
ского периода их число увеличивается, а в начале второй половины этого перио-
да, когда уже вымерли основные растения каменноугольного леса, их местами
становится очень много.
Еще в прошлом веке палеоботаники внимательно изучали остатки растений (рис.
38) в медистых сланцах ГДР и ФРГ, залегающих в самом основании верхнепермской
толщи. Эти сланцы разрабатываются до сих пор. В них обнаружено всего полтора
десятка видов: в основном хвойные, гинкговые и древние цикадовые, есть один
вид птеридоспермов, почти нет папоротников и хвощей. От былого великолепия
каменноугольного леса не осталось и следа. И внешний вид растений, и породы,
в которых они погребены, все говорит о жарком и сухом климате. Можно, конеч-
но , предположить, что именно эта флора, носящая явно мезозойские черты, дала
начало новым богатым лесам триасового, юрского и мелового периодов. Однако к
концу перми набор видов в ней становится все меньше и меньше, создается впе-
чатление, что флора медистых сланцев вымерла, оставив не слишком обильное по-
томство . К тому же растения медистых сланцев, привыкшие к достаточно суровому
жаркому климату, едва ли могли быстро перестроиться и превратиться во влажные
леса мезозоя. К тому же у них, наверное, были достойные конкуренты, уже при-
выкшие к влажным условиям.
Рис. 38. Растения верхнепермских медистых сланцев Западной Европы:
семенной папоротник лепидоптерис (слева) и гинкговое сфенобайера.
Рис. 38 (продолжение). Растения верхнепермских медистых сланцев
Западной Европы: хвойное ульмания.
Конкуренты действительно были. В самом конце каменноугольного периода в Ев-
ропе начало ощущаться иссушение климата, которое прогрессировало в течение
всего пермского периода и захватило даже часть раннего мезозоя. Однако чем
дальше на восток мы двигаемся, тем все меньше и меньше заметны следы сухости.
В северной части Евразии располагалась Ангарида с ее внетропической флорой.
Между ней и Гондваной на территории Китая, Кореи и Юго-Восточной Азии распо-
лагался еще один древний материк Катазия с тропической флорой. Здесь долго
держался влажный тропический климат. Поэтому некоторые растения каменноуголь-
ного леса спокойно дожили почти до конца перми. Мы не в силах проследить пояс
влажной тропической растительности пермского периода далеко на запад. Но
предполагать его существование где-то южнее засушливых территорий можно. Вот
некоторые наблюдения.
В начале 60-х годов в верхнепермских отложениях восточной части Турции был
найден интересный набор ископаемых растений: европейские папоротники каменно-
угольно-раннепермского типа, гондванские глоссоптерисы и некоторые катазиат-
ские растения. С такой удивительной смесью форм палеоботаники столкнулись
впервые. Но, может быть, здесь просто были ошибки в определениях? Нет, вряд
ли. Эту флору определял английский палеоботаник Р. Вагнер, один из лучших
знатоков европейских палеозойских папоротников. Уж их-то он, наверняка, опре-
делил правильно! Гондванские глоссоптерисы невозможно ни с чем перепутать. Не
менее броскими, характерными видами представлены и катазиатские растения. Од-
но из них - гигантоптерис. Это - папоротниковидное растение (может быть, се-
менной папоротник). Его слившиеся перья образуют цельный лист, иногда очень
похожий на лист табака или ольхи.
Интересны еще два факта. Во-первых, катазиатские растения найдены в некото-
рых местах Гондваны, а именно: в Южной Африке и Южной Америке. Во-вторых, на
западе США - в Техасе, Оклахоме и Колорадо - встречена пермская флора, кото-
рую сначала прямо назвали катазиатской, а потом смягчили формулировку и стали
говорить лишь о растениях катазиатскохю типа. Находка катазиатскохю облика
растений в Северной Америке, флора которой в целом развивалась по европейско-
му образцу, произвела в свое время большое впечатление. И мобилисты, и фикси-
сты, т. е. и сторонники, и противники движения континентов, были озадачены.
Ведь и те, и другие согласны в том, что Тихий океан существовал уже в палео-
зое (а может быть - был и извечным) . Двигались материки или нет, но в любом
случае растения, чтобы попасть из Китая на юго-запад Северной Америки, должны
были пересечь тысячекилометровые океанические пространства. Мысль исследова-
телей стала искать возможные мосты. Перекинуть их с севера и с юга нельзя:
здесь область господства или ангарских, или гондванских внетропических флор,
через которые тропическим жителям не пройти. Предполагают, что в сходстве за-
падно-американских и китайских растений проявляется параллелизм, о котором мы
уже говорили. Интересное объяснение, но оно требует подтверждения детальным
изучением самих растений. Эта работа - дело будущего. По-видимому, можно все
объяснить иначе.
Мы видели карту современной растительности влажных тропиков. Она протягива-
ется вдоль экватора сплошным кольцом. Почему бы не предположить существование
такого же пояса и в перми? Почему влажные тропические леса в пермском периоде
должны были населять только Катазиатский материк? Они вполне могли быть за-
паднее и проходить между флорой засушливого жаркого климата на севере и гон-
дванской флорой на юге, т. е. через Малую Азию, Ближний и Средний Восток, Се-
верную Африку и Центральную Америку. Вдоль этого пояса с влажным тропическим
климатом катазиатские растения свободно шли на запад, смешивались с выходцами
из Гондваны (в Малой Азии) и сами проникали в гондванскую флору (в Южной Аф-
рике и Южной Америке). Наконец, некоторые растения, порядочно изменившиеся
после долгих странствий, могли подняться из этого пояса и в юго-западную
часть Северной Америки. Здесь они основали колонию, остатки которой сбивают с
толку палеоботаников. Это, разумеется, лишь гипотеза, основанная на находке
катазиатского облика растений вдалеке от привычных нам мест. Для ее подтвер-
ждения нужны более обстоятельные и многочисленные факты.
Однако пора объяснить, почему мы уделили так много внимания этому поясу.
Ведь мы обсуждали перед этим вопрос о происхождении мезозойской флоры. Дело в
том, что в катазиатской флоре было много различных растений мезозойского об-
лика с самого начала пермского периода, а может быть - и раньше. К концу это-
го периода количество таких растений увеличилось. Эта омоложенная катазиат-
ская флора, привыкшая к тропическим условиям и расселенная по гипотетическому
поясу, о котором мы много говорили, вполне могла стать одним из источников
теплолюбивой мезозойской флоры обоих полушарий, дать ей цикадовые, гинкговые,
некоторые папоротники.
Палеоботаническая
Помпея
В роли жителей Помпеи растения оказывались часто. Ко многому они смогли
приспособиться: и к соленой воде, и к пустыням, и к высокогорьям. Но вот
"учесть", что из соседней горы вдруг неожиданно потечет лава, а с неба опус-
тятся тучи пепла, они так и не смогли! Шло время, на вулканическом плаще сно-
ва поселялись сначала самые неприхотливые, затем более привередливые расте-
ния. Снова образовывалась почва, и жизнь продолжалась своим чередом. Потом
все повторялось снова.
Вулканические породы с остатками растений представляют большую ценность для
палеоботаников. Дело не только в том, что в них растения иногда консервируют-
ся не хуже, чем в угольных почках (рис. 39) . Главное в другом. Выше уже шла
речь о том, что законсервироваться на века растение может лишь тогда, когда
его части попадают в воду. Для этого растению надо расти вблизи водоемов.
Вулканические породы могут погребать значительно более широкий круг растений.
Может быть, именно поэтому отпечатки в вулканических отложениях бывают осо-
бенно непонятными, своеобразными, а значит и интересными.
Рис. 39. Минерализованный папоротник в вулканогенных отложениях.
В самом конце пермского и в начале триасового периода вся территория вос-
точнее Енисея и западнее Лены, на север вплоть до Таймыра, а на юг почти до
Красноярска представляла собой настоящую вулканическую страну. От нее нам ос-
тались многометровые застывшие потоки лав, огромные толщи вулканических туфов
и породы, образовавшиеся в результате перемыва тех и других. Разобраться в
сложном чередовании таких пород очень трудно, особенно в условиях Сибири, где
иногда на сотнях квадратных километров нет ни одного обнажения. Но это нужно
сделать, так как в вулканических толщах Сибири сосредоточены важнейшие полез-
ные ископаемые, среди них оптическое сырье и цветные металлы, недавно здесь
нашли нефть. В таких случаях геолог с надеждой смотрит на остатки животных и
растений, как на незаменимые ориентиры в геологическом разрезе.
Изучение вулканических отложений Сибири началось лишь в 30-е годы. Тогда же
выдающийся советский палеоботаник В. Д. Принада описал собранные остатки рас-
тений. Его книга вышла в свет только в 1970 г. Многим другим его рукописям не
повезло. Они так и остались неопубликованными. В. Д. Принада скончался в 1950
г., будучи еще в расцвете сил (он родился в 1897 г.).
К исследованию сибирской палеоботанической Помпеи вплотную приступили лишь
в середине 50-х годов. Однако она оказалась крепким орешком даже для видавших
виды геологов. Здесь уже собраны тысячи образцов с ископаемыми растениями,
найдены остатки самых различных древних животных, но вопрос о возрасте толщи
остается до сих пор открытым. Его решение упирается в очень противоречивые
"показания" растений и животных. Вот пример.
Уже в первой главе говорилось, что в горных породах гораздо чаще, чем обыч-
ные остатки растений, сохраняются микроскопические оболочки спор и пыльцы.
Испытуемый образец дробят, обрабатывают реактивами, осадок несколько раз цен-
трифугируют и, наконец, выделяют эти оболочки. На них можно видеть тонкую
микроструктуру, по которой их классифицируют. Такими палинологическими иссле-
дованиями в Советском Союзе занимается несколько сот человек, работающих в
геологических управлениях и научно-исследовательских институтах. Когда воз-
никли первые трудности в познании вулканической толщи Сибири, геологи решили
прибегнуть к этому испытанному методу. В числе первых были московский геолог
и палеоботаник Г. Н. Садовников, добывавший образцы, и палинолог (т. е. спе-
циалист по ископаемым спорам и пыльце) О. П. Ярошенко. Однако вместо ясности
возникли лишь новые вопросы.
Между палеоботаниками различного профиля часто возникают недоразумения по
поводу возраста той или иной толщи. Один предлагает провести границу между
системами здесь, а другой - немного выше или ниже. Но таких разноречивых дан-
ных, какие получились в Сибири, история палеоботаники еще, наверное, не зна-
ла. Под вулканической толщей здесь лежат угленосные пермские отложения. В них
есть хорошей сохранности отпечатки растений, споры и пыльца. Все эти остатки
хорошо изучены. В вулканогенных отложениях картина резко меняется. Даже со-
вершенно непосвященный в палеоботанику человек скажет, что происходит исклю-
чительно резкая смена в составе ископаемой флоры. Как сквозь землю провалива-
ются многочисленные растения типичной кордаитовой тайги, и на сцену без ма-
лейшего предупреждения выходят разнообразные папоротники в сопровождении ци-
кадовых, гинкговых, хвойных и других растений. Иными словами, появляется фло-
ра , имеющая типично мезозойский облик. Правда, некоторые палеозойские формы
среди пресноводных моллюсков и рачков делают вид, что ничего не произошло, и
спокойно продолжают существовать. Им это можно простить: все-таки фауна -
достаточно суверенное царство природы. Самое удивительное не это, а то, что
споры и пыльца в породе так же "плохо" прореагировали на события. Они как бы
решительно размежевались с теми, кто, по логике вещей, их произвел на свет.
Чудес на свете, конечно, не бывает, но сказать, почему так решительно не сов-
падают по времени коренные изменения в составе отпечатков растений, с одной
стороны, и спор, пыльцы и животных - с другой, мы не знаем.
Не знаем мы до сих пор и тот уровень, на котором проходит граница палеозоя
и мезозоя в Сибири.
В любом случае перед нами одна из древнейших и, возможно, самая богатая
флора мезозойского типа. Работы последних лет, в частности наблюдения Г. Н.
Садовникова, показывают, что здесь есть много растений, которые до этого счи-
тались характерными лишь для юрского и даже мелового периодов. Возможно, что
вулканические извержения похоронили именно те растения, которые где-то в глу-
бине Сибири готовились к широкому выходу в будущие мезозойские леса. Вопрос о
происхождении самих растений этим предположением, конечно, не снимается, так
как мы опять видим не какие-нибудь предковые, а вполне развитые формы. Но ин-
тересно даже то, что палеоботаники приблизились к древнейшим представителям
мезозойской флоры.
В палеоботанической литературе иногда обсуждается вопрос о конкретном месте
происхождения мезозойской флоры. Ищут некий Арарат, к которому причалил бота-
нический Ноев ковчег. Между тем каждая значительная по времени и распростра-
нению на площади флора вполне могла появиться от смешения и взаимодействия
выходцев из многих мест. В частности, в образование типично мезозойской флоры
могли одновременно сделать свой вклад и Сибирь, и Катазия, и Приуралье, и
растения, найденные в европейских медистых сланцах, и Гондвана. Когда в триа-
совом периоде начали рушиться климатические барьеры, началось и массовое
"братание" флоры из разных областей.
Неуживчивым и консервативным пришлось вымирать.
О значении
мелочей
Систематическое геологическое изучение Печорского угольного бассейна нача-
лось еще в конце 20-х годов. К концу 50-х годов о нем было известно уже очень
много, были составлены подробные геологические карты, пробурены сотни сква-
жин, интенсивно разрабатывались угольные и нефтяные залежи. Вполне понятно,
что геологи в основном интересовались угленосными отложениями, хотя обращали
достаточно внимания и на то, что лежит ниже и выше их. И все же в 1958 г. вы-
яснилось, что в ходе работы были пропущены отложения целого периода. На гео-
логической карте ошибочно не были указаны триасовые отложения. Собственно, их
видели и описывали, но не знали, что они триасовые. На основании общих геоло-
гических соображений о возможности такого их возраста говорил еще в 1936 г.
молодой геолог А. Л. Яншин (потом академик). Но его предположение тогда оста-
вили почти без внимания.
В 1958 г. в одной из скважин недалеко от реки Большая Сыня в отложениях,
считавшихся пермскими, геолог Ф. И. Енцова обнаружила остатки растений, кото-
рые были переданы на определение М. Ф. Нейбург. Как раз в это время, окончив
университет, я пришел на работу в Геологический институт и в один из первых
дней стал свидетелем разговора М. Ф. Нейбург с геологом А. В. Македоновым,
под началом которого работала Енцова. Я видел, какое впечатление произвело на
Македонова сообщение Нейбург, что найденная на Большой Сыне флора триасовая,
что определенные отсюда растения хорошо известны в верхнетриасовых отложениях
Центральной Европы. Для геологов, работающих в Печорском бассейне, это было
большое событие. Пришлось пересматривать сложившиеся взгляды, перекраивать
геологическую карту, снова смотреть эти отложения, прослеживать их, собирать
остатки растений и животных.
Я рассказал обо всем этом попутно, чтобы еще раз показать, как сильно могут
влиять находки ископаемых растений на повседневную работу геологов, на пра-
вильное понимание строения земных недр. Но мне хотелось бы подчеркнуть дру-
гое . Среди образцов с Большой Сыни оказалось несколько листьев с хорошо со-
хранившейся угольной корочкой и достаточно отчетливыми жилками. Представьте
себе папоротник, у которого конечные перышки срослись краями, а жилки распо-
лагаются по-прежнему, и вы получите впечатление о найденном здесь растении.
Правда, это был не обычный, а семенной папоротник. Перебирая литературу, М.
Ф. Нейбург нашла изображения очень сходных листьев из Южного Приуралья. Они
были отнесены к роду Aipteris, который считали близким родственником катази-
атского рода гигантоптерис (о нем уже шла речь в этой главе). Гигантоптерис -
пермское растение, и Aipteris впервые был найден в пермских отложениях. Мно-
гочисленные находки Aipteris в триасе Печорского бассейна и в Южном Приуралье
наводили на мысль, что при формировании раннемезозойской флоры этих мест ощу-
щалось непосредственное влияние флоры Катазии.
Для гигантоптериса и его ближайших катазиатских родственников характерно
образование сетчатого жилкования. Это значит, что мелкие жилки соединяются
друг с другом и закрывают всю пластинку листа мелкой сеткой (рис. 40, а). Та-
кое же соединение жилок как будто было видно и на листьях Aipteris из Печор-
ского бассейна и Южного Приуралья. Но потом возникли сомнения. Геологи нашли
в Печорском бассейне, а затем и в Башкирии листья, которые прошли естествен-
ную химическую обработку. В плоском мешке из кутикулы здесь отлично сохрани-
лись все жилки. И тогда выяснилось, что они друг с другом никогда не соединя-
ются (рис. 40, б). Теперь хорошо говорить "выяснилось". За этим словом стоит
далеко не легкая работа по внимательному изучению отпечатков и фитолейм, ана-
лизу литературы, специальная микроскопическая техника. Вместе с получением
препаратов кутикулы эта работа отняла у московского палеоботаника И. А. Доб-
рускиной больше года.
Рис. 40. Жилкование семенного папоротника из триасовых отложений
Печорского бассейна и катазиатского гигантоптериса (сони неверно
считали близкими родственниками).
Когда такой вывод был сделан, от родства с катазиатским гигантоптерис при-
шлось отказываться. Родственников надо было искать сызнова. Сыграли свою роль
доли миллиметра, на которые не дошли друг до друга жилки. Не надо думать, что
для растения эти доли миллиметра - мелочь. Слившиеся жилки сразу приводят к
иному ходу обмена веществ в растении, а этим уже никак нельзя пренебрегать.
К счастью, родственники нашлись довольно скоро. Это были те самые листья из
среднеевропейского триаса, на которых И. Борнеманн сто с лишним лет назад
впервые в мире начал эпидермальные палеоботанические исследования. Лучшие об-
разцы этих листьев хранятся в Шведском музее естественной истории. В ответ на
робкую просьбу И. А. Добрускиной прислать из дублетного фонда, хотя бы на
время, для сравнения ломтик угольной корочки или препарат кутикулы из Сток-
гольма пришел увесистый пудовый ящик с теми самыми листьями, которые описаны
в литературе.
"Сикстинскую мадонну" знают все, в миллионах репродукций она разошлась по
всему свету. И все-таки самая лучшая репродукция никогда не заменит подлинни-
ка. Поэтому не из вежливости стояла толпа людей у этой картины, когда в Моск-
ве была выставлена Дрезденская галерея. Пожалуй, будет преувеличением ска-
зать, что палеоботаник испытывает то же чувство, когда видит перед собой от-
печаток , на фотографию или рисунок которого он много раз смотрел в книге. Но
сходное ощущение, безусловно, возникает. Наконец можно самому рассмотреть все
те детали, которые опустили или просто не заметили предшественники, проверить
прежние выводы, как свои, так и чужие.
Присланные из Стокгольма образцы окончательно убедили Добрускину, что имен-
но в Европе, а не в Катазии, жили ближайшие родственники печорских и южно-
уральских листьев. В биографии раннемезозойской флоры появилась хорошо обос-
нованная документами запись. Сыграла свою роль какая-то незначительная на вид
мелочь. Но на таких мелочах и держится современная палеоботаника. И наоборот,
пренебрежение ими рано или поздно приведет к грубой палеоботанической ошибке,
а начавшаяся цепная реакция, в конце концов, ударит по интересам геологиче-
ской практики.
Школа
Гарриса
В 1963 г. палеоботаники Москвы и Ленинграда принимали английского палеобо-
таника, члена Королевского общества (по-нашему академика), президента Линне-
евского общества Т. М. Гарриса. О работах этого английского исследователя на-
до рассказать особо. Гаррис не сделал великих палеоботанических открытий. Тем
не менее, в вышедших за последние 30 лет палеоботанических сводках и учебни-
ках неизменно фигурируют полученные им сведения и репродукции иллюстраций к
его работам. Можно без преувеличения сказать, что появление работ Гарриса оз-
наменовало новый этап в палеоботанике. И дело не в том, что он ввел в палео-
ботанику какие-либо хитроумные методы, а в том, что из материала, выбранного
для исследования, он извлекал все, что можно.
Иногда в коллекции, положенной в основу опубликованной статьи или моногра-
фии, позднее обнаруживаются в большем или меньшем числе незамеченные ранее
интересные отпечатки. Бывает, что на куске породы лежит красивый лист, а ря-
дом какой-то невзрачный обрывок. На него-то и не обратил внимания изучавший
коллекцию палеоботаник. Тот же материал попадает к более тщательному исследо-
вателю, и тут выясняется, что и вправду "не все то золото, что блестит". Об-
рывок оказывается ценнее красавца. Мало кто из палеоботаников извлекает из
материала так много, как Гаррис и его ученики.
Этот стиль в работе виден даже в самых ранних статьях Гарриса. В 20-х годах
он занялся триасово-юрской флорой Гренландии, и в первой же монографии, вы-
шедшей в 1926 г., поражает полнота охвата материала. Какие-то пятнышки на фи-
толейме привлекли его внимание - и он докопался, что это остатки неизвестных
науке грибов. Неясные отпечатки, едва заметные на породе, - после тщательного
изучения оказывались хорошей сохранности остатками печеночных мхов, также до
того неизвестных. Но и такое внимание к мелочам показалось Гаррису недоста-
точным. Ведь мало видеть то, что лежит на поверхности скола породы. Как бы
посмотреть то, что лежит внутри? Гаррис разрабатывает новый метод, названный
им "bulk-maceration". В дословном переводе это звучит довольно нескладно:
"объемная мацерация", или "мацерация объемов". Большой кусок породы помещает-
ся в смесь азотной кислоты с бертолетовой солью и разрушается (мацерируется).
Осадок пропускается через сита, и в распоряжении палеоботаника различные мел-
кие листья, обрывки кутикул, спорангии, семена и масса другого интересного
материала.
Тщательное изучение образцов позволило Гаррису установить новые, доселе не-
известные группы растений. К одной из них относится лептостробус. Этот род
описал в прошлом веке швейцарский палеоботаник О. Геер, когда он занимался
изучением коллекций, собранных в юрских отложениях Иркутского бассейна.
Вместе с лептостробусами часто встречаются своеобразные тонкие листья, соб-
ранные в пучки. Это - чекановския, род, названный по имени поляка А. Л. Чека-
новского, известного исследователя Сибири. По внешнему облику листвы чеканов-
скию долго считали принадлежащей к гинкговым.
Сколько раз подводил палеоботаников этот самый "внешний облик"! После уро-
ка, преподанного семенными папоротниками, палеоботаникам вроде бы следовало
быть более осторожными. Но сформулированный Д. Г. Скоттом принцип: "очень
сходно - это еще не одно и то же" с трудом пробивает себе дорогу. Разумность
его еще раз доказывает история с чекановскией.
Еще в начале 30-х годов японский палеоботаник С. Оиси, изучая кутикулу че-
кановскии, высказал сомнение, что это - гинкговое. Позже Гаррис, изучив кути-
кулу и чекановскии, и лептостробуса, пришел к выводу, что оба палеоботаниче-
ских рода в действительности принадлежат одному растению. Подозрения Оиси
подтвердились. Тщательное изучение лептостробуса показало Гаррису, что это -
женская шишка весьма необычной конструкции. На длинной оси попарно сидят че-
шуи , имеющие вид створок раковины. Внутри этих створок - несколько семян. У
гинкго и его родственников ничего подобного нет (рис. 41). Здесь семена или
сидят на ножках поодиночке, или располагаются на коротком ветвистом побеге.
Своеобразие растений с шишками лептостробус и листвой чекановския таково, что
индийский палеоботаник Д. Д. Пант (который разобрался в строении буриадии)
счел возможным выделить их в новый порядок голосеменных, который он назвал
Gzekanowskiales. Порядок - очень высокая систематическая категория. Достаточ-
но сказать, что один порядок - это или все хвойные, или все гинкговые, или
все цикадовые.
Рис. 41. Гинкго (слева) и чекановския.
Одного такого исследования было бы достаточно, чтобы занять прочное место в
истории палеоботаники, Но это лишь немногое из того, что сделано Гаррисом. Он
добыл интереснейшие сведения о древних цикадовых, разобрался в органах раз-
множения своеобразной группы кейтониевых (иногда их считают предками покрыто-
семенных) , описал много новых родов, дал исчерпывающее описание юрской флоры
Англии, ставшее теперь эталонным. Говоря об исследованиях Гаррисом верхне-
триасово-нижнеюрской флоры Гренландии, американский палеоботаник Эндрьюс пи-
сал в своем учебнике палеоботаники: "Немного найдется палеоботанических ис-
следований, если вообще таковые есть, которые бы пролили свет на столь много-
численные, неизвестные доселе растения".
Гаррис никогда не принимался за обобщения в планетарном масштабе. Может
быть, это было связано с тем, что он, как никто другой, знал цену фактам, ко-
торые всем казались неоспоримыми. Работая над флорой, до этого считавшейся
вполне прилично изученной, он всегда вскрывал массу ошибок и заблуждений, в
основе которых лежала поверхностность и небрежность исследователей. Но Гаррис
никогда не был только коллекционером фактов и строгим профессиональным реви-
зором. Ведь разгаданная природа доселе неизвестного или непонятного ископае-
мого растения - это не голый факт, а уже готовое обобщение и необходимый ис-
ходный материал для качественной реконструкции растительного царства геологи-
ческого прошлого. Поэтому работы Гарриса - не картотека фактического материа-
ла, а незаменимые и надежнейшие справочные пособия. Последующие исследователи
почти никогда не находили в них ошибок и непродуманных мест. За эти работы
Королевское общество избрало Т. М. Гарриса своим членом.
Неисчерпаемые
возможности
Мы уже видели, что при изучении ископаемых растений и при исследовании пре-
ступлений порой применяются одни и те же методы. Этим не исчерпывается сход-
ство в работе палеоботаника и криминалиста. И тому, и другому приходится по
незначительным уликам восстанавливать прошедшие события, внешний облик и ма-
неру поведения действующих лиц, докапываться до причин явлений.
Современная палеоботаническая техника позволяет извлекать из каменного ма-
териала огромное количество информации. К сожалению, эти поистине неисчерпае-
мые возможности обычно используются далеко не полностью. Причем здесь дело не
только в том, что палеоботаник не имеет для этого необходимых условий, но и в
том, что он не всегда знает, как подступиться к такой работе. Иногда он фор-
мально и поверхностно обработает одну коллекцию и уже берется за следующую.
Такое отношение к материалу можно сравнить с непродуманной эксплуатацией ме-
сторождения полезного ископаемого, когда с него только "снимаются сливки".
После такой эксплуатации месторождение мало кого интересует, хотя в нем оста-
лись нетронутыми богатейшие залежи.
Еще не так давно этот подход был единственно возможным, так как в интересах
геологической практики надо было хотя бы первично инвентаризовать основные
ископаемые флоры. Но сейчас от таких исследований иногда получается больше
вреда, чем пользы.
К счастью, среди палеоботаников время от времени находятся люди, которые на
свой страх и риск берутся за переизучение такого материала. Именно так посту-
пил Гаррис, когда он взялся за изучение юрской флоры Англии. В том же направ-
лении работали и его ученики - Д. Тауыроу, С. М. Архангельский, У. Чалонер и
другие.
В нашей стране также проводились детальные исследования с извлечением из
материала всей возможной информации. В качестве примера возьмем раннемеловые
растения Дальнего Востока. В течение последних десяти лет их изучает владиво-
стокский палеоботаник В. А. Красилов. До него уже была сделана основная ин-
вентаризационная работа. На долю Красилова выпала неблагодарная роль ревизо-
ра. Пришлось взять на вооружение современную палеоботаническую технику. Вот
некоторые результаты этой работы: описано свыше 40 новых видов, у 12 видов
оказались неверными названия, выявлено систематическое положение многих рас-
тений . Если учесть, что в нижнемеловых отложениях Приморья сейчас известно
около 140 видов, проведенная Красиловым ревизия достаточно существенна. А
ведь эта флора считалась хорошо изученной!
На листьях многих растений В. А. Красилов обнаружил плодовые тела различных
грибов, которые наши палеоботаники вовсе не изучали. Нельзя сказать, чтобы их
не видели. Просто не придавали значения каким-то темным пятнам на кутикуле.
Между тем изучение остатков грибов значительно дополняет характеристику древ-
них растительных сообществ, позволяет ввести в практику биостратиграфии новую
группу растений.
Красилову удалось извлечь споры из спорангиев многих папоротников. О том,
что палеоботаники извлекают рассеянные в породе споры и пыльцу, уже говори-
лось . Иногда это единственная возможность выяснить возраст горных пород. К
каким родам или семействам относятся эти микроскопические остатки, обычно
сказать трудно. Правда, иногда имеются некоторые броские признаки, по которым
исследователи определяли систематическую принадлежность спор и пыльцы. Напри-
мер , казалось, что вполне возможно распознать среди ископаемых спор предста-
вителей глейхениевых и схизейных папоротников. Такие споры описывались в со-
ставе соответствующих семейств, и им посвящались даже специальные монографии.
И снова внешнее сходство подвело палеоботаников. Работы Красилова показали,
что споры, которые считали принадлежащими к семейству глейхениевых, вполне
могут принадлежать к четырем другим семействам. Столь же недоказанными оказа-
лись и определения по спорам родов других семейств.
Царство
покрытосеменных
Середина мелового периода явилась в истории растительного мира переломным
моментом. Если в нижнемеловых отложениях мы находим остатки обычных мезозой-
ских растений - цикадовых, беннеттитовых, гинкговых, хвойных и папоротников,
то в верхнемеловых породах картина совершенно другая. Почти повсеместно мы
начинаем встречать многочисленные остатки покрытосеменных. С резкой сменой
декораций мы уже сталкивались в предыдущих главах, но наступление века покры-
тосеменных произошло особенно неожиданно и во многом непонятно. Известный со-
ветский ботаник М. И. Голенкин считал, что в то время произошли космические
явления, изменившие характер земной атмосферы и сделавшие ее более прозрач-
ной. Бурному потоку световой энергии по-настоящему могли противостоять только
покрытосеменные. Эта популярная в свое время гипотеза теперь уже оставлена
палеоботаниками. Большинство палеоботаников приходит сейчас к убеждению, вы-
сказанному В. А. Вахрамеевым, что покрытосеменные первоначально появились на
возвышенных и гористых пространствах. При возникновении обширных засушливых
зон, приведших к вымиранию мезозойских влаголюбивых растений, покрытосеменные
широко распространились по Земному шару. В этом смысле интересно, что наибо-
лее примитивные из современных покрытосеменных (например, магнолиевые) сохра-
нили доныне свою привязанность к горным местам.
Гипотеза о горном происхождении покрытосеменных подкупает своей логично-
стью, но не решает всех стоящих перед палеоботаникой вопросов. Мало ответить
на вопрос "где", нужно показать еще "как" они произошли. Палеоботанические
"документы" не сохранили, к сожалению, соответствующих "записей". Древнейшие
из известных нам покрытосеменных имеют уже все основные отличительные особен-
ности этого класса. Как и все другие крупные группы растительного царства,
покрытосеменные появляются уже вполне оформленными. Поэтому на вопрос "как"
приходится отвечать не палеоботанике, а ботанике.
Основным оружием покрытосеменных в их борьбе за существование, безусловно,
был цветок. Но решающую роль сыграли не краски венчика, а строение завязи.
Завязь состоит из отдельных плодолистиков, а в них надежно скрыты от высыха-
ния и поедания насекомыми зачатки будущих семян. Возникновение этой надежной
системы - объект долголетних споров ботаников и палеоботаников. В возможных
предках покрытосеменных перебывали чуть ли не все основные группы растений,
даже хвощи.
Неожиданное и остроумное решение проблемы предложил советский ботаник и па-
леоботаник А. Л. Тахтаджян. Он рассуждал примерно так. У предков покрытосе-
менных семезачатки были разбросаны по всему листу. Сидя в нераспустившихся
почках, такие семеносные листья должны были складываться. Представим себе те-
перь, что лист остается в сложенном (кондупликатном) состоянии, края его сра-
стаются, а спрятанные внутри семезачатки продолжают развиваться. В результате
получится орган, который иначе как плодолистиком не назовешь. Анализ цветка
современных покрытосеменных показал, что именно так могло обстоять дело. Та-
кая способность к половому созреванию в недоразвитом или просто зародышевом
состоянии называется неотенией. Гипотеза неотеническохю происхождения покры-
тосеменных разделяется если не всеми, то очень многими ботаниками.
В эволюции покрытосеменных неотенические явления, по-видимому, сыграли
очень большую роль. С этими явлениями А. Л. Тахтаджян связывает также проис-
хождение травянистых покрытосеменных.
Свое победное шествие по планете покрытосеменные начали, будучи деревьями.
Не случайно самые архаичные среди них, например магнолии, - всегда древовид-
ные . По общему мнению ботаников, травы появились на земле позже. Травянистые
(особенно однолетние) растения имеют перед деревьями серьезные преимущества.
У них короткий жизненный цикл, раннее созревание. Будучи прижаты к земле, они
легче переносят холод. В суровую зиму им легче спрятаться под снегом. У трав
быстро чередуются поколения. Это тоже выгодная особенность, позволяющая им
быстрее изменяться, приспосабливаться, а затем распространяться по поверхно-
сти планеты. Только травы смогли заселить высокогорья, пустыни и полярные
страны. Деревьям туда проникнуть не удается. Что же такое трава, чем она от-
личается от деревьев?
Магнолия лилиецветная (Magnolia liliiflora).
Проследим развитие дерева. Вот семя прорастает, и образуется небольшое рас-
тение, называемое проростком. В отличие от животных, развитие растения идет
путем наслаивания все новых и новых слоев клеток, которые перекрывают, но не
замещают ткани проростка. Сам проросток, в сущности, почти не отличается от
лишенной цветков травы. Иными словами, проросток, притормозивший развитие
всех своих органов, кроме цветов, вполне может рассматриваться как трава.
Здесь уместно напомнить, что растения часто спешат размножаться, не достигнув
нормального взрослого облика. В ботаническом саду на острове Тринидад однажды
неожиданно зацвело красное дерево, имея в высоту всего 25 см. Иногда начинают
вдруг плодоносить совсем юные сеянцы клена, груши, яблони, бузины и других
деревьев. Обычно это происходит не от хорошей жизни. И. Т. Васильченко обна-
ружил в Намангане пень грецкого ореха с однолетним побегом, который плодоно-
сил . Полученные семена были посеяны, и новый урожай получили в год посева.
Вывод о том, что трава - это задержавшиеся в развитии деревья, уже напраши-
вается сам. Эта мысль, сейчас вполне естественная, а когда-то неожиданная,
также принадлежит А. Л. Тахтаджяну.
Мы ничего не говорили здесь о добытых палеоботаниками фактах по истории
флоры, составленной преимущественно покрытосеменными. Такая флора заселяла
Землю, начиная со второй половины мелового периода. С соответствующими отпе-
чатками растений мы встречаемся на всех материках. Рассматривать все эти до-
кументы не будем, так как это не входит в задачу нашей публикации. В столь
молодых отложениях мы, в сущности, встречаемся с современными родами, а то и
видами. Некоторые необычные растения интересны лишь для специалистов и вряд
ли заслуживают рассмотрения в популярной публикации. Рассказ о флоре кайнозоя
немыслим без знакомства с систематикой современных растений, а это требует
слишком больших отступлений в область палеоботаники. Все же мне хочется отме-
тить , что в расшифровке этой главы истории растений огромную роль сыграли
труды наших замечательных палеоботаников Л. Н. Криштофовича, И. В. Палибина и
их учеников.
Последние миллионы лет проходили под знаком нарастания климатических кон-
трастов на Земном шаре. В начале последнего, четвертичного периода, т. е.
полтора-два миллиона лет назад, на Земле началась эпоха оледенений, что было
большим событием для растительного мира. Смещение климатических зон повлекло
за собой переселение растений, появились обширные площади тундры и лесотунд-
ры.
О драматических событиях в жизни растений в эти трудные для них времена мы
узнаем главным образом по остаткам захороненных в горных породах спор и пыль-
цы. Но это уже совершенно особая тема для разговора. Интересующиеся могут по-
читать об этом в популярной брошюре С. А. Сафаровой "С микроскопом в глубь
тысячелетий".
ГЛАВА XI.
ЖИВЫЕ
ИСКОПАЕМЫЕ
"Надеюсь, благосклонный читатель извинит меня
за то, что я останавливаю его внимание на та-
кого рода подробностях; однако, сколь пи не-
значительными могут показаться эти детали умам
пошлым и низменным, они, несомненно, помогут
философу обогатиться новыми мыслями и приме-
нить их на благо общественное и личное".
Джонатан Свифт "Путешествие Гулливера"
Живые ископаемые или организмы, которых привыкли видеть окаменевшими, а не
живыми, - любимая тема популяризаторов палеонтологии. Да и для палеонтолога
всегда интересно посмотреть на облик и образ жизни животного и растения, от
которого обычно буквально остаются только "рожки да ножки". Правда, надо ска-
зать, что подобные находки не привели к сколько-нибудь важным переменам в на-
ших представлениях. Для палеонтологов в этих существах важно другое. Им надо
знать, сколько времени может просуществовать биологический род или вид. Одна-
ко не будем забегать вперед с рассуждениями. Лучше рассмотрим сначала кон-
кретные примеры.
"Дерево за
сорок экю"
Классическим живым ископаемым среди растений обычно считают гинкго. Это
крупное дерево с раскидистой кроной и декоративной листвой. Таких изящных
двуло-пастных листьев, пересеченных веером тонких жилок и сидящих на длинном
черешке, нет ни у одного другого современного растения (рис. 41).
*'
/
я*
v
ч \
/5-
Рис. 41. Гинкго.
Гинкго интересен не только палеоботаникам, но и ботаникам. Вместе с цикадо-
выми он стоит особняком среди голосеменных растений по способу образования
семян. Когда пыльца гинкго проникает в семезачаток, из нее вырастает микро-
скопическая трубочка, которую называют пыльцевой. В ней незадолго перед опло-
дотворением появляются два сперматозоида. Снабженные ресничками, они медленно
передвигаются и напоминают инфузории. Подходя к яйцеклетке, сперматозоид ос-
тавляет на ее поверхности свой спиральный поясок с ресничками и голышом про-
никает внутрь. Ядра сперматозоида и яйцеклетки сливаются. Оплодотворение про-
изошло . У большинства других современных голосеменных сперматозоиды лишены
ресничек и, следовательно, подвижности. Кстати, подвижные сперматозоиды цика-
довых крупнее, чем у всех других высших растений. Они достигают в поперечнике
О,3 мм и хорошо видны невооруженным глазом.
Интересны и семена гинкго. Собственно говоря, пока они висят на дереве, их
нельзя и называть семенами. Это лишь семезачатки. Пыльца в них попадает вес-
ной, а оплодотворение откладывается до поздней осени, когда семезачатки уже
опадут. Возможно, что такая же картина наблюдалась у многих палеозойских рас-
тений, например у семенных папоротников, в семенах которых никогда не удава-
лось видеть зародыша.
Сейчас гинкго можно встретить в ботанических садах и в парках южных городов
Европы, Азии и Америки. Между тем еще три столетия назад европейские ботаники
ничего о нем не знали. А вот в китайских поэмах гинкго фигурировал еще в на-
чале XI в., рисунки и описания его можно найти в китайской научной литературе
XVI в. Судя по китайским источникам, семена гинкго принимались на севере
страны в виде дани.
Наверное, немного найдется растений, имеющих столько самых различных и по-
рой неожиданных имен. Доктор Кемпфер, благодаря которому гинкго проник в Ев-
ропу, был врачом посольства в Японии, изучал местную флору и отметил гинкго в
1690 г. В рукописи для гинкго были указаны три названия: "ginan", "sankyo" и
"icho". Уже в начале XVIII в. он совместил два первых названия воедино. Как
появилась в середине получившегося слова латинская буква "д", до сих пор не-
ясно. Возможно, это была просто описка, и некоторые палеоботаники вопреки ус-
тановившейся традиции предпочитают писать "Ginkyo". В 1796 г. англичанин Д.
Смит возмутился неблагозвучием сочетания "kgo", назвал его варварским и неук-
люжим, и предложил именовать растение Salisburia, но было поздно. За четверть
века до этого Карл Линней уже ввел слово Ginkgo в официальную латинскую но-
менклатуру. Отсюда оно попало в русский и немецкий языки. Англичане называют
гинкго "Maidenhair tree", что дословно переводится несуразным набором слов
"дерево девичьих волос". Дело все в том, что Maidenhair - английское название
травянистого папоротника адиантум, или "венерин волос". Перышки этого папо-
ротника сходны с листьями гинкго, и в поисках названия для последнего англи-
чане обратились к папоротнику, добавив к его имени слово "дерево".
Французы называют гинкго весьма необычно: "дерево за сорок экю". Название
это, по данным Лоудона, родилось так. В 1780 г. парижский ботаник-любитель по
имени Петиньи посетил Лондон для осмотра ботанических садов. В одном из них
он увидел пять молодых растений гинкго, который был настолько редким в Анг-
лии, что хозяин сада считал себя единственным владельцем этого растения. Он
сам вырастил деревца из семян, полученных из Японии, и рассчитывал их выгодно
продать. Однако после хорошего завтрака с соответствующим количеством вина
хозяин сада уступил Петиньи все пять экземпляров, выросших в одном горшке, за
25 гиней. Гость тут же расплатился и, не теряя времени, унес покупку. На сле-
дующее утро проспавшийся владелец разыскал Петиньи и предложил ему ту же сум-
му уже за одно деревце. Француз был непреклонен и увез гинкго на родину. Каж-
дое дерево обошлось ему в 120 франков, т. е. в 40 экю. Почти все гинкго Фран-
ции, а их много в этой стране, берут начало от деревьев, купленных Петиньи.
Эти растения довольно неприхотливы. По выражению одного ботаника, они выжи-
вают в наихудших условиях среды, какие только может создать человек. Им не
страшны насекомые и грибки. Может быть, именно благодаря своей необычайной
выносливости гинкго дожили до наших дней.
В Китае и Японии гинкго считают священным деревом. Не исключено, что именно
забота человека помогла ему стать живым ископаемым - "нечто обратное обычной
судьбе всего живого" (Г. Эндрыос). В диком состоянии эти деревья известны
лишь в Юго-Западном Китае, да и то возникают сомнения, не проникли ли они сю-
да из культуры. Между тем еще в третичном периоде гипкго были распространены
на обширной территории от Англии до Сахалина. Но наиболее обильные остатки мы
находим в верхпеюрских и нижнемеловых отложениях. Иногда фитолеймы их листьев
сплошь выстилают поверхность камня или образуют целые прослои. Самые древние
отпечатки гинкго находят в верхнетриасовых отложениях. Этим остаткам почти
200 млн. лет.
Роль гинкго и его ближайших родственников в мезозойские времена, т. е. в
век динозавров была весьма существенной, но все же ее часто преувеличивают. К
числу родственников гинкго иногда относят чуждые ему растения. Одни из них,
как теперь стало ясно, вполне самостоятельны и, во всяком случае, принадлежат
другим родам и семействам. Другие, например, чекановскии, вообще оказались в
совершенно иной группе растений (см. главу X).
Разобраться в систематике ископаемых листьев гинкговых - очень трудное де-
ло . Слишком уж они изменчивы. Даже на одном дереве можно встретить листья от
ромбических до глубоко рассеченных. Некоторые листья даже скручены в глубокую
воронку и срослись боковыми краями. В породы попадают листья с деревьев, при-
надлежащих разным видам, и ни один из видов не отличается однообразием лист-
вы. К счастью, на листьях часто сохраняется угольная корочка, фитолейма, из
которой обычно удается получить препарат кутикулы. Клеточное строение листа,
устьица и волоски не так сильно меняются от одного листа к другому. Благодаря
всем этим микроскопическим признакам история гинкго теперь более или менее
раскрыта
Рано
похоронили
Не надо думать, что биологи и ботаники уже закончили инвентаризацию живот-
ных и растений, населяющих сейчас нашу планету. Каждый год в литературе появ-
ляются десятки статей с описанием новых видов и даже родов, существование ко-
торых до этого не подозревалось. Очень интересной и неожиданной была, напри-
мер, находка в 1957 г. в Центральном Перу нового рода плауновидных Stylites,
возможного потомка древовидных гигантов каменноугольного периода. Обычно бо-
таники и зоологи действительно открывают для науки роды и виды, но иногда по-
сле тщательного изучения находки оказывается, что нечто подобное уже встреча-
лось палеонтологам.
Рис. 42. Метасеквойя.
В 1941 г. японский палеоботаник Сигеру Мики нашел в верхнетретичных отложе-
ниях своей страны своеобразные веточки хвойного, похожего на секвойю. Деталь-
ное изучение остатков показало, что это новый род. Мики дал ему название ме-
тасеквойя. Позже такие же остатки были найдены в третичных и даже меловых от-
ложениях чуть ли не по всему Северному полушарию, вплоть до Шпицбергена. Ока-
залось, что многие ископаемые листья, которые раньше принимали за тисе или
секвойю, в действительности относятся к метасеквойе. Постепенно материалы по
этому растению накапливались, и вдруг в 1944 г. китайские ботаники нашли его
живым и здоровым в Центральном Китае. Метасеквойи живут здесь на площади все-
го в 800 кв. км на высоте от 700 до 1400 м. Несколько экземпляров, подаренных
советским ботаникам, можно видеть в наших ботанических садах. У метасеквойи
мягкие и плоские иголки, сидящие на тонких веточках двумя рядами (рис. 42).
Наконец-то, палеоботаники смогли посмотреть на целое растение вместо того,
чтобы складывать его годами по частям из разрозненных остатков. К чести па-
леоботаников надо сказать, что они хорошо разобрались в этих остатках. Во
всяком случае, живая метасеквойя, при всем интересе к ней, не заставила их в
корне ломать сложившиеся взгляды.
Много ли сейчас
живых ископаемых?
Ответить на этот вопрос довольно трудно. Прежде всего, надо четко опреде-
лить, что же такое "живые ископаемые". Ведь все окружающие нас живые существа
появились не вчера, а имеют более или менее длительную геологическую историю.
Стало быть, все они в какой-то степени живые ископаемые. Поэтому мы поставим
вопрос несколько иначе, а именно: какие из наших современников имеют наиболее
почтенную историю? Ответ, наверное, будет для многих довольно неожиданным.
Это и не гинкго, и не метасеквойя и не какое-нибудь оригинальное экзотическое
растение. Вполне возможно, что самыми древними из современных растений явля-
ются травянистые плауновидные селагинелля и плаун (Lycopodium). Первое из
этих растений - селагинелля - имеет стелющийся или прямостоячий побег разме-
ром от нескольких сантиметров до добрых двух десятков метров. Хотя в совре-
менных лесах у селагинелли нет близких родственников (впрочем, и в геологиче-
ском прошлом она, видимо, была "довольно одинока"), нельзя сказать, чтобы
этот род чувствовал себя плохо. Он охватывает свыше семисот видов и, предпо-
читая тропические леса, хорошо чувствует себя и в странах умеренного климата.
А один вид прижился даже в пустынях Мексики и юго-запада Соединенных Штатов.
Примечательная черта селагинелли - разноспоровые шишечки. Это значит, что в
одной шишечке собраны спорангии двух видов. Одни заполнены массой микроспор
диаметром 20-70 мкм, которые прорастают еще в спорангии, а когда высеиваются,
то дают начало маленькому заростку с мужскими половыми органами. Другие спо-
рангии заключают от 8 до 40 мегаспор. Они также прорастают прямо в спорангии,
а затем уже в грунте дают начало женским заросткам. Заметной чертой селаги-
нелли является также ее листва. На побегах сидят листья двух типов: одни
плотно прижаты к стеблю, а другие распростерты двумя рядами в плоскости стеб-
ля (рис. 43).
Точно такие же остатки время от времени находят в кайнозойских, мезозойских
и даже палеозойских отложениях разных стран. Самая древняя находка была сде-
лана американским палеоботаником У. Дарра в угольных почках каменноугольных
отложений штата Иллинойс в США. Возраст этих остатков почти 300 млн. лет. Тем
не менее, сохранность их исключительно хороша. В небольшой продолговатой ши-
шечке диаметром всего 3,5 мм хорошо видны спорангии с мегаспорами (по четыре
в каждом) . Споры уже начали прорастать, и в клетках видны окаменевшие ядра.
Больше того, в некоторых клетках заметны какие-то образования, которые Дарра
признал за хромосомы. За долгую историю у селагинелли появились черты высокой
специализации в анатомическом строении, например настоящие сосуды. О них речь
шла в главе IX.
Рис. 43. Слева - Selaginellites из каменноугольных отложений;
справа - современная селагинелля.
Обычный лесной плаун (рис. 44) по внешнему облику напоминает селагинеллю,
но у него, во-первых, листья одного сорта и, во-вторых, споры в спорангиях
одинаковые. Плауны живут сейчас во многих странах, как в тропическом, так и в
умеренном климате. В тропиках они часто поселяются на деревьях, а в наших ле-
сах стелются по земле. Диапазон хозяйственного использования современного
плауна весьма своеобразен. Его побеги продают на кладбищах для украшения мо-
гил , их же укладывают на зиму для красоты между рамами окон. Споры плауна ис-
пользуют как детскую присыпку и, что самое важное, в литейном производстве.
Ими обсыпают формы, чтобы металлические детали не прилипали к стенкам.
Когда в горных породах находят побеги, внешне похожие на плауны, их обычно
называют не Lycopodium (т. е. плаун), a Lycopodites. Суффикс "ites" часто
прибавляют к названию современного рода, когда речь идет об ископаемых остат-
ках. Самому названию Lycopodites не везло, так как его не всегда применяли по
назначению. В 30-х годах наш палеоботаник М. Д. Залесский нашел в верхнеперм-
ских отложениях тонкие побеги с нежными листочками, которые он посчитал за
хвойные и назвал Walchia spinulifolia. Другой палеоботаник, Г. П. Радченко,
определил этот вид в верхнепермских отложениях Тунгусского бассейна. Ему по-
казалось сомнительным, что это действительно вальхии, и после названия рода
он на всякий случай поставил знак вопроса. Через некоторое время Радченко
счел, что это остатки не хвойного, а плаунового, и назвал их Lycopodites
spinulifolius. Больше того, он назвал всю сопутствующую флору "ликоподито-
вой" . Но тут вышла статья М. Ф. Нейбурх1. Не доверяя внешнему сходству, она
применила микроскопическую технику. В результате оказалось, что это не плау-
ны, а мхи. Радченко пришлось переименовать флору в "глоттофилловую" по назва-
нию другого растения. Возможно, что и некоторые другие описанные в литературе
Lycopodites незаконно считаются плаунами.
Рис. 44. Современный плаун (Lycopodium) и плаун Lycopodites из
каменноугольных отложений.
Тем не менее, этот род действительно очень древний. Его остатки, причем до-
вольно типичные, немецкие палеоботаники Р. Крейзель и Г. Вейланд описали из
верхнедевонских отложений Эйфеля (ФРГ). Их возраст не меньше 350 млн. лет. Из
спорангиев удалось извлечь довольно крупные (90-120 мкм) , но одинаковые спо-
ры. Достаточно хорошие по сохранности остатки растений, очень похожих на
Lycopodium, встречаются и в каменноугольных отложениях. Некоторые палеобота-
ники полагают, что древнейшее плауновидное - баррагванация из нижнего девона
Австралии (почти 400 млн. лет) близко родственна нашему плауну.
В научно-популярной литературе иногда говорят о плауне как о травянистом
потомке древовидных каменноугольных лепидодендронов. Наблюдения последних де-
сятилетий показывают, что это не так. Плауны не моложе, а, может быть, даже и
старше лепидодендронов. Скорее всего, когда-то на очень ранних стадиях эволю-
ции плауновидных среди них наметились две крупные независимые ветви. Одна из
них, хотя и процветала в каменноугольное время, теперь вымерла почти бесслед-
но. К ее потомкам, может быть, относятся лишь современные полушники и упомя-
нутый выше перуанский стилит. Другая ветвь никогда не играла выдающейся роли,
но успешно дожила до наших дней. В органическом мире часто события развива-
лись по принципу "нет великого Патрокла, жив презрительный Терсит".
Следующим растением, которое в той же степени, что и гинкго, имеет право
называться живым ископаемым, является всем известный хвощ (рис. 45), по-
латыни Equisetum. В нашей стране хвощи довольно мелкие, но в тропиках некото-
рые виды достигают двух метров в высоту при диаметре в 10 см. Южноамерикан-
ский вид хвоща, недаром прозванный "гигантским" (Equisetumgiganteum), вырас-
тает на 12 м в длину, но его стебель достигает в ширину лишь 3 см. Это лазаю-
щий по соседним деревьям хвощ. В современной флоре насчитано лишь тридцать с
небольшим видов этого рода, в основном населяющих умеренный пояс Северного
полушария.
Рис. 45. Современный хвощ Equisetum (слева) и хвощ Equisetites
из триасовых отложений.
Самые древние остатки настоящих хвощей встречены в верхнетриасовых отложе-
ниях. Отдельные находки побегов, похожих на хвощовые, встречаются и в более
древних толщах, вплоть до карбона, но их определение надо еще уточнить. Триа-
совые и, особенно, юрские хвощи, в сущности, ничем не отличаются от современ-
ных. У них были такие же членистые стебли, мелкие сросшиеся листья и распола-
гающиеся на верхушке стебля шишки. Стебли внутри полые, а в узлах перегороже-
ны круглыми диафрагмами. Когда растение отмирало, его стебель легко разламы-
вался и диафрагмы вываливались. Мы часто находим эти аккуратные кружочки в
мезозойских и кайнозойских породах.
В главе II уже говорилось, что у хвощей интересный механизм распространения
спор. От каждой споры отходят узенькие ленточки, которые скручены в виде пру-
жины, пока спора полностью не созрела. Потом при растрескивании зрелого спо-
рангия эти пружины распрямляются, споры выскакивают на свободу и легко под-
хватываются ветром. Палеоботаники неоднократно потрошили спорангии ископаемых
хвощей и находили в них споры, но только без пружинок. Это их несколько оза-
дачивает и порождает сомнения в том, действительно ли они имеют дело с иско-
паемыми хвощами. Впрочем, вполне возможно, что под воздействием химикатов,
которому подвергаются споры при их изучении, пружинки просто растворяются.
Заметим, кстати, что споры с пружинками недавно были обнаружены американцами
Р. Бэкстером и Д. Лейсманом в спороносной шишке каламита в угольной почке ка-
менноухюльнохю возраста (рис. 46). Они растворили небольшой кусочек породы с
заключенными внутри него спорами в разбавленной соляной кислоте. Пока споры
были в кислоте, их пружинки оставались свернутыми. Но когда их перенесли в
50% спирт, пружинки ожили. "Этот процесс, - писали Бэкстер и Лейсман, - можно
было наблюдать под препаровальным микроскопом, и это было необычайное зрелище
- видеть споры, поворачивающиеся под воздействием быстрого движения элатер
(т. е. пружинок. - С. М.) после стольких миллионов лет бездеятельности".
Рис. 46. Споры с элатерами у современного хвоща (вверху) и кар-
бонового каламита (внизу).
Список живых ископаемых, незаслуженно забытых популяризаторами, можно про-
должать еще долго. Это папоротники чистоус (Osmunda) и мараттия (Marattia),
которые тоже жили вместе с динозаврами. Сюда же можно отнести и некоторые
хвойные мелового и юрского периодов. То, что они относятся к современным ро-
дам Podocarpus, Cephalotaxus, Athrotaxis и др., показано шведским палеобота-
ником Р. Флорином и нашим палеоботаником В. А. Красиловым. Во всяком случае,
эти растения намного, старше такого классического "живого ископаемого", как
метасеквойя.
Снова уроки
осторожности
Если бы палеоботаника первой половины прошлого века попросили написать из-
вестные ему живые ископаемые, то в результате получился бы своеобразный спи-
сок. В нем не было бы некоторых только что рассмотренных - и в то же время
фигурировали бы другие роды. Правда, уже тогда палеоботаники были достаточно
осторожны и избегали применять к ископаемым остаткам неизмененные родовые на-
звания современных растений. Они широко пользовались суффиксом "ites". Так
вошли в литературу, например, каламиты - по латыни Calamites от слова
Calamus, т. е. тростник (так же называют и современную пальму-ротанг) . Не-
складно получилось, конечно. Ведь каламиты и тростник - отнюдь не родня. Тро-
стник это однодольное (т. е. цветковое) растение, а каламиты принадлежат со-
всем другой группе растений (к членистостебельным). Эта ошибка вскрылась
очень рано и была ясна еще в прошлом веке. Тем не менее пошли в ход
Adiantites (Adiantum, или "венерин волос" - папоротник, а название Adiantites
получил семенной папоротник), Yuccites (в честь лилейного юкки было названо
какое-то голосеменное растение), Zamites (от Zamia), Casuarinites (от
Casuarina) и т. д. Кроме того, в списках мезозойских и палеозойских растений
замелькали папоротники Asplenium (костенец), Cyathea (циатея) и другие совре-
менные растения. Каждый раз при выборе названия палеоботаника гипнотизировало
внешнее сходство. Конечно, он знал о многочисленных случаях симуляции форм у
растений, не связанных родством, и все же сходство подкупало. Хотя вопиющие
ошибки вскрывались сплошь и рядом, уроки не шли впрок. Даже сейчас, когда под
явления параллелизма подведена серьезная теоретическая база, палеоботаники
сплошь и рядом продолжают верить этому ставшему пресловутым внешнему сходст-
ву.
Осторожные палеоботаники, найдя знакомые по современным растениям листья,
не спешат относить их к еще живущим родам и пополнять списки живых ископае-
мых. Мало найти один сходный орган: лист, стебель или шишку. Надо еще разо-
браться, чей это лист, на каком стебле он сидел и вместе с какими шишками.
Дело даже не только в том, что у разных растений могут быть одинаковые листья
или пыльца. Дело в том, что эволюционное развитие отдельных органов у расте-
ний протекает неравномерно. Это явление А. Л. Тахтаджян предложил называть
гетеробатмией, т. е. разноступенчатостыо. Сначала начинает прогрессировать,
например, форма листа и строение пыльцы, затем подтягивается строение шишек,
а анатомическая структура ствола запаздывает. Потом и она начинает наверсты-
вать упущенное. Только тогда, когда разовьются до необходимого уровня все ор-
ганы, можно сказать: "Это сосна (дуб, капуста и т. д.)п.
Проблема живых ископаемых имеет большое научное значение. Рассматривая во-
прос об эволюционном прогрессе (подробнее речь о нем пойдет в следующей гла-
ве) , крупнейший дарвинист Т. Гексли обратил внимание на то, что многие орга-
низмы, оставшись неизменными, просуществовали от палеозоя до наших дней. От-
сюда он делал вывод об "изумительно незначительном прогрессе" в органическом
миро за прошедшие геологические эпохи.
Приведенные выше факты о живых ископаемых наверное порадовали бы Гексли.
Однако они вряд ли подтверждают его выводы. Не предваряя предстоящих ниже
рассуждений о прогрессе, скажем только, что большая часть перечисленных орга-
низмов, хотя и играла временами заметную роль в ландшафтах геологического
прошлого, но не играла такой роли постоянно. Гинкговые вымерли почти бесслед-
но, селагинелли, хвощи и плауны никогда не были основным фоном растительно-
сти. То же можно сказать и о других растениях, с которыми мы познакомились в
этой главе.
ГЛАВА XII. КТО
КОМАНДУЕТ ПАРАДОМ?
"Мы многому научились, но покров, скрываю-
щий тайну происхождения органического мира,
лишь отчасти приподнят. Мы учимся, но еще
не способны познать истину".
А. Ч. Сьюорд
Любой современный объективно написанный курс по тому или иному теоретиче-
скому разделу биологии больше напоминает задачник, чем свод твердо установ-
ленных положений. Мы можем перечислить то, что нам дано, но когда надо отве-
тить на то, что спрашивается, большей частью мы становимся в тупик. В этот
удивительный задачник природа забыла вставить лист с ответами. И чем важнее
вопрос, тем дальше мы находимся от его решения. Говоря словами П. Эрлиха и Р.
Холма, "основной вопрос остается без ответа: почему в ходе эволюции ДНК соз-
дала для своего собственного воспроизведения трубкозубов и людей, тогда как
бактерии и другие простые организмы, казалось бы, могут служить не хуже для
этой цели?". Мы не будем рассуждать на эту вечную тему, в которой есть что-то
сродни вопросу о смысле жизни. Реми Шовсп справедливо пишет: "От того, что мы
будем задавать себе подобные неразрешимые вопросы, наука, право же, ничего не
приобретет". А поэтому постараемся меньше спрашивать "почему", а больше уде-
лим внимания вопросу "как?".
Кому отвечать
на вопросы?
Как сменялись во времени группы растений? Какие события определили эти сме-
ны ! Подобные вопросы исследователи задают себе уже давно. Казалось бы, кто,
как не палеоботаники, должны на них ответить? Ведь именно в их распоряжении
находятся соответствующие "документы". Действительно, имеющаяся у палеобота-
ников информация огромна. Следуя из глубин геологического прошлого к нашим
дням, мы видим, что эпоха господства древних псилофитов, прапапоротников и
других споровых растений сменилась эпохой голосеменных. На последнем этапе
истории растений на передний план вышли покрытосеменные. И все же палеобота-
нические документы о многом умалчивают. Мало того, что ископаемые растения
доходят до нас в разобранном виде. Неполнота геологической летописи проявля-
ется и в другом.
Мы уже рассказывали о том, что смена флоры различного типа происходит как-
то внезапно. В отдельные моменты истории непонятно, откуда берутся, причем
сразу в большом количестве, совершенно новые группы растений. Потом они вне-
запно исчезают, оставляя немногочисленных доживающих потомков. Так было с
псилофитовой флорой девона, так появилась и исчезла мезозойская флора с ее
гинкговыми, цикадовыми, чекановскиевыми и беннеттитами, так вышли на сцену
окружающие нас покрытосеменные. Внезапное появление новых растений и целой
флоры в геологическом разрезе - не свидетельство их возникновения именно в
это время. Они жили и раньше (долго ли - неизвестно) , а мы видим лишь следы
их быстрого расселения. Проникнуть в кузницу новых форм палеоботанике пока не
удается, разве что в исключительных случаях. Но и тогда нельзя уверенно гово-
рить о конкретной причине формообразования.
Поэтому на многие (хотя и далеко не на все) вопросы, касающиеся механизма
эволюции растительного покрова и самих растений, приходится отвечать ботани-
ке . Конечно, действительный ход событий могут показать лишь палеоботанические
наблюдения.
Фон или
движущая
сила?
У колыбели каждого растения стоят злые и добрые волшебники. Одни предрекают
жизненные невзгоды, другие оделяют свойствами, позволяющими побеждать врагов.
Всю свою жизнь растение проводит в борьбе за воду, свет, пространство, в
борьбе с болезнями, паразитами и травоядными животными. С точки зрения расте-
ния , корова - беспощадный хищник.
Значение внешней среды в жизни растения умалить невозможно. Поэтому вполне
понятны симпатии большинства исследователей к учению Дарвина, который считал,
что именно во внешней среде надо видеть движущую силу эволюционного развития.
Важнейший довод в пользу этой концепции - приспособляемость организмов к раз-
личным условиям среды. Однако в науке вопросы не решаются большинством голо-
сов . Многие биологи относятся к учению Дарвина с изрядной долей скепсиса, и
это связано не с их плохим характером, а с тем, что не на все вопросы это
учение отвечает достаточно убедительно. Говоря словами Э. Синнота, еще "в по-
следней десятилетии XIX в. энтузиазм, вызванный идеей эволюции, уступил место
более здравому представлению, что эта теория не разрешает всех биологических
проблем" . Таких проблем немало, но мы задержимся лишь на тех из них, с кото-
рыми имеет дело палеоботаник. Только не надо думать, что автор хочет поста-
вить под сомнение сущность эволюционного учения. Речь идет, наоборот, о воз-
можных объяснениях с его позиций некоторых фактов из истории растительного
мира.
В десятой главе мы вкратце коснулись заключительной фазы в развитии назем-
ных растений. Примерно полтора-два миллиона лет назад на обширные территории
Земли начали наступать ледники. Подготовка к оледенению, видимо, началась до-
вольно давно, где-то в недрах мезозоя, когда после позднетриасового "пантро-
пического" климата на нашей планете стала все резче и резче проявляться кли-
матическая дифференциация. И все же, судя по всему, оледенение разразилось
достаточно внезапно. Это было грандиозное событие в жизни наземных растений.
Естественно ожидать, что такие кардинальные изменения условий должны вызвать
и соответствующую эволюционную вспышку, но никаких следов какой-либо вспышки
не видно. За четвертичный период и предшествующие 10-15 млн. лет мы не можем
отметить появления сколько-нибудь крупных групп растений, например порядков
или семейств. Больше того, в неогеновых отложениях почти не встречаются роды,
неизвестные в современной флоре, хотя географическое распределение всех родов
было тогда иным, чем сейчас. Таким образом, неогеновая и четвертичная история
растительного мира как будто дает в распоряжение противников дарвинизма серь-
езный аргумент. Где же оно здесь, это влияние внешней среды?
Следующий вопрос задает верхнепермская флора Западной Европы. Мы уже гово-
рили, что вся пермская история западноевропейской флоры проходила под знаком
прогрессирующего иссушения климата. Не надо доказывать, что большая или мень-
шая сухость климата - очень важный фактор внешней среды, на который должна
откликнуться эволюция растений. В действительности верхпепермская флора За-
падной Европы составлена растениями, которые известны и в более древних отло-
жениях , но играют там подчиненную роль. Этот факт как будто должен порадовать
сторонников "теории преадаптации".
В основе этой теории лежит представление о естественном отборе, который иг-
рает роль не созидающего фактора, а своеобразного фильтра, через который на
территорию с изменившимися внешними условиями проникают из окружающих мест
лишь те растения (или животные), которые к ним уже приспособлены (адаптирова-
ны) по той или иной причине. Другими словами, под полог вновь образованного
елового леса проникнут лишь теневыносливые растения, на ставшей засоленной
почве удержатся лишь те растения, которые не погибают от избытка соли. Отсюда
вывод, что не среда создает признаки и привычки организмов, а организмы по-
дыскивают среду, подходящую к их признакам и привычкам. Что-то похожее проис-
ходит с врачами в стране, давно освободившейся от черной оспы, если в ней не-
ожиданно вспыхнула эпидемия. Редкие и, вроде бы, ненужные специалисты оказы-
ваются в центре внимания, становятся незаменимыми. Этим рассуждениям нельзя
отказать в логичности, а анализ ископаемой флоры засушливых областей как буд-
то подтверждает теорию преадаптации.
Этим не исчерпываются "антидарвинистские" палеоботанические документы. Во
многом неясны источники многочисленных случаев параллелизма у неродственных
растений, живущих далеко друг от друга и в достаточно различных условиях. Та-
ково сходство гондванской буриадии и хвойных Северного полушария. Не менее
показательно, что листья типа тениоптерис появились у самых разных групп, не
связанных друг с другом ни временем, ни местом, ни (как будто) условиями жиз-
ни.
Обращает на себя внимание неравномерное развитие разных групп в одних и тех
же условиях, в одном и том же месте. Одни группы прогрессируют, дают множест-
во видов, тогда как другие долго живут на том же фоне, обходясь без сущест-
венных нововведений. Каверзные вопросы задают и древнейшие растения. Мы уже
говорили об их внезапном появлении и необычайно быстром прогрессе, хотя ника-
ких выдающихся стимулирующих событий во внешних условиях в то время, видимо,
не было. Наконец, последовательность фаз складчатости и горообразования, ме-
нявших лик континентов, не совпадает с важнейшими этапами в эволюции наземных
растений.
Как же можно с позиций дарвинизма истолковать эти и многие другие палеобо-
танические факты? Неужели действительно внешняя среда лишь фон, на котором
развертываются эволюционные процессы?
Почему
"или...,
или..."?
Прежде чем отвечать на поставленные вопросы, четко разграничим два понятия:
происхождение организмов и их появление в геологическом разрезе. Оба понятия
не столь тесно связаны друг с другом, как кажется на первый взгляд. При рас-
смотрении общих вопросов эволюции палеонтологи любят списывать отсутствие до-
кументов на неполноту геологической летописи. Эта неполнота действительно на-
столько значительна, что известный немецкий ботаник К. Гебель сравнил палео-
ботанические свидетельства с жалкими обрывками растерянной библиотеки. Однако
оснований для такого пессимизма, пожалуй, все же нет. Выпадение страниц из
геологической летописи - закономерный процесс, и их отсутствие само по себе
достаточно красноречиво.
Вот один пример. Изучая закономерности распределения культурных растений,
Н. И. Вавилов обратил внимание на то, что на Земном шаре есть места с огром-
ным разнообразием сортов того или иного растения. Так, в Эфиопии на площади
не более, чем полмиллиона гектаров, было обнаружено больше видов и разновид-
ностей пшеницы, чем во всех остальных местах Земного шара вместе взятых. Ра-
боты Вавилова и его учеников показали, что подобные концентрации не случайны.
Они указывают нам на центры формообразования, некие генераторы новых видов и
разновидностей. Больше того, Вавилов пишет о фактах "изумительной приурочен-
ности процесса основного формообразования географически к чрезвычайно малым
пространствам". Выяснилось, что современные очаги сортовых богатств приуроче-
ны к горным районам Азии, к Гималаям и их отрогам, к горным системам Северо-
Восточной Африки, Южной Европы (Пиренеи, Апеннины, Балканы), Кордильерам, юж-
ным отрогам Скалистых гор (рис. 47). В Старом Свете речь идет о полосе между
20 и 40° с. ш. Эти горные области граничат с пустынями Центральной Азии, Са-
харой и по разнообразию климата и почв представляют оптимальные условия для
проявления формообразовательного процесса. По количеству осадков, по темпера-
турным различиям, по почвенным типам здесь выражены градации до крайних вари-
антов. Важно и то, что "географическая локализация видообразования культурных
растений в значительной мере совпадает с локализацией общего видообразова-
тельного процесса, свойственного флорам всего Земного шара".
Из сказанного следует очень важный для палеоботаники вывод. Поскольку по-
давляющая часть древних растений, известных палеоботаникам, населяла болота и
низины, а отнюдь не предгорья, есть мало шансов встретить "документы" о фор-
мообразовании в геологическом прошлом. Отсюда следует другой вывод: смена
флоры, часто очень резкая, которую мы видим в разрезе, не имеет непосредст-
венного отношения к видообразованию. Это уже следующая стадия в развитии рас-
тительного покрова, а именно - расселение в новые условия флоры, сформировав-
шейся за кулисами наблюдаемых нами событий.
Рис. 47. Основные центры происхождения культурных растений (по
Н. И. Вавилову).
О таком механизме развития растительного покрова в геологическом прошлом
писали Ч. Дарвин, английский палеоботаник Д. Г. Скотт (в 20-х годах), но пол-
нее всего он был вскрыт в работах нашего крупнейшего палеоботаника А. Н.
Криштофовича. Поведение растений при резком изменении внешних условий (оледе-
нение, аридизация) А. Н. Криштофович сравнивал с паническим бегством кошки,
взбирающейся на дерево при виде собаки. Действительно, растениям, хорошо при-
способленным к внешней среде, нужно время для перестроек, если эта среда ме-
няется. Быстрые изменения климата и почвы приводят растение к гибели. Для
эволюции нужны гомеопатические дозы направленных изменений.
Представление о том, что основное формообразование совершается в приподня-
тых участках суши и поэтому выпадает из нашего поля зрения, было широко взято
на вооружение палеоботаниками. Сейчас на это явление ссылаются каждый раз,
когда видят внезапное появление групп растений и целой флоры. Но как же тогда
быть с раннедевонскими событиями в мире наземных растений? Неужели и здесь
внезапное появление в разрезе богатой ископаемой флоры зависит от той же при-
чины? Нет, едва ли. Очень трудно, почти невозможно отказаться от представле-
ния , что колыбель наземных растений - побережье морей или других водоемов.
Предками наземных растений были водоросли. Таково единодушное мнение исследо-
вателей, и подвергать его сомнению пока нет оснований. Предполагать же, что
водоросли спустились в низины, т. е. в область формирования флороносных толщ,
начав свой путь в предгорьях, по меньшей мере, смело.
Причину внезапного появления богатства раннедевонской флоры, видимо, надо
искать в другом.
Растительность не всегда сплошь покрывала континенты. Когда-то суша была
вовсе безжизненной. Первые растения стали проникать в глубь ее по отдельным
увлажненным участкам. В этих условиях на континентах не было настоящего поч-
вообразования, не регулировался сток вод. Возможно, что по этой причине все
континентальное и прибрежно-морское осадконакопление шло совсем не так, как в
последние геологические эпохи. Иными словами, другими не достаточно устойчи-
выми были и "кладбища" древнейших растений. По мере эволюции наземные расте-
ния становились способными к более полному заселению суши, развитие корневой
системы позволяло им прочнее удерживаться на субстрате, а значит, и закреп-
лять его.
Даже небольшое приобретение в этом отношении могло резко изменить всю си-
туацию . Образуется единая связанная цепь: больше растений, крепче они сидят -
лучше регулируется сток - меньше размыв склонов - меньше повреждений в расти-
тельном покрове - больше растений и т. д. Процесс нарастал лавинообразно, в
очень короткие сроки. Суша быстро приобрела обжитой вид, стали формироваться
вполне сносные "кладбища" растений, но углеобразование еще не начиналось.
Позже те же процессы, развиваясь и углубляясь, настолько изменили характер
стока вод и почвообразования, что стало возможным формирование болотистых ни-
зин, в которых стали накапливаться угли. Кстати, последние появляются в гео-
логическом разрезе также очень неожиданно. Девонские угли редки, зато в ниж-
некаменноугольных отложениях их уже много во многих местах Земного шара.
Экспансия на незанятые участки суши при незначительной конкуренции и бога-
том воздействии факторов, каждый из которых был в диковинку выходцам из воды,
- вот, по-видимому, тот источник, которому обязан девонский растительный мир
своей сверхскоростной эволюцией.
На несколько каверзных палеоботанических вопросов мы как будто подобрали
более или менее сносные ответы. Можно объяснить и неодинаковые темпы эволюции
разных растений в одних и тех же условиях: во-первых, изменения не обязатель-
но захватывают все компоненты среды в равной мере; во-вторых, разные растения
обладают не одинаковой мерой эволюционной пластичности.
Труднее объяснить с точки зрения дарвиновской теории естественного отбора
многочисленные случаи параллелизмов, о которых уже много говорилось в девятой
главе. Во всяком случае, здесь огромную роль должны играть сложные генетиче-
ские механизмы. Нельзя исключать и возможные проявления направленного разви-
тия, происходящего при известной автономии от внешней среды.
Вопрос о происхождении параллелизмов не может быть окончательно решен, пока
не выяснено приспособительное значение параллельно появляющихся признаков. До
этого еще слишком далеко, и мы вынуждены занимать в отношении влияния среды
довольно примирительную позицию, не ставя решительно вопрос "или..., или...",
помня о том, что большинство кардинальных вопросов науки находило решение то-
гда, когда исследователи принимали во внимание "и. . . , и. . ." . Точно так же
нельзя полностью отвергать и всю концепцию преадаптации. Полемизируя с ее
сторонниками, палеонтолог Помпецкий справедливо заметил, что ихтиозавры едва
ли перешли к жизни в море по той причине, что у них конечности стали преобра-
жаться в ласты.
Однако, когда мы имеем дело с быстрыми и сильными изменениями среды, мы ви-
дим, что из окружающих мест на эти участки проникают лишь те, кто может жить
в этих ставших крайними условиях. Здесь идет не столько изменение, сколько
переселение организмов. Например, в третичное (особенно раннетретичное, т. е.
палеогеновое) время на Земле, видимо, не было широких областей с арктическим
климатом. По тем временам тундры и лесотундры, очевидно, были именно такой
крайней и нетипичной средой. Но четвертичное оледенение резко изменило карти-
ну. И в наши дни холодный климат господствует на обширных территориях. По-
следние заселялись, по-видимому, главным образом теми растениями, которые уже
научились обходиться без большого количества тепла.
Ускоряется
ли прогресс?
В числе основных проблем биологии, к решению которых палеоботаника (и вооб-
ще палеонтология) имеет прямое отношение, стоит проблема эволюционного про-
гресса. Среди зарубежных ученых есть немало таких, которые отрицают органиче-
ский прогресс или считают его незначительным. Даже знаменитый дарвинист Томас
Гексли, страстный проповедник эволюционного учения, писал, что "суммарный
итог" развития органического мира "изумительно незначителен". Этой точке зре-
ния можно противопоставить высказывание палеоботаника Г. П. Радченко, который
довольно категорично пишет: "Прогрессивная эволюция органического мира выра-
жается в повышении уровня организации животных и растений на протяжении всей
истории биосферы и имеет ясно выраженную тенденцию к постепенному убыстрению
этого процесса". А вот один из крупнейших современных генетиков, шведский
ученый А. Мюнтцинг пишет: "... В настоящее время едва ли продолжается процесс
эволюции в направлении возрастания сложности организации". Мы ограничимся
этими взятыми наудачу высказываниями, поскольку привести все точки зрения,
изложенные в литературе, совершенно невозможно. Их рассмотрению посвящены об-
стоятельные научные статьи и целые монографии.
Вопрос об эволюционном прогрессе при всей его кажущейся простоте (неужели
развитие от амебы до человека не свидетельство прогресса?) не может считаться
окончательно решенным. Достаточно сказать, что генетические механизмы удиви-
тельно сходны у огромного большинства организмов. Поэтому генетики, изучая
наследственность дрозофилы, могут применять многие полученные закономерности
к человеку. Таким образом, по такому важнейшему признаку всего живого, как
наследственность, мы не в состоянии указать на сколько-нибудь значительный
прогресс в течение последнего полумиллиарда лет.
Трудность определения прогресса связана еще и с другим обстоятельством. Ги-
гантские динозавры, если бы они были наделены разумом и могли ознакомиться с
остатками своих предков, наверное, сочли бы себя достаточно прогрессивными.
Тем не менее, динозавры, некогда господствовавшие на суше, на море и в возду-
хе вымерли, а их далекий примитивный предок кистеперая рыба латимерия дожила
до наших дней. Оценка прогресса с точки зрения высоты и сложности организма -
дело рискованное.
Часто о прогрессивности животного судят по тому, находилось ли оно на фило-
генетической дороге, ведущей к человеку. Мы сами стали в глазах многих биоло-
гов мерилом прогресса. Это, конечно, довольно шаткий критерий, ибо судьба че-
ловечества в масштабах геологического времени неизвестна. Кто знает, может
быть, прав окажется Реми Шовен. Он, шутя, пишет о том, что "лет этак миллио-
нов через сто какой-нибудь шестиногий эрудит напишет, что судя по весьма
древним источникам, некая обезьяна совершенно внезапно превратилась в другое
существо и это новое существо настроило невесть чего, каких-то гор из камня,
а затем молниеносно исчезло ..."
Тем не менее, полностью отрицать прогресс трудно. Вслед за большинством на-
ших исследователей мы примем, что прогресс, по крайней мере, весьма вероятен.
Раз так, то интересно определить меру прогресса растений в разные геологи-
ческие периоды. Здесь, очевидно, нужно вести оценку по двум показателям: сна-
чала по появлению тех или иных признаков, а затем по их комбинациям. И тут мы
сталкиваемся с очень интересными фактами. Расчленим известные нам наземные
растения на отдельные признаки и посмотрим, в какой последовательности они
появлялись в геологической истории. Оказывается, что еще в раннем девоне на-
метились основные признаки внутренней структуры. В конце девона внутренняя
структура достигла уже очень высокой дифференциации. С этого времени и до ме-
зозоя в ней не отмечается серьезных усовершенствований. Правда, во второй по-
ловине мезозоя появились покрытосеменные, важным приобретением которых были
сосуды. Девонские растения преуспели не только в анатомическом строении. У
них уже были семезачатки. До появления покрытосеменных семезачатки не претер-
пели существенных усложнений. У покрытосеменных семезачатки укрыты сросшимися
покровами, усложнился и процесс оплодотворения.
Что касается строения листвы, то и здесь основные успехи также принадлежат
девонским растениям. Правда, у них еще нет листьев, в которых жилки распола-
гаются перисто, а также листьев с сетчатым жилкованием. Однако все это появи-
лось уже к середине каменноугольного периода.
Большим достижением было приобретение покрытосеменными травянистого облика.
О преимуществах травянистых (особенно однолетних) растений уже шла речь выше.
Когда появились на Земле такие покрытосеменные, мы точно не знаем, но возмож-
но, что они были уже во второй половине мелового периода.
К сожалению, сделать такую же оценку не отдельных признаков, а целых орга-
низмов, мы почти не можем из-за неполноты тех растительных остатков, которые
попадают в руки палеоботаников. Однако и сказанного достаточно, чтобы предпо-
ложить, что в истории наземных растений основной прогресс совершался в два
этапа. Первый этап падает на девонский период, второй - на середину мезозоя.
В последние геологические эпохи растения, занимаясь мелкими усовершенствова-
ниями, не достигли чего-нибудь необычного.
Таким образом, из трех точек зрения на прогресс, названных в начале этого
раздела, приходится склоняться к точке зрения, высказанной генетиком Мюнтцин-
гом. Мы не можем отрицать прогресс в растительном мире, по крайней мере, при
сегодняшнем состоянии наших знаний. Он явно затронул внешний облик растений и
позволил им захватить огромные территории. Но говорить о каком-либо решитель-
ном ускорении прогресса растений все же трудно. Скорее, наоборот, сейчас мы
являемся свидетелями спокойной их эволюции, не ведущей к существенному услож-
нению организации. Это вполне понятно в условиях суши, обильно заселенной
прекрасно приспособленными организмами, опытными конкурентами в борьбе за су-
ществование .
Если дружно
мы навалимся...
В том, что разобранные выше вопросы интересны, по-видимому, нет сомнений.
Они не только интересны, но и важны, и об их значении мы будем говорить в
следующей главе. Однако до решения их еще далеко. Впрочем, это судьба всех
кардинальных вопросов биологии. Решение оттягивается тем, что для чего нужны
совместные усилия специалистов в разных областях знаний: ботаников, палеобо-
таников , геологов, генетиков. Как теперь модно говорить, нужен комплексный
подход к решению этих проблем.
Действительно, эволюция ископаемых растений не может изучаться в отрыве от
современной биологии. Уже установлено множество любопытных биологических ме-
ханизмов, эволюционное значение которых по-настоящему не оценено. Например,
лишь немногие палеоботаники учитывают в своих эволюционных построениях неоте-
нические явления. Речь идет о способности организмов приступать к размножению
до завершения индивидуального развития, иногда даже в зародышевом состоянии.
В работах А. Л. Тахтаджяна, И. Т. Васильченко и других исследователей отчет-
ливо показано, какую огромную роль сыграла неотения в эволюции покрытосемен-
ных. А. Л. Тахтаджян полагает, что именно с неотенией связано появление и
травянистого облика у многих покрытосеменных, и самой покрытосемянности. О
явлениях неотении в других группах растений мы знаем очень мало.
Вот другой пример. В работах, посвященных общим проблемам палеоботаники,
почти не встретишь слова папомиксисп. Этим термином обозначают случаи замеще-
ния полового размножения бесполым. Такое бесполое размножение может быть как
вегетативным (посредством отводков, клубней, луковиц и т. д.), так и с обра-
зованием внешне обычных семян, которые на самом деле развиваются без оплодо-
творения. Растения-апомикты имеют ряд преимуществ, иногда решающих. Благодаря
этому явлению, хорошо приспособленный к данным условиям вид может быстро вос-
производиться в массовых количествах при совершенно одинаковой и притом опти-
мальной генетической структуре. При половом процессе изменчивость, часто
вредная, значительно больше. Апомикты неизменно доставляют много хлопот сис-
тематикам, так как вместо широкого диапазона изменчивости у них образуется
множество постоянных типов, каждый из которых мало отличается друг от друга.
К апомиктам, кстати, относится ястребинка, которая давала несколько другое
расщепление признаков у гибридов, нежели горох, чем и заставила Г. Менделя
сомневаться во всеобщности выведенных им закономерностей. Апомиктичные расте-
ния - сущее наказание для систематика, который, видя выдержанность изменений
(хотя и мелких), описывает все новые и новые виды, в действительности имея
дело с одними тем же видом. Может быть, учет таких явлений палеоботаниками
заставит их быть более осторожными и снизит количество описываемых в литера-
туре новых видов ископаемых растений.
Число подобных примеров, когда генетика может прийти на помощь в решении
палеоботанических проблем, можно легко увеличить. Опыт показывает, что союз
генетики и палеозоологии очень плодотворен (вспомним интереснейшие работы Дж.
Г. Симпсона). Почему же науке об ископаемых растениях быть сиротой?
Точно такие же тесные связи могут быть установлены палеоботаникой с палео-
географией, учением о накоплении осадочных полезных ископаемых, географией
растений и многими другими дисциплинами. Но, к сожалению, эти связи слабы и
не постоянны. От этого страдают и палеоботаника, и перечисленные области зна-
ний. В чем же дело, что мешает все расставить по своим местам, что мешает ус-
тановлению всех этих плодотворных связей? Что это - вина или беда палеобота-
ников? С этим вопросом мы попробуем разобраться в следующей главе.
ГЛАВА XIII. МНОГО ЛИ
ПАЛЕОБОТАНИКУ ДЛЯ
СЧАСТЬЯ НУЖНО?
"... Люди большей частью нетерпеливы и хотят,
чтобы их желания быстро исполнялись; и так как
естественные причины простираются далеко и дей-
ствуют посредством времени, то люди не имеют
терпения выжидать их действия".
Хуан Уарте (испанский философ)
Хотелось бы надеяться, что читатель уяснил из предыдущих глав, что палеобо-
таника - интересная наука. По-видимому, можно сделать вывод и о том, что это
- полезная наука. Кое-что об этой пользе уже было сказано. Однако палеобота-
ника настолько мало популярна, что о ее значении следует сказать подробнее.
Выводы палеоботаники, как и любой другой науки, имеют теоретическое и прак-
тическое значение. Сначала о первом. Наверное, сейчас не найдется человека,
отрицающего значение эволюционной теории и ее влияние на общее мировоззрение.
Совершенно очевидно, что палеонтологии в постановке и решении эволюционных
вопросов принадлежит не последняя роль, и что данные палеоботаники заслужива-
ют не меньшего внимания, чем данные палеозоологии. В некоторых отношениях ис-
копаемые растения дают даже более интересный материал для обобщений, чем ис-
копаемые животные. Ведь от последних обычно остается лишь скелет, а у остат-
ков растений мы часто видим внутреннюю микроскопическую структуру во всей
полноте.
Уже одного этого значения ископаемых растений достаточно, чтобы считать их
изучение оправданным. Однако дело не только в этом. В нашей стране основные
палеоботанические ячейки организованы при геологических учреждениях. За рубе-
жом палеоботанические исследования финансируются также не философскими обще-
ствами, а, главным образом, геологическими ведомствами, нефтяными и угольными
компаниями. В начале говорилось, что без палеоботаники в распоряжении людей
не было бы таких угольных бассейнов, как Рур или Кузбасс.
Ни одно полезное ископаемое нельзя разрабатывать, пока его залежь не изуче-
на по всем правилам науки. Образование залежи - не случайный, а закономерный
процесс. Познать закономерность - значит провести анализ процесса в простран-
стве и во времени. Геологу нужны геологические часы, и их ему заменяют остат-
ки растений и животных. В континентальных отложениях всегда на первый план
выходят именно растения.
Конечно, остатки ископаемых организмов не единственный показатель возраста
пород. Больше того, они дают нам лишь последовательность событий, а не их
длительность в миллионах лет, которую определяют физико-химическими методами.
Здесь уместен вопрос: а стоит ли связываться с раковинами и листьями, если
можно прямо устанавливать возраст пород физико-химическим путем? Как будет
обстоять дело в будущем (пока отдаленном), мы не знаем, но сейчас определенно
стоит. Методы измерения абсолютного возраста пород сделали за последние деся-
тилетия внушительные успехи, но пока ни в коей мере не смогли заменить палео-
нтологию. Причин этому несколько. Во-первых, физико-химические методы дороги
и трудоемки. Во-вторых, они далеко не везде применимы. В-третьих, они пока
еще очень неточны. Это видно из одного только примера. Еще 10 лет назад счи-
тали, что возраст границы каменноугольного и пермского периодов 190-220 млн.
лет. Сейчас эта граница отодвинута более чем на 50 млн. лет. Положение горных
пород в шкале геологических периодов определяется палеонтологическими метода-
ми в несколько раз точнее, чем с помощью физики и химии. Вот конкретный при-
мер. Длительность каменноугольного периода ныне определяется в интервале 55-
75 млн. лет (расхождение в оценке длительности по разным наблюдениям - 20
млн. лет). Ошибка каждого измерения возраста породы, относящейся к этому пе-
риоду, составляет не меньше 10 млн. лет. По ископаемым животным и растениям
(в тех местах, где они хорошо изучены) каменноугольный период разделяется на
14-15 частей, каждая из которых узнается достаточно хорошо. Здесь точность
палеонтологического метода в определении последовательности событий в три-
четыре раза выше физико-химического. Конечно, техника определения абсолютного
возраста непрерывно совершенствуется, но ведь палеонтология также не стоит на
месте. Короче говоря, палеонтологию, и в том числе палеоботанику, рано сда-
вать в архив.
Нельзя сказать, что геологи не знают всего этого. Скорее наоборот! Они чаще
посылают образцы на анализ палеоботаникам, чем в лаборатории абсолютного воз-
раста. И все же палеоботанике выпала сиротская доля. Не будем приводить абсо-
лютных чисел, которые никому ничего не скажут. Лучше обратимся к сравнениям.
К числу крупнейших угольных бассейнов нашей страны относится Тунгусский.
Здесь сосредоточены огромные запасы углей (не меньше 1500 млрд. т) и множест-
во других полезных ископаемых. Недавно в Тунгусском бассейне нашли нефть. Ин-
терес к геологии бассейна очень велик, и в нем работают многочисленные иссле-
довательские, съемочные и разведочные партии. В центре их внимания - отложе-
ния с многочисленными остатками растений. В последние годы здесь собраны кол-
лекции , заполнившие сотни ящиков. Это - тысячи и тысячи отпечатков, часто
удивительной сохранности. Но у нас нет палеоботаника, который бы систематиче-
ски осваивал это богатство. Коллекции отсылаются в разные учреждения, где
изучаются в самом первом приближении и ложатся на полки мертвым грузом. Гео-
лох1 получает лишь малую долю тех сведений, которые могли бы дать эти расте-
ния . Площадь Тунгусского бассейна раз в пять больше такой страны, как ФРГ. В
последней, кроме Рура и Саара, нет крупных угольных бассейнов с палеозойскими
растениями. Запасы угля в Руре и Сааре раз в десять меньше, чем в Тунгусском
бассейне. Тем не менее, палеозойские растения ФРГ сейчас изучают не менее 10
человек. Надо учесть, что это те же растения, что и во Франции, Англии и дру-
гих странах Западной Европы. Там они также изучались и изучаются (причем в
течение 150 лет) большим количеством высококвалифицированных специалистов.
Многие из них в течение всей жизни занимались растениями одного небольшого
бассейна и разобрались в них детально. В Тунгусском бассейне за сто лет его
изучения работало не более десяти палеоботаников. Половина из них занималась
этим бассейном лишь попутно с другими исследованиями, а другая половина -
всего несколько лет. Результатом этого было то, что на геологических картах в
течение многих лет пермские угленосные отложения показывали лишь двумя цвета-
ми. Разделить эти отложения на более узкие интервалы без помощи ископаемых
растений не удавалось. Такие карты плохо читаются, и их так или иначе, при-
дется переделывать.
Примерно такое же положение сложилось в Печорском бассейне. Еще хуже изуче-
ны палеозойские растения Северо-Востока СССР, Таймыра и Казахстана. В Кузнец-
ком бассейне они изучаются более интенсивно. Но и здесь остается много белых
пятен. Достаточно сказать, что до сих пор мы плохо знаем родовой и видовой
состав палеозойских растений Кузбасса. Печально обстоит у нас дело с основа-
тельным ботаническим изучением палеозойских растений Сибири. Об их анатомии
неизвестно почти ничего. (В этом отношении палеозойские растения Западной Ев-
ропы были значительно лучше изучены в первой половине прошлого века.) В ре-
зультате из эволюционных построений выпадает огромное количество своеобразных
и совершенно непонятных растений, каждое из которых - кладовая сюрпризов.
Всеми этими интересными и нужными исследованиями нашим палеоботаникам зани-
маться некогда. Они выступают в роли библиофила, который не успевает читать
свои книги, а лишь по названию ставит книгу на ту или иную полку. Немного
найдется таких книг, сущность которых видна по обложке. Еще меньше таких ис-
копаемых растений, в которых можно разобраться, не прибегая к детальным ис-
следованиям с применением современной техники. Между тем круг обязанностей и
интересов палеоботаников не сужается, а расширяется. Непрерывно растет инте-
рес исследователей самого различного профиля к общим проблемам эволюции живо-
го . Осваиваются новые территории, расширяется геологическое изучение нашей
страны, обсуждаются общие закономерности в изменении лика планеты, и здесь
палеоботаник не может стоять в стороне.
Но и на этом не кончаются беды палеоботаника. Ему приходится быть самоуч-
кой . Высшие учебные заведения не готовят палеоботаников. Курс палеоботаники
кое-где читается, но настолько куцый, что в него удается включить лишь самые
элементарные сведения. Заниматься ископаемыми растениями приходят или ботани-
ки, которые не знают геологии и не видели в лицо отпечатков, или геологи, ко-
торые ничего не знают о растениях. Палеоботаникой приходится заниматься лю-
дям, которые готовились стать специалистами по рудным минералам, геоморфоло-
гии , нефтяной геологии и т. д. Конечно, многие палеоботаники прошлого начина-
ли свою деятельность горными инженерами, а такой видный палеоботаник, как Д.
Г. Скотт, был сначала специалистом по паровозам. Но на такие исключения рас-
считывать не приходится. Современная палеоботаника все сильнее дифференциру-
ется. Она требует все более квалифицированных исследователей. Большинство
специалистов занимается лишь флорой определенного периода и небольшого рай-
она. На большее не хватает времени. Не за горами и специализация по опреде-
ленным группам растений (сейчас палеоботаники обычно обрабатывают флору цели-
ком) .
Между тем требования современной систематики растений все усложняются. Ко-
гда-то палеоботаник мог обходиться лупой и препаровальной иглой. Потом при-
шлось обратиться за помощью к шлифам и микроскопу. Если палеоботаник хочет
обработать материал по всем правилам сейчас, ему придется иметь дело с боль-
шим количеством реактивов и сложными оптическими приборами. Детальное изуче-
ние растений требует огромного труда. Изучение одного вида может отнять много
месяцев. Но если даже наш палеоботаник преодолел все эти трудности, то одна,
чуть ли не самая главная, остается. Надо опубликовать свою работу. Статьи с
описанием ископаемых растений у нас можно опубликовать лишь в двух журналах
("Ботанический журнал" и "Палеонтологический журнал").
Если палеоботанические обобщения еще пользуются некоторым успехом, то рабо-
та по систематическому изучению и описанию отдельных растений и флоры кажется
многим бесполезным эмпиризмом. Между тем "если бы Ламарк и Дарвин не были
систематиками, если бы первый не написал своей "Флоры Франции", а второй сво-
ей монографии усоногих, то мы не имели бы ни "Философии зоологии", ни "Проис-
хождения видов"". Эти слова, сказанные академиком Л. С. Бергом в начале 20-х
годов, сохраняют свое значение и сейчас. Работа по систематизации всего раз-
нообразия даже современного органического мира еще слишком далека от заверше-
ния. Что же говорить об ископаемой флоре, когда каждая новая коллекция дос-
тавляет внимательному исследователю что-то интересное и доселе невиданное.
Рассматривая состояние нашей палеоботаники, мы имеем в виду, прежде всего,
работу по изучению палеозойских растений. Исследования более поздних растений
идут успешнее, но в основном благодаря тому, что растения мезозойских и кай-
нозойских отложений в СССР и за его пределами - примерно одни и те же. Поэто-
му наши исследователи в полной мере могут использовать результаты работ зару-
бежных ученых. Когда мы имеем дело с палеозойскими растениями древнего мате-
рика Ангариды (примерно половина нашей страны), нам приходится надеяться
только на себя. За пределами СССР эти растения встречаются лишь в Монголии, в
которой пока нет палеоботаников, и Северо-Восточном Китае.
Когда говорят о необходимости изучения живой природы, обычно не отдают
предпочтения животным перед растениями. Каждому ясно, что органический мир
един, и нельзя изучать закономерности его развития, пренебрегая растительным
царством. Но когда заходит речь об органическом мире геологического прошлого,
об этом часто забывают.
К счастью, среди наших палеоботаников всегда находились энтузиасты, кото-
рые, несмотря на все трудности, посвятили изучению ископаемых растений всю
жизнь и сделали множество удивительных открытий. Напомним имена таких ученых,
как И. Ф. Шмальгаузен, М. Д. Залесский, А. Н. Криштофович, М. Ф. Нейбург, И.
В. Палибин, В. Д. Принада. Но ориентироваться только на таких энтузиастов
нельзя. Современная наука требует совершенной организации труда многих иссле-
дователей .
Ископаемые растения - очень сложный объект для изучения. Опыт мировой па-
леоботаники свидетельствует, что без кропотливых исследований с применением
трудоемких методов познать их невозможно. Но теоретические и практические вы-
воды, которые будут получены, сторицей окупят затраченный труд. Наши палеобо-
таники уже доказали, что они в состоянии провести эти увлекательные и гранди-
озные исследования. Лучшее свидетельство этому - достигнутые ими успехи.
Ликбез
НАЧАЛА ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Реформатский С.Н.
ВВЕДЕНИЕ
Химия делится на неорганическую и органическую. Раньше было иное деление:
различали химию минеральную, занимавшуюся изучением тел мертвой природы, рас-
тительную, к которой относили вещества, встречаемые в растениях, и, наконец,
животную, изучавшую вещества, из которых образованы тела животных или которые
вырабатываются в их организмах. Резкое различие между телами растительными и
животными полагалось в том, что первые будто бы не содержат азота, а вторые
заключают его в своем составе (Бертолле).
Впоследствии выяснилась неестественность такого деления. Оказалось, что
многие соединения, относимые к минеральной хиуии, встречаются также в орга-
низмах растений и животных (например поваренная соль и др.), а кроме того де-
ление тел на растительные (без азота) и животные (азот-содержащие) лишилось
своего основания после того, как в 1818 г. Деберейнер показал, что в муравьи-
ной кислоте, получавшейся из муравьев, нет азота и что ее можно получить при
окислении сахара — вещества растительного.
После открытия Деберейнера химия распалась лишь на два отдела: химию неор-
ганическую (минеральную) и органическую. Основанием для такого деления служи-
ло то, что, несмотря на целый ряд попыток, ни одно органическое тело не уда-
валось получить искусственным путем. Берцелиус высказал даже предположение,
что получение органических тел этим путем и невозможно, так как они могут об-
разоваться только в живом организме действием особой жизненной силы. По его
мнению в живой природе элементы повинуются иным законам, чем в безжизненной.
Мнение это быстро сделалось общепринятым и держалось даже до сороковых годов,
хотя уже в 1824 г. Вёлер опытом доказал возможность искусственного приготов-
ления органических тел, получив синтетическим путем мочевину (продукт, выра-
батываемый организмом) из тел, которые в свою очередь могут быть получены не-
посредственно из элементов1. Этот замечательный синтез показал, что-нет ника-
ких оснований допускать при образовании органических соединений участие ка-
кой-либо особенной силы.
Приводились еще и другие основания для выделения органических соединений в
особую часть химии. Указывали на легкую изменяемость органических соединений
и большую сложность их состава сравнительно с телами неорганическими. Напри-
мер, если поваренную соль (вещество минеральное) нагревать в пробирном цилин-
дрике, то она не испытает при этом никакого изменения, между тем как сахар
(вещество растительное) будет постепенно плавиться, буреть, выделять пары и
газы и, наконец, обратится в уголь. Резко отличаются они и по составу: пова-
ренная соль состоит только из хлора и натрия и содержит в химической частице
по одному лишь атому этих элементов (NaCl), частица же сахара имеет состав
С12Н22О11, т. е. образована тремя элементами, и каждый, из них вступает в час-
тицу в большом числе атомов.
Приведенных соображений, однако, недостаточно, чтобы установить резкое раз-
личие между органическими и неорганическими, соединениями. Есть не мало орга-
нических тел, отличающихся большою устойчивостью; с другой стороны, между не-
органическими телами известны весьма неустойчивые. Например, йодистый азот
уже при легком нагревании или даже при незначительном сотрясении, разлагается
со взрывом, тогда как вещество органическое — нафталин — сам образуется при
высокой температуре и отличается значительной прочностью. Относительно слож-
ности состава также трудно найти большое различие между неорганическими и ор-
ганическими соединениями. Известно, какой сложный состав имеют, например,
обыкновенные квасцы [КА1 (S04) 2*12Н20] или большинство силикатов; некоторые же
органические соединения отличаются крайней простотой своего состава: например
ацетилен имеет формулу С2Н2.
В настоящее время к области органической химии относят все соединения, за-
ключающие в своем составе углерод, а потому органическая химия иначе может
быть названа химией углеродистых соединений. Таких соединений известно более
200 тысяч; многие из них в организмах не встречаются. Обособление этого отде-
ла имеет следующие основания: во-первых, ни один элемент не образует такого
громадного числа крайне разнообразных соединений, как углерод; число извест-
ных в настоящее время химических соединений, образованных всеми элементами,
кроме углерода, не превышает 50 тысяч; во-вторых, соединения его отличаются
1 В том же году Вёлер получил н щавелевую кислоту при действии нашатырного спирта на
циан. Мочевина — продукт животного происхождения, а щавелевая кислота — растительно-
го.
несколько своеобразным физическим и химическим характером, так что нередко
требуют для своего изучения совершенно особых методов исследования; в-
третьих, в ряду углеродистых соединений весьма часто встречается особое явле-
ние , носящее название: изомерия.
Для выяснения этого понятия обратимся к решению вопроса: почему тела как
природные, так и искусственно полученные различны между собою; например, чем
обусловливается различие между поваренной солью NaCl и селитрой KN03; конечно
тем,, что состав их неодинаков: в то время как поваренная соль состоит из на-
трия и хлора, селитра образована калием, азотом и кислородом. Итак первая
причина различия тел лежит в различии их качественного состава.
Возьмем другой пример: свойства пятихлористого фосфора РС15 и треххлористо-
го фосфора РС13 различны, а между тем качественный состав их одинаков — и тот
и другой образованы из фосфора и хлора. Здесь различие вызвано неодинаковым
количественным, соотношением между фосфором и хлором: в то время как в РС15
на один атом фосфора приходится пять атомов хлора, в РС13 то же количество
фосфора соединилось с тремя атомами хлора. Таким образом при одинаковом каче-
ственном составе тела могут быть различны благодаря различию их количествен-
ного состава.
Возьмем третий пример: двуокись азота N02 и азотноватый ангидрид N204 по
своим свойствам различны между собою, а между тем качественный состав у них
один и тот же: оба образованы из азота и кислорода; количественный состав
также одинаков: в N02 отношение атомов = 1:2, а в N204 = 2:4, но 1:2 == 2:4. В
данном случае различие тел объясняется различием их молекулярного веса; для
N02 он равен 46, а для N204 в два раза больше, т. е. 92. Итак при одинаковом
качественном составе и при одном и том же количественном составе тела будут
различны, если их молекулярные веса неодинаковы.
Для большинства неорганических соединений этими тремя причинами и объясня-
ется их разнообразие; среди же органических соединений на каждом шагу встре-
чается такое явление, когда тела, имея одинаковый качественный состав, одина-
ковый количественный состав и одинаковый молекулярный вес, все же различны
между собою по своим свойствам. Вот это-то явление и носит название изомерии,
а соединения, для которых это явление наблюдается, называются изомерными или
просто изомерами. Среди неорганических соединений изомерия встречается срав-
нительно редко.
Таким образом, деление химии на неорганическую и органическую — чисто ис-
кусственное, но оно очень удобно и потому сохраняется до сих пор.
Органическая химия занимается исследованием тел, содержащих в своем составе
углерод. Задача этого исследования состоит в изучении тех превращений, к ко-
торым способны органические соединения. Вопрос об этих превращениях далеко не
столь отвлеченный, как это может показаться на первый взгляд. Напротив, изу-
чая отношения органических тел к различным химическим и физическим реагентам,
мы приближаемся к верному пониманию многих физиологических явлений, так как
физиологические процессы, совершающиеся в организмах растений и животных,
суть не что иное, как сложные химические явления. Кроме того, изучение пре-
вращений органических тел имеет и большое практическое значение, так как су-
ществует ряд технических производств, совершенствование которых основано ис-
ключительно на успехах органической химии, например производство каменно-
угольных красок, добывание душистых веществ и др.
Состав
органических
соединений
В конце XVIII столетия Лавуазье показал, что органические вещества большею
частью состоят из углерода, водорода и кислорода, в веществах же животного
происхождения к ним присоединяется еще и азот; но в состав органических со-
единений могут входить все известные элементы; упомянутые же лишь чаще всего
встречаются, и потому они названы органогенами.
При определении состава органического соединения первая задача — получение
его в чистом виде; способы очищения крайне разнообразны; они находятся в за-
висимости от того, будет ли данное тело газообразным, жидким или твердым, а
также и от химических свойств этого тела. Методика очищения разобрана в даль-
нейшем изложении на отдельных примерах.
Когда убедились, что данное тело чисто, т. е. что оно есть химический инди-
видуум , приступают к решению следующих вопросов: из каких элементов состоит
данное тело (качественный состав), каковы количественные отношения входящих в
состав его элементов (количественный состав), какой вес имеет частица данного
соединения (молекулярный вес) и, наконец, в каком порядке сгруппированы атомы
элементов, образующих эту частицу (строение частицы).
Качественный
анализ
При исследовании данного тела, прежде всего, решают вопрос, органическое
оно или неорганическое, или, что то же, узнают, содержится в данном теле уг-
лерод или нет. Для этого испытуемое вещество накаливают на платиновой пла-
стинке, причем многие (но далеко не все) органические соединения или обугли-
ваются или горят коптящим пламенем. Если ни обугливания ни коптящего пламени
при этом опыте не наблюдается, то вопрос остается нерешенным, и тогда произ-
водят следующую пробу: испытуемое вещество в смеси с чистой окисью меди нака-
ливают в запаянной с одного конца стеклянной трубке (в пробирке); при этом
углерод окисляется на счет кислорода окиси меди в угольный ангидрид, который
проводят по газоотводной трубке в баритовую или известковую воду [т. е. в
водный раствор или Ва(ОН)2 или Са(ОН)2]. Образование сначала мути, а затем
белого осадка углекислой соли бария или кальция доказывает, что угольный ан-
гидрид, действительно образовался; он мог получиться только на счет углерода,
входящего в состав испытуемого тела; а раз тело содержит углерод, значит, оно
органическое.
В этом же опыте одновременно узнается и содержание водорода, так он также
окисляется окисью меди и образует при этом воду, собирающуюся в виде капель
на холодных местах трубки. Образование воды можно обнаружить при помощи обез-
воженного медного купороса, поместив его в расширенную часть газоотводной
трубки; белый порошок CuS04 от воды посинеет вследствие образования
CuS04*5H20.
Присутствие кислорода доказать довольно трудно. Обыкновенно о присутствии
его судят по разности после количественного определения всех остальных эле-
ментов .
Азот определяется так:
1) данное тело зажигают; если при горении чувствуется запах жженого пера,
это значит, что тело содержит азот; отсутствие запаха не доказывает от-
сутствия азота; тогда приступают к следующему опыту:
2) в узкой пробирке накаливают смесь испытуемого тела с натронной известью;
это — смесь NaOH с Са(ОН)2; многие (но не все) азотистые вещества выделяют
при этом аммиак; присутствие его доказывают по почернению бумажки, смо-
ченной азотнокислой закисью ртути, и др.;
3) более общий способ открытия азота следующий (Лассэнь): испытуемое соеди-
нение прокаливают в узкой стеклянной трубке с металлическим калием; если
оно содержит азот, то образуется цианистый калий, который извлекают во-
дой. К отфильтрованному раствору прибавляют несколько капель слегка окис-
лившегося раствора железною купороса [т. е. содержащего кроме сернокислой
закиси железа FeS04 и соль окиси железа Fe2(S04)3], смесь подогревают, за-
тем подкисляют слабой соляной кислотой для растворения водных окислов же-
леза, выделяющихся от действия едкого кали на соли железа, а едкое кали
образуется здесь одновременно с цианистым калием за счет калия, кислорода
воздуха и воды. Образование синего осадка берлинской лазури доказывает
присутствие азота. Реакция протекает по следующим уравнениям:
К + С + N = KCN
6KCN + FeS04 = K4Fe(CN)6 + K2S04
3K4Fe(CN)6 + 2Fe2(S04)3 = Fe4 [Fe (CN) б] 3 или Fe7 (CN) 1Q + 6K2SH4
Галогены, содержащиеся в органических телах, редко осаждаются непосредст-
венно азотнокислым серебром; большею же частью для обнаружения галогена тре-
буется разрушить предварительно органическое вещество. Это достигается окис-
лением последнего при нагревании с крепкой азотной кислотой в присутствии
AgN03, причем углерод окисляется в С02, водород — в Н20, а освободившийся га-
логен дает осадок галогенного серебра, что и доказывает присутствие галогена.
В пробирку наливают немного обыкновенного спирта и сюда же прибавляют испы-
туемого соединения, например 2—3 капли хлороформа; затем добавляют 1—2 кусоч-
ка (с горошину) металлического натрия. По растворении всего натрия разбавляют
водой, подкисляют азотной кислотой и приливают раствор AgN03; получается оса-
док галогенного серебра. Реакция идет так: спирт с натрием дает водород, пе-
реходя в алкоголят натрия (I); водород с галогеном испытуемого соединения да-
ет галогеноводородную кислоту (III), которая с натрием алкоголята переходит в
галогенный натрий (III), а он с AgN03 дает нерастворимое галогенное серебро
(IV) :
I. С2Н5ОН + Na = C2H5ONa + Н
II. СНС13 + ЗН2 = СН4 + ЗНС1
III. C2H5ONa + HC1 = С2Н5ОН + NaCl
IV. NaCl + AgN03 = NaN03 + AgCl
Чувствительную реакцию на галоген предложил Бейльштейн. В ушко платиновой
проволоки помещают кусочек чистой окиси меди и на него небольшое количество
испытуемого тела; затем окись меди с веществом вносится сначала во внутрен-
нюю, а затем во внешнюю часть пламени бунзеновской горелки; если вещество со-
держало даже следы галогена, то образующиеся при нагревании галогенные соеди-
нения меди, вследствие своей летучести при высокой температуре, окрашивают
пламя в зеленый цвет.
Содержание серы и фосфора узнается следующим образом: органическое вещество
окисляют нагреванием с крепкой азотной кислотой; при этом находившиеся в нем
сера я фосфор окисляются в серную и фосфорную кислоты, которые открываются
уже обыкновенными аналитическими приемами.
Иногда для открытия серы применяется способ Шённа: вещество прокаливают с
металлическим натрием; если оно содержало серу, то при этом образуется серни-
стый натрий, который по растворении в воде легко доказывается по пурпуровому
окрашиванию с нитропруссидным натрием.
Качественное определение других неметаллов производится окислением органи-
ческого вещества азотной кислотой; при этом неметалл превращается в соответ-
ственную кислоту, которая открывается по общим методам минерального анализа.
Металлы, для их открытия, переводятся прокаливанием органического вещества
или в окиси, или в углекислые соли, или в свободные металлы, а затем качест-
венно определяются по общим методам минерального анализа. Так как некоторые
металлы и их соединения летучи при высокой температуре, то, для избежания по-
тери их, окисление органического вещества производят азотной кислотой.
Количественный
анализ
Реакции, на которых основано количественное определение элементов, обыкно-
венно те же, что и в качественном анализе. Так количество углерода и водорода
определяется по окислению их в С02 и Н20. Для этого точно отвешенное количе-
ство (0,15—0,2 г) испытуемого вещества в стеклянной трубке накаливают с оки-
сью меди (иногда — с хромовокислым свинцом); продукты окисления углерода
(С02) и водорода (Н20) проводят во взвешенные поглотительные аппараты. Для
поглощения С02 служит кали-аппарат, содержащий раствор КОН; С02 удерживается
в нем вследствие образования КНС03; для удержания Н20 применяется хлоркаль-
циевая трубка; содержащийся в ней безводный СаС12 поглощает Н20. По привесу
поглотительных аппаратов узнают количества образовавшихся С02 и Н20; а по ве-
су последних вычисляют весовые количества углерода и водорода.
Кали-аппарата Либиха (слева) и хлоркальциевая трубка.
Если анализируемое тело содержит азот, то в переднюю часть трубки, в кото-
рой производится окисление (сожжение), помещают медные спирали. Назначение их
состоит в том, чтобы разрушить образующиеся при сожжении окислы азота; в про-
тивном случае, поглощаясь в кали-аппарате, они дали бы привес С02. Медь,
окисляется здесь на счет кислорода окислов азота, а свободный азот проходит
через кали-аппарат, не поглощаясь.
Если в состав анализируемого тела входят галогены, то для удержания их при-
меняют также медные или, еще лучше, серебряные спирали; при этом образуются
галогенные соединения серебра или меди. Впрочем, в этом случае удобнее, а при
анализе серосодержащих соединений даже необходимо, вместо окиси меди употреб-
лять хромовокислый свинец, потому что образующиеся здесь галогенные соли
свинца, равно как и серно-свинцовая соль, гораздо прочнее и менее летучи, чем
таковые же соли меди; продукты же разложения и улетучиваний последних задер-
живались бы в поглотительных приборах и таким образом приводили бы к неверным
результатам. Хромовокислый свинец в смеси с К2Сг207 (1/10) следует употреблять
также, если анализируемое вещество содержит щелочные или щелочноземельные ме-
таллы: иначе их углекислые соли, образующиеся при анализе, останутся неразло-
женными, и таким образом произойдет потеря в С02.
Кислород, как упомянуто выше, определяется по разности между количеством
взятого для анализа вещества и найденным количеством всех других элементов.
Для определения азота существует несколько способов, но не все они примени-
мы в каждом отдельном случае. Наиболее общий — способ Дюма. Отвешенное веще-
ство окисляют (сжигают) при помощи окиси меди в горизонтально положенной
трубке. В передней части трубки помещают медные спирали, а в задней, запаян-
ной - слой магнезита (MgC03) или двуугленатриевой соли (NaHC03) . Середина
трубки наполнена окисью меди; там же помещается и вещество. Нагревая задний
конец трубки, достигают выделения из названных карбонатов С02, который вытес-
няет из трубки воздух. Когда убедились, что в трубке уже нет больше воздуха,
приступают к самому сжиганию. Образующиеся при этом вода, угольный ангидрид и
азот проводятся в особый прибор, наполненный водным раствором едкого кали,
предназначенного для поглощения С02. В приборе над жидкостью будет таким об-
разом собираться лишь чистый азот, объем которого измеряют, а по объему вы-
числяют и вес его, так как известно, что 1 см3 азота при 0 С и при 760 мм
давления весит 0,001254 г.
крупный СиО
СиО + органика
СиО слой
СО.
^-^
нагрев
азот
/ N
Из других способов наиболее применим способ Кьельдаля, позволяющий вести
одновременно несколько определений азота. Органическое вещество в колбе раз-
рушают крепкой серной кислотой при кипячении; при этом весь азот органическо-
го вещества переходит в аммиак, а последний, соединяясь с серной кислотой,
образует серно-аммониевую соль. По охлаждении колбы содержимое ее разбавляют
водой, прибавляют избыток едкого натра, чтобы вытеснить весь аммиак, который
отгоняют и поглощают определенным количеством титрованного раствора серной
кислоты. Избыток последней титруют едкой щелочью и таким образом определяют
количество кислоты, затраченной на нейтрализацию аммиака; по этим данным су-
дят о количестве образовавшегося аммиака, а затем — и о количестве содержав-
шегося в соединении азота.
Галогены определяются по способу Кариуса. В стеклянную трубку, запаянную с
одного конца, приливают 1—2 см3 чистой азотной кислоты (уд. в. 1,5); сюда же
помещают кусочек (0,5—0,7 г) азотнокислого серебра и затем отвешенное (0,1—
0,3 г) в трубочке или в шарике вещество; трубку запаивают и подвергают затем
в особых печах нагреванию при температуре 150 С, а иногда значительно выше
(300 С). Вещество при этом окисляется, а содержащийся в нем галоген образует
галогенное серебро, которое по вскрытии трубки и по разбавлении смеси водой,
отфильтровывают, промывают, высушивают и взвешивают. По весу галогенного
серебра вычисляют количество галогена.
Так же поступают и при определении серы и фосфора, с той лишь разницей, что
в трубку с HN03 и анализируемым веществом не прибавляют азотнокислого сереб-
ра; образовавшиеся при окислении серную и фосфорную кислоты осаждают уже по
вскрытии трубки, первую — хлористым или азотнокислым барием, а вторую — маг-
незиальной смесью (MgCl2 + NH4C1 + NH4OH) .
Определение других неметаллов производится также при помощи разрушения ор-
ганического вещества азотной кислотой; при этом неметаллы дают соответствую-
щие кислоты, а их анализ производится по общим методам минерального анализа.
Металлы определяют или в виде сернокислых солей, или в виде окисей, или в
виде свободных металлов. Первый способ применяется для определения щелочных и
щелочноземельных металлов. Отвешенное в тигле испытуемое вещество (0,3—0,4 г)
осторожным нагреванием на пламени бунзеновской горелки обугливают и затем,
прибавив несколько капель крепкой серной кислоты, выпаривают и прокаливают
полученную сернокислую соль металла, по охлаждении взвешивают. В виде окисей,
образующихся при непосредственном прокаливании органического соединения, оп-
ределяются следующие металлы: Al, Cr, Zn, Си и РЬ. Серебро же, золото и пла-
тина, при прокаливании содержащих их органических соединений, получаются пря-
мо в металлическом виде; в таком виде они и взвешиваются.
Вывод
формулы
Возьмем для примера уксусную кислоту. Положим, что при сжигании 0,2200 г ее
получено 0,3210 г угольного ангидрида и 0,1340 г воды. Отсюда вес углерода и
водорода определяется путем следующих рассуждений.
Химическая формула угольного ангидрида — СОг, частичный вес его (С = 12 и
02 = 32) — 44; грамм-молекула его = 44 г. Значит в 44 г угольного ангидрида
находится 12 г углерода, а в 0,3210 г угольного ангидрида углерода будет
х = (12*0,3210)/44 = 0,08754 г
Это значит, что в 0,2200 г уксусной кислоты найдено при анализе 0,08754 г
углерода.
Так же рассуждаем и относительно количества водорода.
Частичный вес воды (Н20) = 18. Следовательно, на 18 г воды приходится 2 г
водорода, а в полученных при анализе 0,1340 г будет
у = (2*0,1340)/18 = 0,01488 г.
Таким образом узнают, сколько во взятом количестве уксусной кислоты содер-
жится углерода и водорода. Сумма их количеств меньше взятого количества ук-
сусной кислоты; следовательно, в ней есть еще что-то, кроме углерода и водо-
рода. А так как качественный анализ уксусной кислоты показывает, что в ней
нет других элементов, то это может быть только кислород, потому что его, как
уже сказано выше, обыкновенно не определяют качественно. Вычитая сумму чисел,
выражающих вес углерода и водорода (0,08754 + 0,01488) из взятого количества
уксусной кислоты (0,2200), получают для кислорода 0,11758 г.
Эти числа переводятся затем на процентные отношения. Для этого найденное
количество элемента помножают на 100 и произведение делят на количество взя-
того для анализа вещества.
Вот сокращенные формулы, по которым вычисляется количество углерода и водо-
рода прямо в процентах:
С = (3*т*100)/(11*а)
Н = (п*100)/(9*а)
где а выражает вес взятого вещества, m — количество угольного ангидрида и п
— количество воды. Вычисляя по этим формулам для нашего примера, получаем: С
= 39,74 %, Н = 6,76 %. Их сумма = 46,50. До 100 недостает 53,50; это число и
выражает процентное содержание кислорода в уксусной кислоте.
На основании полученных данных нужно вывести формулу уксусной кислоты. Для
этого узнают сначала, какому атомному отношению отвечает данное содержание
элементов в уксусной кислоте; зная же весовые количества каждого элемента,
относительное число их атомов находят простым делением этих количеств на со-
ответствующий атомный вес:
С = 39,74:12 = 3,31;
Н = 6,76: 1 = 6,76;
О = 53,50:16 = 3,33.
Числа 3,31, 6,76 и 3,33 и будут выражать искомые атомные отношения, т. е.
если допустить, что углерод входит в состав уксусной кислоты в количестве
3,31 атома, то водорода там будет 6,76 атома и кислорода 3,33 атома. Но из-
вестно, что атомы могут входить в соединения только целиком, а не частями;
поэтому все эти числа должны быть приведены к единице. Для этого каждое чис-
ло , выражающее атомное отношение, делят на наименьшее, из них, т. е. в данном
случае на 3,31:
С = 3,31:3,31 = 1;
Н =6,76:3,31 = 2,042;'
О = 3,33:3,31 = 1,006.
Для углерода получается теперь целое число, для водорода же и кислорода —
опять с дробями, хотя уже разница от целых чисел выражается лишь в сотых и
даже в тысячных долях. Относительно этого следует заметить, что методы коли-
чественного анализа не представляют абсолютной точности. Водорода обыкновенно
получается больше, вследствие невозможности достигнуть полной сухости мате-
риалов и самой трубки, употребляемых при анализе, а углерода получается обык-
новенно меньше, вследствие неизбежной потери С02. Ошибка в том и другом слу-
чае = 0,1—0,3 %. Следовательно, эти дробные числа можно отбросить1, предпола-
гая, что они явились как результат ошибки опыта, и состав уксусной кислоты
выразится тогда так: СН20.
Эта формула указывает лишь на соотношение числа атомов в частице уксусной
кислоты, но она может и не выражать истинной частичной формулы. И в самом де-
ле , если мы удвоим или утроим число атомов в этой формуле, т. е. напишем ее
так: С2Н4О2 или СзНбОз, то соотношение атомов и здесь останется неизменным. Та-
ким образом, на основании результатов анализа, вопрос об истинной частичной
формуле остается неразрешенным. Частичную формулу соединения узнают лишь по-
сле определения частичного (молекулярного) веса его. Методы определения по-
следнего те же, что и для веществ неорганических.
Опыт показывает, что частичный вес уксусной кислоты равен 60, а при формуле
СН20 он был бы равен только 30; ясно, что число атомов должно быть удвоено,
т. е. уксусная кислота имеет формулу С2Н402.
Задача исследования органических соединений на этом не оканчивается: прихо-
дится еще иметь дело с изомерией.
Теория строения
органических
соединений
Известны два спирта: пропиловый и изопропиловый. Их качественный и количе-
ственный состав одинаков, величина частицы также одинакова, частичная формула
для обоих С3Н80. Тем не менее, свойства этих тел различны; такие тела называ-
ются изомерными. Причину этого явления наглядно можно объяснить таким грубым
сравнением: из миллиона кирпичей можно построить два здания; качество и коли-
чество кирпичей в каждом здании одно и то же, но по архитектуре эти здания
могут быть различны, а архитектура зависит от того или другого расположения
кирпичей. То же самое можно сказать и об органических соединениях: при одина-
ковом качественном и количественном составе они могут отличаться по архитек-
туре своих частиц, а архитектура частицы зависит от того или другого располо-
жения атомов. Следовательно, необходимо определять еще архитектуру самой час-
тицы. Конечно, действительного расположения атомов в частице мы знать не мо-
жем, но взаимное соотношение их, зависимость атомов друг от друга мы можем
понять, и изображаем это схематично. Учение о взаимном соотношении атомов в
частице носит название теории строения органических соединений. Она явилась
около 65 лет тому назад. Основателями ее были: англичанин Купер, немцы Кекуле
и Эрленмейер и наш соотечественник Бутлеров.
Теория строения исходит из учения о валентности (атомности) элементов. Из-
вестно, что кислород, например, двувалентен, потому что один его атом соеди-
няется с двумя атомами водорода, образуя Н20, сера также двувалентна (H2S),
азот трехвалентен (NH3) , углерод же четырехвалентен. Это подтверждается суще-
ствованием, например, следующих соединений: СН4, СС14, СН3С1, СОС12.
В СН4 один атом углерода соединен с четырьмя атомами водорода, т. е. четыре
1 Так как валентность (атомность) углеродного атома выражается четным числом (4), то
необходимо, чтобы общая сумма валентностей всех соединенных с углеродом элементов
была также четная, а отсюда: атомы элементов с четной валентностью могут входить в
частицу и в четном и в нечетном числе; атомы же элементов с нечетной валентностью
входят в частицу только лишь в четном числе. Например, не может быть соединения с
формулой С2Н30; водорода должно быть обязательно или 2 или 4 и т. д. атома. Это пра-
вило нужно иметь в виду при выводе формулы данного соединения на основании результа-
тов его анализа.
единицы сродства углеродного атома насыщены четырьмя единицами сродства четы-
рех атомов водорода; водород, как известно, одновалентен, т.е. атом водорода
обладает одной единицей сродства. В СС14 и в СН3С1 атом углерода соединен с
четырьмя атомами также одновалентных элементов: в первом соединении — с че-
тырьмя атомами одновалентного хлора, а во втором — с тремя атомами водорода и
с одним атомом хлора. В С0С12 атом углерода соединен с атомом двухвалентного
кислорода, на что потрачено две единицы сродства углерода, и с двумя атомами
хлора, на что потребовались остальные две единицы сродства углеродного атома.
Таким образом в приведенных примерах четырехвалентность углерода несомненна.
Однако есть соединение, называемое окисью углерода, с формулой СО; здесь уг-
лерод, по-видимому, двухвалентен, так как один его атом связан с одним лишь
атомом двувалентного кислорода, т.е. в окиси углерода насыщены только две
единицы сродства углерода двумя единицами сродства атома кислорода. Изучение,
свойств окиси углерода показывает, что это — соединение не вполне насыщенное
и потому оно способно присоединять к себе, например, два атома хлора и давать
при этом хлор-окись углерода (фосген) COCI2, в котором четырехвалентность уг-
лерода уже несомненна. Значит и в окиси углерода необходимо признать четырех-
валентность углерода, но только в ней не все единицы сродства углерода насы-
щены сродством кислорода, а только две; остальные же две единицы сродства ос-
тались свободными, но способными к дальнейшему насыщению.
Итак, между углеродистыми соединениями приходится различать насыщенные, или
предельные, и ненасыщенные, или непредельные, соединения (Эрленмейер). В пре-
дельных соединениях все четыре единицы сродства каждого углеродного атома на-
сыщены сродством других атомов; в непредельных же часть сродства насыщена, а
часть остается ненасыщенной, но способной к насыщению.
Чтобы уяснить себе теорию строения, возьмем для примера древесный спирт
СН40. Рассматривая эту формулу, мы видим, что углерод здесь как бы шести ва-
лентен, так как он связан с четырьмя атомами водорода и одним атомом кислоро-
да; сумма валентностей (единиц сродства) этих атомов равна шести.
На самом же деле углерод и здесь четырехвалентен. Чтобы доказать это, нужно
исследовать это тело, так как строение всякого соединения может быть опреде-
лено, между прочим, изучением его превращений.
Рассмотрим два превращения древесного спирта: реакцию его с натрием и с пя-
тихлористым фосфором.
1) Если взять грамм-молекулу древесного спирта СН40, т.е. 32 г его, и приба-
вить к нему натрия, то сейчас же начнется выделение водорода, причем как
бы много мы ни прибавляли натрия никогда больше 1 г водорода не выделится
из 32 г спирта, а между тем в грамм-молекуле древесного спирта содержится
4 г водорода; значит, натрий в состоянии вытеснить только четвертую часть
всего водорода, заключающегося в молекуле спирта; из его формулы СН40 яс-
но, что четвертая часть составляет один атом водорода. Итак, при действии
натрия из молекулы древесного спирта выделяется только один атом водоро-
да, остальные три атома водорода остаются невытесненными. Уравнение этой
реакции выразится так:
СН40 + Na = CH3ONa + H
Из этого факта следует, что из четырех атомов водорода, содержащихся в мо-
лекуле древесного спирта, один имеет особенный характер по сравнению с ос-
тальными тремя. Объяснить эту особенность можно только тем, что он связан с
углеродом как-нибудь иначе, чем три остальные.
2) Если на тот же спирт подействовать пятихлористым фосфором, то из СН40 вы-
делится не только атом водорода, но и атом кислорода:
CH40 + РС15 = СН3С1 + Р0С13 + НС1
В продуктах той и другой реакции, т.е. в CH3ONa и СН3С1, содержится общая
им группа - СН3, которая, несомненно, имеется и в СН40 и которая ни от дейст-
вия натрия, ни от действия РС15 не изменяется; изменяются же только атом во-
дорода и атом кислорода. Чтобы показать это на самой формуле, мы пишем ее
так: СНЗОН.
В органической химии таких групп, как СН3, очень много. Они носят название
радикалов и при реакциях двойного обмена целиком, без изменения, переходят из
одного соединения в другое, т. е. вполне уподобляются в этом случае атомам.
Поэтому соединение СН3С1 можно сравнить, например, с НС1. Так:
НС1 + КОН = КС1 + Н(ОН).
СН3С1 + КОН = КС1 + СН3(ОН) .
Атомы также могут быть названы радикалами, но простыми, а эти — сложными.
Как те, так и другие обладают определенной валентностью. Так СН3 — радикал
одновалентный, потому что соединяется с одним атомом хлора, образуя СН3С1.
Радикалы, как и атомы, обыкновенно в свободном состоянии не существуют; в мо-
мент выделения своего из соединений они сейчас же соединяются или между со-
бой, или с другими группами или атомами, образуя молекулы.
На основании вышеизложенного следует, что формула СН40 состоит из двух свя-
занных между собою частей: неизменяемой СН3 и изменяемой ОН. Чтобы решить во-
прос о способе связывания атомов в СН40, рассмотрим каждую часть отдельно.
Начнем с радикала СН3. Наиболее близким к нему соединением по формуле будет
СН4 — метан, это сходство проявляется не только в формулах, но и в их превра-
щениях: метан, как и радикал СН3, не изменяется ни от действия натрия, ни от
действия пятихлористого фосфора; отсюда заключаем, что и способ связывания в
них атомов углерода и водорода должен быть одинаков; но для метана допустимо
одно только предположение, а именно, что четырехвалентный углерод четырьмя
своими единицами сродства соединен непосредственно с четырьмя атомами водоро-
да, и свободных единиц сродства у углерода не остается; что же касается ради-
кала СН3, то в нем три единицы сродства углерода обусловят непосредственное
соединение с тремя атомами водорода, а четвертая останется свободной. Если мы
условимся единицы сродства изображать черточками, то формулы метана и радика-
ла СН3 будут такие:
Н Н
I I
Н —С—Н и Н —С —Н
■I 1
н
Обратимся теперь к изменяемой части древесного спирта, к ОН. Наиболее близ-
ким к ней соединением по формуле будет вода Н20. Это сходство подтверждается
и тождеством их отношений к действию натрия и РС15. Вода также легко реагиру-
ет и с тем и с другим по следующим уравнениям:
1) Н20 + Na = NaOH + Н
2) Н20 + РС15 = НС1 + Р0С13 + НС1
Ввиду сходства воды и ОН по формулам и тождества их по превращениям заклю-
чаем, что способ связывания в них атомов должен быть одинаковым. В воде связь
атомов такова, что двухвалентный кислород на счет своих двух единиц сродства
непосредственно присоединил два атома водорода; значит формула воды будет та-
кая: Н—О—Н; тогда способ связывания атомов в изменяемой части древесного
спирта должен изобразиться так: Н—О—, т.е. одна единица сродства кислорода
насыщена сродством водорода, а другая остается свободной.
Итак неизменяемая часть древесного спирта — радикал СН3 — имеет свободную
единицу сродства и в свободном состоянии существовать не может; равным обра-
зом и изменяемая часть ОН, называемая гидроксилом, или водным остатком, обла-
дает свободной единицей сродства и также не существует в свободном состоянии;
на счет свободных единиц сродства они и соединяются друг с другом, образуя
молекулу древесного спирта, вследствие чего формула его изображается так:
Н
I
н —с—н
I
о-н
Рассматривая эту формулу, мы ясно видим, что в древесном спирту углерод че-
тырехвалентен, а не шестивалентен, как это вытекало из формулы СН40; затем
при такой формуле понятно, почему только один атом водорода вытесняется на-
трием, а не все четыре: именно потому, что он связан с углеродом не непо-
средственно, как остальные три, а при посредстве кислорода. Наконец формула
эта отвечает нам и на такой вопрос: почему превращения древесного спирта ана-
логичны с превращениями воды; а потому, что и в том, и в другой имеется общая
им гидроксильная группа.
Формулы, показывающие, как атомы связаны друг с другом, из каких групп ато-
мов образована молекула данного соединения, носят название формул строения,
или формул рациональных, или формул структурных, в отличие от формул эмпири-
ческих, указывающих лишь на качественный состав, на количественный состав и
на молекулярный вес, например СН40.
К такой же формуле строения древесного спирта можно прийти и другим путем,
именно по способу его получения. Для этого исходим из болотного газа, в кото-
ром все четыре единицы сродства углеродного атома насыщены сродством четырех
атомов водорода и связь углерода с атомами водорода непосредственная, что вы-
ражается формулой
Н
I
н —с—н
I
н-
Если обработать его хлором, то один атом водорода может выделиться из со-
единения, а на место его становится атом хлора:
Н Н
! ' ■ !
Н —С —Н + С1* = Н —€—Н+НС1
1 1
Н С1
Если на полученное соединение СН3С1 подействовать водой Н—О—Н, то С1 соеди-
няется с Н, образуя НС1, а на счет освободившейся единицы сродства кислород-
ного атома происходит присоединение водного остатка к углероду и получается
соединение, которое и есть рассмотренный нами раньше древесный спирт:
н - н
I I
н —С--Н + Н —о —н = на + н —с-»н
I I
С! 0 — Н
Таким образом древесный спирт может быть рассматриваем как производное бо-
лотного газа, в котором один атом водорода замещен на гидроксил.
Приведенный пример ясно показывает, каким образом на основании изучения хи-
мических превращений данного тела или на основании способа его получения мож-
но вывести рациональную формулу.
Выяснение способа связывания атомов в молекуле, иначе — вывод формулы
строения тел, оказался возможным благодаря тому, что при химических реакциях
молекулы действующих тел не разлагаются на атомы, а распадаются на группы
атомов, на радикалы, из которых и создаются молекулы новых тел.
Сложность и разнообразие
органических соединений
Органические соединения нередко содержат в своей молекуле очень большое
число углеродных атомов и вообще отличаются крайним разнообразием. Причина
такой сложности и разнообразия органических тел лежит, прежде всего, в высо-
кой валентности (4) углерода, а затем, в способности углеродных атомов соеди-
няться или между собою или с другими многовалентными атомами и притом так,
что на это соединение они тратят не все свое сродство, а лишь часть его. Вот
несколько комбинаций подобного рода:
О 2) 3); 4) 5)
с^ с= с== ■ с= с =
I ! : /\
С= — С — Сн=== С — С ~С= = С С—C=N — О — Н
I i I. I ! i
I
Gee
Первая группировка носит название открытой цепи с нормальным строением;
вторая и третья носят название также открытой цепи, но с ненормальным или
изо-строением; от первой группировки вторая и третья отличаются тем, что в
них имеются кроме основной цепи углеродных атомов еще боковые ветви: во вто-
рой одна ветвь, а в третьей две; четвертая представляет пример замкнутой цепи
углеродных атомов; а в пятой мы видим, что средний в цепи углеродный атом,
потратив по одной единице сродства на соединение с двумя соседними углерода-
ми, на счет остальных двух единиц соединился с трехвалентным атомом азота, у
которого, в свою очередь, после присоединения осталась еще одна единица срод-
ства; при помощи ее азот соединяется с кислородом, а к последнему присоединя-
ется еще водород. С другими углеродными атомами могут соединиться другие мно-
говалентные элементы, опять-таки потратив на соединение только часть сродст-
ва , а свободное сродство обусловит присоединение новых атомов и т. д. Ясно,
что частица будет все более и более усложняться и разнообразиться, и теорети-
чески трудно представить себе предел подобных изменений.
Теперь обратим внимание на характер связи углеродных атомов между собою. В
первой, второй, третьей и пятой комбинациях крайние в цепи углероды потратили
на соединение с другими углеродными атомами лишь по одной единице сродства, и
у каждого из них остается еще по три единицы свободными; такая связь носит
название первичной, и углерод называется первичным. Если же углеродный атом
связан с двумя углеродами и потратил при этом по одной единице сродства на
соединение с каждым, так что у него остаются только две единицы свободными
(см. комбинацию четвертую или в первой комбинации связи остальных двух ато-
мов, кроме крайних), то такая связь называется вторичной, и углерод будет
вторичным. Во второй комбинации имеем случай третичной связи, именно при вто-
ром углероде; у него только одна единица сродства свободна; такой углерод на-
зывается третичным. В комбинации третьей мы встречаем новый случай связи, на-
зываемый четверичной; такой связью соединен центральный углеродный атом, по-
тративший все свои единицы сродства на соединение с четырьмя другими атомами
углерода.
Заручившись этими сведениями, можно теперь же объяснить различие двух про-
пиловых спиртов, имеющих одну и ту же эмпирическую формулу СзН80. Оба они
производятся из углеводорода С3Н8 (пропана) через замещение в нем одного ато-
ма водорода на водный остаток, точно так же, как древесный спирт производится
из болотного газа.
Для углеводорода С3Н8 возможна лишь одна группировка углеродных атомов, а
именно нормальная; изо-строение - при трех атомах углерода немыслимо, так как
в изо-строении обязательно присутствие или третичного или четверичного угле-
родного атома; а при трех углеродных атомах таковых быть не может. Замкнутая
цепь трех углеродов возможна; они связываются тогда в виде треугольника:
и
с
/\
=с —с =
Но при такой группировке свободных единиц сродства остается только шесть, а
для присоединения восьми атомов водорода их нужно иметь восемь; значит в СзН8
не может быть замкнутой цепи углеродных атомов. Отсюда следует, что для угле-
водорода СзНв возможна лишь одна формула строения:
С = Н3
с = н2
с = н3
Если какое-либо соединение имеет только одну формулу строения, значит, оно
изомеров не имеет; отсюда углеводород пропан С3Н8 изомеров не имеет. Чтобы от
формулы пропана произвести формулу пропилового спирта, нужно один из восьми
атомов водорода заменить на гидроксил. При этом возникает вопрос, будут ли
изомеры пропилового спирта и вообще отчего изомерия будет зависеть. Допустим,
что в пропане все восемь атомов водорода тождественны между собою; в таком
случае безразлично, который из них испытает замещение на гидроксил, получится
всегда один и тот же спирт, и изомеров не будет. Теперь допустим, что в про-
пане все восемь атомов водорода различны по своему характеру; в таком случае
для пропилового спирта получим восемь различных изомеров. Значит изомерные
спирты будут лишь в том случае, когда водороды в пропане окажутся неодинако-
выми, а число изомерных спиртов будет зависеть от того, скольких родов водо-
роды имеются в. пропане; тождество же или различие атомов водорода зависит от
того, будут ли водороды связаны с первичным, вторичным или третичным углерод-
ным атомом. В формуле пропана находятся два первичных углерода (это те, кото-
рые образуют группы СН3) и один вторичный (в группе СН2) . Отсюда следует, что
с^н3
|/он
CSH,
в пропане содержатся двух родов водороды: шесть тождественных между собой в
группах СНз и два также тождественных между собой, но отличных от остальных
шести, в группе СН2. Замещая Н в одной из групп СН3 на ОН, в которой — без-
различно, получаем один изомер; при замещении же Н в группе СН2 — другой, по-
тому что в. первом случае замещение испытывает водород, стоящий при первичном
углероде, а во втором — при углероде вторичном; рациональные формулы их сле-
дующие:
ОН '
/
с=нг
С=Н2 и
I
с-н3
Для упрощения этих формул черточки, указывающие на связь водорода с углеро-
дом, не пишутся; они остаются для указания связи только между углеродными
атомами, а атомы водорода пишутся просто рядом с углеродными атомами, что и
обозначает их непосредственную связь; группы же атомов, как, например, гидро-
ксил ОН, отделяются точкой или ставятся в скобки; тогда формулы пропиловых
спиртов изобразятся так:
CFVOH СН, СН,(ОН) СНа
I " i ' I i
СНа и СН-ОН или СН2 и СН(ОН)
I | .! . ;
сна сна сн3 сн3
Часто формулы строения пишутся не в вертикальном направлении, а в горизон-
тальном :
СН2(ОН)-СН2-СН3 и СН3-СН(ОН)-СН3
Иногда черточки заменяются точками:
СН2(ОН) СН2СН3 и СНз'СН(ОН) "СНз
Пропиловый спирт, имеющий группу СН2 (ОН) , называется первичным, потому что
гидроксил стоит при первичном углеродном атоме, а спирт с группой СН(ОН) на-
зывается вторичным, так как в нем гидроксил связан с вторичным углеродом.
Итак, по теории строения должны существовать два изомерных пропиловых спир-
та; это же число изомеров получено и на опыте; все попытки получить большее
число изомеров были безуспешны.
Стереохимическая
гипотеза
Теория строения испытала дальнейшее развитие, вызванное тем, что между ор-
ганическими телами открыты были такие, которые и по составу, и по величине
частицы, и по строению — тождественны, а по физическим свойствам — различны;
а именно, одни обладают способностью вращать плоскость поляризации вправо,
другие влево, а третьи оказываются оптически недеятельными. Такое различие
структурная теория не объясняет. Этим телам дано было общее название: оптиче-
ские или физические изомеры (в отличие от структурных изомеров). Причину оп-
тической деятельности сначала усматривали в различной группировке частиц, об-
разующих кристалл; и действительно вращательная способность, например хлорно-
вато-натриевой соли, сейчас же прекращается, как только соль эту переведут в
раствор, т. е. как только изменят ее агрегатное состояние. Но между органиче-
скими телами есть и такие, которые вращают плоскость поляризации и в раство-
рах и даже в парообразном состоянии. В последнем случае тела существуют, как
известно, в виде отдельных молекул, а не в виде их комплексов; значит к ним
вышеприведенное объяснение уже неприложимо, и оставалось искать причину изо-
мерии в отдельной частице, а не в группировке их друг относительно друга.
Так как частица каждого соединения образована сочетанием атомов, то единст-
венной причиной изомерии двух или нескольких тел, при тождестве их структур-
ных формул, может быть различное расположение атомов в пространстве. Такое
учение о пространственном расположении атомов, образующих частицу, носит на-
звание стереохимической гипотезы. Она высказана была в 1874 году одновременно
и независимо друг1 от друга Лебелем и Вант-Гоффом.
Рассмотрим наиболее простую систему, образованную одним лишь углеродным
атомом, а именно болотный газ СН4. В нем четыре единицы сродства углерода на-
сыщены сродством четырех атомов водорода. При всех попытках заместить тот,
другой, третий или четвертый атомы водорода, например на бром, всегда получа-
ется одно и то же тело СН3Вг — бромистый метил, который таким образом изоме-
ров не имеет. Отсюда следует, что в болотном газе все водородные атомы тожде-
ственны между собою, а тождество это возможно лишь при тождеств всех единиц
сродства углерода; значит они действуют в пространстве вполне равномерно, т.
е. в таком направлении, как линии, проведенные в правильном тетраэдре1 от
центра его к четырем углам. Поэтому соединение, содержащее один атом углеро-
да, представляют себе как правильный тетраэдр, в центре которого находится
углерод, а по четырем углам тетраэдра помещаются атомы или группы атомов, ко-
торые насыщают сродство углерода; например, болотный газ изображается так:
Представим себе, что три водородных атома будут замещены атомами трех раз-
личных элементов (назовем их А, В, С), т. е. тот случай, когда все четыре
единицы сродства углерода будут насыщены различными атомами; для этого случая
теория строения не предвидит изомеров; по стереохимической же гипотезе воз-
можно двоякое изображение такой системы, а этому изображению должно отвечать
и существование двух стереохимических изомеров, или стереоизомеров, а именно:
в в
1 Идея тетраэдрического представления высказана была Бутлеровым еще в 1862 роду.
Разница этих двух конфигураций состоит в том, что в первом изображении эле-
менты А, В, С расположены последовательно от левой руки к правой, а во втором
— наоборот; или в первом — по направлению движения часовой стрелки, а во вто-
ром — в направлении обратном. Одна из этих фигур есть зеркальное изображение
другой; они разнятся между собою, как правая и левая перчатки.
Если допустить, что от того или другого распределения атомов в частице за-
висит какое-нибудь физическое свойство, например вращательная способность, то
в разбираемых примерах она должна обнаружиться в противоположных направлени-
ях; например если тело с первой конфигурацией вращает плоскость поляризации
вправо, то другое тело должно иметь левое вращение.
При рассматривании структурных формул оптически деятельных соединений все-
гда наблюдается следующий общий факт: в формуле каждого такого тела есть по
крайней мере один углеродный атом, связанный с четырьмя различными атомами
или группами; такой углерод вызывает несимметричность частицы и потому назы-
вается асимметрическим.
Подобный факт предсказывается и гипотезой: различные конфигурации тетраэд-
ров возможны только при условии четырех различных заместителей.
Если эта зависимость не случайная, то как только из четырех заместителей
два сделаются одинаковыми, оптическая деятельность должна исчезнуть. Опыт
вполне подтверждает эти соображения; например известен амиловый спирт с такой
формулой строения:
QtY\/ ХСН2(ОН)
Углерод, обозначенный звездочкой, асимметричен, т. е. связан с четырьмя
различными группами: СН3, С2Н5, H и СН2 (ОН) . В этом спирте гидроксил (ОН) лег-
ко заместить на различные атомы и группы, например на I, CN, COOH, NH2; но
все эти превращения не нарушат асимметричности углерода и потому не вызовут
прекращения оптической деятельности; зато, как только на место гидроксила
становится водород, т. е. как только образуется вторая группа СН3, соединение
перестает быть деятельным.
Итак присутствие асимметрического углерода1 есть причина оптической дея-
тельности соединений, вызывающая существование двух деятельных стереоизомеров
— правого и левого.
Прекращение оптической деятельности может быть вызвано не только нарушением
асимметрии углерода, но и смешением равных количеств правого и левого изоме-
ров, тогда противоположные вращения взаимно уничтожаются, и получается тело
недеятельное, но подходящими приемами его можно вновь разделить на два дея-
тельных .
Существование нескольких асимметрических углеродных атомов в частице обу-
словит большее разнообразие конфигураций. Так как один асимметрический угле-
род вызывает существование двух деятельных изомеров, то при наличности второ-
го асимметрического углеродного атома каждый из этих изомеров может образо-
вать еще по два изомера, т. е. всего будет четыре; при трех же асимме-
трических углеродах число деятельных изомеров равно восьми и т. д. О стерео-
изомерии непредельных соединений будет упомянуто при описании соответствующих
соединений.
1 Есть уже факты, указывающие на существование оптически деятельных соединений без
асимметрического углерода, но при асимметрии молекулы.
Классификация
органических
соединений
Главнейшие классы органических соединений следующие:
1) Углеводороды; это — соединения, состоящие только из углерода и водорода;
например СН4, С2Нб и пр. По химическому характеру они — тела нейтральные.
2) Галогенопроизводные углеводородов суть продукты замещения водорода угле-
водородов на галоген; например CH3Br, CH2I2, C2H5C1 и пр. Тела нейтральные.
3) Спирты или алкоголи, характеризующиеся присутствием водного остатка (гид-
роксильной группы); они могут быть произведены из углеводородов через за-
мещение Н на ОН; например СН3ОН, С2Н4(ОН)2 и др. Нейтральны; только фенолы
имеют слабо кислые свойства.
4) Эфиры суть такие производные спиртов, в которых водород гидроксила заме-
щен на углеводородный или кислотный радикал; первые носят название про-
стых эфиров, например СН30'СН3, а вторые — сложных, например СН3'0'С2Н30.
Те и другие нейтральны.
Углеводородным радикалом называется сложная углерод содержащая группа, ос-
тающаяся по отнятии одного атома водорода от частицы углеводорода, например
СН3 из СН4, С2Н5 из С2Нб: углеводородные радикалы называются еще спиртовыми и
могут быть рассматриваемы как остаток частицы спирта, образовавшийся через
отнятие от нее гидроксила, например СН3 из СН3'ОН, С2Н5 из С2Н5ОН.
Кислотный радикал есть остаток кислоты, образовавшийся по отнятии гидрокси-
ла от частицы кислоты, например СН3СО из СН3СООН, или СбН5.СО из СбН5'СООН.
Кислотные радикалы называются иногда ацилами.
5) Алдегиды и кетоны характеризуются присутствием карбонильной группы, или
карбонила: >С=0; в кетонах эта группа соединена с двумя углеводородными
радикалами, например:
снзч
>с=о,
сн/
а в алдегидах — с радикалом и водородом, например:
сн3
н
3")С^:0 или СН3-СН —О.
Те и другие нейтральны.
6) Органические кислоты характеризуются присутствием карбоксильной группы,
или карбоксила: —СО ОН и производятся из углеводородов через замещение в
них водорода на эту группу, например СН3—СО ОН, СН2(СО'ОН)2. От органиче-
ских кислот происходит ряд производных, как например соли CH3'COONa, ан-
гидриды СН3—СО О СО—СН3, хлорангидриды СН3С0С1 и т. д.
7) Нитросоединения суть продукты замещения водорода в углеводородах на груп-
пу „нитро" N02, например CH3'N02. Первичные и вторичные нитросоединения
имеют слабо кислые свойства, а третичные нейтральны.
8) Амины и амиды. Первые суть производные аммиака NH3, происшедшие через за-
мещение в нем водорода на углеводородные радикалы; например NH2'CH3,
NH(CH3)2, N(CH3)3 и др.; а во-вторых заместителем служит кислотный радикал,
например NH2(CH3CO). Амины — тела с основными свойствами, а амиды ней-
тральны .
9) Аминокислоты производятся замещением водорода в радикале кислоты на груп-
пу „амино" NH2; например СН2 (NH2) —СО' ОН. Тела нейтральные .
Кроме производных аммиака есть еще производные ди-амида NH2—NH2 и ди-имида
NH=NH; таковы:
10)Гидразины, происходящие через замещение одного или обоих водородов при
одной группе NH2 в ди-амиде на углеводородные радикалы; например C6H5'NH—
NH2 . Тела основные.
11)Гидразосоединения, когда у обоих NH2 в ди-амиде по одному Н замещены на
радикалы, например СбН5 NH-NH' СбН5 . Слабые основания.
12)Азосоединения суть аналогичные гиаразосоединениям производные ди-имида,
например СбН5 N=N" СбН5 . Слабые основания.
13)Ди-азосоединения суть производные ди-имида, в котором один водород заме-
щен на углеводородный радикал, а другой — на водный остаток; например
C6H5-N=N—ОН. Тела основные.
14) Металлорганические соединения производятся из углеводородов через замеще-
ние водорода на металл, так что последний, как и водород, связан непо-
средственно с углеродом; например
GH3Na, Zn<(
ХСН3
Тела нейтральные.
15)Цианистые соединения производятся из углеводородов замещением водорода на
группу CN, например CH3'CN. Нейтральны.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Ликбез
СТАТИСТИКА КОТИКОВ
Савельев В.
Мало кто любит статистику.
Одни считают эту науку сухой и безжизненной. Другие боятся и избегают ее.
Третьи полагают, что она бесполезна. Но у меня другое мнение на этот счет.
На мой взгляд, статистика обладает своей особой внутренней красотой. Ее
можно увидеть, вглядываясь в корреляционную матрицу, рассматривая дендрограм-
мы или интерпретируя результаты факторного анализа. За каждым статистическим
коэффициентом стоит маленькое чудо, раскрывающее скрытые закономерности окру-
жающего нас мира.
Но чтобы найти эту красоту, чтобы услышать поэзию, которая пронизывает ста-
тистику насквозь, необходимо преодолеть первоначальный страх и недоверие, вы-
званное внешней сложностью этого предмета.
Для того и написана эта публикация. Чтобы показать, что статистика не такая
страшная, как о ней думают. И что она вполне может быть такой же милой
и пушистой, как котики, которые встретятся вам на этих страницах.
Глава 1. Как выглядят котики или
основы описательной статистики
Котики бывают разные. Есть большие котики, а есть маленькие. Есть котики
с длинными хвостами, а есть и вовсе без хвостов. Есть котики с висячими ушка-
ми, а есть котики с короткими лапками. Как же нам понять, как выглядит типич-
ный котик?
Для простоты мы возьмем такое котиковое свойство, как размер.
Первый и наиболее очевидный способ — посмотреть, какой размер котиков
встречается чаще всего. Такой показатель называется модой.
Мода
f*
(f*
Ж9 С Ж'
ДФ7Фл /,©7®)i Г,®,,®
V /
Частота моды • 3
Второй способ: мы можем упорядочить всех котиков от самого маленького
до самого крупного, а затем посмотреть на середину этого ряда. Как правило,
там находится котик, который обладает самым типичным размером. И этот размер
называется медианой.
т
Минимум
Медиана
Максимум
Если же посередине находятся сразу два котика (что бывает, когда их четное
количество), то, чтобы найти медиану, нужно сложить их размеры и поделить это
число пополам.
Медиана
ё&
лЦод+((®х®'
ёШ
Последний способ нахождения наиболее типичного котика — это сложить размер
всех котиков и поделить на их количество. Полученное число называется средним
значением, и оно является очень популярным в современной статистике.
Среднее значение х
Однако, среднее арифметическое далеко не всегда является лучшим показателем
типичности.
Предположим, что среди наших котиков есть один уникум размером со слона.
Его присутствие может существенным образом сдвинуть среднее значение
в большую сторону, и оно перестанет отражать типичный котиковый размер.
Такой «слоновый» котик, так же как и котик размером с муравья, называется
выбросом, и он может существенно исказить наши представления о котиках. И,
к большому сожалению, многие статистические критерии, содержащие в своих фор-
мулах средние значения, также становятся неадекватными в присутствии «слоно-
вых» котиков.
Чтобы избавиться от таких выбросов, иногда применяют следующий метод: уби-
рают по 5—10% самых больших и самых маленьких котиков и уже от оставшихся
считают среднее. Получившийся показатель называют усеченным (или урезанным)
средним.
Котики для усеченного среднего
Альтернативный вариант — применять вместо среднего медиану.
Итак, мы рассмотрели основные методы нахождения типичного размера котиков:
моду, медиану и средние значения. Все вместе они называются мерами централь-
ной тенденции. Но, кроме типичности, нас довольно часто интересует, насколько
разнообразными могут быть котики по размеру. И в этом нам помогают меры из-
менчивости .
Первая из них — размах — является разностью между самым большим и самым ма-
леньким котиком. Однако, как и среднее арифметическое, эта мера очень чувст-
вительна к выбросам. И, чтобы избежать искажений, мы должны отсечь 25% самых
больших и 25% самых маленьких котиков и найти размах для оставшихся. Эта мера
называется межквартильным размахом.
Межквартильный размах
I 1
min I
т
max
Размах
Вторая и третья меры изменчивости называются дисперсией и стандартным от-
клонением. Чтобы разобраться в том, как они устроены, предположим, что мы ре-
шили сравнить размер некоторого конкретного котика (назовем его Барсиком)
со средним котиковым размером. Разница (а точнее разность) этих размеров на-
зывается отклонением. И совершенно очевидно, что чем сильнее Барсик будет от-
личаться от среднего котика, тем больше будет это самое отклонение.
ш
Отклонение
\J.\J
Средний котик
Барсик
Логично было бы предположить, что чем больше у нас будет котиков с сильным
отклонением, тем более разнообразными будут наши котики по размеру. И, чтобы
понять, какое отклонение является для наших котиков наиболее типичным, мы мо-
жем просто найти среднее значение по этим отклонениям (т. е. сложить все от-
клонения и поделить их на количество котиков).
/3
Однако если мы это сделаем, то получим 0. Для недоверчивых привожу доказа-
тельство :
л
п
п
п
п
п
i=l i=l i=l ; = 1 i=l У=1
Это происходит, поскольку одни отклонения являются положительными (когда
Барсик больше среднего), а другие — отрицательными (когда Барсик меньше сред-
него) . Поэтому необходимо избавиться от знака. Сделать это можно двумя спосо-
бами: либо взять модуль от отклонений, либо возвести их в квадрат, который,
как мы помним, всегда положителен. Последнее применяется чаще.
'W
1/3
Дисперсия D
И, если мы найдем среднее от квадратов отклонений, мы получим то, что назы-
вается дисперсией. Однако, к большому сожалению, квадрат в этой формуле дела-
ет дисперсию очень неудобной для оценки разнообразия котиков: если мы измеря-
ли размер в сантиметрах, то дисперсия имеет размерность в квадратных санти-
метрах . Поэтому для удобства использования дисперсию берут под корень, полу-
чая по итогу показатель, называемый среднеквадратическим отклонением.
'&.«>.
1/3
j
Среднеквадратическое отклонение (J
К несчастью, дисперсия и среднеквадратическое отклонение так же неустойчивы
к выбросам, как и среднее арифметическое.
Среднее значение и среднеквадратическое отклонение очень часто совместно
используются для описания той или иной группы котиков. Дело в том, что, как
правило, большинство (а именно около 68%) котиков находится в пределе одного
среднеквадратическохю отклонения от среднего. Эти котики обладают так назы-
ваемым нормальным размером. Оставшиеся 32% либо очень большие, либо очень ма-
ленькие . В целом же для большинства котиковых признаков картина выглядит
вот так.
Количество *
- - Значение признака
X-S X+S
Такой график называется нормальным распределением признака.
Таким образом, зная всего два показателя, вы можете с достаточной долей
уверенности сказать, как выглядит типичный котик, насколько разнообразными
являются котики в целом и в каком диапазоне лежит норма по тому или иному
признаку.
Чаще всего нас, как исследователей, интересуют все котики без исключения.
Статистики называют этих котиков генеральной совокупностью. Однако
на практике мы не можем замерить всю генеральную совокупность — как правило,
мы работаем только с небольшим количеством котиков, называемым выборкой.
Очень важно, чтобы выборка была максимально похожа на генеральную совокуп-
ность . Степень такой похожести называется репрезентативностью.
Необходимо запомнить, что существует две формулы дисперсии: одна для гене-
ральной совокупности, другая — для выборки. В знаменателе первой всегда стоит
точное количество котиков, а у второй — ровно на одного котика меньше.
Дисперсия генеральной
совокупности
Дисперсия выборки
Корень из дисперсии генеральной совокупности, как уже было сказано, называ-
ется среднеквадратическим отклонением. А вот корень из дисперсии по выборке
называется стандартным отклонением.
Однако не будет большой ошибкой, если вы будете пользоваться терминами
стандартное отклонение генеральной совокупности и стандартное отклонение вы-
борки. Чаще всего именно последнее и рассчитывается для реальных исследова-
ний.
Глава 2. Картинки с котиками или
средства визуализации данных
В предыдущей главе мы говорили про показатели, которые помогают определить,
какой размер является для котиков типичным и насколько он бывает разнообраз-
ным. Но когда нам требуется получить более полные и зрительно осязаемые пред-
ставления о котиках, мы можем прибегнуть к так называемым средствам визуали-
зации данных.
Первая группа средств показывает, сколько котиков обладает тем или иным
размером. Для их использования необходимо предварительно построить так назы-
ваемые таблицы частот. В этих таблицах есть два столбика: в первом указывает-
ся размер (или любое другое котиковое свойство), а во втором — количество ко-
тиков при данном размере.
fcyi^ ,'W-') f^yr), f?y--\
У А/ у у у \
т.&, {Ф<&\ mm
we
Размер Частота
#
V-C
т
4
3
2
Это количество, кстати, и называется частотой. Эти частоты бывают абсолют-
ными (в котиках) и относительными (в процентах).
С таблицами частот можно делать много интересных вещей. Например, построить
столбиковую диаграмму. Для этого мы откладываем две перпендикулярных линии:
горизонтальная будет обозначать размер, а вертикальная — частоту. А затем —
рисуем столбики, высота которых будет соответствовать количеству котиков того
или иного размера.
Частота
4 i
3 I
2
M
^>-_;^
Размер
А еще мы можем вместо столбиков нарисовать точки и соединить их линиями.
Результат называется полигоном распределения. Он довольно удобен, если коти-
ковых размеров действительно много.
Частота
Й
t--^
Размер
«
Наконец, мы можем построить круговую диаграмму. Величина каждого сектора
такой диаграммы будет соответствовать проценту котиков определенного размера.
Н
*>~<^
Следующая группа средств визуализации позволяет отобразить сразу два коти-
ковых свойства. Например, размер и мохнатость. Как и в случае со столбиковыми
диаграммами, первым шагом рисуются оси. Только теперь каждая из осей отобра-
жает отдельное свойство. А после этого каждый котик занимает на этом графике
свое место в зависимости от степени выраженности этих свойств. Так, большие
и мохнатые котики занимают место ближе к правому верхнему углу, а маленькие
и лысые — в левом нижнем.
о
о
н
Z
X
о
> с
S >s ;;
с % * * *v с
•* > с v с
Размер
Поскольку обычно котики на данной диаграмме обозначаются точками, то она
называется точечной (или диаграммой рассеяния). Более продвинутый вариант —
пузырьковая диаграмма — позволяет отобразить сразу три котиковых свойства од-
новременно (размер, мохнатость и вес). Это достигается за счет того, что сами
точки на ней имеют разную величину, которая и обозначает третье свойство.
Размер
Г?
>с
Вес
Последняя крупная группа средств визуализации позволяет графически изобра-
зить меры центральной тенденции и меры изменчивости. В простейшем виде это
точка на графике, обозначающая, где находится средний котик, и линии, длина
которых указывает на величину стандартного отклонения.
Размер
* -ф
ш
Средний котик
(7
Более известным средством является так называемый боксплот (или «ящик
с усами»). Он позволяет компактно отобразить медиану, общий и межквартильный
размах, а также прикинуть, насколько распределение ваших данных близко
к нормальному и есть ли у вас выбросы.
Выброс
Размер
\
С
ьж
1 к
1 « 1
-S
1 »-
*
<>
2 ■
Т
| Медиана |
#
Поч
-4
все котики
Выброс
Помимо вышеперечисленных средств существует еще немало специфических, зато-
ченных под определенные цели (например диаграммы, использующие географические
карты) . Однако, вне зависимости от того, какой тип диаграмм вы хотели бы ис-
пользовать , существует ряд рекомендаций, которые желательно соблюдать.
На диаграмме не должно быть ничего лишнего. Если на ней есть элемент,
не несущий какой-либо смысловой нагрузки, его лучше убрать. Потому что чем
больше лишних элементов, тем менее понятной будет диаграмма.
То же самое касается цветов: лучше ограничить их количество до трех. А если
вы готовите графики для публикации, то лучше их вообще делать черно-белыми.
Темная сторона
виз уализ ации
Несмотря на то, что средства визуализации помогают облегчить восприятие
данных, они так же легко могут ввести в заблуждение, чем, к сожалению, часто
пользуются разные хитрые люди. Ниже мы приведем самые распространенные спосо-
бы обмана с помощью диаграмм и графиков.
Проценты вместо абсолютных величин. Очень часто, чтобы придать своим данным
значимости, хитрые люди переводят абсолютное количество котиков в проценты.
Согласитесь, что результаты, полученные на 50% котиков, выглядят куда солид-
нее, чем на пяти.
Частота
Частота
50%
407.
30%
20%
10% 1
1_
Размер
5
4
3
2 4
1 1
Ж
Размер
Хитрость
Разоблачение
Сдвиг шкалы. Чтобы продемонстрировать значимые различия там, где их нет,
хитрые люди как бы «сдвигают» шкалы, начиная отсчет не с нуля, а с более
удобного для них числа.
Размер
Хитрость
Частота
100
7$
S0
25
0
Размер
ш
Разоблачение
Сокрытие данных. Если же цель хитрого человека в том, чтобы скрыть значимые
различия в данных, то их можно разместить на одной шкале с другими данными,
которые на порядок отличаются от первых. На их фоне любые различия или изме-
нения будут выглядеть незначительно.
^Н Котики нашего раионл
^Н Котики нашего двора
Частота
20
15
10 4
Ь t
Частота
4 f
3 т
2 t
Размер
Хитрость
Разоблачение
Изменение масштабов. Более мягкий вариант создания иллюзии значимости — это
изменение масштабов шкал. В зависимости от масштаба одни и те же данные будут
выглядеть по-разному.
Частота
100
75 t
SO
25
0
Размер
Частота
100
75 4
50
25 4
0
Размер
>с
% *
ш
< > % *
Ш
Таким образом, надо быть очень аккуратным, интерпретируя данные, представ-
ленные в виде графиков и диаграмм. Гораздо меньше подвержены манипуляции дан-
ные , представленные в табличной формуле. Однако и здесь можно использовать
некоторые хитрости, которые могут ввести в заблуждение непосвященную публику.
Глава 3. Чем отличаются котики
от песиков или меры различий
для несвязанных выборок
Есть котики, а есть песики. Песики чем-то похожи на котиков: у них четыре
лапы, хвост и уши. Однако они также во многом различаются — например, котики
мяукают, а песики лают.
Но не все различия между ними настолько очевидны. Например, довольно трудно
судить о том, различаются ли песики и котики по размеру — ведь есть как очень
большие котики, так и очень маленькие песики.
Чтобы понять, насколько они отличаются друг от друга, необходимы так назы-
ваемые меры различий для несвязанных выборок. Большая часть таких мер показы-
вает, насколько типичный песик отличается от типичного котика. Например, са-
мая популярная из них — t-критерий Стьюдента для несвязанных выборок — оцени-
вает, насколько различаются их средние размеры.
Чтобы рассчитать этот критерий, необходимо из среднего размера песиков вы-
честь средний размер котиков и поделить их на стандартную ошибку этой разно-
сти. Последняя вычисляется на основе стандартных отклонений котиковых
и песиковых размеров и нужна для приведения t-критерия к нужной размерности.
Средний песик
Средний котик
Стандартная ошибка
Если разность средних достаточно большая, а стандартная ошибка очень ма-
ленькая, то значение t-критерия будет весьма внушительным. А чем больше t-
критерий, тем с большей уверенностью мы можем утверждать, что в среднем песи-
ки отличаются от котиков.
К большому сожалению, поскольку формула t-критерия включает в себя средние
значения, то этот критерий будет давать неадекватные результаты при наличии
котиков и песиков аномальных размеров (т. е. выбросов, о которых подробно
рассказано в первой главе). Чтобы этого избежать, вы можете либо исключить
этих котиков и песиков из анализа, либо воспользоваться непараметрическим U-
критерием Манна-Уитни. Этот критерий, кстати, используется и в тех ситуациях,
когда точные (сантиметровые) размеры животных нам неизвестны.
Чтобы рассчитать критерий Манна-Уитни, необходимо выстроить всех песиков
и котиков в один ряд, от самого мелкого к самому крупному, и назначить им
ранги. Самому большому зверьку достанется первый ранг, а самому маленькому —
последний.
1 2 3 4 5 6
После этого мы снова делим их на две группы и считаем суммы рангов отдельно
для песиков и для котиков. Общая логика такова: чем сильнее будут различаться
эти суммы, тем больше различаются песики и котики.
Сумма рангов 1
Сумма рангов 2
Наконец, мы проводим некоторые преобразования (которые в основном сводятся
к поправкам на количество котиков и песиков) и получаем критерий Манна-Уитни,
по которому судим, в действительности ли котики и песики отличаются
по размеру.
Помимо определения различий между типичными представителями котикового
и песикового видов, в некоторых случаях нас могут интересовать различия по их
разнообразию. Иными словами, мы можем посмотреть, являются ли песики более
разнообразными по размеру, чем котики, или же нет. Для этого мы можем вос-
пользоваться F-критерием равенства дисперсий Фишера, который укажет нам, на-
сколько различаются между собой эти показатели.
F
Фишера
D
Необходимо заметить, что в этой формуле сверху всегда должна стоять большая
дисперсия, а снизу — меньшая.
Все вышеперечисленные критерии замечательно работают в случаях, когда нам
известны точные или хотя бы приблизительные размеры котиков и песиков. Однако
такие ситуации встречаются далеко не всегда. Иногда мы можем иметь только
указание на то, является ли наш зверь большим или маленьким. В таких нелегких
условиях определить различия между котиками и песиками нам поможет критерий
Хи-квадрат Пирсона.
Чтобы вычислить этот критерий, нужно построить так называемые таблицы со-
пряженности . В простейшем случае это таблицы 2x2, в каждой ячейке которых —
количество (или, по научному, частота) песиков и котиков определенного разме-
ра. Впрочем, бывают таблицы сопряженности и с большим количеством столбцов
и строчек.
Котики Песики
Большие
Маленькие
Очевидно, что если котики и песики как биологические виды не отличаются
по размеру, то больших котиков должно быть столько же, сколько и больших пе-
сиков (в процентном соотношении). И основная идея критерия Хи-квадрат состоит
в том, чтобы сравнить такую таблицу, в которой песики не отличаются
от котиков (иначе — таблицу теоретических частот) , с той, что есть у нас
(таблицей эмпирических частот).
1Й
■> ^-Ji
%
Таблица
эмпирических
частот
Таблица
теоретических
частот
Перво-наперво необходимо получить таблицу теоретических частот. Для этого
для каждой ячейки подсчитывается теоретическая частота по такой формуле.
Большие
Теоретическая
частота
больших
котиков
Котики
(Щ г& х ШЧШ
животные
Следующим шагом мы смотрим, насколько сильно различаются между собой соот-
ветствующие ячейки в наших таблицах. Делается это вот так.
Различия
частот
Эмпирическая
частота
I 1
Теоретическая
частота
Квадрат в числителе этой формулы убирает знак, а знаменатель приводит Хи-
квадрат в нужную размерность. Заметим, что если теоретическая частота равна
эмпирической, то, применив эту формулу, мы получим 0.
Последним шагом мы складываем все получившиеся значения. Это и будет Хи-
квадрат Пирсона. Чем он больше, тем сильнее отличаются песики от котиков.
Хи
квадрат
Помимо всего вышеперечисленного существуют и другие статистические крите-
рии , которые позволяют нам определить, чем песики отличаются от котиков. Они,
как правило, имеют разные механизмы вычисления и требования к данным. Но вне
зависимости от того, каким критерием вы воспользовались, мало просто его вы-
числить . Необходимо еще и уметь его интерпретировать. И этому вопросу будет
посвящена следующая глава.
Многих изучающих статистику ставит в тупик понятие «степень свободы», кото-
рое часто встречается в учебниках.
Предположим вы знаете, что сумма размеров всех ваших котиков равна 75 см,
но не знаете величину каждого конкретного котика. Эти величины будут неиз-
вестны ровно до тех пор, пока вы не начнете их измерять.
?
Представим, что вы узнали размер первого котика и он оказался равен 20 см.
После несложных вычислений можно убедиться, что сумма размеров оставшихся ко-
тиков будет 55 см. При этом их конкретные размеры до сих пор неизвестны.
а
Измерим второго котика. Он оказался равен 25 см. Что мы можем сказать
о размере третьего? А то, что он перестал быть неизвестным — теперь мы можем
его вычислить. И действительно, вычтя из общей суммы размеры первого
и второго котика мы получаем размер третьего.
25 см
20 см
Число степеней свободы — это то количество котиков, которое мы должны изме-
рить , чтобы однозначно узнать размер всех котиков при известном среднем или
дисперсии. Если у вас только одна котиковая выборка, то это количество коти-
ков минус единица.
Если к ним добавляются еще и выборка пёсиков (например, при вычислении t-
критерия Стьюдента) , то общее количество степеней свободы — это просто сумма
степеней свободы котиков и пёсиков. Или по-другому — общее количество живот-
ных вычесть двойку.
75 см
55 см
20 см
35 см
75 - (25 ♦ 20)
Истоки этого понятия — в самых основах теории вероятности и математической
статистики, которые выходят за пределы нашей публикации. С практической же
точки зрения, знание о степенях свободы нужно при работе с таблицами критиче-
ских значений и расчёте р-уровня значимости, о которых вы узнаете
из следующей главы.
Глава 4. Как понять, что
песики отличаются от котиков
или р-уровень значимости
Предположим, что вы вычислили t-критерий Стьюдента. Или U-критерий Манна-
Уитни. Или какой-нибудь другой. Как же по нему понять, действительно ли песи-
ки и котики различаются по размеру? Чтобы это выяснить, статистики используют
весьма нетривиальный подход.
Во-первых, они делают предположение, что котики и песики, как биологиче-
ские, виды абсолютно не отличаются друг1 от друга. Это предположение называет-
ся нулевой гипотезой.
О
Нулевая гипотеза
Следующим шагом они вычисляют вероятность того, что две случайно выбранные
группы котиков и песиков дадут значение критерия большее или равное тому, ко-
торое мы получили (чаще всего без учета его знака). Эта вероятность называет-
ся р-уровнем значимости.
Если р-уровень значимости меньше 5% (чаще записывается как 0,05), то нуле-
вая гипотеза отвергается и принимается гипотеза о том, что котики и песики
все-таки различаются. Такая гипотеза называется альтернативной.
mm —
% ^
Нулевая гипотеза
p<0,05
-С
Альтернативная
гипотеза
Если же р-уровень значимости больше 0,05, то нулевая гипотеза
не отвергается.
mm, — <&&&
Нулевая гипотеза
р>0,05
^С
m * ^
•^
* *
<Ь-
Альтернативная
гипотеза
Однако то, что она не отвергается, еще не значит, что она верна. Это озна-
чает только то, что в данном опыте мы не обнаружили значимых различий.
В специальных статистических программах р-уровень значимости вычисляется
автоматически, и нам достаточно просто найти его в соответствующей таблице.
Однако, если у вас таких программ нет, то вам придется пользоваться таблицами
критических значений.
Работать с ними просто: найдите нужную строчку и посмотрите на значение
критерия, которое там указано. Если то, что вы получили, превышает это значе-
ние, то котики и песики отличаются друг от друга. Правда, для этого правила
есть исключения — это U Манна-Уитни и родственные ему критерии.
Cl
п=4
Критическое
П-2 значение для
р-0,05
1
ГСр1
3
12,7
dD
3,2 I
Альтернативные
подходы
Определение различий по р-уровню значимости в последнее время подвергается
жесткой критике. Поэтому немаловажно знать о том, что существуют
и альтернативные подходы, которые используются при определении значимости по-
лученных результатов.
Доверительные интервалы. Как уже было сказано ранее, ученые чаще всего про-
водят свои исследования не на всех котиках, а на какой-то выборке. Соответст-
венно, они не знают истинного среднего размера по всем котикам. Однако они
могут прикинуть, в каком диапазоне он находится. Такой диапазон называется
доверительным интервалом.
Средний котик
по выборке
i
Доверительный интервал
истинное среднее лежит где-то здесь
Рядом с доверительным интервалом всегда указывается вероятность. 95%-ый до-
верительный интервал означает, что мы с точностью в 95% можем утверждать, что
истинный средний размер котиков находится в этом диапазоне.
Чем шире такой интервал, тем менее точной считается статистическая оценка.
Что касается различий между песиками и котиками, то они имеют место быть, ко-
гда их доверительные интервалы не пересекаются.
F
Байесовская статистика. Все вышеприведенные способы определения значимости
не учитывают наши предыдущие (априорные) знания о том, каких размеров бывают
котики и песики. Каждый раз, когда мы определяем р-уровень значимости или до-
верительный интервал, мы ведем себя так, как будто никогда не видели ни тех,
ни других.
Но ведь это не так! Мы ведь достаточно четко представляем себе, как они вы-
глядят ! Нельзя просто так брать и отбрасывать предыдущий опыт!
Проблему сопоставления наших предыдущих знаний и новых данных пытается ре-
шить группа методов, основанных на теореме английского священника Томаса Бай-
еса.
Не вдаваясь в математические подробности, опишем общую логику. Предположим,
что из предыдущих опытов мы выяснили, что в 60% случаев случайно выбранный
песик больше случайно выбранного котика. Проведя собственный эксперимент, мы
обнаружили, что это число гораздо выше — 80%. Следует ли из этого, что нам
в
ж
€>С
нужно забыть наш предыдущий опыт и заменить старые данные новыми? Разумеется
нет. Новый опыт только подправит предыдущую вероятность, и в следующий раз мы
будем считать, что она несколько выше.
Априорные знания
60% gj
Эксперимент
80% ^
Больше
60%
Глава 5. Котики, песики, слоники
или основы дисперсионного анализа
Из предыдущих разделов мы узнали, как определить, различаются ли между со-
бой песики и котики по размеру. И если мы отвечаем на этот вопрос положитель-
но, то мы, по сути, устанавливаем связь между двумя признаками: размером
и биологическим видом, к которому принадлежат эти животные.
Однако, согласитесь, что мир не ограничивается только лишь котиками или пе-
сиками. Ведь существует еще и множество других животных. Например, слоники.
И, если мы добавим их к нашему небольшому зоопарку, мы не сможем применить
обычное попарное сравнение (например, по t-критерию Стьюдента или U-критерию
Манна-Уитни) для определения того, связан ли размер с биологическим видом.
В этих случаях необходимо использовать другие методы. Например, дисперсионный
анализ.
Нулевая гипотеза
Альтернативная
гипотеза
Дисперсионный анализ хорош тем, что позволяет сравнивать между собой любое
количество групп (две, три, четыре и т. д.) Его нулевая гипотеза состоит
в том, что животные абсолютно не различаются между собой по размеру. Альтер-
нативная гипотеза — хотя бы один вид значимо отличается от остальных.
Теперь посмотрим, как это работает.
Во-первых, давайте объединим котиков, песиков и слоников вместе и отметим
их общее разнообразие. Мы можем заметить, что размеры их типичных представи-
телей могут существенно различаться. Например, средний слоник намного больше
среднего котика.
Типичный
котик
Типичный
песик
Типичный
споник
mm
Разнообразие размеров
max
Теперь предположим, что мы убрали отсюда всех слоников. Как вы можете заме-
тить , разнообразие размеров сильно уменьшилось, поскольку слоники вносили
в него существенный вклад. И чем сильнее типичные слоники отличались
от остальных, тем больше был этот вклад.
Типичный
котик
Типичный
песик
mm
Разнообразие размеров
max
Однако отметим, что котики, песики и слоники по отдельности также бывают
весьма различными в зависимости от возраста, генов и режима питания. Теорети-
чески мы можем встретить как очень большого котика, так и весьма маленького
слоника.
Разнообразие песиков
Разнообразие слоников
min
Разнообразие размеров
max
Таким образом, разнообразие размеров складывается как из принадлежности жи-
вотного к тому или иному виду, так и из абсолютно «левых» факторов. И наша
задача — сравнить между собой их вклады.
Как мы помним, одной из основных мер, определяющих разнообразие, является
дисперсия. И дисперсионный анализ работает именно с ней. Он выделяет ту часть
дисперсии, которая обусловлена фактором вида (межгрупповую дисперсию), и ту,
которая определяется прочими факторами (внутригрупповую дисперсию), а затем
сравнивает их по F-критерию Фишера, с которым мы встречались раньше. И чем
больше будет значение этого критерия, тем сильнее фактор вида влияет
на размер животных.
F
Фишера
D
D
VJt
К большому сожалению, дисперсионный анализ является параметрическим мето-
дом, а следовательно, не очень любит выбросы и ненормальные распределения
данных. Если у вас такая ситуация, то рекомендуется воспользоваться его непа-
раметрическим кузеном — Н-критерием Краскела-Уоллеса. Последний очень похож
на критерий Манна-Уитни, который мы рассматривали в одном из предыдущих раз-
делов .
Мы точно так же объединяем всех животных в одну группу, упорядочиваем их
от самого большого до самого маленького и присваиваем им ранги.
1
/{f^k
4
5
% ^ % * *• -» %'«
6 7 8 9
Затем они снова делятся на группы, ранги внутри групп складываются, и их
суммы сравниваются между собой. Логика здесь такая: чем сильнее различаются
суммы рангов, тем больше вероятность отвергнуть нулевую гипотезу.
И коэффициент Краскела-Уоллеса как раз и отражает различия в этих суммах.
> С
'- %
X7 У>
1+2+4=7
3+5+8=16
6+7+9=22
В заключение напомним, что после вычисления любого из этих критериев необ-
ходимо найти соответствующий им р-уровень значимости. Именно он и покажет,
существует ли связь между размерами и биологическим видом.
К большому сожалению, если мы получили значимые результаты по дисперсион-
ному анализу, мы не сможем по ним сказать, кто от кого отличается по размеру:
слоники от котиков или песики от слоников. Мало того — мы не можем просто
взять и сравнить их попарно с помощью t-критерия Стьюдента. Истоки этого —
в основах теории вероятности, и мы не будем на них подробно останавливаться.
Просто отметим, что с каждым таким сравнением вы серьезно увеличиваете свои
шансы ошибиться в выводах. Эта неприятная вещь называется проблемой множест-
венных сравнений.
Поэтому такие сравнения необходимо проводить с помощью других, так называе-
мых апостериорных критериев (или критериев post hoc).
Простейший из них называется t-критерием Стьюдента с поправкой Бонферрони.
Вычисляется он как самый обычный t Стьюдента. Поправка же касается критиче-
ского значения, с которым мы сравниваем р-уровень значимости (0,05). Это зна-
чение нужно поделить на количество попарных сравнений.
Критическое
значение с
поправкой
Бонферрони
к = 3
Если вы сравниваете три вида животных, то таких сравнений тоже будет три
(котики с песиками, песики со слониками и слоники с котиками) . А вот если их
четыре, то количество сравнений увеличивается до шести. И тогда критическое
значение будет равно 0,05 / 6.
Применив поправку Бонферрони, посмотрите на ваш р-уровень значимости. Если
он ниже получившегося значения, то песики и котики различаются, если же нет,
то нет.
К - .--' С
-tftf-
'%
т
=•&}'
*•&
Нулевая гипотеза
р<0,017
Альтернативная
гипотеза
Помимо t-критерия Стьюдента с поправкой Бонферрони существует еще,
по крайней мере, 17 апостериорных критериев, которые применяются в различных
ситуациях. В первом приближении мы можем разбить их на две группы. В первую
входят те критерии, которые применяются, если дисперсии котиков, песиков
и слоников не отличаются друг от друга, а вот вторая группа содержит критерии
для случая неравных дисперсий. Самые популярные из них представлены ниже.
Поправка Бонферрони Критерий Тамхейна
Критерий Шеффе С-критерий Даннета
Критерий Тьюки Критерий Геймса-Хоуэлла
Глава 6. Диета для котиков или
многофакторный дисперсионный анализ
Из предыдущей главы мы узнали, как определить взаимосвязь между биологиче-
ским видом животного и его размером с помощью дисперсионного анализа. Однако,
помимо вида, на размер могут повлиять и другие факторы, например, питание.
При этом на котиков, песиков и слоников оно может влиять по-разному. Так,
мясная диета будет очень нравиться котикам и песикам, в то время как слоники
от нее загрустят и будут голодать.
Чтобы разобраться во всех этих влияниях, статистики пользуются многофактор-
ным дисперсионным анализом. Простейший из них — двухфакторный — разбивает
дисперсию на четыре части. Первая отвечает за влияние вида на размер, вто-
рая — за влияние диеты, третья — за взаимодействие этих факторов, а последняя
определяется всякими левыми причинами.
Общая дисперсия
Проверяем мы аж три нулевые гипотезы.
1. Биологический вид не связан с размером.
2. Диета не связана с размером.
3. Диета действует на всех животных одинаково.
&
* = *о = *
Ш
т
40^V
Соответственно, для каждой из них считается свой критерий Фишера. И — как
и в однофакторном дисперсионном анализе — чем его значение больше, тем больше
влияние того или иного фактора.
D
%|
D
D
Hi
0
D
iHi
D
Hi
Для интерпретации результатов двухфакторнохю дисперсионного анализа легче
всего воспользоваться вот такими графиками. Они отражают и средние значения,
и дисперсию, и влияние каждого фактора, и их взаимодействие.
В частности из этого графика мы можем сделать следующие выводы.
1. В среднем самые большие животные — слоники, а самые маленькие — котики.
2. Диета по-разному влияет на животных в зависимости от вида. Котики, буду-
чи облигатными хищниками, лучше растут при мясной диете, слоники — наоборот,
а вот песикам по большому счету все равно, что есть.
3. Если не учитывать влияние вида, то разные формы диеты не влияют
на средний размер животных. Если бы такое влияние существовало, то и котики,
и песики, и слоники вырастали бы больше при употреблении мяса, чем при упот-
реблении капусты.
Дисперсионные анализы для трех и более факторов строятся подобным образом:
мы проверяем влияние каждого фактора, а также все возможные взаимодействия
между ними.
К настоящему моменту мы продвинулись довольно-таки далеко в вопросах приме-
нения статистических критериев для изучения особенностей котиков и других ви-
дов животных. Однако за бортом остался очень важный вопрос: сколько котиков
необходимо измерить, чтобы критерии давали надежный результат?
Дело в том, что, если вы измерите слишком мало котиков, песиков и слоников,
вы можете не зафиксировать даже ощутимые различия. Это может произойти, на-
пример, если вам случайно попались очень большие котики и очень маленькие
слоники, что при маленьких выборках время от времени случается.
Выборка Выборка
котиков слоников
В то же самое время, если вы наберете слишком большую выборку, то даже ми-
нимальное отклонение от нулевой гипотезы будет давать значимый результат.
Поэтому котиков должно быть не слишком много и не слишком мало. И чтобы оп-
ределить , сколько их должно быть, проводятся специальные вычисления.
Оптимальный размер выборки зависит от нескольких факторов, главными
из которых являются критический р-уровень значимости (как правило, 0,05 или
0,01) и показатель мощности критерия. Последняя определяется как вероятность
того, что этот критерий найдет значимые различия там, где они действительно
есть. Оптимальным считается показатель мощности в 0,8. Соответственно,
в оставшихся 20% случаев критерий пропустит значимые различия.
Оставшиеся факторы определяются самой природой критерия.
В некоторых статистических программах есть специальные калькуляторы мощно-
сти. Выбрав необходимый критерий, задав р<0,05 и мощность выше 0,8 и проделав
некоторые дополнительные операции, вы можете получить количество котиков, не-
обходимое для проведения исследований.
Требуемый р-уровень
значимости (0.05)
Требуемая мощность
(0.8)
Дополнительные факторы
Оптимальное
количество котиков
Глава 7. Что делать, если котик заболел или
критерии различий для связанных выборок
Если ваш котик заболел, то его, разумеется, надо лечить. И, как правило, мы
делаем это с помощью лекарств. Однако лекарство — штука сложная. Одним коти-
кам оно поможет, на других не повлияет, третьим же может стать хуже.
S
Отсюда вопрос: как понять, можно ли давать лекарство заболевшему котику или
нет? Ответ на него могут дать меры различий для связанных выборок. Нулевая
гипотеза таких критериев — после приема лекарств состояние котиков
не изменится.
Первое, что приходит в голову, это посчитать количество котиков, которые
выздоровели, и число котиков, которым стало хуже, а затем сравнить эти пока-
затели между собой. Котики, на которых лекарство не повлияло, обычно
не учитываются.
До После
Нулевая гипотеза
Такой подход вполне справедлив, и соответствующий метод называется критери-
ем знаков. Однако на практике он применяется нечасто, поскольку не позволяет
определить, насколько сильно изменилось состояние котиков.
Гораздо чаще мы можем встретить вариант уже известного нам критерия Стью-
дента — t-критерий для связанных (зависимых) выборок. Идея тут также довольно
проста. Сначала мы считаем разности между состоянием каждого котика
до и после приема лекарств. Затем мы находим среднее значение от этих разно-
стей.
До
После Разность
Средняя разность
Очевидно, что чем больше это значение, тем сильнее улучшилось или ухудши-
лось среднее состояние котиков. Если же одной половине котиков стало лучше,
а другой — ровно настолько же хуже, то средняя разность будет равна 0.
Завершающим этапом для вычисления t-критерия будет деление средней разности
на стандартную ошибку этой разности. Как и с обычным критерием Стьюдента, это
необходимо для приведения значения к некоторой стандартной размерности. Прав-
да, сама стандартная ошибка считается здесь немного по-другому.
Средняя разность
I—
L
J
t
критерий
Стьюдента
Стандартная ошибка
Однако заметим, что, будучи параметрическим (т. е. использующим в своей
формуле среднее значение), этот критерий плохо реагирует на выбросы. Поэтому
если таковые есть, используйте его непараметрический аналог — Т-критерий Вил-
коксона. Он немного напоминает рассмотренный ранее U-критерий Манна-Уитни.
Итак, чтобы его найти, вычислим разности между состоянием до и после (как
и в t-критерии Стьюдента) . Затем поставим эти разности в один ряд, от самой
большой до самой маленькой, назначив им ранги. При этом знак разности
не учитывается.
+
щ?Шф Лф ^+Л? Ли
1
Теперь снова разделим разности на положительные и отрицательные и посчитаем
суммы рангов. Логика здесь такая: чем сильнее суммы рангов будут различаться
между собой, тем сильнее улучшается или ухудшается состояние котиков.
Сумма рангов 1
Сумма рангов 2
1+2+4=7
3+5+6=14
Сам t-критерий можно получить, либо посмотрев на сумму рангов для нетипич-
ных сдвигов (т. е. более редких изменений состояния котиков), либо с помощью
хитрой формулы, которую мы здесь приводить, пожалуй, не будем.
Помимо этих довольно простых методов, для связанных выборок существует свой
вариант дисперсионного анализа. Однако о нем мы поговорим уже в следующей
главе.
Как правило, проверка эффективности того или иного лекарства несколько
сложнее, чем описывалось выше. Ведь котики могут выздоравливать
и естественным путем. И если мы просто смотрим, как меняется их состояние, то
мы не можем быть до конца уверенными, что сильнее повлияло на них — лекарство
или их собственный иммунитет.
Для того чтобы разделить эти влияния, проводят специальную процедуру, назы-
ваемую экспериментом. Для эксперимента требуется две группы котиков — экспе-
риментальная и контрольная. Первой мы даем лекарство, а вторая лечится своими
силами.
5
ЭГ
Экспериментальная
группа
кг
Контрольная
группа
Каждую группу котиков мы замеряем по два раза: до приема и после приема ле-
карств . Итого мы получаем четыре замера, которые мы сравниваем между собой
с помощью мер различий.
Первое, что мы должны сделать, это сравнить группы до эксперимента. Для
этого используются t-критерий Стьюдента для несвязанных выборок или U-
критерий Манна-Уитни. Котики при этом не должны различаться. Если в одной
из групп котики более здоровы, то это очень плохо, поскольку не позволит чет-
ко отследить влияние лекарства.
t Стьюдента для несвязанных выборок
U Манна-Уитни
эг
кг
Далее мы сравниваем экспериментальную группу до и после приема лекарств
с помощью t Стьюдента для связанных выборок либо Т Викоксона. Если различия
есть, и состояние котиков улучшилось, то мы можем начинать радоваться.
Но не сильно. Ведь вполне возможно, что контрольная группа продемонстрировала
тот же результат.
t Стьюдента для связанных выборок
Т Вилкоксона
эг
кг
Поэтому последним замером мы смотрим, чем отличаются экспериментальная
и контрольная группы после приема лекарств. Если различия есть,
и экспериментальным котикам гораздо лучше, чем контрольным, то лекарство ре-
ально подействовало.
t Стьюдента для несвязанных выборок
U Маина*Уитни
эг
кг
Таким образом, мы можем сделать вывод, что лекарство действует, только если
до эксперимента между группами различий нет, после — есть и имеются положи-
тельные изменения состояния в экспериментальной и контрольной группах. Прочие
варианты указывают либо на неэффективность лекарства, либо на неправильную
организацию эксперимента.
Важно отметить следующее: поскольку для проверки эффективности лекарства мы
вычисляли три критерия, то здесь возникает проблема множественных сравнений.
Чтобы ее преодолеть, необходимо применить поправку Бонферрони и сравнивать р-
уровень значимости не с 0,05, а с 0,017. В противном случае вы рискуете очень
сильно ошибиться в своих выводах.
Нулевая гипотеза
р<0,017
Альтернативная
гипотеза
Альтернатива этому — использование дисперсионного анализа для повторных из-
мерений , о котором будет рассказано в следующей главе.
Глава 8. Лечение котиков
или дисперсионный анализ
с повторными измерениями
Из предыдущего раздела мы узнали, как определить, помогает ли то или иное
лекарство, если ваш котик заболел. Однако, иногда котики болеют тяжело, и им
требуется специальное лечение в особых котиковых клиниках. И, как правило,
это лечение подразумевает регулярную сдачу анализов, чтобы отслеживать, ста-
новится ли котикам лучше.
Когда таких сдач много (а точнее, больше двух), возникает проблема множест-
венных сравнений, о которой мы не раз говорили выше. Если кратко, то она за-
ключается в том, что, если вы будете попарно сравнивать первый анализ
со вторым, второй с третьим и т. д. , вероятность того, что вы ошибетесь
в своих выводах, будет возрастать.
Разрешить эту проблему, как и в предыдущем случае, может дисперсионный ана-
лиз, а точнее, его особая разновидность — дисперсионный анализ с повторными
измерениями. Нулевая гипотеза такого анализа состоит в том, что состояние ко-
тиков от пробы к пробе не меняется.
@=®=®
Нулевая гипотеза
В самом простом варианте мы действуем практически так же, как и при обычном
дисперсионном анализе: делим дисперсию на части. В тот раз таких частей было
две: первая была обусловлена влиянием лечения (межгрупповая дисперсия),
а вторая — остальными факторами (внутригрупповая дисперсия).
Однако важным отличием является то, что мы проводим все измерения на одних
и тех же котиках. Иными словами, каждый котик измеряется по несколько раз и,
соответственно, вносит свой вклад в общую дисперсию. Таким образом, наша дис-
персия делится уже на три части: межгрупповую, внутригрупповую
и межиндивидуальную.
ВГ'Й
iHi
(Г*
ш
v Ч
V Ту,
*v ^
Общая дисперсия
Критерий Фишера сравнивает между собой только первые два вклада. Соответст-
венно, чем он больше, тем больше причин отклонить нулевую гипотезу.
И опять же — если вы отклонили ее, то попарное сравнение нужно будет прово-
дить с помощью специальных post hoc критериев.
F
Фишера
D
D
х)'
Hi
) (18
У дисперсионного анализа с повторными измерениями есть свой непараметриче-
ский брат-близнец — критерий Фридмана, который применяется, если есть выбросы
и/или распределение отличается от нормального.
Идея его достаточно проста. Возьмем одного из котиков, у которого взяли три
пробы анализов. Каждой из этих проб мы присваиваем ранг, где один — это самый
плохой анализ, а три — самый хороший. То же самое мы делаем и с остальными
котиками, получая в итоге вот такую таблицу.
S I i
■(■% 1
I3
2
2
2
О
О
о
Очевидно, что если первая проба у всех котиков самая плохая, а последняя —
самая хорошая, то по итогу суммы рангов будут сильно различаться и нулевая
гипотеза будет опровергнута. Обратная ситуация — когда суммы рангов во всех
пробах одинаковы. Это будет означать, что лечение никак не повлияло
на котиков.
й i i
.с
т
I
з
2
3
1
3
1
2
6 6
Сам же критерий Фридмана, собственно, и позволяет оценить, насколько разли-
чаются эти суммы рангов.
Некоторое время назад мы рассмотрели, как правильно обрабатывать простые
эксперименты с двумя группами и двумя замерами (до и после воздействия). Од-
нако если групп и замеров больше, то наша задача существенно усложняется.
К примеру, мы разделили наших котиков на три группы: первой мы даем лекар-
ство (экспериментальная), второй не даем лекарство (контрольная), а третьей
даем пустышку, но говорим им, что дали лекарство (плацебо-группа) . При этом
каждая группа замеряется три раза: в начале, середине и конце лечения.
эг
гоп-.»
В
В
КГ
ГР>Г!Ч
пг
В
В
Для обработки такого исследования нам необходим двухфакторный дисперсионный
анализ с повторными измерениями. Подобно обычному двухфакторному ДА такой
анализ легче всего интерпретируется с помощью графиков.
-О
»-
о
о
00
о
а
о
■3
кг ЭГ
В частности из этого графика мы можем увидеть, что котики, принимавшие ле-
карство, выздоровели, плацебо-котикам стало чуть лучше, а контрольные котики
так и продолжают болеть. Правда, возможно, на наши результаты могли повлиять
небольшие различия между котиками в начале эксперимента.
К слову, все попарные различия между группами в разные моменты также необ-
ходимо проверять с помощью post hoc критериев. В частности — с помощью по-
правки Бонферрони.
Глава 9. Как сделать котика счастливым
или основы корреляционного анализа
Безусловно, мы все хотим, чтобы наши котики были счастливы, и поэтому ста-
раемся их постоянно радовать. Однако разных котиков радуют разные вещи: один
любит вкусно поесть, другой — поиграть, а третий — поточить когти о любимый
хозяйский диван.
Безусловно, существуют и некоторые универсальные вещи, которые радуют боль-
шинство котиков, что сильно упрощает нам жизнь. И в этой главе мы рассмотрим
один из методов, который позволяет их выявить, — корреляционный анализ.
Предположим, мы решили проверить, связаны ли между собой котиковое счастье
и размер ежедневных котиковых порций. Если обильная еда делает котиков счаст-
ливыми, то эта взаимосвязь будет отражаться вот таким графиком.
*=У
©
©
р ',9.9" *■ +
р >тр\ *► +
р <Ф.9\ W- ~-Ф
р '&,&> 4- ф
р т.(т\ * "+
р ,<V«* * *
р >Ш.9} * Ф
% -ф
Это так называемая линейная положительная связь. Противоположная (хотя
и маловероятная) ситуация — котики являются приверженцами оздоровительных го-
лоданий, и чем больше порции им предлагают, тем более несчастными они стано-
вятся .
^
©
©
9-<
w> 9,
%- ^ >®,«\ Q
* <* 'Gfl} Q
* + Wi 9 -«
Такая связь называется линейной отрицательной. Наконец, может получиться
так, что котикам вообще не важно, насколько большие у них порции, главное,
чтоб еда была вкусной. В этом случае мы наблюдаем отсутствие связи (или нуле-
вую связь), которая отображается вот таким вот графиком.
0
9-,
'*ьм\
*- -<#
>*ш;
*►-<#
'^т
*~ *
9ч
V*
9,
%- >
9.
^ ^
9 ,
,<®-«У
%:*
9.
4"-*
9.
«►:<#
Однако в реальной жизни мы очень редко можем наблюдать подобные случаи: как
правило, у нас возникает что-нибудь такое.
«
0
©
Q /ДО
k£ V-C
* *
И поэтому мы нуждаемся в некоторой мере, которая позволила бы нам, во-
первых , оценить, насколько сильно связаны между собой счастье и количество
доступной еды, а во-вторых, является ли эта связь положительной или отрица-
тельной .
Для вычисления такой меры воспользуемся хитрым способом. Для начала пред-
ставим, что у нас наблюдается линейная положительная связь. Теперь посчитаем
средние арифметические по размеру порций и уровню счастья, а затем возьмем
эти показатели в качестве нулевых точек отсчета для нашего графика. После
этого мы можем увидеть, что часть котиков более счастлива и получает больше
еды, чем в среднем, а остальные — менее счастливы и получают меньше еды, чем
средний котик.
©+
.с
v С-
в
vC
'«.*>»
% ф
vC
V V
Отклонения от среднего по обеим величинам у первых, зажиточных котиков бу-
дут положительными числами, а у вторых — отрицательными. Однако если вы возь-
мете любого из них (назовем его Барсиком) и перемножите его отклонения между
собой, то вы получите положительное число. В том числе и потому, что минус
на минус дает плюс.
у+
Отклонение 2
Г\ '&.&* % Ф
'##> % ф
% Ф
v- C-!
й-
vC
Г\ 'Q>&> % Ф
«<©ф. % ф
Ч ' Ф
Отклонение 1
Теперь представим обратную ситуацию: чем больше порции, тем менее счастли-
выми становятся котики (типичного представителя этой группы мы назовем Мурзи-
ком) . В этом случае мы также наблюдаем разделение на две группы: несчастных
обжор и счастливых голодающих. Но и у тех, и у других знак одного отклонения
будет положительным, а знак другого — отрицательным. А как мы знаем, произве-
дение положительного и отрицательного чисел дает отрицательное число.
Отклонсиис 1
Отклонение 2
.§#
Иными словами, знак, который получается при перемножении отклонений, может
служить индикатором того, является ли наш котик Барсиком, который становится
счастливее при увеличении порций, либо Мурзиком, которому еда отвратительна.
Осталось только понять, кто из них делает больший вклад в наблюдаемые данные,
что достигается простым суммированием полученных произведений. Если при ре-
зультате стоит плюс, то победили Барсики и связь положительная. Если минус —
то преобладают Мурзики и связь отрицательная. Если же ответ близок к нулю,
объявляется боевая ничья и признается отсутствие связи.
Далее с помощью некоторых нехитрых преобразований этот результат приводят
в нужную размерность, получив так называемый коэффициент корреляции Пирсона.
Он может изменяться в пределах от -1 до 1, где -1 — отрицательная связь, +1 —
положительная связь, а 0 — отсутствие всякой связи.
г = 1
. с
г = -1
9 .
о.
о.
о.
о.
г = 0
Нулевая гипотеза такого коэффициента — связи нет, альтернативная — связь
есть (не важно, положительная или отрицательная). Если коэффициент корреляции
достаточно большой по модулю, то нулевая гипотеза отвергается в пользу аль-
тернативной .
Основная проблема г Пирсона как параметрического критерия (т. е. использую-
щего в расчетной формуле средние значения) заключается в том, что он очень
не любит выбросы и ненормальные распределения. Поэтому у него есть непарамет-
рический аналог — коэффициент корреляции Спирмена.
Чтобы его вычислить, упорядочим наших котиков от самого счастливого
до самого несчастного и присвоим им ранги. Затем мы перераспределим их
от самого переедающего до самого голодного и присвоим им ранги уже по этому
признаку. Если результаты обоих ранжирований будут совпадать между собой, то
мы можем констатировать положительную связь, если же они будут диаметрально
противоположными — отрицательную.
V V V V V V V V
'ft' 'f>*H 'ft*' '#,•»
&}, <&} g# <«»
©1234 ©1234
* 1 2 3 4 *4321
Положительная Отрицательная
связь связь
Критерий Спирмена мы получаем, применив специальную формулу к нашим рангам,
и он интерпретируется аналогично r-критерию Пирсона.
Как правило, проводя корреляционный анализ, мы анализируем сразу несколько
переменных, и по итогу получаем так называемую корреляционную матрицу. В ней
записаны все вычисленные коэффициенты корреляции. Чтобы найти, какие перемен-
ные связаны со счастьем, достаточно найти нужный столбик и посмотреть, какие
из этих коэффициентов являются значимыми.
1 0,2 0,8
0.2 0.5
0.5
Единственное — если вы находите несколько коэффициентов корреляции одновре-
менно, то здесь опять возникает проблема множественных сравнений. Решить ее
можно, применив всю ту же поправку Бонферрони: поделив критический р-уровень
значимости (0,05) на количество вычисленных критериев (в нашем случае на 3)
и сравнив наш р-уровень с получившимся значением (0,017).
К большому сожалению, корреляционный анализ позволяет установить только са-
мо наличие связи. Однако сказать, насколько сильно тот или иной фактор влияет
на счастье, он не способен. Для этого используются более мощные методы,
о которых мы поговорим в следующей главе.
При проведении корреляционного анализа очень важно помнить, что высокий ко-
эффициент корреляции не всегда указывает на характер связи между явлениями.
В качестве примера предположим, что мы нашли взаимосвязь между размером коти-
ков и их эмоциональным состоянием. Иными словами — чем больше котик, тем он
счастливее.
©
-С 'ф?^| * *
-О <Ф-.фУ! ^:^
>С
S
Тогда теоретически равноправными являются следующие утверждения.
1. Большие котики лучше реализуются в жизни и от того более счастливы.
2. Хорошее расположение духа вызывает более активную выработку гормонов
роста, что и приводит к данному эффекту.
3. Существует некоторая третья переменная, которая обусловливает как хоро-
шее настроение, так и разницу в размерах. Например, качество и количество ко-
тикового корма.
4. Это просто совпадение.
Г,,~Щ
Ш
ш
:$■
ш
S.
ш
И чтобы определить, какая из этих гипотез верна, необходимо организовать
экспериментальное исследование, о котором шла речь в предыдущих главах.
Глава 10. Формула счастья или
основы регрессионного анализа
Из предыдущей главы вы узнали, как определить, что делает наших котиков
счастливыми. Для этих целей мы использовали корреляционный анализ. Однако ко-
эффициенты корреляции позволяют установить лишь само наличие и выяснить на-
правление этой связи. Определить, насколько сильно изменяется одна переменная
под воздействием другой, он не в силах. В качестве иллюстрации приведем при-
мер.
. с
С» V % *
> с
. с
9
0
• С
. С*
»с*
♦ •
*с
г=1
г=1
На графиках изображены две линейные положительные взаимосвязи. Коэффициент
корреляции в обоих случаях равен +1. Однако очевидно, что каждый подранный
диван делает котиков гораздо счастливее, чем очередное увеличение пайков. Эта
разница математически описывается с помощью коэффициента bi. Он определяется
как тангенс угла между линией котиков и горизонтальной оси х. Чем больше этот
коэффициент, тем сильнее растет уровень счастья от каждой новой порции.
f
©
©
vC
»с -••♦•
с •.•■ - -
р ♦* % ф
,с v »"*
v С '••' V
с .♦., V -
* ф
У
ь--*
Можно выразиться и так: при увеличении порции мяса на одну единицу котико-
вое счастье будет возрастать на bi.
Вторая величина, которая может описывать нашу прямую, называется bo. Она
показывает, насколько счастливы котики, если их совсем не кормить.
р ,йм>;, %~*
р 'ФМ *>- +
р ?&&>■ * +
©
vC
'ФМ
vC
кал;, %• *
lb,
По итогу, линейную взаимосвязь между количеством еды и котиковым счастьем
можно описать с помощью вот такого несложного уравнения.
Однако, к сожалению, реальные взаимосвязи мало похожи на прямую линию. Чаще
они напоминают собой огурец, а в запущенных случаях — авокадо. Но описывать
такие вещи довольно сложно, поэтому статистиками был разработан специальный
метод, который позволяет подобрать такую прямую, которая смогла бы заменить
этот овощ с минимальными потерями данных. Этот метод называется регрессионным
анализом, и результатом его применения
на то, что обозначено нами выше.
обычно является уравнение, похожее
©
>с
vC
v
?е<?>*
% *
* * v-С
* ~* -С
Рассмотрим, как это получается. Предположим, у нас есть прямая, полученная
в результате регрессионного анализа, и недалеко от этой прямой обосновался
наш старый знакомый — Барсик. На рисунке видно, что Барсик чуть менее счаст-
лив , чем ему положено при своем рационе. Это различие называется регрессион-
ным остатком.
©
Теперь мысленно подвигаем Барсика относительно регрессионной прямой — при
удалении от нее остаток будет увеличиваться, а при приближении — уменьшаться.
И, наконец, если Барсик встанет на эту прямую, остаток будет равен нулю.
А теперь вспомним, что у нашего Барсика есть компания, и если все наши котики
находятся на прямой, то их совокупный остаток тоже будет равен нулю. В то же
время при удалении от этой прямой совокупный остаток начнет увеличиваться.
vC
•••■
. с
%
ф
Jc
% ф
.'с
% ф
<ГУ
к^"у
:-С';
.С
% ф
.С
• •
% ф
"""Л'с
% ф
% ф
W *
ш
Логика диктует, что, чтобы получить такой совокупный остаток, нам нужно
просто сложить индивидуальные остатки котиков (бр-р-р... звучит жутко) . Однако,
поскольку эти остатки могут быть как положительными, так и отрицательными
(некоторые котики ведь могут быть более счастливыми, правда?), на выходе мы
можем получить полную белиберду (аналогичная ситуация была, когда мы считали
стандартное отклонение). Поэтому, чтобы исключить влияние знаков, мы склады-
ваем квадраты остатков.
mm
Чем больше получившаяся сумма, тем хуже прямая описывает наши данные.
И суть регрессионного анализа заключается в том, чтобы подобрать такую пря-
мую, при которой эта сумма была бы минимальной.
А теперь пару слов о том, почему регрессионный анализ считается одним
из самых крутых статистических методов. Дело в том, что он способен работать
с большим количеством переменных одновременно. И если вы умудритесь провести
тотальный замер ваших котиков на предмет того, что может приносить им сча-
стье, и прогоните эти данные через регрессионный анализ, вы можете получить
настоящую формулу счастья.
= bo + bix
+ b3
та
По этой формуле вы сможете выяснить, какие факторы наиболее сильно влияют
на котиковое счастье, и предсказывать, насколько будет счастлив тот или иной
котик по их значениям.
Однако здесь важно сделать предостережение — если вы вычислили такую форму-
лу, это вовсе не означает, что то, что в ней справа — причины, а слева —
следствие. В конце концов, может быть, еда делает котиков счастливыми,
а может, и наоборот — у счастливых котиков лучше аппетит.
Помимо самой формулы вы также можете получить информацию о том, можно ли
в нее что-нибудь добавить. В этом вам поможет коэффициент детерминации R2. Он
изменяется в промежутках от 0 до 1, и чем ближе к единице, тем лучше ваша
формула объясняет наблюдаемые данные. Низкий коэффициент детерминации говорит
о том, что нужно поискать, какие еще переменные могут быть связаны
с котиковым счастьем.
Вообще-то говоря, связь между переменными не всегда является линейной. На-
пример, существует определенный момент, после которого котика начинает тош-
нить от дополнительных порций, хотя до этого момента каждая новая порция де-
лала его более счастливым.
0
Точка насыщения
***9,
* *9 ,
9<
9,
у=Ь0+ ЬуС
Такую взаимосвязь можно описать с помощью квадратного (или, как говорят ма-
тематики, полиномиального) уравнения, с которым мы знакомы со школы.
И составить такое уравнение можно с помощью метода полиномиальной регрессии.
Определить целесообразность использования этого или сходных с ним методов
можно, предварительно построив точечные диаграммы. Помимо линейных
и полиномиальных взаимосвязей могут быть еще и такие.
с •.;
. с
• »
у-Ч+ ь'
У=»„4
Увидев, что ваша взаимосвязь похожа на что-нибудь из этого, вы можете либо
найти подходящий метод регрессионного анализа, либо преобразовать одну
из переменных таким образом, чтобы можно было бы воспользоваться методами ли-
нейной регрессии.
Глава 11.
Котики счастливые и несчастные
или логистическая регрессия
и дискриминантный анализ
Из предыдущей главы вы узнали, как с помощью линейной регрессии понять, на-
сколько сильно те или иные факторы влияют на уровень котикового счастья. Од-
нако, у обычного регрессионного анализа есть одно существенное ограничение —
уровень счастья должен быть достаточно точно измерен с помощью какого-нибудь
прибора или теста. К сожалению, мы зачастую не располагаем подобным оборудо-
ванием. Максимум, что мы можем сделать, это прикинуть, является ли данный
конкретный котик счастливым или несчастным.
Можем ли мы при таких условиях найти факторы, предсказывающие котиковое
счастье?
Разумеется да. И для этого существуют два очень хороших метода. Первый на-
зывается логистической регрессией, а второй — дискриминантным анализом.
Логистическая регрессия во многом похожа на линейную. Однако вместо уровня
счастья в левой части уравнения стоит величина, которая позволяет рассчитать
вероятность того, что данный котик счастлив. Эта величина называется логариф-
мом шанса.
Слово «шанс» достаточно часто встречается в русском языке, как правило,
обозначая то, что ни в коем случае нельзя упустить. Но с точки зрения стати-
стики шанс — это вероятность того, что данный котик счастлив, деленная
на вероятность того, что он несчастлив.
ШАНС
р©
По некоторым математическим причинам от шанса берут натуральный логарифм
и подставляют эту величину в регрессионное уравнение. Если логарифм шанса бу-
дет положительным, то данный котик считается счастливым, а если отрицатель-
ным — то несчастным.
©
Альтернативным методом является дискриминантный анализ. Чтобы разобраться,
что это такое, обратимся к рисунку.
^ >$
4^
v^>
v_>
£=2
На нем представлены счастливые котики (Барсики) и несчастные (Мурзики),
а также информация о том, кто из них сколько ест. Очевидно, что Барсики едят
в целом больше, и мы можем провести четкую границу между котиками по этому
фактору. И если такая граница возможна, то мы делаем вывод, что фактор связан
с уровнем счастья. Иной случай выглядит так.
Здесь невозможно построить такую границу, чтобы Барсики оказались по одну
ее сторону, а Мурзики — по другую. Соответственно, в этом случае количество
еды не связано с уровнем счастья.
Алгоритм нахождения таких границ и называется дискриминантным анализом,
а формула, которая задает границы, — дискриминантной функцией. По итогу дис-
криминантного анализа вы получаете таблицу, в которой обозначается, по каким
факторам удалось провести внятные границы, а по каким — нет.
Дискриминантный анализ может работать и с большим количеством групп. Напри-
мер, если мы добавим к нашим Барсикам и Мурзикам группу философских котиков,
дискриминантный анализ сможет найти границы между ними всеми. Число таких
границ всегда будет на одну меньше, чем количество групп.
ч1 Ш
№
Ш «5
*v А
Если же вы являетесь поклонником регрессионного анализа, то при большом ко-
личестве групп вы можете вычислить так называемую мультиномиальную регрессию.
С методами регрессионного и дискриминантнохю анализов связаны две проблемы,
которые существенным образом могут испортить вам все ваши выводы.
Первая из них — проблема мультиколлиниарности — возникает в случаях, когда
некоторые факторы сильно коррелируют между собой, и приводит к неустойчивости
получившегося уравнения. Проявляется это в двух формах.
1. При добавлении всего одного-двух котиков в выборку это уравнение может
измениться до неузнаваемости.
2. Формулы, построенные на двух сходных выборках котиков, будут различаться.
• •
/
\
Ш
Уравнение 1
= ь„+ ь,« *5б
• •
Уравнение 2
Как правило, эту проблему преодолевают тремя способами.
1. Исключают одну из коррелирующих переменных из анализа.
2. Предварительно проводят процедуру факторного анализа (о нем будет расска-
зано далее), заменяющего эти переменные одной искусственной, которая
и будет включена в регрессию.
3. Проводят процедуру пошаговой регрессии. Такая регрессия постепенно включа-
ет в уравнение по одной переменной и сразу же после этого пересчитывает
вклад всех остальных. В итоге если одна из коррелирующих переменных была
выбрана в качестве фактора, вторая туда скорее всего не попадет.
Вторая проблема — проблема переобучения — заключается в том, что уравнение,
полученное на одних котиках, может не работать на других. Она возникает из-за
того, что в вашей выборке котиков могут быть закономерности, которые нехарак-
терны для котиков в целом. И зачастую они попадают в регрессионную модель.
Для всех
котиков
= bo + bi
+ b2
Только для
ваших
котиков
+ Ьзх?
т
Для того чтобы предотвратить переобучение, используют критерий, который ис-
кусственно ограничивает количество факторов, включенных в уравнение (напри-
мер, критерий Акаике и Байесовский информационный критерий).
Глава 12. Котиковые аналоги или
основы математического моделирования
В предыдущих разделах мы подробно рассмотрели метод регрессионного анализа,
который позволяет построить уравнение, описывающее, как различные вещи влияют
на настроение котиков. Подобные уравнения входят в группу объектов, называю-
щихся математическими моделями.
Математическая модель — это своего рода аналог котика, который позволяет
изучать его поведение без проведения реальных экспериментов. Как правило, это
значительно удешевляет исследования.
Все математические модели делятся на функциональные и структурные. Функцио-
нальные модели, к которым, к слову, относится регрессионное уравнение, — опи-
сывают влияние внешних факторов на котиковое состояние. Например, известная
нам модель котикового счастья.
Особенность такой модели в том, что мы подробно не рассматриваем состав
этого счастья. Счастье для нас — некий целостный объект, целевая переменная,
которая может меняться: прибывать или убывать. А вот структурные модели по-
зволяют описать его компоненты: от удовлетворения базовых котиковых потребно-
стей до котиковой самореализации.
Как правило, функциональные модели записываются с помощью уравнений. А вот
структурные могут быть достаточно разнообразными: от таблиц до блок-схем.
Любая математическая модель строится в два этапа. На первом этапе мы прики-
дываем, какие факторы в принципе могут влиять на котиковое счастье или
из каких компонентов оно может состоять. Этот этап называется также построе-
нием содержательной модели.
Второй этап включает в себя сбор реальных данных и их математическую обра-
ботку. Он называется построением формальной модели. Формальную модель уже
можно использовать как аналог реального котика. Изменяя различные параметры
этой модели, вы сможете понять, как функционирует котик, не прибегая к опытам
над животными.
Помимо деления на функциональные и структурные модели есть еще несколько
классификаций, о которых полезно знать. В частности бывают модели статические
и динамические. Первые описывают состояние котика в какой-то конкретный мо-
мент. Вторые же концентрируются непосредственно на изменениях, которые пре-
терпевает котик.
Статические
модели
Динамические
модели
Кроме того, модели делятся на линейные и нелинейные. Линейные модели вклю-
чают в себя только линейные взаимосвязи, о которых мы подробно говорили
в главах про корреляционный и регрессионный анализы. Нелинейные модели могут
включать в себя нелинейные взаимосвязи. Примером здесь может служить полино-
миальная регрессия.
©
©
.с
.с ••
. с •• * -
о ** * *
. с
. с
. с
> с ••
0
С9 .
, С% -
. С*
. с
♦ •
с'
*9 .
Линейная
модель
Нелинейная
модель
Также имеет смысл рассмотреть деление моделей на непрерывные и дискретные.
Первые отличаются тем, что в них все переменные имеют бесконечное множество
значений. Пример такой переменной — это котиковый размер, измеренный
в сантиметрах. Мы можем сказать, что наш котик имеет длину 62 см. А можем —
что 62,513987 см. И даже точнее. Если состояние вашего котика измеряется та-
кой переменной, то, чтобы построить функциональную модель, вам необходима ли-
нейная регрессия.
Дискретные же модели работают с переменными, которые имеют ограниченное ко-
личество значений. Например, тот же размер, но имеющий только три значения:
маленький, средний и большой. Построить модели с дискретными целевыми пере-
менными, в частности, позволяют логистическая регрессия и дискриминантный
анализ.
. с
/■ч • • %
% ф
. с
, с ••
р • • % ф
SS •• % Ф
р • • % ф
р *•• * *
Ф?
W*?
> с ► с
■w ♦♦
,с
% * с
Непрерывная
модель
Дискретная
модель
Впрочем, на практике большинство моделей относятся к смешанным типам —
в них встречаются как дискретные, так и непрерывные переменные, а линейные
взаимосвязи вполне могут сочетаться с нелинейными.
Глава 13. Разновидности котиков
или основы кластерного анализа
Из предыдущих разделов мы узнали, как определить, какие факторы делают на-
ших котиков счастливыми. В этом нам помогли регрессионный и дискриминантныи
анализы. Зная значения этих факторов, мы можем предсказать, будет ли тот или
иной котик счастливым или несчастным. Иными словами, мы можем рассортировать
котиков по классам, т. е. классифицировать их.
Вообще, задача классификации является крайне важной практически для всех
наук, изучающих котиков. Но довольно часто мы не имеем никакого понятия даже
о том, на какие группы делятся котики. Ведь котики очень разные. Поэтому су-
ществуют методы, которые позволяют не только рассортировывать котиков
на группы, но и выделять сами эти группы. И все вместе они называются кла-
стерным анализом.
В первом приближении у нас могут возникнуть две ситуации. Первая — мы зна-
ем, на сколько групп у нас должны делиться котики, но не имеем понятия, где
эти группы находятся. Вторая — мы не знаем итоговое количество групп.
Со второго случая мы, пожалуй, и начнем.
Рассмотрим самый простой пример. Предположим, что мы захотели поделить на-
ших котиков по размеру. Очевидно, что чем больше два котика похожи друг1
на друга, тем больше шансов, что они окажутся в одной группе. Чтобы понять
степень похожести, надо просто найти разность между размерами — чем она мень-
ше, тем более похожими являются наши котики.
Мурзик Барсик
Итак, мы вычисляем все возможные разности между размерами котиков. Далее
пара самых похожих котиков объединяется в группу (или кластер). Затем мы
вновь вычисляем разности. А затем опять объединяем самых похожих. И так про-
исходит до тех пор, пока у нас все котики не объединятся в один большой кла-
стер.
Этот алгоритм относится к методам иерархической кластеризации. Их довольно
много, но каждый из них обладает следующими свойствами.
1. Эти методы могут работать с большим количеством переменных — вы можете
брать и размер, и степень пушистости, и длину коготков, и прочие котико-
вые признаки одновременно.
2. На основе этих признаков вы вычисляете степень похожести котиков (чаще
используется термин расстояние).
3. Котики последовательно объединяются в группы. Это может происходить так,
как было описано выше (так называемый «метод ближайшего соседа»), а может
и по другим принципам.
4. По итогу вы получаете график, называемый дендрограммой. По ней вы можете
определить, на какие группы делятся ваши котики и какие котики к какой
группе принадлежат. Единственное — если котиков очень много, воспринимать
такую дендрограмму довольно сложно.
ш
о
V X
Расстояние
Напомним, что иерархический кластерный анализ позволяет вам разбить котиков
на группы, когда вы не знаете, сколько у вас их должно получиться. А если
знаете, то более адекватным будет использование метода к-средних.
Идея достаточно проста. Предположим, вы подозреваете, что все котики делят-
ся на три различающиеся размером группы. Тогда у каждой группы существует
свой представитель, который обладает самым типичным для группы размером. Та-
кой котик называется центроидом. И основная задача алгоритма к-средних — най-
ти , каким именно размером эти центроиды обладают.
Происходит это пошагово. На первом этапе мы произвольно расставляем цен-
троиды .
1 ч ' У!
т..т
Ч ' У •
С>
W
Центроид
п
Ь-нт}ъ»ид
.1©.©)
'**"+
4:
-+
vC
<©.©>,
л «у.
V
Ф
,'©.©у
'Ч ' '■
v~*
rf
Центроид
На втором этапе вычисляются расстояния от каждого котика до каждого цен-
троида .
На третьем — определяем принадлежность котиков к тому или иному центроиду.
Иными словами — смотрим, какой котик к какому центроиду ближе.
И на четвертом этапе мы вычисляем средний размер котиков при каждом цен-
троиде . И центроид перемещается в этот средний размер.
А потом алгоритм повторяется со второго шага. Происходит это потому, что
некоторые котики перебегают от одного центроида к другому, вследствие чего
положение центроидов также будет меняться.
Происходит это ровно до тех пор, пока после очередного повторения положение
центроидов останется неизменным.
Важно отметить следующие вещи. Во-первых, к-средних может работать сразу
по нескольким переменным. Для этого, как и для иерархического кластерного
анализа, вычисляется расстояние, но уже не между отдельными котиками, а между
конкретным котиком и центроидом.
Во-вторых, результат к-средних сильно зависит от начального положения цен-
троидов . Некоторые такие положения могут приводить к довольно-таки бредовым
результатам. Поэтому к-средних лучше проводить несколько раз подряд. Кстати,
если вы при этом каждый раз получаете разные результаты, стоит задуматься
о смене количества групп.
Конкретные результаты кластерного анализа во многом зависят от того, какую
метрику расстояния вы выбрали. А их существует несколько. Самая простая
из них — эвклидово — есть просто кратчайший путь между двумя точками.
Эвклидово расстояние
Иногда вместо него используют так называемое Манхэттенское расстояние. На-
звано оно было в честь Манхэттена, а точнее — в честь его планировки. Прогу-
ливаясь по Манхэттену, вы не можете попасть из точки А в точку Б
по кратчайшему пути. Если только вы не можете проходить сквозь стены, вам
обязательно придется идти вдоль его параллельно-перпендикулярных улиц.
т
У
Манхэттенское расстояние
Заметим, что синий и красный пути абсолютно одинаковы. Манхэттенское рас-
стояние лучше использовать в случаях, если вы подозреваете, что в вашей вы-
борке есть выбросы.
Последняя наиболее часто используемая метрика — это расстояние Чебышева.
Она немного похожа на Манхэттенское расстояние. Но только чуть-чуть. Потому
что его можно определить, как максимальное расстояние, которое котику нужно
будет пройти вдоль одной улицы.
Расстояние Чебышева
Глава 14. О котиковом характере
или основы факторного анализа
Безусловно, каждый котик — уникальная и сложная личность. У него есть инди-
видуальные желания и предпочтения, а также собственный взгляд на мир и свое
место в нем. Впрочем, некоторые психологические особенности (например, любовь
к еде) являются общими для всех котиков.
Однако, к большому сожалению, в отличие от всяких внешних признаков
(к примеру таких, как размер или пушистость), психологические особенности
не так просто измерить, поскольку их нельзя увидеть. И потому мы нуждаемся
в специальных методах для их выявления.
В качестве примера вспомним, что большинство котиков склонны точить когти
о диван и время от времени царапать своих хозяев. При этом мы наблюдаем ли-
нейную положительную взаимосвязь между этими явлениями — котики, которые де-
рут большее количество диванов, склонны оставлять большее количество царапин.
Глядя на эту взаимосвязь, мы можем предположить, что за этими склонностями
стоит некоторая скрытая причина, которая вполне может являться особой чертой
котикового характера. Назовем ее царапучестью. Чем выше царапучесть, тем
больше котики склонны царапать диваны и людей.
/ \
#
Выявить такие скрытые причины (или факторы) помогает факторный анализ, ко-
торый проходит в несколько этапов. Во-первых, рассчитывается корреляционная
матрица между всеми переменными, которые вы замерили: размером, количеством
еды, склонностью царапать людей и т. д.
#
0,9
0,9
0,8
//
0,8
Во-вторых, переменные, которые коррелируют между собой, заменяются фактора-
ми . Чтобы понять, как это происходит, обратимся к рисунку.
На нем уже знакомая нам линейная взаимосвязь, которая описывается регресси-
онной прямой. Давайте теперь повернем наш рисунок таким образом, чтобы эта
прямая лежала по горизонтали, и проведем прямую, перпендикулярную регрессион-
ной.
vC
©
У нас получилась новая система координат. При этом большая часть котиков
лежит вдоль оси X. Эта ось и будет являться фактором, заменяющим как количе-
ство поглощаемой пищи, так и котиковое счастье.
ФАКТОР
В итоге мы получаем вот такую таблицу, которая называется факторной матри-
цей. В каждой ячейке такой таблицы — коэффициент корреляции между одним
из факторов и конкретной переменной. Называется он факторной нагрузкой. Сумма
коэффициентов корреляции для каждого фактора называется собственным значени-
ем.
I" F F
?-?) 0,6
0,7
0,7
Собственное
значение
Далее происходит так называемая процедура вращения. Цель ее заключается
в том, чтобы большие коэффициенты корреляции в факторной матрице стали еще
больше, а маленькие — еще меньше. Это значит, что каждый фактор будет связан
только с определенной группой переменных и ни с какими другими.
F F F
*-?) о.б
F F F
t^) 0,9
0,7
0,8
0.7
0.9
р
0.6
S?
'/'
0.8
До вращения
После вращения
Чтобы прояснить, как работает вращение, также обратимся к рисунку. На нем
изображена переменная «Счастье», которая коррелирует с первым и вторым факто-
рами. Координаты «Счастье» — это коэффициенты корреляции между ним
и факторами.
/
!
\
\
^-"""
0,3
""---___
\
1 1
о.б !
/
/
/
.^
До вращения
После вращения
Если мы будем вращать окружность против часовой стрелки,
«Счастья» будут меняться. Соответственно, оно будет больше
с первым фактором и меньше — со вторым.
Вращение бывает двух видов — ортогональное и косоугольное. В
получившимся факторам запрещается коррелировать между собой,
нет.
Предпоследняя процедура — это отсеивание лишних факторов,
связаны с первоначальными переменными. Для этого существует два
вый (называемый критерием Кайзера) заключается в том, что мы
все факторы с собственным значением ниже 1.
то координаты
коррелировать
первом случае
а во втором —
которые слабо
способа. Пер-
отбраковываем
F F
\S\ 0,9
0,8
0,9
Собственное
значение
Второй способ называется методом каменистой осыпи (или критерием Кеттелла).
Для того чтобы им воспользоваться, необходимо построить график собственных
значений. На горизонтальной оси этого графика располагаются факторы,
а на вертикальной — их собственные значения. На определенной точке этого гра-
фика происходит перегиб. И все факторы, которые находятся за этой точкой, от-
сеиваются .
JF
Ф
s
z
<D
7
<s
z
n
Q>
О
z
z
0)
CD
K
o
Ю
О
о
JF
if s
И наконец последний шаг — это придумать название получившимся факторам.
Этот шах1 является довольно нетривиальным — подчас он вызывает наибольшие за-
труднения. Но если вы успешно преодолеете его, то у вас на руках может ока-
заться довольно неплохая структурная модель котикового характера. В нашем
случае первый фактор будет называться «жизнерадостностью», а второй — «цара-
пучестью».
Изначально факторный анализ был разработан психологами для изучения способ-
ностей и личностных качеств. Однако со временем область применения данного
метода существенно расширилась.
Первая большая проблема, которую позволяет решить факторный анализ, это со-
кращение количества переменных. Как правило, серьезные исследования подразу-
мевают сбор большого количества данных. Настолько большого, что в них бывает
очень трудно разобраться. В этом случае факторный анализ позволяет уменьшить
их количество за счет замены изначальных переменных факторами.
у/ ** х*
ш т
% Ф ^Г * +
Вторая задача, требующая применения факторного анализа, это устранение
мультиколлинеарности из регрессионных моделей. Напомним, что эта проблема за-
ключается в том, что если две или более переменные взаимосвязаны между собой,
результаты регрессионного анализа будут крайне ненадежными. Поэтому такие пе-
ременные требуется удалить из анализа. И один из путей — это замена таких пе-
ременных факторами.
Заключение
Ну, вот и все. Ну, может, конечно, и не все: статистика все-таки гораздо
богаче, и многое осталось за бортом. Но пока все. Потому что если объяснять
совсем все, то пропадает интерес. А интерес — движущая сила в познании любого
предмета. Да и потом, совсем все не объяснишь.
А так, мы рассмотрели самые базовые методы, которыми пользуются статистики
для анализа данных. Мы прошлись по описательной статистике, рассмотрели меры
различий и меры связи, познакомились с регрессионным и дискриминантным анали-
зами, а также разобрались, как работают методы кластеризации и для чего ис-
пользуется факторный анализ. В общем, немало.
Надеюсь, что статистика стала вам ближе. Надеюсь, что страх и недоверие,
если они и были, то прошли. Надеюсь, что вы заметили ту внутреннюю красоту,
которая присуща этой дисциплине.
А в общем, надеюсь, что вам понравилось.
Приложение 1.
Коротко о главном
Основные определения,
необходимые для
понимания материала
Генеральная совокупность — группа объектов, которые вам интересны как ис-
следователю . В публикации — все котики как биологический вид.
Выборка — часть генеральной совокупности, доступная для исследования. Ста-
тистики стремятся к тому, чтобы результаты, полученные на выборках, были вер-
ны и для генеральной совокупности. В публикации описывается как котики, кото-
рых мы непосредственно измеряем.
Связанные выборки — ситуация, при которой любому объекту из первой выборки
соответствует ровно один объект из второй. Можно сказать, что они образуют
неразрывную пару (а в более сложных случаях — тройку, четверку и т. д.) .
В публикации — котики до и котики после приема лекарства.
Наблюдение — измеренный объект. Котик.
Переменные — свойства объектов, которые поддаются измерению. В публикации —
котиковое счастье, здоровье, размер и т. д.
Значение переменной — степень выраженности того или иного свойства
F
у конкретного объекта. Иными словами — насколько данный котик здоров, сыт
и счастлив.
Меры
центральной
тенденции
Используются, когда вам нужно отразить наиболее типичные значения, присут-
ствующие в вашей выборке.
Состав:
1. Мода — наиболее часто встречающееся значение.
2. Медиана — середина упорядоченного ряда значений.
3. Среднее арифметическое — сумма значений, деленная на их количество.
Пример: определение наиболее типичной зарплаты в нашей стране можно осуще-
ствлять по двум показателям — среднему арифметическому и медиане. Первая оп-
ределяется как количество денег, деленное на количество людей, а второе — как
зарплата человека, стоящего ровно посередине между самым бедным и самым бога-
тым. Как правило, эти значения различаются — средняя зарплата выше медианной.
И чем это различие больше, тем выше социальное неравенство в обществе.
Меры
изменчивости
Используются, когда нужно отразить степень разброса значений относительно
меры центральной тенденции.
Состав:
1. Размах — разность между максимальным и минимальным значениями.
2. Дисперсия — сумма квадратов отклонений, деленная на их количество. От-
клонение — это разность между средним арифметическим и конкретным значе-
нием. Дисперсии для генеральной совокупности и для выборки вычисляются
по разным формулам.
3. Стандартное отклонение — корень из дисперсии.
Пример: предположим, вы владеете заводом, который выпускает гвозди. Для лю-
бого массового производства необходимо, чтобы изделия полностью соответство-
вали некоторому стандарту. Например — длина ваших гвоздей должна быть ровно
10 см. Однако на практике всегда существуют некоторые отклонения от этого
стандарта (например 10,2 или 9,7 см). Меры изменчивости позволяют оценить ве-
личину этих отклонений. Если стандартное отклонение длины превышает некоторое
критическое значение, то ваша продукция не соответствует стандарту,
а следовательно — не является качественной.
Меры различий для
несвязанных выборок
Позволяют определить различия между двумя несвязанными выборками. Наличие
значимых различий по определенному признаку позволяет с некоторой уверенно-
стью говорить о том, что генеральные совокупности также различаются. Эти ме-
тоды делятся на параметрические и непараметрические. Первые желательно ис-
пользовать только тогда, когда ваши данные удовлетворяют следующим требовани-
ям.
1. Данные представлены в метрической шкале. Иными словами, признаки должны
быть представлены в определенных единицах измерения (см, кг, сек.
и т. д.)
2. Большое число наблюдений (от 30, но лучше более 100).
3. Распределение значений признаков приблизительно соответствует нормально-
му .
4. Отсутствуют выбросы (значения, на порядок отличающиеся от среднего).
Непараметрические меры различий работают и без этих допущений. Наиболее
часто используемые меры различий представлены в таблице.
Пример: предположим, что вы выращиваете помидоры, и вам необходимо опреде-
лить г какой из двух сортов демонстрирует лучшую урожайность. Чтобы это сде-
лать , вам необходимо подсчитать количество помидоров при каждом кусте
и занести эту информацию в таблицу. Дальше вы применяете к этим данным t-
критерий Стьюдента и по нему судите о наличии различий между сортами. Если
сортов больше двух, то ваш выбор — дисперсионный анализ с последующим сравне-
нием с помощью специальных post-hoc-критериев.
Меры различий для
связанных выборок
Позволяют определить различия между двумя связанными выборками. Также де-
лятся на параметрические и непараметрические:
Пример: Представим, что вы преподаватель курсов повышения квалификации,
и вам интересно узнать, вынесли ли ваши слушатели что-нибудь полезное
с занятий. Чтобы это сделать, вам необходимо разработать некоторый провероч-
ный тест и раздать его слушателям до начала занятий и после их окончания. Т-
критерий Вилкоксона позволит вам проверить, стали ли слушатели лучше знать
ваш предмет. Если же вы провели несколько таких измерений, то ваш вариант —
это критерий Фридмана.
Меры
связи
Данный класс критериев (называемых также коэффициентами корреляции) позво-
ляет найти взаимосвязь между переменными. Математически взаимосвязь — это со-
вместное изменение переменных.
Если она положительна и равна 1, то увеличение значения первой переменной
сопровождается увеличением значения второй. Если она отрицательна (-1) , то
высокое значение первой переменной сопровождается низким значением второй.
Коэффициент корреляции, равный 0, обозначает отсутствие взаимосвязи.
Самыми популярными коэффициентами корреляции являются г Пирсона (параметри-
ческий) и р Спирмена (непараметрический).
Пример: вы решили провести психологическое исследование и выяснить, сущест-
вует ли взаимосвязь между интеллектом и уровнем дохода. Для этого вам необхо-
димо найти группу испытуемых, измерить их интеллект, узнать их среднемесячный
доход и найти коэффициент корреляции. Если он высок и положителен, то более
интеллектуальные люди получают больше денег.
Если вы получили подобный результат, необходимо быть очень внимательными
при его интерпретации. Поскольку равновероятными могут быть следующие вариан-
ты:
■ Более умные люди получают работу с более высоким заработком.
■ Высокий доход позволяет больше времени уделять саморазвитию в целом
и развитию интеллекта в частности.
■ Существует неизвестная переменная (фактор), обусловливающая эту взаимо-
связь .
■ Взаимосвязь является случайным совпадением.
Регрессионный
анализ
Данная группа методов позволяет построить функциональную математическую мо-
дель — уравнение, которое помогает предсказать значение некоторой целевой пе-
ременной, используя значения ряда переменных, называемых предикторами.
Наиболее распространенными методами регрессионного анализа являются линей-
ная и логистическая регрессии. Линейная регрессия позволяет предсказать точ-
ное количественное значение некоторой переменной, представленной в метричес-
кой шкале. Логистическая регрессия позволяет предсказать вероятность принад-
лежности объекта к тому или иному классу.
Пример: предположим, вы управляете сетью розничных магазинов и хотите полу-
чить представление о том, какие факторы влияют на ежемесячную выручку в этих
магазинах. Для этого вы должны замерить все возможные факторы, которые,
по вашему мнению, могут на эту выручку повлиять: количество людей, посещающих
магазин, число сотрудников на кассах, наличие на полках определенного товара
и т. д. Затем необходимо построить линейную регрессию, указав в качестве це-
левой переменной выручку с этих магазинов, а в качестве предикторов — все,
что вы замерили.
Получив регрессионную модель, вы сможете не только посмотреть, какие факто-
ры влияют на продажи, но и предсказать, какую выручку будет получать магазин
при определенных условиях.
Если вы немного скорректируете вашу задачу и примените метод логистической
регрессии, то вы сможете узнать условия, при которых ваш магазин будет при-
быльным или убыточным.
Дискриминантный
анализ
Дискриминантный анализ во многом похож на логистическую регрессию. Задачу,
которую он решает, можно приблизительно сформулировать так: по каким перемен-
ным я могу отнести конкретный объект в тот или иной класс.
Пример: предположим, вы проводите медицинское исследование и хотите узнать,
по каким диагностическим показателям можно отличить больного человека
от здорового. Для этого вы берете группы заведомо здоровых и больных людей
и замеряете у них всех возможных «подозреваемых». После этого необходимо про-
вести дискриминантный анализ, который и выявит систему показателей,
по которым можно установить конкретный диагноз.
Кластерный
анализ
Кластерный анализ позволяет разбить ваши объекты на классы. При этом число
классов может быть заранее неизвестным, либо вы точно знаете их количество.
В первом случае ваш выбор — это метод иерархической кластеризации, который
последовательно объединяет объекты в группы, основываясь на расстоянии между
ними. Для второго случая необходим метод k-средних, который группирует ваши
объекты вокруг так называемых центроидов.
Пример: представим себе, что вы занимаетесь онлайн-продажами, и вам необхо-
димо выделить категории клиентов, для того чтобы организовать более эффектив-
ную таргетированную рекламу. Чтобы это сделать, вы можете запустить на своем
сайте небольшой опросник и, собрав некоторые данные о посещаемости тех или
иных страниц, провести кластерный анализ. Если у вас есть некоторые предполо-
жения о том, какие именно категории клиентов заходят к вам на сайт, ваш выбор
к-средних. Если таких предположений нет — то можно обойтись иерархической
кластеризацией.
Факторный
анализ
Факторный анализ позволяет сократить количество переменных, заменив их на-
бором факторов. Кроме того, он может являться предварительной процедурой пе-
ред проведением регрессионного анализа в случае, если ряд предикторов корре-
лирует между собой.
Пример: предположим, вы разрабатываете батарею психологических тестов,
предназначенную для диагностики способностей у школьников. После того, как вы
составили ряд задач, а также провели их на выборке учащихся, вам необходимо
будет провести факторный анализ. Если высокий балл по одной задаче, как пра-
вило, сопровождается высоким баллом по другой задаче, значит, за ними, скорее
всего, стоит некоторый общий фактор. Этот фактор и будет указывать на уровень
развития той или иной способности.
Приложение 2. Работа в
статистических пакетах
На сегодняшний день существует огромное количество программных продуктов,
которые позволяют работать если не со всеми, то во всяком случае с большинст-
вом методов, о которых рассказывается в публикации. В первом приближении их
можно поделить на два класса: те, в которых все команды задаются с помощью
текстового ввода (например R и Python), и те, где конкретный метод выбирается
с помощью меню. Поскольку рядовой пользователь достаточно редко имеет дело
с командной строкой, мы остановимся только на втором классе программ. Самыми
популярными из них можно считать следующие.
1. IBM SPSS — мощный пакет, способный справиться с абсолютным большинством
статистических задач. Является платным, однако существует и бесплатная
14-дневная версия.
2. StatSoft Statistica — главный конкурент SPSS на отечественном рынке.
Также является коммерческим продуктом.
3. R-commander — графический интерфейс для языка программирования R. Как
и сам R, распространяется бесплатно.
4. PSPP — бесплатный аналог SPSS со схожим интерфейсом.
5. Microsoft Excel с надстройкой «Анализ данных». Как ни странно, позволяет
делать довольно много интересных вещей. Но его интерфейс не является ти-
пичным для статистических программ.
Здесь мы рассмотрим, как работать с SPSS. Однако многие вещи, о которых
пойдет речь ниже, подходят и для других статистических пакетов. В частности,
для любой статистической программы с меню характерна вот такая последователь-
ность работы:
1. Вбить данные в таблицу;
2. Найти нужный метод;
3. Выбрать переменные для анализа;
4. Отметить необходимые опции;
5. Нажать «ОК»;
6. Проинтерпретировать результаты.
При этом первый, пятый и шестой шаги практически полностью идентичны.
В частности, когда вы вбиваете данные в таблицу, абсолютное большинство паке-
тов следуют следующему правилу:
«По строкам — объекты, по столбцам — переменные».
При этом если у вас присутствуют несвязанные выборки, то этот факт кодиру-
ется отдельной переменной, которая обозначает принадлежность объекта к той
или иной группе (например, 0 — котик и 1 — кошечка) . В свою очередь каждая
связанная выборка обозначается отдельной переменной (например, «Размер до»
и «Размер после»).
Объект
Барсик
Мурзик
Тишка
Дуси
Муся
Мурка
Пол (0-котик, 1-
кошечка)
0
0
0
1
1
1
Размерi
62
Ы
65
57
54
52
Размер до (см) Размер после (см)
64
68
67
60
55
54
Остальные шаги отличаются некоторыми нюансами, которые зависят как
от пакета, так и от метода. В частности, в SPSS выбор переменных осуществля-
ется с помощью переноса их в отдельные поля, а, допустим, в Statistica — про-
стым выделением мыши.
Итак, ниже будут приведены алгоритмы работы в программе IBM SPSS Statistics
24 (пробная русская версия с официального сайта). Они будут состоять
из четырех разделов:
1. КАК НАЙТИ, в котором указывается путь к конкретному методу. Он всегда
начинается с верхнего меню (там, где «Файл», «Изменить» и т. д.);
2. ЧТО ВВОДИТЬ — что необходимо сделать для проведения анализа.
3. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОПЦИИ, которые позволяют приспособить метод под вашу
конкретную задачу.
4. КУДА СМОТРЕТЬ — указание на таблицы и ячейки, в которых содержатся ос-
новные результаты анализа.
Описательная
статистика
и диаграммы
Как найти: Анализ —> Описательные статистики —> Частоты...
Что вводить: Выделите переменные, которые вы хотите проанализировать,
и с помощью стрелочки перенесите их в поле «переменные».
Дополнительные опции:
Статистики... — позволяет выбрать конкретные меры центральной тенденции
и меры изменчивости.
Диаграммы... — позволяет выбрать диаграммы (круговую или столбчатую) .
Формат... — позволяет отрегулировать, в каком виде будет выдаваться резуль-
тат . Например, можно вывести результаты по каждой переменной по отдельности,
а можно — вместе.
Куда смотреть: в таблицы с описательными статистиками и на диаграммы.
Т-критерий Стьюдента
для несвязанных выборок
Как найти: Анализ —> Сравнение средних — > Т-критерий для независимых выбо-
рок.
Что вводить:
1. Переместите переменные, по которым хотите найти различия, в поле «Прове-
ряемые переменные».
2. Переместите переменную, которая делит ваши объекты на группы
(т. е. На несвязанные выборки), в поле «Группировать по».
3. Задайте группы, либо указав конкретные значения (например 0 и 1) , либо
обозначив некоторое пороговое, ниже которого будет одна группа, а выше —
другая.
Дополнительные опции: ничего интересного.
Куда смотреть: смотрим в таблицу «Критерий для независимых выборок». Слева
будет два важных столбца, обозначающих критерий равенства дисперсий Ливиня,
который определяет, равны ли между собой дисперсии ваших выборок.
Если значимость больше 0,05, то они равны и вам дальше нужно будет смотреть
в первую строчку («Предполагаются равные дисперсии»). Если меньше 0,05 — то
во вторую («Не предполагаются равные дисперсии»).
Следующие столбцы — сам t-критерий Стьюдента. Если его значимость меньше
0,05 (столбец «Знач. Двухсторонняя»), то средние значения ваших выборок раз-
личаются. Если же больше 0,05, то таких различий обнаружено не было.
Если вы хотите узнать, у какой группы соответствующий показатель больше,
смотрите в таблицу «Статистика группы» (столбец «Средние»).
Однофакторный
дисперсионный
анализ
Как найти: Анализ —> Общая линейная модель —> ОЛМ-одномерная.
Что вводить:
1. Переместите переменную, по которой хотите найти различия, в поле «Зави-
симая переменная».
2. Переместите переменные, которые делят ваши объекты на группы (т. е.
на несвязанные выборки), в поле «Фиксированные факторы».
Дополнительные опции:
Апостериорные — позволяет вычислить различные post-hoc-критерии.
Параметры — разные дополнительные критерии. Как правило, нас интересуют
описательные статистики. Также весьма полезным может быть график средних.
Куда смотреть: нас интересуют два последних столбца таблицы «Критерии меж-
групповых эффектов» — «F» и «Значимость». Эти параметры есть при каждом фак-
торе. Если «Значимость» меньше 0,05 — фактор влияет на переменную.
Если вы включили post-hoc-критерии, то найти их можно в таблице «Множест-
венные сравнения». Средние показатели по каждой группе вы сможете найти
в таблице «Описательные статистики».
Многофакторный
дисперсионный
анализ
Как найти: Анализ — > Сравнение средних — > Однофакторный дисперсионный ана-
лиз .
Что вводить:
1. Переместите переменные, по которым хотите найти различия, в поле «Список
зависимых переменных».
2. Переместите переменную, которая делит ваши объекты на группы (т. е.
на несвязанные выборки), в поле «Фактор».
Дополнительные опции:
Апостериорные — позволяет вычислить различные post-hoc-критерии.
Параметры — разные дополнительные критерии. Как правило, нас интересуют
описательные статистики. Также весьма полезным может быть график средних.
Куда смотреть: смотрим на два последних столбца таблицы «ANOVA» — «F»
и «Значимость». Если «Значимость» меньше 0,05 — фактор влияет на переменную.
Если вы включили post-hoc-критерии, то найти их можно в таблице «Множест-
венные сравнения». Средние показатели по каждой группе вы сможете найти
в таблице «Описательные статистики».
U-критерий
Манна-Уитни
Как найти: Анализ —> Непараметрические критерии — > Устаревшие диалоговые
окна -> Для двух независимых выборок.
Что вводить:
1. Переместите переменные, по которым хотите найти различия, в поле «Список
проверяемых переменных».
2. Переместите переменную, которая делит ваши объекты на группы (т. е.
на несвязанные выборки), в поле «Группировать по».
3. Задайте группы, указав конкретные значения (например 0 и 1).
Дополнительные опции: если хотите, можете посмотреть различия по другим
критериям.
Куда смотреть: смотрим в таблицу «Статистические критерии». Сам критерий
U Манна-Уитни находится в одноименной строчке. Р-уровень значимости можно
найти в строчке «Асимптотическая значимость (2-сторонняя)». Если он меньше
0,05, ваши выборки значимо различаются. Если же больше 0,05, то таких разли-
чий обнаружено не было.
Н-критерий
Краскелла-Уоллеса
Как найти: Анализ —> Непараметрические критерии — > Устаревшие диалоговые
окна -> Для К независимых выборок.
Что вводить:
1. Переместите переменные, по которым хотите найти различия, в поле «Список
проверяемых переменных».
2. Переместите переменную, которая делит ваши объекты на группы (т. е.
на несвязанные выборки), в поле «Группировать по».
3. Задайте группы, указав диапазон их значений. Например
от 1 до 3 в случае, если у вас 3 группы.
Дополнительные опции: ничего интересного.
Куда смотреть: смотрим в таблицу «Статистические критерии». Абсолютное зна-
чение критерия скрывается в строчке «Хи-квадрат». Если «Асимптотическая зна-
чимость меньше 0,05», то влияние фактора можно считать значимым.
Т-критерий Стьюдента
для связанных выборок
Как найти: Анализ —> Сравнение средних —> Т-критерий для парных выборок.
Что вводить: переместите пары переменных, обозначающих связанные выборки
в поле «Парные переменные».
Дополнительные опции: ничего интересного.
Куда смотреть: смотрим в таблицу «Критерий парных выборок» на последние
столбцы. «Т» — значения критерия, а «Знач. (двухсторонняя)» показывает р-
уровень значимости. Если он меньше 0,05 — различия имеются.
Если вы хотите узнать, у какой группы соответствующий показатель больше,
смотрите в таблицу «Статистика парных выборок» (столбец «Среднее»).
Дисперсионный анализ
для повторных измерений
Как найти: Анализ —> Общая линейная модель —> ОЛМ-повторные измерения.
Что вводить:
1. Задайте имя внутригруппового фактора, по которому разделяются ваши свя-
занные выборки, число уровней (кол-во связанных выборок) и нажмите кноп-
ку «Добавить».
2. Переместите переменные, обозначающие ваши связанные выборки, в поле
«Внутригрупповые переменные».
Дополнительные опции: если у вас имеются несвязанные выборки, то вы можете
включить их в анализ, добавив соответствующую переменную в межгрупповые фак-
торы .
В разделе «Графики» вы можете настроить выдачу графиков средних по каждому
фактору.
Куда смотреть: смотрим в таблицу «Критерии внутригрупповых эффектов» (блок
с названием внутригруппового фактора). Там — четыре критерия, у которых чаще
всего одинаковые значения (столбец F). Если «Значимость» при них меньше 0,05,
то связанные выборки различаются между собой.
Т-критерий
Вилкоксона
Как найти: Анализ —> Непараметрические критерии —> Устаревшие диалоговые
окна —> Для двух связанных выборок.
Что вводить: переместите пары переменных, обозначающих связанные выборки,
в поле «Тестовые пары».
Дополнительные опции: если хотите, можете посмотреть различия по другим
критериям. Например, по критерию знаков.
Куда смотреть: смотрим в таблицу «Статистические критерии». Т-критерия Вил-
коксона вы в ней не найдете — вместо него так называемая Z-статистика, рас-
считанная на основе этого критерия. Ее вполне можно вставлять в вашу работу.
Р-уровень значимости можно найти в строчке «Асимптотическая значимость (2-
сторонняя)». Если он меньше 0,05, ваши выборки значимо различаются. Если же
больше 0,05, то таких различий обнаружено не было.
Критерий
Фридмана
Как найти: Анализ —> Непараметрические критерии —> Устаревшие диалоговые
окна —> Для К связанных выборок.
Что вводить: переместите переменные, обозначающие связанные выборки, в поле
«Проверяемые переменные».
Дополнительные опции: ничего интересного.
Куда смотреть: смотрим в таблицу «Статистические критерии». Абсолютное зна-
чение критерия скрывается в строчке «Хи-квадрат». Если «Асимптотическая зна-
чимость меньше 0,05», то влияние фактора можно считать значимым.
Коэффициенты корреляции
Пирсона и Спирмена
Как найти: Анализ —> Корреляции —> Парные.
Что вводить:
1. Переместите переменные, между которыми вы хотите найти взаимосвязи,
в поле «Переменные».
2 . Выберите нужный коэффициент корреляции.
Дополнительные опции: ничего интересного.
Куда смотреть: программа выдаст вам корреляционную матрицу (таблица «Корре-
ляции» или «Непараметрические корреляции»). Чтобы посмотреть в ней коэффици-
ент корреляций между переменными А и Б, нужно найти строчку с переменной
А и столбик с переменной Б и посмотреть, где они пересекаются.
Сверху будет коэффициент корреляции, а чуть ниже — уровень значимости
(двухсторонний). Если он ниже 0,05, то связь между переменными действительно
присутствует.
Линейная
регрессия
Как найти: Анализ —> Регрессия —> Линейная...
Что вводить:
1. Переместите целевую переменную в поле «Зависимая переменная».
2. Переместите переменные-факторы в «Независимые переменные».
Дополнительные опции: на главном окне вы можете выбрать метод линейной рег-
рессии . Как правило, «Ввод» и «Пошагово».
Нажав на кнопку «Статистики», вы сможете выбрать некоторые дополнительные
коэффициенты, которые выдаст вам программа.
Куда смотреть: смотрим в таблицу «Коэффициенты». Там нас будут интересовать
два столбца — «В» и «Значимость». В первом из них — регрессионные коэффициен-
ты. Во втором — р-уровень значимости. Если он меньше 0,05, то данный фактор
является значимым.
Вторая интересующая нас таблица — сводка для модели. Смотрим столбец «Скор-
ректированный R-квадрат». В нем — коэффициент детерминации, который скажет,
какой процент ваших данных объясняет модель. R-квадрат, равный 0,92, обозна-
чает, что 92% ваших данных объясняется вашей моделью.
Логистическая
регрессия
Как найти: Анализ —> Регрессия —> Логистическая...
Что вводить:
1. Переместите целевую переменную в поле «Зависимая переменная».
2. Переместите переменные-факторы в «Ковариаты».
Дополнительные опции: на главном окне вы можете выбрать метод логистической
регрессии. По умолчанию установлен «Ввод» (или «Enter»).
Нажав на кнопку «Параметры», вы сможете выбрать некоторые дополнительные
статистики и графики. Также я очень рекомендую поставить галочку в графе
«На последнем шаге».
Куда смотреть: пролистываем вывод вниз (до Блок 1) и смотрим в таблицу «Пе-
ременные в уравнении». Интересуют нас два столбца: «В» и «Значимость». Первый
содержит регрессионные коэффициенты. Второй — р-уровень значимости. Если он
меньше 0,05, то данный фактор является значимым.
Вторая таблица — «Сводка для модели». Смотрим столбец «R-квадрат Нэйджел-
керка». Этот коэффициент показывает, сколько процентов ваших данных объясняет
полученная модель. R-квадрат, равный 0,92, обозначает, что 92% ваших данных
объясняется вашей моделью.
И последнее — «Таблица классификации». Она позволяет сравнить, насколько
результаты, предсказываемые моделью, совпадают с реальными.
Дискриминантный
анализ
Как найти: Анализ —> Классификация —> Дискриминантный анализ.
Что вводить:
1. Переместите переменную, делящую ваши объекты на группы, в поле «Группи-
ровать по». Далее — задайте диапазон, в котором находятся ваши группы
(допустим от 1 до 3, если группы обозначаются как 1, 2 и 3).
2. Переместите остальные переменные в поле «Независимые».
3. Нажмите кнопку «Статистики» и отметьте «Однофакторный дисперсионный ана-
лиз» .
4. Нажмите кнопку «Классифицировать» и отметьте «Итоговая таблица».
Дополнительные опции: на главном окне вы можете выбрать метод дискриминант-
ного анализа («Принудительное включение» или «Шаговый отбор»).
В окне «Статистики» вы также можете выбрать «Средние», что даст описатель-
ную статистику по каждой из групп.
Куда смотреть: в таблице «Критерии равенства групповых средних» можно по-
смотреть, какие переменные значимо разделяют ваши объекты на группы (столбцы
«F» и «Значимость»). Если значимость меньше 0,05, то разделяет.
Значения коэффициентов стандартизованной канонической дискриминантной функ-
ции можно найти в одноименной таблице (если это действительно необходимо).
Что касается меры качества, то таковой может служить таблица «Результаты
классификации». В ячейках [0,0] и [1,1] находятся правильно классифицирован-
ные объекты, а в остальных — ошибочно определенные.
Иерархическая
кластеризация
Как найти: Анализ — > Классификация — > Иерархическая кластеризация...
Что вводить:
1. 1.Переместите признаки, по которым ваши объекты будут распределяться
на группы, в поле «Переменные».
2. В разделе «Графики» отметьте галочкой «Дендрограмма».
Дополнительные опции: нажав кнопку «Статистики», вы можете потребовать
у компьютера вывести принадлежность объектов к кластерам на том или ином эта-
пе кластеризации. Кроме того, у него можно затребовать матрицу расстояний ме-
жду объектами (она же — «Матрица близостей»).
В разделе «Метод» вы можете выбрать способ выделения кластеров, а также ме-
ру расстояния.
Куда смотреть: на дендрограмме показана принадлежность объектов к тому или
иному классу на всех этапах кластеризации.
Если же вы отметили соответствующую галочку, то вы можете посмотреть при-
надлежность объектов к кластеру на определенном этапе кластеризации в таблице
«Принадлежность к кластерам».
К-средних
Как найти: Анализ —> Классификация —> Кластеризация К-средними.
Что вводить:
1. Переместите признаки, по которым ваши объекты будут распределяться
на группы, в поле «Переменные».
2. Выберите число кластеров.
3. В разделе «Параметры» отметьте «Конечный кластер для каждого наблюде-
ния» .
Дополнительные опции: ничего интересного.
Куда смотреть: из таблицы «Принадлежность к кластерам» можно увидеть, какой
объект к какому кластеру принадлежит.
А в таблице «Конечные центры кластеров» расположены координаты каждого цен-
троида .
Факторный
анализ
Как найти: Анализ —> Снижение размерности —> Факторный анализ.
Что вводить:
1. Переместите переменные, на основе которых будут выделяться факторы,
в поле «Переменные».
2. Нажмите на кнопку «Вращение» и выберите метод вращения (чаше всего «ва-
римакс»).
Дополнительные опции: в разделе «Извлечение» можно выбрать метод извлече-
ния, вывести график собственных значений или настроить количество факторов,
которые выделятся по итогу.
Куда смотреть: результаты факторного анализа находятся в «Повернутой матри-
це компонентов». Там — коэффициенты корреляции между факторами и отдельными
переменными.
Собственные значения факторов можно посмотреть в таблице «Объясненная сово-
купная дисперсия».
Химичка
ГОДИТЕСЬ ЛИ ВЫ В ХИМИКИ?
Лисичкин Г.В., Коробейникова Л.А
ВВЕДЕНИЕ
Выбор профессии, несмотря на очевидную ответственность этого шага, далеко
не всегда делается правильно. Наверное, каждый может припомнить примеры оши-
бочных решений, повлекших за собой если не трагедии, то разочарования.
Нельзя ли сделать так, чтобы каждый школьник — скажем, еще в восьмом или
девятом классе получал объективную информацию о соответствии своих способно-
стей, своих психологических особенностей требованиям одних профессий и, на-
против, о несоответствии запросам других? В таком случае резко уменьшился бы
отсев из учебных заведений, сократилась бы миграция рабочих и специалистов.
Экономический эффект такого нововведения измерялся бы, без преувеличения,
миллиардами рублей в год.
Надо сказать, что жесткий подход к профессиональному отбору встречается и
сегодня: способности детей к балету или к музыке устанавливают обычно еще в
начальных классах.
Почему же ранняя профессиональная ориентация возможна лишь для немногих ви-
дов человеческой деятельности? Дело в том, что дарование юного музыканта, ху-
дожника или математика почти всегда очевидно; но как выявить среди старше-
классников первоклассного механика, выдающегося инженера-строителя или бле-
стящего химика-технолога? Чем руководствоваться, предпочитая одной массовой
профессии другую? Да и вообще, существуют ли объективные предпосылки для та-
кого выбора?
Одному человеку не дано соединить в себе все таланты.
Стендаль
Разумеется, при определении жизненного пути молодой человек вольно или не-
вольно учитывает многие обстоятельства: собственные интересы и склонности,
семейные традиции, мнения родителей и педагогов, заработную плату, престиж-
ность профессии, рынок труда и т.п. Но элемент случайности, согласитесь, все
же слишком велик. Нет сомнения, что существенную роль в выборе профессии
должны играть личность человека, его интересы, склонности, способности.
Лауреат Нобелевской премии, основоположник химии природных соединений Эмиль
Фишер (1852-1919) как-то признался, почему он стал химиком: отец Фишера с го-
речью пришел к выводу, что его сын недостаточно умен для занятия торговлей.
Увы, мы не можем сегодня рекомендовать читателям какую-либо серьезную орга-
низацию, занимающуюся на подлинно научной основе выявлением способностей к
широкому набору профессий. Это связано не только с трудностью поставленной
задачи, но и с изрядным отставанием отечественной прикладной психологии от
мирового уровня. Так было не всегда. В 20-е и в первой половине 30-х годов
отечественная наука в рассматриваемой области занимала лидирующее положение в
мире. В нашей стране были заложены научные основы, позволяющие разрабатывать
методики обследования личности с целью выявления задатков, склонностей и спо-
собностей к различным видам деятельности. Это направление получило название
педология. Педологи довольно успешно и в достаточно большом масштабе занима-
лись профессиональной консультацией и профессиональной ориентацией молодежи.
В переводе педология — наука о детях. Это течение в психологии и педагогике
возникло в конце XIX столетия на Западе. Педология как наука стремилась стро-
ить свою деятельность на 4-х важнейших принципах: во-первых, отказ от изуче-
ния ребенка "по частям", когда что-то выявляет возрастная физиология, что-то
психология, что-то невропатология и т.д. Во-вторых, учет задатков ребенка и
создание условий для их развития. Третий принцип педологии — учет влияния со-
циальной среды. Если физиологи, антропологи, психологи, изучая ребенка, пред-
мет исследования усматривали только в нем самом, то педологи предметом иссле-
дования считали ребенка в единстве с социальным окружением. До становления
педологии не принималось в расчет, что различная социальная среда существенно
меняет психологию ребенка. Особый интерес педологи проявляли к трудным подро-
сткам и условиям социальной среды, которая сделала их трудными. И, наконец,
в-четвертых, педологи стремились сделать науку о ребенке практически значи-
мой.
К несчастью, во второй половине 30-х годов в Советском Союзе начался раз-
гром генетики. Коснулся он и психологии. Вульгарная трактовка положения мар-
ксизма о безусловном социальном равенстве людей и о существенной роли классо-
вого происхождения и окружения в воспитании человека привели к торжеству оши-
бочного тезиса об изначальной одинаковости людей. "Все дети рождаются одина-
ковыми. Наблюдаемые различия обусловлены лишь воспитанием и воздействием сре-
ды" — такая установка господствовала около сорока лет. Да и в наше время еще
можно встретить людей, особенно пожилых, — которые полностью разделяют эту
позицию.
Старый профессор был впервые арестован в 1929 году. Он тогда преподавал на
рабфаке химию и на одном из занятий поведал студентам, что белый фосфор ак-
тивнее красного.
Применительно к системе народного образования следование этому тезису при-
вело к известному в советское время лозунгу "Нет плохих учеников, есть плохие
учителя!". Этот же тезис явился "научным" обоснованием полной унификации
учебных планов и школьных программ — от Литвы до Чукотки, от Туркмении до
Эвенкии.
В 1936 году исследования проблемы способностей были прекращены, педология
была объявлена лженаукой, применявшиеся педологами методики обследования де-
тей, прежде всего тесты, оказались вне закона. Среди психологов и, особенно,
педагогов развилась особая "болезнь", которую профессор К.К. Платонов впо-
следствии назвал тестобоязнью. Не все специалисты излечились от этой "болез-
ни" и в наше время. К сожалению, область педагогической психологии, которую
можно назвать научными основами профориентации, долгое время была невостребо-
ванной. Лишь в последнее десятилетие в России стали развивать и применять ме-
тоды выявления способностей, используя, главным образом, достижения западных
ученых.
Одна из грубейших ошибок считать, что педагогика является наукой о ребенке,
а не о человеке.
Януш Корчак
Еще одной, практически запрещенной для советских педагогов областью была
проблема поиска и воспитания одаренных детей. Действительно, о каких поисках
одаренных детей может идти речь, если все изначально одинаковы? Вам нужны
одаренные — возьмите, сколько вам требуется обычных и воспитайте. Теперь рас-
суждения подобного рода кажутся большинству читателей комичными. А еще недав-
но многим не казались пародией такие, например, высказывания: "Если большеви-
кам понадобится 10 шопенов и 5 ньютонов, мы возьмем 15 здоровых ребятишек,
поместим их в соответствующую обстановку и через десять лет получим требуе-
мое" .
Выявление одаренных считалось насаждением элитарности в системе всеобщего
среднего образования. Между прочим, западные страны тратили огромные средства
на национальные программы по отбору и обучению талантливой молодежи, а в СССР
было 3—4 интерната для обучения одаренных школьников. Заслужившие ме-
ждународный авторитет специализированные школы математиков, химиков, биологов
были организованы с великим трудом лишь в 60-е годы и держались только уси-
лиями энтузиастов.
Восстановление в правах генетики внесло коррективы и в проблему способно-
стей. Такой их существенный элемент, как задатки (анатомо-физиологические
особенности мозга и нервной системы в целом, индивидуальные варианты строения
коры головного мозга, степень функциональной зрелости отдельных ее областей и
анализаторов), естественно, определяются генотипом. В то же время, другой
компонент способностей, так называемые характерологические черты личности
(трудолюбие, организованность, настойчивость и т.п.), — в значительной мере,
продукт воспитания. Способности обусловлены сочетанием врожденных и приобре-
тенных факторов, и мы, таким образом, приходим к очевидному выводу: спо-
собности людей различны.
Не имело бы смысла писать об этом, если бы в печати не появлялись до сих
пор попытки отождествить неравенство людей по способностям и социальное нера-
венство. Здесь стоит привести слова В.И. Ленина: "Когда говорят, что опыт и
разум свидетельствуют, что люди не равны, то под равенством разумеют равенст-
во способностей или одинаковость физических и душевных способностей людей.
Само собой разумеется, что люди в этом смысле не равны".
Не ошибается лишь тот, кто ничего не делает. Не бойтесь ошибаться - бойтесь
повторять ошибки.
Теодор Рузвельт
Вопрос выявления химических способностей одним из первых затронул в педаго-
гической литературе профессор Д.А. Эпштейн. Способности к химии, утверждал
он, объективно существуют как определенное сочетание свойств человека: "хими-
ческая голова" плюс "химические руки". Не хватает малого — способа, позволяю-
щего выявить "химическую голову" и отличить "химические руки" от "нехимиче-
ских" .
Прежде, чем заняться поисками такого способа, мы должны еще раз, теперь уже
кратко, определить, что же такое химия. В результате интеграции наук, широко-
го применения физических методов и математического аппарата химия сблизилась
с физикой и математикой. С другой стороны, изучение химическими методами био-
логических, геологических и других объектов объединило химию с остальными об-
ластями естествознания. Вот и получается, что эффективная деятельность химика
зависит не только от чисто химических способностей...
Знаменитый немецкий химик Адольф Байер (1835-1917), создатель химии синте-
тических красителей, лауреат Нобелевской премии, любил рассказывать на своих
лекциях, что он в юности чувствовал призвание к математике и физике. Однако,
отслужив год добровольцем в армии, он стал сомневаться в своих способностях к
науке. "Оставалось одно, - говорил он - заняться химией. Меня заверили, что
для этого достаточно думать не чаще, чем раз в квартал".
Впрочем, рассматривая с самого начала интересующий нас предмет в таком
сложном ряду, мы бы безнадежно запутались. Давайте в качестве первого шага
сосредоточимся на собственно химических способностях, в соответствии с клас-
сическим определением химии как науки о веществах и их превращениях.
Итак, психологи установили, что способности к сложным видам деятельности
слагаются из нескольких компонентов. Чтобы достичь успеха в любой конкретной
области (в том числе и в химии), необходимо сочетание трех взаимосвязанных
элементов: задатков, развитых на их основе специальных способностей и, нако-
нец, трудолюбия, целеустремленности, систематичности в работе, организованно-
сти, аккуратности. Эти черты можно воспитать; они, конечно, полезны (или не-
обходимы) для любых профессий, не только связанных с химией. Что же касается
задатков, врожденных особенностей строения и функций мозга и нервной системы,
то они проявляются в скорости образования временных нервных связей, в подвиж-
ности нервных процессов, в сообразительности. Острота зрения и обоняния, осо-
бенности цветоощущения, координация движений, объем памяти, скорость мысли-
тельного процесса — такие свойства (их называют процессуальными) определяются
преимущественно задатками.
Однажды старый профессор спросил на экзамене студентку Глорию Фитцжералъ-
довну, какого цвета малахит. "Голубой" - уверенно ответила Глория. "Вы гово-
рите, голубой.. . ГМ. ..ГМ. . ., - задумчиво повторил профессор. - Да, пожалуй,
голубоватый, скорее даже голубовато-зеленоватый, а еще вернее - зеленоватый.
Можно даже сказать, что зеленый. Это Вас устраивает, сударыня? Вполне - под-
твердила Глория Фитцжеральдовна.
Какие же элементы способностей сулят успешную деятельность на химическом
поприще? Прежде всего — логическое мышление, способность к абстрагированию и
обобщению, терминологическая память, ассоциативное и образное мышление. Впро-
чем, читатель может заметить, что тоже самое необходимо физикам, биологам
или, скажем, географам. В чем же тогда химическая специфика? В особом отноше-
нии человека к веществам и процессам их превращения.
Старого профессора спросили об одном из его учеников. Ах, этот-то? - вспом-
нил профессор, - он стал поэтом. Для химии у него слишком мало воображения.
Химиков отличает интерес к веществу и стремление с ним работать. Особенно-
сти химического мышления заключаются в образных и модельных представлениях о
веществе и его превращениях на уровне микромира. Такое мышление плюс аккурат-
ные, тонко чувствующие руки — и портрет химика-синтетика или аналитика готов.
Не у каждого химика эти компоненты способностей гармонично дополняют друг
друга. Представим себе крайние случаи. У интересующегося химией человека есть
"химическая голова", но все валится из рук. Однако способность к абстрактному
мышлению плюс "чувство вещества" как материального объекта на уровне микро-
мира, умение мысленно представлять пространственные структуры химических ве-
ществ и механизмы химических реакций позволяют ему разрабатывать теоретиче-
ские модели. Такой человек может быть химиком-теоретиком.
Не старайся знать все, иначе будешь невеждой во всем.
Демокрит
"Чувство вещества" в сочетании с "химическими руками" — основа профессио-
нального портрета лаборанта, биохимика-практика, провизора. Такие люди очень
ценятся и в научной, и в практической деятельности как хорошие исполнители.
Об особом отношении к веществам и процессам свидетельствуют и биографии хи-
миков, чей талант не вызывает сомнений. Вот несколько примеров. A.M. Бутлеров
в детстве, имея еще весьма слабое представление о химии, ставил многие опыты;
по свидетельству биографа, мальчика интересовали не практические результаты
совершаемых им "чудес", а сам процесс превращения веществ. Детство Д.И. Мен-
делеева прошло на стекольном заводе. Ж.-Л. Пруст, А. Муассан, Ю. Либих начали
путь в химию через знакомство с аптечными химикалиями, и наблюдая за тем, как
их родители изготовляли лекарства. Склонность к коллекционированию минералов
и горных пород привела в химию А. Байера, Ф. Вёлера, Т. Сведберга. В. Ост-
вальд увлекался в детстве составлением фотографических растворов и приготов-
лением красителей. Один из крупнейших химиков современности Р.Б. Вудворд с 12
лет зачитывался описаниями химических синтезов (и многие из них воспроизвел в
своей домашней лаборатории). И это далеко не все примеры.
Заметим, что, по мнению многих психологов, отношение, интерес к предмету
есть обычно продукт воспитания. Найти примеры такого целенаправленного воспи-
тания не составит труда; тут и влияние родителей, и добротные уроки в школе,
и чтение популярной (возможно, и фантастической) литературы. Однако нельзя
игнорировать и врожденный компонент. Вновь апеллируя к жизненному опыту,
предлагаем читателям припомнить людей, которые не переносят неприятные запахи
или испытывают отвращение при виде пресмыкающихся. Вряд ли надо стремиться
сделать из первых химиков-органиков, а из вторых — герпетологов.
Таким образом, в "формулу" химических способностей входят определенные чер-
ты характера, задатки, развившиеся в элементы специальных способностей, а
также интерес к веществам и процессам их превращения.
Все компоненты важны, но ни один из них в отдельности не гарантирует успеха
в профессиональной деятельности. Скажем, задатки, не подкрепленные трудолю-
бием и настойчивостью, есть признак способных лентяев; о таких людях говорят,
что они загубили свои способности (хотя на самом деле речь идет о задатках) .
С другой стороны, одни только положительные черты характера вряд ли позволят
достичь творческих высот. Говорят, что талант на 95 % состоит из трудолюбия и
на 5 — из одаренности, однако без этих 5 % можно стать хорошим исполнителем,
но не творцом.
Однажды поздно вечером Э.Резерфорд (1871-1937) зашел в лабораторию и обна-
ружил в ней одного из своих учеников, склонившегося над прибором.
Что Вы делаете так поздно? - спросил Резерфорд.
Работаю, - последовал ответ.
А что Вы делаете днем?
Работаю, разумеется - отвечает ученик.
И рано утром тоже работаете?
Да, профессор, и утром работаю, - подтвердил ученик, рассчитывая на похвалу
из уст знаменитого ученого. Резерфорд помрачнел и раздраженно спросил:
Послушайте, а когда же Вы думаете?
Химические способности можно развить в процессе обучения; отсутствие или
недостаток некоторых из них компенсируются усиленным развитием других (напри-
мер, недостаточный объем памяти — воспитанием привычки к тщательным система-
тическим записям). Но все-таки химиком можно стать или им надо родиться? Хо-
рошим химиком можно стать, но выдающимся надо родиться. Впрочем, подобное ут-
верждение справедливо для любой деятельности, включающей элементы творчества.
Справедливости ради необходимо упомянуть о том, что не все ученые разделяют
убеждение о существовании специальных способностей к химии. Их аргумент — не-
определенность ответа на вопрос о таких способностях до становления химии как
науки.
Возраст химии насчитывает всего 3—4 столетия, тогда как нашей цивилизации —
примерно 10 тысяч лет. Спрашивается, можно ли говорить о способностях к хи-
мии, например, у древних греков? Ответ прост. Химические способности сущест-
вовали у людей и раньше, но проявлялись они, разумеется, не в химии, а в
склонности к манипулированию с веществом ради использования его полезных
свойств. Иными словами, те люди, которые в наше время стали бы, скорее всего,
химиками, в прошлом становились ювелирами, аптекарями, гончарами, кулинарами,
железных дел мастерами и т.п.
Веякая профессия есть заговор против непосвященного.
Д.Б. Шоу
Существует еще одна точка зрения: химических способностей как таковых не
существует вовсе, а есть способности к естественным наукам в целом. Однако
такой подход очень уж приблизителен. Сопоставим, например, значимость терми-
нологической памяти, пространственного воображения и способности к абстраги-
рованию для трех естествоиспытателей — физика, химика и ботаника. Бесспорно,
эти качества необходимы для всех трех профессий, но вряд ли ботаники обидят-
ся, если мы скажем, что в их науке абстрактное мышление не столь важно, как в
физике, а память для физика менее существенна, чем для ботаника или химика.
Что же касается пространственного воображения, то оно, пожалуй, нужней всего
химику...
Неясность слова есть неизменный признак неясности мысли.
Л.Н. Толстой
И конечно, нельзя забывать о разном отношении людей к объектам тех или иных
естественных наук. Трудно представить себе человека, который в равной степени
интересовался бы миром элементарных частиц, превращениями молекул (от одно-
атомных до белковых), миром растений (от одноклеточных до секвойи) и миром
животных (от ланцетника до кита).
- Никак не могу найти себе помощника, - пожаловался как-то великий изобре-
татель Т.А. Эдисон (1847-1931) великому физику А. Эйнштейну (1879-1955).
Каждый день приходят молодые люди, но ни один из них не подходит.
Как Вы определяете их пригодность? - поинтересовался Эйнштейн. Эдисон пока-
зал ему листок с вопросами.
Кто из них ответит, тот и станет моим помощником. "Сколько миль от Нью-
Йорка до Чикаго?" прочел Эйнштейн и ответил:
- Нужно заглянуть в железнодорожный справочник.
"Из чего делают нержавеющую сталь?" - Об этом можно узнать в справочнике по
металловедению... Пробежав глазами остальные вопросы, Эйнштейн произнес:
- Не дожидаясь отказа, снимаю свою кандидатуру сам.
Сказанное вовсе не означает, будто есть строгое соответствие между способ-
ностями и определенным, узким видом специальной деятельности. Человеческие
возможности чрезвычайно велики, и, если каждую специальность, каждый вид дея-
тельности условно изобразить точкой на плоскости, то способностям большинства
людей будут соответствовать целые области, зачастую расположенные в несколь-
ких частях этой воображаемой плоскости.
Известный отечественный психолог профессор Е. А. Климов предложил для целей
профессиональной ориентации молодежи классифицировать все профессии по сферам
труда. Он выделил пять таких сфер: "человек—природа", "человек—техника", "че-
ловек—человек", "человек—знаковые системы" и "человек— художественный образ".
Эта доступная каждому классификация помогает школьнику выбрать область своих
интересов, она является своеобразным компасом для ориентации в мире профес-
сий. Но спрашивается, где в этой классификации место химиков или, в более ши-
роком смысле, место людей, профессия которых связана с превращениями веществ?
Мы считаем, что классификация сфер труда должна быть дополнена еще одной —
"человек—вещество". К этой сфере можно отнести людей, чья профессиональная
деятельность связана с преобразованием и переработкой веществ, с получением
материалов, т.е. металлургов, нефтепереработчиков, фармацевтов, химиков и
т.д.
Отнесение субъекта к определенной сфере труда — только первый шаг в выборе
профессии, дальше нам потребуется более тонкая классификация. Давайте рассмо-
трим ее на примере химиков. Среди них можно выделить три главных направления:
химики-исследователи, химики-технологи и химики-преподаватели. У представите-
лей всех этих трех профессий объект труда один и тот же, но исследователь со-
прикасается еще со сферой труда "человек—знаковая система", технолог - со
сферой "человек—техника", а преподаватель — со сферой "человек-человек".
Таким образом, мы теперь знаем ключевые сферы труда химиков. Значит, пер-
вое , что надо сделать, если вы хотите проверить себя на профессиональную при-
годность к химии, это задуматься о том, есть ли у вас интерес к "химическим"
сферам труда и к веществу как объекту труда.
Как же выявить наличие или отсутствие химических способностей?
На первый взгляд, ответ лежит на поверхности: надо предложить задания по
химии различной сложности. Но так можно установить лишь уровень знаний, а не
уровень способностей. Конечно, знания связаны со способностями, но это слож-
ная и не всегда прямая связь. Есть немало примеров, подтверждающих, что зна-
ния определяются не столько способностями, сколько условиями обучения, каче-
ством преподавания. А если так, то определение способностей должно основы-
ваться не на проверке знаний, а на выявлении всех составляющих химических
способностей (напомним: задатки — определенные черты характера — элементы
специальных способностей — отношение к веществу). Можно, конечно, определить
способности и с помощью химических задач и упражнений, однако в этом случае
необходимо выбирать задачи, адекватные способностям. Кроме того, следует убе-
диться в том, что испытуемый имел реальную возможность получить необходимые
химические знания.
Самое вредное - это чурбан, которому вскружили голову.
Джон Голсуорси
В свое время доктор психологических и медицинских наук К.К. Платонов пред-
ложил своеобразный метод диагностирования способностей "от противного". Таким
образом выявляют неспособности субъекта к данной профессии, а для этого преж-
де всего составляют перечень тех элементов, отсутствие которых нельзя ском-
пенсировать усиленным развитием других элементов. Например, наличие патологи-
ческих нарушений — последствий перенесенных заболеваний, дефектов зрения и
т.п. (хотя и тут есть спорные моменты — скажем, может ли дальтоник быть хими-
ком?) . Более интересен другой случай: человек здоров, но особенности его ор-
ганизма, его нервной системы неприемлемы для выбора данной специальности.
Иногда такие противопоказания очевидны. По-видимому, бессмысленны попытки
сделать человека с замедленной реакцией и отсутствием глазомера пилотом реак-
тивного самолета. В то же время для работы химика-экспериментатора эти недос-
татки, хотя и существенны, но не фатальны. Явно противопоказано химику-
инженеру и химику-исследователю отсутствие ассоциативного и образного мышле-
ния, пространственного воображения, неустойчивость и быстрое истощение внима-
ния , неуравновешенность.
Поскольку мы пришли к выводу, что выявление способностей не есть выявление
знаний, логично заключить, что для диагностики наличия химических способ-
ностей изучение химии необязательно. На первый взгляд, мы вступаем в противо-
речие с устоявшимся в психологии положением: способности к той или иной дея-
тельности можно выявить лишь после того, как субъект какое-то время этой дея-
тельностью занимался. Однако это противоречие кажущееся, так как большинство
современных детей знакомится с предметом труда химиков, то есть с веществом,
задолго до восьмого класса, когда химию начинают изучать. Достаточно вспом-
нить об уроках труда и природоведения, об известной всем химизации быта.
Что же касается задатков, то их познаваемость не вызывает сомнений. Пробле-
ма скорее в возрасте. Тем не менее, есть основания полагать, что уже в обо-
зримом будущем будут созданы методы определения задатков даже у младенцев.
Создатель теории химического строения A.M. Бутлеров (1828-1886) в юные годы
увлекался пиротехникой и после устроенного им однажды взрыва был наказан:
мальчика заставили носить на груди плакат, на котором было написано "Великий
химик".
Как бы то ни было, в комплексе химических способностей есть компоненты, ко-
торые можно выявить еще до начала занятий химией. Надо только выяснить, зна-
ком ли учащийся с веществом как предметом труда и каковы особенности его ощу-
щения, восприятия вещества, манипуляций с ним. А чем раньше определены спо-
собности , тем эффективнее можно построить обучение.
Стандартизованные задания для выявления элементов химических способностей —
система тестов. В наше время тестовые испытания применяются достаточно ши-
роко . Они имеют огромное значение при отборе экипажей, команд, участников
экспедиций. Расширяется использование тестовых методик среди различных кате-
горий учащихся при завершении обучения, при наборе в вузы.
Следует иметь в виду, что только по тестам, как бы хорошо они ни были со-
ставлены, нельзя сделать окончательного вывода о способностях — их надо изу-
чать комплексно, с привлечением различных педагогических и психологических
методик. Тем не менее, тесты дают исходную информацию, которая затем проверя-
ется (подтверждается или опровергается) в ходе длительного наблюдения. И ко-
нечно, независимо от результатов тестовой проверки, нельзя ограничивать сво-
боду выбора профессии.
Никогда не делайте ничего правильно с первого раза, иначе никто потом не
оценит, как это было сложно.
Неизвестный автор
Главное достоинство тестовой методики — возможность получить за короткий
срок большой объем первичной информации о группе испытуемых. Добавим, что те-
стовая методика проста в употреблении, все испытуемые находятся в равных ус-
ловиях, а полученная информация удобна для статистической обработки.
Чтобы избегать ошибок, надо набираться опыта; чтобы набираться опыта, надо
делать ошибки.
Лоуренс Дж. Питер
Психологами разработано множество тестов, предназначенных для изучения осо-
бенностей личности. Каждый тест представляет собой серьезную самостоятельную
научную разработку, которая обычно проверяется несколько лет на тысячах испы-
туемых. Работа по созданию толкового теста столь значительна, что тестам, как
и многим научным теориям, законам или химическим реакциям присваивается имя
их создателя. Так, широко известны тесты Роршаха, Люшера, Равена, Торранса,
Серебрякова и другие. С помощью этих психологических тестов можно с высокой
надежностью получать информацию об уровне психического здоровья человека, о
направленности испытуемого на определенную деятельность — умственную или фи-
зическую, — о том, есть ли у человека осознанная жизненная цель, какова рабо-
тоспособность испытуемого. С помощью тестов можно довольно точно измерить
творческий потенциал личности, способность к напряженной систематической ум-
ственной или физической работе и многое другое.
К сожалению, мы не имеем возможности привести упомянутые выше тесты. Это
связано с тем, что без участия высококвалифицированного психолога использо-
вать их нельзя.
Вместе с тем в многочисленных газетах, журналах и популярных изданиях можно
обнаружить огромное число тестовых заданий, предназначенных для использования
непосредственно читателями. Эти задания привлекают своей простотой, занима-
тельностью, доступностью. Увы, зачастую тесты, рассчитанные на массового чи-
тателя, не базируются на сколь-нибудь серьезной научной основе, а служат лишь
для развлечения. Впрочем, есть тесты, адаптированные к уровню неспециалистов,
т.е. пригодные для старшеклассников. Выполнение таких тестов полезно для по-
лучения объективной информации о самих себе. В этой публикации мы попытались
соединить достоинства профессиональных психологических тестов и доступность
популярных. С этой целью мы отобрали тестовые задания, которые, с одной сто-
роны, имеют серьезную научную основу, а с другой достаточно просты в примене-
нии, могут быть выполнены дома или в школе, лучше с учителем, но можно и с
товарищем. Приведенные ниже почти три десятка тестов желательно выполнять по-
следовательно , так как они выстроены по определенной логике. Понятно, что все
тесты сразу выполнить нельзя. На каждый из них требуется от 15 минут до одно-
го часа, поэтому лучше выполнять их по блокам:
1) направленность личности (тесты 1—4, 28);
2) "чувство вещества" (тесты 9—16);
3) "химическая голова" (тесты 5—8, 17—25);
4) характерологические черты (тесты 26—29).
Некоторые из тестов, особенно на логическое мышление, требуют свежей голо-
вы , поэтому советуем вам выполнять их, если дома, то в выходной день, если в
школе — то в начале учебного дня — на первых уроках. Если вы хотите получить
более точные и надежные сведения о себе, старайтесь отвечать на поставленные
вопросы искренне, не подглядывая в ответы.
Информацию, получаемую в результате тестирования, не стоит абсолютизиро-
вать. Дело в том, что ни один даже самый научный тест не гарантирует стопро-
центную достоверность. Вы можете в этом легко убедиться, если попробуете вы-
полнить одно и то же задание первый раз утром, на свежую голову, а второй раз
— вечером, после напряженного рабочего дня. Вы увидите, что ваши результаты,
хотя и не очень сильно, но различаются. Отметим, что люди, которые раньше не-
однократно участвовали в тестировании, достигают более высокого результата,
чем выполняющие тесты впервые.
Предсказательная сила тестовых методик повышается, если одно и то же каче-
ство выявляется несколькими параллельными тестами. Поэтому мы старались ис-
пользовать не одну методику.
Таким образом, результат тестирования надо рассматривать не как приговор
или директиву, а как совет, возможность самопознания и самоанализа. Если при
тестировании окажется, что вы не годитесь в химики, а химия вам интересна,
продолжайте свои занятия, но обратите внимание на ваши слабые места, которые
выявились при тестировании. А если, наоборот, вы не собирались стать химиком,
а по результатам тестов оказывается, что вы можете им быть, задумайтесь: мо-
жет быть химия и есть ваше призвание?
И еще одно очень важное замечание. Почти все подобранные нами тесты не со-
держат никаких заданий по химии. Только одно задание, тест 29, основан на хи-
мическом материале. Те, кто еще не изучал химию, могут его пропустить. А те-
перь за дело. Проверьте, годитесь ли вы в химики?
ТЕСТЫ И
ЗАДАНИЯ
Первые три теста помогут вам уточнить свои интересы. Начинаем с теста 1.
Это так называемый дифференциально-диагностический опросник. Он разработан
профессором Е.А. Климовым и дополнен авторами. Выполнять его, как и все ос-
тальные, можно на уроке, занятии кружка или факультатива, дома с товарищем.
Учитель или товарищ задает вопросы. На листе ответов есть 6 столбиков с номе-
рами вопросов, около которых отвечающий ставит значки ответов: очень нравится
(++), нравится (+), не нравится (-) и очень не нравится (--).
Тест 1. Выбор
сферы труда
Предположим, что после соответствующего обучения вы способны выполнять лю-
бую работу. Однако, если вам приходится выбирать из двух возможностей (в
сравнении оценить легче!), оценки ставятся для обоих видов труда — а и б.
Оценки видов труда по блокам
А
1а
4а
7а
10а
13а
16а
19а
22а
Б
16
46
76
106
136
166
196
226
В
2а
5а
8а
11а
14а
17а
20а
23а
Г
26
56
86
116
146
176
206
236
Д
За
ба
9а
12а
15а
18а
21а
24а
Е
36
66
96
126
156
186
216
246
Сумма
плюсов:
минусов:
Дойдя до конца теста, подсчитайте число плюсов и минусов в каждом верти-
кальном столбце листа ответов. Выберите тот из них, который дал большее число
плюсов и меньше минусов. А теперь загляните в ответы тестов и найдите поясне-
ния к тесту 1, из них вы узнаете, какую сферу труда вы предпочитаете.
Итак, что вы предпочитаете?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
а
Ухаживать за животными.
Ухаживать за одинокими людьми.
Собирать художественные альбомы,
открытки, аудио- и видеозаписи.
Ухаживать за растениями, следить
за их развитием.
Доводить товары до потребителя
(рекламировать, продавать)
Обсуждать художественные произве-
дения: пьесы, романы, концерты и
т.п.
Читать книги о животных, выращи-
вать их детенышей.
Обучать сверстников (или младших)
выполнению каких-либо действий —
трудовых, учебных, спортивных
Художественно оформлять выставки,
витрины, участвовать в подготовке
спектаклей, концертов и т.п.
Заботиться о животных, лечить их.
Сообщать, разъяснять людям разные
сведения (например, вести экскур-
сию и т.п.).
Подолгу, с увлечением заниматься
музыкой (рисованием, лепкой, выши-
ванием) и т.д.
Изучать жизнь мельчайших существ
под микроскопом.
б
Обслуживать машины, приборы
Работать на компьютере.
Придумывать разные кулинарные ре-
цепты, готовить, делать на зиму
соленья и др.
Обрабатывать материалы (дерево,
ткани, металлы, пластмассы и др.)
Обсуждать научно-популярные книги,
статьи.
Красить ткани, подбирать раствори-
тели , выводить пятна
Управлять каким-либо транспортным
средством — автомашиной и пр.
Копировать рисунки, делать эскизы,
чертежи, плакаты и др.
Заниматься фотографией, проявлять
и печатать снимки.
Ремонтировать бытовую технику, жи-
лище.
Выполнять вычисления и расчеты.
Коллекционировать минералы, узна-
вать их состав и свойства.
Конструировать и собирать приборы,
мастерить различные бытовые при-
способления , ремонтировать приборы
в школьном кабинете, заниматься в
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Улаживать конфликты, убеждать,
разъяснять, поощрять, наказывать.
Участвовать в художественной само-
деятельности .
Разводить комнатные цветы.
Оказывать людям медицинскую помощь
при ранениях, ушибах, ожогах и т.п
Художественно изображать и описы-
вать реальные или воображаемые со-
бытия .
Составлять точные описания наблю-
даемых в природе явлениях и собы-
тиях.
Ухаживать за больными.
Играть на сцене, принимать участие
в концертах и праздниках.
Вести борьбу с болезнями растений,
вредителями леса.
Организовывать экскурсии в музеи,
на выставки, а также туристские
походы с одноклассниками и младши-
ми школьниками
Украшать помещение, заниматься ди-
зайном жилища.
кружке юных техников.
Искать и исправлять ошибки в тек-
стах , чертежах, таблицах.
Узнавать состав лекарств, их свой-
ства, действие на организм.
Пользоваться приборами и аппарата-
ми.
Разбираться в таблицах, справочных
данных, схемах, чертежах, прове-
рять , уточнять, систематизировать.
Проводить химические опыты.
Участвовать вместе со взрослыми в
работах по строительству, ремонту
машин и приборов.
Работать на компьютере.
Интересоваться результатами биохи-
мических анализов.
Играть в "Конструктор", собирать
по чертежам и схемам разные прибо-
ры и приспособления.
Заниматься вычислениями, копиро-
вать чертежи и карты.
Заправлять автомобиль топливом или
маслом, проверять плотность элек-
тролита для аккумуляторов.
Если ваш выбор пал на сферы А, Б, Г или Е, проверьте себя на тесте 2. На
вопросы отвечайте как можно быстрее, не задумываясь, но, по возможности, ис-
кренне . Этот тест поможет уточнить ваши интересы в более узкой области.
Тест 2.
Карта
интересов
Цель — определение широты и уровня развития интересов, дифференциация поло-
жительного и отрицательного отношения к различным видам деятельности.
Тест 2 также можно выполнять вдвоем с товарищем или на уроке со всем клас-
сом. Начинается он с общего для всех вопроса: «Нравится ли вам...?». Под со-
ответствующими номерами идет конкретное продолжение вопроса. Ваша задача — в
листе ответов поставить те же условные знаки что и в тесте 1. Возможны четыре
варианта ответов: очень нравится (++), нравится (+),не нравится (-), очень не
нравится (--).
Подсчитайте теперь число плюсов и минусов в каждом вертикальном столбце.
Выявите по лучшим показателям предпочтительные виды деятельности (см. ответы
тестов).
Какие же области труда вас более всего привлекли? Если химия попала в зону
положительного (а еще лучше предпочтительного) отношения, то мы вас поздрав-
ляем. А если этот результат совпал со сферой "человек—вещество" по первому
тесту, поздравляем вдвойне.
Но, предположим, у вас получились иные результаты — тогда к химии ваши ин-
тересы не имеют никакого отношения. И опять повторим совет: не огорчайтесь,
поработайте с тестом 3 и выберите себе другую профессию или специальность. С
нами же можете распрощаться или, если хотите, то поработайте с популярными
тестами 25, 26, 28.
Лист ответов
1
16
31
46
61
76
2
17
32
47
62
77
3
18
33
48
63
78
4
19
34
49
64
79
5
20
35
50
65
80
6
21
36
51
66
81
7
22
37
52
67
82
8
23
38
53
68
83
9
24
39
54
69
84
10
25
40
55
70
85
11
26
41
56
71
86
12
27
42
57
72
87
13
28
43
58
73
88
14
29
44
59
74
89
15
30
45
60
75
90
Нравится ли вам:
1. Читать книги "Занимательная физика", "Физики шутят"?
2. Читать книги "Занимательная математика", "Математические досуги"?
3. Читать статьи о достижениях в области радиотехники в научно-популярных
журналах?
4. Читать журналы "Юный техник", "Техника-молодежи"?
5. Читать о химических открытиях, о жизни и деятельности выдающихся химиков?
6. Читать о жизни растений и животных?
7. Читать о том, как люди научились бороться с болезнями, о врачах, о дости-
жениях в области медицины?
8. Знакомиться с различными странами по описаниям и географическим картам?
9. Читать книги об исторических личностях и событиях?
10.Читать произведения классиков мировой литературы?
11.Интересоваться историей искусства, слушать оперную, симфоническую или
джазовую музыку?
12.Читать книги о школьной жизни, о работе воспитателя, учителя?
13.Интересоваться кулинарией, моделированием одежды, конструированием мебе-
ли?
14.Читать книги о войнах и великих сражениях?
15.Читать спортивные газеты, журналы, книги о спорте и выдающихся спортсме-
нах?
16.Читать научно-популярную литературу об открытиях в физике, о жизни и дея-
тельности выдающихся физиков?
17.Читать научно-популярную литературу о математических открытиях, о жизни и
деятельности выдающихся математиков?
18.Разбираться в устройстве компьютера, телевизора, радиоприемника?
19.Посещать технические выставки или слушать (смотреть) передачи о новинках
техники?
20.Наблюдать химические явления в природе, проводить опыты по химии, следить
за ходом и результатами химических реакций?
21.Изучать ботанику и зоологию?
22.Изучать анатомию и физиологию человека?
23.Узнавать об исследованиях новых месторождений полезных ископаемых?
24.Изучать историю различных народов и государств?
25.Читать литературно-критические статьи?
26.Обсуждать кинофильмы, театральные постановки, художественные выставки?
27.Объяснять товарищам, как выполнять учебные задания, если они не могут
сделать их самостоятельно?
28.Шить, вязать, вышивать, готовить пищу, изготовлять, совершенствовать или
ремонтировать домашние бытовые приборы, устройства, мебель?
29.Знакомиться с военной техникой?
30.Ходить на матчи и спортивные состязания?
31.Проводить опыты по физике?
32.Решать математические задачи?
33.Выяснять устройство электро- , радиоприборов, компьютеров?
34.Разбираться в технических чертежах и схемах?
35.Готовить растворы, взвешивать реактивы?
36.Работать в саду, на огороде, ухаживать за растениями, животными?
37.Изучать причины возникновения разных болезней?
38.Собирать коллекцию минералов?
39.Обсуждать текущие политические события в стране и за рубежом?
40.Изучать иностранные языки?
41.Декламировать, петь, выступать на сцене?
42.Читать книги малышам, помогать им что-нибудь делать, рассказывать, сочи-
нять сказки?
43.Заботиться об уюте в доме, классе, школе, наводить порядок в своем жили-
ще?
44.Принимать участие в военизированных походах?
45.Играть в спортивные игры?
46.Заниматься в физическом кружке?
47.Заниматься в математическом кружке, писать компьютерные программы?
48.Исправлять электроприборы и повреждения в электросети?
49.Собирать и ремонтировать различные механизмы?
50.Заниматься в химическом кружке?
51.Заниматься в биологическом кружке?
52.Ухаживать за больными?
53.Собирать географические или геологические карты?
54.Посещать исторические музеи, знакомиться с памятниками культуры, участво-
вать в археологических экспедициях?
55.Письменно излагать свои мысли, наблюдения, вести дневник?
56.Заниматься в драматическом кружке?
57.Обсуждать вопросы воспитания детей и подростков, шефствовать над трудно-
воспитуемыми?
58.Оказывать людям различные бытовые услуги?
59.Участвовать в военных играх?
60.Принимать участие в спортивных соревнованиях?
61.Участвовать в математических конкурсах, олимпиадах?
62.Участвовать в физических олимпиадах?
63.Собирать и ремонтировать радиоприборы?
64.Делать модели самолетов, планеров, кораблей или какие-либо иные конструк-
ции?
65.Участвовать в химических олимпиадах?
66.Участвовать в биологических олимпиадах?
67.Наблюдать за работой медсестры и врача?
68.Производить топографическую съемку местности?
69.Выступать с сообщениями по истории, заниматься в историческом (или архео-
логическом) кружке?
70.Заниматься в литературном или лингвистическом кружке?
71.Играть на музыкальных инструментах, рисовать, резать по дереву?
72.Выполнять работу воспитателя?
73.Заботиться об экономии семейного бюджета?
74.Быть организатором (лидером) в играх и походах?
75.Заниматься в спортивной секции?
76.Выступать с докладами о новых физических открытиях. Организовывать физи-
ческие конкурсы?
77.Решать с товарищами математические головоломки?
78.Заниматься в радиотехническом кружке?
79.Организовывать технические выставки, участвовать в работе кружков техни-
ческого творчества?
80.Организовывать вечера "Химия вокруг нас"?
81.Проводить биологические опыты?
82.Заниматься в кружке юных санитаров?
83.Участвовать в географических или геологических экспедициях?
84.Организовывать походы по родному краю с целью его изучения?
85.Писать сценарии литературных вечеров, организовывать литературные юбилеи,
праздники?
86.Принимать участие в художественной самодеятельности?
87.Организовывать игры и праздники для детей?
88.Готовить еду или оборудовать удобную стоянку для участников похода?
89.Изучать военное дело?
90.Тренировать детские спортивные команды?
Тест 3. Выбор
специальности
А теперь попробуйте выбрать себе специальность в той сфере и тех конкретных
областях труда, которые вас привлекают:
■ Сфера труда — "человек—человек" (Ч—Ч): врач, медсестра, учитель, препода-
ватель техникума или вуза, воспитатель в детском саду, инспектор детской
комнаты милиции, репетитор, няня, журналист, юрист, продавец, агент по
продажам, менеджер, рекламный агент, официант, парикмахер, спортивный тре-
нер , мастер производственного обучения и др.
■ Сфера труда "человек—техника" (Ч—Т): токарь, слесарь, аппаратчик, фрезе-
ровщик, формовщик, электрогазосварщик, наладчик станков с программным
управлением, машинист железнодорожного транспорта, водитель автотранспор-
та, инженер, электромонтер, строитель-монтажник, штукатур и др.
■ Сфера труда "человек—природа" (Ч—П): биолог, ветеринар, зоотехник, живот-
новод, охотовед, птицевод, пчеловод, агроном, лесник, садовник, цветовод,
виноградарь, геолог, почвовед, гидромелиоратор, техник-землеустроитель и
др.
■ Сфера труда "человек—знаковая система" (Ч—3): экономист, бухгалтер, про-
граммист, оператор ЭВМ, чертежник, секретарь-референт, переводчик, библио-
граф , корректор, оператор средств связи, топограф, радист, штурман и др.
■ Сфера труда "человек—художественный образ" (4-Х): художник, музыкант,
скульптор, актер, дизайнер, ювелир, архитектор, фотограф, резчик по камню,
ретушер и др.
■ Сфера труда "человек—вещество" (Ч—В): химик-исследователь, технолог, аппа-
ратчик, лаборант, агрохимик, биохимик, учитель химии, гидрохимик, геохи-
мик, химик-экспериментатор, металлург, кулинар и др.
Если и в этом тесте вы нашли себе профессию и специальность в сферах "чело-
век—природа" , "человек—техника" или "человек—вещество", то тест 4 поможет вам
определиться со специальностью в области химии. Его мы рекомендуем выполнять
тем, кто не только интересуется химией, но и всерьез задумывается о выборе
профессии химика.
Тест 4. Выбор
специализации
в области химии
Этот тест поможет выявить наиболее предпочтительные для вас виды деятельно-
сти в химии. Опросник составлен авторами статьи на основе специальностей хи-
миков в различных сферах труда. Выполнить его можно целым классом в школе или
вдвоем с товарищем. Лист ответов похож на подобные листы в тестах 1 и 2.
Оценки — те же самые. Ответы: (++) — очень нравится, (+) — нравится, (-) — не
нравится, (--) — совсем не нравится. Как и ранее, суммируйте плюсы и минусы
по столбцам. Максимальный результат укажет вам на предпочтительную специаль-
ность . Выполнив тест, обратитесь к его дешифратору.
Лист ответов. Оценка видов деятельности химика
1
9
17
25
33
41
49
2
10
18
26
34
42
50
3
11
19
27
35
43
51
4
12
20
28
36
44
52
5
13
21
29
37
45
53
6
14
22
30
38
46
54
7
15
23
31
39
47
55
8
16
24
32
40
48
56
Сумма
плюсов:
минусов:
Итак, «Нравится ли вам ... Предпочитаете ли вы?»
1. Точно отмерять вещества?
2. Пользуясь методиками и книгами, получать вещества, не изучаемые в школе?
3. Обращаться к вузовским учебникам, чтобы глубже познать химию?
4. Строго следовать условиям химического эксперимента?
5. Знакомиться с техникой и автоматикой на химическом производстве?
6. Интересоваться теми, кто сочетает работу на химическом производстве с
учебой?
7. Интересует ли вас педагогическая деятельность выдающихся химиков?
8. Чувствуете ли вы способность повести за собой других?
9. Работать с лабораторным оборудованием и приборами?
10.Ставить опыты в домашней лаборатории?
11.Мысленно представлять, как взаимодействуют частицы при химических реакци-
ях?
12.Интересует ли вас, что выпускают химические предприятия?
13.Разбираться, как работают химические аппараты?
14. Нравится ли вам ежедневно начинать и заканчивать работу в одно и то же
время?
15.Объяснять товарищам, как делать опыты?
16.Руководить работой, порученной учителем?
17.Помогать учителю готовить и проводить опыты?
18.Проводить эксперименты по анализу и синтезу веществ?
19.Зарисовывать схемы и оформлять результаты опытов?
20.Размышлять о способах промышленного получения веществ?
21.Работать с механизмами и сложными приборами?
22.Бывать на экскурсии в цехах химических заводов?
23.Решать задачи с младшими школьниками?
24.Содержать рабочее место в чистоте?
25.Вести лабораторную тетрадь?
26.Выполнять опыты на занятиях химического кружка?
27.Использовать знания по физике и математике для объяснения химических опы-
тов?
28.Узнавать, как организовано химическое производство?
29.Разбирать устройство химических аппаратов?
30.Узнавать подробности о работе специалистов на химическом заводе?
31.Наблюдать за поведением собеседника, выступающего, лектора?
32.Многократно повторять опыт, пока он не пройдет безупречно?
33.Поддерживать порядок в кабинете химии и на своем лабораторном столе?
34.Отыскивать причину неудачи опыта?
35.Изучать теорию, чтобы понять ошибку в опыте или решении задачи?
36.Проводя опыты, строго соблюдать требования техники безопасности?
37.Рисовать химические приборы? Моделировать на компьютере химические опыты?
38.Узнавать об условиях труда в цехах химического предприятия, в лаборатори-
ях?
39.Читать статьи и книги по методике преподавания?
40.Приводить в порядок оборудование химического кабинета?
41.Обращаться к учителю, если что-то не ладится в опыте?
42.Подбирать химические реактивы прежде, чем произвести опыт?
43.Искать опытные объяснения явлениям природы и своим наблюдениям?
44.Решать расчетные задачи по химии?
45.Чертить, разбираться в схемах приборов?
46.Строго соблюдать распорядок дня?
47.Слушать выступления товарищей на уроках?
48.Строго исполнять должностные обязанности, следуя инструкции?
49.Выполнять обязанности лаборанта?
50.Сопоставлять результаты разных опытов, искать в них сходство и различие?
51.Систематически заниматься умственным трудом?
52.Сравнивать внешний вид и качество промышленных изделий?
53.Интересоваться материалами, из которых сделано то или иное изделие?
54.Заниматься физическим трудом?
55.Разъяснять сущность химических явлений, если к вам обращаются с вопроса-
ми?
Последующие тесты позволяют оценить качества внимания, столь необходимые
химику.
Тест 5.
Концентрация
внимания
При выполнении теста проверяется качество внимания при слуховом восприятии
математической информации.
Инструкция. Вам будут прочитаны три простые арифметические задачи, которые
нужно решить в уме. Результат вычислений записывается только тогда, когда
экспериментатор (учитель, товарищ) скажет: "Пишите".
Текст следует читать медленно, с паузами, обозначенными многоточиями:
■ "Даны два числа: 82... и 63... Первую цифру второго числа умножьте на пер-
вую цифру первого числа. . . и полученную сумму разделите на вторую цифру
второго числа ... Пишите! "
■ "Даны два числа: 82... и 68... К первой цифре второго числа прибавьте вто-
рую цифру первого числа... и полученное произведение разделите на вторую
цифру второго числа... Пишите!"
■ "Даны числа: 56... и 92... Вторую цифру первого числа разделите на первую
цифру второго числа... Полученное частное умножьте на вторую цифру первого
числа... Пишите!"
Результаты расшифруйте, пользуясь пояснениями к тесту 5.
Тест 6.
Переключение
внимания
Тест дает возможность оценить способности выполнять операции, требующие по-
стоянного переключения внимания с одного рода действий на другой.
Окончательной оценке переключения внимания предшествует выполнение заданий
по простым таблицам — только с арабскими или только с римскими цифрами:
5
11
21
16
8
14
25
3
10
15
12
7
20
19
9
23
24
4
22
17
2
13
18
1
6
Задание 1. Назвать и показать карандашом числа от 1 до 25. Фиксировать вре-
мя выполнения задания по секундомеру. Сделать такой же вариант таблицы, но с
римскими цифрами.
Задание 2. По таблице с римскими цифрами назвать и показать числа от XXV до
I. Фиксировать время выполнения задания.
Третья таблица арабско-римская и состоит из 49 клеток:
8
4
XIV
22
2
13
XVI
IX
V
18
XI
III
X
10
24
12
XVII
7
16
XXI
XVIII
XX
1
XXII
21
XXIII
5
20
15
XXIV
II
VIII
XIX
XII
IV
6
XIII
11
3
XV
25
14
19
23
VI
9
VII
17
XII
Задание 3. Поочередно отыскать и назвать арабские числа в прямом порядке от
1 до 25, а римские в обратном — от XXIV до I, а именно: 1, XXIV, 2, XXIII, 3,
XXII, 4, XXI и т.д. Название чисел сопровождать их показом на листе. Прове-
ряющий фиксирует ошибки: неправильное название или показ не того числа, кото-
рое следует. В случае ошибок делается замечание, и выполнение задания про-
должается . Фиксируется время выполнения Р. Обработку теста смотри в ответах
тестов.
Тест 7.
Устойчивость
внимания
Вариант 1
Экспериментатор (учитель, товарищ) диктует испытуемому числа, которые нужно
складывать в уме попарно и записывать результат. Если сумма будет больше 10,
то надо, отбросив десяток, записывать только единицы. Когда будет дана коман-
да "черта", следует поставить вертикальную черту там, где испытуемого заста-
нет эта команда, и продолжать выполнение задания дальше. Задание выполняется
с секундомером. Через каждые 15 с подается команда "черта". Общее время вы-
полнения задания — 2 мин.
Сравнение продуктивности по количеству записанных чисел за второй и послед-
ний 15-секундный интервал позволяет судить о степени утомляемости или устой-
чивости внимания. На листе ответов пишется результат сложения одной цифрой.
Например, 8 + 5 = 13, пишется 3; далее 2+2=4, пишется 4 и т.д...
Для выполнения теста необходимы бумага, карандаш, секундомер.
Варианты чисел для сложения по вертикали:
826915723852956
528974428617475
674923629678324
738229474583926
628943745492653
748232935867235
386537952724953
937577883529634
379826558324957
257436934668743
285549256286357
823642873926346
485437923536735
627842529654374
925742835895672
486677925366742
562849226832467
629457935426963
Вариант 2
В течение определенного срока (10 мин) с возможно большей скоростью испы-
туемый должен совершать два чередующихся действия: сложение двух заданных чи-
сел и запись двух новых чисел для последующего сложения.
Инструкция: задание заключается в сложении двух заданных чисел с последую-
щей записью второй пары: например, возьмем числа 1 и 3 и запишем их в стол-
бик . Их сумма равна 4. Ее записывают в верхнем ряду справа:
1 4
3
Если сумма будет превышать 10, то десяток отбрасывается, а записывается
только вторая цифра. Она и будет первым слагаемым для второй пары чисел. Вто-
рое слагаемое — верхнее число из первой пары:
14 5 9 4
3 1 4 5 9 и т. д.
Помните, если при сложении получается двузначное число, то записывается
только вторая цифра.
Проверяющий должен убедиться, что испытуемый понял задание; для этого ему
для тренировки предлагается выполнить целую строку; результат проверяется и
на ошибки указывается. Если строка кончается, то новая пара чисел, полученная
по тому алгоритму, записывается на следующей строке.
После того, как испытуемый стал выполнять задание правильно, проверяющий
засекает время. На выполнение задания дается 10 мин.
Вариант 3
Вариант рассчитан на проверку: а) устойчивости внимания при сменяемых дей-
ствиях, б) умственной работоспособности ив) обучаемости. Вариант 3 выполняют
после освоения варианта 2.
Особенность варианта заключается в том, что сумма двух слагаемых записыва-
ется не рядом с верхним числом, а рядом с нижним, а нижнее слагаемое предыду-
щей пары чисел затем записывается над ним.
Например: 8 далее 8 6
6 4 6 4
и непрерывно по тем же правилам:
8 6 4 0 4 4 8
64 0 4 4 8 2 и т. д.
После того, как испытуемый понял второй способ и умеет выполнять задание по
первому способу, ему объясняется задача на переключение видов записи при сло-
жении чисел:
"Сейчас вам будут даны два числа, и вы начнете работать по первому способу:
вверху писать сумму, а внизу — верхнее слагаемое предыдущей пары.. Когда про-
звучит сигнал "черта, второй способ", вы ставите вертикальную черту и сразу
же переходите к сложению по второму способу: сумму пишите внизу, а предыдущее
нижнее слагаемое — вверху. Когда опять прозвучит сигнал: "черта, первый спо-
соб", ставите вертикальную черту и переходите к первому варианту. Напишите
сверху число 7, а ниже — 8. Приготовьтесь к работе по первому варианту. "На-
чинайте!" Работа идет по секундомеру, в течение 10 мин делается 6 переключе-
ний со способа на способ". Испытание проводится несколько раз, и в каждом но-
вом случае начальные пары чисел даются разные. В качестве пар рекомендуются
следующие:
5 и 9,
2 и 3,
9 и 2,
9 и 5,
5 и 3,
4 и 7,
5 и 8,
9 и 9,
6 и 9,
9 и 4.
Эти числа дают повторение через 60 сложений.
Исследуемый может допустить ошибку при подсчете и получить замкнутый ряд
чисел:
5 0 5 0 5 0
0 5 0 5 0 5 и т.д.
Это следует считать "браком", поэтому надо прервать задание и повторить его
спустя некоторое время с другими числами.
Тест 8.
Наблюдательность
и зрительная память
Качества внимания тесно связаны с наблюдательностью и зрительной памятью.
Хотите себя проверить?
Тогда выполните следующие задания, составленные авторами:
1. Перечислите по памяти все изменения, которые наблюдаются, если эмалиро-
ванный чайник с холодной водой поставить на плиту и нагреть до момента
закипания воды.
2. Перечислите по памяти все изменения, наблюдаемые при растворении комочка
соли в холодной воде.
3. Перечислите по памяти все изменения, которые происходят в стакане крепко-
го чая, если его оставить на несколько дней открытым.
4. Где собираются чаинки, плавающие на поверхности, когда чай перемешивают в
стакане?
5. Где скапливается сыворотка после створаживания молока в бутылке?
6. Экспериментатор нагревает гидроксокарбонат меди (малахит) в пробирке в
пламени горелки и просит затем перечислить все последовательные изменения
(проверяется наблюдательность в ходе эксперимента).
7. Экспериментатор последовательно выполняет лабораторные операции. Напри-
мер: а) отмеривает жидкость дозатором; б) взвешивает на аналитических ве-
сах; в) фильтрует; г) переключает тумблеры на панели прибора и др. От ис-
пытуемого требуется до мельчайших деталей повторить за экспериментатором
действия в той же последовательности.
Потом проверьте и дополните свои записи при непосредственном наблюдении
указанных явлений или устройте соревнование с товарищем в описании этих явле-
ний.
Тест 9.
Координация
движений
У будущего химика должны быть хорошо развиты органы чувств и координация
движений. Выполнение этих заданий даст вам представление о том, как обстоит
дело с ними у вас.
Задание 1
На нелинованном листе бумаги на расстоянии 5 см друг от друга в горизон-
тальном направлении вычертить окружности диаметром 10, 8, 6, 0, 4 и 3 мм. Ис-
пытуемый в быстром темпе, индивидуальном для каждого человека, фломастером
непрерывно ставит 50 точек поочередно в кружках, двигаясь слева направо, а
затем справа налево. Цель упражнения — максимально и за меньшее время попасть
точками в кружки.
Задание 2
На нелинованном листе бумаги по трафарету вычертить волнистые кривые строч-
ки с разной шириной строки (всего 3). Расстояние между кривыми должно быть от
4 до 10 мм. Задача: своим почерком написать имя, отчество и фамилию таким об-
разом, чтобы каждая буква касалась верхней и нижней линий строки. Задание вы-
полняется в обычном для испытуемого темпе.
Тест 10. Оценка
линейного глазомера
Задание
На нелинованном листе бумаги изобразите:
1) отрезок длиной 12,5 см (или другой длины);
2) углы в 63° и 115°;
3) нарисуйте окружность диаметром 5,5 см.
Проверка размеров производится с помощью линейки и транспортира.
Тест 11. Глазомерная
оценка массы вещества
Задание 1
На глаз определите массы: а) соли и б) сахарного песка, произвольно насы-
панных в фарфоровые чашки. Затем проверьте себя, взвесив чашки с веществами.
Задание 2
Насыпьте (на глаз) на листок бумаги 5 г соли и 10 г сахара. Проверьте путем
взвешивания.
Тест 12. Глазомерная
оценка объема растворов
Задание 1
Налейте в три конические колбы разных размеров заданные объемы: а) желтого
раствора хромата калия, б) зеленого раствора сульфата никеля, в) воды.
Задание 2
Три раствора — бесцветный, желтый и зеленый — разделите на равные части,
налив в колбы разного объема и формы. Проверьте точность с помощью мерного
цилиндра.
Тест 13.
Гравитационные
ощущения
Задание 1
1) Возьмите разновесок в 5 г и насыпьте в спичечный коробок такую же массу
соли; 2) насыпьте на лист бумаги 10 г сахарного песка.
Задание 2
Приготовьте (или возьмите из учебной коллекции "Металлы") металлические
пластинки примерно одинаковых размеров, но сделанные из разных металлов и
различной массы, предварительно их взвесив. Пластинки должны быть пронумеро-
ваны. Масса каждой из них известна проверяющему. Расположите 10 пластинок по
убыванию (или возрастанию) их массы.
Тест 14.
Тепловые
ощущения
Задания
■ Определите на ощупь температуру: а) воды из водопроводного крана и б) по-
догретой воды.
■ Определите, примерно на сколько градусов повысилась в стакане температура
воды, когда в нее подлили горячей воды.
■ Определите, примерно на сколько градусов понизилась температура горячей
воды (в половине стакана) при добавлении холодной воды.
Проверка температуры, названной по ощущению, проводится термометром.
Тест 15.
Проверка
обоняния
Заготовьте в одинаковых склянках два набора с одними и теми же бесцветными
пахучими веществами (по 10 веществ в каждом) . Один набор с названиями ве-
ществ, другой — под номерами. Кроме того, из растворов уксусной кислоты и
водного аммиака (с массовой долей 10%) приготовьте путем разбавления две се-
рии по 10 пробирок с разными концентрациями, на каждой пробирке надо написать
обозначение, например, латинскими буквами.
Шкала разбавления
Раствор, мл: 10 8 6 5 4 2 1 0,50,10
Вода, мл: 0 2 4 5 6 8 9 9,59,9 10
Пробирки поставить в произвольном порядке в штатив.
Задание 1
Понюхайте выданное вещество и найдите его по запаху среди пронумерованного
набора (повторите с тремя разными веществами).
Задание 2
Расположите по убыванию интенсивности запаха пробирки с растворами: а) ук-
сусной кислоты и б) аммиака.
Тест 16.
Цветоощущение и
цветовосприятие
Заранее приготовьте набор: а) из 10 цветных растворов (цвета радуги и до-
полнительные цвета), б) концентрационный ряд из растворов перманганата калия
(розово-фиолетовый) и сульфата меди (голубовато-синий). Для приготовления
растворов группы "б" надо разбавить в пробирках растворы с массовой долей 1%
в объемном отношении, как указано в тесте 15.
Задания с набором "а"
1) Найдите переходный цвет между синим и зеленым.
2) Найдите переходный цвет между желтым и красным.
3) Найдите переходный цвет между синим и красным.
4) Составьте "радугу".
5) Какая окраска получается при смешении: а) желтого и красного; б) желтого
и зеленого; в) зеленого и красного; г) желтого и синего цветов.
Задание с набором "б"
Расположите пробирки по убыванию (возрастанию) интенсивности окраски рас-
творов "теплых" и " холодных" цветов.
Тест 17.
Проверка
памяти
Испытания при проверке памяти можно проводить или самому при зрительном
предъявлении задания, либо с товарищем или группой — при слуховом предъявле-
нии задания.
Задание 1
Дан набор из 50 слов, на изучение которого дается две минуты: мензурка, хо-
лодильник, портфель, атом, одежда, директор, осадок, умывальник, таблица, ре-
акция, обувь, учитель, катализатор, ковер, прибор, пробирка, радио, тетрадь,
реактив, мебель, урок, молекула, телевизор, учебник, лакмус, шкаф, парта, ин-
дикатор, часы, авторучка, раствор, семья, ученица, лаборатория, посуда, ребе-
нок, кислота, телефон, звонок, фильтр, комната, урок, основание, замок, юно-
ша , термостат, водопровод, мел, портфель, штатив.
Запомнившиеся слова воспроизведите на бумаге в любой последовательности.
Задание 2
Исследователь предлагает испытуемому прослушать цитату. Например: "В науке
должно искать идеи. Нет идеи, нет и науки! Знание фактов только потому и дра-
гоценно, что в фактах скрываются идеи; факты без идей — сор для головы и па-
мяти" (В.Г. Белинский). Воспроизведите цитату письменно.
Задание 3
Выполните то же задание, но со стихотворным текстом:
"Слепые не могут смотреть гневно.
Немые не могут кричать яростно.
Безрукие не могут держать оружие.
Безногие не могут идти вперед.
Но — слепые могут кричать яростно.
Но — немые могут глядеть гневно.
Но — безрукие могут шагать вперед.
Но — безногие могут держать оружие".
(Т. Головатый "Сила ")
Задание 4
Проверка оперативной памяти.
Задание лучше выполнять в классе или с товарищем, который будет вашим экза-
менатором .
Экзаменатор формулирует задание: "Я буду медленно зачитывать 10 рядов из 5
чисел. Ваша задача — запомнить все 5 чисел в том порядке, в котором они про-
чтены, а затем в уме сложить первое число со вторым, второе — с третьим,
третье — с четвертым, четвертое — с пятым, полученные четыре суммы надо запи-
сать под соответствующим номером задания в листе ответов.
Например, дан ряд: 6,2,1,4, 2. Складываем 6 и 2 — получается 8 (записыва-
ем) ; 2 и 1 — получается 3 (записываем) ; 1 и 4 — получается 5 (записываем) , 4
и 2 — получается 6 (записываем). Интервал между чтением рядов чисел — 15 с.
Ряды чисел:
1) 5 2 7 14
2) 3 5 4 2 5
3) 7 14 3 2
4) 2 6 2 5 3
5) 4 3 6 17
6) 4 2 3 15
7) 3 15 2 6
8) 2 3 6 14
9) 5 2 6 3 2
10)3 1 5 2 7
Лист ответов также содержит 10 пронумерованных строк для ответов.
Методика удобна для группового тестирования. Процедура тестирования занима-
ет мало времени — 4—5 мин. Для получения более надежного показателя оператив-
нои памяти тестирование можно через некоторое время повторить, используя дру-
гие ряды чисел. Запись исходных чисел во время чтения задания не разрешается.
Тест 18. Выявление
общих понятий
Способность выделять существенное в понятиях и обобщать их — свойство "хи-
мической головы".
Задание
Прочтите сначала обобщающее слово вне скобок, а затем 5 слов в скобках. Их
них необходимо отобрать два слова, которые находятся в наиболее тесной связи
с обобщающим словом. Номер задачи и выбранные слова запишите столбиком. Здесь
представлено 20 наборов слов. Время — 10 с на каждую строку.
1) Сад (растения, лопата, собака, забор, земля).
2) Река (берег, рыба, рыболов, тина, вода).
3) Город (автомобиль, здание, толпа, улица, велосипед).
4) Сарай (сено, лошадь, крыша, скот, стены).
5) Квадрат (углы, чертеж, сторона, камень, дерево).
6) Деление (класс, делимое, карандаш, делитель, бумага).
7) Сапоги (грязь, голенище, солдат, молния, подошва).
8) Чтение (глава, книга, печать, картина, слово).
9) Газета («Правда», приложения, телеграмма, бумага, редактор).
10) Игра (карта, игроки, штрафы, наказания, правила).
11) Война (самолет, пушка, сражения, ружья, солдаты).
12)Книга (рисунки, война, бумага, любовь, текст).
13) Пение (звон, микрофон, голос, аплодисменты, мелодия).
14) Землетрясение (пожар, смерть, колебания почвы, шум).
15) Библиотека (город, книга, лекция, музыка, читатели).
16) Лес (лист, яблоня, охотник, дерево, волк).
17) Спорт (медаль, оркестр, состязание, победа, стадион).
18) Больница (радио, кровать, сад, врач, больные).
19) Любовь (розы, чувство, человек, город, природа).
20) Учеба (знания, умения, парта, тетрадь, оценка).
Тест 19.
Исключение
понятий
Даны наборы по 5 слов. Из них четыре объединены родовым понятием, а одно
слово является лишним. Внимательно выслушайте или прочтите эти слова. На об-
думывание и запись лишнего слова после чтения каждой строки дается только 10
с. Первые две строки используют для тренировки. Запишите номер строки и лиш-
нее слово.
Василий, Федор, Семен, Иванов, Петр.
Дряхлый, маленький, старый, изношенный, ветхий.
Скоро, быстро, постепенно, торопливо, поспешно.
Ненавидеть, презирать, негодовать, возмущаться, понимать.
Лист, стебель, кора, чешуя, сук.
Темный, светлый, голубой, яркий, тусклый.
Гнездо, нора, курятник, сторожка, берлога.
Неудача, волнение, поражение, провал, крах.
Успех, приз, удача, выигрыш, спокойствие.
10) Грабеж, кража, землетрясение, поджог, нападение,
11) Молоко, сыр, сметана, сало, простокваша.
12) Глубокий, низкий, длинный, высокий, горький.
13) Хата, сарай, дым, хлев, будка.
14) Береза, сосна, дуб, сирень, ель.
15) Секунда, час, год, вечер, неделя.
16) Смелый, храбрый, решительный, злой, отважный.
17) Карандаш, ручка, рейсфедер, фломастер, чернила.
Тест 20.
Функциональные
отношения понятий
Задание дано в специальной записи. Левая часть — пример отношений понятий,
правая — контрольная. В наборе слов справа вы должны вставить одно слово. Оно
записывается в листе ответов вместе с номером задания; на обработку каждой
строки дается 10 с.
1) Школа: обучение = Больница: . . . (доктор, ученик, учреждение, лечение,
больной).
2) Песня: глухой = Картина: . . . (хромой, слепой, художник, рисунок, боль-
ной) .
3) Нож: сталь = Стол: ... (вилка, дерево, стол, пища, скатерть).
4) Рыба: сеть = Муха: ... (решето, комар, комната, жужжать, паутина).
5) Птица: гнездо = Человек: ... (люди, птенец, рабочий, зверь, дом).
6) Хлеб : пекарь = Дом: ... (вагон, город, жилище, строитель, дверь).
7) Пальто: пуговица = Ботинок: ... (портной, магазин, нога, шнурок, шляпа).
8) Коса: трава = Бритва: ... (волосы, сено, острая, сталь, инструмент).
9) Нога: сапог = Рука: ...(калоши, кулак, перчатка, палец, кисть).
10) Вода: жажда = Пища: .. . (пить, голод, хлеб, рот, еда) .
11) Электричество: проводка = Пар: ... (лампочка, лошадь, вода, трубы, кипе-
ние) .
12)Паровоз: вагоны = Конь: ... (поезд, лошадь, овес, телега, конюшня).
13) Алмаз: редкий = Железо: ... (драгоценный, твердый, сталь, распространен-
ный, железный).
14) Бежать: стоять = Кричать: ... (молчать, ползать, шуметь, звать, пла-
кать) .
15)Волк: пасть = Птица: ... (клюв, воздух, соловей, яйцо, пение).
16)Театр: зритель = Библиотека: ... (актер, книги, библиотекарь, читатель,
любитель).
17) Нога: костыль = Глаза: ... (палка, очки, слезы, зрение, нос).
18) Железо: токарь = Дерево: ... (пень, кора, пила, столяр, ветка).
19) Утро: ночь = Зима: . .. (мороз, день, осень, январь, сани) .
Тест 21.
Количественные
отношения понятий
Вам предлагаются 18 логических задач, каждая из которых содержит два утвер-
ждения . При решении следует поставить знак > или < между буквами А и В. Время
решения задач — 5 мин.
1) А больше Б в 9 раз; Б меньше В в 4 раза. В... А
2) А меньше Б в 10 раз; Б больше В в 6 раз. А... В
3) А больше Б в 3 раза; Б меньше В в 6 раз. В... А
4) А больше Б в 4 раза; Б меньше В в 3 раза В... А
А
А
А
А
А
5)
6)
7)
8)
9)
10)А
11)А
12)А
13)А
14)А
15) А
16)А
17)А
18)А
меньше
больше
больше
меньше
меньше
меньше
меньше
больше
меньше
меньше
больше
меньше
больше
больше
Б в
Б в
Б в
Б в
Б в
Б в
Б в
Б в
Б в
Б в
Б в
Б в
Б в
Б в
3 раза;
9 раз;
. 6 раз;
3 раза;
10 раз;
2 раза;
3 раза;
2 раза;
5 раз;
5 раз;
4 раза;
3 раза;
4 раза;
3 раза;
А больше В в 7 раз.
Б меньше В в 12 раз.
Б больше В
Б больше В
Б больше В
Б больше В
Б больше В
Б меньше В
Б больше В в
Б больше В в
Б меньше В в
Б больше В в
Б меньше В в
Б меньше В в
7
5
3
в 5
раз.
раз.
раза
8 раз.
4 раза
раз.
6 раз.
2 раза.
3 раза.
3 раза.
7 раз.
5 раз.
А.
В.
А.
В.
В.
А.
В.
А.
В.
А.
В.
А.
В.
А.
В
А
В
А
А
В
А
В
А
В
А
В
А
В
Тест 22.
Закономерности
числовых рядов
Если вы считаете, что способны теоретизировать, умеете быстро находить свя-
зи между явлениями, попытайтесь определить, на основе какой закономерности
составлен каждый из 15 предлагаемых ниже рядов чисел и в соответствии с ней
продолжите каждый ряд, дописав в нем еще 2 числа. На работу отводится 7 мин.
Не задерживайтесь долго на одном ряду; если затрудняетесь определить законо-
мерность, переходите к следующему; останется время — вернетесь к трудному ря-
ду.
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
11)
12)
13)
14)
15)
2 4 6 8 10 12 14 . .
6 9 12 15 18 21 24 . .
3 6 12 24 48 96 192 . .
4 5 8 9 12 13 16 . .
22 19 17 14 12 9 7 . .
39 38 36 33 29 24 18 . .
16 8 4 ,2 1 1/2 1/4 . .
1 4 9 16 25 36 49 . .
21 18 16 15 12 10 9 . .
3 6 8 16 18 36 38 . .
12 7 10 5 8 3 6 . .
2 8 9 27 30 84 93 . .
8 16 9 18 11 22 15 . .
7 21 18 6 18 15 5 . .
10 6 9 18 14 17 34 . .
Тест 23.
Пространственные представления.
Пространственное воображение
Будущий химик, представляя, каким образом происходят химические реакции на
уровне микромира, должен иметь хорошо развитое пространственное воображение.
Задания
1) Изобразите на бумаге линию пересечения двух одинаковых конусов, стоящих
на плоскости, если оси конусов параллельны.
2) Две лежащие на земле трубы одинакового диаметра пересекаются под прямым
углом. Как будет выглядеть сверху линия их пересечения?
3) Нарисуйте линию, которую описывает точка, а) находящаяся на ободе малого
колеса, катящегося по большому колесу снаружи (относительно окружности
большого колеса); б) находящаяся посредине одной из спиц малого колеса,
катящегося по окружности большого колеса (также относительно окружности
большого колеса).
4) Напишите печатными буквами слово РЕАКЦИЯ, чтобы его можно было правильно
прочесть в зеркале.
5) Подберите слова, которые, будучи написанными печатными буквами, выглядели
и читались бы одинаково в зеркале и без зеркала.
6) Напишите на листе тонкой бумаги печатными буквами слово РЕАКТИВ так, что-
бы его можно было правильно прочесть на просвет с оборотной стороны лис-
та.
Тест 24. Тест
Г.Ю. Айзенка
Мы даем возможность проверить интеллект на одном из тестов Г. Айзенка.
Главное в тестах Айзенка — их модельный характер. В задачах теста на бук-
венном, словесном, цифровом и зрительно-пространственном материале можно най-
ти аналогию, подобие отдельной трудовой операции, а в целом — отнести тест к
какому-либо виду реальной деятельности. Задачи включают операции сортировки,
систематизации, выбраковки, комплектования, ориентировки в пространстве,
оценки и т.д.
Цель теста Айзенка — оценка интеллекта, а также характера тестируемого, его
настойчивости, собранности. Время выполнения — 40 мин.
По результатам выполнения теста Г.Ю. Айзенка можно определить так называе-
мый "коэффициент интеллекта" испытуемого (IQ) . Интересно, что все выпускники
учебных заведений в ряде развитых зарубежных стран в обязательном порядке
тестируются с целью определения IQ.
Задания теста Айзенка
1. Выберите нужную фигуру из четырех пронумерованных
2. Вставьте слово, которое было бы окончанием первого слова и началом вто-
рого.
АЛО (....) Б
3. Вставьте недостающее число:
16
шт <шт>
4. Выберите нужную фигуру из шести пронумерованных:
5. Исключите лишнее слово, сделав сначала перестановку букв:
АЛСТЬ, ЕДМЬ, АНОРБЗ, ИЯРИНО
6. Вставьте пропущенное слово:
ПАРК (КРАБ) ПОЛБА,
ТОРТ (....) МЕТЛА
7. Вставьте пропущенное число:
143 (56) 255, 218 ( ) 114
8. Поставьте следующее число:
6 10 18 34 ?
9. Исключите лишнее слово, сделав сначала перестановку букв:
ЫИБЛЕ, ЙОВУБЛ, ИИЙНС, ЫЛАЙ
10. Вставьте пропущенное число:
11. Выберите нужную фигурку из шести пронумерованных:
л Y э~
>А Y
Y > ?
AY>-AY
А
12 3 4 5 6
12. Поставьте следующую букву:
С У П С Н П . .?
13. Вставьте слово, которое было бы окончанием первого слова и началом вто
рого:
ЕЗ (...) ЛАД
14. Выберите нужную фигуру из шести пронумерованных:
ттт—'
—и—' ' ш '
1
гг
"ТТГ
^тгг
3
ищи
4 5
т т
и
15. Вставьте пропущенное число:
148 (110) 368,
243 ( ) 397
16. Вставьте пропущенное число:
18 25 4
16 20 3
6 15 ?
17. Вставьте недостающие буквы
18. Вставьте слово, которое служило бы окончанием первого слова и началом
второго:
AM (...) АН
19. Вставьте пропущенное число:
437 (410) 642,
541 ( ) 783
20. Вставьте пропущенное слово:
ПАРУС (САЖА) САРЖА,
АНОНС ( ) ОГРЕХ
21. Допишите следующее число:
0 3 8 15 ?
22. Исключите лишнее слово, сначала переставив буквы:
САИВЛ, РЕОХ, ШПАУК, ШРАУГ
23. Вставьте слово, которое означало бы то же самое, что и слова вне ско-
бок:
ЛЕС (...) ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ
24. Выберите нужную фигуру из шести пронумерованных:
е+ о
12 3 4 5 6
25. Вставьте пропущенное слово:
ВОСК (СОХА) ФРАХТ,
СКОТ (....) ФРОНТ
2 6. Поставьте следующее число:
1 8 16 25 ?
2 7. Выберите нужную фигуру из шести пронумерованных:
С©0
€>ф т
с©е>еса
12 3 4 5 6
28. Вставьте слово, которое означало бы то же самое, что и слова, стоящие
вне скобок:
СКАМЬЯ ( ) МАГАЗИН
29. Вставьте недостающую букву:
В Д 3
Д И О
ИР?
30. Выберите нужную фигуру из шести пронумерованных:
□ ш ш
п ш ?
ШЕИШПЙш
12 3 4 5 6
31. Выберите нужную фигуру из шести пронумерованных:
£ Ч
7V
£ Ш
№
Ш?
32. Вставьте пропущенные буквы.
33. Вставьте пропущенное слово:
КАНВА (ВНУК) УЛИКА,
ХОЛСТ ( ) ОЛЕНЬ
34. Исключите лишнее слово:
СНИРУКО, ЕДУЛЖКО, МНИСКО, РТАНИКА
35. Вставьте пропущенные буквы:
Га"
Гг
ж
м
п
ш
ш
36. Вставьте слово, которое означало бы то же самое, что и слова, стоящие
вне скобок:
КАБИНА () СЕЧА
37. Выберите нужную фигуру из шести пронумерованных:
(ооо
*
оо о
о о 1
■
■ ■■]
000
□ □ ?
ппоппп
38. Вставьте пропущенное число:
42 (44) 38,
23 ( ) 28
3 9. Выберите нужную фигуру из шести пронумерованных:
ESO|#
40. Вставьте пропущенное слово:
ГАММА (ГИМН) ДИВАН,
ПЕРЕЦ ( ) КЛОУН.
Теперь можно проверить уровень вашего интеллектуального развития. Для этого
сравните ваши ответы с правильными, и по графику вы сможете найти IQ.
Учтите, что график дает правильный результат в том случае, если вы выполни-
ли задание в течение 40 мин. Если вам удалось справиться с заданием быстрее,
можете гордиться: ваш IQ больше, чем следует из графика. Если вы не уложились
вовремя, подсчитайте число правильных заданий за 40 мин и по ним найдите IQ.
И не огорчайтесь: быстро не всегда означает правильно.
А теперь самое время заняться анализом своего характера: проверить, какую
роль вы можете играть в коллективе. Для этого мы предлагаем тесты 25—27.
Тест 25.
Черты
характера
Попробуйте честно оценить некоторые собственные действия и привычки. Для
большей объективности попросите товарища, учителя, родителей выставить вам
оценки.
Задание 1
Аккуратность, собранность, трудолюбие.
Оцените по пятибалльной шкале:
1) До конца ли вы заполняете записями тетради и блокноты? Если
баллов.
2) Чистоту своей обуви.
3) Чистоту и порядок в своей комнате.
4) Чистоту и порядок на рабочем месте.
5) Выполнение домашних обязанностей.
6) Помощь семье по хозяйству.
7) Порядок в размещении книг, коллекций, фотографий, открыток и
8) Порядок в своем портфеле.
9) Подготовку тетрадей и учебников к предстоящему учебному дню.
"да",
то 5
11) Аккуратность записей в дневнике.
12) Чистоту и опрятность ежедневного костюма.
13) Умение организовать свободное время для полезных занятий.
14) Систематичность в приготовлении домашних заданий.
15) Аккуратность в пользовании учебниками.
Задание 2
Самостоятельность, настойчивость, целеустремленность.
Оцените по пятибалльной шкале:
Умение продолжать работу, даже если она надоела или наскучила.
Стремление планировать свои действия, например, намечать последователь-
ность выполнения домашнего задания по разным предметам.
Соблюдение режима дня.
Желание начинать день с утренней гимнастики.
Терпение: умение не заглядывать в конец книги, пока она не дочитана до
конца.
Желание во что бы то ни стало решить задачу, если она не получается.
Желание добиться успешного завершения опыта, если в первый раз он прошел
неудачно.
Усидчивость при выполнении однообразной работы.
Умение ставить перед собой ясную цель и добиваться ее.
10) Ежедневное выполнение домашних обязанностей.
Тест 26.
Анкета
самооценки
Из предложенного перечня выберите по 20 слов, характеризующих положительные
и отрицательные качества, и составьте из них два ряда. В первый впишите те
слова, которые, по вашему мнению, характеризуют положительные черты вашего
идеала, а во второй — те, которыми не должен обладать идеал. Затем в первом
ряду подчеркните черты характера, присущие вам, а во втором — не присущие.
Ориентируйтесь на их наличие ("да" или "нет").
Слова, характеризующие отдельные качества личности: аккуратность, беспеч-
ность, восприимчивость к новому, гордость, грубость, жизнерадостность, забот-
ливость , застенчивость, завистливость, злопамятность, искренность, изыскан-
ность , капризность, легковерие, медлительность, мечтательность, настойчи-
вость , нежность, непринужденность, нервозность, нерешительность, несдержан-
ность, обаяние, обидчивость, осторожность, отзывчивость, педантичность, раз-
вязность , рассудочность, решительность, самозабвенность, сдержанность, со-
страдательность , стыдливость, терпеливость, трусость, увлеченность, упорство,
уступчивость, холодность, энтузиазм.
Проанализируйте свой психологический портрет, составленный по самооценке, и
его близость к вашему идеалу. Для объективности оценки попросите других людей
перечислить черты, присущие вам.
Тест 27. Коммуникативные и
организаторские склонности
Опросник составлен с целью определения склонности к сфере труда "человек-
человек", в частности, к профессии учителя.
Методика включает лист вопросов, лист ответов, дешифраторы и таблицы с оце-
ночными показателями. На вопросы можете отвечать в классе или вдвоем с това-
рищем.
Тест рекомендуется для индивидуального выполнения при зрительном предъявле-
нии листа вопросов. Вариант слухового предъявления вопросов испытуемым возмо-
жен при условии доверительной и спокойной обстановки в группе, классе.
А теперь выясним и оценим склонности к общению, свою роль в коллективе.
Для заполнения листа ответов предлагается шифр: "+" — утвердительный ответ,
"-" — отрицательный ответ.
Лист ответов
Коммуникативные
склонности
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
37
39
Организаторские
способности
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
Лист вопросов:
1) Много ли у вас друзей, с которыми вы постоянно общаетесь?
2) Часто ли вам удается склонить большинство своих товарищей к принятию ими
вашего мнения?
3) Долго ли вас беспокоит чувство обиды, причиненной вам кем-то из товари-
щей?
4) Трудно ли вам ориентироваться в критической ситуации?
5) Есть ли в вас стремление к установлению новых знакомств с различными
людьми?
6) Нравится ли вам заниматься общественной работой?
7) Верно ли, что вам приятнее и проще проводить время с книгами или за каки-
ми-либо другими занятиями, чем с людьми?
8) Если возникли некоторые помехи в осуществлении вашей цели, то легко ли вы
отступаете от своих намерений?
9) Легко ли вы устанавливаете контакт с людьми, которые значительно старше
вас по возрасту?
10) Любите ли вы придумывать или организовывать со своими товарищами различ-
ные игры и развлечения?
11) Трудно ли вам вписываться в новые для вас компании?
12)Часто ли вы откладываете на потом те дела, которые нужно выполнить сего-
дня?
13)Легко ли вам удается устанавливать контакты с незнакомыми людьми?
14) Стремитесь ли вы добиться, чтобы товарищи действовали в соответствии с
вашей позицией?
15) Трудно ли вы осваиваетесь в новом коллективе?
16)Верно ли, что у вас не бывает конфликтов с товарищами из-за невыполнения
ими своих обещаний, обязательств, обязанностей?
17) Стремитесь ли вы при удобном случае познакомиться и побеседовать с новым
человеком?
18)Часто ли в решении важных дел вы принимаете инициативу на себя?
19) Раздражают ли вас окружающие люди, и хочется ли вам побыть в одиночестве?
20)Правда ли, что вы обычно плохо ориентируетесь в незнакомой для вас обста-
новке?
21) Нравится ли вам постоянно находиться среди людей?
22)Возникает ли у вас раздражение, если вам не удается закончить начатое де-
ло?
23)Испытываете ли вы чувство затруднения, неудобства или стеснения, если
приходится проявлять инициативу при знакомстве с новым человеком?
24) Правда ли, что вы устаете от частого общения с товарищами?
25)Любите ли вы участвовать в коллективных играх?
26) Часто ли вы проявляете инициативу при решении вопросов, затрагивающих ин-
тересы ваших товарищей?
27) Правда ли, что вы чувствуете себя неуверенно среди малознакомых людей?
28)Верно ли, что вы редко стремитесь доказать свою правоту?
29)Полагаете ли вы, что вам не представляет особого труда внести оживление в
малознакомую компанию?
30)Принимаете ли вы участие в общественной работе в школе (классе)?
31) Стремитесь ли вы ограничить круг своих знакомых небольшим числом друзей?
32) Верно ли, что вы не стремитесь отстаивать свое мнение или решение, если
оно не сразу было принято вашими товарищами?
33) Чувствуете ли вы себя непринужденно, попав в незнакомую для вас компанию?
34) Охотно ли приступаете к организации различных мероприятий для своих дру-
зей?
35)Правда ли, что вы не чувствуете себя достаточно уверенным и спокойным,
когда приходится говорить что-либо большой группе людей?
36)Часто ли вы опаздываете на деловые встречи, свидания?
37) У вас много друзей?
38)Часто ли вы оказываетесь в центре внимания своих товарищей?
39)Часто ли вы смущаетесь, чувствуете неловкость при общении с малознакомыми
людьми?
40)Правда ли, что вы не очень уверенно чувствуете себя в окружении большой
группы своих товарищей?
Тест 28. Уровень
творческих
способностей
Прочтите внимательно приведенные ниже предложения. Если утверждение совпа-
дает с вашим мнением о себе, в листе ответов поставьте у его номера знак "+",
если не совпадает — знак "-". Ориентируйтесь на четкие ответы "да" и "нет",
проанализируйте свои ответы.
1) Как правило, я легко приспосабливаюсь к новым людям, идеям, условиям.
2) Мне нравится решать типовые, стандартные задачи, пользоваться четкими
алгоритмами.
3) Мне кажется, я охотнее создавал бы и конструировал новое, чем улучшал и
усовершенствовал старое.
4) Обычно я рассчитываю свои действия, если имею дело с коллективом.
5) В большинстве случаев я действую самостоятельно, без помощи и подсказки
друзей и старших.
6) Никогда не пытаюсь изменить отношения между собой и своими товарищами.
7) Нередко я воздерживаюсь от выдвижения идей и предложений, хотя у меня
они есть.
8) Мне часто удается найти нестандартные, оригинальные решения задач.
9) Мне нравится смена различных видов деятельности.
10) Для меня характерно стремление реализовывать одновременно несколько
идей, решать несколько проблем.
11)Нередко я один вступаю в спор со своими сверстниками или старшими.
12) Как правило, я легко соглашаюсь и подчиняюсь коллективному мнению.
13) У меня часто возникают оригинальные идеи.
14) Мне нравится выполнять работы в соответствии с детально разработанными
планом, схемой, инструкцией.
15) Я всегда охотно пропагандирую новые идеи.
16) Я предпочитаю выполнять работу по-новому, хотя знаю, что это связано с
риском быть непонятым товарищами, старшими.
17) Я обычно работаю без существенных изменений, отклонений от рекомендаций,
данных учителями, родителями, руководителем.
18)Мне нередко приходилось аргументировать свои действия инструкциями, пра-
вилами, рекомендациями или мнением авторитетов в этой области.
19) Мне нравится выполнять задания исследовательского характера.
20) Я всегда до конца отстаиваю свою точку зрения.
Итак, кто же вы — "творец" или "исполнитель"?
Тест 29.
Задачник—
диагностикум
И, наконец, последний тест. В отличие от предыдущих, он построен на химиче-
ском материале, а значит, справиться с ним могут только те, кто уже изучает
школьный курс химии.
Перед вами маленький задачник. Впрочем, решать содержащиеся в нем задания —
они, вообще говоря, довольно трудные — вам не надо. Надо просто понять, ка-
кому типу задач вы отдаете предпочтение.
Сначала внимательно прочтите все задания, познакомьтесь со структурой за-
дачника . Затем сделайте следующее.
Выпишите номера задач, которые показались вам наиболее интересными.
Еще раз просмотрите задачник и выпишите номера тех задач, которые, как вам
кажется, вы можете решить.
Теперь выберите задачи, которые вам хотелось бы решить, но вы не знаете
как.
Среди тех задач, которые вы можете решить, отберите штук пять наиболее по-
нравившихся, чтобы объяснить их решения товарищам.
Задачи для выбора и решения:
1) Предложите способы, позволяющие использовать обычный школьный газометр
для хранения газов, растворимых в воде.
2) Какие продукты можно получить при переработке сильвинита?
3) Сгруппируйте и расположите приведенные ниже формулы в какой-либо последо-
вательности и докажите ее целесообразность: Na2C03, СбНб, CF4, CO(NH2)2,
Н2С03, СбН2п+2, Са(НС03)2, СН4, С (алмаз), HCN, KCN, С02, CnH2n_2, СС14, С
(графит), СОС12, K4Fe(CN)6, CaC2, CnH2n, CS2, С2Нб, СО, А14С3, СаС03, К2С03,
С2Н4, С2Н2, NH4CNS, CH3COOH, СН3СОСН3.
4) Опишите все возможные последствия влияния на гидробионтов выбросов в реки
и озера промышленных отходов. Предложите программу действий по выяснению
влияния промышленных отходов на окружающую среду (на конкретном примере)
и способы защиты природных водоемов от загрязнения.
5) Составьте материальный баланс производства 1 т синтетического аммиака из
азота и водорода.
6) Ниже даны формулы или названия различных соединений кремния. Представьте
себе, что вам предложено сделать обзор по химии соединений кремния (или
заняться изучением этих соединений). Расположите формулы и названия ве-
ществ в последовательности, которая кажется вам наиболее целесообразной
для описания (или изучения). Дайте краткое обоснование. Si6Hi4, Si02, глина
(Al203'Si02H20) , SiS2, H2SiF6, Si, SiH4, SiF4, "растворимое" стекло
(Na2Si03) , SiC, SiCl4, Si2H6, K2SiF6, Mg2Si, "силиконовая смола", "нормаль-
ное стекло" (Na2OCaO'6Si02) .
7) Оренбургское месторождение газа содержит значительные концентрации H2S и
RSH. Эти примеси весьма вредны. Добыча газа составляет 45 млрд. куб.м в
год. Как очистить газ от сернистых соединений?
8) Как разрушить многометровую пробку твердого гидрата метана СН4'6Н20 в га-
зовой скважине (Крайний Север), не засоряя ее посторонними предметами?
Температура разложения гидрата О С. Опускать электрические нагреватели
нельзя. Скважина представляет собой стальную трубу. Глубина залегания
пробки — 500 м.
9) Проанализируйте ситуацию, возникшую на уроке, при неудачной демонстрации
опыта "растворение аммиака в воде" ("фонтан" не получился). Предложите
варианты поведения учителя при объяснении нового материала по свойствам
аммиака.
10) Оцените положительные и отрицательные признаки использования химических
средств в быту. Сформулируйте свои принципы химизации быта.
11)Из какого сырья можно получать едкий натр?
12)Продумайте основные этапы решения типовой задачи по определению молеку-
лярной формулы вещества на основе данных о массовой доле элементов, вхо-
дящих в его состав. Объясните решение задач данного типа.
13)Представьте себе два непрозрачных, звуконепроницаемых теплоизолированных
ящика с мелкими порами для пропускания воздуха. В одном ящике находится
мышь, в другом — горящая свеча. Предложите способы определения, в каком
ящике есть свеча, а в каком — мышь.
14)Предложите схему устройства и принципы работы печи для обжига известняка
с улавливанием и использованием газообразных веществ.
15)Напишите уравнение реакции, в котором присутствуют представители четырех
основных классов неорганических соединений.
16) В технологии силикатов, например, при производстве цемента, часто исполь-
зуются вращающиеся трубчатые печи (длиной до 200 ми диаметром до 5 м) . В
них медленно сыплющийся порошок нагревается потоком горячего воздуха. Как
увеличить теплообмен горячего газа с порошком во вращающейся трубчатой
печи?
17) Как оценить объем свободного пространства между молекулами жидкости?
(Кстати, сделать это чрезвычайно просто).
18)Составьте материальный баланс производства 1 т аммиачной селитры из син-
тетического аммиака и раствора азотной кислоты с массовой долей 65%.
19) Приведите всевозможные объяснения того факта, что железо, извлеченное из
лунных пород, на воздухе не окисляется, хотя аналогичные земные образцы
окисляются легко.
20) В химической технологии широко применяют поглотительные башни. Например,
серный ангидрид растворяют в разбавленной серной кислоте, пропуская SO,
навстречу H2S04. Кислота движется в башню сверху вниз, газ — снизу вверх.
Чтобы серный ангидрид поглощался полнее, башню заполняют инертной насад-
кой — керамическими кольцами (так называемые «кольца Рашига»). Когда
кольца насыпают в башню, часть их разбивается. Что надо предпринять, что-
бы максимально сохранить керамику? (Заполнять башню кольцами можно только
сверху).
21)Концентрированная ортофосфорная кислота — вязкая и липкая масса. Иногда
для проведения специальных синтезов нужен порошок Н3Р04. Как его получить?
22) Промышленный электролизер, в котором получают хлор и щелочь из раствора
хлорида натрия, имеет угольный анод. Поэтому хлор обычно загрязнен уг-
лекислым газом: углерод частично окисляется кислородом, попутно выделяю-
щимся при электролизе воды. Заменить угольные аноды металлическими нель-
зя, поскольку благородные металлы слишком дороги, а остальные растворяют-
ся при пропускании тока. Как избежать примеси С02 в электролитическом хло-
ре?
23) При изготовлении фруктовых соков используются железные емкости. Вследст-
вие этого соки содержат избыточное количество железа, которое препятству-
ет их длительному хранению (выпадает осадок). Как освободить соки от из-
бытка железа без вреда для потребителя?
24)Проследите по учебникам химии, как меняется объяснение причин соединения
атомов в молекулы от 8-го к 11-му классу. Запишите возникшие у вас вопро-
сы и обсудите их с учителем.
25)Неон содержится на Солнце и в звездах примерно в таком же количестве, как
и кислород. Однако в земной атмосфере его очень мало, даже меньше, чем
гелия. Поскольку у гелия очень небольшая атомная масса, он улетучивается
из атмосферы Земли в космическое пространство. Атомная масса неона равна
20,2 и низкое его содержание на Земле нельзя объяснить "уходом" в космос
хотя бы потому, что молекулярная масса воды — 18, и рассеивание ее моле-
кул в космос не привело к уменьшению земных водных запасов. Предложите
любые гипотезы для объяснения этого факта.
26) Предложите способы использования железного огарка после обжига железного
колчедана.
27) При проверке знаний выяснилось, что ученики 8-го класса не различают по-
нятия "условия проведения реакции" и "признаки химических реакций". Про-
думайте план объяснения, подберите опыты, на примере которых можно до-
биться усвоения этих понятий.
28) Любые деревянные конструкции (от мебели до кораблей) — прекрасное жилище
для древоточцев. Гусеницы этих насекомых разрушают древесину, прогрызая в
ней многочисленные ходы. Борьба с древоточцами осложняется недостаточной
изученностью их поведения. Да уж, попробуй разберись в жизни этих насеко-
мых, когда они скрыты в толще дерева. Как все-таки проследить за жизнью
древоточцев, сделать их видимыми?
29) Какие природные и экономические факторы следует учитывать при планирова-
нии и строительстве мощных химических предприятий?
30)Морозные узоры на окнах напоминают листья папоротников. В порядке значи-
мости перечислите важнейшие отличия узоров льда и листьев папоротника.
31) Опишите свойства элементов, которые могли бы находиться в периодической
таблице элементов между водородом и гелием.
32)Из какого сырья получают серную кислоту?
33) Изучение основных положений структурной теории A.M. Бутлерова требует
различных наглядных средств. Предложите, какие средства обучения в ком-
плексе можно привлечь для понимания и усвоения понятий: а) гомология; б)
изомерия?
34) Некий экспериментатор утверждает, что аммиак катализирует процесс окисле-
ния оксида серы(IV) до оксида серы(VI). В качестве доказательства прово-
дится опыт: если через подкисленный азотной кислотой раствор нитрата ба-
рия пропустить смесь S03 и NH3, то через некоторое время выпадет белый
осадок. Насколько справедливо приведенное доказательство?
35) В производстве каких химических продуктов вода используется: а) как хими-
ческое сырье и б) как растворитель?
36)Какие газы можно хранить в обычном школьном газометре? Сформулируйте тре-
бования к запирающей жидкости.
37)Нитрат серебра используется для распознавания хлорид-, бромид-, иодид-
анионов. Можно ли с помощью этого реактива определить фторид-анионы?
38) Нарисуйте схему прибора для получения и собирания хлора.
39)Приведите примеры использования в химических производствах, в движении
материальных и энергетических потоков: а) противотока, б) прямотока, в)
"кипящего слоя".
40) В беседе с учащимися после урока химии выяснилось, что этап проверки зна-
ний в обычной беседе с классом и при ответах у доски был для учащихся не-
интересен. Предложите: а) как сделать проверку знаний по химии более по-
знавательной; б) более интересной; в) какой она должна быть по форме и
содержанию, чтобы все учащиеся активно работали в отведенные для проверки
10—15 мин?
41) Требуется определить кислотность почвы на дачном участке. Как это сде-
лать?
42)Нарисуйте схему прибора для получения и демонстрации горения водорода.
43)Составьте принципиальную технологическую схему очистки природной воды до
питьевой.
44)Составьте перечень вопросов по теме "Металлы" для проведения тематическо-
го зачета по химии.
45)Растворы каких веществ можно отличить друг от друга с помощью лакмуса,
фенолфталеина и метилоранжа.
46)Изобразите схему поглотительной башни и принцип ее работы при получении
концентрированной серной кислоты.
47) Очистка воздуха от пыли — промышленная экологическая задача. В металлур-
гических производствах воздух либо фильтруют, либо пропускают через ци-
клон-аппараты. В них газ сильно закручивается, частицы пыли отбрасываются
на стенки аппарата и сползают вниз. Однажды на металлургическом заводе
потребовалось очистить от пыли раскаленный воздух при температуре 800—900
С. Свободного циклон-аппарата на предприятии не оказалось, поэтому решили
продувать охлажденный воздух через слой жидкости. Однако просто так охла-
ждать поток воздуха невыгодно — его тепло можно использовать. Предложите
жидкости, которые могут очищать от пыли разогретый воздух.
48) Какие доказательства вы приведете, чтобы убедить, что сульфат бария не-
растворим в воде, кислотах и щелочах?
49) Как получить из сульфата натрия гидроксид натрия и провести обратное пре-
вращение?
50) Через определенное время (по различным оценкам от 50 до 300 лет) на Земле
будут исчерпаны доступные запасы газа, нефти, угля и других горючих иско-
паемых. Что, по вашему мнению, может служить сырьем для производства ор-
ганических веществ? Какие процессы первичной переработки сырья, предло-
женного вами, наиболее вероятны?
51) Как будет зависеть электропроводность раствора гидроксида бария, если к
нему постепенно прибавлять по каплям раствор сульфата меди? Постройте
график изменения электропроводности.
52) Почему при падении давления ниже нормы, как правило, устанавливается пас-
мурная погода с дождем или снегом, а при подъеме выше нормы — солнечная
сухая погода? Ведь конденсация паров в жидкости должна происходить при
увеличении давления, а испарение, наоборот, при его уменьшении.
53) Документально установлено, что некоторые люди могут наступать босыми но-
гами на раскаленные угли. Предложите объяснения этого явления.
54) Емкость наполовину заполнена водой, а наполовину — бензином. Требуется
полностью погрузить в водный слой металлическую деталь, окрашенную крас-
кой , растворимой в бензине. При этом никаких посторонних примесей в воду
попасть не должно. Каким образом это можно сделать?
55)Как разделить смесь порошков серы и железа?
56) Жидкий сополимер стирола и бутадиена — хороший заменитель натуральной
олифы. Как правило, синтетическая олифа содержит примесь свободного, не-
прореагировавшего, стирола. Из-за наличия этой примеси снижается качество
синтетической олифы, ухудшаются ее физико-механические свойства. Предло-
жите способ очистки бутадиен-стирольной олифы от примесей свободного сти-
рола. Чем объяснить отрицательное влияние стирола?
57)Перечислите основные изменения в живом организме, которые произойдут, по
вашему мнению, если пить не обычную водопроводную воду, а "тяжелую".
58)Природный газ в виде примеси содержит сероводород. Его присутствие неже-
лательно, потому что под действием H2S сильно корродируют трубопроводы и
перекачивающая аппаратура. Как очистить газ от H2S?
59)Предскажите, будут ли растворимы сульфаты бериллия и радия в воде и ки-
слотах .
60)Составьте технологическую схему производства аммиака под: а) средним и б)
высоким давлениях.
61) Как доказать растворимость сульфата стронция в воде, растворах кислот и
щелочей?
62)Из какого сырья можно получать водород?
63) Чистая пикриновая кислота (2,4,6-тринитрофенол) детонирует, если ее масса
превышает 5 г. Неужели масса вещества влияет на его химические свойства?
Если да, то почему?
64)Изобразите схему аппарата Киппа и объясните принцип его действия.
65) Сопоставьте между собой: а) конвертерный и б) мартеновский способы произ-
водства стали, принимая во внимание следующие экономические показатели:
затраты сырья и энергии, качество продукции, производительность аппара-
тов . На основе сопоставления выберите более экономически выгодный способ.
66) В ответах учащихся часто встречается "ошибка Фарадея": многие школьники
причиной распада вещества на ионы считают электрический ток. Наблюдения
за преподаванием химии показывают, что в школьной практике существуют два
варианта последовательного изучения вопросов данной темы. Объясните, в
каком из вариантов обучения возникновение "ошибки Фарадея" более вероятно
и почему?
■ сначала по графическим схемам и рисункам объясняются причины диссоциации
веществ на ионы, а затем, в качестве доказательства демонстрируются опы-
ты по электропроводности веществ;
■ демонстрация опытов по электропроводности предшествует объяснению причин
этого явления.
67)Жидкие смазочные масла иногда содержат примесь — небольшое количество во-
ды. Для определения концентрации воды в маслах разработано несколько ме-
тодик, довольно трудоемких и требующих специальной аппаратуры. Но прежде
чем делать количественный анализ, хорошо бы узнать: а есть ли вода в мас-
ле вообще? Предложите простейший способ качественного анализа жидких сма-
зочных масел на содержание воды.
68)Производство какой полезной продукции можно организовать при переработке
известняка?
69) В таблице сопоставлен солевой состав крови человека и вод Мирового океа-
на. Какие выводы можно сделать из анализа этой таблицы?
Ионы
С1"
Na+
К+
Са2+
Содержание в % от суммы
Кровь
49,03
30,03
1,80
0,80
Вода океана
55,0
40,06
1,10
1,20
70) Для наполнения галогенных ламп требуется сухой бромоводород. Даже неболь-
шие примеси влаги здесь опасны, поскольку водяной пар быстро разрушает
нагретую до белого каления металлическую нить. Источник бромоводорода,
используемый в промышленности, — водный раствор бромоводородной кислоты.
Предложите эффективный способ получения сухого бромоводорода.
71) Как известно, в морской воде содержатся многие переходные металлы в кон-
центрации 10"10-10"6 моль/л. Предложите наиболее рациональные способы выде-
ления из морской воды двух-трех металлов из перечисленных: Со, N1, Си,
Mo, Cr, Ag, Au, Zn.
72) Если построить график зависимости температуры плавления NaCl, KC1, RbCl,
CsCl от атомной массы элемента первой группы и экстраполировать к атомной
массе лития, окажется, что в действительности хлорид лития плавится при
значительно более низкой температуре, чем это следует из расчетных гра-
фиков . Объясните почему?
73)Изобразите принципиальную схему прибора, предназначенного для измерения
электропроводности растворов.
74) Сопоставьте два способа производства азотной кислоты: а) из природной на-
триевой селитры и б) из синтетического аммиака. Учтите при этом следующие
экономические показатели: стоимость сырья, чистоту конечного продукта,
загрязнение природной среды.
75) В таблице приведены температуры плавления и плотность различных нитрото-
луолов. Какие выводы можно сделать из анализа этой таблицы?
Таблица. Некоторые физические свойства нитротолуолов
Нитротолуолы
о-Нитротолуол
т-Нитротолуол
п-Нитротолуол
2,4-Динитротолуол
2,4,6-Тринитротолуол
Температура плавления, С
-3,17
16,1
52,0
70,0
81,0
Плотность, г/см3
1,162
1,157
1,123
1,521
1,600
76) В двух банках без этикеток имеются белые порошки, предположительно сти-
ральная сода и щавелевая кислота. Укажите самый простой способ их распо-
знавания .
77) Нарисуйте схему лабораторного прибора для получения и собирания аммиака.
78)Можно ли изобрести универсальный растворитель?
ОТВЕТЫ
К ТЕСТАМ
Тест 1
А — сфера "человек—природа",
Б — "человек—техника",
В — "человек—человек",
Г — "человек—знаковая система",
Д — "человек—художественный образ",
Е — "человек—вещество".
Тест 2
1 — Физика.
2 — Математика.
3 — Электротехника и радиотехника.
4 — Техника.
5 — Химия.
6 - Биология.
7 - Медицина.
8 - Геология и география.
9 - История.
10 — Филология и журналистика.
11 — Искусство.
12 — Педагогика.
13 — Сфера обслуживания.
14 — Военное дело.
15 — Спорт.
Если ваш результат лежит в пределах от 1 до 6 — к данному виду труда вы от-
носитесь положительно, если больше 7, — вы отдаете ему явное предпочтение;
если от 0 до — 6 , то данный вид деятельности вам не по душе, если меньше —
7, то он вам глубоко неприятен.
Тест 4
1 — лаборант,
2 — экспериментатор-исследователь,
3 — исследователь- теоретик,
4 — технолог, оператор,
5 — техник, конструктор,
6 — рабочий-аппаратчик,
7 — преподаватель химии,
8 — организатор, руководитель коллектива.
Заключение делается по наибольшим значениям положительных ответов. Ровные
оценки скорее всего означают, что ваши интересы и склонности пока не опреде-
лились .
Тест 5
При решении этих трех задач необходимо сохранить устойчивость внимания.
Правильное решение первой и второй задач при неправильном решении третьей
свидетельствует о некоторой истощаемости внимания.
Правильное решение первой и третьей задачи при неправильном решении второй
указывает на неустойчивость внимания. Правильное решение второй и третьей за-
дачи при неправильном решении первой позволяет предположить, что вы не сразу
включаетесь в работу.
Тест 6
Количественная оценка ведется по времени выполнения задания. Чем короче и
безошибочнее выполнение, тем вы способнее к переключению внимания.
Временной результат вычисляется по формуле: Р = С — (а + Ь) , где С, а, Ь —
соответственно продолжительность (в сек) выполнения задания по арабско-
римскому, арабскому и римскому вариантам.
Из полученного значения Р следует вычесть произведение 0,2 на число ошибок.
Сравните свой результат с результатами товарищей. Учтите, что умение быстро
переключать внимание — важное качество экспериментатора.
Тест 7
Количественным показателем продуктивности работы является общее число ело-
женных пар и число ошибок. Чем больше число сложенных пар и меньше ошибок,
тем лучше результат.
Вспомните, как вы действовали при выполнении теста:
■ хотели сделать как можно больше или работали не спеша;
■ были ориентированы на скорость или качество работы;
■ не проявились ли растерянность, неуверенность, утомление, желание много-
кратно проверить себя;
■ понравилось или надоело выполнение задания;
■ критична ли Ваша самооценка в сравнении с объективным показателем теста.
При определении количественных показателей учитывается: число подсчитанных
сумм за 1 мин (при этом исходная пара слагаемых, данных экспериментатором,
исключается); число ошибок за 1 мин. Следует соотнести месторасположение оши-
бок по отношению к сигналу "черта".
Наиболее высокая производительность в начале первого эксперимента — 32 сум-
мы за 1 мин, наиболее низкая - 10 сумм за 1 мин. Качество работы меняется от
безошибочной до 13 ошибок.
Тест 8
Проверка покажет, какие органы чувств участвуют в наблюдении, замечаются ли
"мелочи". Проверка может быть проведена по отношению к заранее составленному
полному набору наблюдаемых признаков или путем сравнения ответов испытуемых.
Чем больше отмечено признаков, тем выше наблюдательность.
Тест 9
1. При подведении итогов подсчитывается число точек вне окружностей и оно
вычитается из 50. Полученная разность делится на 50 и умножается на 100.
Чем ближе расчетный показатель к 100, тем лучше результат.
2. При подсчете учитываются буквы (или элементы букв) , написанные точно в
строке. Это число делится на общее число написанных букв (или их элемен-
тов) , и частное от деления умножается на 100. Чем результат ближе к 100,
тем точнее координация движений.
Тест 10
Результат выражается в процентах к заданному. Если размеры оказались больше
заданных, из них вычитается 100, разность делится на заданную величину и ум-
ножается на 100. Чем ближе результат к 100, тем у вас лучше линейный глазо-
мер.
Тест 11
Отмечается величина ошибки — уменьшение или увеличение массы.
Отнесите названную величину к точной массе и умножьте на 100 (если названа
масса меньше заданной) или вычтите из большей массы заданную величину, и эту
разность разделите на точную массу, а частное умножьте на 100.
Тест 12
Проверка проводится мерным цилиндром или конической мензуркой. Результат
вычисляется в процентах к заданному (см. тест 11).
Тест 13
Выполнение задания 1 проверяется взвешиванием. Вычисления представить в
процентах, как в тесте 11.
Задание 2 проверяется по порядку расположения пластинок: по одному баллу за
каждую пластинку, правильно расположенную в ряду убывания или возрастания
массы. Порядок расположения пластинок должен быть известен проводящему испы-
тание .
Тест 14
Результат вычисляется в процентах, как в тесте 11: величина "ощущаемой"
температуры соотносится с реальным показателем термометра.
Тест 15
Задание 1 проверяется по числу правильно найденных по запаху веществ. Зада-
ние 2 — по одному баллу за каждую правильно расположенную в шкале пробирку
(порядок должен быть известен проводящему испытание).
Тест 16
В заданиях с набором "а" число правильных ответов сравнивается с девятью
(всего 9 упражнений).
Задание "б" со шкалами оценивается так же, как в тесте 15.
Тест 17
Задание 1
Число слов, отсутствующих в списке, вычитается из числа правильно названных
слов (учет ошибок), разность делится на 50, а частное умножается на 100. При
этом следует обратить внимание, запоминались ли слова беспорядочно или как-то
группировались.
Задания 2 и 3
Дословное воспроизведение текстов в заданиях 9 и 10 оценивается баллом 10;
близкое к дословному — 7; правильное, но не полное изложение текста - 5, пра-
вильное изложение смысла своими словами — 3.
Задание 4
Подсчитывается число правильно найденных сумм (максимальное их число — 40,
т.е. 10*4). Нормальный результат — от 30 и выше.
Ключ для проверки выполнения задания:
1)
2)
3)
4)
5)
б)
7)
8)
9)
Ю]
7
8
8
8
7
6
4
5
7
I 4
9
9
5
8
9
5
6
9
8
6
8
6
7
7
7
4
7
7
9
7
5
7
5
8
8
6
8
5
5
9
Тест 18
Сравните свои ответы с приведенными в списке:
1. Растения, земля
2. Берег, вода
3. Здание, улица
4. Крыша, стены
5. Углы, стороны
6. Делимое, делитель
7. Голенище, подошва
8. Печать, слово
9. Бумага, редактор
10.Игроки, правила
11.Сражение, солдаты
12.Бумага, текст
13.Голос, мелодия.
14.Колебания почвы, шум
15.Книги, читатели
16.Лист, дерево
17.Состязание, победитель
18.Врач, больные
19.Чувство г человек
2 0.Знания, оценка
Оценки даются по 9-балльной шкале (высший балл — 9)
Число правильных ответов: 18 17 16 14-15 12-13 10-11 8-9 5-7 5
Оценка в баллах: 9876 5 4 321
Тест 19
Правильные ответы:
1. Иванов
2 . Маленький
3. Постепенно
4. Понимать
5. Чешуя
6. Голубой
7. Сторожка
8. Волнение
9. Спокойствие
10.Землетрясение
11.Сало
12.Горький
13.Дым
14.Сирень
15.Вечер
16.Злой
17.Чернила
Число правильных ответов: 17 16 15 14 12-13 11 10 9 8
Оценка в баллах: 98765 4321
Тест 20
Правильные ответы:
1. Лечение
2. Слепой
3. Дерево
4. Паутина
5. Дом
6. Строитель
7. Шнурок
8. Волосы
9. Перчатка
10.Голод
11.Трубы
12.Телега
13.Распространенный
14.Молчать
15.Клюв
16.Читатель
17.Очки
18.Столяр
19.Осень
Оценка по 9-балльной шкале, высший балл — 9.
Число правильных ответов: 19 18 17 16 15 14-13 12-11 9 8
Оценка в баллах: 987654 3 21
Тест 21
Правильные ответы:
1. В<А
2. А<В
3. В>А
4. В<А
5. А>В
6. В>А
7. А<В
8. В<А
9. В>А
10. А>В
11. В<А
12. А<В
13. В<А
14. А<В
15. В<А
16. А=В
17. В>А
18. А>В
Тест 22
Правильные ответы:
1) 16, 18
2) 27, 30
3) 384,768
4) 17, 20
5) 4, 2
6) 11, 3
7) 1/8, 1/16
8) 64, 81
9) 6, 4
10) 76, 78
11) 1, 4;
12) 255, 282
13) 30, 23
14) 15, 12
15) 30, 33
Тест 23
Сколько заданий из семи предложенных вы выполнили правильно, сумев доказать
это своим товарищам?
Задания 4,5,6 можно оценить количественно (в процентах): число правильно
написанных букв соотнести с числом букв в словах.
Тест 24
1) 4 (три типа фигур и три вида штриховки).
2) Стол.
3) 10 (сумма чисел на колесах локомотива равна числу на трубе).
4) 2 (изогнутые линии имеют три вида окончании — острие стрелы, хвост стре-
лы, отрезок прямой. В каждом из вертикальных и горизонтальных рядов вид
окончания встречается по одному разу).
Ирония (все остальные слова означают название металлов или сплавов).
Трал.
52 (полуразность чисел, стоящих вне скобок).
66 (каждое число равно удвоенному предыдущему минус 2).
Буйвол (все остальные слова означают цвета).
44 (двигайтесь по часовой стрелке, начиная от вершины, прибавляя к каждо-
му предыдущему числу 6, 8, 10, 12).
1 (фигурки отличаются друг от друга положением тел, числом рук и формой
обуви).
Л (двигайтесь поочередно в алфавите на две буквы вперед и на четыре на-
зад) .
Док.
6 (каждый квадрат имеет одну, две или три ножки, каждая стрела как наруж-
ная, так и внутренняя могут быть в трех положениях).
77 (полуразность чисел вне скобок).
3 (числа второй строки надо вычесть из чисел первой строки и разность ум-
ножить на 3 — тогда получатся числа третьей строки).
С и О (слово — мостовая; читается против часовой стрелки).
Бар.
484 (удвоенная разность чисел вне скобок).
Снег.
24 (возвести в квадрат числа от 1 до 5 и вычесть из каждого числа по 1).
Пушка (все остальные слова означают плоды).
Бор.
5 (фигура в первой колонке составлена из элементов фигур второй и третьей
колонок).
Окно.
35 (к каждому предыдущему числу надо прибавить со ответственно 7, 8, 9,
10, чтобы получить следующее число).
6 (линия раздела: вертикальная, горизонтальная, диагональная; половинки
круга: белые, черные, заштрихованные).
Лавка.
4 (для того, чтобы получить буквы третьей колонки, надо перешагнуть через
столько же букв алфавита, сколько требуется пропустить, чтобы из букв
первой колонки получить буквы второй колонки).
4 (человечек внутри квадрата означает +1, снаружи — 1; в каждом горизон-
тальном ряду последняя фигура рассматривается, как сумма предыдущих).
4 (имеются три типа больших фигур, три типа малых фигур внутри больших и
три типа подставок).
О и Н (слово — вложение; читается против часовой стрелки).
Слон.
Желудок (все остальные слова означают изображение).
Т/Х (буквы идут в алфавитном порядке от числителя к знаменателю, снова —
к числителю и т.д.).
Рубка.
6 (слева направо число кружков убывает, а квадратов — возрастает).
55 (разность чисел вне скобок надо умножить на 11).
6 (имеется три типа прямо угольников, три положения кружков, три типа
раскраски. Каждый из этих признаков в ряду и колонке встречается один
раз) .
40)Плен.
6 8 tO 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
Число правильно решенных задач
Наиболее достоверные и надежные результаты, свидетельствующие о ваших спо-
собностях, находятся в диапазоне от 100 до 130.
Тест 25
В задании 1 сложите все баллы, сумму разделите на 75 и частное умножьте на
100. В задании 2 полученную сумму баллов разделите на 50 и частное умножьте
на 100.
В обоих случаях 80-100 баллов — хороший результат, 50—80 — средний и меньше
50 — надо работать над собой.
Тест 26
Итак, сколько и какие черты вы желаете видеть у себя в идеале? Как вы оце-
ниваете себя? Сравните свои оценки с оценками людей, хорошо знающих вас, и
сделайте для себя выводы.
Тест 27
Для количественной обработки данных используются дешифраторы, в которых че-
редованием " + " и "—" обозначены "идеальные" ответы, в максимальной степени
отражающие коммуникативные и организаторские склонности.
С помощью дешифраторов, которые накладывают поочередно на лист ответов по
каждому разделу методики, подсчитывают число совпадающих с дешифраторами от-
ветов .
Дешифраторы:
Коммуникативные склонности
1+
3-
5+
7-
9+
11-
13+
15-
17+
19-
21+
23-
25+
27-
29+
31-
33+
35-
37+
39-
Кк
= 1/20 = 0,05; QKOM = nKK
Организаторские способности
2+
4-
6+
8-
10+
12-
14+
16-
18+
20-
22+
24-
26+
28-
30+
32-
34+
36-
38+
40-
Корг = 1/20 = 0,05; Qopr = пК0]
где К — "цена" одного задания в блоке (в каждом блоке 20 вопросов) ; п —
число совпадающих с дешифраторами ответов. Например, ваши ответы совпали с
ответами дешифратора на 18 вопросов по разделу коммуникативных склонностей и
на 15 — в разделе организаторских способностей. Тогда
Qkom = 0,05*18 = 0,90;
где 0,05 — "цена" каждого совпадения; а
Qopr = 0,05*15 = 0,75.
Показатели, полученные по этой методике, могут варьировать от 0 до 1,00.
Для стандартизации результатов используют шкалы качественных оценок, в кото-
рых тому или иному диапазону количественных показателей Q соответствует опре-
деленная оценка уровня способностей.
Шкала оценок:
Коммуникативные склонности
Q
0,10-0,45
0,46-0,55
0,56-0,67
0,68-0,75
0,76-1,00
Уровень
Низкий
Ниже среднего
Средний
Высокий
Очень высокий
Организаторские способности
Q
0,20-0,55
0,56-0,65
0,66-0,70
0,71-0,80
0,81-1,00
Уровень
Низкий
Ниже среднего
Средний
Высокий
Очень высокий
Вам следует помнить, что методика показывает уровень коммуникативных и ор-
ганизаторских склонностей в данный период развития личности. Это вовсе не оз-
начает, что они останутся неизменными. При наличии положительной мотивации,
целеустремленности и надлежащих условий такие склонности можно развить.
Тест 28
Номера вопросов анкеты записываются в виде двух строчек: А и Б.
А: 3, 5, 8, 9, 10, 11, 13, 15, 16, 19, 20.
В этой строке за каждый ответ "+" ставится 2 балла. Результаты суммируются.
Б: 1, 2, 4, 6, 7, 12, 14, 17, 18.
В этой строке 2 балла ставится за каждый ответ "—". Результаты также сумми-
руются .
Если вы набрали от 33 до 40 баллов, то уровень творческих способностей мож-
но оценить как очень высокий; 26—32 балла — высокий; 13—25 — средний; 6—12
баллов — низкий и от 0 до 5 баллов — очень низкий.
А теперь сравните свои личностные характеристики с характеристиками людей с
различным уровнем творческого потенциала.
Характерные признаки людей с низким
творческим потенциалом
Расчетлив, методичен, дисциплиниро-
ван , послушен
Характерные признаки людей с высоким
творческим потенциалом
Мыслит нестандартно, подходит к ре-
шению задач с неожиданной стороны
Чаще решает готовые проблемы, чем
ищет их
Решает проблемы уже апробированными и
известными методами
Логичный, надежный
Способен к высокой точности при вы-
полнении мелких операций, шаблонной
работы
Пользуется доверием коллектива лишь в
спокойной, стандартной ситуации
Оспаривает предписания, нормы, лишь
когда уверен в поддержке
Остро реагирует на критику, приспо-
сабливается к ней
Находится под влиянием общественного
мнения, особенно мнения начальства;
уступчив
Сам ищет проблемы и пути их решения
Манипулирует различными методами,
ищет новые
Парадоксальный, неподатливый, часто
противоречивый
Способен выполнять шаблонную работу
короткое время, быстро перепоручит
ее другим
Способен управлять коллективом в
критических ситуациях
Часто оспаривает предписания и нор-
мы, не обращая внимания на сущест-
вующие правила
Самостоятельно разрабатывает идеи,
не считает нужным заручиться под-
держкой начальства
Тест 29
Задание 1
Найдите номера выбранных вами задач в дешифраторе: И — исследовательские, Т
— технологические, П - преподавательские, К - конструкторские. Выразите доли
этих задач в процентах к общему числу отобранных задач. Итак, кто вы — иссле-
дователь, технолог, педагог или конструктор?
Задание 2
Какие из задач преобладают среди тех, которые вы можете решить? Простые
(балл 1), средней трудности (балл 2), повышенной трудности (балл 3)?
Оцените уровень ваших возможностей. Какие задачи вы способны решить?
Задание 3
Характеризует ваши притязания. Какие из задач преобладают в этом перечне —
простые, средней трудности или сложные?
Задание 4
Проверяет не только уровни возможностей и притязаний, но и вашу решитель-
ность и уверенность в себе. Какую оценку в баллах вы набрали при выполнении
этих заданий?
Работа с задачником-диагностикумом помогает в определении ваших интересов в
химии, т.е. в выборе наиболее приемлемого для вас профиля профессии — иссле-
довательского , технологического, конструкторского, преподавательского.
Дешифратор к задачнику-диагностикуму
№
1
3
5
7
Тип
задачи
И
П
Т
И
Трудность,
балл
2
1
2
3
№
2
4
6
8
Тип
задачи
Т
И
П
И
Трудность,
балл
2
3
3
3
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
37
39
41
43
45
47
49
51
53
55
57
59
61
63
65
67
69
71
73
75
77
79
П
Т
И
И
И
И
И
И
И
П
Т
П
П
Т
И
Т
И
т
и
т
и
и
и
т
и
п
и
и
т
и
п
т
к
п
к
и
1
2
3
1
1
2
3
2
3
2
3
3
3
1
2
2
1
2
1
3
1
2
2
1
3
3
2
2
3
2
2
3
2
2
1
2
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
50
52
54
56
58
60
62
64
66
68
70
72
74
76
78
80
И
П
Т
Т
Т
Т
И
П
Т
И
П
Т
И
П
К
П
К
П
К
П
Т
Т
И
И
Т
Т
т
к
п
т
и
и
т
и
п
п
3
1
3
3
2
2
2
3
2
3
2
1
2
3
1
2
1
2
2
1
3
3
2
3
2
2
1
1
2
2
2
2
3
1
2
3
Примеры решения изобретательских задач:
Задача 16 (теплотехническая)
Теплота плохо проникает в глубинные слои порошка из-за низкой теплопро-
водности газа, находящегося между частицами. Поэтому подвод теплоты к части-
цам порошка — самая медленная стадия процесса обжига. В связи с этим в про-
мышленности используют трубчатые вращающиеся печи. Для интенсификации тепло-
передачи, а заодно и перемешивания порошка, применяют отрезки стальных цепей,
прикрепленные одним концом к внутренней стенки печи. Длина цепей несколько
превышает диаметр печи. При этом, по мере вращения печи, свободные концы це-
пей дополнительно нагревают и перемешивают порошок.
Задача 20 (технологическая)
Для того, чтобы уменьшить бой керамических колец, поглотительную башню не-
обходимо предварительно заполнить жидкостью. Тогда скорость падения колец
резко уменьшится вследствие возрастания вязкости среды. Кроме того, выталки-
вающая сила Архимеда, действующая на каждое кольцо, вычитается из силы тяже-
сти, что также приводит к ослаблению удара.
Задача 21 (исследовательская)
Для решения этой задачи необходимо применить замораживание. Большинство ве-
ществ при сильном охлаждении становятся хрупкими. Если, например, резиновую
трубку опустить в жидкий азот, то охлажденную резину можно разбить молотком
на мелкие осколки. Примерно также ведет себя и концентрированная фосфорная
кислота. При температуре жидкого азота она превращается в твердую и хрупкую
массу, которая может быть легко растерта в тонкий порошок.
Задача 42 (технологическая)
Для решения задачи пригодна не любая жидкость. Выбранная жидкость не только
должна быть устойчивой при температуре 800 С, но и упругость ее пара при этой
температуре должна быть минимальной. В качестве такой жидкости можно ис-
пользовать расплавленные соли, например, хлориды натрия или калия.
Задача 54 (технологическая)
Надо наморозить на деталь воду, провести одетую в "ледяную шубу" деталь
сквозь бензиновый слой и погрузить ее в водный слой. Через некоторое время
лед перейдет в жидкое состояние и присоединится к слою воды. Окрашенная де-
таль окажется погруженной в воду, а вода и бензин не будут загрязнены.
Химичка
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ МЕТАЛЛОВ
Витер В.Н.
Определение состава
украинских монет
Многие задавались вопросом: из чего состоят современные монеты? Например,
"желтые" украинские монеты номиналом 10, 25, 50 копеек и 1 гривна. Такой во-
прос вполне логичен, но оказалось, что ответ на него найти не так и просто.
С одной стороны, информация по количественному составу монет, выпушенных на
Западе, легкодоступна. В частности, ее можно найти в электронных источниках.
Например, доллар Сакагавеи (англ. Sacagawea dollar) имеет состав:
■ 88.5% Си, 6% Zn, 3.5% Мп и 2% Ni (внешнее покрытие)
■ 77% Си, 12% Zn, 7% Мп и 4% Ni (промежуточное покрытие)
■ 100% Си - основа ("ядро")
Аналогичный состав имеет и "президентский доллар" (англ. Presidential
Dollar).
Монета 10 центов США. (дайм) имеет состав:
■ 91.67% Си, 8.33% Ni
Монета в 1 цент США. (пенни) :
■ 2.5% Си, 97.5% Zn (цинк, покрытый медью)
Сверху - доллар Сакагавеи, снизу - "президентский доллар"
Монеты 10 центов и 1 цент
Монета в 1 цент с изображением Линкольна выпускается уже более 100 лет. За это
время ее состав несколько раз менялся. С 1909 по 1942 годы монеты делали из
сплава меди (95%) с цинком или оловом (5%) . В 1943 году центы чеканились из
стали, покрытой цинком (поскольку медь была нужна для военной промышленности
- шла Вторая мировая война). С 1943 по 1982 годы монеты снова чеканились из
сплава 95 % меди и 5 % цинка или олова. С 1982 года монеты чеканятся из цин-
ка, покрытого медью (суммарный состав: 97.5% цинка и 2.5% меди). Последнее
изменение было связано с экономическими соображениями.
Не являются секретом и особенности строения монет, например, доллар Сакага-
веи изготовлен из меди с наружным покрытием из марганцевой латуни. Латунь до-
вольно заметно корродирует, в результате монета может полностью потерять зо-
лотистый блеск, однако, по мнению монетного двора это не является недостат-
ком, поскольку патина придает монете "древний" вид.
В случае украинских монет возникли проблемы даже с поиском качественного
состава (т.е. из каких металлов они состоят). Возможно, состав украинских мо-
нет и не является государственной тайной, но, во всяком случае, он не афиши-
руется .
Химический состав украинских монет.
1,5 коп 1992 (итал)
1,2,5 коп КМД
10,25 итал Метал -2
10,25,50 луганск-31
25,50 луганск -32
Си
89-90
62,9-63,1
62,3-62,7
Сг
17,3
16,3
Fe
82
83,4
0,2
0,2
Ni
до 2
1,4-1,5
1,5-1,6
Zn
35,5-35,7
35,8-36,2
Со
0,3
AI
7,2-7,4
Ми
0,2-0,3
0,3-0,5
Название сплава (междунар) I
SS430, SS440C, SS442
SS429, SS430, SS440C
Как видите, "серебристые" монеты сделаны из сплава железа и хрома (16-17%
Сг и 82-83% Fe) [образцы № 1 и 2] , "желтые" - из алюминиевой бронзы (порядка
10% А1 и 90% Си) [образцец № 3]. "Желтые" монеты из латуни (сплав меди и цин-
ка) [образцы № 4 и 5] ныне не выпускают.
Можно не сомневаться, что состав украинских монет может сильно меняться от
партии к партии.
В прошлом автор проводил реакции различных металлов с серой. Оказалось, что
проволока из чистой меди быстро чернела в растворе серы в толуоле, покрываясь
сульфидом меди (I) Cu2S. Зато новенькая украинская монета 25 копеек из медно-
го сплава оставалась в этом растворе блестящей на протяжении нескольких дней,
никаких следов коррозии не наблюдалось. На основании этого автор сделал не-
правильный вывод, что монета содержит никель, поскольку этот металл обладает
коррозионной стойкостью во многих средах. Было логично предположить, что мед-
ный сплав получил коррозионную стойкость к сере за счет добавки никеля. В
пользу этого говорил и тот факт, что "серебристые" копейки СССР и юбилейные
монеты номиналом в 1 рубль были сделаны из сплава меди с никелем, который
часто используется для имитации серебра.
Монеты Советского Союза из сплава меди и никеля.
Однако чтобы определить какие металлы входят в состав монеты, необходимо
провести ее качественный анализ. Для начала монету нужно растворить. Украин-
ские монеты из медного сплава легко растворяются в азотной кислоте, но есть и
другой путь.
Оказалось, что монета из медного сплава номиналом 25 копеек растворилась в
концентрированной соляной кислоте на протяжении суток. В ходе растворения бы-
ло отчетливо видно выделение газа, и можно смело предположить, что это водо-
род. В результате образовался коричневый раствор. Компоненты сплава, которые
в ряду напряжений стоят левее водорода, могут реагировать с соляной кислотой
непосредственно, а сама медь растворилась за счет действия кислорода воздуха
как окислителя.
2Си + 8НС1 + 02 = 2Н2[СиС14] + 2Н20
В результате образовался коричневый раствор, который при стоянии стал зеле-
ным (за счет потери части хлороводорода). Такие цвета характерны для хлорид-
ных комплексов меди (II).
Начнем исследование полученного раствора. К нескольким миллилитрам раствора
добавим избыток аммиака. Жидкость окрасилась в интенсивно-синий цвет, что до-
казывает присутствие меди (причем в больших количествах).
Cu2+ + 4NH3 = [Cu(NH3)4]2+
Слева - раствор украинской монеты 25 коп в соляной кислоте.
Справа - этот же раствор после прибавления избытка аммиака.
В синем растворе выпал желеобразный осадок. Это могут быть гидроксиды алю-
миния, олова и магния (или их смесь). Гидроксид цинка в отличие от гидрокси-
дов алюминия, олова и магния растворяется в избытке аммиака с образованием
бесцветного комплекса [Zn(NH3) 4]2+- Если в монете содержится цинк, он также
переходит в раствор. Отфильтруем полученный осадок и промоем его на фильтре
аммиаком.
Мы получим почти бесцветный осадок, который легко взмучивается в воде. По-
действуем на него избытком едкого натра. Большая часть осадка растворится,
что доказывает присутствие алюминия (и, возможно, олова).
А1(0Н)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]
Нерастворимый в щелочи осадок также имеет почти белый цвет и может содер-
жать гидроксид магния Мд(ОН)2 и/или гидроксид олова (IV) Sn02#nH20. Свежеосаж-
денный гидроксид олова (IV) растворим в щелочи, но он может самопроизвольно
переходить в нерастворимую форму. Строго говоря, для обнаружения магния или
олова нужно провести качественные реакции на эти металлы.
Фильтрование раствора после действия избытка аммиака и промывка осадка.
Осадок гидроксидов после фильтрования и промывки.
1
При добавлении едкого натра большая часть осадка растворилась,
осталась только легкая муть, которая после оседания образовала
на дне пробирки осадок высотой в несколько миллиметров.
Теперь проверим, содержится ли в монете никель. Для этого к исходному рас-
твору монеты в соляной кислоте добавим избыток аммиака, потом - спиртовый
раствор диметилглиоксима (ДМГ). Реакция довольно чувствительна. В случае при-
сутствия никеля должен образоваться розовый (или красный) осадок комплекса
никеля с диметилглиоксимом. Однако никакого осадка не образовалось. Раствор
окрасился в темно-зеленый цвет (видимо, в результате образования растворимого
комплекса меди с ДМГ).
При действии диметилглиоксима на аммиачный раствор исследуемого
образца розовый осадок не образовался. Следовательно, монета не
содержит никеля.
Проведем качественные реакции на железо (II) и (III). Напомним, что образо-
вание окрашенных в красный цвет роданидных комплексов является характерным
для Fe(III). Соли железа Fe(II) дают с раствором красной кровяной соли
К3 [Fe(CN)б] темно-синий осадок турнбулевой сини.
При добавлении роданида аммония NH4NCS к исходному раствору монеты в кисло-
те красная окраска не наблюдается.
Вторую порцию раствора монеты в кислоте разбавим водой. Зеленая окраска пе-
рейдет в голубую (хлоридные комплексы меди (II) превращаются при разбавлении
в аквакомплексы). Теперь добавим избыток раствора красной кровяной соли. Об-
разуется желто-коричневый осадок гексацианоферрата (III) меди, однако, синий
гексацианоферрат железа не образуется.
В состав сплава может входить также цинк. Определение данного металла не
проводилось. В случае если читатели решат провести анализ монет на содержание
цинка, можно поступить следующим образом.
К раствору монеты в соляной кислоте добавляют избыток аммиака. Раствор
фильтруют от осадка. При этом отделяются гидроксиды алюминия, олова и магния.
Далее раствор аммиачного комплекса меди и, возможно, цинка подкисляют соляной
или серной кислотой до сильнокислой реакции и пропускают через него сероводо-
род (или добавляют раствор сульфида натрия). Черный сульфид меди выпадает в
осадок, а цинк остается в растворе, поскольку его сульфид растворим в кисло-
тах. Осадок отфильтровывают, избыток сероводорода удаляют кипячением, к
фильтрату добавляют раствор щелочи или аммиака. В случае присутствия цинка
выпадает белый осадок Zn(OH)2, который растворим в избытке щелочи или аммиа-
ка.
Исследуемый раствор не дает красной ок-
раски с роданидом.
Исследуемый раствор не дает синего
осадка с красной кровяной солью.
Если исследуемый раствор разбавить во-
дой, он станет голубым
(в результате разрушения хлоридных ком-
плексов меди).
Таким образом, украинская монета номиналом в 25 копеек состоит из сплава
меди и алюминия, возможно, она также содержит небольшое количество магния
и/или олова. Никель и железо в составе монеты не обнаружены.
Сплав меди с алюминием называется алюминиевая бронза. Этот сплав применяет-
ся в различных странах для чеканки золотистых монет. Уже после проведения
анализа автор нашел в школьном учебнике1 упоминание, что украинская монета в
1 гривну состоит из сплава меди и алюминия. Чуть позже нашлась и другая кни-
га2 . В этой книге приведен качественный состав различных украинских монет.
Вернее, даже не качественный состав, а только тип сплава.
В частности, монеты номиналом в 1 и 5 копеек изготовляют из нержавеющей
стали, двухкопеечные монеты в 1992-1996 годах делали из алюминиевого сплава,
но сейчас их также чеканят из нержавеющей стали.
Разумеется, нас больше всего интересуют "желтые монеты" номиналом 10, 25,
50 копеек и 1 гривна. Оказалось, что в 1992-1996 годах их делали из латуни,
но в наше время их чеканят из алюминиевой бронзы. Таким образом, результаты
нашего анализа подтвердились. При более тщательном поиске оказалось, что типы
сплавов, из которых сделаны украинские монеты, приведены также и в некоторых
электронных источниках. С другой стороны, выяснилось, что некоторые монеты
(других стран) из алюминиевой бронзы содержат добавку никеля или марганца.
Аргентинские монеты из алюминиевой бронзы.
1 Попель П.П., Крикля Л.С. Химия.
2 Коломиец И.Т. Стандартные монеты Украины 1992-2003.
Качественная
реакция на
кобальт
Катион Со2+ образует с анионами роданида комплексы синего цвета [Co(NCS)]+,
[Со(NCS)2] , [Со(NCS)3] ~ , [Со(NCS)4] 2~ - Данные комплексы можно экстрагировать
бутанолом, изоамиловым спиртом, диэтиловым эфиром и некоторыми другими рас-
творителями .
Реакция может быть использована для обнаружения катиона кобальта. Приведем
описание из книги Крешков А.П. Основы аналитической химии, том 1 (1970г):
"Поместите в пробирку три капли какой-либо соли кобальта, прибавьте немного
(на кончике шпателя) кристаллического роданида аммония (тиоцианата аммония)
или его концентрированного раствора. Содержимое пробирки тщательно взболтай-
те. При этом появится синее окрашение, вызванное образованием комплексных со-
единений [Co(NCS)] + , [Co(NCS)2], [Co(NCS)3]~, [Co (NCS) 4] 2~ , например,
Со2+ + 4NCS" <=> [Co(NCS)4]2"
Для увеличения чувствительности реакции к полученному раствору добавляют
смесь 0.5 мл диэтилового эфира с 0.5 мл амилового спирта. При взбалтывании с
органическими растворителями роданидный комплекс растворяется в них и всплы-
вает над водой, окрашивая верхний слой в интенсивно синий цвет."
Для эксперимента мы взяли примерно 10 мл раствора нитрата кобальта (неиз-
вестной концентрации) и добавили к нему крепкий раствор роданида аммония. Си-
няя окраска не появилась, но когда к раствору прибавили несколько миллилитров
бутанола и встряхнули, верхний слой окрасился в синий цвет.
Раствор нитрата кобальта.
К раствору соли кобальта добавили рода-
нид аммония.
i
К раствору добавили бутанол.
Обнаружение
ртути в
батарейках
Люди постарше помнят, наверное, большие круглые батарейки типа "Элемент
373". В эпоху СССР они были очень популярны, поскольку, - в отличие от мало-
мощных "пальчиков" и совсем хилых "крон", - тогдашним фонарям/радиоприемникам
обеспечивали весьма длительную работу. Ну и, естественно, валялись эти "бэуш-
ные" батарейки повсюду, так что добытчики халявного цинка проблем с сырьем не
имели. Таким образом, насобирав с товарищем десяток-другой 373-х, мы их затем
оптом разбирали: графитовые стержни - отдельно, смолу и "землю" (смесь Мп02 с
молотым графитом и электролитом) - отдельно, а недорастворенные в гальваниче-
ском элементе цинковые стаканчики скребли под краном от грязи, плющили молот-
ком и плавили все это дело в мелкой нержавеющей посудине. Вонь от смолы стоя-
ла ужасная, но мы были счастливы - вот он, чистый цинк! Мы отливали его ко-
рольками и в столбики, растворяли в соляной и серной кислотах, переводили со-
ли цинка в оксид и сульфид... В общем, "самопальных" соединений элемента №30
наделали немало. И лишь гораздо позже, уже учась в институте, я где-то вычи-
тал (в Некрасове, кажется), что в тех 373-х в качестве деполяризатора немного
и хлорид ртути присутствовал...
Мне как-то понадобилось получить гидроксид цинка.
Настраивать в домашних условиях вакуум-фильтрование - муторное занятие. По-
этому для обычных задач я использую вот такую конструкцию:
Установка для тонкого фильтрования (разобранная).
Пластиковое "ситечко" вставляю в подходящую эмалированную кружку, поверх
фильтрующих отверстий кладу кружок плотной синтетической ткани, для герметич-
ности смачиваю ее дистиллятом - все, можно фильтровать!
Установка для тонкого фильтрования (собранная).
Доведенный до нейтральности гидроксид цинка несколько раз отмывается от
Na2S04 дистиллятом, фильтруется и пасочкой вываливается на тарелку, где он за
неделю усыхает до каменного состояния:
Элемент "373": порция полученного гидроксида цинка Zn(OH)
Продукт после пяти суток высушивания.
Теперь - проба на ртуть. Для чего на влажный еще гидроксид цинка была поло-
жена полоска калий-йодной бумаги (обыкновенная бытовая проба на пары ртути) и
затем дважды сфотографирована: сразу же, и через сутки.
Разницу сами видите... Какое-то количество ртути в моем Zn(OH)2 таки при-
сутствует . А это значит, что и в исходном цинке она имеется.
Обратите внимание: бумага покраснела лишь в точках соприкосновения с осад-
ком . То есть, имела место диффузия ртути лишь из осадка, но не из воздуха,
где ее содержание, по-видимому, на порядки меньше...
Кстати, кроме покраснения калий-йодной бумаги в точках контакта также за-
метно и легкое общее ее пожелтение. То ли это пары ртути сработали, то ли ки-
слород воздуха , то ли оба вместе - неизвестно.
Йодид калия с металлической ртутью непосредственно не реагирует. Он дает
красный осадок йодида ртути (II) при взаимодействии с солями ртути в раство-
ре . Если эту реакцию использовать после разделения катионов методом хромато-
графии на бумаге, она вполне специфична. Покраснение бумажки, пропитанной йо-
дидом калия, при ее соприкосновении с металлической ртутью и парами ртути
можно объяснить тем, что иодид калия во влажном состоянии постепенно окисля-
ется кислородом воздуха, при этом образуется йод, который реагирует с метал-
лической ртутью.
4KI + 02 + 2Н20 = 4К0Н + 212
2К0Н + С02 = К2С03 + Н20
Нд + 12 = Нд12
Примечания:
Раствор карбоната калия имеет сильнощелочную реакцию. Но в окружающем воз-
духе присутствует избыток углекислого газа. Поэтому основным продуктом реак-
ции будет кислый карбонат калия КНС03, а рН в системе будет ближе к 7. Иодид
ртути(II) реагирует с избытком иодида с образованием очень стабильного тет-
раиодомеркуриат(II) - аниона [Hgl4]2~ желто-оранжевого цвета. Похожим цветом
обладает и также очень стабильный тетриодвисмутат(III) [Bil4]~. Примесь вис-
мута может присутствовать в цинке из советских гальванических элементов. Этот
цинк известен низкой чистотой, что приводило к быстрой коррозии корпуса эле-
мента при хранении. Желтое окрашивание может возникать и в присутствии соеди-
нений свинца(II). Различить иодидные комплексы ртути и висмута можно, напри-
мер, с помощью реакции с небольшим количеством аммиака. Иодидный комплекс
ртути (реактив Несслера) образует интенсивно окрашенный красно-бурый иодид
основания Миллона. Иодидный комплекс висмута в аналогичных условиях не должен
изменить окраску. Кстати, заметное изменение окраски иодида ртути могут вызы-
вать даже небольшие примеси аммиака в реагентах, воде или воздухе помещения.
Ртутно-цинковые батареи отличаются высокой надежностью при хранении и ис-
пользовании в широком интервале температур. ЭДС и внутреннее сопротивление
таких батарей меняются очень мало даже при большой степени разряда. Это силь-
но упрощает конструкцию источника питания автономных устройств, предназначен-
ных для работы в полевых условиях. Но высокая стоимость и токсичность ртути
практически исключили широкое применение этих батарей. В свое время в СССР
выпускали полуавтоматические фотоаппараты и кинокамеры, в которых ртутно-
цинковая батарея типа РЦ-55 использовалась для питания фотоэкспонометра.
(Внешне такая батарея выглядела как одна третья часть (по высоте) от стан-
дартной пальчиковой батареи типа АА.) Ртутно-цинковые батареи устанавливали в
некоторые слуховые аппараты и в кардиостимуляторы. Но в основном их использо-
вали в военной аппаратуре. Естественно, немало использованных батарей было
утеряно в процессе и стало источником ртутного загрязнения. Облегчал ситуацию
в целом низкий технический уровень массовой советской армии. Что касается ко-
личества энергии на единицу массы, то в настоящее время наилучшими являются
батарейки с анодом из металлического лития (не путать с перезаряжаемыми ли-
тий-ионными аккумуляторами). Они не содержат токсичной ртути и дешевле сереб-
ряно-цинковых или ртутно-цинковых батарей. Естественно, есть и недостатки:
такие батарейки сложнее в производстве, содержат дорогостоящие и часто ток-
сичные растворители, потенциально пожароопасны. Хранятся они также хуже, чем
ртутно-цинковые. Впрочем, выпускают и особо устойчивые разновидности. Попу-
лярность литий-металлических батарей вызвала неожиданную проблему в США. Там
их стали использовать как доступный источник металлического лития для неле-
гального производства наркотиков... В 2013 году была разработана Межгосудар-
ственная Минаматская конвенция о ртути (mercuryconvention.org), направленная
на максимально полное исключение всех соединений ртути из оборота. На конец
2017 года к конвенции присоединились 85 государств. Таким образом, использо-
ванию ртутно-цинковых источников тока положен конец.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Химичка
НЕКОТОРЫЕ МЕТОДЫ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
ДНЕВНИК
ШУЛЬЦА
Получение
ФУК
Я рассматривал разные пути синтеза ФУК, и в частности пришел ко мнению что
следует осуществить попытку провести синтез по довольно стандартной схеме, а
именно через бензилцианид, для чего необходим цианид калия или натрия. При
этом синтез цианида лучше всего должен быть как можно более простым.
Поэтому для борьбы с трудностями по синтезу ФУК были предприняты меры по
синтезу цианида калия из мочевины, едкого кали и угля.
Для этого я исходил из уравнений, то есть:
КОН + CO(NH2)2 = KCNO + NH3 + H20
KCNO + С = KCN + CO
Основываясь на этих данных были смешаны садовая мочевина в шариках, техни-
ческий едкий кали в чешуйках и молотый древесный уголь для шашлыков. Пропор-
ции в данном синтезе составили именно следующее количество: едкого кали 20
граммов, мочевины 20 граммов и угля 6 граммов. Реактивы были смешаны и поме-
щены в кружку из нержавейки, которая была накрыта куском кафельной плитки для
защиты от воздуха.
Смесь нагревалась на газовой плите от бытового баллона и в результате этого
плавилась и сильно пузырилась, увеличиваясь в объеме и выделяя аммиак. При
этом данное явление скоро заканчивается, и плав начинает затвердевать, обра-
зуя сплав светло-серого цвета. Далее подача газа была увеличена, так как тем-
пература плавления цианата калия KCNO составляет примерно 315 С, а цианида
калия примерно 635 С, то есть нагрева не достаточно для плавления цианида, и
после затвердевания смеси она грелась еще 10 или 15 минут, с выделением бело-
го дыма, который я не пробовал поджигать, хотя стоило это сделать для провер-
ки на СО.
После этого я снял смесь с огня и охладил, при этом плав защищался от воз-
духа путем накрывания кружки куском плитки, а делалось это в принципе на всем
пути синтеза, и кусок плитки снимался лишь периодически для контроля плавле-
ния , и после этого помещался назад.
Далее немного плава было растворено в воде и отфильтровано от угля, и в от-
дельном стаканчике был приготовлен раствор сульфата железа (II) , кристаллы
которого были зеленого цвета и имели вкрапления желтого цвета, а вода для
раствора использовалась водопроводная что привело к гидролизу, т.е. в раство-
ре имели ионы как железа (II) , так железа (III) , и этот раствор был прилит к
фильтрату, что дало изменение цвета фильтрата с прозрачного на темный, зеле-
ного или синего оттенка, примерно соответствующего цвету берлинской лазури,
хотя и не столь насыщенного.
В целом я думаю что однозначно идет образование цианата, но для восстанов-
ления в цианид скорее всего стоило погреть подольше и надо было испытать бе-
лый дым поджиганием, т.к. СО должен гореть.
Для выделения KCN я думаю растворить плав в метаноле и обработать пищевой
содой для удаления остатков щелочи, далее раствор отфильтровать и отогнать
метанол.
Есть также другой вариант - термальное разложение цианата при температуре
от 700-900 С, на кислород и цианид.
Вердикт такой - в целом способ работает, но после окончания пузырения сле-
довало погреть еще подольше, хотя в принципе можно попробовать прокалить плав
горелкой. В любом случае я думаю сплавить еще один образец с учетом уже имею-
щихся данных.
Я пробовал экстрагировать KCN из сплава метанолом, для этого было взято 500
миллилитров метанола и при небольшом нагревании плав был растворен с образо-
ванием слегка мутно-белого раствора, к которому было добавлено 20 граммов би-
карбоната натрия. Далее раствор был отфильтрован и было взято 350 миллилитров
раствора, откуда метанол был отогнан до остатка в 10-20 миллилитров, при ос-
тывании (в ходе перегонки тоже) выпали белые кристаллы в виде небольших игл,
количество которых не определено, но выглядит как приемлемое, учитывая кол-
хозность и ущербность всей методики в целом.
Также при перегонке не происходило разложения вещества или выделения каких
либо газов. Оставшиеся 150 миллилитров раствора в метаноле были помещены в
куб, чтобы отогнать метанол позднее, так как сегодня на это не хватило време-
ни.
Растворимость KCN в метаноле равна 4,9 грамм на 100 грамм метанола при 19
С, растворимость KCNO точно не известна, но в некоторых источниках указана
как slightly soluble.
Метанол использовался почти абсолютный, т.е. 98-99%.
Бикарбонат натрия применялся для подавления КОН, т.е.
NaHC03 + КОН = Na2C03 + К2С03 + Н20
Остатки метанола были отогнаны, а раствор благополучно простоял несколько
дней.
В конце перегонки осталось около 10 мл (не более чем 15 мл) жидкости в кол-
бе, судя по всему это вода, которая была в пищевой соде и в метаноле, слегка
желтая. При попытке отогнать насухо кристаллы в колбе также желтеют, правда
не везде, а только локально, т.е. местами и выделяется газ, подобный аммиаку,
но с неким дополнительным привкусом, который я описать не могу, т.е. это не-
что среднее между аммиаком и чем-то еще, и может быть с небольшим металличе-
ским привкусом, т.е. это все-таки не аммиак.
Было выделено 11,25 граммов белых кристаллов, небольшая часть из которых
пожелтела.
Раствор этих кристаллов был испытан с раствором сульфата меди и сульфита
натрия, и также с раствором сульфата железа (II) , который был приготовлен из
водопроводной воды и были использованы зелено-желтые кристаллы FeS04, а полу-
ченный раствор сульфата железа был желтого цвета из-за гидролиза, т.е. име-
лись ионы как железа (II), так и железа (III).
Результаты испытаний таковы:
Темно-желтый осадок в растворе Темно-синий осадок в растворе
CuS04/Na2S03 FeS04/Fe (S04) з
Всего выход в теории должен был составить 27,5 грамм, а было выделено 11,25
грамма, что составило в целом 41% выхода.
Укрепление аккумуляторного электролита до плотности не ниже 1,80 (90% и бо-
лее) .
Как-то раз понадобилась крепкая серная кислота, но при этом прозрачная и
бесцветная. Порывшись по полкам, извлек на свет канистру электролита на 5
литров, и заодно бутылку с недопаренным когда-то электролитом, крепость кото-
рого по замерам, которых и не помнил точно, но по прикидкам это примерно от
45 до 55%, а вес такой кислоты в бутылке составил 159 грамм.
Далее была собрана установка, состоящая из:
■ Электрической плитки мощностью на 1,5 КВт
■ Перегонной колбы на 1 литр, круглой с плоским дном, фирмы Isolab
■ Дефлегматора Вигре длиной 400 мм
■ Насадки Вюрца, тоже Isolab
■ Холодильника Либиха длиной 400 мм с подключенной водой
■ Изгиба (как аллонж, только без оливы под вакуум и без внутренней трубки)
■ Приемного химстакана
В перегонную колбу были помещены кипелки в виде стеклянных шариков, так
чтобы они почти покрыли дно колбы, и налито:
■ 600 грамм обычного электролита
■ 159 грамм серной кислоты крепостью от 45 до 55%
Всего 759 грамм кислоты.
Для упрощения расчетов принял всю кислоту как электролит 36%.
В таком случае, для укрепления 759 грамм кислоты крепостью 36% до крепости
в 90% необходимо удалить из нее 455 грамм воды.
Колбу в нарушение правил безопасности водрузил прямо на круг электроплитки
и включил нагрев на крайнее положение, т.е. на позицию 5.
В итоге отделилось 447 грамм жидкости, плотностью примерно равной плотности
воды, а температура в насадке Вюрца не смогла превысить показатель в 102 С.
В результате данных манипуляций должна была получиться кислота крепостью
87,57%.
Измерения показали, что масса результирующей кислоты, слитой из перегонной
колбы составила 297,8 грамм, а плотность при 23 С составила 1,800, что соот-
ветствует 90% .
Электроплита больше не вытягивала - не хватало мощности.
Поэтому пришлось применить газовую плиту.
Обьединив полученную кислоту с ранее имевшейся, такой же плотности 1,800,
отмерил 300 грамм 90% кислоты и заменил электрическую плиту газовой, подняв
перегонную колбу на конфоркой газовой плиты над 4,5 см и включил слабый на-
грев, постепенно его увеличивая.
В результате отделилось 17,75 грамм жидкости, температура в насадке Вюрца
не превысила 104 С.
Расчетно изъятие 17,75 грамм воды от 300 грамм 90% должно привести к полу-
чение серной кислоты крепостью 95,40%
Измерение плотности еще не проводилось.
Дальнейшие действия могут заключаться в перегонке азеотропа ^98% серной ки-
слоты, с использованием газовой плиты и воздушного холодильника, но само со-
бой, теперь уже без дефлегматора.
Изгиб использовался вместо аллонжа, с тем чтобы уменьшить перепад давления
(разрежение) и избежать толчков при кипении концентрированной серной кислоты.
Что, собственно говоря, очень хорошо себя показало и толчков при кипении не
было вообще.
Во время второго этапа, ближе к его концу кислота приобрела незначительную
муть белого цвета, и по остывании кислоты муть полностью осела на дно, но ки-
слота все равно была профильтрована через стеклянный фильтр Шотта, а муть со
дна я сливать и фильтровать не стал. Данная муть после не растворялась в хо-
лодной воде. Возможно разложение стеклянных кипелок, или колбы. Либо из элек-
тролита выпало нечто, но навряд ли. Хотя, в общем-то, для второго этапа я
взял уже другую колбу, круглодонную на 500 мл.
Вес полученной кислоты составил 277 грамм от взятых 300 грамм. Мутный оста-
ток я не взвешивал.
Плотность при температуре 28 С по ареометру составила 1,820. Объемным мето-
дом было установлено что 12,3 см3 весят 22,41 грамм, то есть плотность со-
ставляет 1,8219, то есть крепость 93%-93,63%
Не совсем то, что надо, но куда лучше чем 90%., хотя можно повторить про-
цесс, подняв температуру и укрепить до 96%, но тогда я думаю лучше перегонять
азеотроп 98%, т.к. по температурному режиму существенных отличий в целом нет,
правда сейчас у меня нет подходящего холодильника, которого не жалко будет в
случае чего.
Получение
хлористого
алюминия
Для получения было использовано стекло:
■ две колбы двух- или трехгорлые,
■ капельная воронка,
■ насадка от склянки Дрекселя,
■ склянка Дрекселя с насадкой,
■ переход на 14/23 с 29/32,
■ насадка газоотводная с оливой
■ насадка Вюрца.
Также нашел 30 граммов ТССА, 70 граммов соляной кислоты крепостью 36%, ко-
торую тут же разбавил на треть водой, а также 7,5 граммов алюминиевой фольги.
Фольга была уже пользованная в качестве утеплителя, то есть старая и довольно
тусклая. Лучше, конечно, брать свежую и блестящую фольгу.
Принялся собирать генератор хлора, который состоял из: двухгорлой колбы на
500 мл, с установленной газоотводной насадкой (можно заменить на аллонж, керн
аллонжа вставляют в горло колбы, муфту аллонжа затыкают пробкой, а газ отби-
рают с оливы аллонжа) и капельной воронкой. Воронку заполнил заранее подго-
товленным раствором соляной кислоты, а колбу засыпал ТССА. Далее подключил
газоотводный шланг к склянке Дрекселя, куда налил крепкую серную кислоту,
крепостью не ниже 90%.
Далее был собран реактор, то есть двухгорлая колба на 500 мл, в центральное
горло которой (29/32) был вставлен боковой отвод насадки Вюрца. Маленький
верхний отвод насадки Вюрца (14/23) заткнул пробкой, а к нижнему отводу
(29/32) прислонил приемную колбу, приблизительно на глубину в полкерна, оста-
вив небольшой зазор. Колбу-реактор установил горлом почти горизонтально, т.е.
угол составил около 20-25 градусов. При этом колба-реактор была наполовину
заполнена фольгой, а второе горло колбы-реактора оказалось над средним гор-
лом, и на это горло установил переход 14/23 - 29/32, и к переходу также под-
ключил насадку от банки Дрекселя (емкостью на 500 мл), из-за чего вводная
трубка насадки дошла практически до дна колбы-реактора.
Под колбой-реактором поместил газовую плиту и подключил к ней бытовой газо-
вый баллон, и зажег газ, постепенно увеличивая нагрев, и прогрел колбу-
реактор с фольгой внутри, после чего открыл кран капельной воронки в генера-
торе хлора.
Несмотря на высокую температуру, это не привело к быстрой реакции алюминия
и хлора, а началась она минут через 10-15, при этом был вынужден включить га-
зовую плиту на всю мощность и также дополнительно обогревать колбу-реактор
газовой горелкой. В конце концов, реакция стала идти, но довольно плохо, при
этом из приемной колбы периодически происходили выбросы белого газообразного
вещества без запаха, а насадка Вюрца покрылась налетом желтого цвета, который
плавил газовой горелкой, пытаясь перегнать вещество в приемную колбу.
Кроме того, в системе возникло разрежение, из-за чего из капельной воронки
перестала течь соляная кислота и протекала сквозь шлиф наружу. В течение 30
минут алюминиевая фольга в реактора начала чернеть и обугливаться, а выделе-
ние желтого А1С13 практически прекратилось, несмотря на то, что осталось еще
около 20% неиспользованной соляной кислоты, решил абортировать эксперимент. В
толще алюминиевой фольги при этом образовалась "яма" возле вводной трубки.
В итоге в приемной колбе оказалось некое количество порошка желтого цвета,
вес которого был оценен в 1-1,5 грамма (от теоретических 37 грамм), т.е. вы-
ход составил целых 3-4%!
Думаю следует полностью ставить приемную колбу на отвод насадки Вюрца, кол-
бу-приемник брать двухгорлую, на горло ставить газотвод с оливой для сообще-
ния с атмосферой, А1С13 из насадки Вюрца расплавлять газовой горелкой и сго-
нять в колбу-приемник, также повернуть колбу-реактор выше, т.е. более верти-
кально установить горло, т.к. хлор при сильном нагреве не опускается вниз, а
улетает, из-за чего много хлора не прореагировало....
Вывод - перспективно, но необходимо доработать конструкцию реактора и при-
емника, т.к. низкий выход произошел по техногенно-конструктивным причинам.
Фольгу думаю лучше свежую и блестящую.
Когда мыл водой насадку Вюрца, то вещество на стенках насадки реагировало с
шипением и выделением большого количества дыма, т.е. это - А1С13.
Натрий
Мне удалось найти парафиновое масло, которое я нагревал до ^220 С без его
закипания. С ним я испытал получение натрия. В качестве катализатора исполь-
зовался ментол.
Колбу брал коническую на 500 мл, и масла брал 250 мл. Загрузка в целом 20
граммов едкого натра, помещался в колбу сразу с маслом, далее добавил в колбу
2 грамма готового металлического натрия. Также сразу добавил в колбу 5-6
граммов магния. Всего магния нужно 14 граммов.
При нагревании колбы выделяется водород, количество натрия постепенно
уменьшается, а сам магний чернеет. Через два часа добавил в колбу еще 3-4
грамма магния, который тоже почернел. Мешалка при этом перестала работать -
т.е. либо ампула слетала с центра колбы и уходила в бок, либо если ампулу пе-
реместить в центр колбы вручную, то она не вращалась, не хватало мощности.
Через два часа добавил остатки магния, грамма 4. Что интересно, этот магний
не чернеет, т.е. не почернел в течение нескольких часов. Ампула мешалки за
это время почернела и обуглилась.
В целом реакция идет также без перемешивания, поскольку водород все равно
выделяется, а количество видимого натрия в колбе не уменьшается.
То есть я думаю, что мешалку лучше верхнеприводную, лопасть делать из изо-
гнутой стеклянной палочки и колбу видимо тогда лучше круглодонную, также на-
счет магния - судя по всему, вода, которая имеется в едком натре деактивирует
магний, и его поверхность сильно чернеет, из-за этого магний либо перестает
реагировать, либо реагирует очень плохо. Такие выводы основаны на том что по-
следняя, третья по счету загрузка магния не вызывает его почернения в течение
долго времени, значит к этому моменту вся вода прореагировала.
Поэтому я думаю что сперва лучше не добавлять магний вообще, а добавить
только стартовый натрий и дождаться израсходования воды, и только потом до-
бавлять магний, в противном случае магний чернеет и наверное деактивируется
(т.е. пассивируется) и не реагирует. Или брать магний с избытком и скорее
всего лучше брать стартовый магний в виде порошка, т.е. воду можно убрать не
только натрием, но и магнием, но в таком случае расход магния будет высокий,
т.к. магний реагирует с водой в основном на поверхности гранул магния, после
магний деактивируется, чернеет.
Без мешалки я думаю, реакция будет идти слишком долго, хотя колбу можно
снимать с плиты и вертеть ее вручную, но это не сильно ускоряет процесс.
Пока что выводы такие - довольно сложно, могут быть проблемы с перемешива-
нием магнитной мешалкой, плюс нужно удалить воду из едкого натра, на что же-
лательно иметь уже готовый натрий или иной щелочной металл, либо иметь много
магния, магний с водой реагирует дольше и при этом деактивируется, либо надо
где-то брать сухой едкий натр, либо осушать его заранее самому.
Да, и ментол в качестве катализатора это плохой выбор, это требует 40 часов
реакции при перемешивании. Лучше, к примеру, борнеол - это требует примерно
10 часов, что намного быстрее, чем с ментолом.
1,2 Дихлорэтан
Испытание синтеза 1,2 ДХЭ напрямую из веществ.
Было собрано два генератора газа из колб и аллонжей, аллонжи затыкались
пробками и отбор газа осуществлялся с оливы аллонжа. Генератор этилена был
снабжен капельной воронкой и термометром на 150 С, у термометра есть также
некий запас хода по температуре выше, но не градуирован и всего примерно до
180 С ход жидкости максимум. Генератор этилена был также подключен к двум
банкам Дрекселя, первая с крепкой серной кислотой для удаления спирта и ди-
этилового эфира, вторая с раствором едкого натра для удаления сернистого газа
S02. Выход второй банки был подключен к колбе-реактору, но диаметр шланга был
слегка великоват (больше чем нужно на 1-2 мм) и шланг был сжат стяжкой. Это
могло повлиять на конечный результат.
Генератор этилена был заправлен 30 мл спирта, после чего туда же было до-
бавлено 30 мл серной кислоты 90%. Также в капельную воронку было помещено 20
мл спирта. Капельная воронка в дальнейшем не пригодилась.
Реактор состоял из трехгорлой колбы на 750 мл, и установленных на нее холо-
дильника Аллина, двух дефлегматоров и холодильника Либиха. Суммарно высота
колонны составила 1600 мм (1,6 метра).
Генератор хлора состоял из двугорлой колбы, аллонжа с отбором газа с оливы
аллонжа, и боковое горло было заткнуто пробкой, а впоследствии соляная кисло-
та периодически впрыскивалась внутрь пипеткой.
Генератор хлора также был соединен с реактором шлангом слишком большого
диаметра, чем нужно (на 1-2 мм больше), из-за чего произошла утечка хлора. В
генератор хлора было помещено 36 граммов ТССА, и подготовлено 50 грамм соля-
ной кислоты крепостью 36%, разбавленной водой вдвое.
Генератор этилена был нагрет на электрической плите, и температура со вре-
менем превысила 150 С и начала достигать пределов показаний термометра, после
чего термометр был отсоединен и заменен пробкой, что лишило возможности кон-
тролировать температуру. Заглушка для термометра на 10 см длиной не доставала
жидкости находящейся в колбе и из-за этого не использовалась. То есть в дан-
ном случае лучше было бы взять 60 мл спирта и 60 мл серной кислоты, и обеспе-
чить нужный уровень жидкости, чтобы можно было пользоваться заглушкой и таким
образом мерить температуру в генераторе этилена.
Так или иначе, примерно через 10 минут работы установки было установлено
что невозможно добавлять спирт в генератор этилена из-за давления газа, по-
скольку при открытии крана капельной воронки этилен начинал выходить через
спирт в воронке, то есть нужно либо ставить компенсатор давления в систему,
либо впрыскивать спирт принудительно из пипетки, пользуясь пробкой и открывая
генератор этилена. Либо заранее налить в генератор этилена нужное количество
спирта сразу, что не очень хорошо, т.к. спирт начнет испаряться и попадать в
склянку Дрекселя с серной кислотой.
Далее через 10-15 минут от начала работы системы из-за проблем с генерато-
ром этилена реакционную массу внутри генератора сильно вспучило и она начала
поступать по шлангу в склянку Дрекселя с серной кислотой и нагрев был уже от-
ключен заранее, я просто дождался пока вся масса остынет и прекрати течь в
склянку Дрекселя, после чего линия генератора этилена была разобрана до
склянки Дрекселя с раствором едкого натра и оставшаяся часть системы была за-
герметизирована для возобновления работы заново, но позже.
В колбе-реакторе образовалось несколько мл желтой мутной жидкости, имеющей
запах растворителя, аналогичный запах выявлен внутри колонны. Запах также не-
сколько сладковатый.
Выводы:
■ Реакция в целом идет без нагрева и без катализатора. Вообще думаю что луч-
ше все же греть и возможно также брать катализатор FeCl3.
■ Нужно заменить шланги от склянки Дрекселя с едким натром и генератора хло-
ра , т.к. обжатие шлангов стяжками недостаточно надежно и плохо подводит
газы в реактор (хлор точно плохо подводит, этилен скорее всего тоже пло-
хо) .
■ Давление этилена в генераторе будет слишком большое и нельзя подавать
спирт из капельной воронки (на 100 мл), то есть нужно встроить компенсатор
давления в линию, либо иметь капельную воронку с намного большим объемом
спирта, чем объем жидкости в обеих банках Дрекселя, либо вливать спирт
принудительно из пипетки, для чего нужно заменить воронку пробкой и при-
дется перидически открывать генератор этилена во время его работы.
■ Нужно обеспечить контроль температуры в генераторе этилена, т.к. на глаз
это плохо работает и реакционную массу может вспучить и выдавить из гене-
ратора .
Жидкость в колбе-реакторе была изучена, и было установлено, что она смогла
полностью раствориться в воде, то есть это видимо диэтиловый эфир и водяной
пар, т.к. газы я не осушал.
Скорее всего, в газовой фазе реакция хлора и этилена идет плохо.
Более того, есть редкие упоминания о том что смесь газообразных хлора и
этилена взрывоопасна, ну тут я склоняюсь к версии что газы должны быть сухи-
ми.
Поэтому я собрал разную информацию по получению 1,2 ДХЭ, причем самый ходо-
вой, ну и в принципе логичный способ получения - в жидкой фазе, и само собой
в растворе чего? Правильно, в растворе ничего иного как ДХЭ. То есть, чтобы
сделать ДХЭ, надо сперва иметь некоторое количество уже готового ДХЭ.
Собственно описание процесса, а если быть точным то это технология фирмы
Diamond Alkali Co.
1.1 Методы синтеза 1,2-дихлорэтана
В промышленности 1,2-ДХЭ получают двумя способами.
Первый - это прямое хлорирование этилена в жидкой фазе в присутствии ката-
лизатора - хлорида железа (III) при 50-100 С с отбором продукта в жидкой или
паровой фазе:
Н2С=СН2 + Cl2 -> СН2С1-СН2С1
При получении ДХЭ взаимодействием этилена с хлором в среде жидкого дихлорэ-
тана , который растворяет оба газа? реакция протекает в жидкой фазе.
Это позволяет достигнуть безопасности процесса и улучшить условия теплопе-
редачи от реакционной массы к охлаждающему агенту. Отвод реакционного тепла
существенно упрощается, и совершенно исключается возможность местных перегре-
вов . Вместе с тем, в среде ДХЭ процесс протекает аутокаталитически и скорость
реакций значительно выше, чем при взаимодействии газообразных зтилена и хло-
ра. При взаимодействии С2Н4 с хлором, помимо продукта присоединения хлора по
двойной связи (1,2-ДХЭ)? образуются также продукты замещения - трихлорэтан
тетрахлорэтан и высшие полихлориды:
Н2С=СН2 + ЗС12 -> СНС12-СНС12 + 2НС1
и т.д.
Состав получаемых продуктов резко измениться, если в реакционную среду вве-
сти свободный кислород. В присутствии кислорода цепная реакция замещения об-
рывается, что замедляет и прекращает образование продуктов замещения:
С12 -> С1- + С1-
С12 + 02 -> С1-0-0
С1-0-0 -> С1-
С10-С10 -> С12 + 02
и т. д.
В виду этого обстоятельства существенно упрощается технология производства
ДХЭ. Потому в присутствии кислорода реакцию взаимодействия этилена с хлором
можно проводить при 20-30 С. Отвод тепла реакции осуществляется холодной во-
дой без охлаждения рассолом, необходимого при температуре ниже 0 С. Благодаря
чему выход побочных продуктов замещения снижается с 10 до 0.5-2 %, упрощается
аппаратурное оформление процесса и понижается себестоимость дихлорэтана.
Технология прямого хлорирования этилена позволяет достигать почти 100 %
конверсии хлора, конверсия этилена зависит от его избытка и составляет 90-91
%. При этом выход 1,2-ДХЭ равен 99 %.
С другой стороны, US EPA предоставляет иные данные, по которым возможен
синтез и в газовой фазе:
Этилендихлорид производится в США. прямым хлорированием этилена, оксихлори-
рованием этилена или комбинацией этих методов. В процессе прямого хлорирова-
ния этилен обрабатывают хлором в присутствии катализатора для получения ДХЭ.
Можно использовать как парофазные, так и жидкофазные реакции, но нежелатель-
ные побочные продукты образуются, если условия тщательно не контролируются. В
одной парофазной процедуре выход продукта от 96 до 98 процентов достигается
путем обработки этилена при температуре от 40 С до 50 С хлором, содержащим
следы дибромида этилена, который действует как катализатор.
Существуют и другие способы прямого хлорирования, отличающиеся, прежде все-
го, условиями реакции и катализатором. Катализаторы, наиболее часто упоминае-
мые в патентной литературе, включают хлориды железа, алюминия, меди и сурьмы.
В 1974 г. на прямое хлорирование этилена приходилось 58 процентов производст-
ва этилендихлорида в США.
И в свою очередь, по Кацнельсону получение ДХЭ ведут вообще в воде:
48. Хлористый этилен:
СИЛ
C,H4tt. - *
С112С1.
1/2-Аихюрэтаа.
Химический процесс:
4NaCl f >H3S04 f Mn02=-2Na2S04 f MnCL + CL J-2H30
CH., CILC1
Oil, " CHjCl.
Эгиаен. Xj up истый
этолеи.
Получен ие:
2 ч. перекиси марганца,
3 * поваренной соли,
4 * воды,
5 » крепкой серной кислоты.
«) Ксли нс принять мер к устранению воз:уха ил прапора, то всегда получаются
>ды альдогида при пропускание n.ipon спирта через нагретую трубку с глняоземои.
В табулированную реторту вносят смесь из 2 ч. перекиси мар-
ганца, з ч. поваренной соли и вливают охлажденную смесь ил 4 ч.
воды и 5 ч. крепкой серной кислоты таким образом, чтобы реторта
наполнилась только наполовину. В пробку, которой закрыт тубус,
входит трубка, погруженная на 1 см. в смесь. Нагревая очень слабо
реторту, вводят через трубку газообразный этилен1,); когда поглоще-
ние газа прекратится, реторту нагревают сильнее и образовавшийся
хлористый этилен отгоняют с холодильником. Полученный сырой
продукт промывают едким натром, затем водой, сушат хлористым
кальцием и еще раз перегоняют.
Свойства:.Пссанетная жидкость, кипящая при 83,5° (исир.);
уд. В. ее 1,2б0« при 14,4°.
Литература: Umprioht: Lie»». Ann. 94 ilS55i, 245; L. Vanino: Ilaudbucb dor
praparathen Chemie, II т., 1914 г., С7р. 2).
Что в данном случае мне кажется сомнительным, т.к. если взять к примеру
черное содержимое солевой батарейки, состоящее из Мп02, угля и пропитанное
нашатырем, и залить все сразу электролитом для аккумуляторов, то хлор начина-
ет выделяться достаточно активно, а в воде он практически не растворяется, то
есть в таком случае будет большое количество отходящего абгаза в виде хлора и
этилена, который также мало растворим в воде, единственное здесь есть вероят-
ность что образующийся ДХЭ будет образовывать верхний слой, который в свою
очередь будет задерживать отходящие из воды этилен и хлор, но думаю что эта
методика недостаточно хороша.
Поэтому я в принципе пришел к выводу, что при отсутствии начального количе-
ства готового ДХЭ можно попробовать взять в виде растворителя две вещи:
■ Бензол или толуол, поскольку без УФ облучения толуол практически не хлори-
руется хлором, бензол я не пробовал, но думаю, что с ним все обстоит так-
же . Единственное, как потом разогнать ДХЭ и бензол, я не знаю - азеотропны
ли они или же нет. Толуол же кроме прочего растворяет хлор куда лучше во-
ды , а этилен должен быть также неплохо растворим в толуоле. Бензол я не
испытывал в данном отношении.
■ Этиловый спирт. По доступным данным, этилен хорошо растворим в спирте, а
что касается хлора, то сегодня хлор мною был испытан на взаимодействие со
спиртом, но про это позже. Также спирт я предположу, что легко отмывается
от ДХЭ водой, либо, здесь я тоже не знаю - но возможно ДХЭ можно отмыть от
спирта (и не только от спирта) крепкой серной кислотой.
Тем не менее, стоит учесть, что хлорирование спирта приводит к получению
хлораля и также кучи всякой побочки, то есть:
\ ■»» А Г Л, Л. \ А А /
X л о р а л ь получают прямым хлорированием 96%-ного этило-
вого спирта газообразным хлором:
СН3-СН*ОН-Ь4Си .SHCt ' CCls-CHO
Фактически процесс идет значительно сложнее и сопровождается
рядом побочных реакций. Например, происходит частичное хлориро-
вание спирта с образованием лолуацеталя дихлорацетальдегида,
который затем тоже хлорируется до полуацеталя трихлорацеталь-
дегида:
2(:Н3-СН2ОИ -Г7Й71* <:НС12-СН/ Тн^т- СС!3-СН^
V>H '' Х0Н
Скорость поглощения хлора этиловым спиртом падает по мере того,
как процесс углубляется, а к концу процесса хлор поглощается
с трудом. Поэтому с целью снижения времени реакции и расхода
хлора целесообразно проводить хлорирование непрерывно.
Образующиеся полуацетали можно разрушить лодой или паром;
при этом получается нестабильный хлоральгидрат:
В этой реакции следует избегать избытка пара, так как в таком
случае выход хлораля уменьшается за счет усиления реакций окис-
ления полуацоталей хлорацетальдегидов до соответствующих хлор-
уксусных кислот и хлорноватистой кислоты. Пар следует подалагь
из расчета \\ кг на 100 л 90%-ного спирта.
При хлорировании этилового спирта наблюдаются и другие ио-
бочные процессы, например при неполном хлорировании образуется
дихлорацетальдегид
СН3-СЩОН-ЗС!, -^й71?- ('NCl2-<:iIO
а выделяющийся хлористый водород взаимодействует со сии ртом,
образуя хлористый пгил:
HG1- С,Н5ОН гуГТо * <<iHoOI
В данном случае видно, что часть побочки разрушается водой, легкокипящий
при +12 С этилхлорид я думаю легко улетучится при кипячении ДХЭ, остальное в
принципе должно отмываться крепкой серной к-той, если такое промывание со-
вместимо с самим ДХЭ (этот момент я не знаю).
И собственно само испытание хлора и спирта, можно назвать это получением
хлораля:
Поскольку у меня осталась ТССА, причем почти вся от 38 грамм, то я не стал
выкоривать ее из колбы, а потратил на хлорирование 100 мл спирта, шланги ис-
пользовал те же по диаметру, но на вводных оливах нарастил внешний диаметр,
обмотав оливы ФУМ-лентой.
Сперва я пропускал хлор в спирт больше ничего не делая, и тогда спирт по-
степенно желтеет и со временем слегка греется, по ощущениям примерно до 60 С,
т.е. колбу можно трогать рукой. Далее я начал охлаждать колбу в воде комнат-
ной температуры, и смесь обесцветилась, и далее я не убирал колбу из воды и
спирт оставался бесцветным до исчерпания хлора, а из холодильника Аллина, ко-
торый был установлен над колбой запах хлора почти не было слышно.
Также на дне колбы образовалось очень небольшое количество белых кристалли-
ков, возможно это хлоральгидрат. Запах в колбе отдаленно напоминает в основ-
ном ацетальдегид со слабыми нотками этилхлорида.
То есть в принципе можно попробовать подружить хлор с этиленом в среде
спирта, кто быстрее заберет себе хлор, тот и победит в борьбе за хлор, либо
брать толуол или бензол, с ними без наличия УФ и кислот Льюиса побочки быть в
принципе не должно, либо практически не должно, и в любом случае побочки бу-
дет меньше, чем со спиртом, но тогда будет вопрос разгонки и в таком случае
толуол по его температуре кипения достаточно походит по разнице температур, а
бензол с ДХЭ разогнать думаю вообще не получится - температуры кипения слиш-
ком близки.
Либо найти другой растворитель, но какой? Можно было бы взять ледянку, но я
не смог найти данные о растворимости в ней хлора и этилена, так что кто зна-
ет . . .
С бензолом разогнать не получится, только если потом ДХЭ как реактив ис-
пользовать , при условии что бензол мешать не будет.
Тут надо еще две банки Дрекселя дополнительно, для осушения этилена и хло-
ра, всего будет уже 4 банки и через изгиб можно увеличить длину колонны,
опустив ее вниз и далее ставить колбу через прямой аллонж, в принципе есть
еще два холодильника по 400 мм, всего 6 штук = 6*4 = 2400 мм, в качестве ре-
актора возможно лучше банку трехлитровую, но из чего делать крышку я не знаю,
полиэтилен должен быть более-менее устойчив, жестяные крышки для закатки ба-
нок , думаю, не выдержат хлор...
Ну и плюс еще катализатор, безводный FeCl3, либо возможно, безводный А1С13.
Это все чтобы в газовой фазе.
Если в жидкой, то думаю лучше всего действительно брать ледяную уксусную
кислоту, т.к. без ничего она плохо хлорируется, плюс также с этиленом без ка-
тализатора винилацетат получаться тоже не будет, побочные хлоруксусные кисло-
ты скорее всего мешать также не будут, далее кислоты придется уничтожить гид-
роксидом кальция или магния, карбонатами я бы не стал - слишком много пены и
СО2 может уносить с собой некоторое количество ДХЭ, а едкий натр, думаю, в
данном случае слишком сильное основание и может дурно влиять на ДХЭ, хотя при
комнатной температуре вряд ли, но думаю да, лучше гасить известью.
Единственное, с уксусной кислотой катализатор брать я бы не стал, хотя и
без УФ, но в принципе это может способствовать ее хлорированию...
Либо другой вариант - брать где-то скажем 1,1,2,2-Тетрахлорэтан, с темпера-
турой кипения ^146 С, тогда его смесь с ДХЭ должна будет неплохо разгоняться,
можно конечно и ЧХУ взять, но потом опять же не получится разогнать ЧХУ и
ДХЭ, а жаль, хлор довольно хорошо растворим в ЧХУ.
Очистка
нитротолуолов
При нитровании толуола практически при любом температурном режиме побочно
образуются также динитротолуолы, их содержание зависит от температуры нитро-
вания толуола. Тем не менее, даже соблюдая температурный режим, т.е. не выше
+20...25 С, динитротолуолы все равно образуются.
Кроме того, техническому толуолу также сопутствуют и тиофены, от которых
нельзя избавиться перегонкой, но их количество можно значительно уменьшить
путем очистки толуола серной кислотой. Однако даже дважды и трижды обработан-
ный серной кислотой толуол после нитрования не проходит испытание на отсутст-
вие динитротиофенов.
Поэтому была собрана установка для перегонки под вакуумом, т.к. температура
кипения динитротолуолов и динитротиофенов чрезмерно высока и значительно выше
температуры кипения нитротолуолов.
Установка состояла из двух круглодонных колб на 250 мл, насадки Вюрца, пря-
мого холодильника Либиха, аллонжа с оливой для вакуума и также насадки для
термометра.
Вакуумный насос представлял собой компрессор от холодильника, снабженный
вакуумметром и сантехническим краном для возврата системы к атмосферному дав-
лению. Из-за ненадежности ноунейм колбы были заменены на колбы от Isolab, ко-
торые проявили себя очень хорошо, и таким образом почти все стекло использо-
валось от Isolab.
Мешалка использовалась производства Чехословакии, без регулировки темпера-
туры, двигатель мне пришлось заменить и взять мотор от электрического обогре-
вателя , который в принципе и подвел.
Был уставлен вакуум и датчик вакууметра показал -1 Бар давления, мешалка
была запущена и благополучно работала, что продолжалось до достижения темпе-
ратуры в насадке Вюрца 110 С, что приблизительно соответствует давлению в
0,51 mH20, когда двигатель мешалки полностью остановился, при этом начав за-
медляться уже при 90-100 С, в результате чего развилось взрывное кипение и
жидкость из перегонной колбы, заполненной на половину, начало перебрасывать в
приемную колбу, и перегонку пришлось остановить.
Было установлено что:
■ Компрессор от холодильника развивает остаточное давление примерно 0,51
mH20
■ Двигатели от бытовых электрообогревателей (воздушных) совсем не работоспо-
собны при более-менее существенном нагреве мешалки, нормально работают до
+60... 80 С, выше это уже как получится, подвести могут в любой момент во-
обще и категорически для данной работы не предназначены. Т.е. по существу,
если компрессор также совсем не предусмотрен для работы на вакуум, но как
выяснилось - работает в таком режиме стабильно, но нужно следить за нагре-
вом компрессора, двигатель же от обогревателя вообще для сравнительно вы-
соких (ему получается и 100 С уже много) температур не подходит никак аб-
солютно .
■ Сырая смесь нитротолуолов не детонирует при нагреве до +125...130 С
Ах, да и придется еще покупать мешалку, это встанет в 200 евро примерно,
плюс ждать неизвестно сколько доставку.
С мешалкой было прогнозируемо, т.к. ерунда времен соцлагеря с неродным дви-
гателем это ожидаемый провал, но зато отлично показал себя компрессор от хо-
лодильника .
По традиции я ничем не мазал шлифы, плюс лапы как обычно металл на стекло,
что в целом не рекомендуется делать.
Греть сырую смесь нитротолуолов выше чем +180 С (это ориентировочное число)
я крайне не советую, поскольку она может взорваться. Пытаться перегонять ее
при атмосферном давлении я не советую категорически. То есть вакуум нужен
примерно 0,51 mH20, это около 0.05 Бар остаточного давления, считая на 238 С
температуры кипения пара-изомера, т.е. при 0.05 Бар остаточного это 118 С, в
кубе примерно +150...170 С, значит запас прочности градусов 20-30 примерно,
хотя точную температуру детонации динитротолуолов я не знаю, думаю это
+180. . .200 С.
В моем случае толуола в смеси практически нет, т.к. он был заранее удален
путем добавления к смеси нитротолуолов воды и после толуол отгоняется азео-
тропно вместе с водой при атмосферном давлении, а вода при этом еще является
не только образователем азеотропа, но и защитной средой, не позволяя смеси
нагреться слишком сильно, и вместе с толуолом попутно отходит незначительное
количество нитротолуолов, однако подготовленную таким образом смесь я считаю
сырой.
Почти сразу после включения вакуума отделилось несущественное количество
прозрачного конденсата, т.е. воды, т.к. после отделения толуола сырая смесь
сушится и фильтруется, но понятно, что сульфат магния не сушит абсолютно на-
сухо, следы воды все равно остаются.
Я испытывал систему на воде, появление конденсата на входе в холодильник
плюс кипение воды в кубе начинается при +32 С, что соответствует 0,51 mH20,
если при +100 С давление равно 10.19 тН20.
Отсюда очевидно, что моя система никак не развивает 0,1 mH20, что было бы
лучше, а примерно 0,51 mH20. . . Но есть задел, можно в принципе обжать метал-
лическими хомутами еще три соединения на сантехнике, плюс обжать также шланг
на оливе аллонжа. Это вполне может улучшить показатели, хотя не факт, но я
попробую это сделать.
Также могу добавить что динитротиофены прекрасно и с высокой скоростью вос-
станавливаются, т.е. полученная в предыдущих исследованиях смесь веществ по-
сле восстановления без каких-либо проходила проблем пробу на содержание ди-
нитротиофенов (т.е. их не обнаруживалось), а значит что в отличие от орто-
нитротолуола, наряду с пара-нитротолуолом также очень легко восстанавливаются
и динитротиофены, а что касается ДНТ, то, бесспорно, что они также могут при-
нимать участие в процессе восстановления, но скорость их реакции мне неиз-
вестна .
В любом случае, вакуумная перегонка сырых нитротолуолов значительно улучшит
качество смеси в целом, а следовательно и качество к примеру орто-толуидина,
т.е. тот самый продукт из орто-толуидина сможет быть более чистым.
Вообще технический толуол это нездоровое сырье для синтеза чего-либо, по-
скольку попытки его очистки показали что количество тиофенов в нем варьирует-
ся от партии к партии, а суммарное количество примесей я вообще не берусь
оценивать. И это в ЕС.
Насчет измерений.
Смотря что мерить, и в каких условиях, это надо баню брать, во-первых, мас-
ляную, бани у меня никакой нет, поскольку традиция без бани всегда все делать
плюс даже если хотеть так нет низкого алюминиевого ковшика, стальной думаю с
мешалкой не подойдет... В кубе все равно больше температура будет чем в на-
садке Вюрца.
Тут надо брать двухгорлую колбу и мерить температуру кипящей в колбе жидко-
сти, гнаться она при этом не обязана, у меня зимой этиленгликоль кипел но не
гнался, т.к. в насадке Вюрца успевал остыть и его отбрасывало назад как при
рефлюксе, зато диэтилэфир мог гнаться при +25 С в голове причем стабильно это
не примесь ацетальдегида или еще чего, в данном случае, думаю, пары остывали
но оставались летучие и успевали пройти насадку Вюрца и сконденсироваться и
течь...
Поэтому есть две контрольные точки 32 С и 110 С, для орто-изомера 110 С это
будет многовато, с хорошим вакуумом люди при 90 С уже гнать заканчивали, а
гналось от 60 С, но человек не мерил свой вакуум вообще, ему было все равно,
мне в целом тоже не заботит, я понимаю что 110 С в башне это примерно 150 С в
кубе да и поменьше даже может 130С-140 С, я взял +10 С запас, потолок у меня
180С-200 С фактический (существует только в моей голове) поэтому я гнать могу
примерно до 130-140 С, раз там кипит от 110, значит до 140 С гнать максимум,
это будет 180 С в кубе, если принять разницу в 40 С между кубом и головой,
хотя я думаю она меньше будет.
По Википедии 2,4 ДНТ взрывает при 250С-300 С, по другим данным при 190-200
С, поэтому у меня запас прочности примерно 20 С, половина колбы это где-то
100-120 грамм смеси от нее ДНТ я думаю примерно 20%, то есть примерно 20
грамм ДНТ, какова энергия его термального разложения то есть хлопка я не
знаю, но в принципе 20 грамм это не очень много, но и не мало. Хотя там может
процентов 10 ДНТ, я 20% беру с запасом большим.
Рядом лучше не стоять вообще-то при перегонке, хотя можно поступить проще -
гнать от 110 С + 10-15 градусов предел до 120-125 С, в кубе в основном оста-
нется пара изомер и ДНТ, в отгоне будет в основном необходимый орто-изомер...
Пара-изомер не сильно нужен, бензокаин я думаю можно сделать выйти на пара-
изомер через п-ксилол, его окислить в п-толуиловую кислоту и далее через п-
толуамид выйти.
Также можно на орто-изомер выйти без толуола, а купить в хозмаге орто-
ксилол, я в России такой видел, правда не знаю реальный состав его, а не эти-
кеточный, но здесь проблема в том что с ксилолом дольше возни будет и придет-
ся потом нитрогруппу вписывать по Зандмееру, хотя не обязательно, можно то-
луидином ограничиться, а можно и до нитротолуола отработать.
Успешная перегонка
смеси нитротолуолов
под вакуумом
Внес дополнительные изменения:
■ Поставил хомуты металлические на все оставшиеся соединения, в том числе и
на оливу аллонжа, но без фанатизма, чтобы не раздавить стекло.
■ Взял масляную баню, масло 10w40.
■ Двигатель мешалки подключил к димеру 400 Ватт, работает в целом плохо по-
скольку только на больших оборотах, на малых не работает, но в данном слу-
чае это не нужно.
■ Над компрессором пристроил кулер компьютерный для охлаждения.
Все это собрал, поместил колбу в баню, включил мешалку и вакуум.
При температуре бани в 128 С и одновременно с этим температуре в насадке
Вюрца 100 С началась перегонка и продолжалась до температуры в 110 С в насад-
ке Вюрца, а температура бани составила 136 Си далее температура масла повы-
шаться более не смогла, т.к. по всей видимости это предел нагревательных воз-
можностей мешалки.
Отогналось соответственно примерно половина дистиллята от взятой в колбу
смеси, а в работу всего взято было половина от 250 мл колбы по объему.
Дистиллят имеет довольно-таки правильный цвет в отличие от темноватого в
кубе, на содержание динитротиофенов я его пока что не испытывал.
Соответственно давление в системе если считать на 100 С в насадке Вюрца, то
против 222 С это составляет 0,30 mH20 или ^0,03 Бар.
Думаю что собранный дистиллят богат орто изомером и беден пара изомером. В
любом случае данный дистиллят стоит испытать не только на содержание динитро-
тиофенов, но и также изучить его отношение к морозилке, поскольку удаление
примесей и побочек с высокой степенью вероятности изменит поведение получен-
ной смеси нового состава на морозе, т.е. есть шанс, что в данных условиях бу-
дет проще выморозить и отделить пара изомер (само собой не весь, но хотя бы
некоторую его часть).
Результаты по полученному дистилляту:
■ Имеет желтый цвет, что неправильно и так не должно быть, а значит намекает
на наличие побочки.
■ Не проходит пробу на динитротиофены, отсюда вывод - динитротиофены гонятся
вместе с нитротолуолами.
■ Проходит пробу на содержание диниттротолуолов (ДНТ) - синее окрашивание не
появляется, значит ДНТ в дистилляте нет.
Исправление дистиллята произведено тривиально - динитротиофены удалены
взбалтыванием с раствором едкого кали, причем красное окрашивание полностью
переходит в водный слой, даже НТ промываются водой до приобретения правильно-
го цвета.
После очистки едким кали и отмывания водой:
■ Слегка желтый, мутность из-за того что не высушен от воды. Легко становит-
ся прозрачным светло-желтого цвета при осушении воды сульфатом магния.
Также найдена таблица образования ДНТ при нитровании толуола в зависимости
от температуры нитрования:
Таблица 4
Температура
нвтрацнн в *С
-г <
4- 30
+ 60
•/» пар»
41,7
40,9
80,9 1
эде ,
% °рт©
66,6
66 '
66,9 1
67,6 |
1 i
♦/о мета
| 8,7
3,1
м
4,0
1
Кубовый остаток имеет темно-оранжевый цвет, и это совершенно нормально при
температуре бани в 138 С - такие и более высокие температуры на смесь нитро-
толуолов влияют довольно плохо, а при еще более высоких температурах смесь
чернеет и осмоляется.
Окисление толуола
азотной кислотой
В двухгорлую колбу на 500 мл было помещено 200 мл толуола, почти очищенного
от тиофенов (только легкое пожелтение при обработке серной кислотой), и 175
мл азотной кислоты крепостью 22,65%. После этого на колбу установили термо-
метр , погруженный в смесь веществ и обратный холодильник. Далее содержимое
колбы нагревали при периодическом перемешивании на малом ходу мешалки, при
этом температурный интервал выдерживали от +85 до 100 С, причем температура
не была ниже чем +86 С (краткосрочно) и не преодолела отметку в +95 С, ив
основном была в промежутке +89...93 С.
Нагревание велось в течение 3 часов и 3 минут (три часа три минуты) , после
чего было выявлено очень легкое пожелтение верхнего слоя жидкости (органиче-
ского слоя). На всей протяжении обработки толуола не происходило выделение
оксидов азота. При перемешивании наблюдалось сильное пузырение (кипение) жид-
кости , при этом ее выброс не преодолевает обратный холодильник.
Реакция идет, но слишком медленно. Возможно, нагревать следует 12 часов или
24 часа.
Текущий состав органического слоя на данный момент не установлен. Окисление
будет продолжено с паузами, т.к. у меня обычно только несколько часов подряд
свободного времени, но не 12 и не 24 часа подряд.
Ожидается получение БК и возможно, БС. Также возможны иные продукты, среди
них также мононитротолуолы.
Выделение мета-ксилола
из технического ксилола
Технически осуществимо выделить, по крайней мере, мета изомер из смеси кси-
лолов . Теперь это было сделано практически и получены результаты по существу.
Было взято 100 мл ксилола, содержание мета изомера в котором не известно. Я
думаю это в пределах 65-75%, именно такие данные приводят разные источники.
При перемешивании к нему добавлялась серная кислота 92-93% количеством 100
мл, используя капельную воронку. Температура смеси достигла максимум в +32 С.
Серная кислота добавлялась по каплям, контролируя нагрев, идеально это от +20
до +30 С, причем смесь разогревается сама.
Добавление серной кислоты идет примерно 40-60 минут, при этом смесь стано-
вится темно-вишневой. После добавления серной кислоты смесь перемешивалась
еще 10 минут, потом слои разделили и к нижнему кислотному слою добавили 60 мл
воды, что вызвало сильное разогревание. Разбавленный водой кислотный слой ос-
тавили на ночь, и утром обнаружили что жидкость расслоилась и нижний слой по
объему примерно равен 60 мл воды.
Жидкость переместили в колбу, установили термометр и нагревали под обратным
холодильником. При +130 С оба слоя начали чернеть, при +140 С нижний слой ос-
ветлился и принял первоначальный желтый цвет, причем начал образовываться
прозрачный третий слой, самый верхний. Тогда заменили обратный холодильник на
нисходящий и подняли температуру в колбе до +175 С и отогнали 50 мл жидкости.
При разделении слоев после сульфирования отделили назад 20 мл ксилола, ко-
торый в реакцию не вступил. Выход в итоге сырого мета изомера ксилола соста-
вил 50 мл или 50%. Температура в насадке Вюрца не измерялась. Выход мета-КСК
составил 80%.
Некоторые источники упоминают что орто изомер также может сульфироваться в
указанных условиях, поэтому опыт повторили с серной кислотой плотностью 1,82
при +15 С, т.е. 90%, используя 100 мл ксилола и 100 мл серной кислоты 90%.
В данных условиях при проведении эксперимента таким же образом что и ранее,
температура не смогла преодолеть показатель в +22 С, а когда почти вся серная
кислота была прикапана, произошел отказ мешалки и она была запущена заново,
но это привело к нарушению гомогенности жидкости и появился небольшой верхний
ксилольный слой в ксилольно-сернокислотной реакционной массе. Поэтому после
добавления серной кислоты смесь мешали 40 или 50 минут.
После перемешивания и остановки мешалки назад вернули 50 мл или 50% ксило-
ла, который в реакцию не вступил. Раствор мета-ксилолсульфокислоты на сей раз
имел желтый цвет с темным оттенком, но в целом довольно светлой гаммы, в от-
личие от темно-вишневого в прошлом опыте. Разбавление его водой также дало
раствор темно-розового цвета, в отличие от черного в прошлый раз. Эта м-КСК
пока что не была разложена с целью получения мета-ксилола, но выход предпола-
гается примерно 25 мл, т.е. 1/4 от взятого в работу ксилола (100 мл). Зато в
данном случае очень большой плюс в том, что имеется значительно больше уве-
ренности в том, что данный мета-ксилол чище, чем при использовании серной ки-
слоты 92%-93%.
Вывод - купоросное масло, как оригинальной методике, т.е. серная кислота
95%-96% явно не годится, 92%-93% в принципе тоже, т.к. есть сомнения, что в
данных условиях реагирует только мета изомер, что же касается 90% серной ки-
слоты и режима +20...25 С, то это уже больше похоже на правду, а малый выход
м-КСК в 50% скорее всего также обусловлен отказом мешалки.
Думаю также повторить последний опыт, но при стабильной работе мешалки, это
должно улучшить выход по мета-КСК.
Также есть вероятность, что разложение мета-КСК надо вести дольше, посколь-
ку по итогам первого опыта недостача в 30% или 30 мл ксилола, которые пропали
неизвестно куда. Хотя после отгонки 50 мл ксилола скорость отгонки существен-
но уменьшилась и практически сошла на нет.
Вообще в идеале конечно было бы прекрасно знать хотя бы примерный состав
ксилола, но это обычный технический ксилол где 65%-70% мета ксилола, и 10%
этилбензола, 2% бензинов и остальное это пара и орто изомеры.
Окисление толула азотной кислотой - ранее упомянутый эксперимент продолжа-
ется с перерывами и в сумме нагрев смеси продлился в целом 7 часов, объем
верхнего слоя не изменился, но идет его медленное пожелтение - теперь цвет
примерно как у лимонада Крем-сода. Запах толуола по-прежнему имеется.
То есть - реакция идет, но не быстро. После первых трех часов нагревания я
добавил к смеси еще 75 мл азотной кислоты 22,65% (всего я сделал ее 250 мл).
Неизвестно, или греть еще часов 5 либо 10, или отобрать уже пробу от верх-
него слоя на наличие бензойной или нитробензойных кислот и т.д....
Продолжать нагревание толуола с азотной кислотой далее не стали, отделили
пипеткой около 100 мл толуола и промыли раствором соды, получив прозрачный
нижний водный слой, который после подкислили соляной кислотой, что привело к
получению раствора желтого цвета, из которого ничего не выпало.
Соответственно бензойной или каких-либо нитробензойных кислот не выявлено.
Промытый содой толуол испытали на безальдегид и нашли крайне малое его коли-
чество, причем настолько малое, что получать его таким способом не имеет
смысла. Бензиловый спирт и прочие продукты искать не стали вообще.
По итогам я думаю что следует отделить весь толуол от слабой азотной кисло-
ты, и провести окисление азеотропной азотной кислотой, а температуру поднять
до 110С-120 С.
Либо поступить иначе - обработать толуол с помощью N02 при 110-130 С.
Предположительно эти меры могут вызвать помимо окисления толуола также и
нитрование боковой цепи.
Из ксилола несмотря на все усилия, не удалось получить более 50% выхода м-
КСК при использовании 90% (90,06% точно) серной кислоты, сам мета-ксилол пока
не выделялся, собрано сырья в виде смеси сырой м-КСК и воды плюс серной ки-
слоты после обработки всего 200 мл ксилола, объем сырья для разложения на
ксилол примерно 400 мл. В отличие от предыдущего опыта, в данном случае при
стоянии раствор м-КСК не расслаивается.
Окисление
толуола
Поскольку азотная кислота проявила себя в целом плохо, поступили иначе:
Смешали 20 мл толуола и 10 мл ацетонитрила. Перед этим в колбу поместили от
0,1 до 0,2 грамма, отмерив на глаз, FeS04*4H20 (тетрагидрат) . К смеси добави-
ли 2 мл перекиси водорода 30%, которую предварительно не испытывали на истин-
ное содержание именно заявленных 30%, в принципе она не слишком свежая, но и
не слишком старая, поэтому предположительно в ней не ниже чем 20% Н202, но не
выше 30%, при том что 30% потолочное значение., т.е. она подходит и крайнем
случае будет остаточный толуол в смеси что не проблема, и после еще 2 мл пе-
рекиси и позднее еще 1 мл, в сумме всего 5 мл перекиси.
Ничего происходить не стало, поэтому смесь немного нагрели строительным фе-
ном, что привело к началу яростной реакции с бурлением жидкости в колбе, ко-
торая со временем успокоилась, причем во время самой реакции массу из колбы
не выбросило.
Пришли к выводу что методику следует повторить в большем масштабе, но на
сей раз прикапывая перекись водорода из капельной воронки к слегка подогретой
реакционной массе.
Результирующая смесь имеет два слоя - верхний органический, темно-желтого
цвета, имеющий запах, перебивающий запах толуола, причем запах толуола почти
не ощутим, и коричневый нижний слой.
От органического слоя отобрали 2 мл жидкости и испытали на содержание бен-
зальдегида, который таким образом был обнаружен, однако при этом не стали оп-
ределять содержание бензальдегида количественно, поскольку для этого сочли
нужным иметь раствор бисульфита натрия, которого не было, но коим в планах на
будущее имеется обзавестись.
Бензойную кислоту искать не стали, поскольку пришли к выводу что сперва в
реакционную массу следует пропустить побольше воздуха и таким образом дорабо-
тать продукты реакции в необходимую сторону, либо в следующий раз нужно брать
больше перекиси.
Выводы - в плане бензойной кислоты способ неудовлетворительный, т.к. требу-
ет дополнительной обработки продукта, либо нужно использовать еще большее ко-
личество Н202, относительно бензальдегида - скорее всего, это основной про-
дукт реакции.
Мета-ксилол
Ранее полученная м-КСК, разбавленная водой и являющаяся результатом обра-
ботки 200 мл ксилола в целом, и имевшая обьем в примерно 400 мл, была нагрета
до +130 С, когда в колбе было обнаружено кипение и начало перегонки, причем
температура в насадке Вюрца составила в том момент +88 Си выросла до +90 Си
стабильно держалась на этой отметке продолжительное время, а при этом массу в
колбе постепенно нагревали сильнее и температура жидкости в колбе в самом
конце синтеза поднялась до +175 С, а жидкость из колбы отгоняли до температу-
ры в насадке Вюрца +96 С, и прекратили отгон, когда было выявлено что нижний
водный слой (расслоение азеотропа воды и мета-ксилола) увеличивается относи-
тельно слоя мета-ксилола, которого больше не становится.
Не имея делительной воронки, дистиллят слили в химстакан и примерно опреде-
лили что объем верхнего слоя мета-ксилола составил 55 мл приблизительно.
Соответственно выход мета-ксилола из м-КСК составил примерно 100% (стоит
учесть что исходное сырье также измеряли химстаканом на глаз), т.е. выход из
м-КСК количественный.
Полученный мета-ксилол имеет своеобразный запах, не очень приятный и отли-
чающийся от запаха отгона из первого эксперимента с 92-93% серной кислотой, и
само собой, отличающийся от запаха исходной покупной смеси ксилолов.
Выводы - следует использовать серную кислоту крепостью 90%, т.к. более вы-
сокие концентрации приводят к сульфированию орто-изомера. Разложение ксилол-
сульфокислоты при +130 С является правильным результатом, т.к. температура
разложения мета-КСК составляет +130...140 С, а температура разложения орто-
КСК это +160 С, что и было также замечено в первом эксперименте с использова-
нием серной кислоты 92-93%.
Толуол реагирует слишком долго, 7 часов это мало, надо думаю часов 12 мини-
мум, возможно сутки. Это для 22,65% азотной к-ты. Скорость перемешивания тоже
будет влиять, к примеру, гомогенная среда будет уменьшать выход по бензальде-
гиду. Я мешал умеренно, без гомогенности, иногда не мешал вообще. Возможно
там еще были бензиловый спирт и альфа-нитротолуол, я не стал их искать,
сколько их и есть ли они. В целом условия располагают к их появлению. Можно
еще поднять температуру и рефлюксить, я не рефлюксил.
Либо брать азеотропную и добавлять по каплям, это с большей степенью веро-
ятности даст бензойную кислоту и альфа-нитротолуол.
Вообще с разбавленной азотной 20-30% хороший пример с окислением о-ксилола
до о-толуиловой кислоты, требует 55 часов рефлюкса и температуры в +130 С,
толуол при моих 90-95 С наверное сутки надо греть...
Стирол даже не знаю, со слабой наверное как минимум бензальдегид, а может и
бета-нитростирол тоже, хотя для нитростирола лучше N02 пробовать.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Электроника
ВСТРАИВАЕМЫЙ СЧЕТЧИК НАРАБОТКИ
По техническому заданию счётчик должен интегрироваться в бытовой прибор.
Все готовые счётчики, попадавшиеся при поиске в продаже, имели встроенный
дисплей или индикатор, что значительно увеличивало габариты.
Итак, счётчик должен быть малогабаритным, запитываться от устройства и
иметь возможность чтения данных наработки в случае необходимости. Прототип
разрабатывал на модуле MiniTiny. Считывать информацию можно любым доступным
переходником USB-Uart. Я использую адаптер UART USB-TTL CH340. Терминальная
программа любая, я использовал Termite.
Алгоритм работы следующий: как только прибор будет включен, питание будет
подано и на счетчик. Программа начнёт отсчитывать время. При отключении уст-
ройства, у микроконтроллера будет до одной секунды, чтобы внести данные в не-
стираемую память. Там они хранятся до следующего включения.
По схеме. Микроконтроллера Attiny13 хватает с избытком. Диод D1 защищает от
ошибочного подключения питания. Два конденсатора и диод D2 — элементы авто-
номного питания, используются для поддержания напряжения на время записи дан-
ных в EEPROM после отключения устройства. Диод D2 служит для развязки от ба-
тареи устройства. Диод D3 служит для развязки от батареи устройства при сня-
тии данных. На делителе R1-R2 узел сигнализации отключения внешнего питания,
по этому сигналу программа вносит последние данные в EEPROM. К разъёму ХЗ
подключается переходник USB-TTL. На схеме есть ещё светодиод, он использовал-
ся для наглядности при проектировании.
++5V
GND
R6
-te*-
-m-
PB5/PCINT5/RESET/ADC0/DW
vcc
PB3/PCINT3/CLKI/ADC3
PB2/PCINT2/SCK/ADC1Я0
PB4/PCINT4/ADC2
PB1/PCINTH/AIN1/OC0B/INT0/MISO
GND
PBO/PCINTO/AINO/OCOA/MOSI
^R4 Jk
TINY13-20SSU
I CM
I —»
GND
Связка MiniTiny и USB-TTL.
Программу писал на Bascom. Среда проектирование "Bascom - AVR IDE".
Bascom — язык программирования микроконтроллеров на базе распространённого
в свое время языке Basic. Пожалуй, это самый простой путь вхождения в про-
граммирование микроконтроллеров.
Скачиваем с официального сайта Freeware версию1 (бесплатная с ограничением
на размер кода до 4 кБ) . После установки оставляем всё по умолчанию, кроме
выбора программатора. Заходим в Options/Programmer выбираем USBASP жмем ОК.
BASCOM-AVR Options
по Л
льн
ту
s Й
Рг]
INH
INH
)Rl
hORl
Compiler | Communication I Environment Simulator Programmer Monitor Printer
RTD
RID*»
1'RTD 7
Programmer
Play sound
USBASP
Erase warning
Program after compile
USBASP
Auto Flash V AutoVerify Upload Code and Data
Set focus to terminal emulator after programming
Clock Frequency I 32 KH
Default
У Ok
X Cancel
В качестве программатора используется USBASP:
https : //www. mcselec. com/index.php?page=shop.product_details&f lypage=shop. f lypage&pro
duct id=86&option=com phpshop&Itemid=l
На прототипе MiniTini установлен разъем для программатора, что облегчает
его подключение:
Программа для счетчика наработки:
$regfile = "attinyl3.dat"
$hwstack =16
$swstack =16
$framesize =16
$crystal = 9600000
Open "comb.3:9600,8,n,l" For Output As #1 !Порт для ТХ микроконтроллера
Open "comb.4:9600,8,n,l" For Input As #2 !Порт для RX микроконтроллера
Config IntO = Falling
On into Zapis
Enable Interrupts
Enable IntO
Config Pinb.l = Input : Ind_pitan Alias Pinb.l 'порт для индикатора внешнего питания
Config Portb.O = Output : Led Alias Portb.O : Led=0 'порт для светодиода
'Объявление переменных
Dim narabotka as long 'наработка
Dim E_Narabotka As Eram long 'наработка EEPROM
Dim Cmd As String * 9 'для считывания приходящего в контроллер слова
Narabotka = E_narabotka 'первым делом считываем значение из EEPROM
Prover:
Do
wait 1
if Ind_pitan = 1 then incr Narabotka 'при веншнем питании инкрементируем одну
наработку на секунду
Input #2, Cmd
If Cmd = "Наработка" Then Print #1, "Наработка=" ; Narabotka 'если поступает за-
прос микроконтроллеру "Наработка", он возвращает актуальное значение
toggle led
Loop
Zapis: ' по прерыванию (отсутствию внешнего питания) экстренно вносим данные в EPROM
E_Narabotka = Narabotka
Return
При включении устройства питание приходит на АТТ±пу13, программа запускает-
ся. Считываются данные из EEPROM. При самом первом включении там будут нули.
Затем мы попадаем в основной цикл, где первым условием проверяется, откуда
приходит питание на микроконтроллер. Если от батареи бытового устройства, то
счётчик наработки инкрементируется. Вторым условием проверяется наличие за-
проса на считывание данных. Если устройство подключено к USB-TTL, и из терми-
нала поступает команда "наработка", микроконтроллер возвратит значение "Нара-
ботка=ххххххп. Значение даётся в секундах. Можно это всё обработать в удобо-
варимые часы и минуты силами микроконтроллера.
г
^3 Termite 3.4 (by CompuPhase)
[ СОМ20 9600 bps, 8N1, no handshake
] Settings ,
1 Clear 1
1 <=>
i About
ll-O^ll
Close 1
Наработка =65:И9 1
Наработка
I
[4-J I 1
^^^^^^^^^^^^л
В целях защиты можно после прошивки отключить ножку "Reset" микроконтролле-
ра навсегда утратив возможность изменения данных в памяти микроконтроллера.
Можно использовать блютуз модуль типа "НС-05/06". В этом случае считывание
данных можно проводить без разбора устройства. Достаточно предварительно про-
писать в блютуз модуле понятное имя и при считывании просто подключиться к
нему при помощи смартфона. Очень удобно использовать приложение Serial
Bluetooth Terminal, имеющее большое количество всевозможных настроек. В ка-
ких-то случаях этот вариант вполне может быть востребован.
MiniTiny и блютуз модуль НС-06.
СЕМИСЕГМЕНТНЫИ ИНДИКАТОР
Конструктивно светодиодный семисегментный индикатор представляет собой кор-
пус со светопрозрачными сегментами, под которыми расположены светодиоды. Све-
тодиоды могут подсвечивать разную комбинацию сегментов.
Сегменты принято обозначать буквами от А до G, как показано на рисунке. Ин-
дикаторы могут оснащаться восьмым сегментом - десятичная точка (decimal
point), обозначается как DP или Н.
А
о
и
в
-О1
и.
DP,H
Как правило, светодиоды в таких индикаторах объединяют катодами или анода-
ми. Получаются индикаторы с общим катодом (ОК) или общим анодом (ОА).
А
ОА
—• • •—•—•-
tiii
\ 1 В | С | D | Е 1 F | G | Н |
ОК
Рассмотрим индикатор с общим анодом. Для управления таким индикатором на
его общем аноде необходимо обеспечить положительный потенциал. Чтобы получить
требуемый символ, на определенную комбинацию катодов необходимо подать отри-
цательный потенциал. Остальные выводы можно оставить неподключенными.
+
#
$$$$$$$ F
D | Е
X X X X X
Комбинацию состояний светодиодов для отображения требуемого символа на ин-
дикаторе удобно кодировать байтами, так как светодиодов в индикаторе 8 и би-
тов в байте тоже 8. Способ кодирования зависит от схемы подключения индикато-
ра.
Пускай индикатор будет подключен через сдвиговый регистр 74НС595. Так как
индикатор состоит из светодиодов, необходимо ограничивать их рабочий ток. Са-
мый простым способом является использование токоограничивающих резисторов. В
этом кроется основное преимущество светодиодного индикатора перед другими, мы
получаем очень просто драйвер, фактически это любая TTL-совместимая микросхе-
ма и горстка резисторов. Но тут же кроется и недостаток — большой потребляе-
мый ток. Зато внешняя подсветка для индикатора тоже не нужна.
RG—»•
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q7*
1С. R1-R8
±Э
1
2
3
4
5
6
7
8
А
В
С
D
Е
F
G
Н
LED
п
U о
ОА
Резисторы обязательно включать последовательно с каждым сегментом индикато-
ра. Использовать один общий резистор со стороны анода категорически нельзя!
Сопротивление резисторов нужно подобрать так, чтобы обеспечивалась необходи-
мая яркость сегментов, и рабочий ток не превышал предельного значения.
Для включения требуемого сегмента при условии, что общий анод подключен к
плюсу питания, на вывод сдвигового регистра необходимо записать логический
ноль. Это установит низкий электрический уровень. Между анодом и катодом све-
тодиода в сегменте возникнет положительная разница потенциалов, светодиод
начнет светиться.
Для выключения сегментов на выходы регистра необходимо записать логические
единицы. При этом на анодах и катодах будет установлен потенциал, близкий к
напряжению питания. Разности потенциалов между выводами светодиодов не будет,
светодиоды не будут светиться.
Согласно выбранной схеме подключения сегментов индикатора к выходам регист-
ров позиция битов в байт-коде может определяться, как показано на рисунке ни-
же.
Семисегментный код
+
1
^ЩШШ^-
bit7
Н
1
bite
G
1
bit5
F
1
bit4
E
1
bit3
D
1
bit2
С
0
bitl
В
0
bitO
A
1
RG—>
QO
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q7*
1SR23-
-R16
1 1
3 '
1 1
л 1 '
1 1
1 1
С ' '
1 1
7 ' '
/ | 1
8
A
В
С
D
E
F
G
H
LED
П
U о
од
Давайте попробуем составить семисегментный код для отображения цифры 0 на
индикаторе. Для этого необходимо включить светодиоды сегментов А, В, С, D, Е,
F. Сегменты G и Н должны быть выключены. Соответственно, на выводах сдвигово-
го регистра QO - Q5 необходимо установить уровни логического нуля, а для вы-
водов Q6 и Q7 - необходимо установить единицы.
+
ОА
ЖЖЖФФФФФ
G | Н
X X
Составим семисегментный код, который необходимо записать на выводы сдвиго-
вого регистра для отображения символа, обозначающего цифру 0.
Ж
+
Семисегментный код
fM
bit7
Н
1
bit6
G
1
bit5
F
0
bit4
E
0
bit3
D
0
bit2
С
0
bitl
В
0
bitO
A
0
RG-
Q6
Q7
Q7*h^
15
R23-R16
LED
OA
Использовать семисегментные коды в двоичном формате не очень удобно. С по-
мощью стандартного калькулятора Windows можно преобразовать полученную двоич-
ную комбинацию в другие представления чисел. Для более точной интерпретации
сегментного кода рекомендую представлять его в шестнадцатеричном формате.
Калькулятор
П Обычный
Д Инженерный
\& Построение графиков
</> Программна
Q Вычисление даты
Преобразователь
Ш Валюта
ф Объем
— Программист
1100 0000
HEX CO
DEC 192
ОСТ 300
0 BIN | 1100 0000 J
*• WORD MS I
HEX
DEC
OCT
BIN
CO
192
300
1100 0000
О On|
рограмме
Если откинуть точку, т.к. она не влияет на общий вид отображаемого символа,
то семибитный код дает нам 128 различных комбинаций символов для отображения
на индикаторе. В зависимости от схемы подключения и выбранного типа кодирова-
ния, семисегментные коды для этих символов могут отличаться. Но их количество
и внешний вид всегда будет конечным.
О 1 2 3 4 5 6 7 S 9 10 11 12 13 14 15
BHGbe^EbRHRhPHFh
16 17 18 19
9d5b
32 33 34 35
3 d о о
48 49 50 51
3dDD
64 65 66 67
П 1 1 Г 1
U U U U
80 81 82 S3
П 1 1 Г 1
J J J J
96 97 98 99
И 1 "
u u u u
112 113 114 115
И 1 "
J J J J
20 21
О U
36 37
3d
52 53
3 J
68 69
П 1 1
l_ L
84 85
П 1 1
100 101
И 1
L (_
116 117
"1 1
22
С
54
70
Г
(_
86
Г
102
L
118
23
L
39
С
55
71
1
L
87
1
103
L
119
24 25 26 27
44SS
40 41
dd
56 57
dd
72 73
П 1 1
1 1 1 1
88 89
П 1 1
1 1
104 105
~l 1
1 1 1 1
120 121
~l 1
1 1
42
П
58
~l
74
Г
1 1
90
Г
1
106
1 1
122
1
43
п
59
~l
75
1
1 1
91
1
1
107
1 1
123
1
28 29 30 31
О U С l_
44 45 46 47
ddFr
60 61 62 63
3 J Z _
76 77 78 79
П 1 1 Г 1
1 1 1 1
92 93 94 95
П 1 1 Г 1
108 109 110 111
~l 1 "
1 1 1 1
124 125 126 127
П 1 "
Но не все из возможных байт-кодов могут быть пригодны для отображения ин-
формации. Для индикации десятичных и шестнадцатеричных цифр могут быть ис-
пользованы следующие коды:
64 121 36 48 25
8
70
HLI
D 1_
18
120
16
33
dh
14
С
I
Также семисегментные индикаторы позволяют отображать ограниченное количест-
во латинских букв, из которых можно составить слова, пригодные в работе неко-
торых приборов:
12 71
17
18 6 7
9 64 65 47
PL НУ
18 7 64 12
SEOP
71 64 64 12
1 П П П
LUUT
5ЕЬ
47 6 18 6 7
rESEE
70 71 6 8 47
ELERr
12 8 65 18 6
PRUSE
E
47 47 35 47
г г о г
64 72
п п
U I I
64 14 14
OFF
6 72 7 6 47
ЕПЕЕг
64 12 6 72
ппгп
Ur til
70 71 64 18 6 33
ELNBEd
7 121 64 28 70
L I П О Г
С I U L
н
11
1
h
3
ь
70
Г
L
12
п
U
35
1 1 ,_
u г
99 47
our
47
Г
99
U
8
6 8 10
ERR
7
С
18 7 6
PRE.bE
12 8 18 7
PR5E
70 64 72 72 6 70 7
ГПППГГ1
L U I I I I t L t
Наверняка на просторах интернета можно найти готовые программы для кодиро-
вания картинок в программный код на Си. Но я предлагаю проделать это само-
стоятельно с использованием редактора электронных таблиц Excel. Этот способ
позволит получать коды не только для семисегментных индикаторов, но и для лю-
бых других.
Я считаю, что хорошая визуализация очень помогает в работе. Это позволяет
сократить количество возможных ошибок. Поэтому ячейки таблицы я оформляю мак-
симально похоже на семисегментный индикатор.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
А
В
F
Е
С
А
G
D
D
В
С
Е
F
Для этого можно объединять соседние ячейки, менять их размеры, установить
видимые границы и залить ячейки серым цветом. Все это можно сделать через ко-
манду меню: Главная / Формат / Формат ячеек.
исоды-xtsx - Excel
Вставка Разметка страницы Формулы Данные Рецензирование Вид Справка Q Что вы хотите сделать?
Я Общий доступ
Ft и в и
1
2
3
4
5
6
I
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
1S
-<1
]b v. | f¥. К Ч •
A BCD
f
!
Д
G
D
t I G Н
В
С
1 J К L
''/'-./•nfclHU^
VI N О
, ■ Б,мви,ь - I - /. v
."::;r!::c=ji>i--p—] l:rr
Р Q
Видимость
Упорядочить ЛИСТЫ
| ^^> 1 — Форчмт $уеек... 1
■ВГ.,1 Н,1ИТИ И
W -
^BwpJ»HHW4>tJ
[mZZ^ZZ]^
Вирмниалние Шрифт
l»»<MM„f J
с
о
Далее немного оживим изображение индикатора. Сделаю так, чтобы сегменты ме-
няли цвет на красный при заполнении. Для этого с зажатой кнопкой "Ctrl" выде-
лю все ячейки, которые представляют собой сегменты индикатора. На вкладке
"Главная" необходимо выбрать меню: Условное форматирование / Правила выделе-
ния ячеек / Равно...
.тавоть 1_1ж к
Семисегментные Ko/urfjdsx - Excel
Рецензирование Вид Справка Q Чт<
Объединить и поместить в центре •
Ф
Условное
юрматирование
aopvan-ipoBJTB
op н: ров к j На и
,< .;.и.гнтр • КыДй;
Правила выделения ячеек I
А Ь ■. Г' Ь Y
отбора первых и последних значении
^Х
Наборы значков
Текст содерж
В диалоговом окне "Равно" в поле для ввода введу единицу. В принципе, это
может быть любой другой удобный для вас символ.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
А
В
F
Е
С
А
G
D
D
В
С
Е
L М
Форматировать ячейки, которые РАВНЫ:
С
D'
О
♦ |с Светло-красная заливка и темно-красный текст
ОК Отмена
Работать это должно примерно так, как показано на картинке. Если в ячейку
ввести единичку, она окрасится в красный. Не заполненные ячейки останутся се-
рыми . Согласитесь, что вероятность перепутать включаемые сегменты так будет
значительно ниже.
СУММ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
А В С D Е
А
=С2
Е
1
G
1
1
1
В
С
А= =С2
В =
С =
D =
Е =
Е =
G =
Н -
1
1
0
0
1
1
0
D
Теперь составим формулу, которая на основе изображения сформирует эквива-
лентный шестнадцатеричныи код. Для удобства составлю таблицу, которая будет
дублировать состояние сегментов. Сегмент Н будет отвечать за точку, в семи-
сегментных кодах пусть он будет постоянно выключен.
Н2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
[ =HE(G2) ]
С
А
G
G Н
Значение Состояние бита № разряда
А =
В =
С =
D =
Е =
F =
G =
Н =
0
0
0
0
0
0
0
0
с
ИСТИНА
ИСТИНА
ИСТИНА
ИСТИНА
ИСТИНА
ИСТИНА
ИСТИНА
ИСТИНА
J
0
1
2
3
4
5
6
7
Напомню, что, согласно выбранной мной схемы подключения, сегмент А должен
быть закодирован в нулевом разряде семисегментного кода. Причем, для включе-
ния сегмента в разряд нужно записать ноль.
Преобразование числа из двоичной системы счисления в десятичную буду произ-
водить следующим образом: каждый разряд числа умножу на вес соответствующего
разряда. Чтобы определить вес разряда, нужно двойку возвести в степень его
позиции в байте.
СУММ
V
./'■
А В С D Е
1
Н
3
4 F
5
6
7
8 Е
9
10
11
А
G
D
В
С
=СТЕПЕНЬ(2;12)
СТЕГЕНЬ>/с-с
I
степень Н
Значение Состояние бита
А- 0 ИСТИНА
В= 0 ИСТИНА
С= 0 ИСТИНА
D = 0 ИСТИНА
Е = 0 ИСТИНА
F = 0 ИСТИНА
G = 0 ИСТИНА
Н = 0 ИСТИНА
I J
№ разряда Вес
[ ЦЬ(2;12) Ц
1 Y
2 4
3 8
4 16
5 32
6 64
7 128
К
Далее, умножу вес бита на его двоичное значение, чтобы получить десятичное
значение бита.
СУММ
А
1
2 |
3
4
5
6
7
8
9
10
11
В
F
Е
С
А
G
D
D
Е
В
С
F
А =
В =
С =
D =
Е =
F =
G =
Н =
G Н
Значение Состояние бита
0[ ИСТИНА
О* ИСТИНА
0 ИСТИНА
0 ИСТИНА
0 ИСТИНА
0 ИСТИНА
0 ИСТИНА
0 ИСТИНА
I
№ разряда Вес
I о!
l"
2
3
4
5
6
7
J К
Значение бита
lf=H2*J2 |
2 2
4 4
8 8
16 16
32 32
64 64
128 128
L
Далее суммирую значения всех разрядов, чтобы получить общий код в десятич-
ном формате.
N2
1
2
э
4
5
6
7
8
9
10
11
А В
Е
Е
С
А
G
D
D Е
В
С
1 =СУММ(К2:К9)1
F G Н
Значение Состояние бита
А = 0 ИСТИНА
В = 0 ИСТИНА
С = 0 ИСТИНА
D = 0 ИСТИНА
Е = 0 ИСТИНА
F = 0 ИСТИНА
G = 0 ИСТИНА
Н = 0 ИСТИНА
1
№ разряда Вес
0
1
2
3
4
5
6
7
К L
Значение бита
1 1
2 2
4 4
8 8
16 16
32 32
64 64
128 128
М N
Код £255
(
и
Преобразуем десятичный код в шестнадцатеричный.
N3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
А В
F
Е
С
А
G
D
D Е
В
С
/■ Qaec.b.ujecth(N27]
F G Н
Значение Состояние бита
А = 0 ИСТИНА
В = 0 ИСТИНА
С = 0 ИСТИНА
D= 0 ИСТИНА
Е = 0 ИСТИНА
Г- 0 ИСТИНА
G- 0 ИСТИНА
Н = 0 ИСТИНА
I
№ разряда Вес
0
1
2
3
4
5
6
7
К L
Значение бита
1 1
2 2
4 4
8 8
16 16
32 32
64 64
128 128
М
Код = 2
HEX 47
N (
В соседней ячейке получу значение в формате шестнадцатеричнохю числа для
программы на Си.
N4
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
А В
F
Е
С
А
G
D
D Е
В
С
Г ="0х" & N3 1
F G Н
Значение Состояние бита
А = 0 ИСТИНА
В = 0 ИСТИНА
С = 0 ИСТИНА
D- 0 ИСТИНА
Е = 0 ИСТИНА
F = 0 ИСТИНА
G = 0 ИСТИНА
Н = 0 ИСТИНА
1
№ разряда Вес
0
1
2
3
4
5
6
7
К L
Значение бита
1 1
2 2
4 4
8 8
16 16
32 32
64 64
128 128
М N С
Код = 255
HEX = FF
для Си [OxFF J
Копипастим полученную табличку необходимое количество раз. Далее можно при-
ступать к формированию семисегментных кодов.
1
4
5
6
7
8
9
1С
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
А
F
Е
В
1
1
F
Е
F
Е
1
С
А
1
G
1
D
А
G
D
Л
1
G
1
1
D
D
1
1
Е
В
С
1
в
с
1
в
с
F G Н
Значение Состояние бита
А = 1 ЛОЖЬ
В = 1 ЛОЖЬ
С = 1 ЛОЖЬ
D= 1 ЛОЖЬ
Е = 1 ЛОЖЬ
F = 1 ЛОЖЬ
G = 0 ИСТИНА
Н = 0 ИСТИНА
Значение Состояние бита
А = 0 ИСТИНА
В= 1 ЛОЖЬ
С = 1 ЛОЖЬ
D= 0 ИСТИНА
Е = 0 ИСТИНА
F= 0 ИСТИНА
G = 0 ИСТИНА
Н = 0 ИСТИНА
Значение Состояние бита
А = 1 ЛОЖЬ
В= 1 ЛОЖЬ
С= 0 ИСТИНА
D = 1 ЛОЖЬ
Е = 1 ЛОЖЬ
F = 0 ИСТИНА
G = 1 ЛОЖЬ
Н = 0 ИСТИНА
1
№ разряда Вес
0
1
2
3
4
5
6
7
№ разряда Вес
0
1
2
3
4
5
6
7
№ разряда Вес
0
1
2
3
4
5
6
7
К
Значение бита
1 0
2 0
4 0
8 0
16 0
32 0
64 64
128 128
Значение бита
1 1
2 0
4 0
8 8
16 16
32 32
64 64
128 128
Значение бита
1 0
2 0
4 4
8 0
16 0
32 32
64 0
128 128
М N
Код = 192
НЕХ= СО
для Cv\ ОхСО
Код= 249
НЕХ= F9
для Си 0xF9
Код= 164
HEX= А4
для См 0хА4
О
Мой итоговый вариант выглядит вот так. Я перенес вычисления кодов на от-
дельную страницу. И в результате получаю готовую строку — инициализатор для
программы на Си.
R11 - ' =,,= [,МоаИ6&^,,&Код!Пь&^,,&ЧодИ?6&,7&Кпл!^6&^,'&^
А В С D E F G H I J К L М N О Р Q R STUV W X Y Z AA AB ACADAEAF AG AHAIAJAK AL A^AN АО АР AQ AR AS AT AU AV А\Л / <
1A A A AAA AA A A
2
4 F
5
6
7
8 F
9
10
1
1
1
G
1
1
1
В
С
F
F
G
1
1
R
С
F
F
1
G
1
1
1
R
С
F
F
1
G
1
1
1
1
R F
С F
1
G
1
1
1
В
С
F
F
1
1
G
1
1
1
R
С
F
F
1
1
1
G
1
1
1
R
С
F
1
G
1
1
R
С
F
F
1
]
1
G
1
1
1
1
R
С
F
F
1
1
G
1
1
1
1
1?
11 H0xC0,0xF9,0xA4,0xRO,OxO9,0x9?,0x8?,0xF8,0x80,0xc>0};
14
Индикация Код
Если вам известен принцип работы сдвигового регистра 74НС595, вы можете
смело пропустить этот раздел и перейти к следующему, в котором будет рассмот-
рено непосредственно программирование.
Управление сдвиговым
регистром 74НС595
Если вам известен принцип работы сдвигового регистра 74НС595, вы можете
смело пропустить этот раздел и перейти к следующему, в котором будет рассмот-
рено непосредственно программирование.
11
13
10
<
О
3
Усс^-
14
74НС595
11
10
SER
SCK
4SCL
12
13
RCK
^0Е_
RG
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q7*
15
R1-R7
LED
ОА
-> Vcc
Микросхема 74НС595 представляет собой последовательный синхронный сдвиговый
регистр, который преобразует последовательный код, поступающий на вход SER, в
параллельный код на выходах Q0 - Q7.
Синхронизация записи последовательного кода осуществляется подачей строби-
рующих импульсов на вход SCK. А вход RCK управляет обновлением выходов Q0-Q7.
Это позволяет изменять состояние выходных сигналов Q0 - Q7 одновременно.
Обратите внимание, что бит последовательного кода, записываемый на вход ре-
гистра первым, оказался установлен на старшем выходе Q7.
Au
A ::::::: :
SER KbitoXbiUXbit2Xbit3^
SCK
RCK
QO
Ql
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
i I-;::: :t
1 Г 1 Г 1 1 Г 1 1 Г 1 1 Г 1 1 Г 1 1 Г 1 1 Г 1 ^
: i : i i i i it
bitO ! 1 ! I ! bityj t>
! bitO i i I j bit6it
i bitO : 1 bit5i t^
i i ; bitO : i i bit4jt
! i ; ! bitO i 1 bit3! t^
; ; ; bit© i bit2! t^
i i i i bitO bitljt
i 1 1 1 1 I i Ibitolt
t
Для экспериментов буду использовать Proteus. Схема эксперимента представле-
на на рисунке.
PC0/ADC0O >
PC1/ADC1 5
PC2/ADC2 Z
PC3/ADC3
PC4/ADC4/SDA
PC5/ADC5/SCL.
PB5/SCK
PB4/MISO
» PB3/MOSI/OC2A
-РВ2/ОС1В
- РВ1/ОС1А
PB0/ICP1/CLKO
PD7/AIN1
- PD7/AIN1
~ PD5/T1/OC0B
PD4/T0/XCK
- PD3/INT1/OC2B
PD2f\U10
PD1/TXD
PD0/RXD
11
14
12
10
13
U1
frSH_CP
DS
bSY CP
MR
OE
74HC595
QO
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q7
15
R1 -R8
360
ARDUINOUNO
Первым делом с помощью директивы макроопределения в программе обозначу вы-
воды микроконтроллера, к которым подключен сдвиговый регистр.
//
//Выходы для управления регистром
#define DATA 11
#define CLK 13
#define UPDATE 10
В функции "loop()п настрою эти выводы для работы на выход.
//
//настройка периферии микроконтроллера
void setup() {
pinMode (DATA, OUTPUT) ;
pinMode(CLK,OUTPUT) ;
pinMode (UPDATE , OUTPUT) ;
}
Для управления сдвиговым регистром перед функцией "loop()" объявим функцию
nshift()n. Во входных параметрах функции будем передавать данные, для записи
в регистр.
//
//Запись данных в регистр
void shift(uint8_t data){
}
Для последовательной передачи данных в теле функции организуем цикл "for".
Счетчик "bitNum" в цикле будет определять номер бита переменной "data", от-
правляемый на вход регистра. Передачу данных начнем со старшего бита, чтобы
он оказался на выходе Q7.
//
//Запись данных в регистр
void shift(uint8_t data){
//последовательный сдвиг 8 бит
for(uint8_t bitNum = 7; bitNum < 8; —bitNum) {
}
}
Счетчик "bitNum" объявлен как целое без знака. Счет ведется в обратную сто-
рону. При очередном вычитании из счетчика единицы, когда его значение было
равным нулю, произойдет его переполнение. Новое значение счетчика станет рав-
ным 255. Это больше 8. Условие цикла не выполнятся, и цикл будет завершен.
Для записи бита на вход регистра в тело цикла поместим оператор проверки
условия "if". Он будет проверять состояние бита по номеру в переменной
"bitNum", и устанавливать соответствующее значение на входе регистра.
//
//Запись данных в регистр
void shift(uint8_t data){
//последовательный сдвиг 8 бит
for(uint8_t bitNum = 7; bitNum < 8; —bitNum) {
//проверка бита
if (data & (l«bitNum) ) digitalWrite (DATA,HIGH) ;
else digitalWrite (DATA,LOW) ;
}
}
Немного сократим эту запись. Дело в том, что функция "digitalWrite () " уже
содержит внутри проверку истинности своего второго входного параметра. Это
позволяет обойтись без внешней проверки, а условие из нее сразу передать как
входной параметр. Получается, на выводе микроконтроллера будет установлен
низкий логический уровень, если в результате выполнения команды "data &
(l«bitNum)" получается ноль. При любом ненулевом результате, функция
"digitalWrite()" запишет в порт логическую единицу.
//
После установки значения на входе данных регистра, в теле цикла необходимо
сформировать один стробирующии импульс записи. А после 8-ми бит данных пода-
дим одиночный импульс для переключения выходной защелки.
//
//Запись данных в регистр
void shift(uint8_t data){
//последовательный сдвиг 8 бит
for(uint8_t bitNum = 7; bitNum < 8; —bitNum) {
//проверка бита
digitalWrite (DATA,data & (l«bitNum) ) ;
//строб записи
digitalWrite(CLK,HIGH);
digitalWrite(CLK,LOW);
}
//обновление выходов регистра
digitalWrite (UPDATE, HIGH) ;
digitalWrite (UPDATE, LOW) ;
}
На этом наша функция завершена. Остается проверить ее работоспособность.
Вызовем функцию "shift()" из функции п1оор()п. В качестве входного параметра
передадим семисегментный код семерки... на удачу.
//
//супер цикл
void loop() {
shift(0xF8);
}
Полный скетч:
//Выходы для управления регистром
#define DATA 11
#define CLK 13
#define UPDATE 10
//
//Запись данных в регистр
void shift(uint8_t data){
//последовательный сдвиг 8 бит
for(uint8_t bitNum = 7; bitNum < 8; —bitNum){
//проверка бита
digitalWrite(DATA,data & (l<<bitNum));
//строб записи
digitalWrite(CLK,HIGH);
digitalWrite(CLK,LOW);
}
//обновление выходов регистра
digitalWrite (UPDATE, HIGH) ;
digitalWrite (UPDATE, LOW) ;
//
//настройка периферии микроконтроллера
void setup() {
pinMode (DATA, OUTPUT) ;
pinMode(CLK,OUTPUT) ;
pinMode (UPDATE, OUTPUT) ;
}
//
//супер цикл
void loop() {
shift(0xF8) ;
}
Для проверки результатов кодирования семисегментных кодов решим несложную
задачку. Разработаем программу таймера на 10 секунд, который будет осуществ-
лять прямой счет, как показано на рисунке.
Воспользуемся схемой из предыдущего раздела. Сдвиговый регистр подключен к
выходам аппаратного модуля SPI, который осуществляет синхронную передачу дан-
ных и отлично подходит для этих целей. Как работает SPI на ARDUINO вы можете
почитать по ссылке на официальном сайте.
Для работы с SPI интерфейсом в программе необходимо подключить встроенную
библиотеку <SPI.h>.
//
//для работы с SPI интерфейсом
#include <SPI.h>
Семисегментный код, который был сгенерирован в Excel, разместим в массиве
так, чтобы его нулевой элемент содержал код нуля, а старший элемент — код де-
вятки .
//
//массив семисегментных кодов
uint8 t segmCode[]={OxCO,0xF9,0xA4,OxBO,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};
Сдвиговый регистр 74НС595 имеет быстродействие выше, чем тактовая частота
микроконтроллера. Поэтому он будет работать при любых настройках скорости пе-
редачи данных по SPI, и ни каких особых настроек для SPI мы использовать не
будем.
//
//настройка периферии микроконтроллера
void setup() {
SPI.begin();
digitalWrite(SS,LOW);
}
Фоновая программа будет содержать один цикл "for", который с интервалом в
одну секунду поочередно запишет в регистр очередной семисегментный код.
//
//супер цикл
void loop() {
//считаем от нуля до десяти
for(uint8_t i = 0; i < 10; ++i){
//запись в регистр кода по номеру i
SPI.transfer(segmCode[i]);
//обновляем выходы сдвигового регистра
digitalWrite(SS,HIGH);
digitalWrite(SS,LOW);
//пауза для отображения цифры
delay(1000);
}
}
Полный скетч:
//для работы с SPI интерфейсом
#include <SPI.h>
//
//массив семисегментных кодов
uint8_t segmCode[]={0хС0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};
//
//настройка периферии микроконтроллера
void setup() {
SPI.begin();
digitalWrite(SS,LOW);
}
//
//супер цикл
void loop() {
//считаем от нуля до десяти
for(uint8_t i = 0; i < 10; ++i){
//запись в регистр кода по номеру i
SPI.transfer(segmCode[i]);
//обновляем выходы сдвигового регистра
digitalWrite(SS,HIGH);
digitalWrite(SS,LOW);
//пауза для отображения цифры
delay(1000);
}
}
Этот программный код не имеет прикладного смысла. Единственная его задача
заключалась в том, чтобы проверить правильность кодирования семисегментного
кода.
Вывод
десятичного
числа
Семисегментные дисплеи используются для вывода десятичных чисел чаще всего.
Давайте попробуем решить задачку, связанную с этим. Аналогично предыдущему
примеру, выведем на семисегментный дисплей счетчик, но в этот раз пусть он
считает до одной минуты.
Для решения поставленной задачи нам понадобится увеличить количество инди-
каторов в схеме. Второй индикатор также подключим через сдвиговый регистр. А
регистры будут включены последовательно друг за другом.
PC0/ADC0O <
PC1/ADC1 -
PC2/ADC2 Z
PC3/ADC3
PC4/ADC4/SDA
PC5/ADC5/SCI
aRDUINOUNl
PB5/SCK
PB4/MI30
PB3/M03I/OC2A
-РВ2/0С1В
~ РВ1/0С1А
PB0/ICP1/CLKO
PD7/AIN1
- PD7/AIN1
- PD6/T1/OC0B
PD4/TO/XCK
' pd3/int1/oc2b
pd2/into
PD1/TXD
PDO/RXD
Пускай верхний индикатор будет отображать десятки секунд, а нижний — едини-
цы секунд.
После того, как схема модифицирована под условия новой задачи, можно при-
ступать к программированию.
Сперва, изменим диапазон счета для цикла "for", теперь он будет считать до
60 секунд.
//считаем от нуля до 60 секунд
for(uint8_t i = 0; i < 60; ++i){
Так как сдвиговые регистры включены последовательно, т.е. выход первого ре-
гистра подключен ко входу второго, первым делом нужно записывать единицы се-
кунд , а за ними значение десятков.
//запись в регистр единицы секунд
SPI.transfer(segmCodefi % 10]);
//запись в регистр десятка секунд
SPI.transfer(segmCodefi /10 % 10]);
Операция "i % 10" возвращает остаток от деления счетчика i на основание де-
сятичной системы счисления, таким образом производится выделение младшего де-
сятичного разряда. Для выделения десятков мы сперва выполняем сдвиг счетчика
влево путем деления на основание системы счисления "± /10й, и затем выделяем
десятки секунд из младшего разряда получением остатка от деления.
Для примера возьмём 1=34. Тогда для "±%10" получится, что 10 помещается в
34 целиком 3 раза, в остатке остается 4. Затем выполним операцию "34/10". При
целочисленном делении получаем результат, аналогичный сдвигу вправо на один
десятичный разряд. То есть тройка «переезжает» в разряд единиц, дробная часть
откидывается. Операцию "34/10%10" целиком можно не выполнять, если вы гаран-
тируете, что значение переменной никогда не будет иметь значимый разряд со-
тен.
Обратите внимание на то, как происходит преобразование десятичного числа в
эквивалентный семисегментный код. Команда типа "segmCode[± % 10] " фактически
производит табличную подстановку. Массив "segmCode" заполнен таким образом,
что в его нулевом элементе размещен семисегментный код нуля, в первом — еди-
ницы , во втором — двойки, и так далее. Получается, что на сам индикатор мы
выводим не десятичное число, а элемент массива перекодировки по индексу, ко-
торый определяется этим десятичным числом.
Полный скетч:
//для работы с SPI интерфейсом
#include <SPI.h>
//
//массив семисегментных кодов
uint8_t segmCode[]={OxCO,0xF9,0xA4,OxBO,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};
//
//настройка периферии микроконтроллера
void setup() {
SPI.begin();
digitalWrite(SS,LOW);
}
//
//супер цикл
void loop() {
//считаем от нуля до 60 секунд
for(uint8_t i = 0; i < 60; ++i){
//запись в регистр единицы секунд
SPI.transfer(segmCode[i % 10]);
//запись в регистр десятка секунд
SPI.transfer(segmCode[i /10 % 10]);
//обновляем выходы сдвигового регистра
digitalWrite(SS,HIGH);
digitalWrite(SS,LOW);
//пауза для отображения цифры
delay(1000);
}
while(1);
}
Давайте немного доработаем наш код так, чтобы можно было отображать на ин-
дикаторе десятичные числа с необходимым количеством десятичных разрядов. Для
этого эксперимента дополним схему, еще раз увеличив количество сдвиговых ре-
гистров и индикаторов.
ARDUINO UNO
12
13
14
13
X"
12
10
_г
14
X
U1
SH_CP
DS
ST CP
MR
OE
74MC595
U2
74HC595
U2
^SH_CP
DS~
ST CP
MR
OE
74HC5&3
U4
^SH_CP
DS
*ST_CP
MR
OE
QO
01
02
03
04
05
06
07
07'
SH CP
DS
ST CP
MR
OE
00
Q1
Q2
03
04
05
oe
07
07'
00
01
02
03
04
05
06
07
07'
00
Q1
Q2
03
04
05
06
07
07*
R1 -R7
R8-RI4
74HC505
Увидев такое количество микросхем, вы можете спросить, почему бы не перейти
на динамическую индикацию. Конечно, динамический способ имеет ряд неоспоримых
плюсов. Но от динамической развертки может рябить в глазах. Если устройство
индикации подвижно, в том числе испытывает вибрации, динамическая развертка
может «рассыпаться». Тот же эффект возможен и в случае, если подвижно не уст-
ройство индикации, а сам наблюдатель. Поэтому в важных приложениях я стараюсь
динамическую развертку избегать. А если вы переживаете за площадь печатной
платы, используйте корпуса типа TSS0P или QFN. Они прекрасно помещаются под
семисегментным индикатором и не занимают дополнительную площадь.
Условимся, что сдвиговый регистр «в хвосте» будет отображать единицы, т.е.
младший десятичный разряд. Индикаторов в нашей схеме стало больше, и их коли-
чество фактически будет определять только здравый смысл.
Для вывода десятичного числа на индикаторы напишем функцию
ffdecimalTo7segm() " .
//
Через входные параметры функция ffdecimalTo7segm() " получает непосредственно
само десятичное число ffuint32_t dec" . Входная переменная не обязательно долж-
на быть 32-х разрядной, это будет зависеть от ваших потребностей. Если вам не
нужно выводить слишком большие числа, ограничьте ее 16-ю или 8-ю разрядами,
применив соответствующие типы данных. Количество доступных для отображения
цифр индикаторов в функцию будет передавать входная переменная
"numberOfDigits". Ну а логика работы функции должна быть понятна из коммента-
риев к коду.
Остается вызвать функцию ffdecimalTo7segm() " из "loopO". Для удобства про-
верки работоспособности, передам значение 1234 и укажу количество индикаторов
как 4 .
//
//супер цикл
void loop() {
//вывод десятичного числа
decimalTo7segm(1234, 4);
while(1);
}
Полный скетч:
//для работы с SPI интерфейсом
#include <SPI.h>
//
//массив семисегментных кодов
uint8_t segmCode[]={OxCO,0xF9,0xA4,OxBO,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};
//
//вывод десятичного числа произвольной разрядности
void decimalTo7segm(uint32_t dec, uint8_t numberOfDigits) {
for(; numberOfDigits; --numberOfDigits){
//запись очередного семисегментного кода
SPI.transfer(segmCode[dec%10]);
//десятичный сдвиг вправо
dec /= 10;
}
//обновляем выходы сдвигового регистра
digitalWrite(SS,HIGH);
digitalWrite(SS,LOW);
}
//
//
//супер цикл
void loop() {
//вывод десятичного числа
decimalTo7segm(1234, 4);
while(1);
}
Я лично не являюсь сторонником использования классов для программирования
микроконтроллеров. Но кого интересует оптимизация кода, если мы используем
Arduino? Все-таки Arduino — это в первую очередь про удобство. Поэтому пред-
лагаю оформить обработчик индикатора в виде отдельного класса.
Создадим класс "SevenSegmlndicator". Этот класс должен будет описывать
свойства и алгоритм работы семисегментного индикатора.
//
//класс для работы с индикаторами
class SevenSegmlndicator{
public:
private:
//количество индикаторов (минимальное количество 1)
uint8_t numberOfDigits = 1;
//семисегментный код
uint8_t segmCode[10] = {OxCO,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};
};
Наш класс будет иметь два свойства: "numberOfDigits" и массив "segmCode[]".
Переменная "numberOfDigits" будет использоваться для хранения в программе ко-
личества индикаторов, размещенных на схеме. По умолчанию этому полю будет
присваиваться минимальное количество индикаторов, которое может обрабатывать
наша программа, т.е. один. Массив "segmCode[]" хранит семисегментные коды.
Массив заполним сразу.
С помощью спецификатора доступа "private" эти переменные будут скрыты от
остального кода, доступ к ним возможен только для методов класса.
После спецификатора доступа "public" разместим методы нашего класса, кото-
рые будут реализовывать основную логику его работы. Эти методы будут доступны
в остальной программе.
//основной метод для вывода данных в индикаторы
void update(uint32_t dec){
for (uint8_t num = numberOfDigits; num; —num) {
//запись очередного семисегментного кода
SPI.transfer(segmCode[dec%10]);
//обновляем выходы сдвигового регистра
digitalWrite(SS,HIGH);
digitalWrite(SS,LOW);
//десятичный сдвиг вправо
dec /= 10;
}
}
Метод "update()п фактически будет повторят написанную нами ранее функцию
ffdecimalTo7segm() " .
Для инициализации будущих объектов класса добавим в него конструктор. Он
будет производить инициализацию SPI интерфейса микроконтроллера, а также за-
писывать количество индикаторов в схеме.
//конструктор
SevenSegmlndicator(uint8_t n){
//запуск аппаратного SPI
SPI.begin();
digitalWrite(SS,LOW);
//запоминаем количество индикаторов
numberOfDigits = n;
}
Объявление объекта класса будет производиться аналогично обычным перемен-
ным. Количество индикаторов передается в качестве инициализатора с помощью
конструктора, который мы объявили ранее.
//объект для работы с 4-мя индикаторами
SevenSegmlndicator mylndicator = 4;
Теперь в функции "setup()" больше не останется кода, так как он теперь бу-
дет выполняться конструктором класса.
Нам осталось воспользоваться методом класса "update()п для вывода на инди-
катор десятичного числа. Разместим его вызов в функции "loop()".
//вывод десятичного числа
mylndicator.update(1234);
Полный скетч:
//для работы с SPI интерфейсом
#include <SPI.h>
//
//класс для работы с индикаторами
class SevenSegmlndicator{
public:
//конструктор
SevenSegmlndicator(uint8_t n){
//запуск аппаратного SPI
SPI.begin();
digitalWrite(SS,LOW);
//запоминаем количество индикаторов
numberOfDigits = n;
}
//основной метод для вывода данных в индикаторы
void update (uint32_t dec) {
for(uint8_t num = numberOfDigits; num; —num) {
//запись очередного семисегментного кода
SPI.transfer(segmCode[dec%10]);
//обновляем выходы сдвигового регистра
digitalWrite(SS,HIGH);
digitalWrite(SS,LOW);
//десятичный сдвиг вправо
dec /= 10;
}
}
private:
//количество индикаторов (минимальное количество 1)
uint8_t numberOfDigits = 1;
//семисегментный код
uint8_t segmCode[10] = {OxCO,0xF9,0xA4,OxBO,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};
};
//объект для работы с 4-мя индикаторами
SevenSegmlndicator mylndicator = 4;
z/
void setup() {
}
//
//супер цикл
void loop() {
//вывод десятичного числа
mylndicator.update(1234);
while(1);
}
Техника
МИКРОПЛАЗМЕННЫИ СВАРОЧНЫЙ АППАРАТ
Молотков СИ.
Микроплазменный сварочный аппарат (далее МПА) предназначен для резки низко-
температурной плазмой материалов, в том числе и тугоплавких; сварки и пайки
черных и цветных металлов. Возможности МПА позволяют с успехом использовать
его при ремонте и изготовлении различных металлических и неметаллических кон-
струкций , сантехнического оборудования.
Технические характеристики МПА
■ Напряжение питающей сети
■ Частота питающей сети
■ Потребляемая мощность, мах
■ Масса плазмотрона, мах
■ Температура факела, мах
■ Расход жидкости, мах
220+15В, однофазное
50 Гц
1,5 кВт
1,2 кг
8500° С
0,2 л/час
Принцип
работы МПА
МПА реализует способ плазменной сварки материалов плазменной дугой косвен-
ного действия с использованием в качестве плазмообразующеи среды пара, причем
парообразование происходит непосредственно в плазмотроне МПА путем испарения
спиртоводной (или ацетон + вода) смеси, заполняющей специальную емкость плаз-
мотрона .
Испарение происходит за счет тепловой энергии, выделяемой горящей дугой на
электродах плазмотрона. На рис.1 представлена схема работы плазмотрона МПА.
Он состоит из катода 1; сопла - анода 2 с каналами для прохождения плазмооб-
разующей среды; емкости, заполненной пористым (влаговпитывающим) термостойким
материалом 3; крышки из электроизоляционного материала 4; источника питания
5.
Рис. 1.
Работа плазмотрона происходит следующим образом. В емкость 3 заливается
спиртоводная смесь, от источника питания подают напряжение между катодом и
анодом. Дуга поджигается путем перемещения катода до соприкосновения с анодом
Тепловая энергия, выделяемая горящей дугой на аноде и катоде, испаряет жид-
кость в емкости 3. Образующиеся пары поступают в зону горения по каналам в
аноде и выходят через сопло, удлиняя при этом горящую дугу. Пар за счет обжа-
тия в отверстии анода нагревается до высоких температур и переходит в состоя-
ние плазмы, образуя на выходе из сопла плазменную струю
Устройство
плазмотрона
Плазмотрон состоит из металлического корпуса с плазмообразующей камерой и
емкостью для жидкости; электродов; механизма перемещения катода относительно
анода; пластмассового корпуса. Анод поз.1 и катод поз.2 установлены соосно в
плазмообразующей камере. Катод закреплен в катододержателе поз.3. Держатель
размещен в изоляционной термостойкой трубке поз.4 с возможностью перемещения
вдоль своей оси. Трубка поз.4 установлена в испаритель, состоящий из трубки
поз.10, рубашки поз.7, втулки поз.22 и стеклоткани поз.11, обернутой вокруг
поз.10. Держатель катода, кварцевая трубка поз.4, испаритель помещены в ем-
кость, заполненную влаговпитывающим материалом поз.43, трубка испарителя при
этом, соприкасается с поз.43. Рубашка испарителя поз.7 соприкасается с завих-
рителем поз.6, который в свою очередь, соприкасается с анодом поз.1.
£*5§
4
£
О
^
<3r
r
4
*
^ 1
i!
О 1 ( ) 1
1-
45
ОД
^1
Q
о
3
.i
о
X
Sogc
qO^I *4 -T _
j
<^5
a*5
«■
E
^
об?
.. J
N
Ж;
*r
<
*
p
*o
8
i*i
^
С
io <o ю
ff *?
У
«о
О
Г"Г7яГ
§
s
•и*
к5»
**•
t^
3
<*-
1ч
*>*
1
*-i
<*>
^5*
*0
■*,
ii
i
i
•&■
1 *t ЭС
*^
: *0* J
• Щ
.8*53
uJ:r3*
1 ф
3 5
* Q.
*c о
^3
S*
! о
1*
г
I*5-
г"
1 V
•к а
%t
sl
-tduDfi
*ееф*д*л
**
О 1
^
^
4
^
£
8
s
Q
i?5
<M
CO
О
*4J
i1^
<M
*>I
-L
3
^Г||
«\J
CO1
^
чг
s
u
*o
i
о
Ф
с
ъ>
k^
<*>
Г*1
s
m
*
K>
(
t
I
I
4
<5
^ll
oa
i
i
Um
*M
kc
*i
HbJ^4
eg
Рубашка, завихритель, держатель катода имеют на своей поверхности каналы,
предназначенные для прохождения пара в плазмообразующую камеру. Для фиксации
оси катода относительно отверстия в аноде при перемещении держателя поз. 3
внутри кварцевого изолятора поз.4 и компенсации теплового расширения (проще,
чтобы держатель катода не заклинивало внутри кварцевой трубки при нагреве)
применены пружины поз.8,9. Механизм перемещения держателя катода состоит из
дистанционной втулки поз.34, регулирующей зазор между анодом и катодом путем
перемещения по резьбе обрамления поз.35. В отверстии втулки размещен толка-
тель поз.33, опирающийся своим фланцем на втулку изнутри. Толкатель упирается
в торец цангового зажима поз.31, который навинчен на резьбу держателя катода.
Держатель подпружинен в сторону толкателя пружиной поз.30. Эта пружина одно-
временно поджимает втулку поз.29 и набор из колец поз.27, шайбы поз.28 к тор-
цу кварцевого изолятора. Испаритель подпружинен в сторону анода пружиной
поз.23. Емкость для жидкости, образованная тройником поз.15. переходником
поз.12 и стаканом поз.18 имеет заливочное отверстие, закрываю-щееся пробкой
поз.26. Металлическая часть плазмотрона закрыта пластмассовым корпусом, со-
стоящим из поз.35-41 и скрепленными винтами ВМ2. Для контроля температурного
режима плазмотрона во время работы на стакане установлен терморезистор. Пита-
ние от источника подводится через кабель поз.42.
Схема источника питания (далее ИП) представлена на рис.2. Предохранителем в
ИП является автоматический выключатель CF типа АБ на 5А (возможно исполь-
зование и обычного плавкого предохранителя на 5А). Тумблер SA1 подает питание
на охлаждающий вентилятор (от компьютерной стойки), тумблер SA2 подает пита-
ние на первичную обмотку трансформатора Tpl. Диодный мост на лавинных диодах
обеспечивает подачу выпрямленного напряжения на электроды плазмотрона через
разъем Ш1. Резистор R1 осуществляет регулировку тока в плазмотроне, контроль
тока и напряжения по приборам РА и PV. С третьей обмотки Tpl напряжение через
помехозащитный фильтр L1L2 поступает на выпрямительный мост УД5, затем на ог-
раничивающий резистор R2 и стабилитроны УД8, УД9 образующие параметрический
стабилизатор напряжения. Затем напряжение поступает на измерительный мост,
образованный диодами Vfl6, Vfl7, резисторами R3, R4 и терморезистором. При нор-
мальном температурном режиме плазмотрона напряжение в точках «а» и «б» равно
нулю - мост сбалансирован. При повышении температуры меняющееся сопротивление
терморезистора приводит к разбалансу моста - появляется разность потенциалов
в точках «а» и «б». Эта разность через резисторы R4, служащего для баланса и
R5, служащего для изменения крайних величин температур, поступает на вход
усилителя постоянного тока, выполненного на операционном усилителе (ОУ)
К553УД2. Через резистор R9 осуществляется отрицательная обратная связь, кон-
денсатор СЗ предназначен для частотной коррекции. С выхода ОУ напряжение че-
рез резистор R10, предназначенный для установки тока отсечки, поступает на
транзистор VT1, работающий в режиме ключа. Он включает реле К1 при достижении
температуры на терморезисторе 120 С. Реле своими контактами отключает питание
от первичной обмотки Tpl.
Изготовление
плазмотрона
Изготовление плазмотрона следует начать с подбора следующих деталей:
■ тройник водопроводный (газопроводный) дюймовый;
■ кварцевая трубка;
■ лампа осветительная 220 В, 50 Гц, 500 Вт;
■ маслосъемные колпачки от двигателя автомобиля «Волга».
Тройник дорабатывается согласно чертежу поз.14; если в нем нарезана не
трубная резьба, а метрическая, значит все размеры на чертежах обозначенные
как трубные дюймовые, необходимо заменить имеющимися метрическими. Кварцевая
трубка использована от бытового электроконвектора; в размер чертежа она обре-
зается следующим образом: по всей окружности делается надрез напильником или
надфилем, затем легким постукиванием отламывают часть трубки. Торцы трубки
вручную обработать на мелкозернистом наждачном круге, не допуская сколов и
трещин. Длина трубок конвектора достаточна, чтобы изготовить 4-5 трубок плаз-
мотрона, так как трубки в процессе эксплуатации периодически выходят из
строя. Лампа осветительная обертывается мокрой тряпкой, стеклянный баллон ак-
куратно разбивается, отрезаются электроды к которым крепится вольфрамовая
нить; эти электроды нарезаются в размер отверстия диаметром 1,1 мм поз.2 и в
дальнейшем запрессовываются в катод. Катод изготавливается на токарном стан-
ке, смещение оси отверстия для отрезка молибденового электрода относительно
оси катода должно быть минимальным. Вместо молибденового электрода лампы луч-
ше использовать отрезки вольфрамовых электродов, используемых в промышленных
плазмотронах или в установках дуговой сварки неплавящимся электродом. Непло-
хой результат дает использование вольфрамовых электродов от ксеноновых ламп,
применяемых в киноустановках Рубашка испарителя поз.7 и завихритель поз.6 из-
готавливаются в следующей последовательности:
Таблица 1 (для поз.7)
Номер
опе-
рации
005
010
015
020
025
030
035
040
045
050
055
060
065
070
Содержание операции
Отрезная заготовка пруток
меди М2 Диаметром 25мм
Проточить диаметр 21мм
Подрезать торец со стороны
фаски 2,5x45 градусов
Точить фаску 2,5x45 градусов
Сверлить диаметр 13 мм за 2
прохода на глубину 30мм
Расточить отверстие диамет-
ром 15+0,2
Отрезать со стороны фаски
2,5x45 градусов
Прорезать 12 пазов 0,8x1 мм
под углом 30 градусов
Точить фаску 1x45 градусов
Прорезать канавки 0,5x1,7 с
шагом 1мм
Отрезать в размер 23+0,3
Фрезеровать канавки 0,5x1
под углом 20 градусов
Снять заусенцы и притупить
острые кромки
Калибровать по диаметру
20,5мм
Оборудование
Токарный станок
Токарный станок
Токарный станок
Токарный станок
Токарный станок
Токарный станок
Токарный станок
Фрезерный станок, уни-
версальная делительная
головка
Токарный станок
Токарный станок
Токарный станок
Фрезерный станок,
универсальная делитель-
ная головка
-
Пресс механический с
ручным приводом
Технологическая
оснастка и
инструмент
Резец отрезной
Резец проходной
Резец проходной
Резец проходной
Сверла
Резец расточный
Резец отрезной
Фреза дисковая
прорезная
Резец проходной
Резец канавочный
Резец отрезной
Фреза дисковая,
прорезная
Надфиль
Матрица. Пуансон
Таблица 2 (для поз.6)
Номер
опера-
Содержание операции
Оборудование
Технологическая осна-
стка и инструмент
ции
005
010
015
020
025
030
035
040
045
050
055
Отрезать заготовку диамет-
ром 23мм
Проточить диаметр 21+0,2мм
Подрезать торец со стороны
фаски 3,5
Точить фаску 3x45 градусов
Сверлить диаметр 10мм за
два прохода на глубину 18мм
Расточить диаметр 12+0,1мм
Отрезать в размер 16,5-0,5
Точить фаску 3x45 градусов
Прорезать 4 паза в размер
1x1,5мм
Прорезать канавки глубиной
1x60 под углом 30 градусов
Снять заусенцы и притупить
острые кромки
Токарный станок
Токарный станок
Токарный станок
Токарный станок
Токарный станок
Токарный станок
Токарный станок
Токарный станок
Фрезерный станок,
универсальная де-
лительная головка
Фрезерный станок,
универсальная де-
лительная головка
-
Резец отрезной
Резец проходной
Резец проходной
Резец проходной
Сверла
Резец расточный
Резец отрезной
Фреза проходной
Фреза дисковая прорез-
ная
Фреза дисковая прорез-
ная с заточкой зуба 60
градусов, оправка
Надфиль
Катододержатель поз.3 изготавливается на токарном станке. Канавки на диа-
метре 8,3 выполняются аналогично операции 050 поз.6. Трубка испарителя поз.10
берется готовая или вытачивается, на одном конце нарезается резьба М13, на
который навинчивается втулка поз.22. Другой конец трубки запрессовывается
(аккуратно!) в рубашку поз.7. Если посадка слишком свободная, на конце трубки
необходимо сделать несколько насечек. Обратите внимание, при запрессовке на
расстояние между рубашкой и втулкой: 60 + 0,5. Далее согласно чертежу нареза-
ются два отреза стеклоткани и обжигаются для удаления наполнителя на электри-
ческой или газовой плите. Затем первый отрез плотно оборачивается вокруг
трубки испарителя и обматывается медным проводом (оголенным или в термостой-
кой изоляции) длиной около 1,5 м. Шаг витков провода 3-4 мм. На первый слой
стеклоткани укладывается слой стекловаты (для удобства укладки ее лучше намо-
чить водой), который обертывается вторым отрезом стеклоткани и также обматы-
вается медным проводом. Концы провода скручиваются для фиксации между собой
Пружины центрирующие поз.8 и 9 изготавливаются из полосы латуни. Пазы прору-
баются при помощи прямоугольной просечки. Перед высечкой пазов латунь отжига-
ется при температуре 450-600 С. Для придания необходимой формы пружинам, вы-
тачиваются оправки (см. чертеж) и, при помощи трех хомутов пластины изгибают-
ся в форме колец. После гибки пружины подвергаются закалке: 700-800 С. Аноды
(и катоды) следует изготовить несколько штук, так как в процессе эксплуатации
у анодов увеличивается диаметр отверстия, формирующего факел; у катодов выго-
рает молибденовая вставка. Цанговая гайка изготавливается на токарном станке:
вытачивается по форме; сверлится отверстие и нарезается резьба; дисковой про-
резной фрезой выполняются прорези. Если изготовление цанговой гайки вызывает
затруднения, то ее можно заменить двумя медными гайками, между которыми зажи-
мается токопроводящая клемма. Паронитовые прокладки вырубаются из листового
паронита с помощью просечек, изготовленных из стальных трубок соответствующих
диаметров путем заточки одного из торцев. Резинотехнические детали поз.24,27
изготовлены из термостойкой резины. При отсутствии таковой эти детали можно
изготовить из маслосъемных колпачков клапанов «волговского» двигателя: отре-
заются кольца с той части колпачка, которая не армирована металлом. Могут
быть использованы маслосъемные колпачки (старого типа) от двигателя "Москви-
ча", резиновые уплотнители болтов клапанной крышки ВАЗ, уплотнитель масляного
щупа, прокладки системы охлаждения. Пружины подбираются готовые из авто зап-
частей или электротехнической арматуры (контакторы, пускатели, реле и т.д.);
или навиваются из проволоки указанных диаметров Токопроводящие хомуты поз.13,
32 изгибаются из медных или латунных полос толщиной 2-3 мм по месту. Изготов-
ление деталей корпуса целесообразнее провести после сборки основной (металли-
ческой) части плазмотрона.
Сборку плазмотрона начинают со сборки катодного узла. На проточку диаметром
7 мм катододержателя надевается внутренняя центрирующая пружина и, в таком
состоянии катододержатель вставляется в кварцевый изолятор. Затем кварцевый
изолятор вставляется в испаритель (в который со стороны рубашки, вплотную к
трубке, предварительно вставлена внешняя центрирующая пружина) таким образом,
чтобы внешняя пружина охватила изолятор Катододержатель должен перемещаться
внутри изолятора и испарителя без заеданий и люфтов. При необходимости произ-
водят рихтовку пружин. Со стороны втулки испарителя изолятор фиксируется ре-
зиновой втулкой поз.24. Внутренняя полость тройника набивается стекловатой
таким образом, чтобы оставить место для размещения испарителя с катододержа-
телем, для этого вату нужно для удобства намочить в воде и отжать ее к стен-
кам, оставив внутри своеобразный тоннель. Работать со стекловатой только в
резиновых перчатках! После этого вставить испаритель, надеть и закрутить пе-
реходник поз. 12, на стенках которого также разместить намоченную стекловату.
С задней части плазмотрона на втулку поз.22 надеть пружину и добавить стекло-
вату. Закрутить хвостовик поз.21. Со стороны рукоятки в тройник добавить
стекловату; на стакан поз.17 накрутить заглушку поз.18, заполнить стакан
стекловатой и вкрутить тройник. Заполнение стекловатой должно быть без пус-
тот, но в то же время сильно прессовать ее тоже не нужно. После этого к като-
додержателю нужно привинтить катод (на резьбу нанести графит мягким каранда-
шом) ; в держатель анода вставить анод и завихритель; ввинтить держатель в пе-
реходник. На переходнике закрепить хомут таким образом, чтобы держатель анода
можно было вывинчивать для обслуживания. Терморезистор и контактные провода
крепятся после изготовления пластмассового корпуса плазмотрона. Затем, в хво-
стовик вставляется прокладка поз.25 и вкручивается пробка поз.26. На хвосто-
вик катододержателя надеваются: кольцо поз.27; шайба поз.28; кольцо поз.27;
втулка прижимная поз.29; пружина поз.30 и весь этот пакет стягивается цанго-
вой гайкой поз.31, на которой закрепляют хомут поз.32. Сборка основной части
плазмотрона завершена. В последнюю очередь из стеклотекстолита вырезаются и
обрабатываются согласно чертежу детали поз.35-40. Оргстекло использовать не
рекомендуется - плазмотрон нагревается до 120 С. Источник питания изготавли-
вается по схеме на рис.2. Трансформатор Tpl вставка выполняется на ленточном
магнитопроводе ПЛ 40x80x200, толщина ленты 0,35 мм. Обмотки (данные см. схе-
му) располагаются на картонной гильзе; обмотки и слои обмоток изолированы
друг от друга кабельной бумагой или фторопластовой лентой. Катушки L1 и L2
намотаны на ферритовом кольце К28x16x9 мм феррит марки М2000НМ по 8 витков
провода МГШВ диаметром 0,5 мм. Примерная компоновка ИП представлена на рис.3.
Наладка схемы сводится к установке нуля в точках «а» и «б» резистором R4.
Таблица 3. Спецификация плазмотрона
Поз.
1
2
3
Наименование
Анод плазмотрона
Катод плазмотрона
Держатель катода
Кол-во
1
1
1
Материал
Пруток из меди М2 ГОСТ 1535-91
Пруток из меди М2 ГОСТ 1535-91
Пруток из меди М2 ГОСТ 1535-91
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
Кварцевый изолятор
Фиксатор анода
Завихритель
Рубашка испарителя
Пружина центрирую-
щая внешняя
Пружина центрирую
щая внутренняя
Трубка испарителя
Стеклоткань
Переходник
Хомут
Тройник
Пробка заливная
Прокладка пробки
Стакан
Заглушка стакана
Терморезистор
Терморезистор
Хвостовик
Втулка испарителя
Пружина испарителя
Втулка уплотнитель-
ная
Прокладка
Пробка
Кольцо резиновое
Шайба
Втулка прижимная
Пружина
Зажим цанговый
Хомут
Толкатель
Дистанционная втул-
ка
Обрамление
Боковина корпуса
Планка корпуса
верхняя
Планка передняя
Планка задняя
Планка рукоятки
корпуса
Заглушка корпуса
Кабель питания
Наполнитель
Винт ВМ2-69х10 ГОСТ
1491-80
1
1
1
1
1
1
1
2 от-
резка
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
2
1
L=l,5м
28
Кварцевая трубка от бытового нагревателя ЭКУ
1,0 ГОСТ 308-78
Сталь 12x13 ГОСТ 5632-72
Пруток из меди М2 ГОСТ 1535-91
Пруток из меди М2 ГОСТ 1535-91
Латунь ЛАНКМц 75-2-2,5-0,5-0,5 ГОСТ 15527-70
Латунь ЛАНКМц 75-2-2,5-0,5-0,5 ГОСТ 15527-70
Труба из меди М2 ГОСТ 1535-91
Стеклорогожа ТЖС-07
Сталь 08пс ГОСТ 1050-88
Полоса из меди М2 (латунь Л90)
Тройник прямой с резьбой Тр1п
Стекловолокнит АГ-4С ГОСТ 20437-89
Паронит ГОСТ 481-81
Сталь 08пс ГОСТ 1050-88
Сталь 08пс ГОСТ 1050-88
См. схему электрическую
Исключен
Сталь 08пс ГОСТ 1050-88
Пруток из меди М2 ГОСТ 1535-91
Проволока стальная ГП-2 ГОСТ 9389-81
Резиновая смесь 51-1419 ТУ 38. 005924-89
Паронит ГОСТ 481-81
Стекловолокнит АГ-4С ГОСТ 20437-89
Резиновая смесь 51-1419 ТУ 38. 005924-89
Фторопласт-4 ГОСТ 10007-80
Сталь 08пс ГОСТ 1050-88
Проволока ГП-1 ГОСТ 9389-81
Пруток из меди М2 ГОСТ 1535-91
Полоса из меди М2 (латунь Л90)
Стекловолокнит АГ-4С ГОСТ 20437-89
Стекловолокнит АГ-4С ГОСТ 20437-89
Стеклотекстолит КАСТ ГОСТ 10292-74
Стеклотекстолит КАСТ ГОСТ 10292-74
Стеклотекстолит КАСТ ГОСТ 10292-74
Стеклотекстолит КАСТ ГОСТ 10292-74
Стеклотекстолит КАСТ ГОСТ 10292-74
Стеклотекстолит КАСТ ГОСТ 10292-74
Стеклотекстолит КАСТ ГОСТ 10292-74
Стекловата, вата минеральная, вата каолино-
вая
Роз 38 flпанно передняя.
ОтЬерстия М2. Выполнять по поз 36
5S
<м
ж
JXrrf
«Д.5
А:
! "°1
л\±.
М1
bomb
/7яз, 35+ fl/iQHHQ задняя
ОтЬерстиЯ MZ Выполнять по поз щ
fJos.W flflQHKQ pyноя тки
норписа..
Отберет и я М2. Выполнять
по поз. 36, н!
Поз. 1В Шойёо.
\toh2M Ьтупио уплотыцтепьиая
1Ы.30 Пружина
cj
«0
J
I
[ 1
15
^^^^^~
^^-. _.. —. ^^
^l.l
lK/\/
jXWWW^
^^
ж
Ш
1
! 1
«J
1
рифление- прямое, Л
flOi.M Дистанционная
вту/та.
Поз Ш Зогпишна станонй
Пов. 31 Зожим цйнго&ый.
M-flt прутон АНРНТ ftHAMZ Г0СТт5~91
flos I& Стакан.
Ног i£ Стенпотнонь (Списка)
сюеияобата 5s (мп
стеклоткань /fay сок)
^ стеклоткань /Лмсок)
СТДЩ1ШШ1ШГР'
4—\^/ tnpoood медный40,1 в,$ьг
Схема намотки стемотнони на испаритель.
i. Обернуть стеняотнонь оокруг труВни испарите/гя,
зафиксировать по всей дни не проводом t шаг намот-
ки 3-Ьгмм. Г '
£. Обернуть вокруг первою иуско стеклоткани c/rod
стекловаты, 'вокруг veto обернуть £ кисок стек-
по ткани и зафиксировать проводом.
to
i5
z,s
/x*J*
to 26 Пробно.
66 _
41 /j,o-J1
70
^
-^
-Ф-
§
ф • I -$■
60/Т7Й. CD Ф
"Ф
^
♦
5=4
-l4-L-
<2*7V
^ iJ
[5
4
1
to, 36 БоноЬино
НОрПУСй.
Отберсгпия Ml Вы-
полнять no пол. bl
Шъ.Ъ5 ОВром пение
Отверстия Ml Ььтолнять
no поз. 36, Ъ7.
10 J
p 69
Ф"
I
^
SomS j
Ф
Ф
Ф!
4-
^
/7o3.4i Заглушка нортса
Гд~
^Ш^ШцЩ
снять
сроем
ofi~o,&.
Поъ.1 Анод плазмотроне
ДМ: Прутом А№НТ22.НАМЯ ГОСТ *555-91
07
/L
Равбёртна
^-'.fJS
^S
Поз.9 Пружина центрирующая
ояутренняя.
ОпраВна f
I * \
i
ffl.
36 U
У///?///////////А | Р/////////7777Щ
иШЩТШШ
ч
vmzzzz^sm.
АораЬЪтна
1—1 тройника
|Хд I. Торцы имц(роост>.
~~' Г^Н- £. Соерлить от-
i
ерлить
crnua Ф 6
з Нарезать резьбу
Мб.
Иоъ.15 Тройник
Отверстия
М2- Выполнять
по отВерсти-
ям ПОА. 36
Поь, Ы Планка норпусо Ьерхняя
J,J"J»4j
Mtf.L
, 6-Б
I . mod
Острые промни притупить.
Поь. в Ьаоихритепь.
Поь. Ъ Держатель. катода.
М-fi: притон АНРНТ9 Hfi,M2.
/S3&-&1
ьЛ pAW^xyVVWsXXAXXyVyVY
^
«
I
100
-*н
ЮЛЛтУУЛЛАиЛЛЛЛЛЛХХУтеСОГ
Поь. k МорцеЬыд шопятор.
ФИ ш
Ф5Ж
Поь.2.7 кольцо резино&ое.
Ш
шш
Ш
fi-Д (M10:1)
0,6
6-5 (Mio.i)
I. Острый промни притупить
*} 5иги6 оЬри$цьтся при налибробхе S матрице,
**)Ра$мер да'я спри&ок. г .
Hq тон. операции (00$ гацбина иена они 1,5+°>г
Поь, 7 Рубашка испарителя
\ри(рпение
Поь. 16 Пробка жлиЬная
Поъ. 2. Itamod
i. 6 Отберстие Ф1,1 лопрессоВйто Мопи&денобый или
байьфромоЗый пруток.
М-л: Пруток МРНТ Q М£ ГОСТ Ш35-91
u^-jm
«б*
Ш///М
V
ш
-СО
Поз. 29 Втит
прижимноя.
20
,5. го
У///Ш/////77П
h п
■*5*4.
с»
flob.il Переходник.
Поь.5 Фихсситюр анодо
ФИ
J
Поъ.II Прохладна пробки
А
шй
7
ф£5
тт
ел
-^■4
t 1
*Г
ОпраВна
1 1
\
J
L^2l
\
\
L «•-«*• J
***!
4
**ч[
W
i
Iй
П П D j
Ч Н UM4
Пов.б Пружина центрирующий
Внешняя.
60±0£
=£
///////////////////////77
ШЖ~-
//ш///////////////////ж
напрессобогпь тЫй/
ggtl
7
Uenapumetib t сборе (бел сшенлотпони).
noi.2.2.
Jo
I +JH ~_ ~ ~J_ ш
\///\//////////////////////////шщ
81*0.5
ПоьЛО Трубка испарителя
Тру&а АНРНТ 0*t,S*6Z MS. ГОСТ 647-90
шя^т
7
Поз 22 Втулка испарите ая
Пруток АКРНТ 20 НА М2
ГОСТ 4555-91
&
^Ш
2.0
Ш- щ
т
I
I
flOhli Хбосто&ии
t2S,
«01
^ аго
to. £5 Оропподиа
Поз, Zb Пружина испаритепя
Цоь 33 Тоанотепь
Порядок
работы1
Перед началом работ блок питания установить на расстоянии 1 - 1,5 м от мес-
та проведения работ, обеспечить беспрепятственную вентиляцию блока. Подсоеди-
нить кабель питания плазмотрона к выходу блока питания. Залить через отвер-
стие в тройнике плазмотрона небольшими порциями жидкость. Залить 80-100 грам-
мов смеси до появления жидкости из сопла анода. Жидкость представляет собой
смесь спирта и воды (40:60 — водка); или ацетона и воды в той же пропорции.
Затем вставить вилку сетевого шнура блока питания в сеть. Установить вращени-
ем дистанционной втулки зазор между анодом и катодом около 3 мм. Зазор необ-
ходимо определить перед началом работы путем помещения в сопло анода тонкого
стержня и пометить на втулке положения, которые соответствуют зазору в 1, 3,
5 мм. В дальнейшем эти положения необходимо скорректировать так, чтобы наи-
больший зазор соответствовал 340 В по вольтметру. При работе вращение втулки
не должно приводить к увеличению напряжения более 345 В. Включить переключа-
тель "Сеть" и "Вентилятор" на источнике, установить резистор R1 "Ток" в поло-
жение 2/3 от минимума, включить тумблер "Плазмотрон", убедиться, что напряже-
ние на вольтметре 280-320 В. Нажать кратковременно (!) до упора толкатель ка-
тода, напряжение должно понизиться, а после появления факела из сопла анода
повыситься. После разогрева испарителя факел должен укоротиться (20-30 мм) и
станет фиолетового оттенка. После прогрева 0,5 - 1,0 мин. после включения
плазмотрон готов к работе. Если факел имеет зеленый оттенок, вращением дис-
танционной втулки (в пределах отмеченных зазоров) нужно убрать зеленый отте-
нок. Если это не удается, значит, электроды плазмотрона изношены, и необходи-
мо провести техническое обслуживание.
В зависимости от характера работ (тип материала, толщина, теплоемкость и
т.д.) выбираются необходимый ток и напряжение в плазмообразующей камере. Ток
устанавливается резистором «Ток». Напряжение устанавливается вращением дис-
танционной втулки, изменяющей зазор между катодом и анодом. Зависимость пря-
мая : меньше зазор — меньше напряжение и наоборот. Устанавливать зазор более
максимального зазора, определенного выше, нельзя - выйдет из строя блок пита-
ния.
Если факел вытягивается и становится желтым, значит, пора произвести доза-
правку. Дозаправку жидкостью производить при отключенном блоке питания. После
дозаправки запустить плазмотрон, как описано выше. Также при недостаточном
уровне жидкости может сработать защита, в этом случае также произвести доза-
правку. По окончании сварочных работ выключить тумблер «Плазмотрон», убедить-
ся, что вольтметр показывает отсутствие напряжения, отключить блок питания
через 1-2 мин. после снятия выходного напряжения.
Заправку плазмотрона удобнее вести шприцом или резиновой спринцовкой. Перед
заправкой, в целях сохранности кварцевого изолятора, плазмотрон желательно
остудить, для чего плазмотрон держателем анода опустить в воду (питание вы-
ключено !) и выдержать некоторое время, пробку перед этим открутить. При этом
главное не переохладить, иначе начнется всасывание воды в полость плазмотро-
на, нарушая пропорции смеси, что в свою очередь ухудшает качество сварного
шва. При работе следить, чтобы факел не имел зеленого оттенка — признак изно-
са электродов. Пуск плазмотрона лучше производить при наклоне сопла вниз: за-
пуск происходит быстрее, и электроды избегают кратковременного режима работы
без охлаждения. Работа на меньшем токе увеличивает сроки службы электродов
1 https://www.youtube.com/watch?v=fa_DAdYNEJo
Резка при
помощи МПА
Резка металлов производится плазмотроном, заправленным только водой, жела-
тельно дистиллированной. Чем больше толщина металла, тем больший ток нужно
установить. При резке допускается касание анода с металлом, плазмотрон при
этом держать под небольшим углом к поверхности металла. Можно использовать
разметочные приспособления. Диаметр сопла-анода - минимальный.
Сварка
низкоуглеродистых
сталей
В этом режиме плазмотрон нужно заправить смесью 60% воды и 40% ацетона или
спирта. При сварке можно использовать присадочную проволоку марок СВ-08ГС,
СВ-08Г2С, СВ-10ГС, СВ-10ГСМ. Диаметр сопла анода 1,8 - 2,3 мм Техника сварки
аналогична газовой сварке.
Пайку стали и цветных металлов твердыми припоями производить смесью воды и
ацетона (спирта). Обрабатываемые металлы следует заземлить для повышения эф-
фективности плазмотрона.
Техническое
обслуживание
плазмотрона
Техническое обслуживание (далее ТО) производиться через каждые 6-7 часов
суммарной наработки плазмотрона.
Перед проведение ТО отсоединить кабель от блока питания, предварительно
убедившись в отсутствии напряжения по вольтметру.
Операция 1
Отвернуть держатель анода и отделить его вместе с завихрителем и анодом от
переходника. Если анод или завихритель залипли, отделить их плоскогубцами,
придерживая рукой испаритель за его рубашку.
Осмотреть катод. При наличии углублений от 0,2 мм и более или следов оплав-
ления, отпилить надфилем медную часть катода, стараясь не изменять сфериче-
ской формы. Осмотреть и при необходимости почистить каналы ввода плазмообра-
зующей жидкости на рубашке испарителя и завихрителе. Убрать, при наличии, ка-
пли металла с внутренней стороны апода.
Операция 2
Вывернуть дистанционную втулку поз.34, отсоединить хомут поз,32, вывернуть
пробку поз.26, вытянуть катододержатель, осмотреть. Убедиться, что катод на-
дежно привинчен, при необходимости подтянуть.
Проверить целостность колец поз.27.
Операция 3
Рукой, со стороны анода, извлечь из корпуса испаритель. Карандашом аккурат-
но выпрессовать кварцевый изолятор из трубки испарителя; убедиться, что изо-
лятор не имеет трещин и сколов. В противном случае изолятор заменить. При на-
личии на изоляторе медного налета или сажи, почистить его мелкой шкуркой.
Налет меди можно также удалить, опустив изолятор в раствор хлорного железа.
Сажу можно удалить ацетоном.
Для установки изолятора в испаритель на него нужно надеть втулку поз.24,
смочить ее водой и вращательным движением вдавить в испаритель со стороны
втулки поз.22.
Осмотреть рубашку испарителя. Каналы и поры рубашки не должны быть заполне-
ны накипью. Для удаления накипи использовать автомобильные средства для про-
мывки системы охлаждения или молочную кислоту.
Убедиться в целостности стеклоткани.
Сборка
плазмотрона
после ТО
При необходимости перед сборкой добавить в корпус плазмотрона наполнитель,
предварительно смочив его водой и пальцем (в перчатке) отформовав по контуру
испарителя. Поместить испаритель с пружиной поз.23 и установленным в него
изолятором в корпус плазмотрона со стороны анода. Вставить анод, завихритель
в держатель анода, предварительно натерев контактирующие поверхности анода,
завихрителя, рубашки испарителя грифелем мягкого карандаша. С усилием, сжимая
пружину поз.23 ввернуть держатель анода в переходник, проследить, чтобы втул-
ка испарителя поз.22 попала в отверстие хвостовика поз.21, Затянуть держатель
до упора. Ввернуть в хвостовик пробку поз.26, установив прокладку поз.25. При
затягивании пробки больших усилий не применять. Вставить со стороны дистанци-
онной втулки катододержатель с центрирующей пружиной и катодом в изолятор
(аккуратно!). Надеть кольца, шайбу, втулку прижимную, пружину, навернуть цан-
говый зажим, затянуть хомут. Установить обрамление, дистанционную втулку с
толкателем. Убедиться, что при полностью ввернутой втулке поз.34, толкатель
имеет свободный ход (т.е. зазор между катодом и анодом) около 1 мм. При от-
сутствии или слишком большом свободном ходе отрегулировать его перемещением
цангового зажима по катододержателю, сняв втулку с толкателем и ослабив хо-
мут. Анод следует менять при увеличении диаметра отверстия более 2,5 мм, ка-
тод следует заменить, если его длина менее 17 мм.
После работы с плазмотроном для продления ресурса пружин и уплотнителей
следует отвернуть на несколько оборотов держатель анода, дистанционную втул-
ку, пробку заливную.
Меры
безопасности
Запрещено:
■ использовать плазмотрон без заземления сетевой розетки;
■ производить работы с сосудами или магистралями, находящимися под давле-
нием, электрическим напряжением,
■ разбирать плазмотрон без отключения блока питания от сети,
■ вывинчивать при включенном выходном напряжении дистанционную втулку пол-
ностью;
■ опускать плазмотрон в воду при включенном выходном напряжении;
■ подносить плазмотрон к лицу;
При работе необходимо использовать защитные очки с темными стеклами, соблю-
дать общие меры безопасности при проведении сварочных работ и эксплуатации
электроустановок.
Технологии
ТЕХНОЛОГИЯ ВЫРАЩИВАНИЯ ГРИБОВ
Шалашова Н.Б.
ШАМПИНЬОН
ДВУСПОРОВЫЙ
Имея опыт выращивания вешенки, грибовод может успешнее осваивать культиви-
рование шампиньонов. Но сразу необходимо предупредить, что научится получать
высокий урожай шампиньонов — дело достаточно трудное, хлопотное и требующее
длительного времени и опыта. В экономических условиях настоящего времени рен-
табельно (прибыльно) выращивать шампиньоны удается далеко не каждому. Но тот
факт, что шампиньоны до сих пор стабильно удерживают первенство в мировом
производстве грибов (до 80% от ежегодного объема), стимулирует многих занять-
ся их культивированием.
В природе можно встретить дикорастущие виды шампиньона (луговой, лесной,
полевой, обыкновенный и др.), различающиеся внешне и по требованиям к услови-
ям окружающей среды. Эти грибы растут на лугах, в лесу, на городских газонах,
но особенно много их бывает вблизи скотных дворов, на пастбищах и свалках. В
естественных условиях питательной средой для шампиньонов служат разлагающиеся
опавшие листья, хвоя, ветви деревьев и другие органические материалы. Однако
попытки культивировать дикорастущие виды шампиньона оказываются неудачными,
или получаемый урожай плодовых тел небольшой.
История введения в культуру шампиньонов начинается с 1600 года, и две евро-
пейские страны — Франция и Италия — претендуют на первенство. За 4 столетия
удалось «одомашнить» шампиньоны и вывести их на самый передовой уровень гри-
боводства .
В искусственных условиях на специально подготовленных питательных субстра-
тах (компостах) успешно выращивают культивируемый шампиньон (шампиньон дву-
споровый), который в природе встречается крайне редко. Неплохие результаты
получают при выращивании на компостах шампиньона двукольцевого, который пло-
доносит при высокой температуре воздуха (до 25 С) и поэтому интересен для
грибоводов южных регионов России.
По питательности шампиньоны не уступают белым грибам, по некоторым пищевым
показателям превосходят их, а также многие овощи и даже мясо. В свежих шам-
пиньонах содержится 6,4% белка, 0,54% жиров, 3,0% углеводов. Несмотря на то,
что шампиньоны, как и все съедобные грибы, на 88—92% состоят из воды (также
как и овощи), высокая питательная и лечебная ценность их неоспоримы.
Белки плодовых тел шампиньонов (а также и вешенки) содержат 17 аминокислот,
8 из которых незаменимые, т.е. не могут образовываться в организме человека.
Человек получает незаменимые аминокислоты только с продуктами питания, и в
случае их недостатка замедляется рост и развитие его организма. Для сравнения
заметим, что большинство растительных белков содержит недостаточное для чело-
века количество аминокислот (всего 1—3) . Поэтому шампиньоны, как и другие
грибы, по содержанию белков и аминокислот превосходят не только многие овощи,
но также фрукты и ягоды. Чтобы усвояемость грибных белков довести до 70% (та-
кая переваримость белков ржаного хлеба), грибы при приготовлении кулинарных
блюд необходимо мелко резать или лучше перемалывать в кашицу (в мясорубке или
миксером) и подвергать термической обработке. Максимально усваивается (до
90%) белок сухого грибного порошка.
Жиры (липиды), входящие в состав плодовых тел шампиньонов (как и других
грибов), помимо энергетической ценности участвуют в построении клеточных мем-
бран и обеспечивают нормальный рост тканей и обмен веществ в организме чело-
века. Такое важное участие обусловлено содержанием в составе грибных липидов
незаменимых полиненасыщенных жирных кислот, которые не могут синтезироваться
в организме человека. Эти кислоты (в основном линолевая, линоленовая и арахи-
доновая) предотвращают отложение холестерина на стенках кровеносных сосудов,
способствуют растворению холестериновых бляшек и выведению холестерина из ор-
ганизма человека. У шампиньонов от массы липидов полиненасыщенные жирные ки-
слоты составляют 50—74%. Учитывая важное значение для человека, смесь этих
кислот называют витамином F. Важно и то, что в составе липидов шампиньонов
(как и вешенки) отсутствует холестерин.
Грибы превосходят все овощные культуры не только по содержанию липидов, но
и по их ценности для человека. В настоящее время липиды грибов включают в со-
став лекарственных препаратов, понижающих уровень холестерина в крови, обла-
дающих противовоспалительным и антиаллергическим действием и нормализующих
липидный обмен в борьбе с ожирением.
Углеводы принято считать важным энергетическим компонентом продуктов пита-
ния. Но углеводы шампиньонов (как и других грибов) низкокалорийные (300—400
ккал / 100 г) . Связано это с тем, что углеводы грибов на 70—80% состоят из
клетчатки и хитина, которые трудно усваиваются организмом человека и быстро
выводятся из кишечника. Однако эти высокомолекулярные полимеры (клетчатка,
хитин и другие полисахариды) обладают высокой способностью адсорбировать
(«захватывать») вредные для организма человека вещества (токсины, холестерин,
ионы тяжелых и радиоактивных металлов) и быстро удалять их. Такое действие
углеводов грибов предупреждает возникновение и развитие рака прямой и толстой
кишки.
Плодовые тела шампиньонов (как и вешенки) богаты минеральными веществами,
составляющими 10% сухой массы. Они имеют высокое содержание калия, фосфора,
железа и меди (макроэлементы). В грибах обнаружен широкий набор микроэлемен-
тов, включающий магний, натрий, кальций, серу, кремний, цинк, хром, фтор, ру-
бидий , молибден, кобальт, йод, марганец, никель, олово, ванадий, барий, бор,
титан, свинец, серебро, цирконий, кадмий. По содержанию отдельных минеральных
веществ шампиньоны превосходят многие овощи, ягоды и фрукты. Макро- и микро-
элементы входят в состав многих ферментов и служат основным строительным ма-
териалом для костной ткани человека. Они также выполняют регуляторную функцию
в обмене веществ и активно участвуют в процессах жизнедеятельности.
Шампиньоны богаты витаминами: ниацином, аскорбиновой кислотой (С) , никоти-
новой (РР) и пантотеновой кислотами, рибофлавином (В2) , биотином, тиамином
(В1), пиридоксином (В6), витаминами В12, D6, D12, А и Е. Причем по содержанию
отдельных витаминов шампиньоны находятся на уровне или превосходят мясные,
рыбные и молочные продукты, а также многие овощные и фруктово-ягодные культу-
ры.
Давно замечено, что вытяжка из плодовых тел шампиньонов оказывает бактери-
цидное воздействие. Во время эпидемии брюшного тифа люди, регулярно употреб-
лявшие в пищу шампиньоны, проявляли устойчивость к этой болезни. Из шампиньо-
нов впоследствии был выделен антибиотик кампестрин, который подавляет рост
граммположительных и граммотрицательных бактерий. Этот антибиотик активен
против золотистого стафилококка, тифозной и паратифозной палочек и др. Причем
наибольшую активность имеет препарат, полученный из молодых плодовых тел шам-
пиньонов .
Многочисленные исследования показали, что содержание белков, жиров, углево-
дов, макро- и микроэлементов, а также биологически активных веществ зависит
от состава питательного субстрата, на котором культивируются шампиньоны. Этот
факт необходимо учитывать при подборе питательных компонентов для искусствен-
ного выращивания грибов.
В составе плодовых тел шампиньонов также находятся специфические ароматиче-
ские вещества, придающие им характерный грибной аромат и превосходный вкус.
Таким образом, шампиньоны не только являются полноценным продуктом питания с
высокими вкусовыми качествами, но и обладают лечебными свойствами.
Шампиньоны успешно культивируют во всех странах Европы, некоторых странах
Северной и Южной Америки, Африки, Азии и в Австралии (более чем в 80 странах
мира) . Мировое производство этих грибов год от года быстро возрастает, и к
настоящему времени превысило 2 миллиона тонн в год. Самые передовые страны по
производству шампиньонов — это США, Нидерланды, Франция, Италия, Испания, Ве-
ликобритания и Польша, на долю которых приходится свыше 60% годового объема.
Таких выдающихся результатов в грибной индустрии эти страны достигли благода-
ря быстрому внедрению механизации, автоматизации и компьютеризации всех тех-
нологических процессов, а также достижений науки. Сооружение современных шам-
пиньонных комплексов позволило стабильно получать высокие урожаи грибов. На
современном этапе в передовых грибоводческих странах созданы и развиваются
крупные компостные предприятия-фабрики. Эти фабрики способны обеспечить высо-
кокачественным и высокопродуктивным шампиньонным компостом, засеянным и за-
росшим мицелием гриба (в виде брикетов, обтянутых полиэтиленовой пленкой),
многих, кто желает выращивать шампиньоны в специализированных фермах и при-
способленных помещениях. Именно создание крупных компостных предприятий по-
зволило за короткий срок резко увеличить объем производства шампиньонов. Гри-
боводам России необходимо воспроизвести подобный опыт и стимулировать раз-
витие отрасли грибоводства в нашей стране.
Во многих странах развито промышленное выращивание шампиньонов в спе-
циализированных шампиньонных комплексах, каменоломнях, шахтных выработках, в
приспособленных помещениях на стеллажах, в ящиках, в полиэтиленовых мешках и
на грядах, или гребнях.
Культура шампиньона на стеллажах.
Культура шампиньона в деревянных ящиках,
В нашей стране работает несколько крупных шампиньонных комплексов, но они
пока не удовлетворяют спрос населения на грибы. Поэтому многих привлекает
разведение шампиньонов на огородах и приусадебных участках.
Для выращивания шампиньонов пригодны самые разнообразные помещения: подва-
лы, погреба, сараи, теплицы и парники. Разведением грибов можно заниматься и
на открытом воздухе, выбирая тенистые места сада, например, с северной сторо-
ны любой постройки, где всегда более низкая температура. При этом результаты
выращивания зависят не только от заботливости грибовода, но и от погодных ус-
ловий, которые позволяют провести два оборота культуры в год: весенне-летний
и летне-осенний. Однако свежие грибы можно иметь почти круглый год. Для этого
помещения, например, подвалы, необходимо оборудовать системами отопления и
вентиляции (приточной и вытяжной).
Культура шампиньона в полиэтиленовых (пластиковых) ящиках.
Культура шампиньона в полиэтиленовых мешках.
Грядовая (гребневая) культура шампиньона.
Биологические
особенности
Шампиньон двуспоровый, или культивируемый относят к классу базидиомицетов
(Basidiomycetes), к порядку пластинчатых, или агарикальных (Agaricales), к
семейству агариковых, или шампиньоновых (Agaricaceae), к роду шампиньонов
(Agaricus). Этот род включает более 60 видов. Приводим описание интересующего
нас культивируемого шампиньона (Agaricus bisporus (J. Lange) Imbach.).
Шляпка 5—10 см в диаметре (иногда более крупная), толсто-мясистая. У моло-
дых плодовых тел округлая, выпуклая, выпукло-распростертая, у зрелых плодовых
тел плоско-распростертая, иногда в центре чешуйчатая. Кожица шляпки белая,
беловатая, кремовая до грязно-коричневой окраски. Пластинки свободные, тон-
кие, частые, розовато-серые, по мере созревания меняют мясо-розовую окраску
на темно-коричневую, у перезрелых грибов почти черные с фиолетовым оттенком.
Частное покрывало (белая мицелиальная пленка, закрывающая пластинки с нижней
стороны шляпки) по мере созревания плодового тела растягивается, отрывается
от краев шляпки и остается в виде кольца на ножке. Ножка длиной 3—6 см, тол-
щиной 1—2 см, центральная, гладкая, цилиндрическая, суженная в основании, бе-
лая, плотная, волокнистая. Мякоть плодового тела плотная, белая, розовеющая
при повреждении (прикосновении, резании).
Споры овально-округлые темно-коричневого цвета. Образуются по 2 на каждой
базидии (спорообразующей клетке), что и послужило видовому названию гриба
(шампиньон двуспоровый). У других видов шампиньона (как и у всех базидиальных
грибов) формируется по 4 споры на каждой базидии.
По окраске кожицы шляпки культивируемый шампиньон подразделяют на три раз-
новидности (расы, группы): белую, кремовую и коричневую. Зарубежные исследо-
ватели выделяют еще 4-ю разновидность — чешуйчатую (не совсем белую), харак-
терную для искусственно созданных гибридных штаммов (сортов) шампиньона.
Считается, что коричневый пигмент у кремовых и коричневых грибов усиливает
грибной вкус и аромат. Кроме того, они более устойчивы к возбудителям болез-
ней и вредителям шампиньонов и менее прихотливы к условиям выращивания. Одна-
ко потребительский рынок предпочитает белые шампиньоны, которые в основном
и выращиваются.
Белая разновидность культивируемого Коричневая разновидность культивируе-
шампиньона. мого шампиньона.
В природе шампиньон двуспоровый, или культивируемый растет на удобренных
навозом почвах в садах, огородах, на полях, вблизи скотных дворов, на пастби-
щах. Плодоносит с конца апреля по начало июня и с августа по октябрь. Из-за
низкой конкурентной способности в диком виде встречается крайне редко.
В развитии культивируемого шампиньона, как и других шляпочных грибов, выде-
ляют два четко выраженных периода — рост грибницы (вегетативная фаза) и пло-
доношение (генеративная фаза, т.е. образование и рост плодовых тел). Грибница
пронизывает питательный субстрат, а плодовые тела формируются на его поверх-
ности. Практически важная особенность культивируемого шампиньона в том, что
рост мицелия происходит при температуре субстрата 25-27 С (воздуха 23-25 С),
а образование плодовых тел — при температуре воздуха не выше 18 С.
V
hi
у
16
г\
[ 1
/в
П''
ffi^ '
1
J
у—Г
^ф'
4
Развитие плодового тела шампиньона: 1 — зачатки плодового тела (при-
мордии) в стадии «булавочной головки» (а), в стадии «горошины» (б) и
в стадии дифференциации на шляпку и ножку (в) ; 2 — молодое плодовое
тело; 3 — плодовое тело товарной зрелости; 4 — биологически зрелое
плодовое тело, осыпающее споры.
При разрастании в питательном субстрате грибница чувствительна к его соста-
ву, структуре, влажности, температуре, вынослива к повышенному содержанию уг-
лекислого газа. В хороших условиях мицелий активно разрастается, плотно опле-
тает питательный субстрат и способен обеспечить высокий урожай плодовых тел.
Ослабленная грибница быстро поражается возбудителями болезней и вредителями
шампиньонов, значительно снижающими урожай грибов. Шампиньоны относятся к
медленно растущим грибам, поэтому очень важно создавать оптимальные условия
для разрастания грибницы в питательном субстрате, чтобы получить сильную
культуру и хороший урожай плодовых тел.
Для перехода культуры к плодообразованию необходимо снизить температуру
воздуха (до 15—17 С) , поддерживать относительную влажность воздуха на уровне
90—95%, активно вентилировать помещение для удаления избытка углекислого газа
в воздухе (содержание не более 0,07%). Стимулирующее действие на плодоношение
шампиньонов оказывают некоторые микроорганизмы, например, бактерии рода
Pseudomonas. Эти микроорганизмы присутствуют в покровной почве, используемой
при выращивании шампиньонов.
Культивируемый шампиньон безразличен к свету, который не является для него
жизненно необходимым. Однако прямые солнечные лучи обжигают нежную кожицу
плодовых тел, которая растрескивается и темнеет. Такая опасность существует
при выращивании грибов в теплицах или на открытом воздухе, поэтому необходимо
затенение. При культивировании шампиньонов в темных помещениях требуется
только рабочее освещение для выполнения технологических операций по уходу за
культурой и для сбора урожая грибов.
Более подробно и детально биологические особенности шампиньона двуспорового
будут рассматриваться в каждом технологическом моменте при его искусственном
выращивании. Биологические требования гриба учитываются при создании специа-
лизированных культивационных помещений и при использовании приспособленных
помещений.
Особенности
питания
Шампиньоны, как и все грибы, питаются готовыми органическими веществами,
которые извлекают из материалов растительного и животного происхождения. Од-
нако шампиньон двуспоровый входит в экологическую группу грибов — капротро-
фов, развивающихся на навозе животных. В этой группе шампиньон занимает сред-
нее положение, т.е. утилизирует («поедает») полуразложившийся навоз. Эту осо-
бенность необходимо учитывать при подборе компонентов для приготовления пита-
тельных субстратов (шампиньонных компостов).
Мицелий шампиньона способен синтезировать и выделять в окружающую питатель-
ную среду широкий набор различных ферментов (экзоферментов), которые разлага-
ют субстрат и подготавливают его к усвоению грибом. Способность шампиньона
расщеплять и утилизировать сложные по химическому составу органические мате-
риалы необходимо использовать для облегчения конкурентной борьбы с другими
грибами и бактериями.
Все необходимые для построения собственного тела элементы питания гриб на-
ходит в органическом субстрате, в котором они должны содержаться в достаточ-
ном количестве и определенном балансе. Для культивируемого шампиньона опти-
мальным является питательный субстрат, в котором содержание органического уг-
лерода в 18—20 раз превышает содержание в нем органического азота (т.е. соот-
ношение углерода к азоту составляет (18—20) :1, или C/N = 18—20/1) . В таком
субстрате должны присутствовать органический азот в количестве 1,8—2,2% и все
необходимые для гриба макро- и микроэлементы, обеспечивающие его нормальный
метаболизм (обмен веществ).
В процессе жизнедеятельности шампиньон выделяет в окружающую среду различ-
ные газообразные вещества (в основном углекислый газ), которые улетучиваются,
и жидкие метаболиты.
Жидкие метаболиты — это в основном органические кислоты (щавелевая кислота
и другие), которые накапливаются в субстрате и подкисляют его. Для замедления
подкисления субстрата и защиты гриба от быстрого самоотравления, в субстрат
добавляют мел и гипс, содержащие кальций. Кальций нейтрализует органические
кислоты, образуя с ними нерастворимые соли (в основном оксалат кальция — соль
щавелевой кислоты), и препятствует подкислению среды.
Гипс добавляют также для улучшения структуры питательного субстрата (шам-
пиньонного компоста). Сравнительно недавно установлена другая очень важная
роль гипса. Он участвует в образовании коллоидных (желеобразных) азотсодержа-
щих органических соединений и тем самым препятствует «утечке» питательных ве-
ществ из приготовляемого шампиньонного компоста. Поэтому гипс (или алебастр)
стали добавлять в питательный субстрат в начале процесса его приготовления
(компостирования), а не в конце, как это было раньше.
Приготовление
шампиньонного
компоста
Приготовление питательного субстрата (компоста) — самый ответственный этап
при выращивании шампиньонов, от которого на 80—85% зависят успех дела и вели-
чина урожая плодовых тел. Поэтому к данному процессу нужно относиться с осо-
бой тщательностью и вниманием. Обязательно контролировать качество исходных
органических материалов, грамотно составлять рецептуры, своевременно и пра-
вильно выполнять необходимые работы.
Любительский
вариант
Для приготовления компоста необходимо использовать солому (лучше всего ози-
мой пшеницы или ржи) и навоз различных видов сельскохозяйственных животных
(конский, коровий, свиной, овечий, кроличий, птичий помет и др.). Приводим
две основные рецептуры компоста.
Рецептура 1
■ солома воздушно-сухая — 100 кг,
■ птичий помет (например, куриный) — 80—100 кг,
■ гипс (или алебастр) — 6 кг.
Рецептура 2
■ солома воздушно-сухая — 100 кг,
■ навоз сельскохозяйственных животных — 100 кг,
■ мочевина — 2,5 кг (или аммиачная селитра — 3,5 кг),
■ гипс (или алебастр) — 8,5 кг,
■ мел — 5 кг,
■ суперфосфат — 2 кг.
В обеих приведенных рецептурах количество исходных компонентов можно соот-
ветственно увеличивать, но уменьшать нельзя. Меньшее количество исходных ма-
териалов не обеспечит требуемые условия компостирования и получение качест-
венного шампиньонного компоста.
Солома должна быть зрелой, золотистой, не прелой, без сорняков. Ее можно
частично (не более чем на 1/3) заменить сеном, листовым опадом, измельченными
картофельной ботвой, кукурузными или подсолнечниковыми стеблями. Можно ис-
пользовать смеси нескольких перечисленных материалов.
Лучше иметь свежий птичий помет или навоз сельскохозяйственных животных
(при хранении навоз быстро теряет свои питательные свойства и становится ма-
лопригодным для приготовления компоста). Присутствие в помете или навозе
стружек и опилок хвойных пород деревьев, используемых в качестве подстилки
для птиц и животных, ухудшает качество компоста. Смолистые вещества, содержа-
щиеся в стружках и опилках, отрицательно влияют на рост и развитие шампиньо-
нов .
Более сложный состав рецептуры 2 обусловлен тем, что навоз различных видов
сельскохозяйственных животных по питательности уступает птичьему помету. Мо-
чевина и суперфосфат служат дополнительными источниками азота и фосфора, не-
обходимыми для грибов. Гипс (или алебастр) добавляется для уменьшения потери
азота при подготовке компоста, улучшения его структуры и подщелачивания. Мел
также служит для создания и поддержания оптимальной для гриба кислотности пи-
тательного субстрата.
Приготовление компоста (компостирование, или ферментация) — сложный микро-
биологический и биохимический процесс, сопровождающийся обильным выделением
аммиака, углекислого газа и паров воды. Поэтому приготовление субстрата необ-
ходимо проводить либо в хорошо проветриваемых помещениях, например, в сараях,
либо на открытом воздухе, желательно под навесом, защищающим компост от атмо-
сферных осадков, которые могут переувлажнять субстрат и вымывать из него пи-
тательные вещества. Если нет навеса, то компостную кучу (бурт, штабель) можно
сверху накрыть полиэтиленовой пленкой, оставляя открытыми боковые поверхнос-
ти. В полностью накрытом пленкой компостном штабеле будет недостаточным при-
ток свежего воздуха, и ферментация субстрата нарушится.
Приготовление компоста включает несколько этапов. Сначала проводят замачи-
вание соломы или заменяющих ее материалов в течение 1—2 дней, поливая их во-
дой из шланга или ведер. Замачивать солому (и другие материалы) можно и в ре-
зервуарах, наполненных водой. Затем приступают к формированию (закладке) ком-
постного штабеля. При этом предварительно увлажненную солому или заменяющие
ее материалы и навоз делят на 3—4 приблизительно равные части и укладывают в
штабель послойно, т.е. на каждый слой соломы помещают слой навоза, причем
должно быть не менее 3 слоев, как навоза, так и соломы.
Каждый слой соломы дополнительно увлажняют и, если выбрана рецептура 2, по-
сыпают сверху мочевиной или заменяющей ее аммиачной селит рой примерно по 600
г на каждый слой, если таких слоев 4. Компостный штабель должен быть шириной
и высотой по 1 — 1,5 м, длиной не менее 1,2—1,5 м.
Схема формирования компостного штабеля: 1 — навоз сель-
скохозяйственных животных или птичий помет; 2 — солома.
Через 4—5 дней после закладки штабеля делают первую перебивку. При этом,
начиная с одного конца штабеля, компост тщательно перетряхивают вилами и пе-
ремешивают, дополнительно увлажняя компостируемую массу, посыпая гипсом (але-
бастром) и укладывая в новый штабель. Еще через 3—4 дня делают вторую пере-
бивку, посыпая субстрат мелом и суперфосфатом (по рецептуре 2), тщательно пе-
ремешивая все компоненты и добавляя воду. При внесении гипса, мела и супер-
фосфата в предварительно увлажненный субстрат необходимо как можно равномер-
нее распределить эти материалы в компостируемой массе. Через 3—4 дня после
второй перебивки делают третью перебивку, а еще через 2—3 дня в четвертый раз
перебивают компост, при необходимости добавляя воду (табл. 2,3).
Таблица 2. Приготовление компоста по рецептуре 1
День
1-й, 2-й
2-й, 3-й
8-й
12-й
16-й
19-й
20-21-й
Вид работы
Замачивание соломы или заменяющих ее мате-
риалов
Формирование (закладка) компостного штабе-
ля. Замоченную солому или заменяющие ее
материалы и птичий помет делят не менее
чем на 3—4 приблизительно равные части и
послойно укладывают в штабель, допол-
нительно увлажняя каждый слой соломы
Первая перебивка штабеля
Вторая перебивка штабеля
Третья перебивка штабеля
Четвертая перебивка штабеля
Набивка готового компоста в гряды, ящики,
полиэтиленовые мешки, укладка на стеллажи
Добавки на 100 кг воз-
душно-сухой соломы или
заменяющих ее материалов
250-300 л воды
80—100 кг птичьего, на-
пример , куриного помета
6 кг гипса (алебастра),
вода
Вода
При необходимости вода
При необходимости вода
Таблица 3. Приготовление компоста по рецептуре 2
День
1-й, 2-й
2-й, 3-й
8-й
12-й
16-й
19-й
20-21-й
Вид работы
Замачивание соломы или заменяющих ее мате-
риалов
Формирование компостного штабеля. Замо-
ченную солому или заменяющие ее материа-
лы, навоз сельскохозяйственных живот-
ных и мочевину делят на 3—4 приблизительно
равные части и послойно укладывают в шта-
бель, дополнительно увлажняя и посыпая мо-
чевиной каждый слой соломы
Первая перебивка штабеля
Вторая перебивка штабеля
Третья перебивка штабеля
Четвертая перебивка штабеля
Набивка готового компоста в гряды, ящики,
на стеллажи, в мешки
Добавки на 100 кг воз-
душно-сухой соломы или
заменяющих ее материалов
250-300 л воды
Навоз сельскохозяйст-
венных животных — 100
кг, мочевина —2,5 кг
(или аммиачная селитра —
3,5 кг), вода
8,5 кг гипса (алебаст-
ра) , вода
5 кг мела, 2 кг суперфо-
сфата , вода
При необходимости вода
При необходимости вода
Цель перебивок компоста заключается в тщательном перемешивании всех компо-
нентов и обеспечении доступа свежего воздуха ко всем частям компостного шта-
беля для нормальной деятельности микроорганизмов, развивающихся в массе пита-
тельного субстрата.
О правильности протекания процесса ферментации судят по температуре горения
компоста. Уже на 2—3-й день после закладки компостного штабеля температура
внутри него на глубине 25—30 см достигает 55—70 С и поддерживается на этом
уровне в течение всего периода приготовления питательного субстрата. Неболь-
шое снижение температуры наблюдается лишь перед перебивкой компоста или к
концу процесса компостирования.
Если компостный штабель плохо «горит», то есть не разогревается, то причина
этого чаще всего — недостаточное увлажнение или пересыхание компоста (из-за
выветривания). В этом случае при следующих перебивках необходимо добавить
больше воды в субстрат и плотнее укладывать штабель. Переувлажненный компост
также плохо разогревается. При следующих перебивках такой штабель необходимо
укладывать рыхлее, не увлажняя. При компостировании из-под компостного штабе-
ля всегда должно вытекать небольшое количество жидкости.
Если компостирование проходит нормально, оно занимает 20—23 дня. Готовый
питательный субстрат имеет темно-коричневый цвет, рыхлую и сыпучую структуру,
не пахнет аммиаком, не липнет к рукам. Оптимальную влажность компоста опреде-
ляют так: при сильном сжатии рукой комка компоста вода лишь просачивается
сквозь пальцы, но не капает. Если субстрат переувлажнен, то для его подсушки
необходимо добавить гипс (1—2 кг на 100 кг соломы) и сделать еще одну-две пе-
ребивки через 1—2 дня, при этом компост раскладывают по большей площади и бо-
лее рыхло.
Из 100 кг соломы или заменяющих ее материалов и 100 кг навоза сель-
скохозяйственных животных (в том числе птичьего помета) получается 250—300 кг
готового субстрата (компоста).
Промышленный
вариант
В данной публикации будут указаны только отличительные особенности промыш-
ленного приготовления шампиньонного компоста. Желающих получить более подроб-
ную информацию по этому вопросу можно адресовать к другим литературным источ-
никам .
Промышленное производство шампиньонного компоста обязательно предусматрива-
ет следующее:
■ заготовку качественного сырья, правильное складирование и обеспечение хо-
роших условий хранения основных сырьевых материалов (соломы озимой пшеницы
или ржи, куриного помета, конского навоза, гипса и других);
■ регулярный агрохимический анализ сырьевых материалов, составление рецептур
компоста с содержанием в нем органического азота 1,8—2,2% и соблюдением
соотношения C/N = (18-20):1. Постоянный агрохимический анализ готового
компоста и на отдельных этапах его приготовления;
■ наличие специализированных компостных цехов (предприятий, фабрик), обору-
дованных устройствами и механизмами для замачивания соломы, формирования
компостных куч и буртов (штабелей) и их перебивок, т.е. для осуществления
процесса компостирования органической массы — питательного субстрата;
■ наличие камер или тоннелей для проведения пастеризации шампиньонного ком-
поста с целью улучшения его качества (селективности) и увеличения продук-
тивности (урожайности);
■ наличие механизмов для смешивания пастеризованного компоста с посадочным
мицелием шампиньона;
■ паспортизацию пастеризованного компоста (т.е. проверку его качества и уро-
жайности) .
Современные компостные предприятия имеют также механизмы (машины) для изго-
товления брикетов из пастеризованного компоста, смешанного с посадочной гриб-
ницей шампиньона или без нее. Шампиньонные брикеты, обтянутые полиэтиленовой
пленкой, удобны для использования и в специализированных культивационных ка-
мерах, и в приспособленных помещениях.
В промышленных масштабах шампиньонный компост готовится на основе соломы и
куриного помета с добавлением гипса по короткой схеме компостирования (8—12
дней с 2—3-мя перебивками) с последующей пастеризацией в течение 4—6 дней.
Короткий срок приготовления уменьшает потерю массы компоста при обеспечении
его высокого качества и продуктивности. В настоящее время промышленное произ-
водство шампиньонного компоста базируется на высокой степени механизации, ав-
томатизации и компьютеризации системы контроля и управления всем процессом от
начала и до конца. Это в совокупности позволяет максимально стандартизировать
шампиньонные компосты и обеспечивать их стабильное и гарантированное высокое
качество и продуктивность.
Необходимо подробнее остановиться на пастеризации компоста. Это связано с
тем, что многие грибоводы, осознающие важность и полезность пастеризации, пы-
таются осуществить ее в приспособленных условиях и, как правило, безграмотно.
И чаще достигается не положительный, а отрицательный результат.
Многочисленные литературные источники приводят график и описывают процесс
пастеризации по классической схеме. По этой схеме еще горя чий компост (45—50
С) после компостирования в штабеле загружают в тоннели (или камеры) пастери-
зации. В них с помощью пара низкого давления температуру компоста за 5—6 ча-
сов поднимают до 58—60 С. Эту температуру строго выдерживают в течение 6—8
часов (1-й этап — собственно пастеризация компоста). Затем компост начинают
вентилировать (продувать) смесью рециркуляционного и свежего воздуха. При
этом температуру компоста сначала снижают до 55—54 С, а потом на 1 —1,5 С в
сутки в течение 5—7 дней (2-й этап — кондиционирование компоста) . По оконча-
нии кондиционирования компост продувают свежим воздухом для быстрого охлажде-
ния компоста с 47—45 С до 26—24 С и засевают посадочным мицелием.
1-й этап — собственно
пастеризации компоста
2-й этап кондиционирование
компоста
График температуры процесса пастеризации шампиньонного компоста.
Из приведенного описания процесса пастеризации (собственно пастеризация +
кондиционирование) становится очевидным, что для его осуществления требуется
дорогостоящее сооружение. Это сооружение должно быть герметичным, теплоизоли-
рованным, гидроизолированным, оборудованным системами обеспечения пара, вен-
тилирования, контроля и управления процессом. Нужны механизмы для загрузки и
выгрузки компоста. Такое под силу не каждому грибоводу.
Очень важно строго соблюдать указанные температурные параметры. Они стиму-
лируют и регулируют рост и развитие определенных групп микроорганизмов, улуч-
шающих качество шампиньонного компоста. На первом этапе собственно пастериза-
ции компоста при температуре 58—60 С развиваются только термофильные бакте-
рии, не являющиеся конкурентами шампиньона. Задача этих бактерий состоит в
том, чтобы удалить из компоста («съесть») простые соединения (например, саха-
ра, аминокислоты), образовавшиеся в процессе компостирования органической
массы. Простые соединения привлекательны для многих конкурентных микроскопи-
ческих грибов, нежелательных для шампиньона. А отсутствие этих соединений в
компосте делает его преимущественным (селективным) для шампиньона. Селектив-
ность компоста увеличивается, когда после термофильных бактерий при темпера-
туре 55—47 С и хорошей аэрации в нем активно развиваются термофильные грибы и
актиномицеты (на 2-м этапе — кондиционировании). Эти микроорганизмы энергично
поглощают аммиак, выделенный термофильными бактериями, и превращают его в
белковые соединения, улучшающие питательность компоста для шампиньона. Кроме
того, актиномицеты образуют белые видимые колонии на частицах компоста (ком-
пост белеет, становится «седым»), которые препятствуют заселению питательного
субстрата нежелательными микроскопическими грибами (микромицетами) — сильными
конкурентами шампиньона. По окончании кондиционирования важно очень быстро
охладить компост с 47—45 С до 26—24 С. Самая опасная температура компоста 40—
30 С, которая стимулирует развитие нежелательных для шампиньона микромицетов,
в основном аспергиллов. Поэтому нельзя на этой температуре «задерживаться».
Знание смены определенных групп микроорганизмов и их роли в процессе пасте-
ризации необходимо для грамотной корректировки его (внесения изменений) в от-
дельных случаях.
Поскольку при проведении пастеризации используется пар, требуется вспомнить
физику и учесть следующие моменты. При хорошем техническом обеспечении и гра-
мотном проведении пастеризации компост обычно слегка подсушивается (на 1—2%).
Поэтому на пастеризацию закладывают компост влажностью 70—72% с тем, чтобы
после пастеризации иметь оптимальную влажность компоста 68—70%. Но если без-
грамотно производить разогрев и охлаждение компоста при пастеризации, можно
его чрезмерно переувлажнить или пересушить. В момент подогрева компоста паром
до 58—60 С необходимо следить, чтобы разница между температурой компоста и
температурой смеси пара с воздухом не превышала 12—15 С. При более высокой
разнице температур компост, как более холодный, будет конденсировать воду из
пара и переувлажняться.
На этапе кондиционирования также важно сохранять указанную разницу темпера-
тур между компостом и воздухом. Если при продуве компоста температура воздуха
будет ниже температуры компоста более чем на 12—15 С, то холодный воздух нач-
нет конденсировать воду, забирая ее из компоста и тем самым чрезмерно высуши-
вая его.
Таким образом, знание и понимание химических, микробиологических и физиче-
ских моментов процесса пастеризации позволяют успешно использовать его для
улучшения качества компоста и получения высоких урожаев грибов.
И еще одно практически важное замечание. Приведенная выше классическая схе-
ма пастеризации пригодна только для шампиньонных компостов, компостирование
которых осуществлялось не более 14—15 дней без отклонений по срокам и качест-
ву перебивок. К сожалению, в реальной практике отечественного грибоводства
часто возникают непредвиденные обстоятельства (в основном технического харак-
тера) , приводящие к нарушениям в процессе компостирования. Это смещение или
затягивание перебивок и в итоге изменение условий и удлинение срока компости-
рования, а также переувлажнение или недостаточное увлажнение компостируемой
массы. В таких случаях в процесс пастеризации надо вносить грамотные измене-
ния с целью исправления допущенных нарушений или известных ошибок.
Например, если компостирование затянулось на 2—3 дня, то в компосте образо-
валось большее количество простых соединений. Поэтому для их удаления требу-
ется увеличить время собственно пастеризации до 12—14 часов (в некоторых слу-
чаях до 1 — 1,5 суток). Чем больше срок компостирования, тем также больше
время 1-го этапа пастеризации для «работы» термофильных бактерий при темпера-
туре компоста 58—60 С. И соответственно увеличивается общий срок пастеризации
(1-й этап + 2-й этап). Если для «работы» термофильных бактерий время собст-
венно пастеризации определено неправильно (т.е. недостаточное), то компост
после пастеризации содержит избыток аммиака, удаление которого требует до-
полнительного времени. В этом случае компост обычно пересыхает, теряет высо-
кое качество и продуктивность.
С помощью пара в период подогрева компоста до 58—60 С можно увеличить влаж-
ность суховатого компоста. Для этого температуру смеси воздуха с паром в пе-
риод подогрева компоста поддерживают выше температуры компоста более чем на
20—25 С. Тогда компост (как более холодный) будет энергично конденсировать
влагу из пара и за счет этого эффективно увлажняться.
Если компост переувлажнен, то его можно подсушить в процессе кондици-
онирования. Для этого компост продувают холодным воздухом, температура кото-
рого на 20—25 С (и более) ниже, чем температура компоста. При этом надо обя-
зательно контролировать влажность компоста, чтобы не пересушить его. Однако
часто случается, что по окончании пастеризации компост сухой. Чтобы его ув-
лажнить, компост вновь нагревают паром в течение 30—40 минут, затем подачу
пара отключают и через 1 — 1,5 часа охлаждают до 2 6—2 4 С.
После правильно проведенной пастеризации компост «седой» (беловатый за счет
многочисленных колоний актиномицетов), без запаха аммиака. Он имеет влажность
68—70% (при сильном сжатии комка компоста в кулаке вода просачивается между
пальцев, но не капает) и слабощелочную кислотность (рН 7,2—7,5), рыхлый, рас-
сыпчатый, с характерным приятным запахом, напоминающим печеный хлеб.
Начинающим шампиньоноводам можно посоветовать покупать пастеризованный ком-
пост (у крупных производителей компоста, например, шампиньонных комплексов)
или начинать готовить его самостоятельно, ограничиваясь только компостирова-
нием. Без пастеризации на хорошо приготовленном вручную компосте можно соби-
рать урожай грибов до 10—12 кг/м2. И только при технической готовности можно
осуществлять пастеризацию компоста и иметь гарантированный урожай шампиньонов
не менее 12—15 кг с 1 м2.
Набивка компоста
и посадка грибницы
При выращивании шампиньонов на открытом воздухе из готового компоста делают
углубленные в землю гряды шириной 50—80 см произвольной длины. Для этого по
площади намеченной гряды выкапывают землю на глубину 25—30 см, насыпают на
дно в качестве дренажа песок, гравий или щебень слоем 5 см, укрепляют стенки
изнутри досками или полосками шифера, а затем закладывают готовый компост и
плотно утрамбовывают. На поверхности почвы устраивать гряды нежелательно, так
как питательный субстрат будет пересыхать. Но если гряды поверхностные, то их
необходимо ограничить досками. Компост нельзя укладывать непосредственно на
землю. Это приводит к проникновению в субстрат вредителей и возбудителей бо-
лезней шампиньона. Слой утрамбованного компоста должен быть высотой 20—25 см.
Обычно на 1 квадратный метр площади при хорошей плотности набивки расходуется
90—110 кг готового субстрата.
Питательный субстрат можно набивать в ящики (слой утрамбованного компоста в
них 20—25 см) или в полиэтиленовые мешки. Полиэтиленовые мешки должны вмещать
не менее 10—15 кг компоста слоем 30—35 см.
Очень удобно, практично и целесообразно использовать полиэтиленовые мешки
для выращивания шампиньонов. Их можно устанавливать на многоярусные стеллажи,
не загрязняя помещение. Через прозрачную пленку легко наблюдать за состоянием
культуры. В случае обнаружения очагов заражения конкурентными грибами и гри-
бами — возбудителями болезней шампиньонов отдельные зараженные мешки следует
удалить (вынести) из помещения. По окончании сбора урожая полиэтиленовые меш-
ки выносят из помещения, которое почти не засоряется. Полиэтиленовые мешки
можно использовать только один раз. Повторно загружать их (даже после мытья и
дезинфекции) новым компостом не следует, так как это неизбежно будет способ-
ствовать развитию и распространению заболеваний и вредителей шампиньонов.
При выращивании шампиньонов на открытом воздухе над грядами, ящиками или
полиэтиленовыми мешками делают навесы или устраивают парники для защиты от
атмосферных осадков и солнечных лучей. Для этого на деревянные подставки на-
кладывают любой непрозрачный и водонепроницаемый материал (брезент, темную
полиэтиленовую пленку, фанерные щиты и т.д.) и укрепляют его.
В подвалах, сараях и теплицах компост можно укладывать непосредственно на
бетонный пол (или на кусок полиэтиленовой пленки, расстеленной на земле) в
виде плоских или гребневых гряд, в ящики, полиэтиленовые мешки, устанавливая
их в несколько ярусов, или на стеллажи.
После набивки компоста проводят посадку грибницы.
Начинающим грибоводам-любителям лучше приобретать компостный мицелий в бан-
ках, который устойчив к неблагоприятным воздействиям окружающей среды и может
храниться в холодильнике при температуре 0—3 С до года (при комнатной темпе-
ратуре до месяца). Зерновой мицелий имеет большую урожайность по сравнению с
компостной грибницей, но очень требователен к качеству субстрата и условиям
выращивания. Его можно хранить в бытовом холодильнике не более 1—1,5 меся-
цев (при комнатной температуре не более 6—8 дней) . При более длительном хра-
нении мицелий теряет свою жизнеспособность и продуктивность.
Стерильная грибница шампиньона на компосте в 2-литровой стеклянной банке.
Зараженную посторонними грибами посадочную грибницу (с зелеными, черными,
розовыми и другими пятнами) использовать для посева нельзя. Ее необходимо
уничтожить закапыванием в землю или сжиганием.
Если посадочный мицелий долго хранился и есть сомнения в его жизнеспособно-
сти, можно предварительно провести контроль. Для этого 100 зерновок с мицели-
ем раскладывают пинцетом на кусочке мокрой фильтровальной бумаги (промока-
тельной бумаги), положенном на блюдце или маленькую тарелку (чашку Петри),
сверху накрывают банкой (крышкой чашки Петри) и ставят в теплое место (в тер-
мостат с температурой 25—27 С) . Через 5—7 дней визуально оценивают жизнеспо-
собность посадочной грибницы по запушению зерновок. Если все 100 зерновок за-
пушились (т.е. покрылись белым ватообразным пушком, характеризующим рост ми-
целия) , то жизнеспособность грибницы очень хорошая (100%). Степень жизнеспо-
собности посадочного мицелия в процентах определяют по численности запушенных
зерновок из 100, взятых на контроль. Для большей достоверности контроль дела-
ют в 3 повторениях и усредняют полученные результаты. При небольшом снижении
жизнеспособности посадочного мицелия пропорционально увеличивают норму его
высева. Грибницу с низкой жизнеспособностью (ниже 50%) лучше не использовать,
так как она слабая и не обеспечит высокого урожая грибов.
За сутки до использования посадочную грибницу вынимают из холодильника и
оставляют при комнатной температуре для прогревания. Затем банку (полиэтиле-
новый пакет) открывают, извлекают из нее содержимое и комочками размером 4—5
см засаживают компост. При этом большим пальцем руки протыкают компост, при-
поднимают верхний слой питательного субстрата, на дно образовавшейся лунки на
глубину 5—7 см помещают комочек компостного мицелия (или горсть зерновой
грибницы), а затем плотно прижимают его приподнятым слоем компоста. Места по-
садки располагают в шахматном порядке на расстоянии 15—20 см друг от друга.
Норма расхода грибницы 400—500 г на 1 квадратный метр площади посадки (гря-
ды) .
Зерновой мицелий обычно высевают другим способом. Грибницу бережно размина-
ют до рассыпчатого состояния (до отдельных зерновок), разбрасывают по поверх-
ности компоста пропорционально норме расхода, тщательно перемешивают руками с
компостом (желательно во всем слое субстрата) и плотно его утрамбовывают.
В специализированных шампиньонных комплексах посадка мицелия в компост ме-
ханизирована и применяется норма высева 7—10 литров зерновой грибницы на 1
тонну пастеризованного питательного субстрата. Мицелий равномерно перемешива-
ется во всей массе компоста.
После посадки мицелия поверхность компоста тщательно выравнивают с помощью
деревянных трамбовок или других плоских предметов. На шампиньонных комплексах
с этой целью используют вибраторы и тяжелые катки, которые передвигают вдоль
стеллажей с компостом. От качества выравнивания поверхности компоста в даль-
нейшем будут зависеть состояние культуры и характер плодоношения гриба.
Примерно 1/5 часть предназначенной для посадки грибницы рассыпают по выров-
ненной поверхности компоста для быстрого разрастания мицелия шампиньона в
верхнем слое субстрата и самозащиты от конкурентных грибов. После высева ми-
целия компост накрывают сверху газетами или любой другой хорошо впитывающей
воду бумагой. Бумагу увлажняют из лейки с мелким ситечком или с помощью поли-
вочного устройства (поливочной машины) и постоянно поддерживают во влажном
состоянии. Под влажной бумагой верхний слой компоста не подсыхает, что спо-
собствует быстрому разрастанию в нем грибницы шампиньона и проявлению ее за-
щитной функции.
Посадку грибницы проводят при температуре компоста, не превышающей 25—26 С.
Если температура выше указанной, то посадку откладывают на 1—2 дня, пока тем-
пература не понизится. Если температура субстрата начнет повышаться (что ха-
рактерно для недокомпостированного субстрата), то компост разрыхляют и ждут,
пока температура достигнет 25—26 С.
Как посадочный материал можно использовать размноженную грибницу. Для полу-
чения размноженной грибницы в приготовленный для выращивания шампиньона ком-
пост высевают приобретенную в банках или полиэтиленовых пакетах грибницу. За-
тем, когда ею зарастет весь компост, отделяют куски субстрата размером 15—20
см с хорошо разросшимся тонким белым мицелием гриба. Эти куски подсушивают на
воздухе при комнатной температуре и хранят в прохладном сухом помещении или в
холодильнике до использования как посадочного материала (компостной грибни-
цы) . Однако многократно размножать таким способом грибницу шампиньона нельзя,
так как это приведет к снижению урожайности грибов и развитию болезней и вре-
дителей шампиньонов. Не следует также использовать как посадочный материал
дикую грибницу, взятую с места произрастания шампиньонов в природе. Дикая
грибница чаще всего может принадлежать видам шампиньона, которые на специаль-
но приготовленном компосте расти не будут или дадут очень низкий урожай.
Уход за культурой
в период
разрастания грибницы
Для нормального разрастания грибницы температура в компосте в течение двух
недель должна поддерживаться на уровне 24—27 С, а температура окружающей сре-
ды (воздуха) в этот период — на 2—3 С ниже, то есть 21—25 С. Если температура
компоста после посадки повысится до 29—30 С, то грибница не растет, а при 31
С и выше мицелий шампиньона гибнет. Поэтому при повышении температуры компо-
ста усиливают проветривание (вентиляцию) помещения.
При хорошей приживаемости грибницы через неделю после посадки нити ее про-
никают в глубь субстрата на 5—7 см от высаженных кусочков посадочного мате-
риала или на 2—4 см от каждой зерновки с мицелием. Для контроля приживаемости
и роста грибницы через 6—7 дней после посадки в двух-трех местах, куда были
высажены кусочки посадочного материала, приподнимают верхний слой компоста и
смотрят, насколько нити грибницы проникли в глубь субстрата. Если грибница
плохо и медленно разрастается, что обычно бывает при температуре компоста ни-
же 20—22 С, то период роста грибницы продлевается до 3—4 недель. Низкая тем-
пература окружающей среды и переувлажнение готового компоста могут вызвать
загнивание и гибель культуры. Поэтому при низкой температуре необходимо утеп-
лять субстрат в грядах, ящиках или полиэтиленовых мешках, накрыв их мешкови-
ной или соломенными матами. Ящики или полиэтиленовые мешки с культурой можно
перенести в более теплое место.
Плохо разрастается грибница и в компосте с низкой влажностью, поэтому осо-
бое внимание обращают на предотвращение подсыхания субстрата после посадки
грибницы. Если компост сильно подсох, его увлажняют, перемешивают, плотнее
утрамбовывают и вновь сажают грибницу, накрыв двумя-тремя слоями бумаги, за
влажностью которой следят с особой тщательностью.
В специализированных шампиньонных комплексах в период разрастания мицелия в
компосте создаются и поддерживаются определенные микроклиматические условия в
камерах выращивания: температура воздуха 24—25 С (в компосте 26—27 С) , отно-
сительная влажность воздуха 90—95%, вентиляция воздуха используется только
как средство борьбы с перегревом компоста (выше 28 С). При этих условиях ком-
пост полностью зарастает мицелием шампиньона за 10—14 дней. Грибница в период
разрастания устойчива к повышению содержания углекислого газа в воздухе до 3—
4%.
Очень важно, чтобы уход за культурой шампиньона в период разрастания гриб-
ницы в компосте сводился к обеспечению оптимальных условий. Любое затягивание
этого периода увеличивает угрозу поражения шампиньонов возбудителями болезней
и вредителями.
По окончании периода разрастания мицелия в субстрате бумагу удаляют и при-
ступают к засыпке компоста покровным грунтом.
Засыпка компоста
покровным грунтом
(гобтировка)
Покровный грунт необходим для защиты мицелия шампиньона от неблагоприятных
воздействий окружающей среды и для стимулирования процесса плодообразования.
Он должен быть комковатым, рыхлым, хорошо впитывать и удерживать воду, не об-
разовывать корку на поверхности после поливов. В качестве покровного грунта
хорошо использовать смесь торфа с мелом: 9,5 объемных частей (например, ве-
дер) торфа + 0,5 части мела. Но можно использовать и смеси торфа с огородной
почвой с добавлением мела: 5,5 ведер торфа + 4 ведра почвы + 0,5 ведра мела.
В случае отсутствия торфа и мела компост засыпают огородной почвой. Мел необ-
ходим для создания оптимальной для шампиньона кислотности покровного грунта.
Его можно заменять доломитовой или известняковой крошкой (мукой).
Перед использованием покровный грунт просеивают через грохот с ячейками 1 х
1 см, увлажняют, а затем насыпают на поверхность субстрата и распределяют
равномерным слоем 3—4 см высотой (не более). Приблизительный расход грунта на
1 квадратный метр площади — 2—3 ведра вместимостью 10 литров. Грунт не уплот-
няют .
В специализированных шампиньонных комплексах или компостных предприятиях
(фабриках) покровный грунт в основном готовят из переходного торфа и доломи-
товой крошки (муки) в соотношении по объему 9:1. Торф — это наиболее влагоем-
кий природный материал, способный обеспечить водой формирование высокого уро-
жая плодовых тел шампиньона. Водоудерживающая способность торфа может дости-
гать 1000%! То есть, 1 г сухого торфа может удержать 10 г воды. Поэтому дос-
тойного заменителя торфа на сегодняшний день нет.
При подборе и заготовке торфа для покровного грунта обращают внимание на
его качество. Во влажном состоянии визуально трудно отличить переходный торф
от низинного торфа. Но при подсыхании переходный торф сверху «буреет», а ни-
зинный — «сереет». Переходный торф имеет более высокую влагоемкость и лучше
удерживает комковатую структуру по сравнению с низинным торфом, поэтому наи-
более подходит для покровного грунта.
Верховой (рыжий) торф слишком рыхлый и кислый, хотя имеет очень высокую
влагоемкость. Его можно добавлять в состав покровной смеси не более 40—50% по
объему, увеличивая при этом содержание доломитовой крошки до 30%.
Важно знать, что однажды сильно пересохшие торфа теряют свою водо-
удерживающую способность и становятся малопригодными для приготовления по-
кровного грунта. При увлажнении пересохший торф мало впитывает воды и пропус-
кает ее, как песок. Поэтому влагоемкость торфа необходимо предварительно про-
верять в агрохимической лаборатории.
Из всех торфов самый кислый — верховой (рН 3—4), затем переходный торф (рН
4—5) и наименее кислый низинный торф (рН 5—6) . Поэтому при составлении по-
кровных смесей надо варьировать добавление доломитовой крошки (муки), добива-
ясь слабощелочной кислотности готового покровного грунта (рН 7,2—7,6).
Покровную смесь обязательно увлажняют до нанесения на поверхность заросшего
компоста (до гобтировки). Засыпать субстрат сухим грунтом, который затем по-
ливать уже на грядках (стеллажах), неправильно и опасно. Вода может свободно
проникнуть в компост, залить его и вызвать загнивание культуры.
Покровную смесь обычно готовят за 5—7 дней до гобтировки и увлажняют до 50—
60%. Затем дезинфицируют паром или формалином, так как покровный грунт явля-
ется источником возбудителей болезней и вредителей шампиньона.
При дезинфекции паром грунт в куче, а лучше в ящиках или полиэтиленовых
мешках нагревают до 60 С и выдерживают при этой температуре 3—4 часа. Затем
быстро охлаждают до 25—30 С. Покровную смесь нельзя перегревать выше указан-
ной температуры и затягивать время выдержки при высокой температуре. Это при-
водит к уничтожению полезных микроорганизмов, которые стимулируют плодообра-
зование шампиньона. В таких случаях при хорошем врастании мицелия шампиньона
в покровный грунт долго не наступает плодообразование, что в итоге приводит к
снижению урожая грибов.
Дезинфекцию покровной смеси формалином проводят следующим образом. Сначала
готовят 3—4% раствор формалина. Его получают разведением водой 40% формалина
(который продается), добавляя к 1 литру концентрированного формалина (40%-
ного) 9—12 литров водопроводной воды и перемешивая. В итоге получим 10—13
литров нужного раствора (3—4%-ного) . Для дезинфекции 1 кубического метра по-
кровного грунта требуется 10—12 литров 3—4%-ного раствора формалина.
На чистой бетонной или асфальтовой площадке покровный грунт обрызгивают
приготовленным раствором формалина, тщательно перемешивают и сгребают в пло-
скую кучу высотой 40—60 см. При больших количествах покровную смесь опрыски-
вают раствором формалина послойно через каждые 15—20 см и делают плоскую кучу
высотой до 1 метра.
Все работы выполняют в индивидуальных средствах защиты (противогазах или
респираторах). Кучу сверху накрывают полиэтиленовой пленкой или брезентом и
оставляют на 2—3 дня. Затем с кучи снимают пленку (или брезент) и грунт про-
ветривают, периодически перемешивая до исчезновения запаха формалина. В осен-
ний период при низкой температуре и высокой влажности воздуха выветривание
формалина затягивается. Поэтому дезинфекцию покровного грунта формалином не-
обходимо начинать раньше (за 7—10 дней до гобтировки). А зимой обработку
грунта формалином проводят в отапливаемом помещении. Если формалин не успева-
ет полностью улетучиться, то он, присутствуя в покровном грунте после гобти-
ровки, сдерживает врастание в него мицелия шампиньона. Такое нередко случает-
ся в практике и приводит к нежелательной отсрочке плодобразования.
Хранить дезинфицированную покровную смесь можно в течение 3—4 дней, а засы-
панную в полиэтиленовые мешки до 2-х недель.
В последние годы дезинфекцию покровного грунта формалином проводят в каме-
рах выращивания сразу после гобтировки, совмещая с поливом. Покровный грунт
поливают 0,5—1%-ным раствором формалина из расчета 0,5—0,75 литра на 1 квад-
ратный метр и выдерживают камеру выращивания без вентиляции в течение 12—16
часов.
Увлажненную покровную смесь наносят на выровненную поверхность заросшего
мицелием шампиньона компоста одинаковым по толщине слоем 3—4 см высотой. Если
покровный грунт распределяется по поверхности компоста небрежно (слоем разной
толщины), то плодообразование будет иметь разрозненный (недружный) характер,
и зачатки плодовых тел будут формироваться на разной глубине покровного слоя.
Кроме того, не ровная поверхность грунта создает большие трудности при поли-
вах и механизированном сборе урожая грибов.
После гобтировки камеры выращивания проветривают для удаления углекислого
газа, накопившегося за период разрастания мицелия в компосте. Затем в течение
5—7 дней температуру воздуха поддерживают на уровне 20—22 С, относительную
влажность его — 90—95%, слабо проветривают помещение и поливают покровный
грунт. В таких условиях грибница шампиньона быстро врастает в покровный
грунт.
Иногда при недостаточной аэрации и высокой температуре воздуха (свыше 22 С)
на поверхности покровного грунта можно наблюдать запушение грибницы (рост ми-
целия вверх, т.е. образование воздушного мицелия) и даже образование более
или менее плотных белых ватообразных «стром» гриба (бесплодных, рыхлых спле-
тений грибницы). Такое явление нежелательно, так как снижает урожай грибов.
При запушении грибницы покровный грунт умеренно поливают, чтобы прижать воз-
душный мицелий к поверхности грунта, усиливают вентиляцию помещения и снижают
температуру воздуха до 15—17 С.
Для лучшей аэрации культуры и стимуляции плодообразования через 5—7 дней
после гобтировки проводят рыхление покровного грунта. К этому моменту мицелий
обычно начинает выходить на поверхность покровного слоя. Для рыхления пользу-
ются деревянной планкой длиной 30—40 см с вбитыми в нее на расстоянии 4—6 см
друг от друга гвоздями, причем свободные концы гвоздей (без толщины планки)
должны иметь длину 7—10 см. Более короткие концы гвоздей снижают эффектив-
ность рыхления, во время которого покровный грунт должен «приподняться»
(«вздохнуть»), сохраняя при этом комковатую структуру. При рыхлении «царапа-
ют» поверхность компоста. Частицы питательного субстрата, заросшие мицелием
гриба, проникают в толщу покровного слоя и ускоряют рост грибницы в покровном
грунте и сбор урожая плодовых тел.
4-6
см
У- I 1 см
I см
Приспособление для рыхления покровного грунта.
За 1—2 часа перед рыхлением покровный грунт обильно поливают. В этом случае
достигается наибольший эффект резкой аэрации покровного слоя, так как потреб-
ность в следующем поливе оттягивается. Сразу после рыхления культивационное
помещение вентилируют (1 —1,5-кратная смена воздуха в час), температуру воз-
духа в нем снижают до 15—17 С и поддерживают относительную влажность воздуха
на уровне 90—95%. Через несколько дней при этих условиях в покровном грунте
быстро образуются тяжи (толстые грибные нити), на которых закладываются пло-
довые тела.
Сразу после гобтировки и рыхления необходимо следить за влажностью покров-
ного грунта, удерживая ее поливами на оптимальном уровне 70—75%. Этот уровень
можно проверить, сжимая комок грунта в кулаке. Вода должна легко просачивать-
ся между пальцев, образуя струйки. Лучше поливать понемногу, но чаще, чем по-
многу и редко.
При подсыхании на поверхности покровного грунта может образовываться корка,
затрудняющая воздухообмен между субстратом и окружающей средой и поэтому не-
гативно воздействующая на плодоношение грибов. Образование корки характерно
для покровного грунта, содержащего глинистую почву. Глинистую почву лучше
смешивать с торфом. По мере подсыхания покровный грунт осторожно поливают из
лейки с мелким ситечком. Нельзя использовать для поливов садовые опрыскивате-
ли или форсуночные поливочные устройства. Их водно-воздушный факел имеет
очень сильное давление, которое разрушает комковатую структуру покровного
слоя, уплотняя его и нарушая воздухообмен. Этот факел также механически по-
вреждает нежную кожицу зачатков плодовых тел, которые быстро желтеют и отми-
рают.
При поливах не допускают проникновения воды в компост. Вода, попадая в суб-
страт, приводит к загниванию грибницы и гибели культуры.
В настоящее время для ускорения плодообразования и увеличения урожайности
шампиньонов в передовых странах широко используют сочетание двух агротехниче-
ских приемов.
Первый прием — это добавление в покровную смесь перед гобтировкой кэкинг-
материала. Кэкинг-материал представляет собой специально приготовленный сухой
гранулированный субстратный мицелий шампиньона. Его рекомендуют добавлять в
количестве 75—150 г на 1 квадратный метр, что позволяет значительно сократить
срок зарастания покровного грунта мицелием гриба до 5—8 дней вместо 10—12
дней. Этот прием на неделю ускоряет плодоношение и за счет этого сокращает
производственный цикл. Он широко применяется в Ирландии, Великобритании и Се-
верной Америке.
Второй прием — это внесение питательных добавок в заросший мицелием гриба
компост во время гобтировки. Например, добавка Милли Шамп 3000 увеличивает
урожайность шампиньонов на 20—30%. Добавки вносят в количестве 1—1,5 кг на
1 квадратный метр (1 — 1,5% от массы влажного или 3—5% от массы сухого компо-
ста) . Такое широко практикуется в США. и Западной Европе.
Использование этих приемов в нашей стране пока в проверочной стадии, по-
скольку технологический уровень выращивания шампиньонов еще недостаточно вы-
сок и нестабилен. Поэтому приходится разъяснять отдельные технологические мо-
менты и ошибки, с которыми сталкиваются грибоводы, особенно начинающие. Вот
еще одна из них.
Иногда до появления плодовых тел шампиньона на поверхности покровного грун-
та вырастают грибы-навозники (чернильные грибы, или копринусы) с быстро чер-
неющими и расплывающимися шляпками на длинных ножках. Обильное плодоношение
этих грибов-сорняков задерживает появление плодовых тел шампиньона и чаще
всего наблюдается при плохом разрастании грибницы шампиньона в не-
докомпостированном субстрате, температура которого обычно быстро повышается
после посадки мицелия. Чтобы не допустить распространения копринусов, срывают
молодые грибы-сорняки до почернения шляпок.
Чернильные грибы-навозники (копринусы).
Плодоношение и сбор
урожая плодовых тел
Если грибница хорошо разрослась в компосте и покровном грунте и после рых-
ления температура воздуха не превышает 18 С (в субстрате 20—22 С) , то через
5—7 дней после рыхления появляются зачатки плодовых тел в виде булавочных го-
ловок диаметром 2—4 мм. Они очень чувствительны к излишнему движению воздуха
и контакту с водой. Поэтому в этот момент необходимо уменьшить вентиляцию по-
мещения и прекратить поливы на 1—2 дня, пока зачатки плодовых тел не достиг-
нут размера горошины. Затем по мере роста плодовых тел вентиляцию помещения
увеличивают до 2—3-кратной смены воздуха в час и до 4—5-кратной в момент мас-
сового созревания грибов. В период роста плодовых тел температуру воздуха
поддерживают на уровне 16—17 С, относительную влажность воздуха — 90—95%. С
момента зачатия до сбора плодовых тел проходит 6—7 дней. Таким образом, пер-
вые грибы собирают через 17—20 дней после гобтировки (или через 28—32 дня по-
сле посадки мицелия в компост).
Иногда плодовые тела 1-й волны плодоношения формируются по краю стеллажа
(ящика, полиэтиленового мешка). Такую «краевую» волну можно наблюдать при ис-
пользовании покровного грунта, образующего при поливах корку, или если не
проводить рыхление покровного слоя. При последующих волнах плодоношения крае-
вой характер формирования плодовых тел, как правило, не происходит. Плодовые
тела вырастают более или менее равномерно по всей площади стеллажа (ящика,
мешка).
Если температура воздуха выше 18 С, рост плодовых тел ускоряется, снижается
их товарное качество, а образование новых зачатков плодовых тел не происходит
или появляются одиночные плодовые тела. Кроме того, высокая температура воз-
духа способствует заболеванию шампиньонов и повреждению насекомыми-вредите-
лями.
В зависимости от условий выращивания урожай можно собирать в течение 2—4
месяцев и более. Для шампиньонов характерно волнообразное плодоношение, то
есть периоды обильного появления грибов сменяются периодами, когда на грядке
остается небольшое количество плодовых тел или они совсем отсутствуют. Появ-
ление новых волн плодоношения обычно происходит через неделю. При оптимальной
для плодоношения температуре воздуха (16—17 С) за первые 3—5 волн собирают
70—80% всего урожая. При более низкой температуре период плодоношения растя-
гивается , и грибы растут более или менее равномерно.
В период плодоношения шампиньонам необходим активный воздухообмен, поэтому
излишнее накрывание культуры, особенно материалами, плохо пропускающими воз-
дух, способствует накоплению углекислого газа. Избыток углекислого газа в
воздухе вредит культуре, уменьшая урожай грибов и снижая их качество. Ножки
плодовых тел удлиняются, и грибы быстро раскрываются. Если молодые плодовые
тела формируются в условиях недостаточной вентиляции, то они приобретают не-
правильную форму. Низкая влажность воздуха и сильное его движение (ветер)
также ухудшают качество грибов, при этом кожица на шляпке плодовых тел подсы-
хает и растрескивается («крокодиловая кожа»), придавая грибам неприглядный
вид.
Растрескивание кожицы шляпок плодовых тел шампиньона («крокодиловая
кожа») в результате низкой влажности воздуха и сильного его движения.
Вытянутые плодовые тела шампиньона Неправильная форма молодого плодового
в результате недостаточной вентиля- тела шампиньона, сформировавшегося
ции помещения (избытка углекислого при избытке углекислого газа в возду-
газа). хе.
Шампиньоны очень чувствительны к перепадам температуры и влажности. Поэтому
при большом перепаде дневной (высокой) и ночной (низкой) температур культуру
на открытом воздухе в грядах, ящиках и мешках укрывают воздухопроницаемым ма-
териалом (мешковиной, соломенными матами и т.п.).
В период сбора урожая важно следить за влажностью покровного грунта. При
подсыхании и после снятия обильных волн грибов покровный грунт умеренно поли-
вают , не допуская проникновения воды в компост. Если молодые плодовые тела
сформировались в сухом покровном грунте, а потом получили избыток воды, то
они темнеют, мякоть их размягчается, и грибы отмирают. Их необходимо удалять
и уничтожать, чтобы не привлекали возбудителей болезней и насекомых- вредите-
лей.
Если при поливах покровный грунт (землю, почву) увлажняют недостаточно, то
зачатки плодовых тел формируются под покровным слоем на границе с компостом.
В этом случае грибы вылезают из глубины «как кроты» и сильно загрязнены час-
тицами грунта (почвы). Такие «бородатые» грибы трудно собирать, и приходится
отрезать в отход нижнюю, грязную половину ножки. При сборе «бородатых» грибов
выносится большое количество покровного грунта (земли, почвы) и образуются
многочисленные ямки на его поверхности. Поэтому сразу после их сбора в обра-
зовавшиеся ямки подсыпают свежий грунт.
Плодовые тела шампиньона, сформированные в сухом покровном грун-
те («бородатые грибы»).
Иначе при поливах вода скапливается в них и вызывает загнивание культуры
шампиньона. Если поливы достаточные, то формирование зачатков плодовых тел и
их рост происходят на поверхности покровного слоя. Тогда грибы легко соби-
рать , они чистые и с маленьким отходом.
Шампиньоны безразличны к свету и могут расти в полной темноте. Только пря-
мые солнечные лучи вредны для них, так как обжигают нежную кожицу шляпок гри-
бов и высушивают покровный грунт. Поэтому при выращивании шампиньонов на от-
крытом воздухе или в теплицах необходимо защитить (затенить) культуру гриба
от солнечных лучей. В темных культивационных помещениях монтируют рабочее ос-
вещение для ухода за культурой и сбора урожая грибов.
При хорошем качестве компоста и благоприятных внешних условиях можно сни-
мать 4—7 кг и более шампиньонов с 1 квадратного метра площади грядки за 1,5—2
месяца плодоношения при любительском способе выращивания.
В специализированных шампиньонных комплексах получают урожаи шампиньонов
15—25 кг с 1 квадратного метра полезной площади за 4—5 волн плодоношения. Та-
кие высокие урожаи требуют обильных поливов и использования влагоемких по-
кровных грунтов.
г г>. *
Плодоношение шампиньона при правильном культивировании.
При каждой волне плодоношения одновременно формируется огромное количество
зачатков плодовых тел. Однако до зрелого состояния вырастает не более полови-
ны их. Остальные зачатки естественным образом отмирают (желтеют), и их удаля-
ют. Естественное отмирание зачатков обусловлено тем, что для одновременного
их развития до зрелого состояния не хватает воды. Количество вызревающих пло-
довых тел и величина урожая напрямую зависят от влагоудерживающей способности
покровного грунта, являющегося резервуаром воды. Чем больше воды содержит по-
кровный грунт и отдает ее компосту, тем большее количество плодовых тел вы-
растает до зрелого состояния с увеличением общего урожая шампиньонов.
Расчет количества воды, которое необходимо «вернуть» в компост между волна-
ми плодоношения, основывается на величине собранного урожая грибов на каждой
волне плодоношения. Например, если за 1-ю волну снято 6—7 кг грибов с 1 квад-
ратного метра, то за последующие 4—5 дней между волнами необходимо вылить
6,5—7,5 литров воды на 1 квадратный метр с учетом испарения. То есть ежеднев-
но по 1—1,5 литра воды на каждый квадратный метр площади покровного грунта.
После 3-й волны плодоношения поливы уменьшают, так как величина урожая после-
дующих волн снижается и увеличивается опасность переувлажнения и гибели куль-
туры.
Сразу после поливов грибы собирать нельзя, так как они плохо хранятся и бы-
стро теряют товарное качество. Собирать грибы можно не раньше, чем через 4—5
часов после полива и интенсивной вентиляции помещения. При сборе урожая грибы
снимают простым вращательным движением руки. Срезать шампиньоны, оставляя
пеньки ножек в покровном грунте, нельзя, так как оставленные пеньки загнивают
и привлекают вредителей и возбудителей болезней грибов.
Собирают плодовые тела левой рукой и сразу обрезают грязные основания ножек
ножом, который держат в правой руке. Квалифицированные сборщицы одновременно
снимают и обрезают по 2—3 гриба. Обрезанные грибы укладывают в чистый перфо-
рированный пластиковый ящик или другую тару, в которой грибы будут храниться
и продаваться. От качества выросших грибов, техники их сбора, обрезки и ук-
ладки будет зависеть цена реализации. Перекладка (пересыпание) из одной тары
в другую ухудшает товарное качество грибов. Любое касание или повреждение
плодовых тел вызывает коричневение мест касания и повреждений, что нежела-
тельно .
Плодовые тела шампиньонов собирают в таком состоянии зрелости, когда пленка
с нижней стороны шляпки, закрывающая пластинки со спорами гриба, натянута или
чуть треснула. Такие грибы меньше загрязняются частицами почвы (покровного
грунта) при сборе урожая. Можно собирать грибы с разорванной пленкой и откры-
тыми пластинками мясо-розового цвета. Но такие грибы необходимо тщательно
промывать при приготовлении различных блюд, так как при сборе урожая их пла-
стинки загрязняются частицами почвы (земли, покровного грунта). Молодые пло-
довые тела с сильно закрученными краями шляпки и бледно-розовыми пластинками
по вкусу и аромату уступают грибам с мясо-розовыми, хорошо развитыми пластин-
ками. Цвет пластинок и грибной аромат зависят от степени зрелости спор шам-
пиньона .
Старые, перезрелые грибы с темно-бурыми (с фиолетовым оттенком) пластинками
употреблять в пищу не следует, так как в них накапливаются вредные для орга-
низма человека вещества (некоторые продукты распада жироподобных веществ и
различные алкалоиды). Эти вещества вызывают расстройство органов пищеварения
и кровообращения, а также нервной системы.
По давно разработанному и действующему в наше время ГОСТу свежие грибы —
шампиньоны подразделяют на стандартные и нестандартные. Стандартными считают-
ся закрытые плодовые тела с обрезанными основаниями ножек, нестандартными —
обрезанные открытые грибы, у которых сильно порвано частное покрывало (белая
пленка, закрывающая пластинки с нижней стороны шляпки) и хорошо видны розовые
пластинки. Хотя открытые грибы считаются нестандартными, они являются нор-
мальными для шампиньонов. Многие предпочитают употреблять в пищу открытые
грибы, так как они имеют более насыщенный грибной вкус и аромат.
В отечественном ГОСТе указаны большие допуски на загрязненность почвенными
частицами, нарушения целостности и поражение бактериальной пятнистостью.
В зарубежных классификациях к качеству свежих грибов — шампиньонов предъяв-
ляются значительно более высокие требования. Эти требования включают не толь-
ко цвет, чистоту, плотность и целостность грибов, но и определенную длину
ножки, которая должна быть равной половине высоты шляпки. Наряду с этим обя-
зательна сортировка грибов по диаметру шляпок.
Для наших производителей шампиньонов такие требования проблематичны, но
стремиться к ним надо. Поэтому некоторые отечественные специалисты предлагают
ввести следующую классификацию свежих грибов-шампиньонов:
■ 1-й сорт — грибы чистые, плотные, с маленькой правильно (ровно) обрезан-
ной ножкой;
■ 2-й сорт — грибы менее качественные, с остатками покровной почвы на
шляпке, но закрытые;
■ 3-й сорт — открытые, грязные грибы.
Как уже упоминалось выше, по окраске кожицы шляпки культивируемый шампиньон
подразделяют на три формы (разновидности, расы): белую, кремовую и коричне-
вую. Кремовая и коричневая разновидности устойчивы к болезням, урожайнее и
менее чувствительны к изменениям внешней среды по сравнению с белой формой.
Но потребительский рынок предпочитает белые шампиньоны. Из белой формы можно
рекомендовать к выращиванию следующие штаммы (сорта) шампиньона: Х20, 2008,
12, У-217, 19 и другие, из кремовой — 11, 32, ГДР-2 и другие, из коричневой —
273, 6, С9 и другие. В последние годы появились зарубежные белые гибридные
штаммы шампиньона с очень высоким товарным качеством плодовых тел: Somycel-
512, Sylvan-130, Hauser-A15.
Штаммы отличаются друг от друга размерами и формой плодового тела, урожай-
ностью, устойчивостью к болезням и вредителям, а также требованиями к услови-
ям внешней среды. Однако дать определенные рекомендации в выборе штамма нель-
зя. Посадив одновременно несколько штаммов, можно выбрать наилучший для кон-
кретных условий выращивания.
Каждый штамм необходимо высевать в компост отдельно от другого (в отдельных
ящиках, полиэтиленовых мешках, на одной грядке, но разграничив их между собой
досками или полосками шифера). Смешивание штаммов шампиньона (даже внутри ка-
ждой разновидности) приводит к взаимоугнетению и снижению урожая.
Многих интересует вопрос, можно ли после сбора урожая шампиньона в старый
компост добавить удобрения (полить субстрат питательным раствором) и получить
новый урожай грибов. Считают, что, исчерпав исходный запас питательных ве-
ществ в субстрате, гриб прекращает развиваться и плодоносить, но при пополне-
нии этого запаса можно вызвать дальнейший рост и плодообразование гриба. Од-
нако это односторонний взгляд на развитие грибов. Не надо забывать о том, что
в процессе жизнедеятельности грибы выделяют в субстрат различные метаболиты
(органические кислоты, спирты и другие химические вещества). При избыточном
накоплении в субстрате метаболиты не только тормозят рост и развитие грибного
организма, но и могут вызвать его гибель (гриб как бы сам себя отравляет).
Следовательно, к концу оборота культуры шампиньона, определяемому по зна-
чительному снижению или прекращению плодообразования, компост не столько
обедняется питательными элементами (химические анализы показывают, что их ос-
тается еще очень много), как становится насыщенным различными метаболитами,
выделенными грибом в субстрат в результате обменных процессов. Накопление ме-
таболитов в еще достаточно питательном субстрате — главный фактор, отрица-
тельно воздействующий на рост и развитие грибного организма.
Теоретически возможно обеспечить интенсивный рост и развитие шампиньонов на
протяжении длительного времени при удалении вредных метаболитов из субстрата,
постоянном поддержании его питательности и других оптимальных условий (темпе-
ратуры, влажности, воздухообмена и т.д.) для грибного организма. Практически
это осуществить очень трудно. Поэтому самый простой способ возобновления нор-
мального роста и развития гриба (шампиньона) и получения высокого урожая пло-
довых тел — это замена старого субстрата свежим субстратом, посадка в свежий
субстрат молодой жизнеспособной грибницы и обеспечение других оптимальных ус-
ловий внешней среды.
После сбора урожая культивационную камеру вместе с отработанным компостом
плотно закрывают и дезинфицируют паром. Компост нагревают паром до 70 С и вы-
держивают при этой температуре 12—14 часов. Затем компост выгружают, культи-
вационную камеру вычищают, моют и дополнительно дезинфицируют формалином (оп-
рыскивают 4—6%-ным раствором формалина из расчета 100—150 мл на 1 квадратный
метр обрабатываемой площади). После суточной экспозиции камеру тщательно про-
ветривают и загружают новым компостом.
Приспособленное помещение по окончании сбора урожая также вычищают, моют и
дезинфицируют.
Специализированные культивационные камеры выращивания и оборудованные при-
способленные помещения можно занимать культурой шампиньона 3—5 раз в год
(т.е. иметь 3—5 оборотов культуры в год). И чем короче период сбора урожая,
тем также короче срок одного оборота культуры в помещении выращивания и тем
большее число оборотов культуры в год можно иметь в каждом помещении.
Старый отработанный компост по окончании сбора урожая шампиньонов можно ис-
пользовать как ценное органическое удобрение под овощные, плодово-ягодные и
цветочные культуры. В нем содержится много азота, фосфора, калия, кальция и
других макроэлементов, комплекс микроэлементов, необходимых для роста расте-
ний. Благодаря жизнедеятельности мицелия шампиньона и микроорганизмов в ком-
посте имеются биологически активные (ростовые) вещества, которые оказывают
стимулирующее действие на рост и развитие зеленых растений. Кроме того, ком-
пост — рыхлый структурный материал, улучшающий физические свойства почвы и
благоприятно воздействующий на ее воздухообменные процессы и водоудерживающую
способность.
Болезни, вредители
и меры борьбы с ними
Уже с момента высева в компост мицелий шампиньонов начинает борьбу с конку-
рирующими микроскопическими грибами («сорными» грибами) за источник питания
воду и пространство. От селективности питательного субстрата и других условий
выращивания (температуры, влажности, рН и т.д.) во многом будет зависеть ус-
пех этой борьбы. Поэтому задача грибовода создать оптимальные условия для
роста шампиньона и сдерживать развитие конкурентов. Иначе на поверхности ком-
поста, а впоследствии и на поверхности покровного грунта могут появиться
светло-оливковые, коричневые, розоватые или зеленоватые пятна. Эти пятна —
видимые участки спороношения микроскопических «сорных» грибов. В местах обна-
ружения цветных пятен аккуратно счищают, удаляют, а затем уничтожают верхний
слой компоста или покровного грунта. Очищенные участки посыпают суперфосфатом
или крупной поваренной солью и добавляют свежий покровный грунт. Для борьбы с
конкурирующими грибами можно также применять опрыскивание поверхности компо-
ста и покровного грунта 1 %-ным раствором суперфосфата.
Очаг болезни шампиньона, засыпанный крупной поваренной солью.
Если вовремя не принять указанные меры, то споры этих грибов активно рас-
пространятся потоками воздуха, брызгами воды при поливах, обслуживающим пер-
соналом, инвентарем, механизмами, насекомыми и грызунами-вредителями (мышами,
крысами). Обильное развитие конкурирующих грибов подавляет рост шампиньона и
может снизить урожай грибов на 50-75%!
Для защиты от конкурирующих грибов широко применяется профилактическое оп-
рыскивание 0,5—1%-ным раствором формалина бумаги, укрывающей компост сразу
после его засева, и поверхности покровного грунта сразу после хюбтировки.
Отдельно остановимся на трюфельной болезни шампиньонов (ложный трюфель).
Одни исследователи рассматривают возбудителя этой болезни — гриб Diehliomyces
microsporias (Diehl and Lamb.) Gil. — очень опасным конкурентом шампиньона, а
другие — как возбудителя болезни шампиньона. Этот гриб обитает в почве и по-
падает в шампиньонный субстрат, если компостирование проводят на земляной
площадке. Если после засева мицелием шампиньона температура внутри субстрата
держится на высоком уровне (29—31 С и выше) , то она стимулирует развитие
грибницы ложного трюфеля, который сначала незаметен. Высокая температура в
субстрате ослабляет шампиньон, который постепенно погибает и прекращает пло-
доношение. Компост становится вязким, черным, приобретает специфический запах
хлора. В нем появляются толстые белые или кремоватые тяжи — жгуты (ризомор-
фы), идущие к покровному слою, стенкам мешка или к доскам стеллажей (ящиков).
Вскоре на этих ризоморфах образуются мелкие тельца ложного трюфеля (размером
3—40 мм), которые по форме напоминают поверхность головного мозга с извилина-
ми. Мелкие тельца — это плодовые тела гриба, внутри которых формируются мно-
гочисленные споры. Сначала эти тельца желтовато-белые и плотные, затем стано-
вятся красно-коричневыми и вскоре разрушаются, высвобождая тысячи спор вредо-
носного гриба. Эти споры, попадая на новые участки компоста, прорастают и
увеличивают площадь заражения. И если заражение происходит до или во время
разрастания мицелия шампиньона, то потери урожая могут достигать 75%. Уста-
новлено, что споры ложного трюфеля выживают после проведения пастеризации
компоста, что затрудняет борьбу с этим грибом.
Чтобы предупредить появление и развитие трюфельной болезни, не следует про-
водить компостирование на земляной площадке. При компостировании субстрата
обеспечивают высокую температуру горения штабеля (бурта). После каждой пере-
бивки бурты опрыскивают 1%-ным раствором медного купороса. Проводят качест-
венную термообработку покровного грунта или дезинфицируют его формалином. За-
раженный ложным трюфелем субстрат выбрасывают на свалку, не допуская потери
его при транспортировке и попадания на площадку для компостирования.
Покровный грунт — основной источник патогенных грибов, паразитирующих на
мицелии и плодовых телах шампиньонов. Поэтому с момента гобтировки возникает
опасность поражения шампиньонов возбудителями болезней. Хорошо разросшаяся в
компосте грибница шампиньонов проявляет повышенную устойчивость к заболевани-
ям по сравнению с ослабленным мицелием. И профилактическая обработка (полив)
покровного грунта 0,5—1%-ным раствором формалина сразу после гобтировки или
предварительная дезинфекция покровной почвы значительно снижают опасность по-
явления болезней шампиньонов.
Для профилактики появления и распространения болезней шампиньонов необходи-
мо соблюдать определенные санитарно-гигиенические правила:
■ Устанавливать на приточные воздуховоды фильтры тонкой и микробиологической
очистки воздуха. Если фильтры отсутствуют, то по окончании каждого оборота
культуры проводить дезинфекцию воздуховодов. Для этого в них устанавливать
емкости (чашки Петри) с 40% формалином на сутки при отключенных вентилято-
рах;
■ При сборе урожая больные (уродливые, потемневшие или загнивающие) плодовые
тела (если они имеются) всегда снимать в последнюю очередь. Больные грибы
и отходы (обрезки ножек) выбрасывать в ямы, на свалки, закапывать или сжи-
гать ;
■ После каждого сбора грибов проводить очистку и мытье пола в помещении вы-
ращивания , вспомогательного инвентаря. Вспомогательный инвентарь дезинфи-
цировать 4—6%-ным раствором формалина;
■ Поливы по покровному грунту, подсыпку покровной смеси производить только
после зачистки его поверхности и уборки пола в культивационном помещении;
■ Проводить тщательную (генеральную) очистку, мытье и дезинфекцию культива-
ционных и других технологических помещений, механизмов и оборудования по
окончании всех технологических работ и оборота культуры;
■ На протяжении оборота культуры использовать разрешенные и эффективные
средства борьбы с насекомыми-вредителями и грызунами — переносчиками воз-
будителей болезней шампиньона;
■ Ежедневно осуществлять визуальный контроль появления очагов болезней и
экстренно принимать меры борьбы с ними в случае их обнаружения;
■ Регулярно проводить санитарно-гигиенический инструктаж с рабочим персона-
лом.
При нарушении указанных правил появление заболеваний неизбежно.
Одна из самых распространенных и опасных болезней шампиньона — белая, или
мокрая гниль, возбудитель которой гриб-паразит микогон (Mycogone permiciosa
Magn.). Болезнь характеризуется появлением на поверхности покровного грунта
(почвы, земли) уродливых, с резким неприятным запахом плодовых тел или бес-
форменных ватоподобных масс, покрытых белым завитым пушком и капельками крас-
но-коричневой жидкости. В этой жидкости содержится огромное количество спор
гриба-паразита и бактерий.
Мокрая гниль шампиньона (микогон).
Развитию болезни благоприятствуют повышенные температура воздуха и относи-
тельная влажность его. Поэтому сразу после гобтировки необходимо следить,
чтобы влажность воздуха не превышала 95%, а температура была не выше 24 С.
Пораженные микогоном грибы удаляют вместе с прилежащим покровным грунтом и
компостом (на глубину 5—7 см), сжигают или закапывают в яму, а очищенные мес-
та посыпают крупной поваренной солью и добавляют свежий покровный грунт.
Сухую гниль шампиньонов вызывает гриб-паразит вертициллиум (Verticullium
fungicola var. fungicola, поражающий культивируемый шампиньон, и Verticillium
fungicola var. aleophilum, Verticillium psalliota, как более теплолюбивые,
чаще поражают шампиньон двукольцевой, который также развивается при более вы-
сокой температуре). Если заражаются зачаточные плодовые тела шампиньонов (на
стадии булавочной головки), то они либо приобретают форму луковицы (ножка
толще, чем шляпка, и граница между ними иногда отсутствует) , либо образуется
деформированная грибная масса диаметром до 2 см. Если заражение произошло на
более поздней стадии развития плодового тела шампиньона, то ножки грибов из-
гибаются, растрескиваются и расширяются в основании, а шляпки становятся не-
равнобокими. Пораженные грибы покрываются тонким серо-белым мицелием, остают-
ся сухими и не загнивают. Иногда на поверхности шляпок появляются голубовато-
серые пятна диаметром 1-2 см, часто окаймленные желтым или голубовато-серым
ореолом. Гриб-паразит может вызывать образование темно-коричневых пятен на
шляпках и ножках. Эти пятна внешне похожи на бактериальную пятнистость. Но в
отличие от нее не имеют четкой границы, более глубоко проникают в ткань пло-
дового тела и нередко покрываются белым пушком (мицелием и спорами гриба-
паразита) .
Развитию болезни способствует температура воздуха 24 С.
Меры борьбы с сухой гнилью такие же, как и с белой (мокрой) гнилью.
Сухая гниль шампиньона (вертициллез) Сухая гниль шампиньона (вертициллез)
на ранней стадии развития плодового на поздней стадии развития плодового
тела шампиньона. тела шампиньона.
При повышенных влажности и температуре воздуха, что обычно бывает в летнее
время, на поверхности покровного грунта и плодовых телах в виде рыхлой, шер-
стистой белой пряжи развивается паутинистая плесень, (мучнистая роса) — гриб-
паразит дактилиум (Dactilium dendroides, синоним Cladobotrium dendroides).
Эта очень быстро растущая плесень в короткое время распространяется и вызыва-
ет отмирание пораженных плодовых тел. Обтянутые плесенью плодовые тела шам-
пиньона становятся темно-коричневыми и сваливаются набок.
Паутинистая плесень шампиньона (дактилиум).
Паутинистая плесень появляется на поверхности покровного грунта в виде не-
больших пятен, которые при отсутствии на этих пятнах плодовых тел шампиньона
в течение нескольких дней не увеличиваются, но являются источником спор вре-
доносного гриба-паразита. Споры паутинистой плесени легко распространяются,
попадая в другие места покровного грунта, прорастают и образуют новые пятни-
стые колонии. Если в пораженных местах развиваются плодовые тела шампиньона,
то мицелий паутинистой плесени обрастает их в виде чехла и уничтожает. Сильно
разросшийся и стареющий мицелий паутинистой плесени часто приобретает красно-
фиолетовую окраску, позднее иногда переходящую в желтую.
При появлении первых пятен паутинистой плесени на поверхности покровного
грунта в период плодоношения шампиньона их густо засыпают крупной поваренной
солью, не допуская дальнейшего распространения возбудителя болезни.
В последние годы быстро прогрессирует пятнистость шампиньонов, или зеленая
плесень, вызываемая патогенным грибом триходермой харзианум (Trixoderma
harzianum). Это заболевание распространилось повсеместно: в США, Канаде, Мек-
сике, Англии, Венгрии, России и других странах и нередко носит эпидемический
характер. Так, например, в Северной Америке в 1990—1997 годах потери урожая
шампиньонов от поражения патогенной триходермой составляли 60-100%.
При культивировании шампиньонов встречаются различные виды триходермы, сре-
ди которых есть безвредные и патогенно опасные. Триходерма начинает разви-
ваться на шампиньонном компосте или на поверхности покровного грунта, образуя
белый паутинисто-войлочный мицелий (плесень), который через 2—4 дня становит-
ся темно-зеленым в результате обильного спорообразования. Эту плесень можно
обнаружить на стенках деревянных ящиков, на стеллажах и сетках, используемых
при выращивании шампиньонов. В местах развития триходермы мицелий шампиньонов
не растет, а на шляпках плодовых тел, пораженных ею, появляются «размазанные»
светло-коричневые пятна. Эти пятна отличаются от слизистых, более темных и
четко окаймленных пятен при ржавой пятнистости шампиньонов, вызываемой бакте-
риями.
Зеленая плесень (триходерма) на по- Пятнистость шампиньона, или зеленая
верхности покровного грунта. плесень (триходерма харзианум).
Распространению болезни активно способствуют высокая температура (выше 27
С) компоста в период разрастания мицелия шампиньонов, насекомые — вредители
шампиньонов (особенно красные перечные клещи) и грызуны (мыши, крысы). Чтобы
не допустить появление и распространение триходермы, необходимо строго соблю-
дать общие санитарно-профилактические меры при выращивании шампиньонов. При
обнаружении первых очагов болезни срочно принимать меры к их ликвидации (за-
чищать и засыпать крупной поваренной солью).
Одна из часто встречающихся болезней шампиньонов — мумификация (мумии). Ха-
рактерный при знак этой болезни — сильно утолщенные в основании, искривленные
и вытянутые ножки плодовых тел. Пораженные плодовые тела имеют сероватый от-
тенок и неприятный запах. Они очень плотные, сухие, кожистые, имеют мощные
«корни». Сравнительно недавно установлено, что возбудитель этой болезни бак-
терия рода Pseudomonas spp., которая размножается в гифах (мицелии) шампи-
ньона. Мумификация очень быстро распространяется и может погубить весь урожай
шампиньонов.
При обнаружении очагов этой болезни пораженные места отсекают от непоражен-
ных узкими канавками (шириной 10—15 см), из которых до основания удаляют ком-
пост , создавая механический барьер, препятствующий распространению болезни.
Пораженные участки при поливах не увлажняют.
Мумификация (мумии) шампиньона.
Часто встречается ржавая пятнистость шампиньона, вызываемая бактериями. Это
заболевание характеризуется тем, что на шляпках плодовых тел появляются по-
степенно увеличивающиеся в размере четкие коричневые (иногда вдавленные) бле-
стящие пятна, не проникающие глубоко в мякоть гриба. Ржавая пятнистость обыч-
но развивается при повышенной влажности воздуха и недостаточной вентиляции,
поэтому бороться с ней можно удалением больных грибов и усилением вентиляции
культивационного помещения.
Ржавая пятнистость шампиньона.
Все чаще начала появляться вирусная болезнь шампиньонов. При этой болезни
плодовые тела быстро прекращают рост и остаются мелкими. Ножки водянистые или
на продольном разрезе полосатые, иногда короткие бочковидной формы. У зара-
женных плодовых тел быстро разрывается частное покрывало (белая пленка с ниж-
ней стороны шляпки, закрывающая пластинки). В некоторых случаях, когда ука-
занные признаки заболевания носят единичный и разрозненный характер, могут
быть сомнения в наличии вирусной болезни. Но когда наряду с этими признаками
наблюдается значительное снижение урожая и постепенное отмирание грибницы в
субстрате сначала на отдельных участках, а затем во многих местах, сомнения в
развитии болезни исчезают. Наличие вирусной болезни подтверждается обнаруже-
нием вирусных частиц в тканях гриба с помощью электронного микроскопа.
Основной источник этой болезни — образуемые в огромном количестве споры
больных плодовых тел шампиньона. Эти споры активно распространяются воздушны-
ми потоками, брызгами воды, насекомыми, рабочим персоналом, инструментами и
инвентарем.
Меры борьбы с вирусным заболеванием следующие: строгое соблюдение санитар-
но-гигиенических правил; сбор только закрытых грибов, не допуская их раскры-
вания в культивационных помещениях; обработка пораженных участков концентри-
рованным раствором хлорной извести, медного купороса или формалина; борьба с
насекомыми-переносчиками болезни; выращивание вирусоустойчивых штаммов шам-
пиньона двуспорового или шампиньона двукольцевого.
Вирусная болезнь шампиньона.
Иногда, особенно при первых 2—3 обильных волнах плодоношения, можно наблю-
дать увядание (отмирание) молодых плодовых тел размером от горошины до желу-
дя. По-видимому, причина этого явления носит естественный физиологический ха-
рактер. На первых, самых обильных волнах плодоношения одновременно образуется
огромное количество зачатков плодовых тел. По мере роста многие зачатки отми-
рают из-за недостатка влаги. Связано это с тем, что содержание воды в компо-
сте и покровном грунте не может обеспечить одновременное развитие до зрелого
состояния всех зачатков плодовых тел. Естественно отмершие (потемневшие и
мягкие) плодовые тела обязательно удаляют, так как, загнивая, они привлекают
вредителей и возбудителей болезней.
Болезни шампиньона передаются через руки и инвентарь по уходу за культурой.
Поэтому после удаления больных грибов тщательно промывают руки с мылом, а ин-
вентарь дезинфицируют раствором формалина (0,5 литра 40%-ного формалина на 10
литров воды). Кроме того, обработку суперфосфатом, крупной поваренной солью
или другими веществами обнаруженных очагов заражения проводят очень аккурат-
но, стараясь не вызвать сильного движения воздуха, которое способствует энер-
гичному рассеиванию спор вредоносных грибов и быстрому распространению возбу-
дителей болезней шампиньонов.
Вредные газы от нагревательных приборов, антисептических средств для про-
питки древесины, некоторые смолистые вещества, пестициды при повышенных дозах
могут вызвать болезнь шампиньона — розовый гребень. Это заболевание сравни-
тельно редко встречается и выражается в том, что в отдельных местах ткань
шляпки гриба начинает расти вверх, образуя розовые губчатые вздутия, горбы,
опухоли различной формы. Если воздействие различных химических веществ устра-
няется, то в дальнейшем новые плодовые тела шампиньонов развиваются нормаль-
но .
Розовый гребень шампиньона.
Чаще всего шампиньоны повреждаются нематодами, грибными комариками и муха-
ми, реже клещами, нохюхвостками и мокрицами. Иногда грызуны, охотясь за зер-
новым посадочным мицелием, разрывают гряды, нанося вред культуре.
Наибольшую опасность для шампиньонов представляют паразитирующие нематоды,
относящиеся к микроскопическим круглым червям. В отличие от сапротрофных не-
матод, широко распространенных в природе и питающихся разлагающимися органи-
ческими веществами, паразитирующие нематоды имеют на переднем конце тела иг-
ловидное копьецо. Этим копьецом они прокалывают гифы (мицелий) шампиньонов,
внедряются в них и высасывают содержимое грибных нитей. Пораженный нематодами
паутинистый мицелий постепенно исчезает, а более толстые мицелиальные тяжи,
которые нематоды не могут проколоть, остаются. Компост становится вязким,
приобретает красноватый оттенок и неприятный, сначала затхлый, а затем специ-
фический рыбный запах.
Паразитирующие нематоды могут повреждать плодовые тела шампиньонов, которые
перестают расти, темнеют, становятся мягкими и слизистыми.
Иногда можно наблюдать массовое образование беловатых «качающихся столби-
ков» на поверхности компоста или покровного грунта. «Качающиеся столбики»
представляют собой многочисленные скопления («пучки») из вертикально группи-
рующихся и изгибающихся сапротрофных нематод. Обильно развиваясь в субстрате
и выделяя в него продукты обмена веществ, сапротрофные нематоды ухудшают се-
лективность компоста и тем самым причиняют вред культуре шампиньона.
Нематоды проникают в культивационное помещение с непастеризованным компос-
том, грязным покровным материалом, землей и пылью с улицы на одежде, обуви,
предметах по уходу за культурой, с загрязненной водой, используемой для поли-
вов и мытья. Грибные мухи и клещи переносят нематод, прилипших к их телу.
При обнаружении очагов с нематодами снижают температуру воздуха в культива-
ционном помещении и подсушивают покровный грунт в местах очагов. По окончании
оборота культуры обязательно проводят термическую обработку помещения при 70
С в течение 12—14 часов до его выгрузки.
Пастеризация компоста и покровного грунта полностью убивает взрослых нема-
тод и их яйца.
Для борьбы с нематодами компостирование надо проводить на чистой и проде-
зинфицированной бетонированной или асфальтовой площадке, пастерзовать компост
и дезинфицировать покровный грунт. При использовании огородной почвы для
включения в состав покровного грунта, ее надо брать из почвенного слоя на
глубине 50—60 см. Важно соблюдать санитарно-гигиенические правила и бороться
с грибными мухами и комариками.
Грибные (навозные) комарики и мухи причиняют вред культуре шампиньона в
стадии личинок, которые питаются мицелием или внедряются в плодовые тела, вы-
зывая их червивость. Личинки этих комариков и мух имеют длину от 1—2 до 4—5
мм и живут от 4—7 до 14 дней в зависимости от температуры воздуха. Повышенная
температура воздуха (выше 18—20 С) , особенно в летнее время, сокращает цикл
развития насекомых (с 18—20 до 13—15 дней) и способствует быстрому увеличению
их численности. Личинки некоторых комариков способны размножаться бесполым
путем, что увеличивает их вредоносность. Летающие насекомые — активные раз-
носчики болезней шампиньона.
Некоторые вредители шампиньонов: 1 — сциаридный комарик и его личин-
ка; 2 — форидная муха и ее личинка; 3 — цецидный комарик и его ли-
чинки; 4,5 и 7 — клещи; 6 — ногохвостка (подура).
Плодовые тела шампиньона, пораженные личинками грибных комариков.
Источник грибных мух и комариков — навоз сельскохозяйственных животных, ис-
пользуемый для приготовления шампиньонного компоста. Взрослые летающие насе-
комые откладывают в него яйца (от 60 до 200 яиц от каждой самки в течение од-
ного поколения), из которых впоследствии развиваются вредоносные личинки. По-
этому начинать борьбу с насекомыми-вредителями надо с момента приготовления
компоста. После каждой перебивки бурт (штабель) опрыскивают инсектицидами,
чтобы насекомые не откладывали в него яйца. Затем компост пастеризуют. Перед
каждой загрузкой культивационные помещения обрабатывают инсектицидами и под-
держивают в них температуру воздуха не выше 18 С.
Для борьбы с летающими насекомыми используют светоловушки и цветоловушки.
Во все светоловушки насекомые летят на свет лампы, постоянно горящей в ней,
налипают на клеевой экран или засасываются маленьким вентилятором в марлевый
мешочек, или погибают под действием электрического тока. Через некоторое вре-
мя из светоловушек насекомых удаляют. Цветоловушки изготавливают из бумаги
разного цвета. Кусочки бумаги с двух сторон намазывают долго несохнущим кле-
ем, в который добавляют пахучее вещество, привлекающее насекомых. Насекомые
летят к цветоловушкам, привлекаемые запахом, и налипают на них. Установлено,
что грибные комарики и мухи предпочитают синие цветоловушки.
Реже грибы повреждаются клещами, мокрицами и ногохвостками, с которыми
трудно бороться. При повреждении плодовых тел клещами основания ножек приоб-
ретают коричневую окраску, а на поверхности грибов можно заметить очень мел-
кие дырочки. Микроскопические клещи образуют на поверхности шляпок желто-
коричневые порошкообразные скопления в виде пятен, которые легко удаляются
пальцем. Иногда скопления этих микроскопических клещей можно заметить на вер-
хушках комочков покровного грунта еще до появления плодовых тел шампиньонов.
Ногохвостки, или подуры иногда встречаются при культивировании шампиньонов
и обитают у основания ножек грибов. Большого вреда грибам они не причиняют,
так как в основном питаются разлагающимися органическими материалами. Только
некоторые виды ногохвосток могут незначительно повреждать мицелий и плодовые
тела шампиньонов.
Применение пастеризации компоста и дезинфекция покровного грунта, а также
соблюдение санитарно-гигиенических правил препятствуют появлению и распро-
странению клещей и ногохвосток.
Хорошо заметные дырочки на поверхности (чаще на шляпках) плодовых тел вы-
грызают мокрицы и улитки. Эти вредители обычно встречаются во влажных приспо-
собленных помещениях или при выращивании шампиньонов на открытом воздухе.
Мокриц вылавливают при помощи приманок и уничтожают. Для приманок используют
разрезанные пополам клубни картофеля или корнеплоды (свеклу, морковь и др.).
В каждой половине корнеплода или картофеля делают глубокий треугольный раз-
рез , в который мокрицы свободно проникают. Периодически приманки заменяют
свежими. Улиток собирают и уничтожают.
Мыши и крысы, разрывая компост (особенно при использовании зерновой поса-
дочной грибницы), также наносят вред культуре шампиньона. Для борьбы с ними
используют капканы (мышеловки) или отравленные приманки.
Хранение и
переработка
плодовых тел
Шампиньоны, как и все грибы, относятся к скоропортящимся продуктам, поэтому
их лучше употреблять в пищу в день сбора или на следующий день. В случае не-
обходимости свежие шампиньоны можно хранить в холодильнике при температуре 2—
5 С 3—4 суток, при 0—2 С не более 7 суток в хорошо пропускающей воздух упа-
ковке . При более длительном хранении внешний вид и вкус грибов ухудшаются.
Грибы раскрываются, становятся менее плотными, мякоть их темнеет, начиная с
основания ножки, ножки удлиняются, появляется резкий неприятный запах. Долго
хранившиеся грибы употреблять в пищу нельзя, чтобы не отравиться.
Свежие шампиньоны можно замораживать целиком или нарезанными ломтиками и
хранить в течение полугода при температуре —18 С.
Шампиньоны можно сушить, солить, мариновать, а также использовать для при-
готовления разнообразных блюд и соусов. Эти грибы вкусны и питательны. Однако
питательные вещества, содержащиеся в них, усваиваются организмом человека
лишь наполовину, так как желудочный сок не растворяет клеточные оболочки мя-
коти гриба. Высушенные и измолотые в порошок грибы усваиваются почти полно-
стью, поэтому для приготовления супов и соусов лучше использовать грибной по-
рошок .
Перед переработкой шампиньоны тщательно очищают от частичек земли и моют.
Кожицу шляпки, содержащую ароматические вещества, и пленку, закрывающую пла-
стинки гриба, удалять не следует.
Если грибы предназначены для сушки, то их не моют, а только очищают от зем-
ли . Грибы можно сушить в духовке, русской печи или на солнце. Сначала их вя-
лят при 40—50 С в течение 1,5—2 часов, затем температуру повышают до 60—70 С.
Через час грибы досушивают при более низкой температуре до тех пор, пока они
не станут упругими. Пересушенные грибы крошатся.
При мариновании к очищенным и вымытым шампиньонам (крупные плодовые тела
режут на кусочки) добавляют воду (полстакана на 1 кг свежих грибов) и варят
15—20 минут, удаляя пену. Затем добавляют соль (1 столовая ложка на 1 кг све-
жих грибов), пряности, сахар и уксус по вкусу и кипятят еще 3—5 минут. Когда
рассол станет прозрачным, а грибы осядут на дно, они готовы. Охлажденные шам-
пиньоны перекладывают в чистую сухую стеклянную банку, сверху накладывают
пергаментную бумагу и обвязывают веревкой или закрывают крышкой. Маринованные
грибы можно хранить до года, а соленые в течение 6 месяцев при температуре не
выше 6 С.
Шампиньоны можно консервировать. Для этого их отваривают в небольшом коли-
честве воды в течение 15—20 минут, перекладывают в стерилизованные над паром
стеклянные банки, заливают процеженным бульоном, в котором варились грибы, и
накрывают крышками. Затем в кастрюлю с водой, нагретой до 50—60 С, и с дере-
вянной или металлической решеткой, помещенной на дно кастрюли, ставят банки с
грибами (уровень воды при этом не должен превышать горлышка банок). С момента
кипения воды в кастрюле пол-литровые банки с грибами стерилизуют 25—30 минут,
а литровые — 35—40 минут. После стерилизации банки осторожно вынимают из ка-
стрюли и герметически закупоривают с помощью различных приспособлений (напри-
мер, металлические крышки на банках закатывают специальной машинкой для кон-
сервирования) . Консервированные грибы хранят в сухом прохладном месте.
Можно быстро приготовить горячие бутерброды с шампиньонами. Средние и круп-
ные шляпки грибов нарезают тонкими ломтиками. Кусочки белого или черного хле-
ба толщиной 1—1,5 см намазывают сливочным маслом и укладывают на противень.
На кусочки хлеба поверх масла раскладывают ломтики грибов в 2—3 слоя (ломтики
грибов должны выступать за края хлеба на 0,5—1 см). Ломтики грибов сверху по-
сыпают солью и молотым черным перцем, затем укладывают на них репчатый лук,
нарезанный тонкими кольцами или полукольцами. Лук посыпают натертым сыром
(можно и без сыра) и поверх сыра наносят майонез (выдавливают через маленькое
отверстие, отрезанное ножницами в уголке пластикового пакетика с майонезом) в
виде сетчатого рисунка. Противень с бутербродами ставят в разогретую до 180—
200 С духовку на 15—20 минут до образования золотистой (поджаристой) корочки
сверху на бутербродах. Горячие бутерброды украшают веточками свежей петрушки
или посыпают укропом и подают на стол.
Несложно приготовить «жульен» из шампиньонов. Для этого 1 кг свежих грибов
нарезают ломтиками, кладут на горячую глубокую сковороду или в мелкую широкую
кастрюлю, которую оставляют на небольшом огне, и добавляют соль (1 чайная
ложка на 1 кг свежих грибов). Когда сок, выделенный грибами, наполовину испа-
рится, добавляют мелко нарезанный репчатый лук (2—3 луковицы среднего разме-
ра) , 300—500 г сметаны, молотый черный перец, все тщательно перемешивают, до-
водят до кипения и кипятят на маленьком огне 5—7 минут под крышкой. Затем до-
бавляют 1—2 столовые ложки пшеничной муки, тщательно перемешивают и кипятят
под крышкой еще 2—3 минуты. «Жульен» готов.
Для приготовления жареных шампиньонов 1 кг свежих грибов нарезают тонкими
ломтиками, кладут на горячую сковороду, солят (3/4 чайной ложки соли на 1 кг
свежих грибов) и выпаривают, помешивая. Когда сок, выделенный грибами, полно-
стью испарится, добавляют 2—3 столовые ложки сливочного или растительного
масла, мелко нарезанный репчатый лук (2—3 луковицы среднего размера) и все
тщательно перемешивают. Затем сковороду с грибами накрывают крышкой, и грибы
жарят еще 5—10 минут на небольшом огне, помешивая. Жареные грибы готовы, к
ним можно добавить сметану и посыпать укропом.
Очень вкусной получается икра из шампиньонов. Для ее приготовления 1 кг
свежих грибов провертывают через мясорубку вместе с репчатым луком (2—3 луко-
вицы среднего размера). Полученный фарш подсаливают (1/2 чайной ложки соли на
1 кг грибов) и выпаривают в широкой невысокой кастрюле или в глубокой сково-
роде. Когда сок почти полностью испарится, добавляют сливочное или раститель-
ное масло (3—4 столовые ложки), молотый черный перец по вкусу, все тщательно
перемешивают и тушат без крышки еще 20—30 минут, пока масса не станет зерни-
стой. Икру можно использовать для приготовления бутербродов и как начинку для
пирогов или картофельной запеканки.
Для приготовления супа из шампиньонов 300—400 г свежих грибов нарезают лом-
тиками, обжаривают на сковороде в течение 10—15 минут в сливочном или расти-
тельном масле (2—3 столовые ложки) вместе с нашинкованным репчатым луком (1—2
луковицы среднего размера) и крупно натертой морковью (одна морковь среднего
размера). Обжаренную массу перекладывают в кипящую воду (1,5—2 литра). Бульон
солят по вкусу, заправляют нарезанным картофелем или почти сваренной отдельно
перловой крупой, или вермишелью, добавляют 2—3 лавровых листа и варят до го-
товности 5—10 минут. Готовый суп в тарелке можно приправить сметаной.
Отваренные мелко нарезанные шампиньоны хорошо добавлять в различные салаты
и винегреты. Свежие грибы можно использовать для приготовления овощного рагу,
различных мясных и рыбных блюд.
Рецепты грибных блюд можно найти в любой кулинарной книге.
Приложение 3. Время проведения основных этапов оборота культуры шампиньона
двуспорового (при выращивании их на открытом воздухе или в приспособленных
помещениях)
Вид работы
Приготовление ком-
поста (компостиро-
вание) и набивка его
в гряды, ящики, меш-
ки , стеллажи
Посадка мицелия в
компост и период
разрастания грибницы
Засыпка компоста по-
кровным грунтом
Выращивание грибов в непри-
способленных помещениях и на
открытом воздухе
Выращивание грибов в при-
способленных помещениях,
оборудованных системами
обогрева и вентиляции
обороты культуры
весенне-
летний*
1-25
апреля
2 6 апреля
— 17 мая
18—21 мая
летне-
осенний
1—25 июля
26 июля —
17 августа
18-21 ав-
густа
весенне-
летний
1-25
апреля
2 6 апреля
— 11 мая
12—13 мая
осенне-
зимний
1—25 авгу-
ста
2 6 августа
-10 сен-
тября
11-12 сен-
тября
зимне-
весенний
1-25
декабря
26 декабря
— 10 янва-
ря
11 - 12
января
Период сбора урожая
Ликвидация культуры
с 8—12 ию-
ня
По оконча-
нии сбора
урожая
с 8-12
сентября
По оконча-
нии сбора
урожая
1 июня —
23 августа
24-25 ав-
густа
28 сентяб-
ря -23 де-
кабря
24-25 де-
кабря
28 января
— 23 апре-
ля
24-25 ап-
реля
К приготовлению компоста приступают с наступлением теплых весенних дней с ночны-
ми температурами не ниже О С.
Три оборота культуры можно иметь, если приготовление компоста проводят в другом
помещении; если приготовление компоста и выращивание шампиньонов проводят в одном
помещении, то можно иметь два оборота культуры в год, начиная первый оборот с любого
срока и собирая урожай в течение 3—4 месяцев в каждом из двух культурооборотов.
Приложение 4. Оптимальные условия выращивания шампиньона двуспорового по
фазам развития (в специализированных культивационных помещениях — камерах).
Условия роста и
развития
Температура, С
в воздухе
в субстрате
Относительная
влажность воз-
духа %
Содержание уг-
лекислого газа
в воздухе. %
Воздухообмен,
объем/час
Свет
Продолжитель-
ность, дни
Интервал меж-
дуволнами , дни
Период плодо-
ношения (сбора
урожая), недели
Вегетативная фаза
Разрастение
мицелия в
компосте
23-25
26-27
90-95
До 3-4
Только при
повышении
температуры
субстрата
выше 28 С
Не требует-
ся
10-14
Разрастание
мицелия в
покровном
грунте до
рыхления
20-22
23-25
90-95
Не более
од
0-1
Не требует-
ся
5-7
Генеративная фаза
После рых-
ления до
образования
зачатков
плодовых
тел
16-18
18-20
90-95
Не более
0,07
1-2
Не требует-
ся
5-7
Фаза «була-
вочных го-
ловок»
16-18
18-20
90-95
Не более
0,1
0-1
Не требует-
ся
1-2
Рост плодо-
вых тел от
размера
«горошины»
до товарной
зрелости
16-18
16-20
90-95
Не более
0,07
3-5
Не требует-
ся
4-5
5-7
4-6
Прил. 5. Возможные отклонения при разведении культивируемого шампиньона
Признаки
Причины
Способы устранения
Приготовление компоста
После формирова-
ния или после
перебивок компо-
стный штабель не
1. Компостируемая
масса недостаточно
увлажнена или сильно
пересыхает из-за вы-
Перебить компост, добавляя воду, и на-
крыть пленкой, почти полностью закры-
вая боковые поверхности штабеля Пере-
бить компост без увлажнения, добавляя
разогревается
Компост имеет
комковатую
структуру
Готовый компост
сильно пахнет
аммиаком, пере-
увлажнен, мажет
руки
ветривания
2. Компост переув-
лажнен
Плохое качество пе-
ребивок компоста
Плохие условия ком-
постирования
гипс, и рыхло его уложить
Более тщательно перетряхивать и пере-
мешивать компост при перебивках
Перебить компост, добавляя гипс, и
рыхло его уложить
Период разрастания грибницы
Грибница не рас-
тет или слабо
развивается
1. Компост в грядах
холод ный (быстро
остывает)
2. Компост пересушен
3. Компост переув-
лажнен
4. Высокое содержа-
ние аммиака в компо-
сте
5. Температура ком-
поста выше 28 С
6. Развитие нематод
в компосте
Утеплить грядки соломенными матами или
мешковиной. Подогреть компост за счет
повышения температуры воздуха.
Увлажнить, перемешать компост, вторич-
но посадить грибницу и накрыть гряды
2—3 слоями газет (газетной бумагой),
которые увлажнять по мере подсыхания.
Перемешать компост, добавив гипс, по-
вторно посадить грибницу, обеспечить
проветривание гряд. Усилить проветри-
вание гряд (помещения). Усилить про-
ветривание гряд (помещения). Подсушить
обнаруженные очаги (черные участки с
затхлым или рыбным запахом).
Приложение 6. Инсектициды, разрешенные для применения в грибоводст-
ве против грибных комариков
Название
1. Актеллик, 50% к.э.
2. Амбуш, 25% к.э.
3. Анометрин, 50% к.э.
4. Анометрин, 50% к.э.
5. Децис, 25% к.э.
6. Димилин, 25% с.п.
7. Карбофос, 50% к.э.
8. Рипкорд, 40% к.э.
9. Сонет, 10% к.э.
10. Фосбецид, 50% к.э.
11. Цимбуш, 25% к.э.
12. Цимбуш, 10% к.э.
13. Циперталь, 10% к.э.
14. Циперталь, 25% к.э.
15. Циперталь, 40% к.э.
16. Циткор, 25% к.э.
17. Шерпа, 25% к.э.
Действующее вещество
пиримифосметил
перметрин
перметрин
циперметрин
дельтаметрин
дифлубензурон
малатион
циперметрин
гексафлурон
пиримифосметил
циперметрин
циперметрин
циперметрин
циперметрин
циперметрин
циперметрин
циперметрин
Норма расхода, мл/кв.м
0,5
0,5
0,2
0,5
0,2
1-3 г/кв.м
0,5
0,3
0,5
0,5
0,5
1,2
1,2
0,5
0,3
0,5
0,5
Способ внесения - опрыскивание субстрата. Время ожидания, дни - 25. Мак-
симальная кратность обработок, раз - 2.
Известно, что в летнее время выращивание культивируемого шампиньона стано-
вится затруднительным из-за высокой температуры воздуха и невозможности охла-
ждения его ниже 18 С даже в специализированных сооружениях. Наряду с этим
прогрессирует распространение и вредоносность вирусного заболевания шампиньо-
на двуспорового. Поэтому выращивание другого вида шампиньона — шампиньона
двукольцевого привлекает все большее внимание. Коротко остановимся на особен-
ностях культивирования этого вида шампиньона.
ШАМПИНЬОН
ДВУКОЛЬЦЕВОЙ
Шампиньон двукольцевой — Agaricus bitorquis (Quel.) Sacc. (синоним Agaricus
edulis) грибоводы некоторых стран начали культивировать с 1968 года. Плодовые
тела этого вида шампиньона плотные, мясистые. Шляпка 3—15 см в диаметре, по
форме варьирует от округло-плоской с углублением в центре до овально-
округлой, иногда бугристая. По окраске белая, грязновато-белая или желтова-
тая. Мякоть белая. Пластинки свободные, частые, розовые, грязно-розовые, по
мере созревания спор становятся темно-коричневыми. Ножка 4—7 см длиной, 2—4
см толщиной, центральная, ровная, плотная, цилиндрическая, иногда с расшире-
нием или сужением в основании. Имеет два кольца, расположенных посередине
длины ножки.
Шампиньон двукольцевой.
Товарное качество плодовых тел шампиньона двукольцевого лучше, чем культи-
вируемого шампиньона. Они сохраняют хорошее качество в течение более длитель-
ного времени, меньше теряют массу, не темнеют от касания и механических по-
вреждений .
Шампиньон двукольцевой устойчив ко многим болезням, в том числе вирусным,
для его выращивания требуется более высокая температура (на 5 С выше, чем для
культивируемого шампиньона). Он вынослив к более высокому содержанию углеки-
слого газа в воздухе помещения по сравнению с шампиньоном двуспоровым. Эти
особенности позволяют выращивать шампиньон двукольцевой в летнее время в ев-
ропейской части России и круглогодично в странах Средней Азии.
Для культивирования шампиньона двукольцевого используется такой же шампинь-
онный компост, как и для шампиньона двуспорового. Техника и норма высева по-
садочного мицелия одни и те же для обоих видов шампиньона. Только после по-
садки грибницы компост лучше накрывать не бумагой, а перфорированной дыроко-
лом (отверстия через 15—20 см друг от друга в шахматном порядке) полиэтилено-
вой пленкой, которая лучше сохраняет влагу и способствует более быстрому раз-
растанию мицелия шампиньона двукольцевого. При оптимальной для роста грибницы
температуре компоста 30—31 С он полностью зарастает ею за 14—20 дней. Нельзя
допускать повышения температуры компоста выше 33—34 С, при которой мицелий
шампиньона двукольцевого начинает погибать.
По окончании периода зарастания компоста мицелием гриба полиэтиленовую
пленку снимают, и компост засыпают влажным покровным грунтом. Покровный грунт
такого же состава, как и при культивировании шампиньона двуспорового, и нано-
сят его ровным слоем 2—3 см толщиной. После гобтировки поверхность покровного
слоя вновь накрывают перфорированной полиэтиленовой пленкой на 5—7 дней для
лучшего врастания в него мицелия гриба. Температуру покровного грунта поддер-
живают на оптимальном уровне (30—31 С). В период разрастания мицелия шампинь-
она двукольцевого в компосте и покровном слое воздухообмен в помещении не
требуется. Начинают вентилировать помещение через 6—8 дней после гобтировки,
чтобы снизить температуру воздуха до 25 С и удалить избыток накопившегося уг-
лекислого газа. Влажность воздуха в помещении поддерживают на уровне 85—95%.
Усиленным воздухообменом в течение 10—12 дней добиваются снижения температуры
компоста до 25 С. Затем вентиляцию снижают до 1,5—2-кратной смены воздуха в
час и поддерживают на этом уровне. Следят за влажностью покровного грунта и
плодообразованием. Первые зачатки плодовых тел появляются через 25 дней после
гобтировки.
При появлении зачатков плодовых тел с булавочную головку прекращают увлаж-
нение покровного слоя, пока они не вырастут до размера горошины. Затем поливы
возобновляют и постепенно увеличивают, контролируя влажность покровного грун-
та.
Очень важно следить за влажностью покровного грунта. Если она недо-
статочная, то зачатки плодовых тел образуются на границе компоста с покровным
грунтом или в толще его. В этом случае молодые или уже почти зрелые плодовые
тела «вылезают как кроты» из-под земли и сильно загрязнены.
Молодые плодовые тела в первую волну плодоношения могут деформироваться и
быть похожими на толстые бугристые оладьи на очень короткой ножке. Это нор-
мальное явление для шампиньона двукольцевого. Деформации плодовых тел исчеза-
ют через несколько дней.
Если поверхность шляпок коричневеет и многие зачатки плодовых тел погибают,
то это из-за переувлажнения покровного слоя. В период роста плодовых тел по-
кровный грунт поливают дважды в день по 0,5 литра воды на 1 квадратный метр
поверхности за каждый полив. Следят за поддержанием температуры воздуха на
уровне 25 С и относительной влажности воздуха в пределах 85—95%.
Перерывы (интервалы) между волнами плодоношения составляют 10—12 дней. Са-
мая урожайная первая волна. Весь период сбора урожая (плодоношения) длится 8—
9 недель. Урожайность отечественных штаммов шампиньона двукольцевого достига-
ет 7—10 кг с 1 квадратного метра полез ной площади (площади грядки) , а зару-
бежных штаммов — 18—20 кг с 1 квадратного метра за один оборот культуры.
Из-за очень высокой плотности плодовых тел шампиньон двукольцевой крайне
редко повреждается насекомыми-вредителями и поражается возбудителями болез-
ней.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Мышление
ВТОРОЙ МОЗГ
Эмеран Майер
ЧАСТЬ I. НАШЕ ТЕЛО - РАЗУМНЫЙ СУПЕРКОМПЬЮТЕР
ГЛАВА 1
Разум и тело действительно
взаимодействуют друг с другом
Когда в 1970 г. я начинал изучать медицину, врачи относились к человеку как
к сложной машине, состоящей из конечного числа независимо работающих узлов.
Считалось, что эта машина прослужит примерно 75 лет, если о ней нормально за-
ботиться и заправлять подходящим топливом. Как любой автомобиль высокого
класса, она хорошо ездит, если только не попадала в аварии, не получала серь-
езных повреждений или тем более ее части не ломалась. Все, что нужно делать,
чтобы избежать неприятных неожиданностей с машиной нашего организма, - прохо-
дить регулярные осмотры. А для устранения таких неотложных проблем, как ин-
фекционные заболевания, случайные травмы или болезни сердца, у медицины в це-
лом и хирургии в частности есть в наличии мощные инструменты.
Однако за последние 40-50 лет с нашим здоровьем стало твориться что-то не-
ладное, причем на глубинном уровне, и поэтому прежняя модель здоровья, по
всей видимости, уже не может ни объяснить причин кардинальных сбоев, ни тем
более подсказать, как с ними справиться. Происходящее с организмом уже нельзя
объяснить только неправильной работой одного органа или гена. Мы начинаем по-
нимать, что на сложные регуляторные механизмы, помогающие нашему телу и мозгу
адаптироваться к динамично меняющейся среде, влияют перемены в образе жизни.
Эти механизмы не функционируют независимо друг от друга, а работают как части
единого целого, образуя систему. Они регулируют потребление нами пищи, обмен
веществ и вес, работу иммунной системы, а также развитие и здоровье головного
мозга1. Только сейчас мы начинаем понимать, что желудочно-кишечный (ЖКТ, пи-
щеварительный) тракт с живущими в нем микроорганизмами и сигнальными молеку-
лами, которые они производят из своих генов, является одним из основных ком-
понентов этих систем.
В этой публикации я познакомлю вас с новым, революционным взглядом на то,
как мозг, ЖКТ и триллионы обитающих в нем микроорганизмов (микробио-
та/микробиом2) взаимодействуют друг с другом, образуя условную ось. Особое
внимание будет уделено роли этого взаимодействия в сохранении здоровья мозга
и пищеварительной системы. Также будут показаны негативные последствия для
здоровья этих двух органов, возникающие при нарушениях взаимодействия между
ними, и предложены способы достижения оптимального здоровья за счет восста-
новления и оптимизации связей между мозгом и пищеварительным трактом.
Уже на студенческой скамье меня не устраивали доминирующие традиционные
подходы к медицине. Изучая системы, органы и механизмы заболеваний, я не пе-
реставал удивляться тому, что головной мозг и его возможная роль в возникно-
вении таких распространенных заболеваний, как язва желудка, гипертония или
хронические боли, упоминались крайне редко. Во время врачебных обходов в
больнице я видел многих пациентов, у кого даже самые тщательные диагностиче-
ские исследования не помогли выявить причины возникновения симптомов. В ос-
новном они проявлялись как хронические боли - в животе, тазовой области и
грудной клетке. Поэтому на третьем году обучения я решил, что буду писать ди-
пломную работу по биологии взаимодействия головного мозга с организмом, наде-
ясь, что это поможет мне лучше разобраться в причинах многих распространенных
заболеваний. В течение нескольких месяцев я задавал вопросы профессорам, ко-
торые специализировались в лечении таких болезней. «Мистер Майер, - сказал
мне как-то Карл, профессор кафедры внутренних болезней моего университета, -
мы все знаем, насколько важную роль в хроническом заболевании играет психика.
Но у нас нет ни одного научного способа, который позволил бы изучить это яв-
ление клинически. Поймите, у вас нет шансов написать дипломную работу на эту
тему».
Модель болезни, которой следовал профессор Карл и остальные представители
традиционной системы медицины, была хорошо приспособлена для описания меха-
низма ряда острых заболеваний. Такие болезни возникали внезапно и/или продол-
жались недолго, как это случается при инфекциях, сердечных приступах или не-
отложных состояниях, требующих операций, например при воспалении аппендикса.
Благодаря успехам в лечении таких болезней вера представителей современной
медицины в традиционную модель только крепла. В тот период едва ли оставалось
какое-нибудь инфекционное заболевание, которое нельзя было бы вылечить наби-
рающими мощность антибиотиками. Считалось, что новые хирургические методы мо-
гут справиться со многими болезнями: пришедшие в негодность части организма
можно было удалить или заменить. Оставалось только выяснить оставшиеся, в том
числе малейшие, детали общей конструкции машины нашего организма, которые
обеспечивали функционирование ее отдельных узлов. Американская система здра-
воохранения, все больше и больше зависящая от развития новых технологий, ак-
тивно поддерживала всеобщий оптимизм и веру в то, что, в конце концов, нам
удастся справиться даже со смертельно опасными хроническими заболеваниями, в
том числе с таким бичом человечества, как рак.
1 Далее под мозгом (brain) подразумевается головной мозг (спинной и кишечный, или
маленький. Мозг, о которых говорит автор, всегда называются полностью). - Прим. пер.
2 Микробном - современное расширенное понятие микробиоты и совокупности генов со-
ставляющих ее микроорганизмов. В дальнейшем термины «микробиота» и «микробном» ис-
пользуются как синонимы. - Прим. пер.
Когда президент Ричард Никсон в 1971 г. подписал закон о Национальной про-
грамме борьбы с раком (National Cancer Act of 1971), западная медицина вышла
на очередные рубежи и стала пользоваться новой метафорой - из военной облас-
ти. Рак стал врагом нации, а организм человека - полем битвы. Чтобы избавить
организм от болезни, врачи взяли на вооружение стратегию выжженной земли: те-
перь они использовали токсичные химические вещества, назначали смертельно
опасные дозы радиации и проводили хирургические операции, чтобы наносить по
раковым клеткам все более мощные удары. До этого медицина успешно использова-
ла подобную стратегию в борьбе с инфекционными заболеваниями, предлагая широ-
кий спектр антибиотиков, причем таких, которые могли убивать многие виды по-
лезных бактерий, чтобы, в конце концов, уничтожить болезнетворные. Пока побе-
да в целом была на стороне медиков, сопутствующий ущерб стал считаться прием-
лемым риском.
В течение многих десятилетий именно эта механистическая и милитаристская
модель болезни определяла главное направление медицинских исследований: счи-
талось, что, если можно чинить поврежденные части машины, значит, проблема
рано или поздно будет решена. При таком подходе не было никакой необходимости
разбираться в первопричине сбоя. Эта философия привела к методам лечения вы-
сокого кровяного давления с использованием бета-блокаторов и антагонистов
кальция, чтобы блокировать аберрантные (неверные) сигналы, идущие от мозга к
сердцу и кровеносным сосудам, и к ингибиторам протонной помпы, которыми лечат
язвы желудка и изжогу, подавляя избыточную выработку соляной кислоты в желуд-
ке . При этом ни лечащие врачи, ни исследователи никогда не обращали внимания
на сбои в функционировании головного мозга, который как раз и является глав-
ной причиной всех этих проблем. Иногда подход не срабатывал, и тогда в каче-
стве последнего средства медики прибегали к еще более радикальным воздействи-
ям. Если, например, ингибитор протонного насоса не мог подавить язву, всегда
можно было вырезать и весь блуждающий нерв - мощный пучок нервных волокон,
который соединяет головной мозг с пищеварительным трактом.
Безусловно, некоторые из этих приемов терапии были очень успешными, поэтому
на протяжении многих лет казалось, что ни медицинской системе, ни фармацевти-
ческой промышленности не нужно изменять свой подход к лечению. В те годы ме-
дицина не предпринимала особых попыток по-новому влиять на пациента, чтобы
предупредить возникновение и развитие болезни. Например, сложилось мнение,
что не нужно изучать роль головного мозга и сигналов, которые он посылает ор-
ганизму в период стресса или тяжелого душевного состояния. Первоначально ис-
пользовавшиеся для лечения высокого кровяного давления, болезней сердца и яз-
вы желудка средства постепенно были заменены гораздо более эффективными мето-
дами лечения, которые помогали спасать жизнь больных, ослабляли их страдания
и к тому же обогащали фармацевтическую отрасль.
Однако в наше время прежние механистические подходы и выражающие их метафо-
ры начинают давать сбои. И это легко объяснить. Транспортные средства сорока-
летней давности (автомобили, корабли и самолеты), на аналогии с которыми опи-
ралась традиционная модель болезни, не имели современных компьютеров, которые
в наши дни играют ведущую роль в работе машин. Даже у космических кораблей
«Аполлон», летавших на Луну, на борту были примитивные вычислительные устрой-
ства , в миллионы раз менее мощные, чем у нынешних айфонов. ЭВМ на ракетах тех
лет можно сравнить с калькулятором компании Texas Instruments 1980-х годов!
Неудивительно, что общепринятые тогда механистические модели болезни не под-
разумевали серьезного использования вычислительных возможностей - основы ин-
теллекта. Иначе говоря, в этих моделях болезни не принимали во внимание го-
ловной мозг.
Однако параллельно с технологическими изменениями стали меняться и модели,
которыми мы пользуемся для объяснения работы организма человека. Вычислитель-
ная мощность компьютеров росла в геометрической прогрессии. Автомобили факти-
чески превратились в мобильные компьютеры на колесах, контролирующие и регу-
лирующие работу узлов таким образом, чтобы обеспечить их правильное функцио-
нирование . В скором времени машины будут ездить вообще без участия человека.
Наш прежний повышенный интерес к механике и двигателям уступил место новому
увлечению - сбору и обработке информации. Машинная модель действительно по-
служила медицине в разработке способов лечения некоторых заболеваний. Но, ко-
гда дело доходит до понимания сущности хронических заболеваний и работы го-
ловного мозга, такая модель больше не может служить нам помощником.
Цена
машинной
модели
Традиционный взгляд на болезнь как на поломку отдельных частей сложного ме-
ханического устройства, которую можно устранить с помощью лекарственного или
хирургического вмешательства, вел к постоянному и значительному расширению
масштабов отрасли здравоохранения. Начиная с 1970 г. в США. расходы на здраво-
охранение в расчете на душу населения возросли более чем на 2000 %. Оплата
деятельности этой гигантской сферы эквивалентна 20 % стоимости всех товаров,
производимых в экономике США. за год.
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) в важном докладе, опубликован-
ном в 2000 г., отметила, что американская система здравоохранения является
самой затратной. По уровню эффективности она заняла разочаровывающе низкое -
37-е место - в рейтинге ВОЗ, а по общему состоянию здоровья населения - 72-е
место среди исследованных 191 стран. Ненамного более высокой оказалась оценка
и в последующем докладе Фонда Британского Содружества: по оценке Фонда, сис-
тема здравоохранения США является самой дорогостоящей в расчете на душу насе-
ления среди 11 развитых стран Запада. Она почти вдвое дороже всех вместе взя-
тых систем здравоохранения, исследованных этим Фондом, при этом по общему со-
стоянию здоровья Соединенные Штаты оказались в этом рейтинге на последнем
месте. Эти данные свидетельствуют об очень неприятном факте: несмотря на по-
стоянно растущие расходы на здравоохранение, мы добились весьма незначитель-
ного прогресса в лечении такого хронического заболевания, связанного с голов-
ным мозгом и ЖКТ, как синдром раздраженного кишечника (СРК), или некоторых
психических заболеваний - клинической депрессии, тревожно-депрессивного син-
дрома и нейродегенеративных заболеваний. Не объясняются ли неудачи в этой об-
ласти тем, что модели, используемые для объяснения работы человеческого орга-
низма, устарели? С этим допущением соглашается все больше специалистов инте-
гративной (холистической) медицины, специалистов медицины функциональных рас-
стройств и даже ученых с традиционными взглядами. На горизонте явно обозначи-
лись перемены.
Загадочное
ухудшение
здоровья
Неспособность эффективно справляться со многими хроническими заболеваниями,
включая синдром раздраженного кишечника, хронические боли и депрессии, - не
единственный недостаток традиционной модели медицины, основанной на лечении
отдельных болезней. С 1970-х гг. мы являемся свидетелями появления новых про-
блем со здоровьем - стремительного увеличения случаев ожирения и связанных с
ним расстройств обмена веществ, роста числа таких аутоиммунных заболеваний,
как воспалительные заболевания кишечника, астма и аллергии, а также заболева-
ний развивающегося и стареющего головного мозга - аутизма, болезней Альцгей-
мера и Паркинсона.
К примеру, уровень ожирения в США поднялся с 13 % (1972 г.) до 35 % населе-
ния (2012 г1.). В настоящее время 154,7 млн. взрослых американцев имеют избы-
точный вес или страдают ожирением, в том числе 17 % юных американцев в воз-
расте от 2 до 19 лет (каждый шестой) . Каждый год из-за избыточного веса или
ожирения в США. умирают не менее 2,8 млн. человек. Если рассматривать эту про-
блему в глобальном масштабе, то с избыточным весом и ожирением в мире связаны
44 % случаев диабета, 23 % случаев ишемической болезни сердца и от 7 до 41 %
случаев некоторых видов рака. Если эпидемия ожирения продолжится, расходы на
лечение людей, страдающих от болезней, связанных с ожирением, возрастут, по
прогнозам, до ошеломляющей цифры - $620 млрд. в год.
Мы все еще ищем причины внезапного обострения этих проблем со здоровьем,
для большинства из них пока нет эффективных решений. Хотя продолжительность
жизни в Соединенных Штатах, как и во многих других развитых странах, растет,
мы далеко отстаем от государств-лидеров по показателям физического и психиче-
ского здоровья людей, особенно в последние десятилетия их жизни. За общее
увеличение числа прожитых лет мы расплачиваемся снижением качества жизни в
пожилом возрасте.
Эти острые вызовы показали, что пришло время обновить доминирующую модель
работы человеческого организма, чтобы понять, как он на самом деле функциони-
рует, как обеспечить его оптимальную работу и как безопасно и эффективно уст-
ранять возникающие сбои и неполадки. Мы больше не можем соглашаться с такой
высокой ценой и долгосрочным ущербом, который приносит следование устаревшей
модели лечения болезней.
До сих пор мы в основном игнорировали критическую роль двух самых сложных и
важных, если говорить о поддержании общего состояния здоровья, систем нашего
организма: желудочно-кишечной (пищеварительной) и центральной нервной (голов-
ного мозга) . Связь между работой мозга и тела - совсем не миф, это биологиче-
ский факт и важное звено, необходимое для понимания того, как поддерживать
здоровье организма в целом.
Пищеварительная
система как
суперкомпьютер
На протяжении десятилетий наше понимание механизма работы пищеварительной
системы было основано на механистической модели: весь организм считали чем-то
вроде машины, а кишечник в основном рассматривали как старомодное устройство,
которое работало по принципам парового двигателя XIX в. В соответствии с этой
моделью мы ели - жевали и глотали пищу, затем в желудке она дробилась на час-
ти при помощи механического измельчителя, которому помогала соляная кислота в
составе желудочного сока. После этого гомогенизированная пища поступала в
тонкую кишку, в которой из нее извлекались калории и питательные вещества, а
непереваренная часть отправлялась в толстую кишку, которая распоряжалась тем,
что оставалось. В конце концов, остатки выводились из организма. Эта понятная
всем метафора промышленного века влияла на представления о медицине многих
поколений врачей, включая современных гастроэнтерологов и хирургов. Счита-
лось , что неправильно функционирующие части пищеварительного тракта можно
легко обойти или удалить, а некоторые даже поменять местами (перекомпоно-
вать) , что приведет к снижению веса. Мы стали искусными мастерами в выполне-
нии таких операций, теперь их уже делают через эндоскоп, не прибегая к тради-
ционным хирургическим приемам.
Как теперь выясняется, это слишком упрощенная модель: медики по-прежнему
считают пищеварительную систему частью организма, которая в значительной сте-
пени не зависит от головного мозга. Однако стало известно, что эти два органа
неразрывно связаны друг с другом. Такое понимание нашло отражение в концепции
оси, соединяющей желудочно-кишечный тракт с головным мозгом. Если исходить из
этой концепции, наша пищеварительная система - гораздо более тонкий, сложный
и мощный механизм, чем мы полагали прежде. Новейшие исследования позволяют
предположить, что благодаря тесному взаимодействию микроорганизмов желудочно-
кишечный тракт может влиять на наши эмоции, восприятие боли, социальные кон-
такты и на многие наши решения, не ограничиваясь вопросами пищевых предпочте-
ний и размерами поглощаемой порции. Верность бытовых выражений вроде «нутром
чуять» подтверждается нейробиологическими данными. Сложные связи между ЖКТ и
головным мозгом, как выяснилось, играют важную роль в принятии и других, в
том числе важнейших, жизненных решений.
Связь между пищеварительной системой и мозгом должна быть предметом изуче-
ния не только психологов, поскольку она проявляется не только «в головах» лю-
дей. Ось взаимодействия образуют анатомические соединения, к тому же биологи-
ческие сигналы передаются через кровоток. Однако прежде чем углубиться в эти
материи, давайте сделаем шаг назад и внимательно приглядимся к нашей пищева-
рительной системе (она же ЖКТ) , которая устроена гораздо сложнее, чем просто
машины для переработки пищи.
Желудочно-кишечный тракт обладает возможностями, превосходящими показатели
работы всех других органов нашего тела, он может даже соперничать с головным
мозгом. В ЖКТ есть собственная нервная система (энтеральная, ЭНС), которую в
популярных статьях нередко называют «вторым мозгом». Она состоит из 50-100
млн. нервных клеток, что примерно равно числу клеток спинного мозга.
Находящиеся в ЖКТ иммунные клетки - это значительная часть иммунной системы
человека. Для сравнения: в стенке пищеварительного тракта их больше, чем в
крови или в костном мозге. Есть весомая причина, объясняющая такое скопление
иммунных клеток в этом месте: желудочно-кишечный тракт первым подвергается
воздействию потенциально смертельных микроорганизмов, содержащихся в продук-
тах, которые мы едим. Иммунная система, сосредоточенная в ЖКТ, способна обна-
руживать и уничтожать отдельные виды опасных бактерий, попадающих в пищевари-
тельную систему с загрязненной пищей или водой. Интересно, что этот редут
обороны защищает нас, выявляя небольшое количество потенциально смертоносных
бактерий из невероятного множества - триллиона - полезных микроорганизмов,
которые живут в ЖКТ и образуют его микробиоту. Постоянное выполнение этой
сложной функции иммунными клетками гарантирует нам жизнь в полной гармонии с
микробиотой ЖКТ.
Оболочка пищеварительного тракта выстлана огромным числом специализирован-
ных эндокринных клеток. Они содержат до 20 различных типов гормонов, которые
при необходимости могут быть выпущены в кровоток. Если собрать эти клетки
вместе, их вес превысил бы вес всех остальных эндокринных органов - половых
желез, щитовидной железы, гипофиза и надпочечников - вместе взятых.
Желудочно-кишечный тракт также является крупнейшим хранилищем серотонина: в
нем сосредоточено 95 % этого важного гормона, имеющегося в организме.
Серотонин - сигнальная молекула, играющая важную роль во взаимодействии
мозга и ЖКТ. Серотонин нужен не только для нормальной работы ЖКТ, например,
для его скоординированных сокращений, продвигающих пищу по пищеварительному
тракту, но и для осуществления таких жизненно важных функций, как сон, аппе-
тит , болевая чувствительность и даже настроение и общее самочувствие. Эта ак-
тивно участвующая в регулировании нескольких систем головного мозга сигналь-
ная молекула является основной мишенью для большого класса антидепрессантов -
ингибиторов обратного захвата серотонина.
Но если единственная функция ЖКТ состоит в управлении пищеварением, тогда
зачем в составе его тканей имеется уникальная совокупность специализированных
клеток и сигнальных систем? Один из вариантов ответа на этот вопрос может
подсказать не слишком пока известная функция ЖКТ - он представляет собой ог-
ромный сенсорный орган, имеющий самую большую из всех органов тела поверх-
ность. Если развернуть пищеварительный тракт, он будет размером с баскетболь-
ную площадку, и эта поверхность усеяна тысячами датчиков, которые обрабатыва-
ют огромный объем информации, содержащейся в пище. Они делают это при помощи
сигнальных молекул, распознающих свойства пищи - сладкая она или горькая, го-
рячая или холодная, острая или нейтральная на вкус.
Пищеварительная система соединена с головным мозгом толстыми пучками нер-
вов, по которым информация может передаваться в обоих направлениях, а также
каналами связи через кровоток: гормоны и воспалительные сигнальные молекулы,
создаваемые в ЖКТ, доводят сигналы до мозга, а гормоны, вырабатываемые моз-
гом, передают сигналы различным клеткам ЖКТ - гладким мышцам, нервам и иммун-
ным клеткам, меняя характер их функционирования. Сигналы, поступающие из пи-
щеварительного тракта в головной мозг, не только создают в нем разные ощуще-
ния, вроде насыщения после плотной еды, тошноты, дискомфорта и чувства удов-
летворения, но и вызывают ответные реакции головного мозга - сигналы, которые
мозг отправляет обратно в ЖКТ, чтобы тот отреагировал определенным образом.
При этом сам мозг эти ощущения не забывает. В его обширных базах данных хра-
нятся внутренние висцеральные ощущения, к которым впоследствии при принятии
решений может быть обеспечен доступ. В конечном счете, то, что ощущает наш
желудочно-кишечный тракт, влияет не только на принимаемые решения: что нам
есть, пить и с кем проводить время, но и на то, как мы оцениваем важную ин-
формацию, выступая в роли работников, членов жюри и руководителей.
ЖКТ и головной мозг тесно свя-
заны друг с другом направленными
в обе стороны сигнальными пу-
тями, которые включают нервы,
гормоны и воспалительные моле-
кулы. Обширная сенсорная инфор-
мация, образующаяся в ЖКТ (вну-
тренние ощуще}шя), достигает
головного мозга, а он посылает сиг-
налы обратно в пищеварительный
тракт, корректируя его работу
(внутренние реакции). Взаимодей-
ствуя, эти пути играют решаю-
щую роль в возникновении эмоций
и обеспечивают оптимальную ра-
боту пищеварительного тракта.
Они неразрывно связаны.
РИС. 1. ДВУСТОРОННИЕ СВЯЗИ МЕЖДУ ГОЛОВНЫМ МОЗГОМ И ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОЙ
СИСТЕМОЙ
В китайской философии есть концепция инь и ян, согласно которой противодей-
ствующие или противоположные силы можно рассматривать как дополняющие и взаи-
мосвязанные, из взаимодействия которых появляется единое целое. Изучая связи
мозга с пищеварительным трактом, можно рассматривать внутренние ощущения как
инь, а внутренние реакции - как ян. Связь мозга с ЖКТ подобна связи между инь
и ян - они являются двумя взаимодополняющими сторонами одной сущности. И
внутренние ощущения, и внутренние реакции - различные аспекты одной и той же
действующей в обоих направлениях сети, которую составляют головной мозг и пи-
щеварительный тракт. Она чрезвычайно важна для нашего самочувствия, эмоций и
способности принимать интуитивные решения.
Открытие
кишечного
микробиома
На протяжении нескольких десятилетий мало кто следил за изучением взаимо-
действия между мозгом и ЖКТ, однако в последние годы такие исследования заня-
ли центральное место. Это смещение акцентов во многом можно объяснить экспо-
ненциальным увеличением объема знаний и данных о бактериях, архебактериях
(археях), то есть о сообществе древних микроорганизмов, грибов и вирусов, ко-
торые обитают внутри пищеварительного тракта и в совокупности называются ки-
шечной микробиотой. Численность этих невидимых микроорганизмов огромна: в ЖКТ
обитает в 100 000 раз больше микроорганизмов, чем людей на Земле. Мы узнали
об их существовании около 300 лет назад, когда голландский ученый Антони ван
Левенгук усовершенствовал устройство микроскопа. Взглянув в окуляр на соско-
бы, взятые с зубов, он увидел живые микроорганизмы. Левенгук назвал их микро-
скопическими организмами (парамециями, animalcules).
С тех пор прогресс принес огромные технологические изменения, позволяющие
нам точнее выявлять и описывать такие микроорганизмы, и большая часть этих
достижений выпала на последнее десятилетие. Главную роль в столь бурном про-
грессе сыграл проект «Микробном человека» (The Human Microbiome Project), вы-
полнение которого началось в октябре 2007 г. по инициативе Национального ин-
ститута здравоохранения США (U. S. National Institute of Health) с целью оп-
ределения и описания микроорганизмов, сосуществующих с людьми. Этот проект
был призван выяснить состав микробных компонентов нашего генетического и ме-
таболического ландшафта и понять, как они способствуют поддержанию нормально-
го состояния нашего организма и формированию предрасположенности к заболева-
ниям.
В последнее десятилетие микробиота ЖКТ стала объектом изучения почти во
всех областях медицины, включая далекие друг от друга психиатрию и хирургию.
В нашем мире невидимые сообщества микроорганизмов обитают повсюду - в расте-
ниях, животных, почве, жерлах глубоководных вулканов и верхних слоях атмосфе-
ры, поэтому ими увлеклись ученые, которые изучают микроорганизмы, живущие в
океанах, почвах и лесах. Ажиотаж охватил даже Белый дом, который в 2015 г.
собрал ученых со всего мира, чтобы они совместно изучили влияние микроорга-
низмов на климат, обеспечение продовольствием и здоровье человека. На момент
написания этих строк президент США. Барак Обама планировал 13 мая 2016 г. объ-
явить о начале реализации национального проекта «Микробиомная инициатива»
(Microbiome Initiative) - аналога запущенной в 2014 г. инициативы BRAIN3, в
рамках которой были выделены миллиарды долларов на исследования головного
мозга человека.
Польза, которую кишечная микробиота приносит человеку, многообразна. Больше
всего исследовано и подтверждено ее участие в переваривании компонентов пищи,
3 BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) - Изучение
мозга с помощью новейших инновационных нейротехнологий. - Прим. пер.
с которыми кишечник не может справиться самостоятельно; в регулировании обме-
на веществ во внутренних органах, переработке и обезвреживании опасных ве-
ществ, попадающих в организм с пищей; в тренировке иммунной системы и регули-
ровании ее деятельности; предотвращении вторжения и развития опасных биологи-
ческих патогенов. С другой стороны, нарушения и изменения в кишечном микро-
биоме (микробиоте ЖКТ в совокупности с ее генами и геномами) оборачиваются
широким спектром болезней (воспалительные заболевания кишечника, вызванная
приемом антибиотиков диарея, астма). Такие сбои даже могут повлиять на воз-
никновение расстройств аутистического типа и таких нейродегенеративных забо-
леваний головного мозга, как болезнь Паркинсона.
НЕЙРООНТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ
РАССТРОЙСТВА
НЕЙРОДЕГЕНЕРАТИВНЫЕ
РАССТРОЙСТВА
41
тИ
'' * -:- * *** ЛЧ * * *£ * ♦ •
*
РИС. 2. СОСТАВ КИШЕЧНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ И ПОДВЕРЖЕННОСТЬ ГОЛОВНОГО МОЗГА
ЗАБОЛЕВАНИЯМ
Разнообразие и масса микроорганизмов ЖКТ меняются на протяжении жизни чело-
века. В первые три года жизни, когда стабильная кишечная микробиота толь-
ко формируется, количество этих микроорганизмов невелико, у взрослых людей
оно достигает максимума, а затем по мере старения снижается. Ранний пери-
од меньшего разнообразия микробиоты совпадает с окном уязвимости: когда оно
открыто, появляется больше возможностей для развития таких неврозов раз-
вивающегося мозга, как аутизм и тревожность. Поздний период небольшого раз-
нообразия совпадает со временем активного развития таких нейродегенератив-
ных расстройств, как болезни Паркинсона и Альцгеймера. Можно предположить,
что периоды снижения разнообразия микробиоты ЖКТ являются факторами
риска, которые способствуют развитию указанных заболеваний.
С помощью новых технологий мы обнаруживаем и описываем различные популяции
микроорганизмов, живущих на коже, лице, в ноздрях, полости рта, на губах, ве-
ках и даже между зубами. Однако местом обитания самых крупных популяций мик-
роорганизмов является желудочно-кишечный тракт, в частности толстая кишка. В
почти лишенном кислорода пищеварительном тракте человека обитают более 100
трлн. микроорганизмов - примерно столько же, сколько имеется всех клеток в
организме человека, включая эритроциты. Это означает, что в нашем организме
только 10 % клеток являются собственно человеческими. (Если включить в эту
категорию красные кровяные тельца, эритроциты, доля может оказаться выше -
около 50 %.) Если собрать вместе все кишечные микроорганизмы человека и пред-
ставить их в виде одного органа тела, его вес составит 900-2700 г, что вполне
сопоставимо с весом головного мозга (около 1200 г) . Понятно, почему кишечный
микробном иногда называют «забытым органом». В его состав входят 1000 видов
бактерий, имеющих более 7 млн. генов - до 360 генов бактерий на каждый чело-
веческий ген. Из этого следует, что к человеческим по своему происхождению
относится менее 1 % всех человеческих и микробных генов (так называемый холо-
геном, hologenome).
Все эти гены дают микроорганизмам не только огромный потенциал для произ-
водства молекул, посредством которых микробном может взаимодействовать с на-
ми, но и предоставляют впечатляющие возможности вариаций. Кишечная микробиота
каждого человека уникальна, состав штаммов и видов составляющих микроорганиз-
мов широко варьирует. То, какие микроорганизмы обитают в каждом конкретном
пищеварительном тракте, зависит от многих факторов, в том числе от ваших ге-
нов, от микробиоты матери, которую человек в какой-то степени заимствует при
рождении, от микроорганизмов, имеющихся у других членов семьи, входящих в
контакт с ребенком, от диеты, от работы головного мозга и состояния сознания
конкретного человека.
Чтобы в полной мере осознать важнейшую роль, которую микроорганизмы играют
в наших телах, следует помнить, откуда они пришли и как связаны с нами, людь-
ми. Об истории этой эволюции в своей книге «Пропавшие микроорганизмы»
(Missing Microbes) прекрасно рассказывает Мартин Блейзер.
На протяжении примерно трех миллиардов лет единственными живыми обитателями
на Земле были бактерии. Они заполняли собой каждый клочок земли, каплю возду-
ха и воды и способствовали осуществлению химических реакций, результаты кото-
рых создавали условия для эволюции многоклеточной жизни. Медленно, путем проб
и ошибок в течение необъятного по продолжительности времени они изобрели
сложные и надежные системы обратной связи, в том числе и наиболее эффективный
язык, который до сих пор опосредует всю жизнь на Земле.
Все, что мы уже знаем о микробиоте кишечника, ставит под сомнение ряд тра-
диционных научных воззрений. Это одна из причин того интереса и споров, кото-
рые эта тема породила в академической среде и в средствах массовой информа-
ции. Эти сомнения и дискуссии в свою очередь стали причиной того, почему не-
которые люди задают в настоящее время более серьезные, философские вопросы о
влиянии микробиома на жизнь человека. Не является ли наш организм всего лишь
транспортным средством для живущих в нем микроорганизмов? Не манипулируют ли
они нашим мозгом, заставляя нас искать и потреблять продукты, которые лучше
всего подходят для них? Может ли тот факт, что численность нечеловеческих
клеток превосходит число живущих на Земле людей, изменить нашу концепцию че-
ловеческой личности?
На кого-то подобные философские рассуждения, безусловно, производят впечат-
ление , но современная наука их не поддерживает. Что, однако, не делает менее
серьезными последствия открытий, которые сделали ученые, занимающиеся челове-
ческим микробиомом, за последнее десятилетие. Хотя мы находимся в самом нача-
ле пути, открывающегося в результате этих исследований, мы больше не можем
считать себя единственным интеллектуальным продуктом эволюции, отличающимся
от всех других живых существ на планете. Подобно тому, как революция Коперни-
ка в XVI в. коренным образом изменила понимание нашего положения в солнечной
системе, а революционная теория эволюции Дарвина в XIX в. навсегда изменила
место людей в животном царстве, наука о микробиоме человека заставляет нас
переосмыслить нашу позицию на планете. Согласно новой науке о микробиоме, мы,
люди, фактически являемся суперорганизмами, состоящими из неотделимо связан-
ных между собой человеческих и микробных компонентов, чье выживание напрямую
зависит один от другого. Может быть, больше всего в этом открытии нас беспо-
коит тот факт, что микробные составляющие вносят гораздо более весомый вклад
в функционирование этого суперорганизма, чем собственно человеческие. По-
скольку наша микробная составляющая через общую биологическую систему тесно
связана с различными микробиомами почвы, воздуха, океанов, а микроорганизмы
живут в симбиозе почти со всеми другими живыми существами, мы оказываемся
прочно и неразрывно вплетены в общую паутину жизни на Земле. Новая концепция
микробного суперорганизма уже серьезно повлияла на понимание нашей роли на
земле и многих аспектов здоровья и болезни.
Когда связь между ЖКТ,
микробиотой и мозгом
выходит из равновесия
Здоровье любой экосистемы можно выразить через уровень ее устойчивости и
гибкости (способности к самовосстановлению) при воздействии поражающих факто-
ров и возникновении отклонений. Основными факторами, от которых зависит со-
хранение здоровья экосистемы, являются разнообразие и обилие составляющих ее
организмов. То же самое верно в отношении экосистемы кишечной микробиоты. По-
является все больше доказательств того, что развиваются расстройства сообще-
ства кишечных микроорганизмов, которые выводят эту экосистему из здорового
стабильного состояния, в результате чего возникают расстройства кишечника
(состояние, называемое дисбиозом4) . Так, сообщалось, что одно из самых серь-
езных и наиболее выраженных состояний дисбиоза наблюдалось у небольшого числа
пациентов, которых в больницах лечили антибиотиками. После этого лечения у
них начались сильная диарея и воспалительные поражения кишечника. Такие забо-
левания, как псевдомембранозные колиты, развиваются, когда лечение антибиоти-
ком широкого спектра действия приводит к значительному снижению разнообразия
и количества нормальной кишечной микробиоты, что облегчает вторжение в орга-
низм патогенной Clostridium difficile - разновидности анаэробных грамположи-
тельных бактерий. Еще одним подтверждением важности разнообразия микроорга-
низмов для здоровья кишечника является наблюдение, согласно которому воспале-
ние толстой кишки можно быстро вылечить, если восстановить нарушившуюся
структуру микробиоты кишечника. Единственным доступным сейчас способом вос-
становить разнообразие микробиоты у таких пациентов является перенос неповре-
жденной фекальной микробиоты от здорового донора в кишечник пациента. Это ле-
чение, известное под названием «трансплантация фекальной микробиоты», приво-
дит к почти чудесному восстановлению собственного состава микробиоты. Подроб-
нее об этом новом типе лечения мы расскажем несколько позже.
В то же время гораздо меньше стали понятны степень влияния и истинная роль
состояния дисбиоза в возникновении патофизиологии других хронических заболе-
ваний пищеварительного тракта (неспецифический язвенный колит, болезнь Крона,
синдром раздраженного кишечника), относящихся к расстройствам связи между го-
ловным мозгом и ЖКТ. Здесь еще много неясного. В мире от выраженного СРК, на-
рушений функций кишечника, болей и дискомфорта в животе страдает около 15 %
Дисбиоз - более широкое понятие, чем дисбактериоз; включает не только бактерии,
но, например, и грибы. - Прим. пер.
населения. Ряд исследований показывает, что у части пациентов наблюдаются из-
менения в сообществах микроорганизмов в ЖКТ, но пока не ясно, какие из дос-
тупных методов восстановления баланса кишечной микробиоты (прием антибиоти-
ков, пробиотиков, специальная диета или трансплантация фекальной микробиоты)
лучше всего подходят конкретным пациентам.
Растущая роль
микроорганизмов
Еще несколько лет назад все рассказанное выше было бы воспринято как науч-
ная фантастика. Однако новые открытия ученых подтверждают, что наш мозг, ЖКТ
и населяющие его микроорганизмы общаются друг с другом на общем биологическом
языке. Но как эти невидимые существа могут что-то нам говорить? Как мы можем
их услышать, как вообще возможно такое общение?
Микроорганизмы обитают не только в содержимом нашего кишечника, многие их
них располагаются в тончайших слоях слизи и клеток, которые выстилают внут-
реннюю оболочку ЖКТ. В этой уникальной среде обитания микроорганизмы почти
неотделимы от иммунных клеток пищеварительной системы и многочисленных кле-
точных датчиков, которые декодируют ощущения, возникающие в ЖКТ. Другими сло-
вами, эти микроорганизмы живут в тесном контакте с основными системами сбора
информации в организме. Такое расположение позволяет им вслушиваться в сигна-
лы головного мозга, которые он посылает пищеварительному тракту: например, о
том, насколько глубоко вы переживаете стресс или, наоборот, чувство счастья,
испытываете ли вы беспокойство или гнев, причем даже тогда, когда вы сами не
в полной мере осознаете свое эмоциональное состояние. Но микроорганизмы не
ограничиваются прослушиванием этой информации. Это кажется невероятным, но
они занимают позицию, позволяющую влиять на наши эмоции, генерируя и модули-
руя сигналы из ЖКТ и посылая их обратно в головной мозг. То, что начинается в
мозге как эмоции, влияет на ЖКТ и генерируемые его микробиотой сигналы, и эти
видоизмененные сигналы вновь направляются в мозг, усиливая, а иногда продле-
вая какое-то эмоциональное состояние.
Когда около десяти лет назад в научной литературе появились первые публика-
ции на эту тему - в основном связанные с исследованиями на животных, - я был
настроен скептически и по поводу их результатов, и по поводу их перспектив.
Эти результаты тогда казались мне слишком далекими - они выходили за пределы
общепринятой в то время точки зрения. Однако после того как наша исследова-
тельская группа в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе под руково-
дством Кирстен Тиллич завершила собственное исследование здоровых людей, мы
смогли подтвердить результаты исследований на животных. После этого я решил
глубже изучить вопрос о том, может ли взаимодействие между микробиотой ЖКТ и
мозгом влиять на фоновые эмоции, социальные отношения и даже на нашу способ-
ность принимать решения. Неужели именно правильный баланс микроорганизмов яв-
ляется условием психического здоровья? Не вызывает ли нарушение связей между
мозгом и ЖКТ риск развития хронических заболеваний головного мозга? Эти во-
просы волнуют не только исследователей, но и далеких от науки людей, ведь за-
болевания головного мозга - это человеческие страдания и высокие расходы на
здравоохранение, вот почему важно глубже разобраться в связях между ЖКТ и
мозгом.
Статистика показывает, что в настоящее время быстро растет число рас-
стройств аутистического спектра (РАС) - с 4,5 случая на 10 000 детей в 1966
г. до 1 на 68 детей в возрасте 8 лет в 2010 г. По данным National Health
Interview Survey за 2014 г., диагноз расстройств аутистического спектра в тот
или иной период жизни ставят почти 2,2 % детей в США, из этого можно предпо-
ложить, что частота заболевания уже достигла показателя 1 на 58 детей. В ка-
кой-то мере такой рост можно объяснить большей осведомленностью людей о РАС и
новыми диагностическими критериями, но имеющиеся данные свидетельствуют также
о том, что частота появления расстройств аутистического спектра только за по-
следнее десятилетие возросла по меньшей мере вдвое.
Одновременно с увеличением случаев РАС участились и случаи других заболева-
ний, связанных с изменением кишечной микробиоты, в частности аутоиммунные и
метаболические расстройства. Такой синхронизм заставляет предположить, что в
основе всех этих заболеваний лежит общий механизм, связанный с происходящим
на протяжении последних 50 лет изменением микробиоты ЖКТ. Возможные причины
этого изменения объясняли переменами в образе жизни, диетой и широким приме-
нением антибиотиков. Вероятность того, что такие связи действительно сущест-
вуют, подтвердили недавние исследования на животных. Кроме того, недавно были
начаты исследования связей между изменениями микробиоты ЖКТ и отклонениями в
поведении.
Одновременно растет число нейродегенеративных расстройств. В промышленно
развитых странах от болезни Паркинсона страдает один из ста человек старше 60
лет. В США ей болеют, по крайней мере, полмиллиона человек, причем каждый год
диагностируется еще около 50 000 новых случаев заболевания. По оценкам, к
2030 г. число случаев заболевания болезнью Паркинсона удвоится, однако истин-
ный показатель ее распространения трудно оценить, поскольку болезнь обычно не
диагностируется по классическим неврологическим симптомам до тех пор, пока
она не заходит слишком далеко. Недавние исследования показали, что в энте-
ральной нервной системе нервы претерпевают типичную для болезни Паркинсона
дегенерацию задолго до появления классических симптомов этого заболевания, а
сама болезнь сопровождается изменениями состава микробиоты ЖКТ.
Следует также учесть, что в 2013 г. 5 млн. американцев жили с болезнью
Альцгеймера, а к 2050 г. их число, по прогнозам, вырастет почти в три раза -
до 14 млн. человек. Симптомы болезни Альцгеймера впервые появляются после 60
лет, а это типичный возраст возникновения болезни Паркинсона, причем с воз-
растом риск заболевания возрастает. После 65 лет заболеваемость болезнью
Альцгеймера удваивается с увеличением возраста на каждые 5 лет. Экономические
издержки, связанные с этим заболеванием, уже сейчас очень велики, а если ны-
нешние тенденции сохранятся, ожидается, что к 2050 г. достигнут $1,1 трлн. в
год. Могут ли изменения в функционировании микробиоты ЖКТ, происходящие на
протяжении всей жизни человека, каким-то образом вызывать возникновение двух
этих нейродегенеративных расстройств, наступающих примерно в одном и том же
возрасте?
Состояние кишечной микробиоты также связывают с депрессией, которая являет-
ся второй по важности причиной инвалидности в США. Чаще всего для лечения де-
прессии назначаются так называемые селективные ингибиторы обратного захвата
серотонина - прозак (Prozac), паксил (Paxil) и селекса (Celexa). Эти препара-
ты повышают активность сигнальной системы серотонина, которая, как долго счи-
тали психиатры, обнаруживается исключительно в головном мозге. Однако теперь
мы знаем, что на самом деле 95 % серотонина в организме содержатся в специа-
лизированных клетках ЖКТ, и на эти содержащие серотонин клетки оказывают
влияние еда, которую мы поглощаем, химические вещества, выделяемые некоторыми
видами кишечных микроорганизмов, а также сигналы, которые посылает им голов-
ной мозг, сообщая о нашем эмоциональном состоянии. Самое замечательное, что
эти клетки тесно связаны с центростремительными (афферентными) нервами, по
которым сигналы передаются обратно, в центры мозга, регулирующие эмоции, что
делает их важными узлами оси головной мозг - ЖКТ. Благодаря своему стратеги-
ческому положению кишечные микроорганизмы и их метаболиты, вероятно, играют
важную, хотя в целом пока недоказанную роль в развитии депрессии, а также ее
тяжести и продолжительности. Ситуация интригующая: если это подтвердят кон-
тролируемые клинические исследования, могут открыться возможности для разра-
ботки более эффективных методов лечения, в том числе конкретных диетических
рекомендаций.
В этой публткации мы познакомимся с новыми данными, которые позволяют свя-
зать друг1 с другом некоторые разрушительные заболевания головного мозга и
распространенные сбои взаимодействия по оси головной мозг - ЖКТ с нарушениями
коммуникации кишечной микробиоты с головным мозгом и с тем, как на нее могут
влиять наш образ жизни и диета.
Ты - то, что ты ешь,
но только пока
подсчитываешь
микроорганизмы ЖКТ
«Скажи мне, что ты ешь, и я скажу тебе, кто ты», - писал Жан Антельм Бри-
лья-Саварен, французский юрист, врач и автор книги по физиологии вкуса, ока-
завшей в XIX в. большое влияние на читателей. Этот знаток высокой кухни, в
честь которого названы сыр и торт «Саварен», первым высказал несколько серь-
езных предположений о взаимосвязи между диетой, ожирением и расстройствами
пищеварения. Однако в 1826 г. , когда он об этом писал, Саварен еще не мох1
знать, что в качестве посредников процесса влияния пищи на наше психическое
самочувствие и важные функции головного мозга выступают микроорганизмы ЖКТ.
Фактически кишечная микробиота, находящаяся на границе раздела между пищева-
рительной и нервной системами, занимает стратегическую позицию, позволяющую
ей связывать наше физическое и психическое самочувствие с тем, что мы едим и
пьем, а это в свою очередь связывает наши чувства и эмоции с переработкой пи-
щи.
Каждую миллисекунду желудочно-кишечный тракт собирает информацию о еде и
среде. Он занят этим 24 часа в сутки и семь дней в неделю, даже когда вы спи-
те . Большая часть процесса сбора этой информации происходит в желудке и нача-
ле тонкой кишки, где обитает лишь небольшое количество микроорганизмов и где
их участие в диалоге между ЖКТ и головным мозгом, вероятно, является незначи-
тельным. Однако затем триллионы микроорганизмов, живущих в толстой кишке, пе-
рерабатывают оставшиеся компоненты пищи, в результате чего появляется огром-
ное количество молекул, которые добавляют этому процессу новое измерение. Как
известно из экспериментов на животных, отсутствие микроорганизмов в ЖКТ со-
вместимо с жизнью, включая поддержание процессов пищеварения и усвоения пита-
тельных веществ, но только до тех пор, пока вы находитесь в среде, свободной
от патогенных микроорганизмов. Как мы теперь уже знаем, серьезно нарушается
развитие мозга лишенных микроорганизмов мышей, крыс и даже лошадей и, в част-
ности, областей мозга, участвующих в регулировании эмоций. За существование в
стерильной среде приходится расплачиваться отклонениями в развитии головного
мозга.
От пищи, которую мы едим, зависит благополучие кишечной микробиоты: состав-
ляющие ее микроорганизмы в той или иной степени формируют свои пищевые пред-
почтения на протяжении нескольких первых лет нашей жизни. Тем не менее, неза-
висимо от первоначального программирования эти микроорганизмы могут перева-
рить практически все, чем вы их кормите, независимо от того, всеядны вы или,
допустим, являетесь вегетарианцем, употребляющим рыбу и морепродукты. Чем бы
вы ни кормили микроорганизмы ЖКТ, они используют огромное количество информа-
ции, хранящейся в миллионах своих генов, чтобы преобразовать частично перева-
ренную пищу в сотни тысяч метаболитов. И хотя мы только начинаем понимать,
как метаболиты влияют на организм, уже доказано, что некоторые из них серьез-
но воздействуют на желудочно-кишечный тракт, включая его нервы и иммунные
клетки. Другие метаболиты попадают в кровь и участвуют в передаче сигналов на
большие расстояния, влияя на все органы тела, включая головной мозг. Особенно
важная роль этих молекул, производимых микроорганизмами, состоит в их способ-
ности вызывать состояние слабого воспаления в органах, которые служат для них
мишенями. Затем эти воспалительные процессы могут проявиться в виде ожирения,
болезней сердца, хронических болей и дегенеративных заболеваний головного
мозга. Роль воспалительных молекул и их влияние на определенные участки моз-
га, вполне вероятно, помогут нам лучше понять природу многих заболеваний го-
ловного мозга.
В чем важность
этих открытий
для здоровья?
Уже очевидно, что формирующаяся наука о коммуникациях между ЖКТ и головным
мозгом за последние несколько лет стала одной из самых актуальных тем и для
ученых, и для средств массовой информации. Кто бы мог еще недавно поверить,
что простая пересадка фекальных гранул, содержащих кишечную микробиоту мыши-
экстраверта, может заметно изменить поведение робких мышей и те начнут вести
себя как мыши - доноры микробиоты? Или что в эксперименте с пересадкой фе-
кальных масс от тучных мышей с избыточным аппетитом их тощие сородичи также
быстро обретут избыточный аппетит? Или что потребление здоровыми женщинами в
течение месяца йогуртов с повышенным содержанием пробиотика может ослабить
реакцию головного мозга на негативные эмоциональные стимулы?
Новые знания об оси микробном - головной мозг и ее связи с пищей, которую
мы едим, показывают, как именно взаимодействуют наш разум, головной мозг и
кишечный микробном. Это взаимодействие может сделать нас уязвимыми, и мы чаще
будем болеть, а может помочь достигнуть оптимального здоровья. Можно сделать
еще более революционный вывод: мы только начинаем по-новому понимать природу
болезней, здоровья и психического благополучия. Это новое понимание основано
на экологическом подходе к организму человека и особенно на понимании того,
что бессчетные взаимосвязанные участники коммуникации, живущие в головном
мозге и ЖКТ, обеспечивают нам стабильное здоровье и устойчивость к болезням.
Это новое понимание задает новые требования к системе здравоохранения. Мы
хотим, чтобы она отказалась от устаревших представлений об организме как о
механизме, в котором можно выделить отдельные части, и перешла к его воспри-
ятию как взаимосвязанной экологической системы, которая обеспечивает стабиль-
ность и устойчивость к возмущениям за счет разнообразия ее элементов. Как ут-
верждал один известный ученый, нам нужно прекратить воевать против отдельных
клеток или микроорганизмов и начать относиться к микробиоте ЖКТ как к смотри-
телю заповедника, который помогает сохранять биоразнообразие сложной экоси-
стемы. Эта смена парадигмы имеет большое значение, такой подход помогает со-
хранять пищеварительную систему, а следовательно, и нас самих в состоянии,
способном надежно противостоять болезням. Вероятно, это новое понимание помо-
жет отыскать новые пути лечения и профилактики болезней, от которых страдают
миллионы американцев.
Пришло время наделить себя полномочиями, благодаря которым мы станем инже-
нерами собственной внутренней экосистемы, наших организмов, тел и сознания.
Однако для этого необходимо понять, как головной мозг общается с ЖКТ, а ЖКТ
разговаривает с мозгом и как на их диалог влияет микробиота. С новыми научны-
ми данными об этих системах связи вы познакомитесь на следующих страницах. И
если мне удастся объяснить, как происходят эти взаимодействия, то вы станете
иначе смотреть и на себя, и на окружающий мир.
ГЛАВА 2
Как головной мозг общается с
пищеварительным трактом
Представьте, что вы едете по шоссе и какой-то водитель внезапно обгоняет
вас и резко тормозит прямо перед вашей машиной. Вам чудом удается затормо-
зить , чтобы не врезаться в неожиданно появившееся перед вами препятствие, вас
выносит на соседнюю полосу, и тут вы видите смеющееся лицо «подрезавшего» вас
лихача. Мышцы шеи начинают напрягаться, вы стискиваете зубы, сжимаете губы,
на лбу появляется межбровная складка. Сидящая рядом жена видит, что вы охва-
чены гневом. Для контраста представьте себя в подавленном состоянии. Лицо в
это время становится обмякшим, взгляд потухает, и это ваше состояние сразу же
также бросается в глаза окружающим.
СТРАХ ГНЕВ ПЕЧАЛЬ
РИС. 3. ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНЫЙ ТРАКТ - ЗЕРКАЛО, ОТРАЖАЮЩЕЕ ЭМОЦИОНАЛЬНУЮ
МИМИКУ
Эмоции напрямую отражаются в выражениях лица человека. Аналогичное выра-
жение наши эмоции находят в разных частях пищеварительного тракта, на кото-
рые воздействуют нервные импульсы, генерируемые лимбической системой голов-
ного мозга. Сигналы, поступающие в верхнюю и нижнюю части ЖК'1\ могут быть
синхронными или идти в противоположных направления. Толстые белые стрелки
на рисунке указывают на усиление или ослабление желудочно-кишечных сокраще-
ний, которые вызывает та или иная конкретная эмоция.
Способность замечать эмоции на лицах других людей кажется нам совершенно
естественной. Это умение помогает преодолевать языковые, расовые, культурные,
национальные барьеры и даже видовые - мы ведь можем распознать, злая ли перед
нами собака и испугалась ли ее кошка. Природа запрограммировала людей таким
образом, чтобы они умели легко распознавать различные эмоции и соответствую-
щим образом - правильно - оценивали различные эмоциональные реакции. Ваши
эмоции видны окружающим, потому что мозг1 отправляет определенный набор сигна-
лов множеству мелких мышц лица. Это означает, что каждой эмоции отвечает
свое, характерное и соответствующее ей выражение лица. И окружающие могут
мгновенно определить смысл этого выражения. Каждый из нас в этом отношении
является настоящей открытой книгой.
Чего мы никогда не видим - это как проявляет эти эмоции наш пищеварительный
тракт. Когда вы кипите от негодования, оказавшись на дороге в пробке, голов-
ной мозг посылает совокупность сигналов ЖКТ и мышцам лица. Те так же резко
реагируют на поступающие сигналы. Когда вы негодуете на водителя, который вас
«подрезал», ваш желудок начинает энергично сокращаться, что приводит к увели-
чению выработки соляной кислоты и замедлению процесса удаления съеденного на
завтрак омлета. При этом кишечник сжимается и выделяет слизь и пищеваритель-
ные соки. Похожая, хотя и отличающаяся в некоторых деталях картина имеет ме-
сто, когда вы беспокоитесь или расстроены. А вот когда вы подавлены, ЖКТ вряд
ли вообще совершает какие-то движения. По сути, как мы теперь знаем, пищева-
рительный тракт отражает любые эмоции, которые возникают в головном мозге.
Работа этих нейронных цепочек влияет и на другие органы, результатом чего
становится скоординированная реакция организма на переживаемые эмоции. Напри-
мер, когда вы находитесь в состоянии стресса, учащается пульс и напрягаются
мышцы шеи и плеч, если же вы расслаблены, реакции противоположные. Однако с
ЖКТ мозг связан больше, чем с любым другим органом: «контактные провода» в
этом случае оказываются самыми толстыми и широко разветвленными. Так как люди
всегда ощущали отражение своих эмоций в пищеварительной системе, в языке бы-
тует масса выражений, отражающих эту связь. Каждый раз, когда желудок скручи-
вает в узел или в нем летают бабочки, когда вы испытываете непривычные ощуще-
ния или раздражены больше обычного, это результат включения генерирующих эмо-
ции нейронных цепей головного мозга. Эмоции, мозг и ЖКТ уникальным образом
связаны между собой.
Когда пациент с аномальными реакциями кишечника обращается за помощью к
врачам и после эндоскопии у него не обнаруживается ничего серьезного, напри-
мер воспаления кишечника или опухоли, врачи часто не пытаются анализировать
симптомы. Разочарованные тем, что не в состоянии реально облегчить страдания
пациента, медики чаще всего назначают лечебные диеты, пробиотики или таблет-
ки, чтобы нормализовать опорожнение кишечника, и не занимаются причиной ано-
мальной реакции ЖКТ.
Если бы и врачи, и пациенты понимали, что пищеварительный тракт на самом
деле представляет собой театр, на сцене которого разыгрывается драма эмоций,
дело реже оборачивалось бы для пациентов мучительной мелодрамой. Почти 15 %
населения США. страдает от аберрантных реакций пищеварительного тракта, в том
числе синдрома раздраженного кишечника (СРК), хронического запора, расстрой-
ства желудка и функциональной изжоги. Все эти недуги попадают в категорию на-
рушений оси взаимодействия мозг - ЖКТ. Для всех этих недугов характерны оди-
наковые симптомы: тошнота, урчание в животе, вздутие до невыносимой боли. Это
удивительно, но большинство пациентов, страдающих от аномальных реакций ЖКТ,
даже не догадываются о том, что эти «проблемы с животом» отражают их эмоцио-
нальное состояние.
Еще более удивительно, что в большинстве случаев об этом не догадываются
врачи.
Человек с
непрерывной
рвотой
Из множества пациентов, которых я видел за свою долгую карьеру гастроэнте-
ролога, больше других мне запомнился Билл. Ему было 25 лет, и, войдя в мой
кабинет в сопровождении матери, он выглядел вполне здоровым молодым челове-
ком. Разговор начала мать: «Я очень надеюсь, что вы сможете помочь моему сы-
ну . Вы - наша последняя надежда. Мы в отчаянии».
За восемь предшествующих лет Билл провел бессчетное множество часов в отде-
лениях скорой помощи, страдая от мучительной боли в желудке и непрекращающей-
ся рвоты. Бывало, что он вызывал врачей по несколько раз в неделю. Обычно
врачи скорой помощи назначали ему обезболивающие и успокоительные средства,
чтобы устранить у него чувство дискомфорта, но, судя по всему, никто не пред-
ставлял, что же не так с парнем. Хуже того, некоторые врачи считали, что Билл
таким образом добивается инъекции наркотических средств, и для этих подозре-
ний у них были некоторые основания, поскольку никакие диагностические тесты и
анализы, которые они проводили, не могли объяснить тяжесть наблюдаемых сим-
птомов .
Билл не раз бывал на приеме у гастроэнтерологов, его тщательно обследовали,
но не находили причин, вызывающих столь тяжелые симптомы. Непрекращавшиеся
боли и продолжающаяся рвота вынудили Билла бросить учебу в колледже и вер-
нуться к родителям, напуганным состоянием его здоровья.
Его мать, разочарованная тем, что врачи не смогли точно диагностировать бо-
лезнь , начала искать ответы на мучившие ее вопросы в интернете. При первой же
встрече она сказала мне: «Я думаю, у Билла синдром циклической рвоты».
Как лечащий ее сына врач я хотел убедиться в этом сам.
Как это часто бывает при расстройствах оси мозг - ЖКТ, пытаясь объяснить
совокупность симптомов синдрома циклической рвоты, медики выдвинули целый ряд
теорий. Однако, исходя из результатов исследований, десятилетиями проводив-
шихся моей командой и другими исследовательскими группами Калифорнийского
университета в Лос-Анджелесе, я был уверен, что наиболее вероятным объяснени-
ем в данном случае была гипертрофированная реакция ЖКТ, вызванная слишком
сильным ответом мозга на стресс.
Как правило, приступы циклической рвоты провоцируются стрессовыми событиями
в жизни пациентов. Серьезный дисбаланс в организме могут вызвать, казалось
бы, очень далекие друг от друга факторы - физические нагрузки, менструации,
пребывание на больших высотах или просто длительный психологический стресс.
Восприняв угрозу, мозг (и не обязательно та его часть, которая отвечает за
сознательные действия) направляет в гипоталамус, важную область, координирую-
щую все наши жизненные функции, сигнал срочно высвободить вещество, запускаю-
щее стрессорную реакцию, - кортиколиберин (КРГ). Он в свою очередь отвечает
за высвобождение другого вещества - кортикотропина - и действует как главный
переключатель, который переводит мозг (и организм в целом) в состояние стрес-
сорного ответа. Порой у пациентов с синдромом циклической рвоты по несколько
месяцев, а то и лет не наблюдается никаких симптомов болезни, хотя все это
время их КРГ находится в активизированном состоянии. Но стоит им испытать до-
полнительный стресс - симптомы тревоги начинают многократно проявляться.
Когда уровень КРГ достаточно высок, каждый орган и каждая клетка организма,
в том числе и желудочно-кишечного тракта, переходит в режим работы в стрессо-
вом состоянии. В опытах на животных моя коллега Иветт Таше, одна из главных в
мире специалистов по стресс-индуцируемым взаимодействиям мозга и ЖКТ, выявила
многочисленные изменения в организме, вызываемые КРГ.
Пиковые уровни кортиколиберина в мозге вызывают чувство тревоги, и люди
становятся более чувствительными к ряду ощущений, в том числе к сигналам из
ЖКТ, которые ощущаются как боли в животе. Стенка кишечника при этом сильно
сокращается, его содержимое активно исторгается, возникает диарея. Работа же-
лудка замедляется, меняется даже направление, в котором перемещается пища, и
желудок пытается освободиться, выталкивая свое содержимое вверх. Стенки ки-
шечника становятся более проницаемыми, толстая кишка секретирует больше воды
и слизи, объем крови, протекающей через слизистую желудка и кишечник, возрас-
тает.
Поставить диагноз Биллу помогли его ответы на несколько ключевых вопросов о
симптоматике его недомогания. Я спросил, замечает ли он какие-то симптомы ме-
жду приступами рвоты, и Билл ответил «нет». После этого я расспросил пациента
и его мать о случаях мигрени и головных болей в их семье, то есть о хрониче-
ских болевых расстройствах, генетически связанных с синдромом циклической
рвоты. Как выяснилось, мать и бабушка Билла страдали от мигреней.
«Что вы чувствуете перед приступом?», — спросил я. Билл сказал, что полно-
масштабному приступу обычно предшествуют около 15 минут сильной тревоги, уси-
ливается потоотделение, холодеют руки, учащается сердцебиение — все это сим-
птомы развития стрессорной реакции в организме. Мало того, эти симптомы буди-
ли Билла по утрам — еще одна отличительная черта синдрома циклической рвоты,
вероятно, вызываемая суточным повышением активности центральной сети стресса.
Иногда горячий душ или таблетка ативана (Ativan) могут предотвратить приступ,
но чаще это не помогает. «Как только начинается рвота, я уже не могу ее оста-
новить и должен срочно ехать в отделение неотложной помощи», — пояснил Билл.
«И что же там происходит?» — спросил я. Билл рассказал, что врачи весьма
неохотно давали ему наркотические обезболивающие препараты. Эти препараты вы-
зывали у него сонливость, и он засыпал. Через час Билл просыпался, не испыты-
вая никаких болезненных ощущений. При этом многочисленные исследования, вклю-
чая эндоскопию и компьютерную томографию брюшной полости, не выявили у него
никаких отклонений, а томография головного мозга исключила опухоль.
СТРЕСС
Надпочечник
Гормоны стресса
•> • • #
• ., • . • ■*■.
-* 1ц'- •;• •;«
.г.. . * "♦*. ♦ • •*
-•-• • • . # *
■ .+* •
РЕАКЦИИ ЖКТ
РИС. 4. РЕАКЦИИ ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОГО ТРАКТА НА СТРЕСС
В ответ на стресс, то есть на нарушение физиологического баланса, головной мозг
запускает реакцию, которая должна оптимизировать состояние организма и по-
мочь е,му выжить. «Включает» эту реакцию гормон кортиколиберин, который
синтезируется гипоталамусом и воздействует на расположенные рядом с ним об-
ласти мозга. Выброс КРГ в мозге связан с увеличением гормонов стресса (напри-
мер, кортизола и норадреналина) в организме. Этот процесс также стимулирует
стрессовые реакции пищеварительного тракта, которые влияют на состав и ак-
тивность кишечной микробиоты.
Диагноз, который поставила мать Билла, оказался правильным: молодой человек
страдал от синдрома циклической рвоты. Печальнее всего, что врачи так и не
смогли поставить диагноз, в то время как мать Билла, не имея медицинского об-
разования, решила эту задачу при помощи интернета.
С недостатком знаний врачей о нарушениях работы ЖКТ и с отсутствием эффек-
тивных методов лечения сталкиваются не только пациенты с синдромом цикличе-
ской рвоты. Почти трое из каждых 20 человек в США. страдают от симптомов или
синдромов, вызванных нарушениями взаимодействия головного мозга и ЖКТ; в чис-
ле этих заболеваний — синдром раздраженного кишечника, функциональная изжога
и функциональная диспепсия. Однако нужно иметь в виду, что нарушения работы
пищеварительного тракта вовсе не обязательно сопровождаются подобными непри-
ятными ощущениями.
Синдром циклической рвоты — один из наиболее драматично протекающих приме-
ров парадоксальной аномальной реакции ЖКТ, но далеко не единственный. Наруше-
ния взаимодействия мозга и пищеварительного тракта могут очень серьезно вли-
ять на здоровье.
Маленький мозг
в кишечнике
Представьте, что вы отправились в ресторан. Официант приносит хорошо прожа-
ренный стейк, и вы с удовольствием принимаетесь за еду. Вот краткое описание
того, что происходит с той минуты, когда вы положили первый кусок стейка в
рот, хотя, возможно, это не та тема, которую хочется обсуждать за столом.
Еще до того как вы прожуете и проглотите первый кусок, ваш желудок напол-
нится соляной кислотой, которая может быть такой же концентрации, как в бата-
рейке . И когда в желудок попадает частично прожеванный кусок стейка, кислота
начнет измельчать его до крохотных частиц.
В то же время желчный пузырь и поджелудочная железа готовят тонкую кишку к
началу работы, вводя в нее желчь и другие пищеварительные ферменты, помогаю-
щие переваривать жиры и сложные углеводы. Когда из желудка мелкие частицы
стейка попадают в тонкую кишку, ферменты и желчь перерабатывают их в пита-
тельные вещества, часть которых тонкая кишка может поглотить, а затем пере-
дать в остальные части пищеварительного тракта.
По мере переваривания пищи мышцы стенок кишечника ритмично сокращаются
(этот процесс называется перистальтикой), благодаря чему пища перемещается
вниз по желудочно-кишечному тракту. Сила, продолжительность и направление пе-
ристальтики зависят от типа съеденной пищи: чтобы усвоить жир и сложные угле-
воды , требуется больше времени, на переработку сладкого напитка — меньше.
При этом некоторые участки стенок кишечника сокращаются, направляя перева-
риваемую пищу к слизистой оболочке тонкой кишки, в которой происходит всасы-
вание питательных веществ. В толстой кишке мощные перистальтические волны пе-
ремещают пищевую кашицу (химус) вперед и назад, извлекая и поглощая из нее до
90 % воды. Наконец еще одна мощная волна сжатия перемещает содержимое к пря-
мой кишке, как правило, вызывая желание совершить акт дефекации.
Между приемами пищи проходят различные волны сокращения (так называемый
мигрирующий моторный комплекс), когда пищеварительный тракт выполняет свои
моторные функции. В этот период он наводит порядок, как домохозяйка, удаляя
все, что желудок не смог растворить или разделить на достаточно мелкие фраг-
менты: например, не растворившиеся до конца лекарственные препараты и кусочки
арахиса. Каждые 90 минут эта сократительная волна медленно перемещается от
пищевода до прямой кишки, создавая давление, достаточное, чтобы расколоть
орех и переместить нежелательные микроорганизмы из тонкой кишки в толстую. В
отличие от перистальтического рефлекса, волна «домашней уборки» возникает
только тогда, когда в желудочно-кишечном тракте уже не осталось пищи, которую
надо переварить (например, во время сна) . Выключается «режим уборки ЖКТ» в
тот момент, когда за завтраком вы отправляете в рот первый кусок еды.
Кишечник может сам координировать эти и многие другие процессы без какой-
либо помощи со стороны головного или спинного мозга, но как это делать, реша-
ют не мышцы стенки кишечника. Пищеварением в значительной степени управляет
энтеральная (внутрикишечная) нервная система (ЭНС) — удивительная сеть из 50
млн. нервных клеток, выстилающая весь желудочно-кишечный тракт — от пищевода
до прямой кишки. Этот «второй» мозг меньше «первого», то есть головного, вес
которого колеблется от 1000 до 2000 г, но со всем, что имеет отношение к пи-
щеварению , он справляется блестяще.
Майкл Гершон, выдающийся анатом и биолог1 из Медицинского центра при Колум-
бийском университете, один из первых исследователей роли серотонина в ЖКТ и
автор популярной книги «Второй мозг» (The Second Brain), любит показывать
студентам видео, демонстрирующее способность энтеральной нервной системы ра-
ботать автономно. Главную роль в этом клипе «играет» помещенный в емкость с
жидкостью фрагмент кишечника морской свинки. Несмотря на то, что это всего
лишь часть кишечника, видно, как она перегоняет пластиковую гранулу из одного
ее конца в другой, и все это без всякой связи с головным мозгом. По всей ве-
роятности , кишечник человека может работать так же независимо.
Примечательно, что все эти сложные пищеварительные функции координируются
постоянно действующими генетически запрограммированными нервными цепями, то
есть анатомическими связями между миллионами нервных клеток энтеральной нерв-
ной системы. И пока все идет хорошо, помощь головного мозга или остальной
части центральной нервной системы пищеварительному тракту, в общем, не нужна.
Однако каждую из этих функций, выполняемых, казалось бы, автоматически, мо-
жет изменить часть головного мозга, которая отвечает за эмоции. Если разговор
за обедом пойдет не так, как вы ожидали, и вы вступите в спор с вашим другом,
замечательный механизм в желудке, занимающийся переработкой пищи, быстро от-
ключится . Вместо переваривания начнутся спастические сокращения, которые
больше не позволят желудку опорожняться правильным образом. Половина съеден-
ного стейка останется в нем без дальнейшего переваривания. Уже после того как
вы уйдете из ресторана, в желудке будут продолжаться спазмы, и вы долго не
сможете заснуть. Поскольку в желудке все еще остается пища, ЖКТ не переклю-
чится на ночные мигрирующие сокращения, и обычного очищения пищеварительного
тракта в течение ночи не произойдет. У таких пациентов, как Билл, у которых
ось головной мозг — ЖКТ является гиперактивной, триггеры, связанные со стрес-
сом или эмоциями, которые не причинят большого вреда здоровому человеку, бу-
дут сильно тормозить перистальтику желудка и даже изменят ее направление, по-
родив спастические сокращения в толстой кишке. Выглядит это так, будто уста-
новки системы оповещения в головном мозге сброшены, что приводит к частым
ложным срабатываниям и подаче ложных сигналов тревоги с разрушительными по-
следствиями для вашего покоя.
Огнестрельные
ранения и реакции
пищеварительного
тракта
Люди, так или иначе, всегда ощущали и переживали эмоции с помощью пищевари-
тельной системы, и это вызывало интерес у многих пытливых исследователей. Ко-
гда в 1822 г. военному врачу Уильяму Бомонту представился случай узнать боль-
ше о взаимодействии ЖКТ с мозгом, он не замедлил им воспользоваться.
В начале лета, когда Бомонт находился в форте на острове Макино в верхней
части озера Гурон, произошел несчастный случай. Некто Алексис Сент-Мартин,
зарабатывавший на жизнь пушным промыслом, был случайно ранен выстрелом из ру-
жья с расстояния меньше метра. Когда доктор Бомонт осмотрел его через полчаса
после происшествия, в верхней левой части живота Сент-Мартина зияла дыра, в
которую можно было бы засунуть руку. Заглянув в рану, Бомонт увидел желудок,
в котором было отверстие, достаточное, чтобы просунуть в него указательный
палец.
Хирургическое мастерство Бомонта спасло раненому жизнь, но зашить рану в
желудке не удалось, и в нем образовалась фистула — постоянное отверстие в жи-
воте, открывающееся на поверхность тела. Сент-Мартин выздоровел, но больше не
мог заниматься пушным промыслом. Бомонт предложил пациенту пожить в его се-
мье, выполняя разные работы по дому, — так появилась необычная команда в со-
ставе исследователя и объекта его исследований.
В скором времени Бомонт стал первым человеком в истории, который мог наблю-
дать процесс пищеварения у человека в режиме реального времени. Он проводил
эксперименты: привязывал кусочки вареной говядины, сырой капусты, черствого
хлеба и других продуктов к шелковой нитке, опускал их в желудок Сент-Мартина,
а потом через разные промежутки времени вынимал и наблюдал, как желудочный
сок переваривает разные виды пищи. Эти эксперименты доставляли Сент-Мартину
немало неудобств, очень его беспокоили и раздражали. Наблюдая процессы, про-
исходившие в желудке Сент-Мартина, Бомонт пришел к выводу, что гнев замедляет
пищеварение. Таким образом, Бомонт стал первым ученым в истории, кто сообщил,
что эмоции могут напрямую влиять на работу желудка.
Как оказалось, не только желудка, но и всего желудочно-кишечного тракта. В
журнале Weeks в 1946 г. описывался случай с одним солдатом Второй мировой
войны. Он получил в бою серьезное ранение в живот, открывшее для обозрения
лечащим врачам участки его тонкой и толстой кишки. Медики заметили, что, ко-
гда в больничную палату, где лежал несчастный солдат, поступали другие ране-
ные, его страдания усиливались, а перистальтические движения в тонкой и тол-
стой кишке становились более активными.
Потребовалось около 20 лет, чтобы от подобных разрозненных наблюдений пе-
рейти к лабораторным исследованиям взаимодействия между мозгом и пищевари-
тельным трактом. В 1960-х гг. известный гастроэнтеролог из Дартмутского меди-
цинского колледжа Томас Олми исследовал в контролируемых условиях большое
число пациентов. Проводя весьма эмоциональные собеседования со здоровыми
людьми и с пациентами с синдромом раздраженного кишечника, он наблюдал у об-
следуемых возникающую активность толстой кишки. Когда испытуемый реагировал
на вопросы исследователя враждебно и агрессивно, его толстая кишка быстро со-
кращалась , если же человек испытывал чувство безнадежности, неустроенности
или занимался самобичеванием, сокращения замедлялись. Позднее другие ученые
подтвердили результаты Олми и обнаружили, что активность толстой кишки воз-
растает только тогда, когда обсуждаемые темы лично затрагивают испытуемых.
В настоящее время ученые согласны с тем, что наш мозг настроен на связыва-
ние эмоций, которые мы испытываем каждый день, с конкретными реакциями орга-
низма. И в том случае, когда возникает стресс, такая настройка будет управ-
лять реакциями пищеварительного тракта.
Помогая пациентам понять, как головной мозг, энтеральная нервная система и
желудочно-кишечный тракт взаимодействуют друг с другом, я привожу такую ана-
логию .
Представьте, что приближается ураган. В этом случае правительство не посы-
лает каждому гражданину страны инструкции, как следует действовать в критиче-
ской ситуации. Вместо этого оно посылает инструкции местным органам управле-
ния и службам, которые могут распространять указания и осуществлять план дей-
ствий, если это потребуется. Если речь не идет о серьезных угрозах, например
о стихийном бедствии, местные органы в состоянии самостоятельно справиться
практически со всеми проблемами. Но, когда в чрезвычайной ситуации поступает
конкретное распоряжение правительства, многие привычные действия, осуществ-
ляемые на местном уровне, отступают на второй план, а в первую очередь испол-
няются распоряжения правительства. Когда угроза миновала, все быстро возвра-
щается к обычному порядку.
Точно так же в обычной обстановке энтеральная нервная система сама справля-
ется с рутинными проблемами, связанными с пищеварением. Но, когда мы чувству-
ем угрозу или испытываем страх или гнев, центр эмоций головного мозга не от-
правляет инструкции каждой клетке в желудочно-кишечном тракте. Вместо этого
он отправляет сигнал энтеральной нервной системе, отключая ее от повседневных
операций. Как только наше эмоциональное состояние приходит в норму, пищевари-
тельная система вновь переключается на режим местного управления.
Головной мозг реализует моторные (двигательные) программы в ЖКТ с помощью
различных механизмов. Он вызывает выброс в организм таких гормонов стресса,
как кортизол и адреналин (эпинефрин), и отправляет нервные сигналы в энте-
ральную нервную систему. Головной мозг посылает два вида нервных сигналов:
стимулирующие (они передаются по парасимпатическим нервам, включая блуждающий
нерв) и тормозящие (передаются по симпатическим нервам) функции пищеваритель-
ного тракта. Обычно эти два нервных пути действуют совместно и проделывают
замечательную работу — они тонко настраивают и координируют деятельность эн-
теральной нервной системы таким образом, чтобы активность ЖКТ соответствовала
состоянию организма.
Когда эмоции появляются на гастроэнтеральной сцене, в действе принимает
участие целый ансамбль специализированных клеток — различные типы клеток ки-
шечника, клетки энтеральной нервной системы и 100 трлн. микроорганизмов ЖКТ,
чье поведение и химическое взаимодействие меняется в зависимости от эмоцио-
нальных обертонов разыгрываемого спектакля. Весь день сменяют друг друга не-
гативные и позитивные повороты сюжета. Вы беспокоитесь за детей; раздражае-
тесь, когда вас «подрезает» лихач на шоссе; нервничаете, опаздывая на встре-
чу; опасаетесь увольнения и финансовых трудностей. Но в нашей жизни случаются
и приятные события: объятия с супругой, добрые слова друга или спокойная се-
мейная трапеза.
Мы уже узнали много нового о реакциях пищеварительного тракта, связанных с
такими негативными эмоциями, как гнев, печаль, страх, но практически ничего
не знаем о его реакциях на положительные эмоции — любовь, привязанность, сча-
стье . Может быть, в моменты, когда все у нас обстоит хорошо, головной мозг не
вмешивается в функционирование энтеральной нервной системы? А может быть, он
отправляет набор нервных сигналов, сообщающих о состоянии счастья? Как эти
сигналы счастья влияют на кишечную микробиоту, чувствительность ЖКТ и пищева-
рение? Что происходит в нашем пищеварительном тракте, когда мы садимся за се-
мейный обед, празднуя окончание дочерью колледжа, или когда мы достигаем ощу-
щения просветления во время медитации? Это важные вопросы, на которые науке
предстоит отыскать ответы, если мы хотим в полной мере понять, как реакции
пищеварительного тракта влияют на наше самочувствие.
У некоторых людей сюжеты, разыгрываемые в ЖКТ, чаще похожи на триллеры и
фильмы ужасов, чем на романтические комедии. У испытывающего хроническое раз-
дражение или измотанного заботами человека, который следует усвоенному еще в
детстве сценарию, клетки пищеварительного тракта изо дня в день разыгрывают
исключительно мрачные сюжеты. Со временем многие клетки привыкают строго сле-
довать наставлениям режиссера, отчего нервные связи энтеральной нервной сис-
темы меняются, сенсоры в стенках кишечника становятся более чувствительными,
механизм создания серотонина начинает работать на более высокой передаче, и
даже кишечные микроорганизмы становятся более агрессивными. В результате, ис-
следуя ЖКТ пациентов с функциональными желудочно-кишечными расстройствами,
тревожными неврозами, депрессией или аутизмом, ученые находят изменения в со-
ставе и поведении многих «актеров пищеварительной сцены». В научной литерату-
ре часто сообщается о таких фактах. Однако методы лечения, призванные восста-
новить работу ЖКТ, в целом не могут смягчить симптомы таких расстройств. Ве-
роятно, в таких случаях самый перспективный путь — переписать хранящийся в
головном мозге текст пьесы в позитивном духе, чтобы изменить реакции ЖКТ. Так
мы развернем направление клеточных изменений в ЖКТ в противоположенную сторо-
ну. Сейчас активно проводятся исследования, определяющие, связаны ли измене-
ния кишечной микробиоты с такими позитивными вмешательствами в психику, как
гипноз и медитация, и ведут ли они к ослаблению симптомов расстройств, подоб-
ных синдрому раздраженного кишечника.
Как мозг программирует
эмоциональные реакции в
пищеварительном тракте
Нам уже многое известно о том, как эмоции влияют на организм, в том числе и
на желудочно-кишечный тракт. Чтобы понять, как это происходит, прежде всего,
необходимо обратиться к лимбической системе — древней части головного мозга,
имеющейся у теплокровных животных. Она играет важную роль в возникновении
эмоций. Когда человек злится, пугается, испытывает сексуальное влечение или
ощущает боль, а также при возникновении чувства голода или жажды, глубоко в
сером веществе его головного мозга активируются связанные с эмоциями цепи
лимбической системы.
Подобно миниатюрному суперкомпьютеру, эти цепи предназначены для того, что-
бы наш организм оптимальным образом реагировал на изменения, происходящие
внутри и вне тела, то есть для подстройки к конкретной ситуации. Когда мы
сталкиваемся с угрозой жизни, организм может отреагировать очень быстро и
оперативно перегруппировать тысячи сообщений, отправляемых отдельным клеткам
и органам тела, а те в ответ так же оперативно изменят свое поведение.
С тем, что происходит потом, знакомы мы все. Центр эмоций головного мозга
посылает сигналы в желудок и кишечник, чтобы они освободились от содержимого,
на переваривание которого может расходоваться энергия, необходимая для тре-
буемых в возникших обстоятельствах действий. Это также объясняет, почему че-
ловеку может потребоваться сходить в туалет перед важным выступлением. Наша
сердечно-сосудистая система перенаправляет обогащенную кислородом кровь от
органов ЖКТ к мышцам, замедляя процессы пищеварения и готовя нас к борьбе
(или бегству).
В этом отношении мы не одиноки в животном царстве. На протяжении миллионов
лет млекопитающим нужно было уметь устанавливать контакты и вступать в схват-
ки , оценивать потенциальные угрозы, а иногда и убегать. Эволюция даровала лю-
дям коллективную мудрость — как наилучшим образом реагировать на подобные си-
туации — и «упаковала» эту мудрость в конкретные нервные цепи и программы,
которые автоматически реагируют на угрожающие ситуации. Это экономит время и
энергию в критические моменты, потому что без таких запрограммированных реак-
ций человеку каждый раз пришлось бы проводить анализ ситуации с нуля. Эти
программы, известные как эмоциональные операционные программы, могут активи-
роваться за миллисекунды, мгновенно запуская скоординированный набор поведен-
ческих действий, которые позволяют нам выживать, процветать и размножаться.
Йак Панксепп, невролог из Университета штата Вашингтон, внес важный вклад в
аффективную неврологию — нейробиологическую дисциплину, которая изучает эмо-
ции с позиций неврологии. Проводя опыты на животных, он пришел к выводу, что
в нашем мозге имеется, по крайней мере, семь эмоциональных операционных про-
грамм, которые управляют реакциями организма, когда мы переживаем страх,
гнев, печаль, игривое настроение, вожделение, чувства любви и материнской за-
боты. Эти программы быстро и автоматически запускают соответствующие реакции
организма даже в тех случаях, когда вы еще не осознаете, что у вас возникла
какая-то особая эмоция. Именно поэтому ваше лицо краснеет, когда вы испыты-
ваете смущение, по коже пробегают мурашки, когда смотрите фильм ужасов, серд-
це бьется быстрее, когда вы испуганы, и даже желудочно-кишечный тракт стано-
вится более чувствительным, когда вы беспокоитесь.
Эмоциональные операционные программы записаны у нас в генах. Это генетиче-
ское кодирование отчасти наследуется от родителей, отчасти формируется влия-
нием раннего опыта. Допустим, вы унаследовали гены, которые настроили ваши
программы страха или гнева на слишком острые проявления в стрессовых ситуаци-
ях, а после пережитой в детстве эмоциональной травмы ваш организм добавил в
память реагирующих на стресс генов дополнительные химические метки. В резуль-
тате во взрослом возрасте вы, скорее всего, столкнетесь с усиленной реакцией
вашего желудочно-кишечного тракта на стресс. Это объясняет хорошо известные
ситуации, когда два человека, оказавшись в одной стрессовой ситуации, реаги-
руют на нее по-разному: один не испытывает каких-либо заметных реакций со
стороны ЖКТ, другой из-за тошноты, спазмов кишечника и диареи оказывается
временно недееспособным. Такое программирование реакций при встрече с пробле-
мами, заложенное в самом начале жизни, может быть полезным для выживания в
опасном мире, но, если вы живете в защищенной безопасной среде, оно становят-
ся серьезной обузой.
Когда желудочно-кишечный
тракт испытывает стресс
Среди наших эмоциональных операционных программ есть одна, связанная со
стрессовыми событиями и изученная лучше других. Когда человек чувствует бес-
покойство или страх, возникает стрессорный ответ; он позволяет поддерживать
гомеостаз (постоянство внутренней среды) в условиях внутренних и внешних уг-
роз .
Говоря о стрессе, мы обычно имеем в виду стрессовые ситуации, возникающие в
повседневной жизни, или воздействие более сильных стрессовых факторов, таких
как травма или стихийное бедствие. Но наш мозг воспринимает как стрессовые
многие воздействия на организм, в том числе инфекции, хирургические вмеша-
тельства, несчастные случаи, пищевые отравления, нехватку сна, попытки бро-
сить курить и даже такие естественные проявления, как менструации у женщин.
Давайте уберем занавес, за которым скрывается все, что происходит в орга-
низме человека, испытывающего стресс. Но, прежде всего, мы должны больше уз-
нать о впечатляющих эмоциональных способностях мозга. Ярче всего они проявля-
ются как раз в опасных для жизни ситуациях.
Если мозг решает, что приблизилась угроза, он активизирует имеющуюся у него
стрессорную программу, которая выбирает наиболее подходящую реакцию организма
на конкретную ситуацию, в том числе реакцию желудочно-кишечного тракта. Каж-
дая эмоциональная операционная программа задействует специфическую сигнальную
молекулу и, высвобождая далее определенные вещества в головном мозге, может
запустить всю программу реакции на стресс — со всеми последствиями для ЖКТ и
организма в целом. В число таких специализированных сигнальных молекул голов-
ного мозга входит несколько гормонов, о которых, вероятно, многие уже слышали
раньше. Это эндорфины, действующие как болеутоляющее и способствующие возник-
новению чувства благополучия, дофамин, который вызывает желания и мотивацию,
окситоцин, который иногда называют гормоном любви, поскольку он усиливает до-
верие и вызывает чувство привязанности. В этот ряд также входит уже упоминав-
шаяся молекула — кортиколиберин, который действует как главный переключатель
при стрессе.
Даже если человек совершенно здоров и сейчас отдыхает на пляже, КРГ и в
этот момент играет решающую роль в обеспечении благополучия, регулируя коли-
чество гормона кортизола, который вырабатывают надпочечники. Варьируя каждый
день в пределах нормы, кортизол поддерживает правильный метаболизм жиров,
белков и углеводов и помогает контролировать иммунную систему.
Однако, когда активируется программа реагирования на стрессовую ситуацию,
происходит резкое увеличение активности этой КРГ-кортизольной системы. Когда
человек оказывается в состоянии стресса, первым в головном мозге срабатывает
гипоталамус — область мозга, которая контролирует все жизненно важные функ-
ции . Гипоталамус — главное место производства КРГ. Сразу после выброса КРГ
активизируются надпочечники и начинают выбрасывать кортизол, повышая его уро-
вень в крови и подготавливая организм для ожидаемого увеличения потребностей
метаболизма.
Действуя в качестве главного переключателя в стрессовых ситуациях, выделен-
ный гипоталамусом КРГ воздействует на миндалину — область мозга, которая вы-
зывает чувство тревоги или даже страха. Активизация миндалевидного тела отзы-
вается в организме учащенным сердцебиением, вспотевшими ладонями и желанием
освободить желудочно-кишечный тракт от содержимого.
Эти спровоцированные стрессом изменения в желудочно-кишечном тракте, как вы
понимаете, создают далеко не идеальные условия для наслаждения вкусной трапе-
зой.
Даже если во время еды человек находится в расслабленном состоянии, все
равно остается вероятность того, что он может испытать неприятные реакции со
стороны ЖКТ на поступающую пищу. После того как эмоциональная программа запу-
щена, она может работать несколько часов, а иногда и много лет. Мысли, воспо-
минания о прошлых событиях и ожидания будущего могут влиять на деятельность,
связанную с взаимодействием между головным мозгом и пищеварительным трактом,
и последствия этого порой могут оказаться болезненными.
Например, если вы окажетесь в ресторане, где когда-то за обедом поссорились
со своей половинкой, воспоминания об этом могут активизировать операционную
программу гнева даже в тот момент, когда вы с кем-то дружески беседуете. Если
тот ресторан был итальянским, запустить программу гнева может любой итальян-
ский ресторан и даже просто мысль о ризотто с морепродуктами. Я часто объяс-
няю возможность такого сценария пациентам, которые решительно обвиняют в сво-
их проблемах с ЖКТ какие-то продукты. Я прошу их проанализировать, действи-
тельно ли в проблеме виноват злосчастный продукт или она на самом деле связа-
на с воспоминанием о каком-то прошлом событии. Начав обращать внимание на об-
стоятельства, которые вызывают симптомы, пациенты часто понимают, насколько
сильно взаимодействие между головным мозгом и пищеварительным трактом.
Зеркало в вашем
пищеварительном
тракте
Самая важная информация, которую я могу сообщить такому, как Билл, пациенту
с синдромом циклической рвоты или пациентам с другими расстройствами коммуни-
кации головного мозга и ЖКТ, состоит в простом научном объяснении, что явля-
ется причиной беспокоящих симптомов и как эта информация определяет выбор ле-
чения. Даже это простое объяснение чаще всего позволяет поставить определен-
ный диагноз, что, в свою очередь, помогает успокоить пациента и его близких.
Наука закладывает рациональную основу для назначения эффективной терапии.
Еще в клинике я объяснил Биллу, что его головной мозг выделяет слишком мно-
го кортиколиберина. Избыток КРГ способствует не только возникновению чувства
тревоги, но и связанному с ним учащенному сердцебиению, потным ладоням, слиш-
ком сильным сокращениям желудка, из-за которых перистальтическая волна начи-
нает выталкивать содержимое желудка вверх, а слишком сильные сокращения тол-
стой кишки, которые Билл ощущал как болезненные спазмы, направляли содержимое
желудка вниз. Когда я объяснил это Биллу и его матери, им стало заметно лег-
че; по-видимому, им впервые научно объяснили причину симптомов, мучивших Бил-
ла.
«А почему приступы всегда происходят рано утром?» — поинтересовалась мать
Билла. Я объяснил ей, что нормальная секреция КРГ в головном мозге обычно
достигает максимума как раз рано утром, а к полудню постепенно снижается. По-
этому у пациентов с синдромом циклической рвоты уровень КРГ в головном мозге
обычно достигает избыточно высокого уровня рано утром.
Еще я объяснил им, как кортиколиберин объявляет чрезвычайное положение и
переводит организм из мирной ситуации в военное положение. Я рассказал им,
что головной мозг и нервная система работают совместно, чтобы управлять функ-
циями пищеварительного тракта. «Это все понятно, — сказал Билл, — но почему у
меня приступы случаются без каких-то серьезных стрессов, например во время
сна?»
«В этом-то и суть проблемы», — ответил я и объяснил, что в его мозге имеет-
ся механизм для работы в чрезвычайных ситуациях, но тормоза в нем вышли из
строя, и в ответ на самые безопасные события часто запускается программа
страха, что и приводит к большому числу ложных срабатываний.
«Наконец-то мы узнали, что происходит», — воскликнула мать Билла. Однако
объяснение происходящего — лишь первая часть решения проблемы. Билл и его
мать хотел знать, что они могли сделать, чтобы не допускать больше приступов.
Понимание проблемы могло помочь предотвратить приступы, мешавшие Биллу жить
полноценной жизнью. Я назначил ему препараты, ослабляющие действие гиперак-
тивных стрессорных связей и снимающие перевозбуждение, вызываемое избыточным
выделением КРГ. Часть этих лекарств должна была уменьшить частоту приступов,
другая — остановить приступ, если он все-таки начался. К счастью, при пра-
вильном лечении состояние большинства пациентов с синдромом циклической рвоты
радикально улучшается: приступы у них случаются реже, и им легче их остано-
вить , если они все-таки начинаются. Со временем такие пациенты перестают бо-
яться повторяющихся приступов, которые так сильно мешали им в прошлом, и это
новое состояние зачастую позволяет уменьшить дозы принимаемых лекарств или
даже вообще прекратить их прием.
С Биллом именно так все и произошло. Я встретился с ним через три месяца,
за этот период у него был всего один приступ, и он остановил его клонопином
(Klonopin) — успокаивающим лекарством, которое я ему прописал. После несколь-
ких лет страданий и непрекращающихся унизительных намеков врачей скорой помо-
щи он был теперь настроен позитивно, считал, что сможет вернуться к нормаль-
ной жизни. Другим пациентам с синдромом циклической рвоты, которых я лечил,
для восстановления нормального состояния потребовались дополнительные проце-
дуры, в том числе когнитивно-поведенческая терапия и гипноз. Биллу это не по-
надобилось . Он вернулся в колледж и со временем значительно сократил число
принимаемых лекарств и их дозы.
На примере таких пациентов, как Билл, мы можем многое понять, и я каждый
день делаю подобные открытия в клинике. Нормальные реакции пищеварительного
тракта вроде тех, которые проявляются в виде беспокойства по поводу предстоя-
щего собеседования или при временных негативных состояниях из-за пробки на
дороге или опоздания на встречу, никогда не приводят к серьезной проблеме.
Однако мы должны серьезно относиться к пагубным и многообразно проявляющимся
последствиям подобных эмоций для ЖКТ, особенно если мы регулярно испытываем
застарелый гнев, печаль или повторяющееся чувство страха. Помните, что сцена,
на которой разворачиваются пищеварительные реакции, на самом деле велика, а
число актеров — просто огромное. Конечно, если мы испытываем жажду, персона-
жей в пьесе гораздо меньше, и поправить положение дел можно всего лишь стака-
ном воды. Возможно, не является большой проблемой и кратковременная, длящаяся
несколько минут боль. Беспокоиться приходится, когда мы вспоминаем, что эмо-
ции всегда зеркально отражаются в нашем желудочно-кишечном тракте, и когда мы
думаем о пагубных последствиях, которые непреходящий гнев, печаль или страх
могут оказать не только на наше пищеварение, но и на здоровье в целом.
ГЛАВА 3
Как пищеварительный
тракт общается с
головным мозгом
Часто ли вы задумываетесь о том, что происходит у вас в животе? Скорее все-
го, не часто, если вы такой же, как большинство людей, с утра до ночи погру-
женных в повседневные заботы и хлопоты. И хотя наш пищеварительный тракт
обычно тихо, не привлекая к себе внимания, выполняет свою работу, события,
происходящие в желудке и кишечнике, исключительно важны. Чтобы получить впе-
чатление о внутренних ощущениях в ЖКТ, так сказать, из первых рук, попробуйте
провести следующий эксперимент: выберите день, когда вы не слишком заняты, и
с утра до ночи постарайтесь внимательно прислушиваться ко всем ощущениям, ко-
торые возникают в вашем пищеварительном тракте на протяжении дня.
На эти внутренние ощущения, проявляющиеся в виде едва заметных чувствова-
ний, движений и звуков, а также сопровождающих их фоновых эмоций, мы обычно
не обращаем особого внимания. Постарайтесь в ходе этого эксперимента отметить
как можно больше таких ощущений и запишите (или надиктуйте на смартфон) все,
что вы почувствовали. Можете добавить информацию о том, что вы делали в то
время, когда испытывали ощущения, на которые обратили внимание, и что вы то-
гда ели. Вот пример такого отчета на основе записей Джуди, здоровой 26-летней
женщины, добровольного участника исследования, которое мы провели много лет
назад. Итак, ее внутренние ощущения на протяжении одного дня.
В воскресенье Джуди проснулась рано, выпила чашку кофе и отправилась на
ежедневную пробежку. Пока Джуди не пробежит километров пять, она ничего не
ест, потому что знает: полный желудок не дружит с физическими нагрузками.
Вернувшись домой, Джуди позвонила матери (обычно она это делает раз в неделю)
и другу. Пока она разговаривала по телефону, она ничего не ела, предвкушая
свой воскресный завтрак — омлет с грибами и свежий багет со сливочным сыром.
Наконец, приготовив свое любимое блюдо, Джуди позавтракала. Вообще-то она
уделяла не слишком много внимания тому, что ест, потому что одновременно чи-
тала интересную статью в газете. В какой-то момент она почувствовала, что сы-
та, и оставила на тарелке половину несведённого омлета. Она собиралась по-
ехать на велосипеде на пляж со своим молодым человеком, но прежде, чем выйти
из дома, ей потребовалось сходить в туалет и опорожнить кишечник. Она отлично
провели время на пляже с бойфрендом. Было уже семь вечера, когда она верну-
лась домой.
После легкого ужина Джуди вспомнила, что она совсем не готова к презента-
ции, которую должна сделать на работе в понедельник утром. Джуди забеспокои-
лась и отметила легкое чувство тошноты под ложечкой. Однако, пока она готови-
лась к выступлению, самочувствие стало постепенно улучшаться, ив 10 часов
вечера она решила лечь спать, а на следующее утро встать пораньше и довести
до ума презентацию. Она поставила будильник на 5:30, но спала плохо. Просыпа-
ясь, она каждый раз отмечала бульканье в животе, иногда звуки были похожи на
продолжительные раскаты грома, которые медленно распространялись по всему жи-
воту. В конце концов, она встала, направилась на кухню и доела омлет, остав-
шийся со вчерашнего завтрака. Гром в желудке стих, Джуди почувствовала себя
лучше и пошла досыпать.
Если вы об этом задумаетесь, то, вероятно, вспомните, что испытываете по-
добные внутренние ощущения чуть ли ни каждый день, хотя, может быть, не обра-
щаете на них особого внимания. Мы живем с ними всю жизнь, они становятся на-
шей второй натурой. С точки зрения здоровья и выживания внимание к ощущениям
в ЖКТ и их осознанное наблюдение — полезное занятие, но нам и без того хвата-
ет забот и информационных перегрузок. Вы можете представить себе, что каждый
день внимательно прислушиваетесь к шумам и сокращениям кишечника или каждую
ночь просыпаетесь, когда через желудочно-кишечный тракт проходит очередная
мощная волна сокращений? Если бы мы постоянно реагировали на эти ощущения, мы
просто не могли бы сосредоточиться ни на чем другом. Вы не смогли бы побесе-
довать за обедом, вздремнуть после еды, почитать воскресный выпуск The New
York Times и даже проспать всю ночь.
Как правило, мы осознаем только те внутренние ощущения, которые требуют от
нас какого-то действия: ощущение голода, побуждающее что-то съесть, ощущение
сытости, когда пора прекращать есть, или ощущение переполненного кишечника,
побуждающее искать туалет. Относительно большинства внутренних ощущений мы
остаемся в неведении, пока не возникают ощутимые проблемы в пищеварительном
тракте: боль в животе, изжога, тошнота, ощущение вздутия живота или, что еще
хуже, пищевое отравление или вирусный гастроэнтерит. Порой чувство, что мы
объелись, или другие неприятные ощущения могут наступить даже после обычной
порции еды. Тогда внезапно появившиеся внутренние ощущения становятся по-
настоящему острыми, их, как правило, можно объяснить вполне очевидными причи-
нами. Такие неприятные внутренние ощущения заставляют нас обращаться за помо-
щью, и позволяют нам в будущем избегать того, что вызвало расстройство, ведь
теперь мы о нем не забудем.
Мозг, который
слишком много
чувствовал
В то время как большинство людей не осознают ни одного из своих внутренних
ощущений, есть и исключения из этого правила. Находятся люди, которые без
всяких усилий слышат свое сердцебиение и чувствуют прохождение пищи по кишеч-
нику. Эти избранные натуры хорошо осведомлены обо всех сигналах, поступающих
из организма, в том числе из пищеварительного тракта. Нейровизуализация выяв-
ляет у них повышенную активность сетей мозга, связанных с вниманием и оценкой
салиентности5.
Другое исключение из этого правила — несчастные 10 % населения, которые
воспринимают искаженные сигналы, не соответствующие сенсорной информации, ко-
торая идет от ЖКТ в мозг. Из всех пациентов, которых я видел за годы работы,
мне больше других запомнился приятный джентльмен, уникальная история которого
наглядно иллюстрирует концепцию повышенной осведомленности некоторых людей об
5 Салиентность (от англ. salience/saliency) — значимость, заметность, «выделенность»
на фоне подобного. В биологии салиентность обозначает «свойство объекта выделяться
на фоне группы объектов того же типа. Нахождение салиентных объектов считается клю-
чевым механизмом, обеспечивающим обучение и выживание организмов путем фокусирования
их ограниченных ресурсов восприятия на наиболее важной и соответствующей ситуации
части информации, полученной от органов чувств». — Прим. ред.
ощущениях, возникающих внутри организма.
Фрэнк, 75-летний школьный учитель на пенсии, пришел ко мне на прием с жало-
бами на симптомы со стороны ЖКТ, которые испытывал на протяжении последних
пяти лет. Это были типичные симптомы синдрома раздраженного кишечника (СРК) —
вздутие брюшины, дискомфорт в животе, нерегулярное опорожнение кишечника. Од-
нако это было еще не все. Фрэнк испытывал и другие хронические симптомы: ощу-
щение, будто что-то застряло в верхней части пищевода (комок в горле), частую
отрыжку, кашель, дискомфорт в области грудины, иногда сопровождавшийся менто-
ловым привкусом во рту, и ощущение нехватки воздуха при вдохе. Симптомы поя-
вились внезапно, когда от тяжелой болезни умерла его жена. Это случилось при-
мерно за пять лет до его визита ко мне.
Чтобы поставить диагноз, мне требовалось собрать больше информации. Фрэнк
рассказал, что испытывает легкие симптомы СРК с детства, однако не раз прой-
денные всесторонние диагностические обследования грудной полости, желудочно-
кишечного тракта и сердца ничего не выявили. Можно было бы предположить, что
Фрэнк страдает от какого-то функционального расстройства желудочно-кишечного
тракта. Его симптомы больше всего совпадали со случаем общей гиперчувстви-
тельности к ощущениям, поступающим из различных областей ЖКТ — от верхней
части пищевода и до конца толстой кишки. Если в прошлом врачи допускали, что
такие симптомы имеют исключительно психологический характер, то теперь мы
знаем, что в ЖКТ имеется сложная сенсорная система, в состав которой помимо
прочего входят специализированные молекулы (рецепторы), распознающие химиче-
ские вещества, в том числе ментол. Но что могло вызвать эту гиперчувствитель-
ность у Фрэнка пять лет назад?
Одно из возможных объяснений мне подсказала его знакомая. Диета Фрэнка была
нездоровой: он уже давно ел пищу с высоким содержанием животных жиров и саха-
ра. Симптомы стали ухудшаться, когда он уже не мог контролировать тягу к шо-
коладным тортам, пицце, картофелю фри и жирным сырам. Может быть, продукты с
высоким содержанием жиров повлияли на повышение чувствительности оси мозг —
ЖКТ? Такие пациенты, как Фрэнк, чувствительны не только к нормальным процес-
сам в ЖКТ — к сокращениям, вздутиям или секреции соляной кислоты; они также
высокочувствительны к воздействиям на ЖКТ во время обследований: например, к
баллонированию тонкой кишки или влиянию кислого раствора на пищевод.
Учитывая сложность сенсорной системы ЖКТ, неудивительно, что эта система
уязвима и может сбоить, то есть выдавать избыточно сильные реакции на нор-
мальные компоненты пищи или проявлять сверхчувствительность к пищевым добав-
кам и продуктам, которые нельзя назвать полезными, но которые в целом хорошо
переносит большинство людей. Быть может, люди вроде Фрэнка первыми, как кана-
рейки в шахте, чувствуют приближающуюся беду?
Более 90 % сенсорной информации, собираемой пищеварительным трактом, не
достигает нашего сознания. Большинство из нас просто игнорируют ощущения,
ежедневно возникающие в животе, однако энтеральная нервная система (ЭНС) вни-
мательно их отслеживает. Через сложную систему сенсорных механизмов многие
ощущения, возникшие в ЖКТ, направляются к маленькому мозгу пищеварительного
тракта, снабжая его жизненно важной информацией для того, чтобы система пище-
варения бесперебойно работала 24 часа в сутки. Параллельно происходит непре-
станный поток обмена огромными объемами сенсорной информацией между ЖКТ и го-
ловным мозгом; 90 % сигналов передаются из ЖКТ в мозг через блуждающий нерв,
и лишь 10 % идут в обратном направлении — от головного мозга к ЖКТ. Фактиче-
ски ЖКТ может выполнять большую часть своих функций без всякого вмешательства
со стороны головного мозга, а вот головной мозг в значительной степени зави-
сит от жизненно важной информации, поступающей из пищеварительного тракта.
Что же это за важнейшая информация, передаваемая пищеварительной системой?
Начнем с того, что ее гораздо больше, чем можно себе представить. Многочис-
ленные сенсоры в ЖКТ информируют энтеральную нервную систему обо всем, что ей
нужно знать, чтобы сформировать наиболее подходящий тип сокращений, то есть
силу и направленность перистальтики кишечника, ускорить или замедлить продви-
жение перевариваемой пищи по желудочно-кишечному тракту, а также для выработ-
ки нужного количества соляной кислоты и желчи, чтобы обеспечить правильное
переваривание. Пищеварительная система собирает информацию о наличии и коли-
честве потребляемой пищи, ее размере и консистенции, химическом составе и да-
же о составе и уровне активности кишечной микробиоты. При возникновении чрез-
вычайной ситуации сенсоры обнаруживают присутствие паразитов, вирусов или па-
тогенных бактерий или их токсинов, а также воспалительную ответную реакцию на
них в пищеварительном тракте. Острое воспаление в ЖКТ сделает многие сенсоры
более чувствительными к обычным стимулам и событиям. Эта информация жизненно
важна для правильного функционирования ЖКТ, однако энтеральная нервная систе-
ма не может вызывать сознательно воспринимаемые ощущения. Публикация книги
Гершона «Второй мозг» вызвала много дискуссий о способностях ЭНС. Некоторые
специалисты даже задавались вопросом: может быть, «второй» мозг способен не
только к восприятию, но еще и является вместилищем эмоций и бессознательного?
Однако мы можем почти с полной уверенностью признать эти предположения оши-
бочными. Сенсорная информация из ЖКТ отправляется также и в головной мозг, и
если вы сосредоточите внимание на этих ощущениях, то сможете их почувство-
вать .
Желудочно-кишечный тракт, энтеральная нервная система и головной мозг 24
часа в сутки и семь дней в неделю находятся в постоянном общении друг с дру-
гом. И возможно, эта коммуникационная сеть играет более важную роль для наше-
го здоровья и благополучия, чем мы это себе представляли прежде.
«Чуять
нутром»
Откусите кусочек сочного гамбургера или свежеиспеченного хрустящего багета,
попробуйте клэм-чаудер — похлебку с моллюсками, которую готовят в Новой Анг-
лии, вдохните изысканный аромат плитки шоколада... Какой вкус вы чувствуете в
каждом случае?
Ответить на этот вопрос вам поможет совокупность рецепторов, расположенных
на вкусовых сосочках языка. Эти структуры, находящиеся на наружной мембране
клеток, распознают конкретные химические вещества в пище, которую вы едите.
Они распознают их, как замок распознает свой ключ. Когда рецептор соотносит
себя с химическим веществом, имеющимся в пище, он посылает сообщение в голов-
ной мозг, и там на основе сенсорной информации, поступающей от ротовой полос-
ти и языка, создается ощущение конкретного вкуса.
Вкусовые рецепторы языка могут обнаружить пять различных вкусов — сладкий,
горький, соленый, кислый и умами6. Вкус пищи определяется сочетанием этих
вкусов. Кроме того, текстура того, что мы едим — хрустящая упругость моркови,
обволакивающая однородность йогурта или бархатистая мягкость тыквы, — стиму-
лирует работу других рецепторов, специализирующихся на распознавании механи-
ческих свойств еды. Сочетание всех этих ощущений и создает то, что восприни-
мается нами как вкус. Компании — производители еды умело используют эти зна-
ния, разрабатывая свои продукты.
Недавние исследования показали, что не все механизмы и молекулы, которые
участвуют в создании вкусовых ощущений, расположены во рту, некоторые из них
распределены по всему желудочно-кишечному тракту. Достоверно это известно о
6 Умами — пятый вкус, вкус глутамата натрия, характерный для блюд китайской и япон-
ской кухни. — Прим. ред.
рецепторах горького и сладкого. Фактически в пищеварительном тракте человека
обнаружено около 25 различных вкусовых рецепторов горького. Установлено, что
вкусовые рецепторы в ЖКТ очень слабо или вообще никак не влияют на формирова-
ние вкусового опыта, но мы мало что знаем о роли этих рецепторов в функциони-
ровании оси головной мозг — кишечник. Эти молекулы-рецепторы расположены на
чувствительных нервных окончаниях и на гормон-содержащих клетках в стенке пи-
щеварительного тракта (содержащие серотонин клетки, о которых мы рассказывали
в предыдущей главе). Это идеальные позиции для участия в диалоге между голов-
ным мозгом и ЖКТ.
Некоторые из этих рецепторов активизируют специфические молекулы, имеющиеся
в таких травах и специях, как чеснок, острый перец, горчица и васаби, в то
время как другие реагируют на ментол, камфору, перечную мяту, хладагенты и
даже на гашиш. Только в кишечнике мыши найдено 28 так называемых фитохимиче-
ских рецепторов, и не приходится сомневаться в том, что в пищеварительном
тракте человека мы обнаружим такое же, а то и более широкое разнообразие ре-
цепторов, чувствительных к химическим веществам в растениях.
Многие добавляют в пищу специи и травы, чтобы стимулировать вкусовые рецеп-
торы на языке и улучшить тем самым вкус еды. Появляется все больше людей, ко-
торые верят в лечение природными средствами: в лечебных целях они едят травы
или принимают экстракты из них, и знатоки трав приведут вам длинный список их
целебных свойств. Во многих частях мира специи являются неотъемлемой частью
культуры. Невозможно представить себе блюда индийской и мексиканской кухни
без перца чили, персидскую еду — без йогурта со свежей зеленью, а мароккан-
ский чай — без мяты.
Вполне вероятно, что региональные и географические различия во вкусовых
предпочтениях людей в отношении различных трав и специй эволюционировали та-
ким образом, чтобы стимулировать их потребление, а также обеспечить защиту от
наиболее часто встречающихся там заболеваний. Разве острая пища во многих
частях развивающегося мира не защищает от желудочно-кишечных инфекций? Разве
расстройство желудка не предотвращают травы в блюдах персидской кухни, как и
обязательный мятный чай после трапезы в Марокко? Как бы мы ни объясняли ис-
пользование таких видов еды и напитков во всем мире, вещества растительного
происхождения связывают нас и взаимодействие между головным мозгом и пищева-
рительным трактом с растительным миром. Внутреннюю экосистему человека (ки-
шечную микробиоту) с окружающим миром синхронизирует множество фитохимических
веществ, получаемых из пищи, богатой разнообразными растениями, и помогает
этому идеально согласованная работа сенсорных механизмов в ЖКТ.
Почему в пищеварительном тракте человека так много сенсоров? Некоторые ре-
цепторы, наподобие тех, которые чувствуют сладкий вкус, играют важную роль в
усвоении пищи. Когда рецепторы, отвечающие за сладкий вкус, чувствуют глюкозу
(она образуется при переваривании углеводов) или искусственные подсластители,
они стимулируют всасывание глюкозы в кровь и способствуют высвобождению инсу-
лина из поджелудочной железы. Эти же рецепторы стимулируют выброс в организм
ряда других гормонов, которые посылают сигналы в головной мозг и создают ощу-
щение сытости.
Как именно действуют рецепторы горького вкуса, расположенные в ЖКТ, мы пока
не знаем. Моя коллега по университету Катя Стернини, нейробиолог и специалист
по энтеральной нервной системе, считает, что некоторые вкусовые рецепторы в
ЖКТ могут реагировать на метаболиты, производимые кишечной микробиотой, а из-
менения в этих рецепторах, вызванные чрезмерным потреблением жиров и их воз-
действием на микробиоту кишечника, могут играть роль в развитии ожирения. Ре-
зультаты нашего совместного исследования показали: эта гипотеза причин ожире-
ния имеет под собой веские основания.
Предполагают, что у рецепторов горького вкуса в желудочно-кишечном тракте
имеются и другие функции. Например, было установлено, что их стимулирование
приводит к выбросу гормона грелина, также известного как гормон голода, кото-
рый в головном мозге стимулирует аппетит. Я не удивлюсь, если привычка пить
горький аперитив в некоторых европейских странах сформировалась потому, что
такие напитки стимулируют рецепторы горького вкуса в ЖКТ, вызывают выброс
грелина, в результате чего пробуждается аппетит.
Вспомните и об ужасно горьких лекарствах растительного происхождения, при-
меняемых в традиционной китайской медицине. Похоже, что их терапевтический
эффект каким-то образом связан с активизацией одного или нескольких из 25 ре-
цепторов горького вкуса в ЖКТ, посылающих целительные сообщения головному
мозгу и организму в целом. Еще более интригует недавно открытый факт, что
точно такие же обонятельные рецепторы в носу, позволяющие нам наслаждаться
запахом роз и прожаренного куска мяса или предупреждающие о том, что молоко
скисло, рассеяны по всему желудочно-кишечному тракту. Как и вкусовые рецепто-
ры в ЖКТ, эти обонятельные рецепторы, расположенные в основном на эндокринных
клетках, контролируют высвобождение различных гормонов.
Поскольку вкусовые и обонятельные рецепторы расположены не только во рту и
в носу, а по всему пищеварительному тракту, их первоначальное разделение на
«вкусовые» и «обонятельные» устарело. Теперь ученые понимают, что эти рецеп-
торы являются частью большого семейства химических сенсорных механизмов, рас-
положенных во внутренних органах, и в зависимости от местоположения играют
разные роли. Лично я не удивлюсь, если узнаю, что эти химические сенсоры мо-
гут принимать сообщения от сообществ микроорганизмов, обитающих в этих орга-
нах.
Как нервная система получает свою долю жизненно важной информации, посту-
пающей из столь запутанного источника сигналов, как ЖКТ? Есть же какая-то
причина, по которой такая высокопроизводительная система сбора данных встрое-
на в хаотическое смешение частично переваренной пищи и агрессивных химических
веществ, перемещающихся по ЖКТ. Однако на самом деле прямого контакта с его
содержимым здесь нет, так как сами нейроны находятся внутри слизистой оболоч-
ки пищеварительного тракта и напрямую с содержимым кишечника не контактируют,
а прибегают к помощи специализированных клеток слизистой оболочки, которые
обращены в просвет пищеварительного тракта и собирают информацию обо всем
происходящем там. Эти клетки подают сигналы клеткам-посредникам в стенках
ЖКТ, в частности эндокринным клеткам, а те, в свою очередь, сигнализируют
сенсорным нейронам, в том числе нейронам блуждающего нерва. Уже выявлено и
опознано большое число различных сенсорных нейронов, каждый из которых спе-
циализируется на определенном виде чувствительности в ЖКТ и реагирует на оп-
ределенную молекулу, которую выбрасывают эндокринные клетки пищеварительного
тракта. Такие нейроны посылают сигналы в энтеральную нервную систему или в
головной мозг.
Эндокринные клетки ЖКТ, передающие сигналы нервной системе, играют важней-
шую роль в поддержании здоровья и благополучия организма. Если бы мы могли
объединить все гормон-содержащие клетки ЖКТ, получился бы самый большой эн-
докринный орган в организме человека. Эндокринные клетки в стенках пищевари-
тельного тракта — от желудка до конца толстой кишки — могут распознавать ши-
рокий спектр химических веществ, содержащихся в еде, и тех веществ, которые
создает микробиота. Например, когда желудок пустой, специализированные клетки
его стенок производят грелин, который разносится кровью или передает через
блуждающий нерв сигналы в головной мозг, где эти сигналы формируют чувство
голода. Но, когда человек сыт и тонкая кишка занята перевариванием пищи, рас-
положенные в ней клетки вырабатывают гормоны сытости, которые сообщают голов-
ному мозгу, что есть больше не надо, пора прекратить поступление еды.
В дополнение к каналу взаимодействия между головным мозгом и ЖКТ с привле-
чением эндокринных клеток действует еще одна система нашего организма. Ее об-
разуют иммунная система пищеварительного тракта и производимые ее клетками
молекулы воспаления, так называемые цитокины. Иммунные клетки, обитающие в
ЖКТ, преимущественно сгруппированы в тонкой кишке. Они известны как пейеровы
бляшки; кроме того, иммунные клетки имеются в аппендиксе и в стенках тонкой и
толстой кишки. Иммунные клетки ЖКТ отделены тончайшим слоем клеток от про-
странства внутри кишечника, а некоторые из них, так называемые дендритные
клетки, даже проходят через оболочку кишечника и могут взаимодействовать с
кишечными микроорганизмами и потенциальными патогенами. Самое важное, что ци-
токины, высвобождаемые из этих клеток, могут проникнуть сквозь слизистую обо-
лочку кишечника, попасть в большой круг1 кровообращения и с кровотоком достичь
головного мозга. В альтернативном варианте сигнальные молекулы, высвобождае-
мые гормон-содержащими клетками пищеварительного тракта, посылают сигналы в
головной мозг по блуждающему нерву.
Такое количество механизмов, участвующих в информировании нервной системы о
свойствах съеденной еды, свидетельствует: наш желудочно-кишечный тракт спро-
ектирован для выполнения куда большей работы, чем простое усвоение питатель-
ных веществ. Сложные сенсорные системы ЖКТ выступают в качестве «службы безо-
пасности» организма, собирая информацию из всех областей ЖКТ, в том числе из
пищевода, желудка и кишечника, игнорируя массу получаемых сигналов, но подни-
мая тревогу, когда что-то выглядит подозрительно или какой-то процесс проис-
ходит неправильно. Пищеварительный тракт — один из самых сложных сенсорных
органов человека.
Полная информированность
пищеварительного тракта
Всякий раз, когда мы что-то едим или пьем, пищеварительная система сбора
данных передает массу важной информации маленькому мозгу в кишечнике (энте-
ральной нервной системе) и головному мозгу. Оба мозга заинтересованы в полу-
чении этой информации, но их интересуют разные ее составляющие.
Маленькому мозгу информация нужна, чтобы генерировать оптимальные пищевари-
тельные реакции и при необходимости вывести из организма токсины, удалив со-
держимое пищеварительного тракта через оба его конца — в виде рвоты или диа-
реи (поноса). В обрабатываемых им отчетах сообщается об объеме и составе пи-
щи, попадающей в ЖКТ (в том числе информация о химических веществах, удельных
долях жира, белка и углеводов, о концентрации, консистенции и размерах час-
тиц) . Эти сообщения также содержат результаты анализа, выявляющего признаки
враждебных вторжений в ЖКТ бактерий, вирусов или других токсинов из заражен-
ной пищи. Если маленький мозг получит информацию о высоком содержании жира в
попавшем в желудок десерте, он замедлит скорость опорожнения желудка и пере-
мещения содержимого по кишечному тракту. Если поступит информация о низкой
калорийности пищи, маленький мозг ускорит освобождение желудка, чтобы погло-
тить достаточное количество калорий. А получив информацию о потенциально
опасных нарушителях, маленький мозг стимулирует секрецию воды и меняет харак-
тер перистальтики, освобождая желудок и ускоряя перемещение содержимого по
всей длине тонкой и толстой кишки, чтобы быстрее удалить из организма прово-
цирующее вещество.
Головной мозг больше озабочен общим состоянием здоровья и благополучия ор-
ганизма. Он контролирует сигналы, поступающие из ЖКТ, и объединяет их с сиг-
налами из других частей организма и с информацией о среде, в которой обитает
человек. Головной мозг отслеживает все, что происходит в энтеральной нервной
системе, а кроме этого, его очень интересуют реакции ЖКТ, ведь состояние пи-
щеварительного тракта отражает наше эмоциональное состояние. Например, когда
мы сердимся, в желудке и толстой кишке происходят болезненные сокращения, а
когда находимся в состоянии депрессии, активность желудочно-кишечного тракта
будет нулевой. Образно говоря, головной мозг внимательно следит и за театром,
и за пьесой, которая разыгрывается на сцене ЖКТ. Головной мозг почти наверня-
ка также получает информацию, создаваемую триллионами микроорганизмов, оби-
тающих в пищеварительной системе. Вопрос о сигналах, поступающих из ЖКТ в го-
ловной мозг, привлек внимание исследователей всего несколько лет назад. Хотя
мозг ведет постоянный мониторинг всей сенсорной информации, поступающей из
ЖКТ, свои повседневные обязанности он делегирует другим органам, в данном
случае — энтеральной нервной системе. Непосредственно в процесс головной мозг
вмешивается, только когда требуется совершить какое-то действие или когда си-
туация несет серьезную угрозу и необходима ответная реакция головного мозга.
Неважно, бодрствует человек или спит — на протяжении всего дня пищевари-
тельный тракт с помощью различных сенсорных механизмов каждую миллисекунду
сообщает головному мозгу обо всем, что происходит внутри организма. Однако
ЖКТ — не единственная часть организма, обеспечивающая постоянной обратной
связью центральную нервную систему. Головной мозг постоянно получает сенсор-
ную информацию от каждой клетки и каждого органа. Легкие и диафрагма передают
механические сигналы в головной мозг каждый раз при вдохе и выдохе, сердце
производит механические сигналы с каждым ударом, стенки артерий посылают сиг-
налы о давлении крови, а мышцы передают информацию об уровне их тонуса.
Ученые называют эти текущие отчеты о состоянии организма интероцептивной
информацией — информацией, которую головной мозг затем использует для поддер-
жания баланса систем организма и их бесперебойного функционирования. Хотя ин-
тероцептивная информация поступает от каждой клетки организма, сообщения, на-
правляемые в головной мозг пищеварительным трактом и его сенсорными система-
ми, уникальны по огромному числу, разнообразию и сложности. Чтобы это понять,
начните хотя бы с того факта, что сенсорная сеть ЖКТ распространена по всей
поверхности его оболочки, а она в 200 раз больше поверхности кожи и сопоста-
вима с площадью баскетбольной площадки. Теперь представьте баскетбольную пло-
щадку с миллионами крошечных механических датчиков, которые собирают информа-
цию о движениях игроков, их весе, ускорениях и торможениях, о каждом прыжке и
последующих приземлениях в ходе игры. А поскольку сигналы пищеварительного
тракта также включают данные о химических, пищевых и других параметрах, наша
метафора в первом приближении дает представление об огромном объеме информа-
ции, закодированной во внутренних ощущениях.
Скоростная трасса
для сообщений
между мозгом и ЖКТ
Блуждающий нерв играет особенно важную роль в доведении ощущений из пищева-
рительного тракта до головного мозга. Именно блуждающий нерв связывает с моз-
гом подавляющее большинство клеток ЖКТ и рецепторы, которые кодируют его ощу-
щения. Многие сигналы, посылаемые в головной мозг микробиотой ЖКТ, также пе-
редаются через этот канал коммуникаций. В исследованиях нарушений кишечной
микробиоты и ее влияния на эмоциональное поведение грызунов это влияние боль-
ше не наблюдалось после того, как блуждающий нерв был рассечен. При этом блу-
ждающий нерв — не односторонний канал связи, скорее это шестиполосная скоро-
стная трасса, даже в час пик обеспечивающая движение в обоих направлениях
(хотя 90 % трафика направлено от ЖКТ к головному мозгу) . Блуждающий нерв
обеспечивает такой напряженный трафик, поскольку является одним из главных
регуляторов работы внутренних органов, связывающим мозг не только с ЖКТ, но и
со всеми другими органами.
Особую важность этой системы связи между мозгом и пищеварительным трактом
для благополучия организма можно показать на примере еще одного моего пациен-
та. Во время учебы в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе я встретил
Джорджа Миллера, который уже давно страдал от симптомов обширной язвы двена-
дцатиперстной кишки — первой части тонкой кишки. Мало того, что при обостре-
нии язвы его мучили боли, ему дважды пришлось ложиться в больницу, когда от-
крывалось острое кровотечение. Поскольку Джордж страдал от этих симптомов уже
много лет, гастроэнтеролог решил направить его к хирургу, чтобы тот перерезал
блуждающий нерв, стимулирующий выработку кислоты в желудке. Рассказы таких
пациентов, как Миллер, и изучение развития симптомов, возникающих после рас-
сечения блуждающего нерва, многое объяснили нам в природе внутренних ощущений
и в том, что происходит с людьми, которые лишены возможности получать интеро-
цептивную информацию из жизненно важного источника.
СУЖАЕТ
ЗРАЧОК
ПАРАСИМПАТИЧЕСКАЯ
СИМПАТИЧЕСКИЕ ГАНГЛИИ
СИМПАТИЧЕСКАЯ
РАСШИРЯЕТ ЗРАЧОК
СТИМУЛИРУЕТ
СЛЮНООТДЕЛЕНИЕ
ЗАМЕДЛЯЕТ
СЕРДЦЕБИЕНИЕ
БЛУЖДАЮЩИЙ НЕРВ
СУЖАЕТ БРОНХИ
СТИМУЛИРУЕТ
ПИЩЕВАРЕНИЕ
СТИМУЛИРУЕТ
ЖЕЛЧНЫЙ ПУЗЫРЬ
СОКРАЩ&ЕТ
МОЧЕВОЙ ПУЗЫРЬ
РАССЛАБЛЯЕТ
ПРЯМУЮ КИШКУ
ПОЯСНИЧНЫЙ
I ОТДЕЛ
fj УМЕНЬШАЕТ
*iS-J 7 ОТДЕЛЕНИЕ СЛЮНЫ
РАССЛАБЛЯЕТ БРОНХИ
УВЕЛИЧИВАЕТ
ЧАСТОТУ
СОКРАЩЕНИЙ
СЕРДЦА
. ЗАМЕДЛЯЕТ ПИЩЕВАРЕНИЕ
<> *
<^%-"" ,- , j СТИМУЛИРУЕТ
^ <• t-t ^У ВЫДЕЛЕНИЕ ГЛЮКОЗЫ
t7 -Жх цУ ПЕЧЕНЬЮ
СТИМУЛИРУЕТ ВЫДЕЛЕНИЕ АДРЕНАЛИНА
77 ^
"W
РАССЛАЦ/1ЯЕТ
МОЧЕВОЙ ПУЗЫРЬ
СОКРАЩАЕТ ПРЯМУЮ КИШКУ
Анатомия иннервации вегетативной нервной системы.
В начале 1980-х гг. врачи и особенно хирурги считали, что самый простой и
эффективный способ остановить выработку желудком избыточного количества ки-
слоты и вылечить язвенную болезнь — это рассечение блуждающего нерва, трунку-
лярная ваготомия. Эти операции делали, не задумываясь о потоке информации,
проходящей через блуждающий нерв в головной мозг, и о возможной важности этой
информации для нашего общего самочувствия. К счастью, сейчас врачи редко при-
бегают к таким радикальным процедурам, как ваготомия, поскольку могут лечить
большинство язв при помощи лекарств.
Прооперировали Миллера успешно, если под успехом понимать то, что язва его
больше не беспокоила. Однако цена, которую он за это заплатил, была огромной.
После операции он стал испытывать множество неприятных ощущений в пищевари-
тельном тракте. Он не только чувствовал, что объелся, даже съев небольшой
объем пищи, но еще и испытывал постоянную тошноту. Прибавились и такие сим-
птомы, как рвота, судороги, боли в животе и диарея.
Врачи не могли объяснить причин возникновения этих симптомов, в число кото-
рых входили такие симптомы неясной природы, как учащенное сердцебиение, пот-
ливость, головокружение и сильная усталость. Врачи предположили, что у Милле-
pa усиление невротизма и «синдром альбатроса». Этот термин используется, ко-
гда операция, как в случае Миллера, приводит к успешному излечению язвы же-
лудка , но оставляет неприятные ощущения в ЖКТ: боли в животе, тошноту, рвоту
и плохое усвоение пищи. Теперь мы понимаем, что, по крайней мере, во многих
случаях симптомы имеют прочную физиологическую основу.
Сегодня мы знаем о сложном характере внутренних ощущений в ЖКТ и важной ро-
ли, которую играет блуждающий нерв в передаче этих сигналов в гипоталамус и
лимбическую систему. Эти области мозга в свою очередь влияют на широкий
спектр таких жизненно важных функций, как боль, аппетит, настроение и даже на
когнитивные показатели. Оглядываясь назад, сейчас уже несложно понять, что
закрытие этой жизненно важной информационной скоростной трассы (по значимости
сопоставимой, например, с шоссе номер 405 в Лос-Анджелесе) сильно влияет на
ощущения человека, которые он испытывает по утрам, когда просыпается, или во
время еды.
Вряд ли мы когда-нибудь узнаем до конца, какие именно механизмы вызывали
такие мучительные симптомы, как у Миллера, поскольку в настоящее время ваго-
томию проводят весьма редко. Вновь возник интерес к роли блуждающего нерва
при передаче сенсорной информации из ЖКТ в основные центры управления в моз-
ге . Новым способом вызывать ощущения в ЖКТ считается электрическое или фарма-
кологическое стимулирование блуждающего нерва, которое сейчас применяется для
лечения ряда мозговых нарушений, в том числе депрессии, эпилепсии, хрониче-
ской боли, ожирения и даже для таких хронических воспалительных заболеваний,
как артрит. Новые данные еще раз подтверждают важность общения между блуждаю-
щим нервом, головным мозгом и ЖКТ для здоровья и самочувствия людей.
Роль
серотонина
К наиболее мучительным ощущениям в кишечнике относятся те, что связаны с
пищевыми отравлениями. Около 40 лет назад я познакомился с ними слишком близ-
ко . Я участвовал в четырехнедельном турпоходе в Индии, который на тот момент
уже завершался. По пути, который пролегал через пустынные долины и горные пе-
ревалы, ведущие из северной Индии в предгорья Гималаев, я видел мирные буд-
дийские монастыри и оазисы со множеством персиковых деревьев. Мой ежедневный
рацион составляли суп из чечевицы, рис и чай сума — популярный у тибетцев чай
с молоком, маслом яка и солью. Питьевую воду я брал из девственно чистых
ручьев. Я редко бывал в таком приподнятом настроении, как в тот раз, когда,
наконец, прибыл на железнодорожную станцию города Манали. Чтобы отпраздновать
это событие, я отступил от обычного рациона и решил побаловать себя вкусной
острой едой в местном ресторане.
На следующий день рано утром я сел в автобус, чтобы за 24 часа добраться до
Нью-Дели. Тот день я буду помнить всю жизнь — это был день ужаснейших про-
блем. Мои попытки контролировать желудочно-кишечную деятельность были похожи
на попытки убедить атакующую стаю гиен лечь на землю и кувыркаться. Все это
оставило глубокий след в моей эмоциональной памяти, и я всегда буду помнить о
том, насколько мощными могут быть внутренние ощущения (и память о них) .
Пищевое отравление происходит, когда вы случайно съедаете или выпиваете
что-то, содержащее патогенные вирусы, бактерии или произведенные ими токсины.
Например, это может быть токсин инвазивного вида Escherichia coli (кишечная
палочка). В пищеварительном тракте он связывается с рецепторами, которые рас-
положены на клетках, содержащих серотонин. Это немедленно переключает желу-
дочно-кишечный тракт на «ужасную рвоту и бурный понос». Подобную реакцию вы-
зывают некоторые противораковые химиотерапевтические препараты, например цис-
платин (Cisplatin).
Такая реакция представляет собой встроенный механизм выживания: когда пище-
варительный тракт обнаруживает значительное количество токсина или патогена,
энтеральная нервная система выдает приказ энергично удалить все содержимое,
чтобы избавиться от токсина через оба конца вашего пищеварительного тракта, —
полезная, хотя и крайне неприятная реакция.
Эту реакцию вызывают серотонинсодержащие клетки в верхних отделах ЖКТ, ко-
торые играют важную роль в формировании ощущений. При секреции в обычных ус-
ловиях серотонин помогает процессу пищеварения проходить в нормальном режиме.
Он освобождается в результате действия слабых механических сил, возникающих,
когда перевариваемая пища продвигается по пищеварительному тракту и «трется»
о так называемые энтерохромаффинные клетки. Как и другие гормоны, содержащие-
ся в эндокринных клетках ЖКТ, высвобожденный серотонин активизирует чувстви-
тельные нервные окончания блуждающего нерва и энтеральной нервной системы
(ЭНС), что, в свою очередь, держит ЭНС в курсе о продвижении по пищеваритель-
ному тракту, позволяя ей запускать в действие перистальтический рефлекс. Но
при пищевом отравлении или в ответ на цисплатин высвобождается слишком много
серотонина, что приводит к рвоте, интенсивному испражнению или к тому и дру-
гому одновременно.
Моя исследовательская группа во взаимодействии с группой из Нидерландов об-
наружила, что у здоровых людей диета с дефицитом аминокислоты триптофана, не-
обходимой для производства серотонина, снижает уровень серотонина в головном
мозге и повышает активность нервных цепей в состоянии возбуждения. Такие из-
менения в работе центральной нервной системы также связаны с повышенной чув-
ствительностью к механической стимуляции толстой кишки. Диета, приводящая к
снижению уровня серотонина, повышает, как было показано выше, вероятность де-
прессии у людей в опасной ситуации (в том числе тех, в чьей семейной истории
часто встречались депрессии).
Серотонин — важнейшая сигнальная молекула для головного мозга и ЖКТ. Клет-
ки, содержащие серотонин, причудливым образом связаны и с маленьким мозгом в
ЖКТ, и с головным мозгом. Базирующаяся в пищеварительном тракте серотониновая
система сигнализации играет ключевую роль в связывании происходящих в ЖКТ со-
бытий с пищей, кишечной микробиотой, некоторыми лекарственными препаратами и
активностью пищеварительной системы, а также с нашим самочувствием. Небольшо-
му количеству серотонина, содержащемуся в нейронах пищеварительного тракта и
головного мозга, также поручено исполнение очень важных ролей. Нервные окон-
чания в ЖКТ, содержащие серотонин, имеют первостепенное значение для регули-
рования перистальтики, а скопления нервных клеток в головном мозге посылают
сигналы в большинство областей головного мозга, влияя на широкий спектр жиз-
ненно важных функций, в том числе на аппетит, болевую чувствительность и на-
строение .
Майкл Гершон, исследователь-первопроходец системы серотонина в ЖКТ, любит
повторять, что о кишечных ощущениях, связанных с серотониновой системой, мы
узнаем только тогда, когда она передает нам плохие или очень плохие новости
(вроде той кошмарной поездки на автобусе в Нью-Дели, о которой я вспоминал).
Но так ли все обстоит на самом деле? Давайте ненадолго оставим в стороне дра-
матические события, которые происходят, когда бактериальная либо вирусная ин-
фекция вызывает массивное высвобождение серотонина или изменения в системе
производства серотонина в ЖКТ порождают симптомы СРК или диарею. Огромные за-
пасы серотонина в ЖКТ расположены рядом с вагусными путями, которые ведут не-
посредственно к центрам эмоций в головном мозге. Вполне вероятно, что в ответ
на механическое воздействие перевариваемой пищи на клетки, содержащие серото-
нин, или на метаболиты кишечной микробиоты постоянный поток слабых сигналов
идет из ЖКТ к центрам эмоций головного мозга. Даже если мы не осознаем эти
закодированные с помощью серотонина сигналы, высвобождение серотонина в не-
значительных количествах может повлиять на наши фоновые эмоции и на то, как
мы себя чувствуем, создав положительный настрой. Может быть, этим объясняет-
ся, почему так много людей испытывают чувство удовлетворения и благополучия,
когда едят вкусную еду.
Еда как
информация
Все сказанное выше ставит важный вопрос: если люди редко осознают возникаю-
щие в ЖКТ ощущения, даже сильное вздутие живота после обильной трапезы, зачем
пищеварительному тракту нужен свой специализированный сенсорный аппарат?
Простой (и подтверждаемый научными данными) ответ таков: эти чувствительные
механизмы имеют важное значение для нормального функционирования и координа-
ции основных функций ЖКТ (опорожнение желудка, перемещение пищи по кишечнику,
секреция кислоты и пищеварительных ферментов), и для связанных с приемом пищи
функций организма (аппетит, чувство сытости), и, наконец, для основного обме-
на, включая контроль уровня сахара в крови. Эти функциональные аспекты ощуще-
ний в пищеварительном тракте возникли, скорее всего, миллионы лет назад, ко-
гда крошечные примитивные морские животные были колонизированы микроорганиз-
мами, которые помогли им усваивать определенные питательные вещества.
Есть и другой, более провокационный ответ на вопрос о том, зачем нужна эта
сенсорная система: ей приходится справляться с потоком информации, поступаю-
щей из пищеварительного тракта в головной мозг, — информации, которая не свя-
зана непосредственно с функциями ЖКТ и метаболическими потребностями и в ос-
новном не замечается нами. Огромное количество информации из ЖКТ, направляе-
мой в головной мозг и включающей лавину сообщений от триллионов кишечных мик-
роорганизмов, позволяет оси головной мозг — ЖКТ играть уникальную и весьма
неожиданную роль регулятора здоровья и общего состояния, чувств и даже, как
будет показано в главе 5, принимаемых нами решений.
Когда мы задумываемся над тем, насколько сложны с научной точки зрения сен-
соры пищеварительного тракта и блуждающий нерв, а также над их функцией в
процессе пищеварения и рассматриваем их в общем контексте внутренних ощуще-
ний , возникает совершенно новая картина наших пищевых привычек. Помимо того,
что пищеварительный тракт способен не только поглощать большую часть пита-
тельных веществ и калорий из еды (в то время как микробиота занимается остат-
ками того, что ЖКТ переварить не может), сложная система наблюдения, имеющая-
ся в пищеварительном тракте, может анализировать состав питательных веществ в
пище и извлекать информацию, необходимую для ее оптимального усвоения. Други-
ми словами, еда поступает в ЖКТ одновременно с точными указаниями о том, как
ее следует переварить, а также с набранными мелким шрифтом длинными дополни-
тельными инструкциями. До недавнего времени ученые вообще о них не знали и
лишь теперь пытаются уяснить их смысл. Это важно для всех — для веганов и мя-
соедов, для фанатиков модных диет и для того несчастного, который подхватил
кишечную инфекцию во время поездки в Мексику. Самое удивительное, что сенсор-
ная система пищеварительного тракта начинает извлекать эту информацию, как
только пища попадает в рот (вкусовые рецепторы на языке и энтеральные нейроны
в пищеводе начинают передачу данных о том, что мы собираемся съесть) , и про-
должает свою работу до тех пор, пока пища не оказывается в толстой кишке. И
все это пищеварительный тракт делает без всякого вмешательства в наши повсе-
дневные дела.
Когда мы видим скопления сенсорных рецепторов и обширную область, которую
они занимают в слизистой оболочке стенки ЖКТ, становится очевидно, что пище-
варительный тракт ежесекундно передает огромные объемы информации в головной
мозг. Сам он получает эту информацию и в результате сложных процессов, свя-
занных с пищеварением, и напрямую от 100 трлн. обитающих в нем и любящих по-
болтать друг с другом микроорганизмов. В том, что касается сбора, хранения,
анализа и реагирования на огромный объем информации, ось головной мозг — ЖКТ
похожа на настоящий суперкомпьютер. Такое сравнение серьезно отличается от
наших прежних представлений о пищеварительной системе: в прошлом ее считали
чем-то вроде медленно работающего парового двигателя.
Это часть нового, современного понимания механизма работы ЖКТ. Повышенное
внимание к макро- и микроэлементам, нюансам обмена веществ и килокалориям
сменяется интересом к тому, что ЖКТ с собственной нервной системой и сообще-
ством населяющих его микроорганизмов по сути является удивительным механизмом
обработки информации. Он серьезно превосходит головной мозг по числу клеток,
участвующих в этом процессе, а по некоторым своим возможностям способен со-
перничать с «большим собратом». Через продукты питания эта система плотно
связывает нас с окружающей средой, собирая жизненно важную информацию о том,
как выращивается пища, что мы вносим в почву и какие химические вещества были
добавлены в еду, прежде чем она попала на полки супермаркета. В следующей
главе мы узнаем, какую роль в связи между тем, что мы едим, и тем, как себя
чувствуем, играет кишечная микробиота.
ГЛАВА 4
Разговор микроорганизмов —
важный компонент общения
между головным мозгом и
пищеварительным трактом
В 1970-1980-е гг. важнейшие исследования коммуникаций между головным мозгом
и желудочно-кишечным трактом проводились в Лос-Анджелесе в Центре исследова-
ний язвенных болезней и подготовки специалистов (CURE, Center for Ulcer
Research and Education, сейчас входит в состав Министерства по делам ветера-
нов США) . Этот Центр, основанный выдающимся физиологом Мортоном Гроссманом,
был Меккой для исследователей и лечащих врачей со всего мира, которые хотели
на фундаментальном уровне изучать проблему язвы желудка (серьезную врачебную
проблему в то время) и основные механизмы, участвующие в работе пищеваритель-
ной системы. Об этом Центре и сделанных в нем научных открытиях, о его хариз-
матичном основателе и об ученике Гроссмана по имени Джон Уолш написаны книги,
а рассказы об их работах можно услышать и сегодня.
Когда я приехал в Лос-Анджелес в начале 1980-х гг. и начал работать в Цен-
тре, я хотел изучать биологию процессов коммуникации в пищеварительном трак-
те . В учебной программе медицинского факультета Университета Людвига и Макси-
милиана в Мюнхене, где я учился, тема взаимодействия головного мозга и ЖКТ
почти не затрагивалась. Я только что закончил стажировку по внутренним болез-
ням в Университете Британской Колумбии в Ванкувере и не мог дождаться начала
обучения в ординатуре, чтобы продолжить углубленно заниматься интересующей
меня темой. Я полагал, что на эти исследования и ординатуру у меня уйдет два
года.
В то время Джон Уолш был блестящим молодым исследователем, который уже при-
нял много дальновидных решений и сделал немало открытий, руководствуясь свои-
ми внутренними ощущениями, что я понял гораздо позже. Он уже тогда заинтере-
совался группой таинственных сигнальных молекул — «кишечных гормонов» или
«кишечных пептидов», которые были выделены из кожи экзотических лягушек, а
затем из ЖКТ и головного мозга млекопитающих. В то время биологи полагали,
что эти сигнальные молекулы работают как простые химические переключатели,
которые запускают или останавливают выработку желудком соляной кислоты, или
секрецию поджелудочной железой пищеварительных гормонов, или сокращения желч-
ного пузыря. Однако в течение следующих нескольких лет, которые я провел в
этой колыбели новейших исследований пищеварительного тракта и головного моз-
га, я видел, как менялось понимание функции сигнальных молекул — от простых
двухпозиционных переключателей до основы сложного универсального биологиче-
ского языка, которым пользуются триллионы микроорганизмов для общения с пище-
варительной системой и головным мозгом человека.
Группа итальянских биологов под руководством Витторио Эрспамера обнаружила
первые гастроинтестинальные (кишечные) пептиды в коже экзотических лягушек. В
тот момент казалось, что роль этих веществ заключалась в отпугивании хищни-
ков . Когда неопытная молодая птица проглатывает лягушку, эти молекулы выбра-
сываются в ее желудочно-кишечный тракт, вызывая такую острую реакцию, что это
побуждает птицу отрыгивать лягушку. Неприятный опыт учит птицу не трогать
этот вид лягушек в будущем. А так как лягушка вырабатывает пептид, на который
реагирует желудок птицы, то получается, что лягушки и птицы имеют общую сис-
тему химической связи, что и показали результаты исследований.
Вскоре после того, как итальянцы сообщили о своих находках, Виктор Матт с
коллегами из Каролинского института в Швеции начал поиски гастроинтестиналь-
ных пептидов в тканях млекопитающих. В конце концов, они научились выделять
эти молекулы в промышленном масштабе из специально подготовленных свиных ки-
шок и снабдили ими интересующихся этой темой исследователей во всем мире.
Драгоценные экстракты были отправлены и в лабораторию Уолша. Мы отнеслись к
ним с благоговением, зная, сколько труда и времени потребовалось для их выде-
ления. Позже мы стали сами ездить по утрам на бойню в Лос-Анджелесе и возвра-
щались оттуда с контейнерами свиных кишок, из которых выделяли гастроинтести-
нальные пептиды. Мы вводили одно из этих веществ — гастрин — и наблюдали, как
желудок животного усиливал секрецию соляной кислоты. Инъекция другого пептида
— секретина — приводила к секреции пищеварительных соков поджелудочной желе-
зой, а инъекция соматостатина, как правило, обе эти функции выключала. Гаст-
роинтестинальные пептиды также называют гастроинтестинальными гормонами, так
как, попав в кровь, они могут достигать отдаленных целей в организме, как вы-
рабатываемые щитовидной железой или яичниками гормоны, отправляющие свои со-
общения на дальние в масштабах тела расстояния.
Ученым не потребовалось много времени, чтобы обнаружить, что гастроинтести-
нальные пептиды присутствуют не только в гормон-содержащих клетках пищевари-
тельного тракта, но и в нервных клетках энтеральной нервной системы, которая
использует их для тонкой настройки перистальтики, поглощения жидкости и сек-
реции . Далее нейробиологи обнаружили идентичные вещества в головном мозге.
Там пептиды играли роль химических переключателей, которые могут включать и
выключать различные модели поведения и моторные программы, участвующие в фор-
мировании чувства голода, гнева, страха и тревоги.
История приняла неожиданный оборот в начале 1980-х гг., когда группа ученых
из Национальных институтов здоровья США (National Institutes of Health) во
главе с биологами Джесси Ротом и Дереком Леройтом решила выяснить, существуют
ли микроорганизмы, способные производить те же сигнальные молекулы, которые
Уолш, Матт и Эрспамер выделили у лягушек, свиней, собак и других животных.
Они выращивали различные микроорганизмы в питательном бульоне, отделяли их и
проверяли на наличие инсулина — гормона, который посылает тканям сигнал выде-
лять энергию из сахара.
И в клетках, и в бульоне были обнаружены молекулы, похожие на человеческий
инсулин, — настолько похожие, что они стимулировали выращенные в лаборатории
жировые клетки крыс выделять энергию из сахара. Этот впечатляющий результат
позволил предположить, что инсулин впервые появился не у животных, как думали
биологи, а у примитивных одноклеточных организмов, которые возникли около
миллиарда лет назад.
Я узнал об увлекательном исследовании Рота и Леройта, когда они прислали
экстракты других микроорганизмов в лабораторию Уолша. Там для идентификации и
количественной оценки этих молекул был проведен радиоиммунологический анализ.
Он дал удивительные результаты: помимо инсулина мои коллеги обнаружили моле-
кулы, похожие на гастроинтестинальные пептиды других млекопитающих. С тех пор
были идентифицированы древние микробные версии многих гастроинтестинальных и
других пептидов, гормонов и сигнальных молекул, в том числе норадреналина,
эндорфина и серотонина и их рецепторов.
В статье, опубликованной в 1982 г. в журнале New England Journal of
Medicine, Рот и Леройт обобщили полученные результаты и написали, что сиг-
нальные молекулы, которые эндокринная система и головной мозг человека ис-
пользуют для коммуникаций, вполне вероятно, возникли у древних микроорганиз-
мов . Несколько лет спустя меня так сильно заинтересовало это формировавшееся
направление науки, что я решил написать дискуссионную обзорную статью. К ра-
боте над ней я привлек моего друга и блестящего математика Пьера Бальди, ра-
ботавшего в Калифорнийском технологическом институте. И хотя один известный
профессор лингвистики пытался тогда убедить меня, что о языке можно говорить
только в контексте общения между людьми, мы назвали нашу работу так: «Не яв-
ляются ли гастроинтестинальные пептиды словами универсального биологического
языка?» (Are Gut Peptides the Words of a Universal Biological Language?). На-
ша статья была опубликована в American Journal of Physiology в 1991 г.
Когда я показал ее рукопись Уолшу, он шутливо заметил: «Тебе повезло, что
этот дискуссионный материал приняли к публикации. Эти идеи лет на тридцать
опережают наше время». (И эта оценка, как всегда бывало с предсказаниями Уол-
ша , оказалась точной.) В статье мы высказали предположение, что сигнальные
молекулы являются своего рода словами универсального биологического языка,
которым пользуются не только пищеварительный тракт, но и нервная система, в
том числе маленький и большой мозг, а также иммунная система. Не только люди
используют эту систему клеточных коммуникаций: ученые уже показали, что ей
также пользуются лягушки, растения и даже микроорганизмы, живущие в пищевари-
тельной системе человека. Применив к биологическим данным математическую тео-
рию, которая называется теорией информации, мы даже оценили объемы информа-
ции, которые различные типы сигнальных молекул — от гормонов до нейромедиато-
ров — могли бы посылать между разными клетками и органами.
К сожалению, научный мир еще не был готов осознать значение тех открытий.
Как и предсказывал Уолш, потребовалось почти три десятилетия исследований
взаимодействия между головным мозгом и пищеварительным трактом, чтобы кишеч-
ная микробиота снова привлекла к себе серьезное внимание.
Оборотная сторона
раннего очищения
кишечника
Далия вошла в мой кабинет в черной одежде и темных очках, как будто после
визита в клинику она собралась на похороны. Меня не удивил ее вид, за годы
врачебной практики я повидал много таких пациентов. Темные очки могут озна-
чать повышенную чувствительность к свету, она часто встречается при мигренях
у людей, страдающих от стресса. А может быть, ее одежда была покровом, за ко-
торым сорокапятилетняя женщина пыталась скрыть разочарование.
Далия попросила ее принять, чтобы я помог ей справиться со стойкими запора-
ми, однако ее проблемы со здоровьем не ограничивались только проблемами с ки-
шечником. К другим симптомам относились хронические боли по всему телу, уста-
лость , головные боли и мигрени. Во время беседы с нею мне стало ясно, что Да-
лия также страдает от хронической депрессии, которую она объясняла исключи-
тельно проблемами в желудочно-кишечном тракте. Она рассказала мне, что труд-
ности с регулярным опорожнением кишечника начались еще в младенчестве. Мать
регулярно ставила ей клизмы — обычная практика, к которой прибегали в те вре-
мена, чтобы добиться ежедневной дефекации у детей.
К сожалению, единственным способом, при помощи которого Далия могла гаран-
тированно добиваться дефекации, оставались ежедневные клизмы и глубокие еже-
недельные орошения (более интенсивные клизмы, когда горячую воду впрыскивают
в верхнюю часть толстой кишки). Без этого, по ее словам, она не могла добить-
ся спонтанного испражнения в течение нескольких недель. Далия была уверена,
что ее толстая кишка «омертвела» и больше не в состоянии транспортировать со-
держимое . Она очень боялась, что без ежедневных принудительных процедур ее
состояние станет невыносимо дискомфортным, и была убеждена, что никогда не
сможет обходиться без клизмы.
Далия уже перепробовала множество терапевтических подходов, и все они ока-
зались неудачными, она лечила депрессию различными лекарственными средствами,
которые лишь кратковременно влияли на ее запоры. Казалось, какой-то неизвест-
ный механизм упорно искажал взаимодействие между ее головным мозгом и пищева-
рительным трактом. Я назначил ей ряд диагностических обследований, но ни одно
не выявило причин ее состояния. Самым интересным было то, что обследование
транзита толстой кишки показало: время, которое требовалось для прохождения
отходов пищеварения по толстой кишке, было абсолютно нормальным.
Далия была также убеждена, что ее симптомы тревоги, депрессии, усталости и
хронические боли были вызваны брожением токсичных отходов в кишечнике, а не-
способность организма самопроизвольно избавляться от отходов серьезно влияла
на ее самочувствие. Часто врачи, встретив пациентов с совокупностью таких
симптомов и выслушав их странные истории, прибегают к колоноскопии, выписыва-
ют им рецепт на получение нового слабительного и отправляют к психиатру. Од-
нако, как мы теперь знаем, при такой стратегии игнорируются некоторые важные
биологические факторы, влияющие на симптомы пациента. Вполне вероятно, что
клизмы, которые Далии делали в раннем детстве, в первые годы ее жизни, поме-
шали формированию нормального состава кишечной микробиоты, в итоге это приве-
ло к продолжительным изменениям в способе общения между ее микробиотои и
нервной системой. Мы до сих пор точно не знаем, в чем заключаются те ранние
изменения в составе кишечной микробиоты, которые приводят к появлению таких
симптомов, как у Далии. И все же ее история наводит на мысль, что такие изме-
нения могут создавать риск развития у пациентов неврологических симптомов и
провоцировать постоянные, продолжающиеся на протяжении всей жизни сбои диало-
га головного мозга и ЖКТ. Я не сомневаюсь, что в будущем появятся терапевти-
ческие стратегии, позволяющие исправить ошибки программирования на ранних
стадиях взаимодействия между головным мозгом и ЖКТ. Но пока полезен, скорее,
целостный подход к лечению. Он включает комбинацию фармакологических методов
и поведенческих коррекций, которые должны помочь справиться с неврологически-
ми симптомами, а также добиться более разнообразного состава кишечной микро-
биоты, для чего потребуются пробиотики, диета с высоким содержанием расти-
тельной клетчатки и прием слабительных средств растительного происхождения,
чтобы стимулировать секрецию жидкости в толстой кишке. В случае с Далией этот
подход позволил постепенно ослабить не только ее желудочно-кишечные симптомы,
но и симптомы тревоги и депрессии.
На протяжении многих лет врачебной практики я видел массу пациентов со
сложными и, казалось бы, необъяснимыми симптомами и по результатам этих
встреч усвоил один важный урок: нужно обязательно выслушивать их рассказы —
непредвзято, независимо от того, насколько странно они звучат и насколько со-
ответствуют современным научным взглядам, считающимся догмой. Студентов-
медиков не учат тому, как ставить диагноз таким пациентам, и потому даже
опытный гастроэнтеролог вполне мох1 оставить без внимания странные предположе-
ния Далии, сочтя их специфическими психологическими отклонениями. Однако я
думаю, что помимо нарушения коммуникации между микробиотой и головным мозгом
состояние Далии отчасти было следствием давно укоренившегося убеждения, что
отходы, скапливающиеся в толстой кишке, — причина всех проблем, от соматиче-
ских до психологических, и потому необходимо прибегать к очищению толстой
кишки. Страх перед гнилостным разложением остатков пищи в кишечнике и аутоин-
токсикацией (самоотравлением организма) такой же древний, как египетские па-
пирусы, и исцелить человека от этой напасти пытались испокон веков во всех
частях обитаемого мира.
Кишечник под
подозрением
В Древнем Египте и Месопотамии люди считали, что гниющая в кишечном тракте
пища образует ядовитые вещества, а кровоток разносит их по всему телу, что
приводит к повышению температуры и, в конце концов, к болезни. Для излечения
таких недугов в папирусе Эберса, египетском медицинском тексте, датируемом
XIV в. до н.э., предписывается клизма, пригодная, как тогда считалось, для
лечения более 20 различных проблем желудка и кишечника путем «удаления экс-
крементов». Древние египтяне утверждали, что бог1 мудрости Тот рассказал о са-
моотравлении и об очистке кишечника, к которой надо прибегать, чтобы избежать
болезни. Узнав об этом, фараон назначил специального служителя, который назы-
вался «смотритель за прямой кишкой», он отвечал за постановку клизм фараону,
что было одной из первых грязных работенок в истории.
В Древней Месопотамии шумеры, представители первой известной нам цивилиза-
ции, также прибегали к клизмам для изгнания болезни. Так же поступали вавило-
няне и ассирийцы, на чьих глиняных скрижалях, относящихся к 600 г. до н.э.,
упоминается использование клизм. Отец индийской хирургии Сушрута в своих ре-
комендациях, приведенных в санскритских медицинских текстах, детально описал
использование шприцев, бужей и ректальных расширителей. Эта традиция продол-
жилась в медицине аюрведы: самым важным из пяти аюрведических средств деток-
сикации и очищения организма считались клизмы, использовавшиеся для очистки
нижней части пищеварительного тракта. Лекари также широко применяли niruha
basti — декоктовые (с отварами) клизмы7 — дословно «то, что удаляется». Басти
— разновидность клизм, применявшихся для лечения различных заболеваний, вклю-
чая артрит, боли в спине, запоры, синдром раздраженного кишечника, неврологи-
ческие расстройства и ожирение. Китайских и корейских целителей также беспо-
коили опасности, создаваемые нечистым кишечником. Они назначали клизмы и оро-
шение кишечника, чтобы избежать «внутренней сырости», которая, по их мнению,
могла вызвать множество проблем, в том числе, прибегая к современным терми-
нам, высокий уровень холестерина, синдром хронической усталости, фибромиал-
гию, аллергии и рак.
У основоположников западной медицины были иные представления о том, как ау-
тоинтоксикация влияет на тело, но они соглашались с тем, что это влияние,
безусловно, вредное. Древнегреческий врач Гиппократ, чьим именем названа вра-
чебная клятва, в своих трактатах писал о применении клизмы для лечения лихо-
радки и других телесных расстройств. Гиппократу также приписывают известное
утверждение, что все болезни начинаются в кишечнике. Древние греки приняли
7 В аюрведе практикуют четыре вида очищающей терапии панчакарма: вамана — лечебная
рвота, виречана — терапия слабительными, нируха басти — декоктовые клизмы, насья —
назальные капли. — Прим. ред.
идею египтян о том, что гниющая пища внутри нас приводит к образованию токси-
нов, которые в свою очередь вызывают болезни. В результате такого толкования
появилась теория о наличии в организме четырех жизненных соков (жидкостей),
соотношение которых для поддержания здоровья должно быть сбалансированным.
Эта теория была в ходу на протяжении всего средневековья.
Почему люди в течение столь длительного времени и так упорно интересовались
опасностями, таящимися в кишечнике? И сейчас многие пациенты, с которыми я
встречаюсь в своей клинике, при всех различиях в происхождении, образовании и
социально-экономическом положении твердо верят в эту теорию. Они убеждены,
что ответственность за проблемы в пищеварении и другие трудности со здоровьем
несут слабо выявленные и по большей части бездоказательные с научной точки
зрения процессы, происходящие в ЖКТ. На протяжении многих лет «под подозрени-
ем» оставались кандидоз желудочно-кишечного тракта, аллергии и гиперчувстви-
тельность ко всем видам пищевых компонентов, непроходимость кишечника, а в
последнее время — и дисбаланс микробиоты ЖКТ. Чтобы справиться с подозритель-
ными недугами, люди нередко прибегают к дорогостоящим и обременительным про-
цедурам, включая жесткие ограничения в диете, употребление пищевых добавок и
даже антибиотиков. Однако тот факт, что они до сих пор приходят в мою клинику
с непрекращающимися пищеварительными проблемами, заставляет меня задаться во-
просом, существует ли метод лечения, прибегнув к которому они ощутили реаль-
ную пользу, или в лучшем случае все ограничивается лишь ослаблением тревоги у
пациентов?
Люди прибегают к самым разным ненаучным объяснениям и ритуалам, чтобы
уменьшить свой страх перед болезнями, с которыми они не могут справиться. В
этом отношении особенно популярны диетические очистительные процедуры, в том
числе диеты, предназначенные для очищения кишечника, — практики, сами по себе
являющиеся противоречивыми. Сейчас страхи и беспокойство резко усилились из-
за бесконечного потока публикуемых в популярных изданиях историй, в которых
рассказывается об опасностях, таящихся в пище, которую мы едим. Исследования
ученых показывают, что страхи, связанные с микроорганизмами, живущими в ЖКТ,
и веществами, которые они могут продуцировать, в какой-то степени обоснованы.
Как в человеческом обществе есть преступники, мошенники и компьютерные хаке-
ры, точно так же имеются микроорганизмы, которые не играют по общим правилам.
Некоторые из этих временно появляющихся микроорганизмов, в частности паразиты
и вирусы, имеют особое предназначение (как правило, производство потомства),
и в стремлении его реализовать они игнорируют здоровье и самочувствие челове-
ка или даже вредят ему. Они научились взламывать нашу самую сложную компью-
терную систему — головной мозг, чтобы использовать его операционные програм-
мы, относящиеся к эмоциям, для достижения собственной эгоистичной выгоды.
Чтобы продемонстрировать, насколько сложными могут быть эти организмы, по-
звольте мне поделиться с вами захватывающей историей, которую я впервые услы-
шал 15 лет назад на встрече психиатров в Сан-Франциско. Роберт Сапольски, ве-
дущий эксперт по влиянию хронического стресса на головной мозг, выступил с
вдохновляющей речью, в которой рассказал о злом и умном микроорганизме под
названием Toxoplasma gondii. В ходе выступления он упомянул опубликованную в
2000 г. работу Мануэля Бердоя и его группы из Оксфордского университета. Это
исследование показало, что у Т. gondii имеется собственная программа выжива-
ния и воспроизводства, выполнением которой она занимается удивительно хитрым
и эгоистическим способом.
Хотя токсоплазмы могут размножаться только в одном месте — желудочно-
кишечном тракте зараженных кошек, — на деле этот паразит может проникнуть в
головной мозг любого млекопитающего (включая человека), умело преодолев гема-
тоэнцефалический барьер, который, как экран, защищает головной мозг от неже-
лательных воздействий. Инфицированные кошки распространяют этот микроорганизм
через свои экскременты. По этой причине гинекологи рекомендуют беременным
женщинам не держать кошек и их лотки дома, а также воздерживаться от работ в
саду в тех местах, где кошки могут закапывать свои фекалии. В нашем, идеаль-
ном для токсоплазмы мире кошки освобождаются от паразитов, которых поглощают
грызуны. После этого паразиты образуют круглые тканевые цисты в теле грызуна,
в частности в его головном мозге. Кошка, в свою очередь, питается зараженными
грызунами, цисты формируются в желудочно-кишечном тракте кошки, она с экскре-
ментами выводит наружу новых паразитов, и цикл их жизни продолжается.
В этом месте рассказ делает захватывающий сюжетный поворот, свидетельствую-
щий о замечательной ловкости этого микроорганизма. При нормальных обстоятель-
ствах возбудитель из организма инфицированной крысы вряд ли снова попал бы в
организм кошки, поскольку грызуны инстинктивно стараются избегать кошек. Од-
нако крысы, инфицированные токсоплазмой, не только теряют инстинктивный страх
перед своими врагами, но даже предпочитают участки, на которых пахнет кошачь-
ей мочой.
Чтобы это произошло, крошечные цисты паразита должны попасть в определенную
часть головного мозга крысы — и они попадают точно туда. Их цель — эмоцио-
нальная операционная система, отвечающая за срабатывание реакции «испугайся и
убегай». Эта эмоционально-моторная программа обычно заставляет крыс убегать
при первом колебании воздуха от движения приближающейся кошки. Однако паразит
особым образом устраняет у крыс страх перед кошками. При этом инфицированные
крысы продолжают проявлять обычное защитное поведение по отношению к другим
хищникам, не кошкам, и показывают нормальные показатели при лабораторных ис-
пытаниях памяти, эмоций тревоги, страха и поведения по отношению к другим жи-
вотным. Но, когда дело доходит до кошек, цисты не останавливаются на достиг-
нутом. Они повышают активность центров мозга, контролирующих половое влече-
ние, заставляя инфицированных токсоплазмой крыс, которые чуют запах кошек,
испытывать к ним сексуальное влечение. Это ловкое вмешательство в операцион-
ную систему мозга крысы — во врожденную реакцию страха, которая подавляется с
помощью сексуального влечения, вызываемого кошачьим запахом. Другими словами,
у зараженной крысы вырабатывается фатальное влечение к кошкам.
В основе этих стратегий лежит замечательный эволюционный интеллект. Фарма-
цевтические компании потратили миллиарды долларов на разработку лекарств,
предназначенных для решения тех задач, с которыми легко справляется токсо-
плазма. Большая часть этих инвестиций не привела к успеху. Вещества, разрабо-
танные для ослабления реакции страха при тревожных расстройствах и блокирова-
ния действия молекулы кортиколиберина, принимающей участие в реакции на
стресс, как и вещества, созданные для повышения либидо у женщин со сниженным
сексуальным влечением, оказались слабыми и вдобавок обладали потенциально
опасными побочными эффектами.
Существует много других микроорганизмов, которые разработали поразительно
сложные способы манипулирования поведением животного-хозяина. Когда вирус бе-
шенства делает его носителя — собаку, лисицу или летучую мышь — агрессивным,
он добивается этого путем проникновения в центр головного мозга, отвечающий
за гнев и агрессию. Это повышает вероятность того, что зараженное животное
набросится на другое животное (или человека) и покусает его, тем самым пере-
давая дальше вирус, который в составе слюны окажется в ране жертвы. Токсо-
плазма и вирус бешенства отличаются специализированными знаниями о нервной
системе их животных-хозяев, но и многие другие болезнетворные микроорганизмы,
в том числе бактерии, простейшие и вирусы, также разработали удивительные
способы манипулировать поведением своих хозяев.
Если бы хакеры манипулировали взломанной компьютерной системой так же уме-
ло, как токсоплазма и вирус бешенства манипулируют головным мозгом, у нас бы-
ли бы все основания подозревать, что наш компьютер взломал опытный специа-
лист, хорошо разбирающийся в коде системы. Токсоплазма и вирус бешенства эво-
люционировали настолько, что знают все о механизмах взаимодействия между го-
ловным мозгом и пищеварительным трактом млекопитающих, и так хорошо разобра-
лись в эмоциональных операционных программах млекопитающих, что могут манипу-
лировать ими для достижения своих целей.
Однако паразиты и вирусы — не единственные организмы, способные влиять на
головной мозг. За последнее десятилетие исследователи обнаружили, что некото-
рые микроорганизмы, мирно обитающие в нашем пищеварительном тракте, обладают
такими же впечатляющими способностями, хотя они не используют их против нас.
Тем не менее, на взаимодействие головного мозга и ЖКТ они влияют весьма серь-
езно.
Являются ли микроорганизмы
посредниками в коммуникациях
головного мозга и ЖКТ?
Всего несколько лет назад многие исследователи думали, что мы уже установи-
ли все компоненты, которые определяют двусторонние коммуникации мозга и ЖКТ.
Мы знали о способах, с помощью которых ЖКТ контролирует пищеварение и окру-
жающую среду — как он чувствует тепло, холод, боль, растяжение, кислотность,
наличие питательных веществ в пище и другие характеристики. Мы знали, что по-
верхность пищеварительного тракта является самой большой и самой сложной сен-
сорной системой в организме человека. Нам казалось очевидным, что внутренние
ощущения с помощью гормонов, молекул иммунных клеток и чувствительных нервов
(особенно блуждающего нерва) передаются из ЖКТ в маленький и большой мозг.
Это объясняло, почему наша пищеварительная система большую часть времени пре-
красно функционирует без участия сознания, почему ЖКТ специфически реагирует
на испорченную еду и почему после вкусной трапезы человек чувствует себя хо-
рошо.
Мы также знали, что энтеральная нервная система — маленький мозг в ЖКТ —
выступает в качестве «низового» органа, регулирующего пищеварение, а при воз-
никновении чрезвычайных ситуаций действует в тесном контакте с высшим органом
— головным мозгом. Мы узнали, что, когда мы испытываем эмоции, специализиро-
ванные эмоциональные операционные программы в головном мозге создают различ-
ные сюжеты, разыгрывающиеся в нашем пищеварительном тракте. Они вызывают осо-
бые паттерны (комбинации) сокращений в ЖКТ, изменяют кровоток, а также секре-
цию жизненно важных пищеварительных жидкостей, характерных для каждой эмоции.
Клиницисты довольны новым знанием о том, что нарушение коммуникаций голов-
ного мозга и пищеварительного тракта играет важную роль в возникновении таких
функциональных расстройств ЖКТ, как синдром раздраженного кишечника. И вопре-
ки мнению подавляющего большинства психиатров и большинства моих коллег-
гастроэнтерологов я уже давно подозревал, что нарушения в этой системе комму-
никаций могут проявляться в таких не относящихся напрямую к пищеварению рас-
стройствах, как тревога, депрессия и аутизм.
Однако, как это часто бывает в науке, первоначальная уверенность оказалась
преждевременной. Мы многое уяснили в двусторонней связи между пищеварительным
трактом и головным мозгом, и, тем не менее, становилось все более очевидным,
что организм на самом деле организует внутренние реакции и ощущения в виде
сложной схемы связи между головным мозгом и ЖКТ. В состав этой схемы в каче-
стве основного компонента входит кишечная микробиота. В тогдашних выводах и
прогнозах мы не учитывали важнейшую роль, которую она играет.
Как оказалось, реакции пищеварительного тракта, запускаемые под влиянием
эмоций, не ограничиваются ощущениями, будто в животе «что-то крутит» и проис-
ходят спазмы. Они вызывают массу других сенсорных сигналов в ЖКТ, которые пе-
редаются обратно в головной мозг. Там они могут изменяться или создавать оп-
ределенные ощущения и хранятся в виде эмоциональных воспоминаний о пережитом
конкретном опыте. Лишь в последние несколько лет, к удивлению ученых всего
мира, стало понятно, сколь важную роль в этом взаимодействии между реакциями
и ощущениями в ЖКТ играет микробиота.
Как мы теперь знаем, эта масса невидимых живых организмов может постоянно
общаться с головным мозгом с помощью различных сигналов, в том числе подавае-
мых гормонами, нейротрансмиттерами и несметным числом соединений, называемых
метаболитами. Эти метаболиты являются результатом специфических привычек пи-
тания микроорганизмов и возникают, когда те питаются остатками перевариваемой
пищи, желчными кислотами, секретируемыми печенью в кишечник, или покрывающей
его стенки слизью. Фактически микробиота кишечника также участвует в активно
происходящем диалоге ЖКТ и головного мозга, используя сложный биохимический
язык, который я называю «микробоговорение» (Amicrobe-speak').
Зачем головному мозгу и кишечным микроорганизмам нужна эта сложная коммуни-
кационная система? Как формировался язык, на котором разговаривают микроорга-
низмы? Чтобы ответить на эти вопросы, нам придется заглянуть в далекое про-
шлое — в первобытные, богатые микроорганизмами океаны Земли.
Зарождение «микробохюворения»
— диалога микроорганизмов
Жизнь появилась на Земле примерно 4 млрд. лет назад в виде одноклеточных
микроорганизмов — архей. В течение первых трех миллиардов лет существования
микроорганизмы были единственными обитателями нашей планеты. Триллионы микро-
организмов (а это больше, чем звезд в нашей Галактике) плавали в океанских
водах, давших приют примерно миллиарду видов микроорганизмов разных форм,
цветов и типов поведения.
На протяжении этого огромного пласта времени методом проб и ошибок, совер-
шаемых в ходе естественного отбора, постепенно совершенствовалась способность
микроорганизмов общаться друг с другом. Для передачи сигналов они создали
сигнальные молекулы, а также рецепторные молекулы, действовавшие как механиз-
мы декодирования получаемых сигналов. Сигнальные молекулы, испускаемые одним
микроорганизмом, могли быть декодированы другим, например соседним. Такая
сигнализация вызывает временное или постоянное изменение в поведении прини-
мающего микроорганизма. Как обнаружили Джесси Рот и Дерек Леройт, многие из
сигнальных молекул во многом похожи на гормоны и нейротрансмиттеры, которыми
пользуется наш пищеварительный тракт для связи с энтеральной нервной системой
и головным мозгом. В совокупности эти молекулы можно считать древним и отно-
сительно простым языком, чем-то вроде тех биологических сигнальных диалектов,
которые в наши дни используют различные системы органов в теле человека.
Около 500 млн. лет назад в океане начали развиваться первые примитивные
многоклеточные морские организмы, а в их пищеварительных системах поселились
морские микроорганизмы. Одну из крошечных древних многоклеточных — гидру —
можно и сегодня обнаружить в водоемах с пресной водой. По сути, это плавающий
желудочно-кишечный тракт. Гидра представляет собой трубку длиной в несколько
миллиметров со ртом на одном конце, пищеварительной системой, заполненной
микроорганизмами, и так называемой подошвой на другом конце, с помощью кото-
рой гидра прикрепляется к скале или к подводному растению.
Постепенно у животных и микроорганизмов сформировались симбиотические отно-
шения, и микроорганизмы нашли способы передавать своим хозяевам жизненно важ-
ную генетическую информацию. Эта информация поступала в виде молекул, которых
у самих животных-хозяев не было, микроорганизмы же в течение миллиардов лет
методом проб и ошибок научились производить их. Некоторые из этих молекул
стали нейромедиаторами, гормонами, гастроинтестинальными пептидами, цитокина-
ми и другими видами сигнальных молекул, которыми организм человека пользуется
и сейчас.
Примитивные морские животные за миллионы лет превратились в более сложные
существа, они сформировали простые нервные системы в виде нервных цепей, ок-
ружающих их примитивные кишечники и мало чем отличавшихся от цепей энтераль-
ной нервной системы. Получив от микроорганизмов генетические инструкции,
нервные цепи стали производить сигнальные вещества, позволяющие нейронам пе-
редавать сообщения друг другу и инструктировать мышечные клетки, заставляя их
сокращаться. Эти вещества были предшественниками нейромедиаторов человека.
Удивительно, но эти простые нервные цепи и сигнальные молекулы позволяли
примитивным животным миллионы лет назад реагировать на съеденную пищу таким
же образом, как это сегодня делает пищеварительный тракт. Поглощая пищу, эти
существа совершали стереотипные движения, подобные движениям желудочно-
кишечного тракта человека, — так развивались рефлексы продвижения пищи из пи-
щевода через желудок в верхний отдел кишечника, выталкивая из него нежела-
тельное содержимое. Когда примитивные животные поглощали с пищей токсины, они
могли изгнать их через один или оба конца желудочно-кишечного тракта, что эк-
вивалентно рвоте и диарее у человека при пищевом отравлении. Первые морские
животные также имели клетки, которые выделяли определенные вещества, запус-
кавшие пищеварительный рефлекс. Возможно, эти секреторные клетки были предка-
ми энтероэндокринных клеток — специализированных клеток в пищеварительном
тракте человека, которые производят большую часть серотонина и гастроинтести-
нальных гормонов, заставляющих нас чувствовать себя голодными или сытыми.
Новый симбиоз крошечных морских существ и их микроорганизмов-резидентов дал
много преимуществ тем и другим. Животные обрели способность переваривать оп-
ределенные продукты и получать витамины, которые они не могли синтезировать
сами, а также избегать токсинов или удалять их и реагировать на другие опас-
ности в окружающей среде. Микроорганизмы, обитавшие в пищеварительных систе-
мах этих животных, получали удобную среду, в которой они могли процветать, и
возможность перемещаться из одного места в другое. Такую совокупность микро-
организмов можно рассматривать как первую версию микробиоты в пищеварительном
тракте человека.
Симбиотические отношения между микроорганизмами ЖКТ и их хозяевами оказа-
лись настолько выгодными для обоих партнеров, что они законсервировались
практически у каждого многоклеточного животного, обитающего сейчас на Земле,
— от муравьев, термитов и пчел до коров, слонов и людей. Тот факт, что основ-
ные пищеварительные виды деятельности сохранялись на протяжении сотен миллио-
нов лет, свидетельствует о замечательном эволюционном интеллекте, который был
запрограммирован в нашем пищеварительном тракте и энтеральной нервной систе-
ме. Теперь становится понятным, почему взаимосвязь между микроорганизмами,
ЖКТ и головным мозгом у человека является такой сложной.
По мере того как появлялись все более сложные виды животных, первые прими-
тивные нервные системы превращались во все более сложную сеть нейронов за
пределами пищеварительной системы. Эта сеть была отделена от энтеральной
нервной системы (хотя и осталась по-прежнему тесно связанной с ней) и сохра-
нила большинство сигнальных механизмов. В конце концов, сложная новая нейрон-
ная сеть превратилась в центральную нервную систему со штаб-квартирой в че-
репной коробке.
Постепенно центральная нервная система взяла на себя управление видами по-
ведения, имеющими отношение к внешнему миру, которыми первоначально занима-
лась исключительно энтеральная нервная система, в том числе способностью при-
ближаться к другим животным или избегать их в зависимости от обстоятельств.
Эти функции в конечном счете были переданы участкам головного мозга, регули-
рующим эмоции, в то время как контроль выполнения основных пищеварительных
функций остался за энтеральной нервной системой. Такое же разделение обязан-
ностей остается при взаимодействии между головным мозгом и ЖКТ человека.
С тех пор как горстка микроорганизмов впервые вступила в контакт с прими-
тивным кишечником простого морского животного, прошли сотни миллионов лет.
Долгий эволюционный путь, который человек с тех пор проделал, помогает объяс-
нить, почему в наши дни ЖКТ, включая его энтеральную нервную систему и микро-
биоту, продолжает сильно влиять на эмоции и общее самочувствие человека.
Древний договор
остается в силе
А теперь задумаемся о чудесных свойствах кишечной микробиоты. Эта совокуп-
ность примерно тысячи видов микроорганизмов насчитывает в 1000 раз больше
клеток, чем наш головной и спинной мозг вместе взятые, и в 10 раз больше, чем
имеется собственно человеческих клеток во всем теле. Кишечная микробиота ве-
сит примерно столько же, сколько печень, и больше, чем головной мозг или
сердце. Это заставило некоторых специалистов считать микробиоту кишечника но-
вым, недавно обнаруженным органом, по сложности не уступающим головному моз-
гу.
Подавляющее большинство кишечных микроорганизмов не только безвредны, но и
полезны для здоровья и самочувствия. Ученые называют такие микроорганизмы
симбионтами или комменсалами. Симбионты получают питательные вещества от сво-
их хозяев, а в обмен помогают поддерживать сбалансированный биохимический фон
пищеварительного тракта и защищать от нарушителей, пытающихся в него проник-
нуть .
Есть в нашем пищеварительном тракте и небольшое количество потенциально
вредных микроорганизмов, называемых патобионтами. При определенных условиях
эти микроорганизмы могут повернуть свое оружие против нас, им нельзя дове-
рять. У патобионтов имеются молекулярные инструменты, которыми они пользуют-
ся, как артиллерией, для атаки на оболочку пищеварительного тракта, вызывая
ее воспаление или появление язв. Такое предательское поведение может быть вы-
звано изменениями в рационе питания, приемом антибиотиков или сильным стрес-
сом, в результате чего происходит аномальное накопление некоторых популяций
бактерий или их повышенная вирулентность, из-за чего бывшие симбионты превра-
щаются в патобионтов.
Однако микроорганизмы пищеварительного тракта человека редко прибегают к
такой агрессивной тактике. Как правило, они живут в гармонии с нами и решают
собственные задачи, к которым относятся пищеварение, рост и размножение. Им-
мунная система человека также не направляет свое грозное оружие против микро-
биоты кишечника. Объясняется это просто: расходы на ведение военных действий
для обеих сторон значительно перевешивают выгоды от них. Вместо этого стороны
предоставляют друг другу услуги. Этот древний договор, имеющий обязательную
силу, одновременно становится пактом о ненападении и торговым соглашением,
обеспечивая существенные выгоды для участников.
Симбиоз микроорганизмов и их хозяев, сформировавшийся в простейшей форме
миллионы лет назад, продолжает осуществляться в организме человека и сегодня.
Микроорганизмы оказываются в выигрыше благодаря возможности наслаждаться вы-
годами жизни в пищеварительном тракте, где они всегда получают пищу, обитают
в условиях умеренной температуры и имеют возможность неограниченного передви-
жения. Они также выигрывают и от бесплатного подключения к трафику нашего
«внутреннего интернета» — постоянному потоку информации, передаваемой с помо-
щью гормонов, гастроинтестинальных пептидов, нервных импульсов и других хими-
ческих сигналов. Эта информация позволяет им следить за эмоциональными со-
стояниями, уровнями стресса, знать, спит человек или бодрствует, а также о
том, какие условия окружающей среды воздействуют на него в каждый момент вре-
мени. Доступ к этой информации помогает микроорганизмам наладить производство
метаболитов не только для обеспечения оптимальных условий жизни для себя, но
и для продолжения гармонического сосуществования в пищеварительном тракте.
За эти блага микроорганизмы обеспечивают нас витаминами, участвуют в мета-
болических процессах обмена сложными перевариваемыми веществами — желчными
кислотами, которые вырабатывает печень, и в детоксикации так называемых ксе-
нобиотиков — чужих химических веществ, с которыми организм никогда не сталки-
вался. Но самое главное — микроорганизмы переваривают пищевые волокна и слож-
ные молекулы сахара, которые пищеварительная система не может сама расщепить
или абсорбировать, и тем самым обеспечивают нас дополнительными калориями,
которые в противном случае были бы выведены с калом. В доисторические времена
люди больше времени уделяли охоте и вообще поиску пищи, они не занимались
фитнесом для того, чтобы влезать в узкие джинсы, и дополнительные калории,
которые кишечная микробиота извлекала из пищи, помогали людям выжить. Сего-
дня, когда пищи у нас в избытке, а многие страны захлестывает настоящая эпи-
демия ожирения, дополнительные калории, которыми обеспечивают нас кишечные
микроорганизмы, стали настоящим бременем.
Соблюдение основных условий древнего договора, имеющего обязательную силу,
привело к удивительно мирному и взаимовыгодному сосуществованию микроорганиз-
мов с их хозяевами. Оно сохраняется на протяжении миллионов лет, и это удиви-
тельное достижение, ведь сами люди в отношениях между собой очень далеки от
достижения такой гармонии.
Разговор микроорганизмов
и внутренний интернет
Кишечные микроорганизмы находятся в постоянном общении с желудочно-кишечным
трактом, иммунной и энтеральной нервной системами и головным мозгом. Как при
любом сотрудничестве, большое значение в этом случае имеют надежные коммуни-
кации. Недавние исследования показали, что сбои в этих разговорах на уровне
микроорганизмов могут привести к желудочно-кишечным заболеваниям, в том числе
к воспалительному заболеванию кишечника, диарее, вызванной антибиотиками, и
ожирению со всеми возможными пагубными последствиями. Эти нарушения коммуни-
кации могут стать причиной развития серьезных заболеваний головного мозга, в
том числе депрессии, болезни Альцгеймера и аутизма.
Коммуникации с головным мозгом проходят по нескольким параллельным каналам,
в которых используются различные способы передачи информации. К их числу от-
носятся молекулы, которые могут взаимодействовать с головным мозгом, переда-
вая сигналы воспаления, переносить с потоком крови гормоны или попадать в го-
ловной мозг в виде нервных импульсов. Коммуникации через эти каналы не изоли-
рованы друг от друга, как будет показано далее, между ними происходит большое
число перекрестных общений. Микроорганизмы, обитающие в пищеварительном трак-
те , могут слушать разговоры головного мозга и наоборот. Поток же информации,
передаваемой по биологическим каналам, которые микробиота ЖКТ использует для
общения с головным мозгом, является очень динамичным.
Количество информации, которой разрешено проходить через эту систему, в
значительной степени зависит от толщины и целостности тонкого слоя слизи, вы-
стилающей поверхность пищеварительного тракта, от проницаемости (проходимо-
сти) его стенок и от уровня гематоэнцефалического барьера. Как правило, эти
барьеры достаточно надежны, и поэтому поток информации от микроорганизмов ЖКТ
в головной мозг остается ограниченным. Однако стресс, воспаление, продукты с
высоким содержанием жиров и некоторые пищевые добавки могут сделать эти есте-
ственные барьеры более проницаемыми.
Чтобы в полной мере понять, чем именно занимаются микроорганизмы внутри на-
шего тела, на какое-то — очень короткое — время будем условно считать различ-
ные каналы коммуникаций микроорганизмов единым проводником информации, похо-
жим на оптико-волоконную линию или кабель, через которую население получает
дома услуги интернета. Количество информации, проходящей через этот провод-
ник, может быть разным. Иногда микроорганизмы загружают в него относительно
небольшие текстовые документы, и в этом случае объем передаваемой информации
будет небольшим, но бывают ситуации, когда они загружают столько данных,
сколько содержится в плотно «набитых» информацией видеоклипах.
Однако эта коммуникационная система не всегда работает, как домашний широ-
кополосный интернет. В договоре, который вы заключаете с интернет-
провайдером, ограничивается объем информации, которую пользователь может за-
грузить или скачать за секунду. Ширина полосы пропуска сигнала зависит от то-
го, какой план предоставления услуг вы выбрали — экономичный или более доро-
гой. Между микроорганизмами ЖКТ и мозгом устанавливается интернет-соединение
принципиально другого рода — оно гибкое и не фиксированное, поэтому в стрес-
совой для организма ситуации скорость передачи данных может резко возрасти,
как если бы вы резко переключились с экономичного плана на более дорогой.
Итак, мы добрались до каналов коммуникации между микроорганизмами. Начнем с
анализа роли иммунной системы в передаче сигналов между микроорганизмами ЖКТ
и головным мозгом. Есть несколько способов, с помощью которых может происхо-
дить общение между микроорганизмами, иммунной системой и головным мозгом. В
последнее время последствия нарушения взаимодействия между кишечной микробио-
той и иммунной системой привлекли к себе внимание специалистов, так как воз-
никающие при этом сбои коммуникации приводят к появлению многих заболеваний
головного мозга.
В состав одного средства коммуникации входят специализированные иммунные
клетки, известные как дендритные: они располагаются во внутренней оболочке
пищеварительного тракта. Дендритные клетки имеют щупальца, направленные
вглубь ЖКТ, где они могут контактировать с группой кишечных микроорганизмов,
обитающих вблизи стенки пищеварительного тракта. Сенсоры иммунных клеток —
это первая линия слежения. В нормальных условиях рецепторы на этих частях
клеток (рецепторы распознавания паттернов, они же толл-подобные) различают
сигналы, поступающие от безопасных микроорганизмов, сообщая иммунной системе,
что все в порядке и от нее не требуется защитной реакции. Иммунные клетки
научены правильно интерпретировать эти мирные сигналы, получаемые от взаимо-
действий с кишечными микроорганизмами. И наоборот, когда иммунные клетки об-
наруживают вредные или потенциально опасные бактерии, они обращаются к иммун-
ной системе, которая отвечает каскадом воспалительных реакций в стенках ЖКТ,
чтобы держать под контролем патогенные микроорганизмы.
Недавние исследования показали, что слизь, которая вырабатывается специаль-
ными клетками стенок ЖКТ и защищает их поверхность, имеет два слоя: тонкий
внутренний, который прочно прилипает к клеткам стенки, и внешний толстый сво-
бодный слой. Эти два прозрачных слоя почти невидимы невооруженным глазом, их
толщина всего 150 микрон, в полтора раза толще человеческого волоса. Внутрен-
ний плотный слой слизи не позволяет бактериям проникать в стенки ЖКТ, сохра-
няя поверхность эпителиальных клеток свободной. Наружный слой — место обита-
ния большинства микроорганизмов ЖКТ и сложных молекул, содержащих сахара. Эти
молекулы называются муцинами, они служат важным источником питательных ве-
ществ для микроорганизмов, особенно когда человек голодает или в его рационе
не хватает клетчатки. Когда микроорганизмы проникают в защитный слой слизи,
которую формирует слизистая оболочка ЖКТ, молекулы стенок их клеток активизи-
руют иммунные клетки, находящиеся под оболочкой, и те выбирают вариант иммун-
ного ответа в зависимости от опасности вторгшегося чужака. В этом диалоге ме-
жду микроорганизмами и иммунной системой особое значение имеют липополисаха-
риды. Эти молекулы, компоненты клеточной стенки микроорганизмов, называемых
грамотрицательными бактериями, могут повышать проницаемость стенок ЖКТ, об-
легчая проникновение микроорганизмов в иммунную систему.
Вопреки распространенному мнению, для того чтобы вызвать такую реакцию им-
мунной системы, совсем не обязательно, чтобы ужасные бактерии или вирусы про-
никли в ЖКТ извне — у людей, которые едят пищу с высоким содержанием животных
жиров, повышенное содержание грамотрицательных бактерий (Firmicutes и протео-
бактерий) в ЖКТ. Весьма вероятно, что в организме таких людей иммунный меха-
низм активизации запускается регулярно. Когда воспаление, стресс или избыток
жира в пище ослабляют защитные свойства двух естественных барьеров, которые
отделяют человека от триллионов микроорганизмов, обитающих внутри пищевари-
тельного тракта, микроорганизмы или их сигнальные молекулы могут в большем
количестве проникать через стенку ЖКТ. В результате часть иммунной системы,
находящаяся в пищеварительном тракте, еще больше активизируется, и воспали-
тельный процесс может распространиться по организму. Процесс проникновения
этих микроорганизмов и их молекул называется метаболическим токсикозом.
Но каким бы образом иммунная система ЖКТ ни обнаруживала микроорганизмы,
она всегда отвечает на их появление, производя ряд молекул, называемых цито-
кинами. При определенных условиях цитокины могут вызвать локальное воспаление
(воспалительные заболевания кишечника, острый гастроэнтерит). Сигналы об об-
разовании в ЖКТ цитокинов также могут быть направлены в головной мозг. Цито-
кины могут связываться с рецепторами на сенсорных окончаниях блуждающего нер-
ва, воспаляя эту информационную трассу, соединяющую головной мозг и ЖКТ, и
отправлять сообщения в жизненно важные участки мозга. Это может привести к
упадку сил, нарастанию чувства усталости, снижению порога болевой чувстви-
тельности и даже к возникновению навязанного чувства подавленности. При менее
остром воспалении блуждающего нерва снижается чувствительность его нервных
окончаний к сигналам насыщения. Это мешает работе механизма, который побужда-
ет нас прекращать прием пищи после достижения состояния сытости. У пациентов,
потребляющих большое количество жиров, вмешательство в работу этого механизма
часто создает проблемы со здоровьем.
Есть и другой способ действий цитокинов: они могут оказаться в кровотоке,
достичь головного мозга, преодолеть гематоэнцефалический барьер и активизиро-
вать так называемые микроглиальные иммунные клетки в мозге. Большинство кле-
ток в головном мозге являются микроглиальными, они реагируют на цитокины, де-
лая наш мозг восприимчивым к сигналам, проходящим между пищеварительным трак-
том, микроорганизмами и иммунной системой. Отправляемые из ЖКТ в головной
мозг иммунологические сигналы замешаны в развитии таких нейродегенеративных
заболеваний, как болезнь Альцгеймера.
Все это сложные способы общения микробиоты ЖКТ с иммунной системой челове-
ка. Кроме того, для общения с головным мозгом микроорганизмы используют свои
метаболиты. Микроорганизмы ЖКТ разнообразны и многочисленны (на каждый ген
человека приходится 360 генов микроорганизмов), они могут переваривать веще-
ства, с которыми человек справиться не в состоянии. Попутно производится не-
сколько сотен тысяч различных метаболитов, многие из которых пищеварительная
система человека сама не производит. Большое количество произведенных микро-
организмами метаболитов попадают в кровь, где они составляют почти 40 % всех
циркулирующих молекул. Многие из них считаются неироактивными, то есть могут
взаимодействовать с нервной системой. Толстая кишка поглощает некоторые мета-
болиты , перенося их в кровь, еще большее их число попадает в кровь, если у
человека повышенная проницаемость стенок кишечника. С кровотоком метаболиты
могут добираться до многих важных органов, в том числе и до головного мозга,
как это делают гормоны.
Другой важный путь, по которому эти метаболиты подают сигналы головному
мозгу, — через содержащие серотонин энтерохромаффинные клетки в стенке пище-
варительного тракта. Эти клетки усеяны рецепторами, которые обнаруживают соз-
данные микроорганизмами метаболиты, в том числе метаболиты желчных кислот, и
такие короткие цепочки жирных кислот, как бутират, которые поступают из цель-
ного зерна, спаржи или других овощей. Некоторые метаболиты могут увеличить
выработку серотонина в энтерохромаффинных клетках, благодаря чему появляется
больше молекул для передачи сигналов в головной мозг через блуждающий нерв.
Кроме того, они могут влиять на характер сна, порог болевой чувствительности
и общее самочувствие. Эксперименты на животных показали, что эти метаболиты
влияют на развитие тревожности и на социальное поведение. Они могут отчасти
влиять и на то, что мы хорошо себя чувствуем после здоровой пищи, богатой
фруктами, цельными зернами и овощами и, наоборот, плохо — после горки жирных
картофельных чипсов и порции сильно прожаренной курицы.
Миллионы разговоров
внутри организма
Интригующей и важной роль кишечной микробиоты делает тот факт, что масса
этих микроорганизмов обитает прямо на границе, которая отделяет внутренние
реакции от внутренних ощущений в ЖКТ. В зависимости от пищи, которую только
что съел человек, или от того, что его пищеварительный тракт абсолютно пуст,
энтеральная нервная система изменяет среду в ЖКТ и управляет пищеварением,
контролируя кислотность, вязкость и секрецию пищеварительных жидкостей, а
также механические сокращения желудочно-кишечного тракта. Из этого следует,
что микроорганизмы в ЖКТ постоянно адаптируются к изменениям кислотности,
секреции пищеварительных жидкостей, имеющимся питательным веществам и учиты-
вают время, которое есть у них в распоряжении, чтобы переварить эти вещества
до состояния, в котором они будут выведены из организма. События развиваются
схожим образом и тогда, когда стресс или сильное беспокойство заставляют опе-
рационные программы головного мозга, отвечающие за эмоции, создавать драмати-
ческие сюжеты в пьесах, которые разыгрываются в ЖКТ. При этом стенки пищева-
рительного тракта сокращаются, а скорость движения содержимого из желудка в
кишечник и скорость кровотока меняются. Все вместе это может в значительной
степени изменить условия жизни микроорганизмов в тонкой и толстой кишке и яв-
ляется, вероятно, одной из причин того, почему во время стресса изменяется
состав кишечной микробиоты. Для сравнения: когда человек чувствует себя по-
давленным, и процессы в пищеварительном тракте замедляются, микроорганизмы
ощущают эти изменения и активизируют гены, которые помогают им адаптироваться
к этим меняющимся условиям.
В то же время ткани пищеварительной, иммунной и нервной систем занимаются
общением друг с другом, используя для этого сигнальные молекулы — кишечные
гастроинтестинальные пептиды, цитокины и нейротрансмиттеры. Следует специаль-
но отметить, что все эти вещества являются элементами биохимических языков,
которые благодаря долгой эволюционной истории человека фактически представля-
ют собой далекие диалекты речи микроорганизмов.
После того как ученые справились с первым удивлением, узнав о ключевой роли
кишечной микробиоты во взаимодействии между головным мозгом и пищеварительным
трактом, они углубились в исследование этих отношений. Выяснилось, что голов-
ной мозг, ЖКТ и кишечная микробиота постоянно и тесно общаются друг с другом.
С учетом этого факта ученые стали рассматривать головной мозг, пищеваритель-
ный тракт и микробном как части единой интегрированной системы, имеющей мно-
жество перекрестных коммуникаций и обратных связей одних частей с другими. В
этой публикации я называю эти связи осью взаимодействия между головным моз-
гом, ЖКТ и микробиомом.
На протяжении всего XX в. ученые не видели наших микроорганизмов-партнеров,
потому что большинство из них в лаборатории вырастить нельзя. До появления
автоматизированных приемов секвенирования (определения порядка) генов, ис-
пользуемых для идентификации классов микроорганизмов, и суперкомпьютеров для
обработки массивных объемов данных не было возможности проводить обширные ис-
следования и определять, какие микроорганизмы имеются в ЖКТ, какими генами
они в совокупности обладают и какие метаболиты вырабатывают. Более того, у
исследователей были крайне ограниченные представления о том, как участники
взаимодействия между головным мозгом, ЖКТ и микробиомом общаются друг с дру-
гом.
Теперь стало ясно, что микроорганизмы пищеварительного тракта играют не
просто привилегированную роль в организме человека. Согласно утверждениям
видного специалиста в области кишечной микробиоты Дэвида Релмана из Стэнфорд-
ского университета, «микробиота человека является фундаментальным компонентом
того, что вообще понимается под человеком». Помимо незаменимой роли в перева-
ривании части пищи выясняется, что микробиота кишечника масштабно и совершен-
но неожиданным образом влияет на системы контроля аппетита и операционные
системы в головном мозге, которые отвечают за эмоции, а также за поведение и
даже за мышление. Эти невидимые микроскопические существа, обитающие в пище-
варительной системе человека, вносят свой вклад в то, как он себя чувствует,
как принимает интуитивные решения и как развивается и стареет его головной
мозг.
ЧАСТЬ II. ИНТУИЦИЯ И ВНУТРЕННИЕ ЧУВСТВА
ГЛАВА 5
Негативные воспоминания:
влияние раннего жизненного
опыта на диалог между
головным мозгом и
пищеварительным трактом
Интуитивно понятно, что детство, проведенное в гармоничной, защищенной се-
мейной среде, положительно влияет на развитие человека. Поэтому родители во
всем мире стремятся обеспечить именно такие, оптимальные условия для своих
детей. Однако после появления психоанализа мы узнали, что некоторые события
детства, связанные с запретами (и особенно неблагоприятные события), могут
привести к психологическим проблемам, которые проявятся в более позднем воз-
расте . Чаще всего такие детские переживания остаются вне контроля родителей.
В бестселлере «Драма одаренного ребенка и поиск собственного ЛЛЯ"» (The Drama
of the Gifted Child) психолог Алис Миллер почти 40 лет назад утверждала, что
корни всех психических заболеваний выросли из неразрешенной подсознательной
детской травмы, природа которой может быть как физической, так и психологиче-
ской. Я был очень увлечен книгой Миллер во время учебы в начале 1980-х гг., и
все же мне потребовалось более 20 лет, чтобы понять, что связь между ранними
неблагоприятными жизненными событиями и их последствиями для здоровья сказы-
вается не только в появлении таких поведенческих и психологических проблем,
как депрессия, тревога и наркомания. Эта связь может иметь отношение и к ме-
дицинским проблемам моих пациентов, в частности тех, которые страдают от хро-
нических желудочно-кишечных расстройств.
Изучение первых 18 лет жизни пациента стало для меня неотъемлемой частью
изучения истории болезни. В этом нет ничего сложного; для этого не нужно спе-
циально изучать психоанализ, и само такое исследование не занимает много вре-
мени. Часто важные подсказки о болезнях пациентов я получаю, изучая их ранний
жизненный опыт, а не расспрашивая их о симптомах. Я всегда задаю своим паци-
ентам простой вопрос: «Как вы сейчас думаете, было ли ваше детство счастли-
вым?» И, как правило, получаю честный отчет о том, что мои пациенты с травма-
тическими переживаниями помнят о своих первых 18 годах жизни. Чаще всего па-
циенты никак не связывают вопросы своего здоровья с негативным опытом детских
лет, но их ответы содержат много информации о происхождении и желудочно-
кишечных проблем, с которыми они столкнулись, став взрослыми.
Более половины пациентов рассказывают мне о семейных невзгодах, случившихся
в их детстве. О том, как кто-то из родителей болел, или как они тяжело разво-
дились, а потом вели долгую тяжбу за право видеться с детьми, или как кто-то
в семье страдал от алкоголизма или наркомании. Некоторые доверительно расска-
зывали мне, что в детстве испытали психологическое, физическое или сексуаль-
ное насилие со стороны родителей или незнакомых людей.
Несколько лет назад ко мне пришла 35-летняя женщина по имени Дженнифер и
сказала: «Всю жизнь я мучаюсь из-за болей в животе. В прошлом году они резко
усилились». Она рассказала, что бывают дни, когда ей все время приходится бе-
гать в туалет, а иногда она мучается от запоров несколько дней подряд. Боли в
животе усиливались в те дни, когда была диарея, освобождение кишечника их на
время ослабляло. В ходе беседы стало ясно, что помимо физических болей Джен-
нифер страдает эмоционально. С раннего подросткового возраста ее беспокоили
тревоги, переходившие в панику, к тому же периодически у нее бывали приступы
депрессии.
Дженнифер уже обращалась к специалистам, в том числе к двум гастроэнтероло-
гам и психиатру, и прошла группу обычных диагностических обследований, вклю-
чая эндоскопию верхней и нижней части пищеварительного тракта и компьютерную
томографию брюшной полости. Ни одно из этих исследований не выявило никакой
патологии. «Последние два врача, к которым я обратилась, сказали, что ничего
серьезного у меня нет, и высказали предположение, что все мои болезни связаны
с головой», — сообщила мне она.
Врачи прописывали Дженнифер типичный коктейль из лекарств, который обычно
назначают при таких необъяснимых симптомах со стороны головного мозга и пище-
варительного тракта: антидепрессант селекса (Celexa, также известный под на-
званиями ципрамил и циталопрам) и угнетающее секрецию желудочной кислоты
средство прилосек (Prilosec, он же омепразол). При этом врачи говорили Джен-
нифер, что ей придется научиться жить со своими симптомами, поскольку они ни-
чего больше для нее сделать не могут. «Я почти совсем потеряла веру в докто-
ров» , — сказала мне Дженнифер.
Обычно врачи тратят гораздо больше времени на выяснение у пациентов деталей
работы пищеварительного тракта, на измерение давления и уровня холестерина в
крови, чем на изучение факторов риска, связанных с ранним жизненным опытом.
Между тем недавнее обследование 54 000 случайным образом выбранных американ-
цев показало высокую вероятность того, что дети и подростки, пережившие жиз-
ненные невзгоды, во взрослом возрасте столкнутся с такими проблемами со здо-
ровьем, как инфаркт, инсульт, астма и сахарный диабет. Риск негативных по-
следствий для здоровья возрастает с числом неблагоприятных переживаний, пере-
несенных до 18 лет. Похожие данные, в том числе о 4-12-кратном повышении рис-
ка развития алкоголизма, депрессии и токсикомании и 2-4-кратном снижении са-
мооценки здоровья, были получены в исследованиях АСЕ (Adverse Childhood
Experiences). Эта организация занимается поддержанием здоровья детей, полу-
чивших в детстве травмирующий опыт. В вопроснике, применявшемся в обоих об-
следованиях (вопросник АСЕ) , участников спрашивали о травмирующих событиях,
которые они переживали в детстве (сексуальное, физическое и эмоциональное на-
силие) , и об общих психологических проблемах в их семьях, связанных с родите-
лями. Большая часть этих вопросов относилась к ситуациям, когда стабильность
в семье оказывалась нарушенной и взаимоотношения между основным опекуном и
ребенком ухудшались. Другие исследования показали на хорошо уже известную
связь между бедностью семьи и негативными последствиями для будущего здоро-
вья: у ребенка развивается хронический стресс, источником которого является
низкий социально-экономический статус.
Хотя связь между широким спектром травмирующего или нестабильного воспита-
ния и негативными последствиями для здоровья понятна на интуитивном уровне,
только в последние 30 лет наука разгадала ее биологические механизмы и откры-
ла возможности для обращения вспять негативных последствий такого раннего
программирования жизни. Эти данные удивительны и очень важны: они говорят,
что такие негативные последствия являются для нашего здоровья очень долго-
срочными. Если бы об этой связи знало больше врачей и если бы они находили
время расспросить пациентов об их детстве, они могли бы обнаружить важные
факторы риска и, возможно, разработали бы более эффективные планы лечения.
Во время консультации я спросил Дженнифер, почему ей несколько лет назад
выписали антидепрессант. «Это не имеет ничего общего с болью в животе», — на-
стаивала она. Я не пытался изменить ее мнение по столь деликатному вопросу, а
продолжал методично анализировать факторы, которые, как я подозревал, могли
лежать в основе ее хронических соматических и психологических симптомов.
«Как вы думаете, у вас было счастливое детство?» — спросил я ее. И произош-
ло чудо — этот вопрос вызвал поток рассказов о стрессовых ситуациях в детст-
ве . Когда Дженнифер была еще в утробе матери, ее бабушке по материнской линии
был поставлен диагноз «рак молочной железы», что потрясло ее беременную мать.
В детстве Дженнифер заставала споры и даже драки между родителями, а когда ей
было восемь лет, отец и мать развелись, и это было тяжело. Симптомы депрессии
и проблемы с ЖКТ были в семье не только у Дженнифер. Ее мать и бабушка на
протяжении всей жизни в большей или меньшей степени страдали от депрессии и
тревог и жаловались на проблемы с желудком. История Дженнифер подсказала мне,
какими могут быть возможные корни ее симптомов, связанных с головным мозгом и
желудочно-кишечным трактом. Ее рассказ придал мне уверенности: я смогу ей по-
мочь .
Как и многие другие пациенты, Дженнифер не верила, что ее физические и эмо-
циональные симптомы связаны друг с другом и уходят корнями в стрессовые си-
туации, с которыми она столкнулась в первые годы жизни, или что негативные
переживания запрограммировали взаимодействие между головным мозгом, ЖКТ и ки-
шечной микробиотой на нездоровье. Все большее число ученых полагают, что при-
шло время интегрировать эту идею в современную медицинскую практику.
Запрограммированные
на стресс
Весной 2002 г. на небольшой научной конференции в Седоне в штате Аризона
два обладающих широким кругозором врача выдвинули свои объяснения причин рас-
стройств, связанных со стрессом. Мы с Чарльзом Немероффом, ныне известным
психиатром в Университете Эмори, организовали эту конференцию, чтобы исследо-
вать роль травм, полученных в первые годы жизни, в развитии ряда хронических
заболеваний и психических болезней. Уединенность Седоны с ее скалистыми пей-
зажами и потрясающе красивой природой помогли привлечь на конференцию ведущих
исследователей и практиков Северной Америки.
На второй день конференции на трибуну поднялся известный канадский психо-
аналитик и абдоминальный хирург Крислен Деврод. Он специализировался на лече-
нии пациентов, переживших сексуальное насилие в детском возрасте, и для выяв-
ления их подавленной боли и стыда использовал психоанализ. Без такого лече-
ния, по его мнению, вытесненные эмоции уходят вглубь организма, порождая фи-
зические симптомы. Затем он рассказал, как лечил пациентов с болями в области
таза и такими расстройствами ЖКТ, как хронический запор. Симптомы исчезли по-
сле того, как пациенты прошли курс психоанализа, в ходе которого сумели
взглянуть на свое сложное прошлое.
Однако Немерофф, построивший свою научную репутацию на изучении биологиче-
ской основы психических расстройств, не согласился с таким подходом. Поэтому
он бросил вызов Девроду, заявив: «Мы теперь знаем, что психоанализ является
не очень эффективным методом лечения психических и физических последствий
травм, полученных в первые годы жизни». Атмосфера в зале стала накаляться.
«Никакой психоанализ, как бы активно его ни использовали, не сможет радикаль-
но изменить психологические установки пациента, появившиеся в результате не-
надлежащего обращения, которое он пережил в раннем детстве», — заявил Неме-
рофф . Большинство участников, которых мы пригласили на эту конференцию, были
с этим согласны. Нам больше не надо было размышлять о мутных фрейдистских
представлениях о ранней сексуальности и неврозах, чтобы помочь пациентам из-
лечиться .
Однако наука раздвинула границы наших представлений. Теперь у нас есть вес-
кие доказательства того, что стрессовые переживания в раннем возрасте, в том
числе ненормальные взаимоотношения с опекающим взрослым, могут оставить глу-
бокий след в психике ребенка. Опросы больших групп испытуемых показывают, что
эти травмы могут стимулировать развитие таких расстройств, связанных со
стрессом, как депрессия и тревога, и сыграть роль в возникновении синдрома
раздраженного кишечника. Однако сами по себе данные анкетирования и психоло-
гические теории не могут помочь людям, страдающим этими заболеваниями. Чтобы
разработать новые методы лечения, отменяющие раннее психологическое програм-
мирование, нужно знать, как полученный в раннем детстве опыт изменяет специ-
фические нервные цепи мозга, связанные с реакцией на стрессовые ситуации. Эти
знания могут быть получены только после проведения обширных исследований — и
сначала на животных, которые выросли в неблагоприятных условиях.
Прорыв в понимании этого вопроса начался в 1980-х гг., когда исследователи
поняли, что на организм животных — крыс, мышей и обезьян — стресс оказывает
такое же биологическое воздействие, как и на организм человека. Одним из ос-
новных направлений экспериментов на животных было изучение роли взаимодейст-
вия матери и потомства. Такие взаимодействия проще смоделировать в лаборатор-
ных условиях, чем однозначно человеческие модели поведения (вербальное и эмо-
циональное насилие, неурядицы в семье).
Например, грызуны, как и люди, могут быть обладателями робкого или активно-
го темперамента, отважными исследователями или лежебоками, которые держатся
поближе к дому. Некоторые крысы-матери лучше других, даже генетически иден-
тичных животных, занимаются воспитанием потомства. Такая крыса-мать балует
своих крысят. Кормя их, она приподнимается над ними, изогнув тело и широко
расставив лапы, позволяя им менять соски, и потом долго вылизывает и холит
своих детенышей. Менее заботливые крысы-матери разваливаются рядом с детены-
шами, а то и на них, из-за чего крысятам трудно добираться до их сосков. Та-
кие малыши не меняют доставшихся им сосков и не вертятся во время еды, что
полезно для их развития.
В известных экспериментах, начатых в конце 1980-х гг. , нейробиолог Майкл
Мини из Университета Макгилла в Монреале изучал, как взаимодействие между
крысами-матерями и крысятами проявляется в дальнейшей жизни потомства. Его
сотрудники вели видеосъемку генетически идентичных крыс-матерей и анализиро-
вали их поведение по отношению к потомству. Наблюдая за жизнью крысят, ученые
убедились, что детеныши заботливых крыс-матерей лучше успевают в жизни, чем
потомство подверженных стрессу родительниц.
Крысята, которых в детстве баловали, выросли во взрослых особей, которые
вели себя более непринужденно, слабее реагировали на стрессовые ситуации и
были менее склонны к таким пагубным привычкам, как стремление получить порцию
алкоголя или кокаина. Кроме того, они были более общительными с другими кры-
сами, более смелыми и готовыми исследовать новые места. Детеныши подверженных
стрессу и потому нерадивых крыс-матерей выросли в одиночек, склонных испыты-
вать чувства, похожие на тревогу и депрессию, и демонстрировали пристрастие к
пагубным привычкам. К аналогичным результатам привели исследования обезьян и
их потомства: детеныши макак, матери которых вели себя непоследовательно, а
то и пренебрегали родительскими обязанностями, часто испытывали состояние
стресса и вырастали робкими, покорными, боязливыми, склонными к «крысиному
эквиваленту» депрессии и менее общительными, чем их знавшие материнскую забо-
ту сверстники. Результаты этих исследований привели к изменению всей парадиг-
мы взглядов на то, как опыт, полученный в детстве, может влиять на наше здо-
ровье и на взаимодействие пищеварительной системы и головного мозга.
В другом исследовании Пол Плоцки и Майкл Мини изучали крысят, чьи матери
заботились о них, и крысят, которыми матери пренебрегали. Когда детеныши вы-
росли, ученые подвергали их стрессу, удерживая в течение нескольких минут в
крошечных и тесных отсеках. У крыс, знавших материнскую заботу, уровень кор-
тикостерона (гормона стресса, эквивалентного кортизолу у человека) был ниже.
Кроме того, зафиксированные в крови и головном мозге гормональные изменения
удерживали таких животных от бегства как реакции на стресс. Было установлено,
что в организме крысят, которых матери в детстве часто вылизывали и согрева-
ли, вырабатывается ряд гормонов, в том числе гормон роста, необходимый для
развития головного мозга.
В конце 1980-х гг. было накоплено много экспериментальных доказательств
тесной связи между уровнем стресса, испытываемого матерью, и тем, как нервная
система ребенка будет реагировать на стресс в последующей жизни. Вызывая в
ходе экспериментов на животных стресс у матери и тем самым влияя на ее забот-
ливое отношение к потомству, исследователи обнаружили, что изменения в пове-
дении матери программируют мозг детенышей: став взрослыми, те сильнее реаги-
руют на стрессовые ситуации и испытывают более сильную тревогу. Независимо от
того, что представляет собой первоначальный стрессор и какой вид животных
подвергается стрессу, эффект всегда одинаков. Чем более сильный стресс пере-
живала мать, тем хуже становилось ее поведение по отношению к ее потомству,
отчего даже заботливая в прошлом мать могла стать нерадивой родительницей.
Подверженные стрессу матери топтали своих детенышей, кормили их недостаточно
долго, реже их вылизывали и прикасались к ним. Некоторые в тяжелом стрессовом
состоянии убивали и даже съедали своих детенышей!
Был получен и более важный результат, чем факт отрицательного влияния мате-
ринского стресса на поведение потомства — исследователям удалось понять суть
биологических механизмов, лежащих в основе таких поведенческих изменений.
Изучение головного мозга мышей, переживших стресс, показало значительные
структурные и молекулярные изменения. В зависимости от поведения матери в
мозге детенышей по-разному формировались нервные цепи и их соединения. Изме-
нения наблюдались и в нейромедиаторных системах. У «нелюбимых» животных выра-
батывается больше молекул стресса КРГ (кортиколиберина), при этом системы,
которые могут регулировать реакцию на стресс (в том числе схема передачи сиг-
налов с участием нейротрансмиттера гамма-аминомасляной кислоты и ее рецепто-
ров) , действуют менее эффективно. Даже столь сильные успокоительные, как ва-
лиум, почти не ослабляли стресс у таких животных.
Опросы пациентов, рассказывавших о неблагоприятных событиях раннего этапа
их жизни, позволяют мне предположить, что такое прошлое характерно примерно
для 40 % здоровых людей и 60 % пациентов с синдромом раздраженного кишечника.
На протяжении последних 20 лет своих исследований я в основном пытался разо-
браться в связи между эмоциональными невзгодами раннего периода жизни и нару-
шениями взаимодействия головного мозга и ЖКТ.
Стресс раннего периода жизни и
гиперчувствительность кишечника
Вскоре после публикации результатов первых исследований того, как материн-
ский уход может программировать головной мозг молодых крыс, я получил пригла-
шение на конференцию Американской коллегии нейропсихофармакологии (American
College of Neuropsychopharmacology). Там я впервые встретился с Полом Плоцки,
нейробиолохюм из Университета Эмори. Плоцки представил доклад о том, как
стресс у крыс-матерей изменяет биологию и поведение их потомства, и я тут же
начал размышлять, как можно использовать эти данные для лечения моих пациен-
тов с хроническими желудочно-кишечными расстройствами.
Вскоре после конференции я прилетел к Полу Плоцки в Атланту, чтобы обсудить
возможные направления нашего сотрудничества. Был дождливый жаркий вечер, и за
ужином в ресторане и последующей выпивкой дома у Пола мы с ним пришли к выво-
ду, что его работа важна не только для изучения вызванных стрессом рас-
стройств пищеварительного тракта, но и для психосоматической медицины и пси-
хологии в целом. Я рассказывал о расстройствах ЖКТ, болях и психологических
симптомах у моих пациентов. «Вылитый я! У меня все эти симптомы имеются», —
засмеялся Пол. Я отреагировал предположением: а не могут ли симптомы моих па-
циентов быть вызваны программированием взаимодействия между головным мозгом и
ЖКТ в детстве? И решил задержаться в лаборатории Пола и проверить эту идею
экспериментально.
Планируя эти эксперименты, я имел в виду таких пациентов с СРК, как Дженни-
фер. К тому времени мы уже знали, что неблагоприятные события детства создают
предрасположенность к состояниям тревожности, приступам паники и депрессии во
взрослом возрасте. Были известны отдельные сообщения, связывающие симптомы
СРК с пережитым некогда сексуальным насилием, но в целом никто не знал, при-
водят ли психологические травмы такого рода к возникновению болей в ЖКТ и на-
рушению режима его функционирования. У нас не было никакого представления о
том, что в этих нарушениях участвует кишечная микробиота.
В ходе экспериментов мы подвергали стрессу крыс-матерей, отсаживая их от
потомства на три часа в день в первые недели после рождения детенышей. Позд-
нее у этих крысят проявлялись многие симптомы, характерные для людей, стра-
дающих СКР: у таких пациентов боли в животе, спазмы, судороги и даже видимое
вздутие живота могут возникать при нормальной деятельности пищеварительного
тракта. Эти симптомы обычно объясняются гиперчувствительностью и острыми ре-
акциями кишечника. У большинства таких пациентов также отмечается повышенный
уровень тревожности; многие из них страдают от тревожных расстройств или де-
прессии. В наших опытах крысы, испытывавшие в детстве недостаток материнской
заботы, демонстрировали аналогичные симптомы. Такие животные были более тре-
вожными, их кишечник был более чувствительным, а после стресса они выделяли
более мелкие фекальные гранулы, что у крыс соответствует диарее. Любой чело-
век, которому когда-либо приходилось бежать в туалет перед важным выступлени-
ем или собеседованием, знаком с подобными ощущениями, однако пациенты с СРК,
а также наши крысы страдают от таких вызванных стрессом симптомов всю жизнь.
Примечательно, что химическое вещество, блокирующее действие кортиколибери-
на (выброс которого, как мы знаем, увеличивается при детских и подростковых
стрессах), подавляет эти симптомы: стрессорные виды поведения, повышенную
чувствительность кишечника и вызванную стрессом диарею. Возможно, когда-
нибудь такие препараты смогут вылечивать СРК и другие вызываемые стрессом
расстройства ЖКТ, но пока, к сожалению, усилия по разработке безопасных и эф-
фективных лекарственных препаратов, воздействующих на системы сигнализации
КРГ, не увенчались успехом. Многие исследователи, участвующие в этой работе,
в том числе и в моей лаборатории, упорно стараются понять причины этой неуда-
чи.
Может быть, дело в том, что человек устроен гораздо сложнее, чем мы перво-
начально предполагали? Разработчики новых лекарственных средств быстро прихо-
дят к выводу об их пригодности для терапии, исходя из результатов эксперимен-
тов на грызунах. Однако следует учитывать, что мозг человека не только намно-
го больше, чем у грызунов, — в нем также имеются нервные цепи и области, ко-
торые в головном мозге мыши недостаточно развиты либо вообще отсутствуют. Та-
ковы, например, префронтальная кора или передняя островковая доля коры нашего
головного мозга. Поэтому я быстро пришел к выводу: если мы хотим определить,
насколько актуальны наблюдения над животными для понимания симптомов болезни
у людей, необходимо изучить головной мозг пациентов, которые пережили травми-
рующий опыт в начале жизни.
Для этого мы воспользовались возможностями нейровизуализации, позволяющими
увидеть головной мозг живого человека. Используя эти технологии, мы изучили
головной мозг 100 здоровых взрослых людей, которые в возрасте до 18 лет испы-
тали жизненные невзгоды — недостаток заботы со стороны родителей или опеку-
нов, словесное, эмоциональное или физическое насилие, болезнь или смерть
близких родственников, развод родителей и другие серьезные проблемы в жизни
семьи. Я был поражен, обнаружив, что даже у здоровых людей, не проявлявших
никаких симптомов тревоги, депрессии или кишечной дисфункции, сканирование
головного мозга показывало нарушения структуры и активности нейронов в нерв-
ных цепях мозга, позволяющих оценивать опасность ситуации или значение кон-
кретного испытанного ощущения. Эта так называемая система выделения важного
(salience system) также играет решающую роль в прогнозировании положительных
или отрицательных исходов ситуаций и является неотъемлемой частью решений,
принимаемых на основе интуиции (из категории «нутром чую»). Результаты оказа-
лись замечательными во многих отношениях. Мы впервые убедились, что в ответ
на неблагоприятный опыт, полученный в начале жизни, в головном мозге человека
происходит, говоря техническим языком, перекоммутация, которая сохраняется на
всю жизнь. Открыв эти изменения у совершенно здоровых людей, мы узнали, что
такие изменения не обязательно сопровождаются конкретными проблемами со здо-
ровьем. Хотя таким людям чаще свойственно беспокоиться, тревожиться и настой-
чивее других стараться избегать риска, они могут никогда не столкнуться с
проблемами, подобными тем, от которых страдает Дженнифер. Может быть, эти из-
менения в сетях мозга просто переводят нас на более высокий уровень риска
развития широкого спектра расстройств, связанных со стрессом, в том числе
СРК? Проведенные нами исследования показали, что у пациентов с СРК в нейрон-
ных сетях мозга наблюдаются изменения, влияющие на формирование гиперчувстви-
тельности к психологическому стрессу и к сигналам, поступающим из ЖКТ в ответ
на пищу.
Как последствия стресса
могут передаваться
следующему поколению
На нашей конференции в Седоне выступала с сообщением нейробиолог Рэйчел Йе-
худа из Медицинской школы Икана нью-йоркской больницы Маунт-Синай (Icahn
School of Medicine at Mount Sinai). Она рассказала о своих потрясающих откры-
тиях: у взрослых потомков людей, переживших холокост, риск развития депрес-
сии, тревожных состояний и посттравматического синдрома был выше обычного,
хотя сами наблюдаемые не пережили психологических травм. С тех пор в разных
странах было проведено несколько дополнительных исследований, которые показа-
ли аналогичные виды «трансгенерационной передачи» стресса и психологической
травмы от одного поколения другому. К этой же категории относятся и исследо-
вания детей людей, которым пришлось 11 сентября 2001 г. эвакуироваться из
Всемирного торгового центра в Нью-Йорке, и тех, кто пережил голодную зиму
1944-1945 гг. в Нидерландах во время Второй мировой войны. Почему дети, вы-
росшие в безопасной и благоприятной среде, но воспитывавшиеся родителями, ко-
торые пережили жизненные невзгоды и сильный стресс, были более подвержены
риску развития поведенческих изменений, свойственных их психологически трав-
мированным родителям?
Эксперименты Майкла Мини на крысах продемонстрировали, что дочери пережи-
вавших стресс нерадивых крыс-матерей сами, став матерями, вели себя не лучше
со своими крысятами. Мини показал, что этот эффект может сохраняться в тече-
ние нескольких поколений, и высказал предположение, что испытываемый матерью
стресс и его влияние на ее поведение по отношению к потомству могут каким-то
образом передаваться детям.
Но каким образом это происходит? Чтобы разгадать эту загадку, потребовалось
несколько лет тщательных лабораторных исследований, проведенных Майклом Мини
и молекулярным биологом Моше Сзуфом из Университета Макгилла. Однако усилия
того стоили: их результаты произвели революцию в биологии. Исследователи об-
наружили, что специфические аспекты взаимодействия между крысами-матерями и
детенышами (например, изгибание тела для удобства кормления или вылизывание)
могут химически модифицировать гены новорожденных. А в клетках лишенных мате-
ринской заботы крысят ферменты прикрепляют химические метки, называемые ме-
тильными группами, к их ДНК. Такой тип наследования называется эпигенетиче-
ским (указанные метки располагаются на ДНК, а приставка эпи- означает «на»).
Он отличается от обычного генетического способа наследования, поскольку мече-
ный ген несет ту же информацию и производит тот же белок. Когда он помечен,
ему это труднее делать.
Есть еще один способ взглянуть на лежащую в основе описываемого явления
биологию: если геном человека является совокупностью всех наших генов, своего
рода книгой жизни, то клетки мозга, печени и сердца читают в этой книге раз-
ные разделы. Эпигенетические метки выступают в этом случае в качестве закла-
док и цветных меток, которые сообщают клеткам мозга, что нужно прочитать один
отрывок из книги, а клеткам печени или сердца — другие.
Недостаток материнской заботы приводит к изменению только отдельных закла-
док и меток. Однако некоторые меченые гены изменяют сигналы головного мозга,
из-за чего взрослые дочери сами становятся плохими матерями. Это приводит к
тому, что их детеныши также помечают свои гены и цикл продолжается. Теперь мы
знаем, что такое эпигенетическое редактирование наших генов может влиять не
только на клетки и механизмы, которые определяют развитие головного мозга, но
и на зародышевые клетки, гаметы, которые несут генетическую информацию, пере-
даваемую детям. Открытие эпигенетики привело к прекращению затянувшихся деба-
тов о том, в какой мере природа и воспитание вызывают заболевания, вызванные
стрессом. Эпигенетика перевернула представления современных биологов о насле-
довании .
Вспомните историю Дженнифер, мать и бабушка которой страдали от симптомов,
очень похожих на ее собственные: депрессии, беспокойство и боли в животе. Для
большинства врачей все это доказательство того, что гены, ответственные за
эти нарушения, в семье Дженнифер передаются от одного поколения к другому.
Однако результаты Роны Левай из Университета Сиэтла (штат Вашингтон), обсле-
довавшей почти 12 000 пар близнецов с целью выявить роль наследственности в
симптомах СРК, заставили усомниться в таком простом объяснении. Вероятность
того, что оба генетически идентичные близнеца будут страдать от симптомов
СРК, оказалась выше, чем такая же вероятность для разнояйцевых близнецов. Это
открытие подтвердило, что гены играют важную роль в развитии СРК. Однако Рона
Левай также обнаружила, что наличие родителей с диагнозом СРК — более точный
показатель развития СРК у ребенка, чем наличие близнеца с СРК. Это означает,
что решающую роль в передаче диагноза от одного поколения к другому играют не
гены, а другие механизмы. Конечно, возможны иные объяснения (например, роль
социального обучения), однако весьма вероятно, что важную роль в объяснении
семейной истории расстройств, связанных со стрессом (типа СРК), играют эпиге-
нетические механизмы.
Эпигенетика ставит под сомнение не только господствующую догму, согласно
которой приобретенный признак не может передаваться генетически, но и еще од-
ну догму в психиатрии. На протяжении столетия специалисты считали, что бес-
сознательное содержит скрытые чувства, которые были вызваны травмой, получен-
ной в раннем возрасте, тайные желания и не доведенную до конца динамику отно-
шений между матерью и ребенком. В соответствии с психоаналитической теорией
эти нерешенные проблемы могут во взрослом возрасте вызвать психологические
проблемы и заболевания, связанные со стрессом: например, СРК, у таких пациен-
тов, как Дженнифер.
Теперь мы знаем, что многие идеи фрейдизма являются ошибочными. Научные
данные надежно подкрепляют мнение о том, что невзгоды, пережитые в начале
жизни, в том числе недостаток материнской заботы, могут активизировать в го-
ловном мозге повышенную чувствительность к стрессу и такое программирование
может передаваться многим поколениям, делая членов данной семьи уязвимыми к
различным заболеваниям головного мозга.
Не подвержены ли
стрессу мозг и ЖКТ
вашего ребенка?
Если ваша дочь-младшеклассница часто испытывает тревогу, а сын-подросток
так сильно волнуется перед выпускными экзаменами, что страдает от симптомов
СРК, что тому виной? Может быть, это все оттого, что вы недостаточно заботи-
лись о них, когда они были маленькими? Будьте уверены: дело не в этом. Пове-
дение женщин, заботящихся о новорожденных детях, — кормящих их грудью, обни-
мающих их и практикующих другие формы телесного контакта — похоже на поведе-
ние крыс-матерей: те занимают удобную позу для кормления, вылизывают и холят
потомство, что способствует развитию головного мозга крысят.
Однако мозг человека намного сложнее мозга крысы. Можно привести множество
примеров вполне успешных и счастливых людей, воспитанных вымотанной стрессом
матерью-одиночкой, которая все силы тратила на то, чтобы заработать на жизнь.
Не меньше и тех, кто успешно преодолел самые тяжелые невзгоды, пережитые в
детстве. Есть много механизмов, способных защитить нас от последствий детских
стрессов, начиная с генетических факторов до буферных эффектов, которые сра-
батывают в период раннего развития. Способствовать созданию благоприятной,
стабильной семейной среды, помогающей детям успешно справляться с последст-
виями невзгод раннего возраста, могут проводящие много времени дома отцы, ба-
бушки и дедушки, старшие братья и сестры, заботливые няни. Следует иметь в
виду, что период, в течение которого на развитие стрессовой системы влияют
внешние факторы, у людей длится до 20 лет.
И даже если никаких буферных факторов нет, у нас есть масса инструментов,
которые позволяют отчасти повернуть вспять неблагоприятное программирование
нашего поведения в будущем. Животные не в состоянии это сделать. Например, мы
можем изменить нашу оценку ситуации и внутренние ощущения, работая с собст-
венным сознанием, с помощью когнитивно-поведенческой терапии, гипноза и меди-
тации. И это не только психологическое воздействие, эти методы позволяют уси-
лить контроль коры больших полушарий над эмоциональными и генерирующими
стрессорный ответ нервными цепями мозга. Как стало известно, такие методы ле-
чения, укрепляя префронтальную кору, могут изменить структуру и функции сетей
мозга, ответственных за внимание, эмоциональное возбуждение и оценку салиент-
ности.
Кишечная микробиота
в условиях стресса
Пока мы в основном говорили о том, как опыт первых лет жизни программирует
работу цепей головного мозга. Нет сомнений, что нарушение стабильной благо-
приятной окружающей среды в течение первых двух десятилетий жизни может по-
влиять на развитие мозга и моделей поведения у неустойчивых к стрессу людей.
Эти нарушения развития можно считать ранним программированием нервной систе-
мы, отражающим первые негативные взаимодействия с окружающим миром. Вообще
говоря, гиперреактивность стрессорного ответа может быть преимуществом, если
человек рождается в среде, полной опасностей, но какой смысл всю жизнь стра-
дать из-за симптомов СРК, появившихся как непредусмотренный эволюцией побоч-
ный эффект? И как скажется такое программирование оси головной мозг — ЖКТ на
нашем взаимодействии с триллионами кишечных микроорганизмов?
Мы уже далеко продвинулись в понимании связи между невзгодами раннего пе-
риода жизни, нарушениями взаимодействия головного мозга и ЖКТ и роли кишечной
микробиоты в этом взаимодействии. Становится ясно, что стресс, пережитый в
начале жизни, воздействует не только на головной мозг и пищеварительный
тракт, но и на кишечную микробиоту.
Исследования показали, что, когда подростки макаки-резуса в первый раз ухо-
дят от своих матерей, это вызывает у них беспокойство и диарею (что нередко
случается и с подростками, уезжающими из дома в колледж). Диарея развивается
потому, что стресс заставляет кишечник сильнее сокращаться и быстрее продви-
гать съеденную пищу по всей его длине. К тому же стресс повышает секрецию
различных пищеварительных соков в кишечнике. Эти вызванные стрессом изменения
в работе пищеварительного тракта приводят к драматическим последствиям для
микроорганизмов ЖКТ. Количество фекальных бактерий значительно снижается, в
наибольшей степени это касается лактобацилл — одного из видов защитных бакте-
рий. Такие патогенные микроорганизмы, как шигелла, или кишечная палочка (Е.
coli), осмелев в изменившихся условиях, открывают дверь для проникновения ки-
шечных инфекций. Повышению активности и стойкости этих оккупантов также спо-
собствует гормон стресса норэпинефрин (норадреналин). Впрочем, эти последст-
вия стресса оказывались временными: к концу первой недели молодые обезьяны
адаптировались к новообретенной независимости, и уровень лактобацилл кишечни-
ка вернулся к нормальному. Насколько значимо такое влияние на микробиоту ки-
шечника, если оно длится недолго? Повлияли ли на головной мозг эти временные
изменения микробиоты?
Недавнее исследование, проведенное группой Пржемысла Берчика в канадском
Университете Макмастера, подтвердило наши ранние результаты изучения той же
модели на животных: недостаток материнской заботы увеличивает реактивность
кишечника на стресс, что сопровождается изменениями в нервных цепях мозга,
связанных со стрессом. Однако не следует забывать, что животные, не получав-
шие в достаточной мере материнской заботы, демонстрировали и другие измене-
ния: например, поведение, которое можно назвать тревожным и депрессивным.
Группа Берчика впервые выявила важную роль кишечной микробиоты в развитии та-
ких поведенческих изменений. Эти «психологические» последствия плохого мате-
ринского поведения зависели от изменений в кишечной микробиоте и ее метаболи-
тах, в то время как изменения реактивности ЖКТ были связаны с повышенной ре-
акцией животных на стресс. Если эти удивительные результаты удастся подтвер-
дить в исследованиях на людях, это будет иметь серьезные последствия не толь-
ко для лучшего понимания роли кишечной микробиоты в вызываемых стрессом пси-
хических расстройствах, но и для лечения расстройств ЖКТ у Дженнифер и других
больных, переживших тяжелый опыт в начале жизни. Целенаправленное воздействие
на микробиоту при помощи диетических рекомендаций, пребиотиков и пробиотиков
может повернуть вспять некоторые последствия влияния измененной микробиоты на
головной мозг и стать важным методом лечения.
Стресс
в утробе
матери
Давно известно, что высокий уровень стресса в период вынашивания плода мо-
жет поставить под угрозу будущее здоровье ребенка. Дети, рожденные от мате-
рей, которые испытывали высокий уровень стресса, развиваются медленнее, мень-
ше весят при рождении и более восприимчивы к инфекциям. Однако до недавнего
времени мы мало что знали о потенциально пагубных последствиях материнского
стресса для развития головного мозга и формирования моделей поведения потом-
ства.
Отдельные экспериментальные данные возлагают вину за эти эффекты стрессор-
ного воздействия на микроорганизмы. Во-первых, эксперименты на обезьянах по-
казали, что стресс, испытываемый матерью, изменяет микробиоту кишечника по-
томства. Нейробиолог Крис Коу из Университета Висконсин в Мэдисоне подвергал
беременных самок макак-резусов воздействию беспокоивших шумов, включая и вы-
ключая их каждые десять минут на протяжении шести дней. Это вызывало у обезь-
ян примерно такой же стресс, который испытывает из-за городского шума бере-
менная женщина за несколько дней до родов. Удивительно, но в микробиоте ново-
рожденных обезьян, чьи матери подвергались стрессу, было гораздо меньше «хо-
роших» кишечных бактерий (лактобацилл и бифидобактерий), чем у обезьян, чьи
матери до родов жили в спокойной обстановке.
Но как материнский стресс может изменить микробиоту новорожденного, в пище-
варительном тракте которого в начале жизни практически нет микроорганизмов?
Теперь мы знаем, что стресс может изменить микробиоту влагалища матери, что,
в свою очередь, серьезно влияет на микробиоту пищеварительного тракта новоро-
жденного . Невролог Трейси Бейл из Университета Пенсильвании и участники ее
группы создавали стрессовые условия для беременных мышей, помещая их в раз-
личные некомфортные условия, в том числе подвергая длительному воздействию
запаха лисы. Бейл и ее коллеги показали, что такое воздействие на матерей
привело к серьезным последствиям для детенышей мужского пола: у них измени-
лись цепи головного мозга, отвечающие за эмоции и стрессорный ответ.
Но исследователи из Университета Пенсильвании не только доказали факт опо-
средованного влияния стресса на кишечную микробиоту животных, они также обна-
ружили значительные изменения вагинального микробиома их матерей, в частности
снижение количества лактобактерий. Давно известно, что сокращение массы ваги-
нальных лактобацилл под влиянием стресса может изменить кислотность среды
влагалища и предрасположить женщин к вагинальным инфекциям. Но почему стрес-
сорные воздействия на вагинальный микробном матери оказались столь важными
для развития головного мозга детеныша и его поведения?
Вагинальная микробиота матери сначала заселяет микробиоту кишечника детены-
ша, и эти мыши родили потомство с меньшим количеством лактобацилл в пищевари-
тельном тракте, так же как и пережившие стрессорное воздействие самки обезьян
рожают детей с пониженным количеством лактобактерии в ЖКТ. Такое влияние
стресса особенно заметно проявляется в критический момент, когда сложные
структуры кишечной микробиоты младенца и нервных цепей его головного мозга
программируются на всю последующую жизнь.
К тому же стресс мыши-матери не только влияет на кишечную микробиоту ее по-
томства , но также сказывается и на его головном мозге! Проанализировав смесь
молекул, производимых микробиотой мышей-младенцев, члены команды Трэйси Бейл
обнаружили изменения в молекулах, снабжающих животных энергией, которую с
жадностью потребляет головной мозг детеныша. Также исследователи зафиксирова-
ли поступление в организм детеныша аминокислот, помогающих мозгу быстро раз-
виваться и устанавливать новые связи между некоторыми его областями.
Какие выводы из результатов этих лабораторных исследований имеют отношение
к здоровью беременных женщин и матерей? Многие невротические расстройства го-
ловного мозга взрослого человека, в том числе тревога, депрессия, шизофрения,
аутизм, а также, вероятно, СРК, сейчас считаются следствием нарушений разви-
тия нервной системы. Это означает, что основные изменения в головном мозге
начинаются в очень раннем периоде жизни, многие из них происходят уже в утро-
бе матери. Мы узнали, что стресс является основным фактором, влияющим на из-
менения нервной системы и психических функций при их формировании. Есть, по
крайней мере, два объяснения того, как невзгоды раннего этапа жизни могут по-
влиять на взаимодействие головного мозга и пищеварительного тракта. Первое —
эпигенетическая модификация системы реагирования на стресс и оси головной
мозг — ЖКТ. Второе — вызванные стрессом изменения кишечной микробиоты и ее
продуктов, которые могут дополнительно повлиять на развитие головного мозга.
Значит, если мы действительно хотим всерьез и надолго влиять на развитие и
динамику названных выше разрушительных болезней, вмешиваться в них придется
очень рано в процессе жизни. Если взрослый пациент приходит в клинику с пол-
номасштабно выраженным синдромом, большинство назначенных ему методов лечения
будут в основном симптоматическими, а оказываемый ими эффект — временным и
неустойчивым. Добиться долговременного успеха будет очень сложно. Но, как мы
увидим, в случае с Дженнифер новое понимание ее проблем, подсказанное резуль-
татами современных научных открытий, дало более эффективные варианты лечения,
в том числе взрослых пациентов.
Микроорганизмы,
необходимые для
здорового начала
жизни
Много лет назад, только еще начиная свою исследовательскую карьеру, я стал
свидетелем поразительного события, которое и сегодня заставляет меня задумы-
ваться о микроорганизмах — попутчиках нашей жизни. Однажды во время зимних
каникул в университете мне посчастливилось присоединиться к экспедиции кино-
документалистов , которые снимали фильм об индейцах яномамо. Яномамо живут в
верхнем течении реки Ориноко, в тропических лесах Бразилии и Венесуэлы. Как-
то лунной ночью я не мог заснуть и долго лежал в гамаке возле жилища яномамо,
слушая звуки джунглей. Услышав поблизости какой-то шум, я встал из гамака,
сделал несколько шагов в сторону окружающего поселок леса и увидал пятнадца-
тилетнюю местную женщину, которая, сидя на корточках над положенным на землю
большим листом банана, почти в полной тишине рожала ребенка. Ребенок появил-
ся, и она перерезала пуповину каким-то острым предметом.
Этот младенец появился на свет самым естественным образом, без помощи или
вмешательства медиков, и все произошло так тихо, что, казалось, никто во всей
деревне этих родов даже не заметил. Условия были далеки от тех, какие создают
в современных родильных домах, которые я видел во время медицинской практики:
никакой стерильной среды, никаких акушерок и гинекологов, которые первым де-
лом обработали бы влагалище матери антисептическими средствами, очистив его
от микроорганизмов. Новый индеец племени яномамо, появляясь на свет, не толь-
ко подвергся воздействию вагинальной микробиоты матери, но и всех микроорга-
низмов, обитавших на ее руках (немытых и не обработанных санитарными средст-
вами) , на листе банана и на земле, открывавшейся там, где заканчивался этот
лист. Тем не менее, в течение следующих недель этот ребенок, которого обнима-
ли оба родителя, выглядел абсолютно здоровым.
В западном мире рождение ребенка происходит, конечно, совсем иначе, и корни
этого различия уходят далеко в прошлое. В начале XX в. французский педиатр
Анри Тиссье высказал предположение, что человеческий плод развивается в сте-
рильной среде и первый контакт с микроорганизмами происходит во время родов,
когда младенец контактирует с вагинальной микробиотой. Эта точка зрения не
подвергалась сомнению более ста лет, но сегодня у нас есть веские основания в
ней сомневаться.
Даже при здоровой беременности кишечные бактерии матери, большинство из ко-
торых являются полезными, появляются, как стало недавно известно, в крови пу-
повины , амниотической жидкости, меконии и на плаценте. По мере приближения
родов вагинальная микробиота энергично меняется, и это значительные перемены.
Разнообразие видов микроорганизмов уменьшается, возрастает число лактобацилл,
которые обычно живут в тонкой кишке. Во время родов ребенок, появившийся ес-
тественным образом, подвергается воздействию вагинальной микробиоты матери (в
том числе лактобацилл), которая и становится основным источником микроорга-
низмов , колонизирующих его кишечник. Именно так состав вагинальной микробиоты
матери создает основу для совокупности кишечных микроорганизмов, которая со-
хранится затем на протяжении всей жизни человека. Микробиоты ЖКТ матерей так-
же снабжают новорожденных детей основной частью их метаболического механизма
— именно они формируют у ребенка способность переваривать молочные сахара и
специальные карбогидраты грудного молока.
Поскольку вагинальная микробиота может с самого начала помочь желудочно-
кишечному тракту новорожденного функционировать, как это свойственно здорово-
му организму, ученые задаются вопросом, не ставит ли кесарево сечение под уг-
розу будущее здоровье головного мозга новорожденного? Удивительно, что в та-
ких странах, как Бразилия и Италия, доля младенцев, рожденных при помощи ке-
сарева сечения, выше доли тех, кто появляется на свет естественным образом,
хотя исследователи пока ничего не знают о долгосрочных последствиях отсутст-
вия вагинально опосредованного программирования кишечной микробиоты младенца
для развития его мозга. Пока лишь известно, что кишечник младенцев, появив-
шихся при помощи кесарева сечения, колонизируют не вагинальные микроорганизмы
матери, а микроорганизмы, обитающие на коже матери, акушерок, врачей и медсе-
стер, а также других новорожденных, находящихся в родильном отделении. Также
известно, что столь важным для здоровья и полезным бактериям, как бифидобак-
терии, требуется больше времени, чтобы колонизировать кишечник «кесаренка»,
чем кишечник младенца, рожденного естественным образом. Мы также знаем, что
опасный кишечный микроорганизм Clostridium difficile с большей вероятностью
разовьется у детей, появившихся при помощи кесарева сечения, чем у детей, ро-
дившихся естественным образом. Более того, такие дети с возрастом становятся
все более склонными к ожирению. Ученые подозревают, что кесарево сечение так-
же может сделать ребенка с самого рождения более уязвимым к изменениям в пи-
щеварительном тракте и головном мозге, а также к серьезным заболеваниям моз-
га, в том числе к аутизму. Причины и механизмы всех этих явлений сейчас ис-
следуются. Наконец, из результатов важного исследования на мышах, проведенно-
го группой Блейзера, мы знаем, что временные нарушения кишечной микробиоты в
раннем периоде жизни, вызванные даже небольшими дозами антибиотиков, могут
иметь долгосрочные последствия во взрослом возрасте, в частности риск ожире-
ния от склонности к еде с высоким содержанием жиров.
Адаптированные
для выживания
Выживание вида является одним из догматов эволюции, и природа запрограмми-
ровала каждый вид так, чтобы он смог этого добиться. Именно благодаря этому
программированию человек и его животные предки выживали на протяжении миллио-
нов лет. В этой главе описывается несколько механизмов, с помощью которых
стресс, пережитый на раннем этапе жизни, может повлиять на головной мозг и
поведение животных и человека. Особое внимание уделяется растущему пониманию
того, как стрессовые ситуации и стрессорное воздействие, которое пережили ма-
тери, приводят к долгосрочным изменениям в головном мозге детей. Используя
различные биологические пути и механизмы, эти изменения программируют систему
реакций человека на стресс, возникающий в опасном окружающем мире. Вступая в
контакт с младенцем, мать изменяет сеть салиентности (salience system) в его
мозге, а значит, внутренние ощущения и бессознательные реакции младенца так,
чтобы в будущем он был готов к встрече с потенциально опасным миром. Измене-
ния микробиоты влагалища матери приводят к изменениям микробиоты пищевари-
тельного тракта младенца. Основные материнские гены, реагирующие на стресс,
получают метки в виде особых химических веществ — метильных групп, что приво-
дит к эпигенетическим изменениям, которые могут сохраняться на протяжении не-
скольких поколений.
Почему эволюция оставила нам механизм, который делает нас нездоровыми и не-
счастными? Если природа в своей мудрости использовала несколько стратегий,
предназначенных для достижения одной и той же цели (а эти стратегии можно
найти у многих видов, в том числе и у людей) , для этого должна быть какая-то
причина.
Все научные данные указывают одно и то же. Когда мать сталкивается с ситуа-
цией, которую она считает опасной, все эти стратегии предназначены для проч-
ного усвоения ее ребенком единственного варианта реагирования — «сражайся или
убегай», а также для того, чтобы его поведение было более осторожным, менее
агрессивным, а сам ребенок стал менее общительным. Даже не ведая этого, мать
готовит своего ребенка к жизни в мире, который она воспринимает как опасный.
Возможно, эта система помогала людям, когда им приходилось убегать от напа-
давших львов или побеждать соперника в кулачном бою, как это делали наши
древние предки. Несмотря на отсутствие научных данных, которые подтверждали
бы эту гипотезу, она может сделать миллионы людей более устойчивыми и лучше
приспособленными к враждебным условиям жизни. Ведь и в настоящее время людям,
к несчастью, приходится драться, сталкиваться с голодом и стихийными бедст-
виями , жить во враждебной среде.
Однако тем, кто живет в относительно безопасных промышленно развитых обще-
ствах, приходится дорого платить за эти древние врожденные биологические про-
граммы. Как мы уже знаем, гиперактивность системы «сражайся или убегай» с ее
повышенным числом гормонов стресса, циркулирующих по нашему организму, может
привести к серьезным психическим заболеванием, в том числе к тревожным рас-
стройствам, паническим состояниям и депрессии. Она также может вызвать непри-
ятный набор связанных со стрессом соматических расстройств, включая ожирение,
метаболический синдром, инфаркты и инсульты. Наконец, гиперреактивность оси
головной мозг — пищеварительный тракт, вызванная этим программированием, мо-
жет привести к хроническим расстройствам кишечника — синдрому раздраженной
толстой кишки и хроническим болям в животе.
Мы пока не знаем, насколько вредно для беременной женщины беспокойство, ко-
гда за несколько дней до ожидаемых родов она застревает в автомобильной проб-
ке или нервничает из-за приближения срока сдачи проекта или финансовых труд-
ностей. Мы не знаем, следует ли ей вообще работать до самых родов. Как не
знаем пока и того, в какой мере противомикробная обработка до и во время ро-
дов, кесарево сечение или диета и стресс молодой матери изменяют вагинальную
микробиоту и угрожают здоровью ребенка. Мы не знаем, объясняется ли стреми-
тельный рост числа случаев аутизма, ожирения и других заболеваний за послед-
ние полвека радикальными переменами, которые мы внесли в жизнь наших детей.
Однако очевидно, что некоторые виды материнского стресса во время беременно-
сти и семейные невзгоды в годы взросления детей мешают развитию их головного
мозга и несут с собой высокие риски искажения взаимодействия головного мозга
и ЖКТ. Я твердо убежден, что любое вмешательство в нормальное программирова-
ние кишечной микробиоты — стресс, которого можно было бы избежать, кесарево
сечение, необоснованное применение антибиотиков и вредные привычки питания во
время пренатальнохю и постнатальнохю периодов — может заложить основу для по-
следующих нарушений работы оси головной мозг — ЖКТ. Причем эти изменения у
ребенка долго могут оставаться незамеченными, иногда до тех пор, когда уже
слишком поздно пытаться обратить ситуацию вспять. Знание этих связей и сущно-
сти основных биологических механизмов — только первый шах1. Гораздо труднее
минимизировать нездоровые влияния. И в то же время есть варианты терапии, ко-
торые могут с успехом применять большинство матерей. Все достаточно просто:
режим здорового питания, простые методы снятия стресса во время беременности
и повышенное внимание к приему лекарств, чтобы избежать нежелательного воз-
действия антибиотиков.
Новые методы лечения
нарушений взаимодействия
головного мозга и ЖКТ
Теперь мы знаем, что с того момента, когда в утробе женщины появляется
плод, стресс, испытываемый будущей матерью, может повысить его восприимчи-
вость к стрессорным воздействиям, кишечным заболеваниям, тревожным расстрой-
ствам и депрессии. И это программирование здоровья ребенка на самом раннем
этапе жизни не ограничивается поведением матери. Любое воздействие, представ-
ляющее серьезную опасность для физического благополучия плода, может сделать
его более восприимчивым к перечисленным выше угрозам.
Эти знания помогают лучше понять корни проблем со здоровьем Дженнифер. На-
помним, что, когда она еще была в утробе матери, у ее бабушки по материнской
линии диагностировали рак молочной железы, что потрясло и сильно встревожило
ее беременную мать. Когда Дженнифер была маленькой девочкой и нуждалась в се-
мейной заботе, ее родители сильно ссорились, а когда ей исполнилось восемь
лет, они развелись. Очень многие пациенты с СРК рассказывают, что в первые
годы своей жизни они сталкивались со стрессом, а на долю Дженнифер стрессовых
ситуаций досталось слишком много. Этот стресс, скорее всего, повысил вероят-
ность развития у нее тревожности и депрессии и возникновения симптомов со
стороны желудочно-кишечного тракта во взрослом возрасте. Тот факт, что ее
мать и бабушка страдали от расстройств, связанных со стрессом и сопровождав-
шихся похожими симптомами, только дополнительно свидетельствовал о ее уязви-
мости перед такими недугами, развитию которых предположительно способствовали
генетические и/или эпигенетические механизмы.
Теперь, встречая пациентов, у которых, как у Дженнифер, наблюдаются связан-
ные со стрессом хронические симптомы, включая тревожность или СРК, я строю
свои рекомендации, исходя из новых данных о взаимодействии между головным
мозгом и пищеварительным трактом. «В развитии ваших симптомов почти наверняка
сыграли роль ранние детские переживания, — говорю я обычно. — Это касается и
ваших проблем с желудочно-кишечным трактом, тревожности и депрессии». Я хочу
убедиться, что пациент понимает биологическую природу своих симптомов, то
есть знает, что они не просто «в его голове», как могли бы сказать другие
врачи. «Но если это все было заложено в первые годы моей жизни и если история
моей семьи повышает вероятность, что я буду страдать от этих симптомов, зна-
чит, я буду жить с этой болью до конца моих дней?», — спросила меня огорчен-
ная Дженнифер. Я сказал, что для нее у меня есть две новости. Плохая заключа-
ется в том, что связь между головным мозгом и пищеварительным трактом запро-
граммирована на всю жизнь, а хорошая — что у нас имеется уникальная область
головного мозга — префронтальная кора, которая дает возможность исправить
функционирование измененных нервных цепей и усвоить новые модели поведения.
Есть несколько методов терапии, которые помогают изучать эти новые модели
поведения. Они действуют по принципу добавления нового кода — «компьютерной
заплатки», которая компенсирует недостатки компьютерной программы. Такие ме-
тоды лечения включают краткий курс когнитивно-поведенческой терапии, гипноза
или другого вмешательства в работу сознания для ослабления стрессорного отве-
та. Эти методы ослабляют такой синдром, как СРК, и часто помогают избавиться
от связанных с головным мозгом и ЖКТ симптомов депрессии и тревоги. Еще одна
хорошая новость содержится в выводах последних исследований. Перечисленные
выше методы действительно могут изменять нервные цепи в головном мозге, тем
самым помогая префронтальной коре контролировать гиперактивные цепи, отвечаю-
щие за эмоции. Также они могут помочь перезапустить неиросеть салиентности в
мозге и заново научить ее оценивать потенциально опасные ситуации. Иногда та-
кие методы воздействия на сознание требуют небольшой поддержки часто крити-
куемыми психотропными препаратами, в частности антидепрессантами, которые по-
казали положительные результаты на подопытных животных, перенесших стрессор-
ное воздействие в начале жизни. Мой первоначальный план почти всегда включает
очень небольшие дозы таких трициклических антидепрессантов, как элавил (амит-
риптилин), или аналогичных препаратов, которые помогают успокоить лимбическую
систему на ранних этапах лечения. Те же препараты помогают уменьшить боль в
животе с минимальными побочными эффектами и без каких-либо последствий для
настроения или психического состояния. При необходимости беспокойство и де-
прессию пациента облегчат, а настроение стабилизируют полные дозы современных
антидепрессантов, включая селективные ингибиторы обратного захвата серотони-
на. Эти препараты приносят пользу примерно 30 % пациентов, а при их сочетании
с нефармакологическими способами лечения вероятность успеха значительно повы-
шается .
Основываясь на новых научных знаниях о роли кишечной микробиоты в изменении
взаимодействий между головным мозгом и пищеварительным трактом, я предложил
Дженнифер увеличить потребление пробиотиков. Такие полезные микроорганизмы,
как лактобациллы и бифидобактерии, которые организм может получать с фермен-
тированными продуктами, йогуртами или в виде пробиотических капсул, могут по-
высить разнообразие экосистемы микроорганизмов кишечника. Помимо природных
пробиотиков, содержащихся в ферментированных пищевых продуктах, я рекомендую
попробовать небольшое количество капсулированных пробиотиков, которые хорошо
проявили себя в клинических испытаниях.
В конце концов, Дженнифер согласилась на интегральную терапию, которую я ей
порекомендовал. Она включала краткий курс когнитивно-поведенческой терапии, в
том числе инструкции по саморелаксации и самовнушению. Дженнифер перешла на
диету с высоким содержанием ферментированных продуктов, стала принимать про-
биотики и добавила к принимаемой ей селексе небольшую дозу антидепрессанта
элавила. Я известил Дженнифер, что для улучшения состояния, вероятно, потре-
буются лекарственные и нелекарственные методы, но, если она будет придержи-
ваться назначенного плана лечения, у нее хорошие шансы уменьшить в течение
года количество принимаемых лекарств.
Полностью симптомы у Дженнифер не исчезли. Но спустя несколько месяцев она
снова пришла ко мне в клинику и сообщила об улучшении качества своей жизни и
самочувствия «на 50 %». По ее словам, теперь ее гораздо реже беспокоили боли
в животе, а периоды почти нормального функционирования кишечника стали более
продолжительными. К тому же она значительно реже испытывала чувство тревоги.
Перед тем как покинуть мой кабинет, она пожала мне руку и со слезами на гла-
зах сказала: «Я хотела бы, чтобы кто-нибудь объяснил мне про все эти связи
намного раньше, в частности то, что мои тревоги, депрессия и СРК были связаны
с тяжелой жизнью в детстве». Дженнифер не единственный пациент, который при
прощании говорил мне это.
В некотором смысле такие люди, как Дженнифер, прекрасно адаптировались к
стрессам своей юности, поскольку их мозг, пищеварительный тракт и даже кишеч-
ная микробиота многообразно запрограммированы на то, чтобы справляться с
опасными ситуациями. Если бы больше врачей знали об этом, они помогли бы па-
циентам с СРК и многими другими заболеваниями, связанными со стрессом. А если
бы об этом заранее знали пациенты, они быстрее получали бы помощь и чувство-
вали себя увереннее.
Однако программированию на раннем этапе жизни подвергаемся все мы. Наши ма-
тери биологически запрограммировали нас на выживание и начали это делать, еще
когда мы были в утробе. Потом семья сделала все возможное, чтобы подготовить
нас к жизни в сложном мире. Все эти действия оставляют глубокий отпечаток на
основных эмоциях и влияют на то, как мы справляемся с трудностями, принимаем
решения, а, возможно, на то, какой становится наша личность. Понимая, как ра-
ботает это естественное программирование, и зная, как починить с помощью «за-
платок» любые неадаптированные программы, мы сможем избежать чрезмерных и уже
не столь полезных, как в далеком прошлом, реакций со стороны организма.
ГЛАВА 6
Новое понимание
природы эмоций
Эмоции окрашивают наши мысли и влияют на наши решения с первых дней жизни.
Когда возникает опасность, эмоции помогают нам вступить с нею в сражение или
убежать. С их помощью человек отыскивает себе пару и общается со своими деть-
ми. Эмоции создают вкусы, влияют на здоровье, способствуют появлению вредных
привычек и разжигают огонь страстей. Чувства — главное, что делает нас людь-
ми.
Веками философы, психологи, а позже и нейрофизиологи исследовали эмоции.
Они предлагали все более сложные теории, называя источником эмоций сознание,
головной мозг или организм в целом. Но в последние несколько лет были получе-
ны новые данные, позволяющие предположить, что на эмоции может влиять источ-
ник, о котором практически никто не мог и подумать. Эти революционные резуль-
таты свидетельствуют о том, что решающую роль в сложных взаимодействиях между
сознанием, головным мозгом и пищеварительным трактом играют микроорганизмы
пищеварительного тракта. Это захватывающее открытие породило новые идеи, ло-
мающие прежнюю парадигму, — идеи о роли этих невидимых существ во внутренних
реакциях и внутренних ощущениях и о том, как они могут влиять на наше на-
строение, сознание и даже на мысли.
Могут ли
микроорганизмы ЖКТ
изменить ваш мозг?
Несколько лет назад, впервые встретив на приеме Люси, женщину 66 лет, я не
счел ее проблемы со здоровьем сколько-нибудь необычными. Она много лет стра-
дала от легкого запора и дискомфорта в животе, ей был поставлен диагноз —
синдром раздраженного кишечника. С врачебной точки зрения историю Люси любо-
пытной делали симптомы тревожности. К тому времени, когда я занялся ее лече-
нием, она в течение двух лет страдала от тяжелых панических атак, случавшихся
у нее раз в несколько недель и сопровождавшихся сильным страхом, учащенным
сердцебиением, одышкой и чувством обреченности. Эти симптомы появлялись вне-
запно, обычно ослабевая через 20 минут. В периоды между приступами общий уро-
вень тревожности, как заметила Люси, также возрастал. Многие пациенты, кото-
рые приходят ко мне на прием с желудочно-кишечными симптомами, рассказывают о
случающихся у них приступах паники, однако обстоятельства появления этих сим-
птомов у Люси были очень необычными.
Около двух лет назад у нее появилась хронически повторяющаяся заложенность
носа и головные боли, врачи поставили ей диагноз: инфекция пазух носа. Во
время двухнедельного курса ципрофлоксацина (в таких ситуациях назначают анти-
биотики широкого спектра действия, которые убивают массу различных патогенных
микроорганизмов, а также собственные микроорганизмы ЖКТ) она заметила, что ее
стул стал более частым и более жидким, хотя во всем остальном самочувствие
было хорошим. Чтобы справиться с такими последствиями, Люси несколько недель
принимала пробиотики, после чего стала чувствовать себя нормально.
Примерно через шесть месяцев у нее снова начались запоры и головные боли.
Врач прописал ей другой антибиотик широкого спектра действия, который она
принимала в течение трех недель. И снова возник постоянный дискомфорт в живо-
те . До сих пор ничего особенного в ее истории болезни не было: при приеме ан-
тибиотиков у многих пациентов появляются временные изменения в привычном
функционировании кишечника, так как эти лекарства на время подавляют кишечную
микробиоту, уменьшают ее разнообразие, что необходимо для оптимальной работы
кишечника. Из опросов пациентов и результатов клинических исследований из-
вестно, что побочные эффекты могут включать длительные ощущения дискомфорта в
пищеварительном тракте, а иногда и симптомы, похожие на СРК. У подавляющего
большинства пациентов эти проблемы проходят, но пациенты, начинающие жить с
менее разнообразной микробиотой, кажется, становятся более восприимчивы к та-
ким побочным эффектам.
Так как Люси больше не принимала антибиотиков, я порекомендовал ей пить
больше жидкости и питаться разнообразными ферментированными продуктами, в том
числе есть йогурт и квашеную капусту, а дополнительно принимать пробиотиче-
ские добавки. Цель лечения состояла в том, чтобы повысить разнообразие кишеч-
ной микробиоты до такой степени, чтобы восстановить ее первоначальный состав.
В то же время я настоятельно рекомендовал Люси использовать различные методы
облегчения симптомов тревоги, включая саморелаксацию, глубокое брюшное дыха-
ние и технику безоценочного осознавания. Кроме того, я назначил ей клонопин,
похожее на валиум лекарство, растворяемое под языком, которое Люси должна бы-
ла принимать, если начнется полномасштабный приступ паники. Этот комбиниро-
ванный режим лечения постепенно нормализовал работу кишечника, и через шесть
месяцев ее панические атаки стали случаться реже. Когда я в последний раз ви-
дел Люси, у нее был только один приступ, причем в легкой форме, и поэтому ей
больше не нужно было принимать клонопин.
Приступы паники и повышенная тревожность возникли у Люси через несколько
недель после появления симптомов со стороны желудочно-кишечного тракта, а ко-
гда эти симптомы стали проходить, стали более редкими и приступы паники, и
состояния тревоги. Я подозревал, что два последовательных курса антибиотиков
широкого спектра временно изменили популяцию микробиоты ЖКТ и режим его функ-
ционирования. Это привело к появлению желудочно-кишечных симптомов, похожих
на СРК, которые исчезли вскоре после прекращения приема лекарства. Не мог ли
антибиотик вызвать изменения в составе кишечной микробиоты, что, в свою оче-
редь , способствовало возникновению симптомов тревоги?
Не вырабатывает
ли микробиота ЖКТ
успокоительное ?
Когда в 2011 г. я впервые увидел Люси в своей клинике, научных фактов, ко-
торые подтверждали бы связь между микробиотой кишечника и эмоциональным со-
стоянием, было очень мало — всего несколько описаний клинических случаев. Од-
нако чуть позже в том же году группа исследователей из Канады сообщила об ин-
тригующих результатах своих экспериментов на животных. Эти данные позволили
предположить, что сами кишечные микроорганизмы производят нейромедиаторы,
способные изменять эмоциональное поведение.
Пржемысл Берчик и его команда из Университета Макмастера в течение недели
поили группу здоровых мышей коктейлем из трех антибиотиков широкого спектра
действия. Ученые контролировали состав кишечной микробиоты мышей и их поведе-
ние до, во время и после приема антибиотиков. Как и ожидалось, это лечение в
значительной степени изменило состав кишечной микробиоты животных, увеличив
популяции одних групп микроорганизмов (в частности, нескольких видов лактоба-
цилл) и уменьшив популяции других. Однако Берчика удивило, что у мышей, про-
шедших лечение антибиотиками, увеличилась исследовательская активность — они
начали проводить больше времени на хорошо освещенных открытых участках своих
клеток или экспериментальных установок, а не в темных и защищенных местах,
которые они предпочитали ранее. Поскольку мыши не могут рассказать нам о сво-
их симптомах тревоги, такое поведение рассматривается как сигнал, свидетель-
ствующий, что животные менее тревожны или, как отмечают исследователи, теперь
демонстрируют менее «тревожный тип поведения».
Через две недели после курса антибиотиков поведение мышей и их кишечная
микробиота вернулись к нормальному состоянию, из чего можно предположить, что
наблюдаемые изменения в эмоциональном поведении животных и вызванные антибио-
тиками изменения микробиоты кишечника связаны между собой. Но каким образом
головной мозг получал информацию об изменениях в кишечнике, вызванных анти-
биотиками? Очевидным кандидатом на роль механизма передачи сигналов от кишеч-
ных микроорганизмов к головному мозгу был блуждающий нерв — основной канал
коммуникаций между ЖКТ и головным мозгом. И действительно, мыши, у которых
блуждающий нерв был перерезан, после подавления микробиоты антибиотиком боль-
ше не проявили снижения тревожности. Эти наблюдения наводят на мысль, что ки-
шечная микробиота здоровых мышей стабильно поставляет вещества, которые спо-
собны подавить тревогу, и головной мозг оповещается об этом через блуждающий
нерв.
Какие вещества, производимые кишечной микробиотой, могли приводить к такому
анксиолитическому эффекту? Предыдущие исследования показали, что некоторые
микроорганизмы способны производить нейромедиаторную гамма-аминомасляную ки-
слоту (ГАМК). Это одна из наиболее распространенных сигнальных молекул в
нервной системе, контролирующая отделы головного мозга, отвечающие за эмоции,
и лимбическую систему. Многие успокоительные препараты — валиум, ксанакс и
клонопин — нацелены на ту же систему сигнализации, имитируя действие ГАМК.
Ранние свидетельства о связи между кишечными микроорганизмами, ГАМК и функ-
циями головного мозга были получены около 30 лет назад у пациентов с прогрес-
сирующим циррозом печени. Со временем психическое состояние таких пациентов
ухудшается, а уровень алертности (состояния постоянной внутренней готовности)
возрастает. Корда же они получают препарат, который блокирует действие сиг-
нальной системы ГАМК, их когнитивные функции быстро улучшаются, а уровень
энергии возрастает. Удивительно, но при получении антибиотиков широкого спек-
тра действия функции головного мозга также улучшались. В то время исследова-
тели еще не могли четко объяснить, как цирроз печени может привести к увели-
чению активности ГАМК в головном мозге. Сегодня мы знаем, что увеличенный
объем ГАМК, производимой в пищеварительном тракте измененной микробиотой,
отыскивает путь к специфическим ГАМК-рецепторам в головном мозге, где и по-
давляет когнитивные процессы и эмоциональные системы головного мозга. Как в
экспериментах с мышами Берчика, антибиотики широкого спектра действия умень-
шают популяцию бактерий, продуцирующих ГАМК, что приводит к снижению ее уров-
ня в головном мозге и улучшению его работы.
Эти эксперименты четко зафиксировали тот факт, что микроорганизмы, обитаю-
щие в нашем пищеварительном тракте, могут производить успокоительные молеку-
лы, а те при определенных обстоятельствах могут влиять на головной мозг. Од-
нако у подавляющего большинства пациентов, получающих антибиотики, не наблю-
дается никаких побочных эмоциональных эффектов. Возникает вопрос: не могли бы
мы воспользоваться этими знаниями для лечения тревожных расстройств с помощью
микроорганизмов, продуцирующих ГАМК в виде пробиотиков? Мы знаем, что некото-
рые штаммы лактобацилл (лактобактерий) и бифидобактерий, двух из наиболее
изученных семейств полезных кишечных бактерий, имеют механизмы синтеза, спо-
собные производить ГАМК. Так как различные штаммы бактерий этих двух родов
являются активными ингредиентами большинства коммерчески доступных пробиоти-
ков и поскольку обе группы также обычно имеются в изобилии в ферментированных
пищевых продуктах, то, возможно, диета, обогащенная этими микроорганизмами,
сделает нас менее напряженными? Вероятно, такое простое решение, как потреб-
ление ферментированных продуктов и пробиотиков, поможет людям, склонным к
тревогам, понизить уровень тревожности? Немногочисленные исследования, прове-
денные на мышах, позволяют выдвинуть предположение, что это на самом деле мо-
жет подействовать. Так, ученые наблюдали снижение тревожности в поведении
здоровых взрослых мышей, когда они кормили их пробиотиками Lactobacillus
rhamnosus. В другом исследовании было установлено, что другой вид пробиотиков
Lactobacillus longum заметно снижает уровень тревожности у мышей, больных ко-
литом и хроническим воспалением толстой кишки. Имеется ряд клинических свиде-
тельств, что такие «психобиотические» эффекты могут быть достигнуты и у лю-
дей.
Единственный надежный способ оценить возможное влияние пробиотиков на мозг
человека — провести контролируемое клиническое испытание на людях. В таком
испытании волонтеры случайным образом распределяются по двум группам: в одной
участники принимают активное вещество (например, пробиотик), в другой, кон-
трольной, принимают плацебо — вещество, которое не отличается от лекарства по
внешнему виду, вкусу или запаху, но не производит никаких известных внутрен-
них действий. Для повышения надежности проверки ни участники, ни ученые до
конца эксперимента не могут знать, в какой группе оказался тот или иной уча-
стник . Именно такое слепое рандомизированное и контролируемое исследование
является в медицине золотым стандартом для оценки эффективности всех видов
лечения.
В 2013 г. Кирстен Тиллич использовала такой подход в нашем научно-
исследовательском центре, случайным образом распределив 36 участниц экспери-
мента по трем группам. В течение четырех недель участники группы активного
лечения дважды в день ели йогурт, обогащенный штаммом пробиотической бактерии
Bifidobacterium lactis, а также тремя другими видами бактерий (Streptococcus
thermophiles, Lactobacillus bulgaricus и Lactococcus lactis), которые обычно
используются для превращения молока в йогурт. Участники второй группы получа-
ли неферментированный молочный продукт, в котором не было ни одного пробиоти-
ка, но по вкусу, консистенции и внешнему виду он был неотличим от йогурта,
обогащенного пробиотиками. Участники третьей группы не ели никаких молочных
продуктов.
В начале и в конце четырехнедельного исследования мы опросили каждую женщи-
ну об общем самочувствии, настроении, уровне тревожности и функционировании
кишечника. Затем Кирстен Тиллич провела МРТ-сканирование головного мозга каж-
дой испытуемой и проверила их способности оценивать эмоции других людей по
выражению лица.
Задание заключалось в том, чтобы, посмотрев на лица трех разных людей, ко-
торые выглядели рассерженными, напуганными или грустными, быстро определить,
какие два из трех лиц передают одинаковые эмоции. Люди во всем мире, незави-
симо от расы, страны или языка, очень верно и быстро — за доли секунды — де-
лают такие оценки, из чего можно предположить, что это очень простой врожден-
ный рефлекторный эмоциональный отклик, который, вероятно, связан с рефлектор-
ным эмоциональным поведением животных. При выполнении такого задания не за-
действуются сложные нервные цепи в мозге, необходимые для формирования чувст-
ва, и потому тестируемые не испытывают ни грусти, ни злости.
При выполнении задания на распознавание эмоций участницы, в течение четырех
недель получавшие пробиотическую смесь, показали меньшую связь между рядом
областей мозга, чем участницы, получавшие молочные продукты без пробиотиков.
Так некоторые удивительные результаты исследований на мышах подтвердились и в
отношении людей, а именно: манипулирование кишечной микробиотой может заметно
изменить функцию головного мозга человека во время выполнения задания, свя-
занного с эмоциями, по крайней мере, на самом базовом уровне эмоционального
рефлекса.
Но как пробиотические бактерии из йогурта общаются с головным мозгом испы-
туемых? Сначала мы думали, что регулярный прием пробиотиков может изменить
кишечную микробную композицию, которая, в свою очередь, может повлиять на ра-
боту мозга. Однако, проанализировав состав микроорганизмов в фекальной массе
участников исследования, мы не обнаружили никаких признаков воздействия про-
биотиков на видовой и количественный состав кишечной микробиоты, кроме при-
сутствия самого пробиотического микроорганизма. Из этого следовало, что по-
требление йогурта не изменило микробиоты участниц экспериментов. Однако из
проведенного ранее исследования мы уже знали, что идентичное пробиотическое
лечение может изменить метаболиты, вырабатываемые кишечными микроорганизмами.
Можно было обоснованно предположить, что некоторые из этих метаболитов, полу-
чивших стимулирование со стороны пробиотиков, добираются до головного мозга
либо с кровотоком, либо через сигналы блуждающего нерва и меняют его эмоцио-
нальную реактивность. В коммуникациях между микробиотой и головным мозгом,
возможно, какое-то участие принимают и клетки пищеварительного тракта, содер-
жащие серотонин. Недавно появилось сообщение, что некоторые кишечные микроор-
ганизмы могут стимулировать выработку серотонина в этих клетках, что изменяет
уровень этого неиромедиатора в пищеварительном тракте и значительно влияет на
силу передаваемого из ЖКТ в мозг сигнала, который модулирует эмоции, болевую
чувствительность и самочувствие. Если данная информация подтвердится, это от-
кроет поистине удивительные перспективы в лечении нарушений взаимодействия
головного мозга и пищеварительного тракта. Потребляя определенные пробиотики,
содержащиеся в ферментированных продуктах или обогащенных ими молочных про-
дуктах и фруктовых соках, и регулируя уровень жизненно важного неиромедиатора
серотонина, мы сможем тонко настраивать систему, которая контролирует многие
функции мозга — от настроения до болевой чувствительности и сна.
Наши испытуемые были тщательно отобраны, они были здоровы и не имели ника-
ких вызывающих опасение физических или психологических симптомов, поэтому мы
можем только догадываться о том, приводили ли изменения, вызванные конкретным
пробиотиком, к изменению их уровня тревожности. Но так как испытуемые показа-
ли пониженную реактивность эмоциональных цепей мозга, когда обращали внимание
на сердитые, грустные и страшные лица, мы узнали, что некоторые пробиотики
способны ослабить эмоциональные реакции на отрицательный контекст.
Я был поражен этими выводами. Кто мох1 представить еще недавно, что регуляр-
ное потребление йогурта, который продается в любом супермаркете, может повли-
ять на работу головного мозга? Для нашей исследовательской группы эти резуль-
таты открыли совершенно новый подход к тому, как можно анализировать работу
головного мозга в здоровом состоянии и в период болезни и как можно сохранять
разум здоровым.
Только в последние несколько лет ученые начали исследовать роль питания для
здоровья головного мозга и возможную роль кишечной микробиоты в отношениях
между питанием и сознанием. Я убежден, что это быстро развивающееся научное
направление коренным образом изменит наши представления о том, какие продукты
полезны для нашего эмоционального и психического благополучия. В будущем это
может изменить способы лечения тревожных расстройств и депрессии.
Роль микробиоты в
развитии депрессии
Если вы когда-нибудь страдали от депрессии, то, вероятно, помните, как вам
было грустно и тоскливо, какое чувство безнадежности вы переживали. Об этих
симптомах мы обычно рассказываем своим друзьям и близким, описывая депрессию,
и это действительно неприятное состояние. Возможно, вы сумеете вспомнить и
некоторые другие ее симптомы. Замечали ли вы у себя повышенную нервозность
или раздражительность? Были у вас трудности со сном или концентрацией внима-
ния? Такие симптомы развиваются у человека с тревожным расстройством. Почти у
половины пациентов с диагнозом «депрессия» отмечаются симптомы тревожности, а
у многих страдающих от хронической тревожности — симптомы депрессии. Методы
лечения депрессии, особенно при помощи препаратов, известных как селективные
ингибиторы обратного захвата серотонина, часто ослабляют и симптомы хрониче-
ской тревожности. Можно утверждать, что два этих заболевания являются близки-
ми родственниками.
Но если манипуляции с микробиотой кишечника у мышей, в том числе прием про-
биотиков, могут ослабить беспокойное поведение этих животных, может быть,
пробиотики также могут ослабить у мышей чувства, эквивалентные депрессии?
Джон Крайн, ирландский психиатр из Университетского колледжа в Корке, опубли-
ковал несколько статей, подтверждающих эту гипотезу. Для описания свойств ки-
шечных микроорганизмов, способных менять настроение, он предложил хорошо за-
поминающийся термин — Melancholic microbes (меланхолические микроорганизмы).
В одном из исследований его группа давала лабораторным крысам пробиотиче-
ские бактерии Bifidobacterium infantis, названные так потому, что это один из
первых бактериальных штаммов, который мать во время родов передает своему ре-
бенку . Затем ученые заставили крыс плавать, чего эти животные делать не лю-
бят, в результате у них активизировалась стресс-реализующая система. При этом
уровень в крови цитокинов — разновидности воспалительных молекул — повышался
(такая же реакция происходит в организме человека). Когда крысам давали про-
биотик, казалось, что изменения в крови и головном мозге шли на убыль, но на
подавленное поведение животных это никак не влияло. В другом исследовании
ученые установили, что определенный штамм бифидобактерий снижал у мышей уро-
вень экспериментально вызванной депрессии и тревожного поведения так же эф-
фективно, как это делает популярный антидепрессант лексапро (эсциталопрам).
Можно ли на основе этих результатов предположить, что пробиотики столь же
эффективно будут смягчать депрессию у людей? Предварительные данные свиде-
тельствуют, что в отношении некоторых депрессивных пациентов это вполне воз-
можно . В ходе рандомизированного слепого исследования французские ученые каж-
дый день в течение месяца давали 55 здоровым мужчинам и женщинам пробиотиче-
ский коктейль из лактобацилл и бифидобактерий. В группе, получавшей пробиоти-
ки, наблюдалось небольшое смягчение психологического стресса и снижение тре-
вожности по сравнению с контрольной группой, пробиотики не получавшей. Бри-
танские исследователи в своем эксперименте давали 124 здоровым людям другой
вид лактобактерий. У испытуемых, которые в начале этого исследования были бо-
лее подавленными, такое лечение привело к значительному улучшению настроения.
Эти исследования являются хорошим началом, но нужны более масштабные и бо-
лее тонко продуманные клинические испытания, чтобы наверняка установить, мо-
гут ли пробиотические микроорганизмы подбодрить человека, если он находится в
депрессии, успокоить, когда он тревожится, или положительно повлиять на пси-
хическое состояние. В то же время можно утверждать, что человек сам может по-
ложительно повлиять на диалог между головным мозгом, пищеварительным трактом
и микробиотой, если будет больше внимания обращать на то, чем он кормит своих
кишечных микроорганизмов. Как будет подробно рассказано в последующих главах,
наша еда серьезно влияет на здоровье ЖКТ. И этот вывод предоставляет нам лег-
кий, приятный и недорогой способ изменения и улучшения взаимодействий между
головным мозгом и пищеварительным трактом.
Роль
стресса
У большинства пациентов с тревожными расстройствами, депрессией, СРК или
другими заболеваниями головного мозга и сбоями взаимодействия между головным
мозгом и пищеварительным трактом развивается повышенная чувствительность к
стрессовым событиям, а в состоянии стресса часто происходит резкое усиление
желудочно-кишечных симптомов. Теперь нам известно, что кишечная микробиота
играет важную роль в развитии реакций стрессорных центров головного мозга. Мы
также знаем, что серьезно изменить поведение кишечных микроорганизмов, сделав
их более агрессивными и опасными, могут такие посредники стрессорной системы,
как гормон стресса норадреналин (норэпинефрин).
Одной из первых подсказок о возможном влиянии микробиоты ЖКТ на эмоции ста-
ли результаты экспериментов на так называемых стерильных (свободных от микро-
организмов) мышах. Именно на таких животных проводилось большинство исследо-
ваний связей между кишечной микробиотой и головным мозгом. В отличие от жи-
вотных, выращенных в нормальных условиях и подвергающихся воздействию микро-
организмов из пищи и воздуха, от ухаживающих за ними людей, а также из их
собственных фекалий, стерильные животные рождаются и разводятся в полностью
асептической среде, где нет микроорганизмов. Ученые разводят и получают таких
стерильных от рождения мышей при помощи кесарева сечения и сразу же переносят
их в изолированные помещения, где стерилизуется все — поступающий воздух, пи-
ща и вода. Ученые изучают поведение и биологию выросших в таком стерильном
мире животных и сравнивают эти данные с генетически идентичными животными,
выращенными в нормальных условиях. Можно считать, что выявленные при этом от-
личия в поведении или биохимии мозга определяются нормальной кишечной микро-
биотой .
Спустя незначительное время после выращивания первых стерильных мышей ис-
следователи отметили, что во взрослом возрасте они сильнее реагируют на
стрессовые раздражители и вырабатывают больше кортикостерона — гормона стрес-
са (выше уже отмечалось, что у мышей и крыс это эквивалент кортизола, гормона
стресса человека). Если исследователи переносили полезную микробиоту в кишеч-
ник этих животных в раннем возрасте, им удавалось затормозить повышенную ре-
акцию на стресс. На взрослых животных это не оказывало эффекта. Эти экспери-
менты показали, что в раннем возрасте кишечные микроорганизмы могут влиять на
развитие реакций головного мозга на стресс.
Если выводок мышей разделить при рождении на две группы и одну из них вы-
растить свободной от микроорганизмов, то у участников этих групп, которые яв-
ляются братьями и сестрами, будет на удивление много различий, которые можно
выразить в цифровом виде. Стерильные мыши менее чувствительны к боли и меньше
хотят общаться со сверстниками. Кроме того, у них по сравнению с обычными мы-
шами изменены биохимические и молекулярные механизмы в головном мозге и в пи-
щеварительном тракте. Например, исследовательская группа Свена Петтерссона из
Каролинского института в Швеции установила, что стерильные мыши демонстрируют
менее тревожное поведение по сравнению с мышами, выращенными в обычных усло-
виях. Также у них изменилась экспрессия генов, участвующих в передаче сигна-
лов нейронами в участках головного мозга, связанных с контролем моторных
функций и тревожным поведением. Но, если стерильным мышам в начале жизни
трансплантировали кишечную микробиоту, у них не наблюдалось ни одного из этих
биохимических нарушений. Петтерссон пришел к следующему выводу: кишечная мик-
робиота, колонизируя ЖКТ, каким-то образом включает биохимические механизмы
передачи сигналов к головному мозгу, которые влияют на эмоциональное поведе-
ние.
Мы уже говорили о том, что различные виды стресса могут временно изменить
состав кишечной микробиоты, что особенно наглядно проявляется в снижении чис-
ла лактобактерий в фекалиях животных, перенесших стрессорное воздействие. Од-
нако поступающие данные наводят на мысль, что влияние стресса выходит за рам-
ки этих временных изменений в популяциях микроорганизмов. Давно известно, что
норадреналин, химическое вещество, которое выделяется во время стресса, за-
ставляет сердце биться быстрее, а кровяное давление при этом повышается. Но
лишь недавно мы узнали, что этот посредник стрессорного ответа также может
быть выпущен в пищеварительный тракт и там напрямую общаться с кишечной мик-
робиотой. Несколько лабораторий показали, что норадреналин может стимулиро-
вать рост патогенных бактерий, способных вызвать серьезные кишечные инфекции,
язвы желудка и даже сепсис. Помимо ростостимулирующей способности эта молеку-
ла стресса может активировать гены патогенов, что делает их более агрессивны-
ми и увеличивает шансы на выживание в кишечном тракте. Некоторые кишечные
микроорганизмы могут даже изменить норадреналин, который имеется в ЖКТ во
время стресса, и перевести его в более мощную форму, усилив действие гормона
на другие микроорганизмы. Все вместе это означает, что развитие кишечной ин-
фекции в ситуации сильного стресса может иметь серьезные и неприятные послед-
ствия .
Одной из пациенток, у которой наблюдались клинические последствия указанной
взаимосвязи между стрессом и кишечными инфекциями, является миссис Стоун, 50-
летняя женщина, с которой я познакомился в своей клинике. Перед этим миссис
Стоун прошла через длительный бракоразводный процесс, ставший концом ее два-
дцатипятилетнего брака. Она была топ-менеджером, справлялась с очень высокими
требованиями к себе, работала по 80 часов в неделю и совершала много деловых
поездок. У нее никогда не было желудочно-кишечных проблем, о которых она мог-
ла бы вспомнить, но периодически возникали приступы тревоги. К тому же боль-
шую часть жизни она страдала от хронической боли в спине и головных болей.
Миссис Стоун жила в состоянии сильнейшего стресса и знала об этом.
Чтобы вырваться из повседневного круга забот, она взяла отпуск и полетела
отдохнуть на курорт в Мексике. Первые два дня она провела именно так, как
рассчитывала: в расслабленном состоянии наслаждалась спокойной обстановкой и
проводила время у бассейна отеля. На третий день она загорала на живописном
городском пляже и отведала морепродукты в местном ресторанчике. Остаток неде-
ли она чувствовала себя несчастной, почти не выходила из гостиничного номера
и пыталась справиться с неослабевающими спазмами желудка, вздутием живота,
тошнотой и диареей.
Когда миссис Стоун вернулась домой в Лос-Анджелес, она чувствовала себя
лучше, но все же решила посоветоваться с семейным врачом. Он поставил ей ди-
агноз — диарея путешественников, неспецифический гастроэнтерит, который обыч-
но вызывают бактерии, обитающие в местной воде. Ко времени нашего знакомства
симптомы уже ослабли, в пробе стула не было обнаружено никаких инфекционных
бактерий. Поэтому врач миссис Стоун рекомендовал ей больше не принимать ника-
ких антибиотиков и заверил, что через несколько дней оставшиеся симптомы пол-
ностью исчезнут.
К сожалению, этого не произошло. Не избавившись за несколько недель от ос-
таточных симптомов, в том числе от постоянного вздутия живота, нерегулярного
стула, а иногда и колик, миссис Стоун записалась ко мне на прием. Повторный
анализ на инфекционные микроорганизмы снова оказался отрицательным, а так как
у нее ранее никогда не было никаких желудочно-кишечных симптомов, я пореко-
мендовал миссис Стоун сделать колоноскопию. Когда и этот анализ не показал
никаких отклонений от нормы, я поставил ей диагноз — постинфекционный синдром
раздраженного кишечника (СРК).
Этот синдром встречается приблизительно у 10 % пациентов с подтвержденным
бактериальным или вирусным гастроэнтеритом. Чаще всего он бывает у людей, ис-
пытавших в прошлом боли и дискомфорт в любой части тела, у тех, чей первый
приступ инфекционного гастроэнтерита длится дольше обычного, и у тех, у кого
желудочно-кишечная инфекция совпала с хроническим тяжелым стрессом. (Если вы
переживали такое, то знаете, что через несколько месяцев симптомы обычно ис-
чезают и этот синдром поддается лечению стандартными методами.)
При наличии таких факторов риска с большей вероятностью развиваются постин-
фекционные симптомы, похожие на те, которые бывают при СРК вследствие зараже-
ния патогенным микроорганизмом, например энтеротоксичной кишечной палочкой Е.
coli — это наиболее частая причина диареи путешественников. Это предположение
особенно верно, потому что хронический стресс стимулирует в кишечнике рост
патогенных микроорганизмов, в том числе кишечной палочки Е. coli, делая их
более агрессивными. Вегетативная нервная система в пищеварительном тракте ис-
пускает стрессорные сигналы, которые могут уменьшать толщину слоя слизи и де-
лать стенки кишечника более проницаемыми. Это откроет микроорганизмам широкий
доступ к иммунной системе кишечника, появятся обходные пути, которые позволят
справиться с различными стратегиями защитных систем ЖКТ. Эта цепь событий
приводит к более длительной иммунной активации пищеварительного тракта и дли-
тельно сохраняющимся симптомам.
Как мы уже говорили, не все виды стресса плохи для человека. В отличие от
хронического или рецидивирующего стресса, острый стресс и связанное с ним
эмоциональное возбуждение повышают нашу эффективность при решении таких слож-
ных задач, как сдача экзамена или публичное выступление. Он благоприятен и
для здоровья пищеварительного тракта, так как укрепляет оборонительные реду-
ты, защищающие организм от кишечных инфекций. Это обеспечивается несколькими
способами. В ответ на сигналы мозга, вызванные острым стрессом, в желудке
увеличивается выработка кислоты, что повышает вероятность уничтожения вторг-
шихся с пищей микроорганизмов до того, как они достигнут кишечника. Сигналы
получает и кишечник — в ответ он увеличивает секрецию жидкости и освобождает-
ся от содержимого, включая патогенные микроорганизмы. Наконец, увеличивается
секреция антимикробных пептидов — дефензинов. Все эти реакции направлены на
защиту целостности ЖКТ от потенциально опасных захватчиков и на сокращение
продолжительности инфекции.
Однако, несмотря на эти защитные влияния острого стресса на пищеварительный
тракт и его микробиоту, слишком многие из них превращают преимущества в пора-
жающие факторы. Хронический стресс повышает риск развития желудочно-кишечных
инфекций и, вероятно, продлевает страдания от симптомов и после прекращения
инфекции. А если вы страдаете от состояний, вызванных стрессом, как это быва-
ет, например, при СРК или синдроме циклической рвоты, хронический стресс бу-
дет одним из основных факторов, утяжеляющих симптомы.
Положительные
эмоции
Мы уже много знаем о пагубных воздействиях хронического стресса на взаимо-
действие между головным мозгом, пищеварительным трактом и микробиотой. Однако
возникает вопрос: а влияют ли на микробиоту ЖКТ другие эмоции, в частности
эмоции положительные? Иными словами, вызывает ли счастье или чувство психосо-
матического благополучия какие-нибудь полезные реакции пищеварительного трак-
та?
Мы видели, как каждая такая эмоция и лежащие в ее основе операционные сис-
темы в головном мозге могут быть приведены в действие особыми химическими
сигналами: эндорфинами, когда мы счастливы, окситоцином, когда чувствуем бли-
зость со своей половиной или детьми, и дофамином, когда испытываем стремление
к чему-то. Когда эти химические переключатели вызывают срабатывание соответ-
ствующих операционных систем в головном мозге, это приводит к отчетливо выра-
женным реакциям ЖКТ с характерным набором сокращений, секрецией и кишечным
кровотоком.
Я подозреваю, что некоторые из реакций пищеварительного тракта, связанных с
положительными эмоциями, также имеют отношение к отправке четких химических
сообщений кишечной микробиоте. Мы уже знаем, что серотонин, дофамин и эндор-
фины выделяются в ЖКТ и что они хорошие кандидаты на роль устройств, передаю-
щих положительные сигналы от кишечника микробиоте. Связанная с эмоциями пере-
дача сигналов от головного мозга к кишечной микробиоте способна до такой сте-
пени изменить поведение микроорганизмов, что они могут стать полезными для
нас и будут защищать организм от кишечных инфекций. Сигналы, связанные со
счастьем или любовью, приводят, вполне вероятно, к большему разнообразию со-
става кишечных микроорганизмов, улучшению здоровья пищеварительного тракта и
защите от кишечных инфекций и других заболеваний.
Еще о влиянии
эмоций на кишечные
микроорганизмы
Пока нам известна лишь малая часть этой захватывающей истории. Мы только
начинаем понимать, как кишечные микроорганизмы могут перерабатывать информа-
цию, содержащуюся в пище, которую мы едим, в молекулярные сигналы, влияющие
на многие органы и ткани нашего организма, в том числе и на головной мозг. Мы
уже знаем, что до 40 % из тысяч различных метаболитов крови поступают в нее
от микроорганизмов кишечника. Более того, реакции пищеварительного тракта на
определенные эмоции — положительные и отрицательные — могут резко изменить
состав метаболитов, которые кишечная микробиота производит из пищи. Другими
словами, они энергично редактируют молекулярные сигналы, отправляемые кишеч-
ной микробиотой остальным частям организма. Думаю, в будущем мы убедимся:
триллионы бактерий в нашем ЖКТ, на которые ученые так долго не обращали осо-
бого внимания, не только подвержены влиянию эмоций, но и сами сильно влияют и
на состояние пищеварительного тракта, и на то, как мы думаем и как себя чув-
ствуем .
Может ли кишечная
микробиота менять наше
поведение в обществе?
Если микроорганизмы кишечника могут влиять на эмоции, а эмоции и ощущения в
пищеварительном тракте сказываться на решениях о том, как себя вести, то из
этого логически вытекает, что кишечная микробиота может изменять наше поведе-
ние. А если это верно, тогда не может ли ненормальное поведение быть следст-
вием ненормального состава кишечной микробиоты? И нельзя ли заменой кишечных
микроорганизмов на здоровые решать не только желудочно-кишечные проблемы, но
и поведенческие?
Джонатан и его мать были в этом уверены. Джонатану было 25 лет, когда они
пришли в мою клинику. Ему поставили диагноз «расстройство аутистическохю
спектра» (РАС). Этим термином сейчас описывают состояние людей с аутизмом,
тех, кто страдает от обсессивно-компульсивнохю расстройства (синдром навязчи-
вых состояний) и от хронической тревожности. Как и многие люди с РАС, Джона-
тан страдал от ряда желудочно-кишечных проблем, в его случае это были вздутие
живота, боли и запор.
Вздутие живота у Джонатана серьезно усилилось после нескольких курсов анти-
биотиков широкого спектра действия, из чего можно было заключить, что опреде-
ленную роль в обострении желудочно-кишечных симптомов сыграла измененная мик-
робиота кишечника. Как и многие другие пациенты с РАС, он уже пробовал не-
сколько диет, в том числе безглютеновую и безмолочную, однако длительного
улучшения это ему не принесло. Необычная диета, которой он следовал изо дня в
день, также не помогала, что было неудивительно. Джонатан почти не ел фруктов
и овощей, ему не нравились их текстура и запах. В основном его еда состояла
из рафинированных углеводов: блины, вафли, картофель, макароны, пицца, закус-
ки и белковые батончики, а также немного говядины и мяса курицы.
После целенаправленного поиска в интернете Джонатан уже много знал о про-
блемах здоровья в целом и о кишечной микробиоте в частности. Он прочитал о
влиянии вредных кишечных бактерий и паразитов на желудочно-кишечную систему и
был убежден, что его симптомы связаны с наличием паразитов в кишечнике. Чтобы
избавиться от этих фобий и навязчивых идей, он начал проходить курс когнитив-
но-поведенческой терапии и сел на диету из продуктов, которых не любил. Это
значительно усилило его напряжение и тревожность, и я опасался, что этот вре-
менный стресс может обострить его проблемы с ЖКТ.
Я попросил заказать подробный анализ его фекальной микробиоты в рамках Аме-
риканского проекта изучения ЖКТ (American Gut Project), исследующего, как
диета и образ жизни формируют кишечную микробиоту американцев. Полученные в
последние годы данные позволяют предположить, что у пациентов с РАС может из-
меняться состав кишечной микробиоты. Установлено, что у таких пациентов про-
порционально больше бактерий из группы, известной как Firmicutes, и меньше —
из группы под названием Bacteroidetes. Аналогичная картина наблюдается у па-
циентов с синдромом раздраженного кишечника. Анализ микробиоты Джонатана по-
казал у него тот же самый паттерн и то, что бактерий, известных как протео-
бактерии и актинобактерии, у него меньше, чем у среднего американца. Однако у
Джонатана была необычная диета, к тому же он страдал от тревожных состояний и
стресса и жаловался на симптомы, похожие на СРК. По этой причине мы не могли
определить, что именно привело к изменению состава его микробиоты — наличие у
него РАС, СРК или его уникальные пищевые привычки.
Джонатан и его мать хотели знать, следует ли ему подготовиться к трансплан-
тации фекальной микробиоты или ему лучше принимать пробиотики, изменяя свою
микробиоту, что, в конечном счете, поможет справиться с психологическими и
желудочно-кишечными симптомами. Они спросили, что я думаю об этом, поскольку
данные новых исследований на животных распространились в сообществе, интере-
совавшемся проблематикой аутизма, со скоростью лесного пожара, породив надеж-
ды на экспериментальные методы лечения.
До 40 % пациентов с диагнозом РАС страдают от желудочно-кишечных симптомов.
Основные жалобы — на нарушение работы кишечника, боли в животе, дискомфорт.
Часто картина совпадает с диагностическими критериями синдрома раздраженного
кишечника. Есть и другие отклонения во взаимодействии между головным мозгом,
пищеварительным трактом и его микробиотой. У пациентов с РАС обычно повышен
уровень содержания в крови серотонина, который передает сигналы между голов-
ным мозгом и ЖКТ. Следует напомнить, что более 90 % молекул серотонина хра-
нятся в пищеварительном тракте, содержащие серотонин клетки которого находят-
ся в тесном контакте с блуждающим нервом и головным мозгом. Кроме того, у па-
циентов с этим расстройством изменен состав кишечной микробиоты, а в крови
изменены некоторые метаболиты.
В получившем большую известность исследовании на животных Саркис Мазманян и
Элейн Сяо из Калифорнийского технологического института в Пасадене вводили
беременным мышам вещество, которое, имитируя вирусную инфекцию, активизирует
иммунную систему. У мышей, рожденных от таких матерей, наблюдалось измененное
поведение, и в этом они напоминали пациентов с РАС, в том числе демонстриро-
вали тревожное поведение, стереотипно повторяющиеся виды поведения и неадек-
ватные социальные взаимодействия. Так называемая модель материнской иммунной
активизации животных используется сейчас при изучении аутизма.
Мазманян и Сяо обнаружили изменения в пищеварительном тракте и кишечной
микробиоте молодых мышей: несбалансированный состав кишечных микроорганизмов,
более проницаемые стенки кишечника, активизацию кишечной иммунной системы.
Исследователи выявили особый метаболит кишечных микроорганизмов, тесно свя-
занный с метаболитом, который до этого был обнаружен в моче детей с РАС. Ко-
гда этот метаболит ввели здоровым мышам, рожденным от матерей, чья иммунная
система не была активизирована, у тех появились такие же отклонения в поведе-
нии. Но самым интересным стал такой факт: после пересадки фекалий мышей с от-
клонениями в поведении стерильным мышам поведение последних также стало от-
клоняться от нормы. Это позволяет предположить, что перенесенные фекалии соз-
дают метаболит, который достигает головного мозга и изменяет поведение здоро-
вых мышей. Наиболее важным для людей с РАС является тот факт, что введение
пострадавшим мышам кишечных бактерий человека (Bacteroides fragilis) приводи-
ло к исчезновению некоторых (хотя и не всех) аутических видов поведения.
Это спланированное и проведенное со всей тщательностью исследование Мазмо-
няна и Сяо привлекло большое внимание, а его результаты вызвали настоящий
ажиотаж и не только в научном сообществе, но и среди родителей детей, стра-
дающих аутизмом, и компаний, готовых разрабатывать новые методы лечения для
этого разрушающего здоровье расстройства. Джонатан и его мать также были на-
слышаны об этом исследовании, потому и спросили меня, следует ли Джонатану
готовиться к трансплантации фекальной микробиоты или ему лучше принимать про-
биотики, чтобы справиться с психологическими и желудочно-кишечными симптома-
ми.
Я объяснил Джонатану, что ответить определенно и окончательно на его вопро-
сы можно будет, скорее всего, через несколько лет, после того как будут за-
кончены еще продолжающиеся исследования на пациентах с РАС. Их результаты
станут серьезным научным прорывом даже в том случае, если такие методы лече-
ния окажутся полезными только для части таких пациентов. Пока же я дал Джона-
тану ряд рекомендаций, чтобы облегчить некоторые симптомы. Важно помнить, что
имеется ряд факторов, которые способствуют проявлению у Джонатана желудочно-
кишечных симптомов. Во-первых, он выбирает еду, руководствуясь ее консистен-
цией, а не вкусом, из-за чего его диета стала крайне ограниченной; он избега-
ет многих растительных продуктов. Во-вторых, он потребляет слишком много об-
работанных продуктов питания. В-третьих, высокий уровень тревожности и повы-
шенная чувствительность к стрессу вызывают сокращения и секрецию в желудочно-
кишечном тракте и повышают проницаемость его стенок.
Целями моего плана лечения были головной мозг и пищеварительный тракт. Наш
диетолог работал с Джонатаном и постепенно помог ему изменить диету — Джона-
тан смог перейти к более сбалансированному питанию и начал есть фрукты, овощи
и ферментированные продукты (кисломолочные продукты, обогащенные пробиотиками
безалкогольные напитки, квашеную капусту и кимчи, сыры), которые содержат
различные виды лактобацилл и бифидобактерий. Для лечения запора я предложил
ему попробовать слабительные растительного происхождения: например, небольшие
дозы корня ревеня или препараты алоэ. Последней (по порядку, но не по важно-
сти) частью предложенного мной курса стали обучение Джонатана таким упражне-
ниям саморелаксации, как брюшное дыхание, и настоятельная рекомендация про-
должать текущую когнитивно-поведенческую терапию для ослабления фобий и пони-
жения уровня тревожности.
Когда Джонатан через два месяца снова пришел на прием, его желудочно-
кишечные симптомы были выражены значительно слабее. Пища, которую он теперь
соглашался есть, стала намного более разнообразной, нормализовалась и работа
кишечника. Джонатан больше не зацикливался на злых «паразитах», обитающих в
его кишечнике, а хотел глубже разобраться в том, как диета может влиять на
поведение кишечной микробиоты и как эта связь может облегчить его желудочно-
кишечные симптомы.
К новой
теории
эмоций
Первая комплексная теория эмоций появилась задолго до того, как люди узнали
о сложном составе кишечной микробиоты, внутренних ощущениях и их влиянии на
головной мозг. Ее выдвинули два выдающихся ученых XIX в. — американский фило-
соф, психолог и врач Уильям Джемс и датский врач Карл Ланге. В середине 1880-
х гг. они высказали предложение, что эмоции возникают из субъективной когни-
тивной оценки телесных ощущений, то есть информации, поступающей от внутрен-
них органов о том, как они участвуют в такой интенсивной деятельности, как
учащенное сердцебиение, урчание в желудке, спазматические сокращения толстой
кишки или учащенное дыхание. Теория эмоций Джемса — Ланге известна всем пси-
хологам, хотя, конечно, сегодня мало кто считает, что эмоции возникают исклю-
чительно из телесных ощущений.
В 1927 г. выдающийся психофизиолог Уолтер Кеннон, приведя множество эмпири-
ческих данных, опроверг теорию Джемса — Ланге и предложил свою теорию. Кеннон
считал, что эмоциональный ответ генерируют особые области головного мозга —
гипоталамус и миндалина, отвечая на стимулы, приходящие из окружающей среды.
Теперь мы достоверно знаем, что эти области мозга действительно важны для
формирования эмоций, но у Кеннона еще не было инструментов визуализации дея-
тельности головного мозга, которые имеются у нас сегодня, поэтому он не мог
знать о химических и нервных механизмах обратных связей, обеспечивающих го-
ловной мозг соответствующей информацией. Он также не имел представления о
важной роли пищеварительного тракта и кишечной микробиоты в интероцептивной
системе.
Такое положение дел сохранялось до наших дней, пока современные нейрофизио-
логи, в том числе Антонью Дамазью и Бад Крейг, не выдвинули анатомически
обоснованные теории о петлях связи между головным мозгом и организмом, со-
стоящих из двух сенсорных и исполнительных компонентов. Так прежние теории
были заменены единой концепцией о том, как формируются и модулируются наши
эмоции.
Бад Крейг активно изучал нейроанатомию путей, которые передают информацию
от организма к головному мозгу (она же интероцептивная информация). Исходя из
результатов своих исследований, он предположил, что у каждой эмоции имеется
два тесно связанных компонента: сенсорика (включая внутренние чувства) и дей-
ствия (в том числе реакции пищеварительного тракта). Сенсорный компонент
представляет собой интероцептивный образ тела, который создается в островко-
вой доле коры мозга из множества нейронных сигналов, поступающих от различных
частей организма, в том числе от желудочно-кишечного тракта. Этот образ все-
гда связан с действием — моторной реакцией, которую отправляет обратно в ор-
ганизм другой участок мозга — передняя поясная кора. Так создается круг —
петля, объединяющая тело с головным мозгом. Согласно теории Крейга, назначе-
ние каждой эмоции заключается в поддержании баланса всего организма.
Лимбический мозг
- эмоции, чувства,
комфорт.
Неокортекс (новый мозг)-
мысли, анализ, творчество,
\ сознание, интеллект
Рептильный мозг -
инстинкты,
продолжение рода.
Неокортекс
2 млн лет
Лимбическая система
50 млн лет
Мозговой столб
(ретикулярный, рептильный мозг)
100 млн лет
Португальско-американский невролог Антонью Дамазью сформулировал изящную
гипотезу о соматическом маркере. Подробно она изложена в его книге «Ошибка
Декарта: эмоции, разум и головной мозг человека» (Descartes' Error: Emotion,
В российских источниках также встречается написание Антонио Дамасио. — Прим. ред.
Reason, and the Human Brain). Согласно теории Дамазью, сигналы от головного
мозга к организму и обратно циркулируют по так называемым петлям организма.
Информация об имевшей место реакции организма на эмоциональное состояние со-
храняется в виде неосознаваемых воспоминаний о таких состояниях тела, как мы-
шечное напряжение, учащенное сердцебиение и поверхностное дыхание. Хотя Дама-
зью мало писал о роли желудочно-кишечного тракта в этом процессе, его нова-
торские работы коренным образом изменили наше понимание биологии эмоций и
эмоциональных переживаний.
Эту соматическую информацию извлекает часть мозга, известная как его скры-
тый остров — уже упоминавшаяся островковая доля. (Ее функции подробно обсуж-
даются в следующей главе.) Наш мозг получает «отредактированные» видеоклипы о
том, как мы себя чувствовали в тот момент, когда испытывали яркие эмоции, и
какие мотивы вынудили нас так реагировать. Также мозг может извлекать из па-
мяти заархивированные видеоклипы для создания состояний отвращения, счастья и
жажды, не обращаясь к длинной петле, связывающей его с пищеварительным трак-
том. Поэтому, когда во взрослом возрасте мы испытываем эмоции, наш мозг уже
не нуждается в ощущениях, описывающих то, что происходит в организме. Он про-
сто реагирует на поступивший сигнал, обращаясь к своей библиотеке эмоциональ-
ных видеоматериалов. Видеофайлы для нее могли быть записаны в младенческом
или подростковом возрасте и отражали тогда реакции желудочно-кишечного трак-
та: например, его сокращения, связанные с чувством гнева. В головной мозг они
возвращаются уже как внутренние ощущения и хранятся в видеотеке как тошнота,
удовлетворение, сытость, голод и прочие желудочно-кишечные реакции. Доступ к
этим внутренним ощущениям может быть обеспечен мгновенно и на протяжении всей
жизни.
Лишь в последние 10 лет мы стали быстро и динамично, можно сказать, с воз-
растающей скоростью понимать истинные свойства микробиоты кишечника и ее
взаимодействия с ЖКТ и головным мозгом. Это новое понимание заставило нас
расширить прежние теории и включить микробиоту кишечника в качестве основного
третьего компонента в расширенную теорию эмоций. Она утверждает, что основная
эмоциональная цепь в мозге, которая имеется у нас с самого рождения и в ос-
новном запрограммирована нашими генами, в раннем возрасте подвергается эпиге-
нетической модификации. Однако для окончательного развития эмоций и реакций
пищеварительного тракта необходимо обучение. Процесс обучения растягивается
на всю жизнь: человек тренирует и точно настраивает систему взаимодействия
между головным мозгом, ЖКТ и микробиотой. На эту дополнительную точную на-
стройку механизма, генерирующего эмоции, влияют особенности развития лично-
сти, образ жизни и пищевые привычки. В итоге в головном мозге создается об-
ширная база данных, в которой хранится эта очень личная информация.
Как оказалось, решающую роль в этом процессе играет кишечная микробиота,
позволяющая каждому человеку создавать персонализированные образцы эмоций.
Она воздействует на эмоции в основном через производимые ею метаболиты. В пи-
щеварительной системе человека около 8 млн. генов микроорганизмов, это в 400
раз больше, чем в геноме человека. Известен еще более удивительный факт: люди
мало отличаются друг от друга генетически, так как более 90 % генов у всех
нас одинаковы, а вот набор генов кишечных микроорганизмов уникален, и у любых
двух человек только 5 % генов микроорганизмов совпадают. Таким образом, ки-
шечная микробиота добавляет механизму генерирования эмоций, состоящему из го-
ловного мозга и пищеварительного тракта, новое измерение, дополнительные
сложности и возможности.
Так как кишечная микробиота, по всей видимости, сильно влияет на то, как мы
ощущаем эмоции, все, что изменяет ее метаболическую активность, включая
стресс, диету, антибиотики и пробиотики, в принципе может влиять на развитие
и уровень отзывчивости нейронных цепочек, генерирующих эмоции. Например, не
связаны ли географические различия в уровне эмоциональности, которые мы на-
блюдаем у людей, живущих в разных частях мира, с географическими различиями в
рационе питания и особенностях функционирования кишечных микроорганизмов? Ес-
ли новая теория эмоций верна, ответ на этот вопрос будет положительным. Хотя
для подтверждения таких связей в будущем потребуется провести ряд специальных
исследований, уже сейчас можно говорить: если бы основы эмоций зарождались в
головном мозге и были полностью изолированы от кишечника и организма, у тако-
го мозга был бы очень ограниченный репертуар эмоциональных переживаний. Я
убежден, что именно взаимодействие между пищеварительным трактом и его микро-
биотой во многом определяет интенсивность, продолжительность и уникальность
эмоциональных переживаний каждого человека.
ВНУТРЕННИЕ ОЩУЩЕНИЯ ЖКТ, ЭМОЦИИ, ПОЗНАВАТЕЛЬНЫЕ СПОСОБНОСТИ
V
ПЕТЛЯ ИММУННОЙ
СВЯЗИ ГОЛОВНОГО
МОЗГА
ПЕТЛЯ МЕЖДУ МИКРОБИОМОМ
И ГОЛОВНЫМ МОЗГОМ
ПЕТЛЯ ИММУННОЙ
СВЯЗИ МИКРОБНОМ
*
Стресс
Ранний этап жизни
Неблагоприятная обстановка
Социальная поддержка
Диета
Патогены
Антибиотики
ФУНКЦИЯ ПИЩЕВАРЕНИЯ
РИС. 5. ТЕСНАЯ СВЯЗЬ ГОЛОВНОГО МОЗГА И КИШЕЧНОГО МИКРОБИОМА С ВНЕШНИМ
МИРОМ
Ось головной мозг — пищеварительный тракт участвует в работе не только
имеющихся в организме регуляторных петель (иммунной и эндокринной систем),
но и тесно связана с окружающим нас миром. Паш мозг реагирует на различные
психосоциальные воздействия, в то время как пищеварительный тракт и его ми-
кробиота реагируют на пищу, которую мы едим, лекарства, которые принимаем,
и на инфекции, вторгающиеся в организм. Вся эта система функционирует как су-
перкомпьютер, который сводит воедино огромное количество информации, по-
ступающей изнутри организма и от окружающего нас мира, для поддержания оп-
тимального режима функционирования пищеварительной системы и головного
мозга.
ГЛАВА 7
Понимание сущности
интуитивно принимаемых
решений
Многие принимаемые в жизни решения основаны на логике и являются результа-
том вдумчивого и тщательного предварительного анализа. Однако случаются си-
туации, когда человек делает что-то без предварительного анализа фактов или
изучения обстановки. Такой выбор часто делается неосознанно, как это бывает,
например, когда вы решаете, что съесть, что надеть или какой фильм смотреть.
В своем бестселлере «Думай медленно... Решай быстро» (Thinking, Fast and
Slow)9 психолог Даниэль Канеман, один из двух лауреатов Нобелевской премии за
2002 г. по экономике, предполагает, что за «многими нашими вариантами выбора
и суждениями... на самом деле скрываются» интуитивно принимаемые решения.
Мысль, что решения о том, что для нас лучше, мы можем принимать, основываясь
на интуиции или инстинктивных чувствах, а не на данных рационального мышле-
ния, «надев для этого соответствующую шляпу», действительно является важней-
шей для понимания природы человека10.
И действительно, такой нерациональный способ принятия решений сыграл важную
роль в моей жизни. После школы в возрасте 17 лет я работал в принадлежавшем
моим родителям кондитерском магазине в Баварских Альпах. Это было идилличе-
ское место, расположенное в сердце главного лыжного и туристического курорта
страны, всего в нескольких часах езды от Италии. С тех пор как мой прадед в
1887 г. основал этот магазин, им владела и управляла наша семья. Подростком я
делал пирожные и торты к знаменательным датам. Особенно мне нравилось прида-
вать им причудливые формы и работать с шоколадом. Я научился ассоциировать
ароматы с разными временами года и праздниками, что стало основой (чего я не
осознавал) моей будущей карьеры, связанной с изучением сложного диалога, ко-
торый происходит между едой, пищеварительным трактом и головным мозгом.
Когда пришло время выбирать профессию, я несколько месяцев мучительно ре-
шал : стать ли мне кондитером в пятом поколении или изучать науки и медицину.
Были весомые причины, чтобы заняться устойчивым и прибыльным семейным бизне-
сом: я бы продолжал жить в знакомом окружении, рядом с друзьями и родными,
проводил свободное время в красивой местности, окружавшей наш городок. На это
рассчитывал и мой отец, который всегда видел меня продолжателем почетной се-
мейной традиции. И в то же время я чувствовал, что меня тянет в совершенно
другую сторону: мне хотелось отказаться от традиций и рутинной деятельности.
Я любил читать книги, особенно по психологии, философии и науке, к тому же
меня просто пожирало любопытство: я очень хотел найти научные основы работы
нашего разума. Я не мог сделать выбор, подсчитывая плюсы и минусы, и впервые
в жизни начал прислушиваться к внутренним ощущениям.
В конце концов, к большому разочарованию отца, я решил оставить семейный
бизнес и поехал учиться в Мюнхен. А когда несколько лет спустя я закончил
обучение в медицинской школе, еще одно решение, принятое на основе интуиции,
увело меня еще дальше от родного дома — к должности профессора немецкого уни-
верситета . Это случилось, когда я отказался от желанного места в ординатуре в
университетской клинике в Мюнхене и отправился в Лос-Анджелес, в Центр иссле-
дований язвенных болезней и подготовки специалистов (CURE, Center for Ulcer
Research and Education). Этот центр был магнитом для исследователей, которые
хотели изучать взаимосвязи между головным мозгом и желудочно-кишечным трак-
том. После первых нескольких дней в лаборатории мне стало ясно, что мои новые
занятия — очистка и тестирование молекул из кишечников свиней, которые мы
раздобывали на бойне, — не приносили мне тех удовольствий, которыми я наслаж-
9 Канеман Д. Думай медленно... Решай быстро. — М.: ACT, 2014.
10 Автор намекает на концепцию «шести шляп мышления», которую в 1985 г. предложил
британский психолог Эдвард де Боно. Он предложил шесть способов, способных нарушить
привычный для мозга ход мышления и принятия решений. Они основываются на анализе лю-
бой проблемы с разных точек зрения. По условиям ролевой психологической игры шляпа
определенного цвета означает определенный тип мышления, и, надевая ее, человек вклю-
чает именно его. Среди этих шести шляп есть и «рациональная». — Прим. пер.
дался на семейной шоколадной фабрике.
И хотя меня очень увлекла новая работа, я начал понимать, что результаты
моего исследования не ограничиваются пищеварительным трактом. Оказалось, что
сигнальные молекулы, идентичные тем, что мы выделили из кишечника свиней, бы-
ли обнаружены и в их головном мозге. Ими также пользовался широкий круг рас-
тений, животных, экзотических лягушек и даже бактерий для взаимодействия друг
с другом. Об этом факте представители науки говорят как о сигналах, переда-
ваемых от одного природного царства другому (interkingdom signaling). Тогда я
почти не знал, что эта область взаимодействий между головным мозгом и ЖКТ бу-
дет больше всего интересовать меня на протяжении всей моей медицинской карье-
ры.
Хотя мои интуитивные ощущения серьезно повлияли на мою жизнь, обстоятельст-
ва складывались так, что ставки в той игре были тогда для меня не слишком вы-
соки. В те далекие годы я волен был заняться различными направлениями в меди-
цине и, вполне вероятно, мог быть счастлив при любом другом выборе. Однако,
вообще говоря, интуитивно принятые решения порой могут быть для людей вопро-
сом жизни и смерти.
26 сентября 1983 г. молодой офицер советской системы ПВО Станислав Петров
находился на дежурстве в бункере под Москвой, когда советские спутники оши-
бочно обнаружили пять баллистических ракет США, «выпущенных» в сторону СССР.
Прозвучали сигналы тревоги, на экране вспыхнула команда «пуск», но Петров тут
же принял очень важное решение: тревога является ложной и отказался подтвер-
дить необходимость нанести ответный удар. Если бы он действовал на основе ра-
циональных процедур, предусмотренных в такой ситуации (как это могли бы сде-
лать многие его коллеги), за этим ударом последовало бы возмездие США, что в
итоге привело бы к смерти многих миллионов человек.
Петров сначала дал рациональные объяснения своего решения: например, он был
убежден, что атака СССР пятью ракетами не имеет смысла. Удар со стороны США.
был бы массовым, с использованием сотен ракет. Кроме того, система обнаруже-
ния запуска ракет противника была новой и, по мнению Петрова, еще не вполне
заслуживала доверия. Наконец, наземная радиолокационная станция не подтверди-
ла позднее факта такой атаки.
Однако в интервью 2013 г., когда уже можно было без опасений обо всем рас-
сказать и сделать откровенное признание, Петров заявил, что на самом деле он
не был до конца уверен, что тревога была ошибочной, и принял решение на осно-
ве «необычного чувства, возникшего у меня внутри».
Люди во всем мире точно так же относятся к интуитивно принимаемым решениям.
При этом, кажется, не имеет значения, к какой именно области относится реше-
ния — политической, личной или профессиональной: на ком жениться, в какой вуз
поступить, какой дом купить. Президенты, выслушав советников и тщательно
взвесив все имеющиеся в их распоряжении варианты, принимают решения, касаю-
щиеся вопросов войны и мира и судеб миллионов людей, тоже, в конечном счете,
интуитивно. Если угодно, люди прислушиваются к своим внутренним чувствам — к
«нутру».
«Чувствование нутром» и интуицию можно рассматривать как две стороны одной
медали. Под интуицией понимается ваша способность получать быстрые и точные
прозрения. Часто человек понимает происходящее мгновенно — без рационального
осмысления или логических выводов. Вы ощущаете, когда что-то идет не так, и
это вызывает подозрение. Вы можете мгновенно почувствовать, что с незнакомым
человеком у вас есть некая личная связь. Вы уверены, что харизматичный поли-
тик , вещающий по телевизору, на самом деле лжет и не краснеет. «Чувствование
нутром» отражает глубокий и часто очень индивидуальный источник мудрости, к
которому у нас есть доступ и которому мы доверяем больше, чем рекомендациям
членов семьи, высокооплачиваемым советникам, людям, провозгласившим себя экс-
пертами, или социальным сетям.
Что же на самом деле представляет собой интуитивное ощущение или, как еще
иногда говорят, шестое чувство? Какова его биологическая основа? И какую роль
играют сигналы, возникающие в ЖКТ, в его появлении? Иными словами, когда та-
кой сигнал становится эмоционально окрашенным, то есть чувством?
Некоторые ответы на эти вопросы можно найти в выдающейся работе нейроанато-
ма Бада Крейга, благодаря которому мы стали намного лучше понимать сетевую
структуру, позволяющую головному мозгу прислушиваться к организму, и наобо-
рот. Его идеи, изложенные в книге «Как вы себя чувствуете? Интероцептивный
момент с вашим неиробиологическим ЛЛЯ"» (How Do You Feel? An Interoceptive
Moment with Your Neurobiological Self), сыграли важную роль в моем исследова-
нии, в ходе которого я изучал, как головной мозг слушает пищеварительный
тракт и обитающие в нем микроорганизмы (и, конечно, наоборот). Основой субъ-
ективного опыта — того, как мы себя чувствуем, проснувшись, или после вкусно-
го обеда, или длительного голодания — является комплексный нейробиологическая
процесс. С его помощью наш мозг из огромного объема информации, непрерывно 24
часа и 7 дней в неделю поступающей в виде ощущений в ЖКТ, создает то самое
субъективное шестое чувство. Появляется все больше доказательств того, что
решающую роль в формировании влияющих на эмоции ощущений в ЖКТ может играть
постоянный поток интероцептивной информации, передаваемой из пищеварительного
тракта (включая «болтовню» микробиоты).
Чувства (в том числе внутренние, инстинктивные) являются сенсорными сигна-
лами, которые приводят в действие в головном мозге так называемую сеть сали-
ентности11 (salience system). Под салиентным объектом в данном случае понима-
ется объект, который может привлечь и удерживать внимание человека, потому
что он для него чем-то значим, — нечто заметное, выделяющееся из похожего ок-
ружения. Пчела, кружащаяся вокруг головы, когда вы читаете эту страницу, мо-
жет привлечь больше внимания, чем содержание текста, в частности потому, что
это явная угроза: пчела может ужалить, и в этом случае она салиентна. Гроза
за окном может так же легко отвлечь внимание от книги, а вот негромкая фоно-
вая музыка или звуки ветерка на улице могут остаться незамеченными. Нейросеть
салиентности в головном мозге оценивает сигнал как значимый, выделяет его из
потока информации (неважно, идет ли он из организма или из окружающей среды)
еще до того момента, когда с этим сигналом начинают работать внимание и соз-
нание .
Особенно выделяющиеся события, связанные с реактивными ощущениями в пищева-
рительном тракте (тошнота, рвота, диарея), как правило, сопровождаются чувст-
вом дискомфорта, а иногда и болью, которая предупреждает нас о том, что в ор-
ганизме происходит что-то важное, требующее внимания и поведенческой реакции.
Однако неосознаваемые внутренние чувства также могут быть связаны с такими
позитивными ощущениями в ЖКТ, как хорошее самочувствие и сытость, или с при-
ятным ощущением, испытываемым в подложечной области, когда мы полностью рас-
слаблены. Пороговое значение сигнала, который головной мозг оценивает как за-
служивающий внимания — салиентный, зависит от многих факторов — от генов, ка-
чества и природы жизненного опыта, эмоционального состояния (чем больше вы
встревожены, тем ниже будет порог выделения салиентного), объема внимания,
направленного на внутренние ощущения, и воспоминаний об эмоциональных момен-
тах, пережитых на протяжении жизни. Но помните: с точки зрения сигналов, фор-
Сеть салиентности — крупномасштабная нейросеть, участвующая в выявлении и ориен-
тировании на салиентные (значимые, выделяющиеся) внешние раздражители и внутренние
события. В головном мозге это сеть поясной фронтальной крышечки, которая включает
основные узлы в передней части поясной извилины и передней островковой доли. — Прим.
ред.
мируемых в пищеварительной системе, большую часть времени сеть салиентности
воспринимает сигналы ниже уровня сознания. Каждый день из пищеварительного
тракта вверх поступают триллионы сенсорных сигналов, они обрабатываются в се-
ти салиентности, при этом большая их часть не привлекает внимания. Они оста-
ются ниже порога значимого, и их содержание просачивается в подсознание.
Внимание
ОЩУЩЕНИЯ
ВЖКТ
Эмоция
Стресс
^ 'К ♦ г*» О
::: * ♦ . а* •*
* * / • • *
ч>*^ :^л
ИНТУИТИВНЫЕ
ЧУВСТВА
РИС. 6. КАК ГОЛОВНОЙ МОЗГ ИЗ ОЩУЩЕНИЙ В ЖКТ ФОРМИРУЕТ ВНУТРЕННИЕ ЧУВСТВА
Сигналы, возникающие в пищеварительном тракте и его микробиоте, в том числе
химические, иммунные и механические, кодируются широким спектром рецепто-
ров в стенках ЖКТ и передаются в головной мозг через нервные пути (в частности,
через блуждающий нерв), а также с кровотоком. Эта информация в необработан-
ном виде поступает в заднюю часть островковой доли, а затем обрабатывается
и интегрируется при помощи других систем головного мозга. Пока мы мало знаем
об информации, проявляющейся как интуитивное ощущение. Хотя оно образуется
в пищеварительном тракте, это чувство создается в результате интеграции
многих других воздействий, в том числе со стороны памяти, внимания и эмоций.
Каким образом сеть салиентности решает, какой из сигналов должен стать соз-
нательно воспринимаемым ощущением? Центральным узлом сети салиентности явля-
ется островковая доля в головном мозге. Свое название она получила, поскольку
расположена, как скрытый остров, под височной корой. В теории, основанной на
концепциях смены парадигм Бада Крейга и множестве накопленных научных данных,
считается, что части этого скрытого в головном мозге островка играют опреде-
ленные роли в фиксировании интероцептивной информации, ее обработке, оценке и
реагировании на нее. Вот как это происходит, если исходить из сегодняшнего
уровня понимания того, как наш мозг справляется с этой сложнейшей задачей.
Представление первичного образа организма сначала кодируется комплексом ядер,
расположенных в нижней части головного мозга — так называемом стволе мозга.
Оттуда большая масса этой информации достигает задней части островковой доли.
Там восприятие этого образа можно сравнить с зернистым черно-белым изображе-
нием, которое отражает состояние каждой клетки в организме, однако невоору-
женным глазом его вряд ли увидишь.
Островковая доля.
На самом деле головной мозг не интересуют комментарии по поводу этой инфор-
мации, и необработанное изображение не предназначено для того, чтобы достав-
лять нам удовольствие от его рассматривания. Содержащаяся в нем информация в
основном нужна для повседневно действующей стационарной обратной связи голов-
ного мозга с той частью организма, где эта информация возникла, в данном слу-
чае с желудочно-кишечным трактом. В принципе, таким же образом обрабатывает
данные Агентство национальной безопасности США.. Считается, что ни у кого нет
доступа к информации, хранящейся в Агентстве, до тех пор, пока не будет пре-
вышен порог восприятия, позволяющий выделить важное. Если порог превышен,
агенты спецслужбы получают приказ и начинают тщательно изучать телефонные
звонки, данные, найденные в интернете, и все перемещения подозреваемых.
Затем изображение в островковой доле уточняется, редактируется и представ-
ляется в цвете — этот процесс похож на цветокоррекцию портретных планов акте-
ра или актрисы после того, как отснята кинопленка. То, что Крейг называет
«повторным представлением» интероцептивного образа организма в ходе обработки
изображений, можно сравнить с процессом, который используется в фотографии.
Подобно фотографу, использующему программу Photoshop для повышения качества и
четкости изображения, головной мозг прибегает к аффективным, когнитивным и
управляющим вниманием инструментам, а также к хранящимся в памяти базам дан-
ных о нашем предыдущем опыте. В редактирование все больше вовлекаются ответ-
ственные за внимание сети мозга, побуждая нас глубже воспринимать изображение
и его связь с мотивациями, то есть с нашим желанием что-то совершить в ответ
на возникающее чувство. Отсюда висцеральные и вкусовые ощущения передаются в
головной мозг, позволяя нам почувствовать потребность в пище или посещении
туалета, отдыхе или бегстве, сбережении энергии или ее трате. После того как
процесс достигает лобовой части островковой доли, у изображения уже имеются
все признаки осознанного эмоционального переживания, включающего состояние
всего организма и то, как мы себя чувствуем: хорошо ли нам или нас тошнит,
голодны мы или сыты, спокойны или плохо себя чувствуем. С точки зрения нейро-
биологии это и есть подлинные внутренние ощущения. Несмотря на центральную
роль островковой доли, нужно помнить, что она решает эту задачу в тесном
взаимодействии с другими частями интероцептивной сети, включающей несколько
ядер ствола головного мозга и различные области коры больших полушарий.
Что же делает наш мозг с огромным числом внутренних ощущений, которые мы
накапливаем за жизнь? Вряд ли эволюция породила такую удивительно сложную
систему сбора и обработки данных лишь для того, чтобы, в конце концов, выбро-
сить собранную информацию за ненадобностью. Библиотека внутренних ощущений
состоит из огромного количества информации о каждом из нас — информации, ко-
торая собирается каждую секунду каждого из 365 дней в году. Сейчас ученые
считают, что эта информация хранится в экспоненциально растущей базе данных,
аналогичной системам сбора данных, создаваемых компаниями и государственными
учреждениями. Данные о личном опыте, наших мотивах и эмоциональных реакциях
на этот опыт мозг собирает и использует с самого нашего рождения, а возможно,
еще в утробе матери. И хотя большинство людей уделяют мало внимания этому
процессу и мало обдумывают его последствия, он, как будет показано ниже, тес-
но связан с принятием решений на основе инстинктивных чувств.
Эта информация отражает бесчисленное число положительных и отрицательных
эмоциональных состояний, которые мы испытали в течение жизни. Например, неко-
торые эмоциональные воспоминания могут быть связаны с отрицательными резуль-
татами решений, которые мы приняли. В качестве примера могу привести собст-
венные воспоминания об ужасной боли в животе и дискомфорте после обеда в рес-
торанчике в Индии. В этой базе в заархивированном виде находятся и данные о
нервном состоянии перед собеседованием, и комок в горле, возникающий, когда
мы сердимся или очень разочарованы. Аналогичные маркеры могут быть связаны с
удовольствием от вкусной еды, с интенсивными чувствами в период романтической
любви или с ощущением возросших возможностей.
Индивидуальные
различия
Представьте, что вы участвуете в эксперименте, который должен выяснить, су-
ществует ли зависимость между интероцепциеи и эмоциональным интеллектом. Вы
лежите в капсуле аппарата, сканирующего головной мозг, на вас — наушники, вы
положили левый средний палец на панель, которая контролирует сердцебиение.
Правая рука лежит на другой панели с двумя кнопками. По мере того как сканер
отслеживает деятельность вашего мозга, вы слышите в наушниках несколько серий
из десяти звуковых сигналов. После каждой серии наступает пауза, и вам пред-
лагается сделать выбор: нажать одну кнопку, если вы думаете, что предыдущие
сигналы совпадали с ударами сердца, или нажать другую, если вы считаете, что
сигналы и удары сердца были рассинхронизированы. Иногда вы слышите серии, ко-
торые являются синхронными, иногда — нет. Можете ли вы описать, в чем между
ними разница?
Несколько лет назад этот эксперимент был проведен с участием девяти женщин
и восьми мужчин. Результаты показали, что четверо испытуемых были полностью
уверены в том, что импульсы были синхронными или асинхронными с ударами (рит-
мами) сердца. Они действительно каждый раз точно определяли это. Двое испы-
туемых были абсолютно не способны точно прочувствовать ритм своего сердца, ни
разу не сумели определить, были ли импульсы синхронизированы с ударами серд-
ца, и давали случайные ответы. Остальные испытуемые оказались в третьей груп-
пе — между двумя этими группами.
Сканирование выявило у всех участников значительную активность нескольких
областей мозга, особенно правой передней островковой доли. При этом наиболь-
шая активность отмечалась у тех испытуемых, которые лучше отслеживали ритмы
сердцебиения. И эти же самые люди набрали больше всего баллов в тесте на уро-
вень эмпатии. Чем лучше человек отслеживает удары сердца, тем полнее он испы-
тывает всю гамму эмоций и внутренних ощущений. Чем лучше человек «чует нут-
ром», тем точнее его эмоциональные настройки. Хотя в этом исследовании основ-
ное внимание уделялось ощущениям со стороны сердца, нет никаких оснований со-
мневаться в том, что все сказанное в равной степени относится и к пониманию
сущности внутренних ощущений.
Раннее
развитие
Интересно, что у внутренних ощущений и интуитивных моральных оценок имеется
общий источник, связанный, как ни странно, с продуктами питания. Голод — ран-
няя эмоция, связанная с выживанием. Он лежит в основании всех внутренних ощу-
щений, которые вы испытываете позже в жизни, в том числе чувства правильного
и неправильного.
Поясню это на примере одной истории. Недавно мы с женой в выходные принима-
ли близких друзей, приехавших к нам со взрослой дочерью и семимесячной внуч-
кой Лайлой. Большую часть времени девочка что-то лепетала и была всем доволь-
на , но, когда она уставала, хотела есть или спать, ее улыбки и хорошее на-
строение тут же исчезали. Теперь мы знаем, что в возрасте семи месяцев диалог
между головным мозгом и пищеварительным трактом только налаживается, особенно
если мы имеем в виду полное развитие головного мозга и его структуры, отве-
чающей за выделение значимого, — сети салиентности. Мало того, кишечные мик-
роорганизмы полностью заселяют среду своего обитания лишь к окончанию третье-
го года жизни. Тем не менее, примитивная сеть салиентности в мозге младенца
уже настроена на восприятие ощущений в ЖКТ, связанных с голодом, поэтому де-
вочка начинала громко кричать, чтобы получить молоко. После кормления нега-
тивные внутренние ощущения у нее быстро сменялись чувствами комфорта и удо-
вольствия, которые запускали в пищеварительном тракте ощущения, связанные с
насыщением.
Вот что здесь важно: внутренние чувства, связанные с голодом, включают в
себя самые ранние сигналы о том, что в мире хорошо, а что плохо — сигналы,
которые подаются с самого рождения. У новорожденного ребенка первой негатив-
ной протоэмоцией может быть внутреннее ощущение — чувство пустого желудка,
которое вызывает голод и непреодолимое желание есть. Точно так же ощущение
сытости, возникающее после получения грудного молока (а в нем содержится мно-
го пребиотиков и пробиотиков), является, вероятно, самым ранним опытом хоро-
шего самочувствия и благополучия. К другим положительным инстинктивным чувст-
вам относятся нежные прикосновения (часть интероцепции) матери, а также тепло
и успокаивающие звуки.
Ключевую роль в этих ранних опытах играют сигналы, поступающие из пищевари-
тельного тракта в головной мозг, — они также отражают ощущения ЖКТ и таким
образом развивают способность отделять хорошее от плохого. Оказавшись пустым,
желудок младенца выбрасывает гормон грелин, который быстро приводит к появле-
нию чувства голода. Это ощущение в сочетании с сильным мотивационным стимулом
становится основой для других отрицательных внутренних чувств.
Внутренние чувства могут быть связаны и с такими положительными ощущениями,
как тепло и чувство сытости после еды, приятное ощущение под ложечкой или за-
пах шоколада в семейной кондитерской.
Это циклически повторяющееся переживание ребенком чувства сытости или голо-
да, то есть хорошего или плохого, может заложить основу и для моральных суж-
дений о том, что такое хорошо, а что такое плохо, которые позже проявятся как
внутренние подсознательные чувства и оценки. Другими словами, пищеварительный
тракт зафиксировал, насколько хорошо были удовлетворены или, наоборот, оста-
лись неудовлетворенными потребности младенца в пище. Голодный ребенок, кото-
рый час проплакал в кроватке, воспринимает мир иначе, чем ребенок, которого
быстро взяли на руки, покачали и покормили. Таким образом, ранние подсозна-
тельные чувства и оценки становятся для нас моделью, сверяясь с которой чело-
век определяет, каков этот мир и что нужно делать, чтобы в нем выжить.
Зигмунд Фрейд, разрабатывая свою теорию мотивации, во многом опирался на
интуицию. Этот великий психиатр связал психическое развитие младенца и разви-
тие его характера с «входящим и выходящим» участками пищеварительного тракта.
Вспомните о знаменитых «оральной» и «анальной» фазах психического развития.
Однако Фрейд не учел важнейшего вклада чувств, создаваемых головным мозгом на
основе сенсорной информации, которая поступает из всего пищеварительного
тракта и населяющих его микроорганизмов, то есть от тех участников, чей вклад
мы только сейчас начинаем по-настоящему ценить.
Каким образом огромные сообщества кишечных микроорганизмов способствуют по-
явлению ранних чувств «хорошего» и «плохого»? Напомним, что в нашем организме
живут триллионы микроорганизмов, их значительно больше, чем всех человеческих
клеток в организме. Они обитают практически всюду: на коже, между зубами, в
слюне, желудке и в месте, имеющем непосредственное отношение к внутренним
чувствам, — в желудочно-кишечном тракте. Внутри него живут и на нескольких
уровнях общаются с головным мозгом больше тысячи видов микроорганизмов.
С учетом новых знаний о развитии кишечной микробиоты в первые три года жиз-
ни мы можем поразмышлять о некоторых интригующих деталях. Если судить по ре-
зультатам исследований на животных, можно вполне обоснованно считать, что ки-
шечные микроорганизмы влияют на эмоциональное состояние и на развитие младен-
цев.
Частично это влияние микробиота оказывает через материнское молоко, в кото-
ром содержится некое вещество, похожее на валиум. В кишечнике младенцев мик-
роорганизмы адаптируются таким образом, чтобы оптимально усваивать сложные
углеводы, имеющиеся в грудном молоке. Лучше всего справляется с этим штамм
лактобациллы, производящий метаболит ГАМК — вещество, действующее на те же
рецепторы головного мозга, что и препарат валиум, который назначают для сни-
жения тревожности. Производя собственный, эндогенный «валиум», этот микроор-
ганизм помогает успокоить систему, генерирующую эмоции в головном мозге мла-
денца, и прекратить таким образом муки голода.
Грудное молоко женщины также содержит сложные сахара, которые являются важ-
ными составляющими не только формирующейся кишечной микробиоты, но и фактора-
ми, способными внести свой вклад в появление у младенца чувства удовлетворе-
ния в состоянии сытости. Когда новорожденных крысят поят подслащенной водой,
рецепторы сладкого вкуса во рту и кишечнике генерируют ощущения, которые за-
тем обрабатываются головным мозгом. Это приводит к высвобождению эндогенных
опиоидных молекул, которые ослабляют болевую чувствительность, из-за чего
грызуны, по-видимому, чувствуют себя довольно хорошо. То же самое может ока-
заться верным и в отношении человеческих младенцев.
В чем заключается
уникальность головного
мозга человека?
В дискуссиях о том, что делает человека таким особенным, можно услышать од-
ни и те же аргументы. Людям свойственно прямохождение. У них большой палец
противопоставлен остальным пальцам руки. У человека — огромный головной мозг.
Мы общаемся с помощью речи. Человек — высший хищник. Однако у головного мозга
человека есть две особенности, которые в нашей дискуссии о внутренних ощуще-
ниях и интуитивно принимаемых решениях являются наиболее значимыми.
Речь о размере и сложности передней островковой доли и тесно связанной с
ней префронтальной коре головного мозга. Эти участки мозга выступают в каче-
стве своего рода хаба — центральной части нейросети, которая отвечает за спо-
собность выделять салиентные объекты и является местом, где создаются, хра-
нятся и откуда извлекаются внутренние ощущения. Именно в этом состоит наибо-
лее существенное отличие человека от всех других видов животных. Ближе всего
к людям по относительному размеру передней островковой доли наши человекооб-
разные родственники, в частности некоторые виды горилл, за которыми следуют
киты, дельфины и слоны. Все они снискали всеобщую любовь за эмоциональные,
социальные и когнитивные возможности головного мозга. Неслучайно так популя-
рен у зрителей телеканал Animal Planet, рассказывающий о животных и их взаи-
моотношениях с человеком.
Однако у головного мозга человека есть еще одна особенность, о которой вы,
вероятно, никогда не слышали. В правой передней островковой доле и связанных
с ней структурах скрыт особый класс клеток, которых нет у других видов, кроме
человекообразных обезьян, слонов, дельфинов и китов. Это крупные, с большим
числом связей нейроны, названные веретенообразными нейронами или нейронами
фон Экономо в честь ученого, первым обнаружившего их в 1925 г. Эти нейроны,
по-видимому, занимают выгодное положение, позволяющее их обладателям быстро
формировать интуитивные суждения.
i
■:-■'■*.
e>
%\ .t
Ш-
к
Микрофотография с изображением веретенообразных нейронов в пояс-
ной извилине. Окраска.
Человек может очень быстро делать выводы благодаря наличию в его головном
мозге веретенообразных нейронов. Для простоты назовем их клетками интуиции.
За несколько недель до появления младенца на свет таких клеток в его головном
мозге еще очень мало. В момент рождения, если судить по результатам исследо-
ваний, их число уже достигает порядка 28 000, к четырем годам жизни оно воз-
растает до 184 000. К тому времени, когда человек достигает зрелого возраста,
у него уже 193 000 клеток интуиции. У взрослых человекообразных обезьян их
около 7000.
Больше всего клеток интуиции в правом полушарии головного мозга. В правой
передней островковой доле их на 30 % больше, чем в левой. По всей видимости,
они предназначены для оперативной передачи информации из сети салиентности,
отвечающей за выделение значимого, в другие части головного мозга. В них име-
ются рецепторы химических веществ мозга, участвующих в социальных связях, в
ожидании вознаграждения в условиях неопределенности и обнаруживающих опас-
ность , а также таких вырабатываемых в ЖКТ сигнальных молекул, как серотонин,
то есть веществ, имеющих отношение интуиции. Когда при игре в карты вы думае-
те , что удача может вам изменить, ваши клетки интуиции активны.
Джон Оллман, нейробиолог из Калифорнийского технологического института и
ведущий специалист по веретенообразным нейронам, считает, что, встретив дру-
гого человека, мы строим ментальную модель того, как этот человек думает, и
что он чувствует. Первоначальное интуитивное представление возникает быстро,
основываясь на извлеченных из базы данных внутренних чувствах, стереотипах и
подпороговых образах. На протяжении последующих секунд, часов или даже лет
мнение о встреченном человеке складывается медленнее и становится более обос-
нованным. Нейровизуализация показывает: когда человек быстро принимает реше-
ния, активизируются передняя островковая доля и передняя поясная кора мозга.
Эти области также активизируются, когда мы испытываем боль, страх, тошноту и
многие социальные эмоции. Клетки интуиции включаются, когда человеку что-то
кажется забавным, возможно, их назначение — уточнять интуитивные суждения в
изменившейся ситуации. Юмор помогает устранить неопределенность, снять напря-
жение, создать доверительные отношения; кроме того, он содействует установле-
нию социальных связей.
Считается, что система быстрой связи с участием веретенообразных нейронов
могла сформироваться у млекопитающих, живущих в сложных социальных группах,
чтобы дать им возможность быстро адаптироваться к меняющимся ситуациям и реа-
гировать на них, принимая интуитивные решения. С учетом роли, которую верете-
нообразные нейроны, как предполагается, играют в социальном поведении, интуи-
ции и сопереживании, было высказано предположение, что аномалии, связанные с
этими нейронами, могут вносить вклад в патофизиологию расстройств аутистиче-
ского спектра, в том числе ослабление способности таких пациентов сопережи-
вать другим и участвовать в социальных взаимодействиях. Пока у нас нет прямых
научных доказательств правильности этого предположения, но, возможно, разви-
тие системы веретенообразных нейронов в головном мозге связано с нарушением
состава и функций кишечной микробиоты в течение нескольких первых лет жизни,
в том числе с искажением сигналов, которые она посылает в головной мозг. Уже
давно известно, что нарушение коммуникаций между головным мозгом и пищевари-
тельным трактом характерно для некоторых форм аутизма. Эксперименты на живот-
ных выявили искажение сигналов, передаваемых от кишечных микроорганизмов го-
ловному мозгу. Возможно, это механизм, лежащий в основе похожего на аутизм
поведения у таких животных.
Есть ли у
животных
чувства?
Считается само собой разумеющимся наличие у людей таких социальных эмоций,
как смущение, вина, стыд и гордость. Предполагается, что у животных, особенно
у тех, которые обитают рядом с человеком, также имеются похожие чувства. Лю-
бители собак клянутся, что их четвероногие друзья испытывают такие эмоции,
как стыд, ревность, гнев и привязанность, и что проявления их чувств схожи с
аналогичными эмоциями человека.
Однако анатомия головного мозга животных не предоставляет им возможности
испытывать эти эмоции — их головной мозг просто не имеет подходящих для этого
структур. Осознание эмоций человеком, возможное благодаря передней островко-
вой доле и ее взаимодействию с другими областями коры больших полушарий, в
частности с префронтальной корой, является уникальным свойством человека. В
мозге собак также имеется островок, но его передние части являются рудимен-
тарными. Возникающие внутри, в том числе в ЖКТ, ощущения интегрируются у них
в основании головного мозга, в подкорковых эмоциональных центрах, а не в пе-
редней части островка. Собаки и другие домашние животные определенно испыты-
вают эмоции, но не обладают самосознанием. Поэтому независимо от того, как
люди воспринимают выражения эмоций этими животными, собаки «играют в другой
лиге», как бы некоторым их хозяевам ни было трудно это признать.
Создание
личного
Google
Представьте себе, что наш мозг1 хранит воспоминания об эмоциональных момен-
тах в виде крошечных видеоклипов вроде тех, что выложены на YouTube. Каждый
такой видеоклип содержит не только запись конкретного момента, но и связанных
с ним эмоциональных, физических, мотивационных и других компонентов. Мы не
всегда помним даты и обстоятельства, при которых происходили события, но на
миниатюрных серверах головного мозга хранятся миллиарды таких клипов или со-
матических маркеров. Отрицательный маркер ассоциируется у нас с неприятным
чувством и желанием избежать вызывающей это чувство ситуации, положительный
маркер — с чувством благополучия и поведением, направленным на поиск такого
состояния.
Женская
интуиция
За годы работы у меня сложилось впечатление, что многие женщины вниматель-
нее прислушиваются к своим внутренним чувствам и принимают более точные ин-
туитивные решения, чем мужчины. Растущий интерес к выявлению тендерных разли-
чий при обработке эмоций и распространению хронических болевых состояний по-
будил Национальный институт здравоохранения США. профинансировать серию иссле-
дований реакций головного мозга женщин и мужчин на болевые и эмоциональные
стимулы.
Прежде по ряду политических и некоторых других причин подобные биологиче-
ские различия между женщинами и мужчинами часто игнорировались. По умолчанию
предполагалось, что мозг женщины реагирует на указанные раздражители и лекар-
ственные препараты точно так же, как мозг мужчины. Однако наши собственные
исследования и исследования наших коллег показывают, что женщины, как прави-
ло, более чувствительны к салиентным сигналам (значимым сигналам, бессозна-
тельно выделяемым специальной нейросетью), а их системы эмоциональной актива-
ции лучше приспосабливаются к физическим ощущениям (например, болям в животе)
и осознаваемым эмоциональным состояниям (например, печали или страха). Воз-
можно, эти различия объясняются тем, что у женщин сохраняются воспоминания о
таких физиологически болезненных или дискомфортных состояниях, как менструа-
ции, беременность и роды. Поэтому при ожидании потенциально болезненного опы-
та мозг женщины обращается к более обширной библиотеке соматических маркеров,
и сеть салиентности получает больше информации, чем аналогичная сеть в мозге
мужчины.
Когда человек принимает решение, руководствуясь внутренними ощущениями,
мозг обращается к этой видеотеке эмоциональных моментов. Поиск происходит так
же, как аналогичный процесс в поисковике Google. Нам не нужно проходить весь
процесс, занимающий много времени и требующий анализа всех возможных позитив-
ных и негативных последствий решения, которое мы можем принять. Когда пора
действовать, наш мозг «просматривает» окрашенные эмоциями воспоминания о том,
что вы чувствовали, решая подобные ситуации прежде, и на этой основе прогно-
зирует, как вы будете чувствовать себя, поступив тем или иным образом. Этот
вероятностный процесс «отсеивает» варианты действий, после которых человек
будет чувствовать себя, скорее всего, плохо (испытывая тревогу, боль, приступ
тошноты, грусть и другие подобные состояния), и направляет к тем вариантам
реакции, которые связаны с воспоминаниями о чувстве комфорта, счастья, заботы
и так далее. Помимо того, что такой механизм помогает быстро принимать реше-
ния, он еще позволяет воспользоваться прошлым опытом без психологического
бремени в виде повторного переживания тягостных чувств. Если бы человеку при-
ходилось каждый раз возвращаться к болезненным и неприятным переживаниям и
вновь их испытывать, он просто сошел бы с ума.
Всегда ли верны
решения на основе
внутренних ощущений?
Если наши представления о внутренних ощущениях правильны, тогда разве не
лучше всего принимать решения на их основе?
И да и нет. Внутренние ощущения больше, чем считалось прежде, связаны с
личным опытом и усвоенными знаниями, и в то же время они очень подвержены
внешним воздействиям — от болезненных воспоминаний и перемен настроения до
влияния рекламы.
К примеру, телеканалы переполнены рекламными роликами, апеллирующими к ва-
шим внутренним чувствам. Вам предлагают съесть гамбургер, сесть на диету или
принять лекарство. Расчетливо сконструированные сюжеты привлекают ваше внима-
ние образами, неявно обещающими некую награду. И эти образы плавно и без осо-
бых усилий оказываются в нашей библиотеке внутренних ощущений и переживаний.
Возьмем, например, рекламный слоган марки арахисового масла, который сооб-
щает: «Разборчивые мамы выбирают Jif» (Jif — сорт масла). Большинство родите-
лей, безусловно, хочет проявлять разборчивость, когда речь идет о здоровье
детей, это их внутреннее чувство, и оно понятно. Однако искушенные рекламода-
тели и другие заинтересованные лица могут «перехватывать» ваши внутренние
чувства, а люди нередко объединяют и упрощают получаемую информацию. Неосоз-
нанное желание «тщательно выбирать питание для своих детей» вкупе с застряв-
шим в голове слоганом «Разборчивые мамы выбирают Jif» бессознательно превра-
щается в императив «выбери Jif», который ошибочно воспринимается как внутрен-
нее ощущение. Вопрос не в том, можно ли доверять своим внутренним ощущениям,
а в том, как научиться определять, какие из них являются истинными. Наш мозг
достаточно эволюционировал, чтобы мгновенно принимать интуитивные решения и
ориентироваться в сложном современном мире, теперь мы должны научиться решать
другую сложную задачу — опираться на внутренние ощущения, чтобы понять, что
является важным.
Способность человека делать прогнозы и принимать решения на основе внутрен-
них ощущений — побочный продукт эволюции. В мире, полном опасностей, систем-
ная установка на высокую вероятность плохих исходов могла обеспечить сущест-
венное преимущество в выживании. Однако в наши дни такая установка в большин-
стве развитых стран уже не адекватна реалиям: ежедневные психологические
стрессоры во многом заменили физические угрозы жизни. В результате инстинк-
тивно принимаемые решения, ориентированные в первую очередь на отрицательный
исход, часто приводят к несчастьям и негативным последствиям для здоровья.
Наглядным примером может служить история Фрэнка. Чтобы пойти на обед с кли-
ентами, ему приходилось делать над собой усилие. Его сознание строило катаст-
рофические прогнозы насчет того, что произойдет в незнакомом ресторане, и ох-
ватывавшие Фрэнка беспокойство и боязнь проявления связанных с этим симптомов
со стороны желудочно-кишечного тракта не позволяли ему сосредоточиться на са-
мой встрече. Для обозначения этого синдрома имеется термин — катастрофизация,
это означает, что мозг на основе внутренних ощущений делает неправильный про-
гноз, считая, что наступит наихудший из возможных исходов (в нашем примере —
серьезные симптомы со стороны ЖКТ). В тот момент, когда Фрэнк узнавал о новой
встрече, он интуитивно (негативно и предвзято) представлял себе развитие бу-
дущих событий в ресторане, из-за чего не мох1 рационально оценить ситуацию.
Катастрофизация нередко свойственна пациентам, страдающим от депрессии или
хронических болей. Их внимание полностью сфокусировано на отрицательных раз-
дражителях. Порой такие люди утрачивают способность принимать на основе внут-
ренних ощущений решения, которые улучшали бы их состояние.
Как человек
принимает
решения
Есть три стратегии покупки бутылки вина, и выбор здесь зависит от того, как
мы принимаем решения.
Покупатели первого вида мыслят линейно и рационально, основывая выбор на
информации, которую они усвоили на специальных курсах (лучшие урожайные годы
для этой марки вина, количество сахара, возраст вина и т.д.), или следуя ре-
комендации экспертов. Покупатели, которые руководствуются внутренними ощуще-
ниями, принимают решение, основываясь на врожденной или благоприобретенной
способности распознавать вкусы и ароматы (от шоколада до малины и корицы),
вдыхая запах вина и дегустируя его. Наконец, есть покупатели, которые полно-
стью полагаются на интуицию. За свою жизнь они накопили обширную библиотеку
эмоциональных воспоминаний, связанных с потреблением вина. Эти воспоминания
могут включать приятные моменты, испытанные в городке Тосканы или Прованса,
или во время веселого дружеского обеда. Эти воспоминания могут включать в се-
бя запах лаванды с близких полей и грозу, которая заставила посетителей пере-
браться из-за столиков на веранде в помещение ресторана. Внутренние ощущения,
возникшие во время этих приятных впечатлений и сохраненные в памяти, включают
не только вкус вина (внутренние ощущения), но и контекст (красивые пейзажи) и
пережитое чувство (умиротворения, счастья или влюбленности).
Принимая решение, какое купить вино, рациональный человек может рыться в
интернете, выискивая и дотошно сопоставляя цену, год урожая и другую важную
для оценки вина информацию. Покупатель сенсорного типа направится в дегуста-
ционную комнату в магазине и там будет искать уникальное сочетание вкуса и
аромата. А покупателя интуитивного типа подхватят и унесут пришедшие внезапно
мысли об уголке земли, откуда вино родом, или воспоминания о том, как он пил
это вино в компании друзей.
Сон — портал
во внутренние
ощущения
Если бы нам прокрутили документальный фильм о нашей жизни, снятый на основе
внутренних ощущений, мы, вероятно, увидели бы смонтированную из отдельных
фрагментов-воспоминаний увлекательную, красочную и очень личную кинобиогра-
фию.
А если оставить фантазии в стороне — есть ли реальный способ заглянуть в
видеотеку нашего сознания? Когда мы бодрствуем, такие фильмы будут слишком
отвлекать нас от взаимодействия с окружающим миром. Гораздо больше для про-
смотра подошла бы ночь, когда нас не отвлекают ни работа, ни семья, ни друзья
и когда наше тело как бы отключено на время и не будет двигаться даже во вре-
мя самых страшных сцен. Лучшее время для доступа к внутренним ощущениям — ко-
гда мы спим, точнее, когда смотрим сны.
Сновидения, как свидетельствует опыт, действительно часто похожи на фильм,
и каждый, кто может вспомнить свои сны, согласится: наш мозг — замечательный
режиссер. Принято считать, что самые яркие сны возникают в фазе быстрых дви-
жений глаз (БДГ). В этой фазе быстрого сна дыхание становится частым, неров-
ным и неглубоким, глазные яблоки совершают быстрые движения в различных на-
правлениях, активность мозга резко повышается. Чаще всего человек видит сны,
имеющие для него большое личное значение, — красочные и насыщенные эмоциями.
Томография мозга спящих испытуемых показала, что к областям, активизируемым
во время БДГ-фазы сна, относятся части островковой доли, отвечающие за выде-
ление значимых сигналов (сеть салиентности), передняя поясная кора, несколько
генерирующих эмоции областей мозга, в том числе миндалина, связанные с функ-
циями памяти гиппокамп, орбитофронтальная кора и, наконец, имеющая важное
значение для обработки образов зрительная зона коры больших полушарий. А вот
области мозга, занимающиеся когнитивным контролем и осознанным пониманием, в
том числе префронтальная и теменная зоны коры, равно как и области, контроли-
рующие сознательно выполняемые движения, в это время выключаются. В этой фазе
сна человек как бы парализован. Таким способом мы можем посмотреть полную, не
подвергшуюся цензуре версию фильма, не боясь свалиться с кровати, когда по-
чувствуем, что от кого-то убегаем или сами бьем кого-то по физиономии. Чело-
век не видит сновидения только в том случае, если у него редко встречающееся
расстройство сна.
Интересно отметить, что, хотя во время сна тело отключено и движений не
происходит, взаимодействие между головным мозгом и микробиотой ЖКТ достигает
максимума активности. Мощные сокращения и всплески секреции (мигрирующий мо-
торный комплекс, о котором шла речь в главе 2) проходят через ЖКТ, в котором
нет пищи, каждые 90 минут. Во время сна эти волны активизируются и резко из-
меняют окружающую среду для кишечных микроорганизмов (а следовательно, и их
метаболическую активность). Исходя из того, что мы знаем сегодня, вполне ве-
роятно, что эти волны сокращений также связаны с выбросом в пищеварительный
тракт многочисленных сигнальных молекул и с передачей этой информации в го-
ловной мозг через множество каналов, связывающих его с ЖКТ. Хотя опытным пу-
тем это пока не подтверждено, я не удивлюсь, если окажется, что всплески ин-
тенсивных сигналов от пищеварительного тракта и его микробиоты к головному
мозгу с учетом всех нейроактивных веществ, которые при этом высвобождаются,
играют роль в аффективном окрашивании снов.
Почему для нас так важны сновидения? Существует теория, что во время БДГ-
фазы сновидения помогают интегрировать и консолидировать различные аспекты
эмоциональных воспоминаний. Один из способов, позволяющих войти в контакт с
инстинктивным чувством и научиться ему доверять, — это анализ сновидений, о
чем мы будем говорить далее. (Хотя есть много других гипотез о роли и значе-
нии снов. Например, догадка, что одна из функций сна состоит в закреплении
накопленных за день эмоциональных воспоминаний в виде подсознательных ощуще-
ний , подтверждается большим числом научных данных.) Ряд недавно полученных
результатов позволяет предположить, что важную роль в модулировании сна в
БДГ-фазе и вообще состояния, в котором человек видит сны, играет коммуникация
между головным мозгом и ЖКТ, возможно, включающая и сигналы, отправляемые
микробиотой. Поэтому перед тем, как в следующий раз вы решите поужинать на
сон грядущий или отправитесь ночью хлопать дверцей холодильника, подумайте о
непредвиденном влиянии, которое эта пища может оказать на ночные «киносеансы»
и на обновление внутренней базы данных.
Четверть века назад, когда передо мной стояла труднейшая задача — я прини-
мал решения, которые определяли направление моей жизни, — мне посчастливилось
в течение нескольких лет испытать на себе юнгианский психоанализ. Карл Густав
Юнг был известным психиатром, он работал в психиатрической клинике Бургхельц-
ли в Цюрихе и был современником Зигмунда Фрейда. Он стал основателем аналити-
ческой психологии — детально проработанной теории, основанной на ключевых
концепциях общего (коллективного) бессознательного, универсальных врожденных
паттернов бессознательных образов (архетипов), которые направляют поведение,
а также на концепции индивидуализации — психологическом процессе интеграции
таких противоположных психологических тенденций, как интроверсия и экстравер-
сия. Юнг считал анализ сновидений ключом, открывающим доступ к нашему бессоз-
нательному. Я думаю, что у этого процесса много общего с умением соотноситься
с внутренними чувствами и доверять им.
Меня всегда восхищали работы Юнга об анализе снов, но я не был готов ежене-
дельно отвечать на повторяющиеся вопросы моего психотерапевта о снах, которые
мне приснились после нашей последней встречи. Хотя я прибегнул к этой тера-
пии, чтобы получить практическую помощь и принять рациональные решения о сво-
ем будущем, психотерапевт постоянно побуждал меня смотреть внутрь себя и на-
ходить важные для меня ответы в увиденных сновидениях.
Иногда меня охватывал ужас: приближался день очередного еженедельного визи-
та к психотерапевту, а в моем дневнике не было ни одной записи о сновидениях
— мне предстояла встреча, на которой я ничего не смогу рассказать. Однако с
каждым месяцем число снов, которые я запоминал, росло. Я стал запоминать
больше деталей, а сами сны стали более яркими, и теперь я был поражен красо-
той и сложностью сюжетных линий «внутренних фильмов», которые смотрел каждую
ночь. Наиболее сложные из них, связанные с самыми сильными чувствами, имели
очень важное для меня значение. Запись снов и их последующий анализ вместе с
моим психотерапевтом или без него постепенно привели меня в состояние, когда
я смог подсоединяться к внутренней базе данных своих эмоциональных воспомина-
ний. Я начал доверять внутренней мудрости, проявляющейся во снах, и все чаще
и чаще принимал важные решения, следуя их подсказкам, а не советам друзей и
коллег.
Однако анализ сновидений — не единственный способ войти в контакт со своими
внутренними ощущениями. Есть и другие варианты, как научить прислушиваться к
ним, — менее громоздкие и дорогостоящие, чем юнгианский психоанализ. Одним из
таких способов является эриксоновский гипноз. Милтон Эриксон, известный гип-
нотерапевт, был настоящим мастером своего дела, умевшим вводить пациента в
транс, направляя сложные, выявляющиеся в результате гипноза истории либо в
сознательное, рациональное (левое) полушарие головного мозга, либо в мудрое,
всезнающее бессознательное (правое) полушарие. В ходе гипнотической индукции
пациент начинает все больше и больше доверять бессознательной сфере своей
психики и перестает пытаться что-либо контролировать с помощью рациональных,
линейных механизмов мышления. Гипноз — не только очень эффективный способ бы-
строго переключения мозга с внимания, сфокусированного на внешнем мире, в ин-
троспективный режим, в результате чего у пациента наступает транс. Повторяю-
щиеся сеансы эриксоновского гипноза меняют способ принятия пациентом важных
решений уже не в трансе, а в обычном состоянии. Многие регулярно посещавшие
Эриксона пациенты научились больше доверять внутренней мудрости и принимать
решения, опираясь именно на нее.
Подведем
итоги
Как часто в повседневных разговорах мы используем выражения «внутреннее
ощущение», «внутреннее чувство», не понимая, что за этими терминами стоит ог-
ромное количество накопленных научных данных. Качество взаимодействия между
головным мозгом и пищеварительным трактом, его точность и проявляемые при
этом предпочтения у разных людей могут сильно различаться. Некоторые внутрен-
ние ощущения с высокой точностью фиксируются и воспроизводятся на подсозна-
тельном уровне; и, хотя они редко достигают сознания, вероятно, такие фильмы-
сновидения играют важную роль в фоновых эмоциональных состояниях. Кроме того,
есть люди, по-видимому, более чуткие и внимательные к сигналам, поступающим
из ЖКТ. Они могут считать, что у них всегда был «чувствительный желудок»,
или, возможно, матери рассказывали им, что в младенческом возрасте у них час-
то случались колики. Кое-кто приучается жить с такой гиперчувствительностью и
считает ее своей индивидуальной чертой. Такие люди говорят, что больше, чем
окружающие, чувствительны к продуктам питания и лекарствам, а в тревожных си-
туациях их бьет нервная дрожь. У других представителей этой «чувствительной»
группы головной мозг, не выдерживая постоянного воздействия потока аномальных
внутренних сигналов, вызывает неадекватные реакции пищеварительного тракта,
например такие желудочно-кишечные расстройства, как СРК.
Чтобы в полной мере использовать огромный потенциал взаимодействия между
головным мозгом, ЖКТ и кишечной микробиотой, нужно прислушиваться к внутрен-
ним ощущениям, понимать ту роль, которую играет в принятии интуитивных реше-
ний наша личная коллекция воспоминаний, связанных с реакциями ЖКТ, и помнить,
что любые действия, которые влияют на деятельность кишечных микроорганизмов,
— от соблюдения диеты до приема лекарств — также могут влиять на наши эмоции
и предчувствия.
Учитывая исключительную важность принятия решений на основе внутренних ощу-
щений, странно, что люди не разработали никакого формального механизма подго-
товки и оптимизации этой замечательной способности. Нам ничего не рассказыва-
ют об этом в школе, родители не учат своих детей прислушиваться к внутренним
сигналам. Вместо этого подчеркивается необходимость все тщательно обдумывать,
проверять с позиций логики (разумеется, это ценный навык для импульсивных
подростков, и его следует настойчиво практиковать). Современное общество вну-
шает нам, что необходимо принимать рациональные решения. Эта догма, считаю-
щаяся одной из важнейших, основана на предположении, что мир является линей-
ным и предсказуемым и, если у вас есть достаточное количество информации о
нем, вы в состоянии принимать наилучшие решения. Я же твердо убежден, что,
как только мы глубже поймем биологические основы интуитивных решений, мы при-
знаем улучшение навыков таких решений достойной целью, которая полностью оп-
равдывает усилия, затрачиваемые на ее достижение. Появится ряд стратегий, с
помощью которых мы сможем усовершенствовать способность принимать решения,
исходя из внутренних ощущений, и станем чаще использовать этот подход.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Литпортал
БЛЭКАУТ
Марк Эльсберх1
ДЕНЬ О
ПЯТНИЦА
Милан
Пьеро Манцано рванул руль в сторону. Его «Альфа-Ромео» неудержимо летела на
бледно-зеленый автомобиль, резко замерший впереди. Манцано уперся в рулевое
колесо, и ему живо представилось, как обе машины сминаются с ужасающим скре-
жетом. Визг тормозов, калейдоскоп огней в зеркале заднего вида, мгновение пе-
ред ударом...
Время словно застыло. Почему-то в этот миг Манцано подумал про шоколад и
про то, как собирался через двадцать минут принять душ, а после устроиться на
диване с бокалом вина и сговориться с Карлой или Паолой насчет следующих вы-
ходных .
«Альфа-Ромео» дернулась и встала в миллиметре от бампера впереди стоящей
машины. Манцано отбросило на спинку сиденья. Улица погрузилась во мрак, све-
тофор, еще секунду назад зеленый, погас, и в глазах еще расходились радужные
пятна. Вокруг громыхала какофония из гудков и металлического лязга. Слева
темноту прорезали фары грузовика. На том месте, где только что стояла зеленая
малолитражка, возникла в снопе искр синяя громада. Последовал жуткий удар.
Манцано врезался головой в боковое стекло. Машину крутануло, словно карусель,
и тут же ее остановил следующий удар.
Ошеломленный, Пьеро огляделся и попытался сориентироваться. Одна фара еще
горела, и снежные хлопья плясали в ее свете, таяли на мокром асфальте. Капот
согнуло пополам. Впереди, в нескольких метрах, краснели задние огни грузови-
ка.
На раздумья не было времени. Манцано быстро отстегнул ремень безопасности,
нашарил телефон и выпрыгнул из машины.
Аптечка и знак аварийной остановки лежали в багажнике. Пьеро бегло осмотрел
машину. Грузовик мало что оставил от передней части; левое колесо оказалось
вдавлено в месиво из металла. «Альфа-Ромео» теперь годилась разве что на лом.
Водительская дверь грузовика была открыта. Манцано обежал кабину - и замер.
В свете фар с полосы встречного движения картина представлялась еще более
зловещей. Здесь тоже произошло несколько аварий. Бледно-зеленая машина была
смята с водительской стороны и оказалась зажатой под бампером грузовика. Из
моторного отсека - вернее, его остатков - валил пар, окутывая место аварии.
Низкий коренастый мужчина в утепленном жилете пытался открыть покореженную
дверь. Водитель грузовика, решил Манцано. Он подбежал к машине, и от увиден-
ного к горлу подступил ком.
От удара водительское кресло сорвало с креплений и опрокинуло на колени
женщины на пассажирском сиденье. Водитель безжизненно повис на ремне, голова
была вывернута под неестественным углом, лицо уткнулось в обмякшую подушку
безопасности. Под креслом были видны только руки и голова женщины. Лицо ее
заливала кровь, веки дрожали, губы едва заметно шевелились.
- «Скорую»! - крикнул Манцано водителю грузовика. - Вызовите «Скорую»!
- Нет сигнала! - отозвался водитель.
Губы женщины замерли, лишь кровавые пузырьки надувались в уголке рта с каж-
дым выдохом, свидетельствуя о том, что она еще жива. Тем временем вокруг со-
бралось столько народу, что свет фар едва пробивался к месту аварии. Люди
стояли под снегопадом и глазели.
Манцано кричал, чтобы все расходились, но никто не двинулся с места. Каза-
лось , они и не слышали его. Только теперь он осознал то, что произошло за миг
до столкновения. Дорожное освещение, светофоры - все внезапно погасло. Потому
вокруг так темно. И ночь казалась темнее обычного.
- Господи, на вас взглянуть страшно! - воскликнул человек в лыжной куртке.
- Вы были в машине?
Манцано мотнул головой:
- о чем вы?
Мужчина показал на его левый висок:
- Вам нужен врач. Присядьте.
Теперь Пьеро ощутил пульсирующую боль, что-то теплое стекало с виска и по
шее. У него закружилась голова.
Манцано привалился к покореженной машине. Пока он тщетно пытался унять го-
ловокружение , в ночи разнесся пронзительный, долгий сигнал - словно последний
крик о помощи.
Рим
Сигнал звучал непрерывно, в дополнение на экранах мигал целый калейдоскоп
маячков.
- Черт знает что творится! - воскликнула Валентина Кондотто, лихорадочно
нажимая на клавиши. - Сначала резко подскочила частота, а потом сработало
аварийное отключение. Северная Италия обесточена! Раз - и всё, без предупреж-
дения !
Три года назад Кондотто стала системным оператором в центре управления
«Терна» в окрестностях Рима. С тех пор она по восемь часов на дню следила за
подачей тока на распределительные сети Италии и контролировала энергообмен с
сетями соседних государств.
Перед ней на широком, шесть на два метра, экране горели разноцветные линии
и клетки. Итальянская электросеть. На мониторах справа и слева высвечивались
актуальные данные от сетей. На рабочем столе Кондотто еще четыре небольших
монитора показывали ряды чисел, кривые и диаграммы.
- Остальная часть перешла на желтый, - отозвался Джузеппе Сантрелли, сис-
темный оператор. - Милан на линии. Они хотят поднять напряжение, но никак не
добьются стабильных частот от «Энел». Спрашивают, что мы можем сделать.
- Сицилия теперь тоже на красном!
Все работало по принципу светофора. Зеленый цвет означал, что с сетью всё в
порядке. Желтый означал проблемы. Красный - полное отключение. Благодаря об-
щеевропейской системе оповещения каждый оператор в любой момент времени узна-
вал о критической ситуации в сети. В эпоху всеобщей интеграции, в том числе и
энергосетей, это была неизбежная мера.
Значительную часть всего процесса выполняли компьютеры. За доли секунд они
регулировали подачу тока, и оператору за пультом отводилась лишь роль наблю-
дателя. При частоте 50 герц допускались лишь незначительные колебания, в про-
тивном случае могли выйти из строя генераторы. При высоких колебаниях система
автоматически отключала часть сети.
Судя по красному ареалу на большом экране, компьютер отключил от сети все
регионы севернее Лацио и Абруццо. Сицилия также пострадала. Только южная
часть Италии еще снабжалась электричеством. Более тридцати миллионов человек
остались без света.
В уцелевшую часть сети внезапно хлынул ток, что привело к очередному скачку
частоты и новым аварийным отключениям.
- Ух! И они тоже, - лаконично отметил Сантрелли. - Калабрия, Базиликата,
часть Апулии и Кампании на красном. И глянь-ка: у французов и австрийцев тоже
проблемы!
Ибс-Перзенбойг
Хервиг Оберштэттер поднял взгляд от распределительного щита и вновь прислу-
шался. Гул генераторов эхом разносился под высокими, как в соборе, сводами
электростанции.
Стоя на мостках, что опоясывали зал, Оберштэттер наблюдал за тремя красными
генераторами. Их цилиндры стояли в ряд, как дома в квартале, и при этом они
составляли лишь верхнюю часть всей конструкции. Генераторы выглядели массив-
ными, незыблемыми гигантами, и все же Оберштэттер чувствовал, какая энергия
буйствует в этих колоссах. Приводимые в движение гигантским валом, соединен-
ным с лопастными турбинами, в каждом из генераторов вращались многотонные
магниты - километры намотанной проволоки, сотни оборотов в минуту. В резуль-
тате возникало магнитное поле, которое индуцировало напряжение на обмотку
статора. Даже несмотря на техническое образование, Оберштэттер не мог в пол-
ной мере постичь это чудо. Именно здесь зарождалась сила, питающая современ-
ную жизнь. По линиям высокого напряжения, через подстанции и низковольтные
линии эта сила растекалась по самым отдаленным уголкам страны. В тот миг, ко-
гда она иссякала, внешний мир замирал.
На лопасти размером с кузов самосвала подавалась вода из Дуная - более ты-
сячи кубометров в секунду. И хотя в это время года уровень воды опускался,
турбины по-прежнему вырабатывали половину предельной мощности.
Еще в школе Оберштэттер узнал, что электростанция Ибс-Перзенбойг, возведен-
ная в пятидесятые годы прошлого века, была одной из первых и крупнейших на
Дунае. Плотина шириной в четыреста шестьдесят метров перекрывала русло между
Ибсом и Перзенбойгом, образуя запруду протяженностью в двадцать четыре кило-
метра . Перепад в уровне воды составлял одиннадцать метров. Но все это Обер-
штэттер узнал лишь девять лет назад, когда начал здесь работать. С тех пор он
контролировал и оберегал красных исполинов, как собственных детей.
Оберштэттер снова прислушался. За девять лет человек приучается чувствовать
оборудование. Он до сих пор не мог найти этому объяснение.
Был вечер пятницы, люди возвращались домой с работы, зажигали свет и под-
ключали обогрев. В эти часы потребление электричества достигало пикового
уровня. Электростанции в Австрии работали на пределе, и все равно им приходи-
лось импортировать энергию. Поскольку хранение электроэнергии было сопряжено
с рядом трудностей, по всему миру ее производилось ровно столько, сколько по-
треблялось в текущий момент. При этом различия в привычках потребителей про-
воцировали постоянные колебания частоты. Стабильность в сети обеспечивалась в
том числе изменением скорости вращения турбин.
Оберштэттеру все вдруг стало ясно. Он взялся за рацию и доложил в аппарат-
ную:
- Здесь что-то не так!
Сквозь треск и хрип из динамика раздался голос напарника:
- Мы тоже заметили. Частота в сети резко упала!
Гул становился громче, к нему прибавился беспорядочный стук. Оберштэттер с
тревогой взглянул на гигантские цилиндры и произнес в рацию:
- Но, судя по звуку, частоты завышены. Генераторы на пределе. Сделайте что-
нибудь !
Что они там болтают, какое падение частот? Генераторы перегружены. Кому по-
надобилось разом столько тока? Однако оборудование показывало иное: как если
бы множество потребителей одновременно отключились от сети. Если частота в
электросети так скакала, что это отразилось на их генераторах, значит, у ко-
го-то возникли серьезные проблемы. Может, где-то произошло масштабное отклю-
чение? В таком случае десятки тысяч людей остались без света.
Оберштэттер с ужасом наблюдал, как генераторы сначала завибрировали, а по-
том загромыхали. Если скорость вращения будет слишком высокой, собственная
сила инерции разрушит агрегаты. Им придется прибегнуть к аварийному отключе-
нию.
- Выключай! - проревел Оберштэттер в рацию. - Или тут все разнесет к чер-
тям!
Он замер как завороженный перед лицом этой неукротимой мощи. Шум подавлял
все вокруг. Три исполинских агрегата беспорядочно подпрыгивали, и Оберштэттер
ждал, что они в любую секунду выстрелят, словно клапаны компрессора, и про-
бьют свод.
Потом шум стал затихать.
Оберштэттер почувствовал, как спадает вибрация. Это продолжалось всего не-
сколько секунд, но для него они растянулись в вечность.
Тишина казалась неестественной. Только теперь Оберштэттер осознал, что не-
оновые трубки в зале погасли. Горели только мониторы и аварийные лампы.
Браувайлер
- На севере Швеция, Норвегия и Финляндия, на юге Италия и Швейцария - все
обесточены, - докладывал оператор, и Йохен Певальски смотрел ему через плечо.
- Как и частично соседние страны: Дания, Франция, Австрия, а также Словения,
Хорватия и Сербия. Е.ON сообщает о сбоях, Ваттенфаль и EnBW целиком на желтом
уровне. Польша, Чехия и Венгрия тоже. Пятна есть и на Британских островах.
Йохен Певальски более тридцати лет проработал начальником центра управления
в «Амприон ГмбХ». Комплекс был выстроен под Кёльном в 1928 году как основной
пункт управления сетей электропередачи энергоконцерна RWE и долгое время был
известен как «главный узел Брауваилера». На громадном, шестнадцать метров на
четыре, экране пестрели красные, желтые и зеленые линии, на столах мерцали
бесчисленные мониторы операторов. Эта картина каждый день напоминала Йохену
об ответственности, возложенной на его команду.
В их ведении находилась вся электросеть концерна «Амприон», одного из четы-
рех энергогигантов Германии и входящего в число крупнейших поставщиков Евро-
пы.
В то же время они координировали параллельную работу четырех крупных энер-
госистем Германии. Также на них возлагались координация и обеспечение баланса
всей электросети в северной части Европы. На их попечении были Нидерланды,
Бельгия, Болгария, Германия, Австрия, Польша, Румыния, Словакия, Чехия и
Венгрия.
После либерализации рынков электроэнергии эти задачи приобретали все боль-
шее значение и вместе с тем становились все более сложными. Электроэнергия
циркулировала по всей Европе, в объемах доселе невиданных, и текла в каждый
уголок, где только возникала в ней потребность. Непрерывные отдача и прием. И
Певальски опасался, что именно это равновесие сейчас разладилось.
- Это хуже, чем в две тысячи шестом, - посетовал второй оператор.
Певальски припоминал, что этот человек уже был в их команде тем вечером 4
ноября 2006 года. С верфи в Папенбурге к морю по каналам должен был пройти
круизный лайнер, и Е. ON без предупреждения отключила линию сверхвысокого на-
пряжения. Магистраль Ландсберген - Варендорф оказалась перегружена, и про-
изошло аварийное отключение. Это привело к сбоям по всей Европе. И хотя Пе-
вальски и его люди спешно пытались исправить положение, около пятнадцати мил-
лионов человек остались без электричества. Прошло более полутора часов, преж-
де чем им и их коллегам в соседних странах удалось восстановить снабжение.
Они едва избежали масштабной катастрофы.
Нынешнее положение казалось более угрожающим.
- Чехия теперь целиком на красном, - известил оператор.
Двадцать минут назад итальянцы первыми сообщили о проблемах. Одновременно
со сбоем на юге серьезные трудности возникли в Швеции, а затем по всей Скан-
динавии. Очевидно, из-за погодных условий была нарушена работа электросетей
одновременно в разных частях Европы.
- Нужно любой ценой сохранить немецкую электросеть, чтобы не обрывалась
связь востока и запада, - отрезал Певальски.
В его штабе царило небывалое оживление. Операторы распределяли ток по сво-
бодным еще электросетям, направляли избыточную энергию на аккумулирующие
электростанции, насколько позволяла их емкость, или при необходимости сбрасы-
вали напряжение. И тем самым вынуждали простаивать фабрики и заводы, оставля-
ли без света тысячи людей.
Певальски наблюдал. Внезапно еще несколько линий на экране вспыхнули крас-
ным.
Он пытался сохранять внешнее спокойствие, но мысли вихрем кружили в его го-
лове . Пока в отдаленных регионах Европы производится и потребляется электро-
энергия, они смогут довольно быстро восстановить перегоревшую сеть. При пол-
ном отключении это будет не так просто. В отличие от газотурбинной или гидро-
аккумулирующей станции, атомный реактор или угольную электростанцию не удаст-
ся запустить в течение нескольких минут.
- Испания на желтом.
- Ладно, довольно, - распорядился Певальски. - Отсекайте немецкую сеть. - И
добавил вполголоса: - Если это еще возможно.
В нескольких
километрах
от Линдау
- Надеюсь, бензина хватит, - сказала Хлоя Тербантен.
Соня Ангстрем отвлеклась от созерцания заснеженных пейзажей и бросила
взгляд на приборную панель. Они с Ларой Бондони сидели на заднем сиденье,
Тербантен вела машину; на пассажирском сиденье Флёр ван Каальден хлопала себе
по коленке в такт музыке из приемника.
- Может, в Германии дозаправимся для верности, - предложила ван Каальден.
Они были где-то у австрийской границы, примерно в часе езды от лыжного ку-
рорта, где забронировали домик на ближайшую неделю. Справа и слева уже обо-
значились отроги Альп, залитые сиянием луны, что выглядывала из-за облаков.
Время от времени Ангстрем видела очертания фермерских дворов, погруженных во
мрак. Должно быть, местные жители довольно рано отправлялись спать.
Они ехали на «Ситроене» Хлои, с трудом втиснув в багажник объемные чемода-
ны, спортивные сумки, лыжи и сноуборды. По пути один раз уже заправлялись,
выпили кофе и мило пообщались с группой шведов, которые ехали покататься в
Швейцарию.
- До следующей заправки километр, - ван Каальден показала на знак у обочи-
ны . Тербантен пролетела мимо него на скорости в сто восемьдесят.
Ангстрем высматривала огни заправки, но кругом простирался лишь освещенный
луной ландшафт.
Тербантен повернула к съезду.
- Наверное, по другой стороне автобана, - предположила Бондони.
В этот миг перед ними вспыхнул калейдоскоп огней. Тербантен притормозила.
- Что здесь творится?
У раздаточных колонок рядами выстроились машины, их фары выхватывали из
тьмы само здание заправки. В ночное небо устремлялись несколько слабых лучей
- вероятно, карманные фонари.
Они вышли из машины. Тербантен не стала гасить фары.
Ангстрем сразу почувствовала, как холод пробирается сквозь джинсы и свитер.
Впереди стоял автомобиль с немецкими номерами. Соня немного говорила по-
немецки . Она подошла к машине и попыталась выяснить, в чем дело.
- С электричеством беда, - ответил водитель за полуопущенным стеклом.
Тот же ответ Соня получила от мужчины в комбинезоне возле одной из колонок.
- И теперь нельзя заправиться? - спросила она.
- Насосы работают от электричества, без него не получится выкачать топливо
из резервуаров.
- А генераторов у вас нет?
- Увы, - рабочий развел руками. - Но скоро все наладится, будьте уверены.
- И давно это случилось? - спросила Ангстрем и обвела взглядом колонну ав-
томобилей и заставленную парковку перед рестораном, тоже погруженным во тьму.
Вечер пятницы перед праздничными выходными.
- Минут пятнадцать или около того.
«Около того», - подумала Соня. Она вернулась к своим и рассказала, что вы-
яснила .
Тербантен хлопнула по крыше «Ситроена».
- По местам! - скомандовала она. - Доедем до следующей заправки!
Берлин
- Что значит «я не знаю»?
Министр внутренних дел стоял перед экраном. Это был крупный мужчина, в смо-
кинге, с румяным лицом и редкими волосами. Он выглядел крайне недовольным.
Вероятно, ему пришлось спешно уйти со званого ужина, если судить по костюму.
Фрауке Михельсен не припоминала, чтобы хоть раз видела его в оперативном шта-
бе министерства. Возможно, потому, что сама нечасто сюда заглядывала.
В зале не осталось свободных мест. Сотрудники всех гражданских структур,
специалисты по информационным технологиям, федеральная полиция, службы обще-
ственной безопасности и чрезвычайных ситуаций. В той или иной мере Михельсен
знала их всех.
На экране можно было видеть Хельгу Брокхорст из Федеральной службы по обра-
ботке информации и управлению в чрезвычайных ситуациях в Бонне.
- Все не так просто, - ответила она коротко.
«Неверный ответ», - подумала Михельсен.
- Если позволите, господин министр, - вмешался статс-секретарь Хольгер
Ресс. - Возможно, господин Бедерсдорф сумеет прояснить ситуацию.
Конечно, куда же без него. Бедерсдорф долгие годы работал на Федеральный
союз предприятий энергетики и водоснабжения, пока лобби-сообщество не пропих-
нуло его в министерство.
- Представьте себе электросеть как систему кровообращения, - начал Бедерс-
дорф. - С тем отличием, что вместо одного сердца бьется несколько. Это элек-
тростанции. От них электричество растекается по всей стране - как кровь по
телу. При этом существуют различные линии, подобно различным сосудам. Высоко-
вольтные линии можно сравнить с аортами, по которым энергия может в значи-
тельных объемах транспортироваться на большие расстояния. Затем электричество
распределяется по линиям среднего напряжения, и региональные сети доставляют
его до конечных потребителей, как капилляры доставляют кровь к каждой клетке.
При этом для наглядности Бедерсдорф демонстрировал все на себе, касаясь по-
очередно груди, рук и пальцев. Он делал это не впервые, и Михельсен без тени
зависти признавала, что более доступной аналогии ей бы в голову не пришло.
- Здесь следует учесть два аспекта. Во-первых, чтобы содержать сеть в ста-
бильном состоянии, необходимо поддерживать постоянную частоту. Как с кровяным
давлением человека: если оно слишком высокое или низкое, мы теряем сознание.
К сожалению, это и произошло с электросетью. И во-вторых, хранение электро-
энергии сопряжено с некоторыми сложностями. Поэтому она должна циркулировать
непрерывно, как кровь. Иными словами, должна производиться в тот самый мо-
мент , когда в ней возникает потребность. Объемы сильно разнятся в течение
дня. Как сердце начинает работать быстрее, если человек вдруг пускается бе-
гом, так и электростанции должны производить больше энергии в часы пиковой
нагрузки. Или необходимо подключать дополнительные агрегаты. Я доступно объ-
яснил?
Бедерсдорф огляделся. Несколько человек кивнули, и только министр хмурил
лоб.
- Но как это могло произойти во всей Европе? Я думал, немецкая электросеть
вполне надежна.
- В целом так и есть, - подтвердил Бедерсдорф. - В нашу пользу говорит и
тот факт, что Германия дольше других сдерживала коллапс и одной из первых на-
чала восстанавливать снабжение. И все же немецкая электросеть не изолирована
от Европы.
Он нажал несколько клавиш, и на большом экране появилась карта континента,
оплетенная сетью разноцветных линий.
- Это сводная карта европейских электросетей. Как нетрудно заметить, они
тесно связаны между собой.
Карта сменилась схемой, на которой условные обозначения электростанций,
фабрик и жилых домов были связаны линиями в одну сеть.
- Раньше производство и поставки электроэнергии осуществлялись национальны-
ми концернами. Но после либерализации рынков эта структура претерпела сущест-
венные изменения. Сегодня с одной стороны есть производители электроэнергии...
Иконка электростанции на схеме загорелась красным.
- ...а с другой - поставщики.
Линии на схеме стали зелеными.
- Кроме того, в цепочку включились, - на схеме появился еще один значок с
символом евро, - энергетические биржи, где производители и провайдеры обгова-
ривают цены. Таким образом, электроснабжение в наши дни представлено множест-
вом действующих лиц, и в ситуации вроде этой они должны, прежде всего, согла-
совать свои действия.
Михельсен сочла своим долгом дополнить его речь:
- И главная их задача состоит не в оптимальном снабжении населения и про-
мышленности энергией, а в извлечении прибыли. Тут необходимо согласовать ин-
тересы различных сторон. И в сжатые сроки.
- Нам пока неизвестны причины, но можете быть уверены, что все мы преследу-
ем общую цель. Нынешняя ситуация никому не принесет выгоды.
- То есть как вам неизвестны причины? - спросил представитель от службы об-
щественной безопасности.
- Система устроена не так просто, чтобы объяснить с ходу.
- Сколько времени уйдет на восстановление снабжения? - спросил статс-
секретарь .
- По нашим данным, к утру в большинстве регионов вновь появится ток.
- Не то чтобы я придираюсь, - вставила Михельсен. - Но речь идет о всей Ев-
ропе . Предприятия еще не сталкивались с проблемами подобного масштаба, - она
старалась говорить сдержанно. - Я отвечаю за управление в чрезвычайных ситуа-
циях и защиту населения. Если к утру общественный транспорт так и не тронется
с места, а вокзалы и аэропорты окажутся парализованы, если школы и социальные
учреждения останутся без тепла, если будет нарушено водоснабжение и телеком-
муникации - тогда у нас будут серьезные проблемы. На сегодня мы едва ли гото-
вы к этому.
- Как вообще происходит восстановление подачи? - спросил министр внутренних
дел.
В этот раз Бедерсдорф опередил ее:
- Как правило, на электростанциях подают напряжение по ограниченной сети и,
когда частота стабилизируется, постепенно наращивают охват. Затем эти разроз-
ненные части сетей объединяют и синхронизируют.
- И много времени занимают эти шаги?
- Восстановление сети занимает от нескольких секунд до нескольких часов.
Все зависит от обстоятельств. Синхронизация происходит относительно быстро.
- Затронуты регионы по всей Европе? - спросил министр. - Возможно ли свя-
заться с другими государствами?
- Над этим идет работа, - заверил его Ресс.
- Хорошо, сформируйте кризисный штаб и держите меня в курсе событий. - Ми-
нистр направился к выходу. - Хорошего вечера, дамы и господа.
«Лучше и не скажешь», - подумала Михельсен. Хорошего вечера... Эта ночь обе-
щала быть долгой.
Схипхол
Задерживается
Задерживается
Задерживается
За последний час все авиаперевозчики объявили о задержках своих рейсов.
- Долго еще? - спросила Бернадетта, прижав к себе любимую куклу.
- Написано же, - с важным видом заявил ее брат. - Наш самолет задерживает-
ся.
- Я же не умею читать. Как будто сам не знаешь.
- Малявка! - обозвал ее Жорж.
- Сам такой!
- Малявка! Малявка!
Бернадетта захныкала:
- Мама!
- Прекратите, - одернул детей Франсуа Боллар. - Жорж, перестань дразнить
сестру.
- Значит, в Париже будем только к полуночи, - вздохнула его жена. Вид у нее
был усталый.
- Вечер пятницы. - Боллар пожал плечами. - Не в первый раз.
Перед электронным табло толпились другие пассажиры. Час назад их самолет
должен был вылететь в Париж. Теперь время вылета было запланировано на 22.00.
Кресла в зоне ожидания были заняты все до последнего. Люди сидели на чемо-
данах, у прилавков фастфуда выстроились длинные очереди. Боллар огляделся в
поисках места поспокойнее, но в такой толкотне это оказалось невозможным.
- А теперь что написано? - спросила Бернадетта.
- Что?
- Потрясающе, - раздался рядом голос жены.
Боллар перевел взгляд на табло.
Отменен
Отменен
Отменен
Париж
Лорен Шеннон навела камеру на стоящих перед ней двух мужчин. Джеймс Тернер,
корреспондент Си-Эн-Эн во Франции, сунул собеседнику микрофон под нос.
- Мы находимся на площади Жюль-Ренар, перед зданием управления пожарными
службами Парижа, - произнес Тернер в камеру. - Рядом со мной генерал-майор
Франсуа Лискассе, глава пожарной бригады Парижа.
В свете прожектора, как светлячки, искрились снежинки.
- Генерал Лискассе, вот уже пять часов, как Париж остался без электричест-
ва. Есть ли какая-то информация, как долго еще это продлится?
Генерал, несмотря на холод, был одет лишь в синюю униформу и своим кепи
чем-то напоминал Шарля де Голля. Шеннон уже знала, что пожарная служба Парижа
относится к воинским подразделениям и подчиняется Министерству внутренних
дел.
- Пока я не могу дать информации. В Париже и пригородах задействованы все
доступные силы, более тысячи человек. После Нью-Йорка у нас самое крупное по-
жарное подразделение в мире. Поэтому даже в таких обстоятельствах парижане
могут чувствовать себя в безопасности. Сейчас мы заняты эвакуацией людей из
метро и лифтов. Кроме того, резкое отключение привело к авариям на дорогах и
- местами - к пожарам.
- Значит, кому-то придется дожидаться помощи до утра?
- Мы рассчитываем, что в скором времени электроснабжение будет восстановле-
но . Но мы поможем всем до последнего, за это я ручаюсь.
- и еще...
- Благодарю. И прошу прощения, меня ждет работа.
Репортер не растерялся и вновь посмотрел в камеру:
- С вами был Джеймс Тернер из обесточенного Парижа.
Он скомандовал Шеннон отбой и поблагодарил генерала. Тот молча развернулся
и зашагал прочь. Тернер поднял повыше меховой воротник.
- Хочется уже послушать этих лощеных типов из министерства. Загружайся, по-
ехали .
Помимо операторской работы, Шеннон заменяла Тернеру водителя и привыкла ла-
вировать по оживленным парижским улицам. Движение было уже не таким хаотич-
ным, как пару часов назад, и все же краткий отрезок пути занял больше двадца-
ти минут.
Рю де Миромениль оказалась перекрыта, и Шеннон без лишних раздумий припар-
ковала машину возле какого-то проезда.
Она уже два года жила в Париже. Сразу после колледжа пустилась в кругосвет-
ное путешествие, которое и прервалось здесь, во Франции. Поначалу Лорен хоте-
ла обучаться журналистике, но вскоре Тернер предложил ей работу оператора, и
времени на учебу уже не хватало. Тернер был крайне заносчив и воображал себя
едва ли не вторым Бобом Вудвордом1, но в бесконечных разъездах Шеннон успела
многому научиться и сейчас лучше его разбиралась в журналистской работе. Она
подбирала лучшие сюжеты и знала, как их подать. Однако Тернер ни за что не
уступил бы ей место перед камерой. Поэтому, когда выпадало свободное время,
Шеннон писала собственные материалы и выкладывала их в Сети.
Они вышли из машины и поспешили к заграждению. Их остановили несколько че-
ловек в форме.
- Пресса, - сказал Тернер и показал удостоверение.
Жандарм лишь мотнул головой:
- Сожалею.
- Посторонись, - потребовал его напарник.
В темноте полыхнул свет фар.
Жандарм освободил проезд, и мимо них, не сбавляя скорости, проехали не-
сколько машин. Шеннон направила на них камеру, но сквозь затемненные стекла
ничего не было видно.
- Ну? - спросил Тернер.
- Скажи спасибо, что я хоть заснять успела, - отозвалась Шеннон. - Разгля-
дывать должен был ты. Кто там был?
- Не представляю. Слишком темно.
Сен-Лоран-Нуан
Ив Марпо надел пуховик поверх вязаного свитера.
- Дожили, - ворчала его жена Изабель. - Муж работает на электростанции, а
мы сидим в пятнадцати километрах от нее без света.
При свечах, в нескольких кофтах и в пальто, она казалась бесформенной и не-
складной .
- А что я сделаю? - Ив пожал плечами. Ему не терпелось поскорее уехать: вот
уже несколько часов жена действовала ему на нервы.
- у детей всё так же? - в несчетный раз спросила Изабель.
Она дозвонилась до сына лишь спустя полтора часа после отключения, а еще
через пару минут получилось связаться с дочерью. Сын проживал вместе с семьей
недалеко от Орлеана, дочь - в Париже.
- Я уж сколько пытаюсь дозвониться, - продолжала она. - Только телефон не
ловит...
1 Боб Вудворд (р. 1943) - американский журналист, редактор газеты «Вашингтон пост»;
один из известнейших в США журналистов-расследователей.
Хотя им тоже нечего было сообщить - кроме как о том, что и они остались без
света.
- Только представь, как ворчит твоя мама.
Ив закрыл за собой дверь и оставил Изабель одну в темном, холодном доме.
Небо было усыпано звездами. Изо рта валил пар.
Машина завелась без проблем. По дороге Марпо хотел прослушать последние но-
вости. Но почти все радиостанции молчали, лишь некоторые передавали музыку. В
конце концов Ив выключил приемник.
Проезжая по этой дороге зимой и глядя на облетевшие деревья, сложно было
представить, что это одно из самых излюбленных мест отдыха во Франции. Весной
сюда хлынут миллионы туристов со всего света, чтобы увидеть знаменитые замки
в долине Луары, купить местного вина и здесь, в самом сердце Франции, проник-
нуться духом былой аристократии. Марпо приехал сюда двадцать пять лет назад,
но место привлекло его не своими красотами - ему лишь предложили хороший ок-
лад в должности инженера на атомной электростанции «Сен-Лоран».
Спустя двадцать минут впереди показались очертания городка Сен-Лоран-Нуан,
непривычно темного в эту ночь. Улицы и дома терялись во мраке - и над ними,
словно в насмешку, высились освещенные градирни электростанции. «Все-таки
странно, - подумал Ив при виде этих колоссов, - что за двести лет мы никак не
усовершенствовали базовые принципы этой технологии и не пришли к другим, бо-
лее современным». По сути своей атомная электростанция представляла собой не
что иное, как гигантскую паровую машину, известную с первой половины XVIII
века. Только в качестве горючего вместо угля использовали расщепляемый уран
или плутоний.
При общей производительности примерно в тысячу мегаватт электростанция от-
носилась к числу маломощных. Два новых энергоблока располагались на берегу
Луары, и вода для охлаждения поступала прямо из реки. Марпо оказался здесь в
конце восьмидесятых, когда оба старых реактора еще функционировали. За семь
лет до этого на станции произошла авария: расплавился один из топливных эле-
ментов, что привело к радиоактивному загрязнению и остановке реакторов на два
с половиной года. В начале девяностых «Электрисите де Франс» окончательно ос-
тановила оба энергоблока.
Марпо миновал пункт охраны и поставил машину на том же самом месте, с кото-
рого трогался пятнадцать часов назад, когда передал дежурство коллеге с ут-
ренней смены.
Восемьдесят процентов электроэнергии во Франции производилось атомными
электростанциями. Если новости не врали и напряжение в сети упало почти до
нуля, то многие реакторы были остановлены в аварийном режиме. Между топливны-
ми стержнями опускались элементы регулирования, что прерывало цепную реакцию
в энергоблоке. В силу своей работы Марпо знал то, о чем многие даже не заду-
мывались - во всяком случае, до катастрофы на Фукусиме. Даже полностью оста-
новленный реактор продолжал излучать тепло и требовал охлаждения. И даже если
речь шла лишь о десятой части от рабочей температуры - этого было достаточно,
чтобы топливные элементы начали плавиться. Последствия могли стать катастро-
фическими. Как правило, энергия для систем безопасности и охлаждения поступа-
ла от общей сети. В случае перебоев включалась аварийная система. На АЭС
«Сен-Лоран» каждый энергоблок имел по три независимых установки, работающие
от дизельных генераторов. Запасов топлива хватило бы, по меньшей мере, на не-
делю.
В комнате управления его встретил беспорядочный гомон звуковых сигналов.
Двадцать лет Марпо проработал оператором реактора, из них почти восемь лет
возглавлял одну из трех суточных смен - и давно привык к подобным ситуациям.
В комнате, окруженные сотнями лампочек и индикаторов, работали двенадцать
операторов, спокойно и сосредоточенно. Кто-то следил за показаниями приборов,
другие сверялись по увесистым справочникам, что означает тот или иной сигнал.
Это были мастера своего дела, и каждый из них, по меньшей мере, раз в год
проходил двухнедельное обучение, где отрабатывались любые экстренные случаи,
какие только можно придумать.
Марпо пожал руку начальнику предыдущей смены.
- Что случилось?
- Генератор второго блока вышел из строя. В самом начале.
- Остальные?
- Никаких проблем.
- Это как-то связано с тестами?
Три дня назад они перепроверяли аварийные системы. Тот пожал плечами:
- Ведь сам знаешь. Узнаем только месяца через два, когда все проверим и
восстановим.
Постепенно приходили люди из смены Марпо, сменяли своих коллег. Ив велел
двум техникам осмотреть неисправный генератор, а сам остался наблюдать за
приборами.
Милан
- Глубоко вдохните, выдохните, - попросила медсестра.
Стетоскоп холодил Манцано спину.
- Говорю же вам, я в порядке, - заверил Пьеро.
Медсестра, молодая девушка с внешностью актрисы, склонилась над ним и по-
светила фонариком в глаза.
- Головная боль? Головокружение? Тошнота?
- Нет.
Манцано, раздетый по пояс, сидел на кушетке в крохотном кабинете амбулатор-
ного отделения Главного госпиталя Милана. Когда он потерял сознание, то бук-
вально через пару секунд пришел в себя. Но санитары спасательной службы на-
стояли, чтобы Пьеро поехал с ними. Все равно его покореженной машиной должны
были заняться пожарные.
- Откройте рот.
Манцано повиновался, и медсестра проверила его горло. Какое отношение это
имело к небольшому рассечению на лбу, осталось для него загадкой.
- Прошу вас, зашейте мне лоб и отпустите домой, - попросил он.
- Дома есть кому о вас позаботиться?
- Это предложение?
- Нет.
- А жаль.
- Вы уверены, что не хотите остаться?
- Разве только мы разопьем вместе бутылку вина - тогда, конечно, останусь.
А так...
- Заманчиво, - медсестра сдержанно улыбнулась, - но мы здесь используем ал-
коголь только для обработки.
- В таком случае я предпочту бокал «Бароло» дома. Надеюсь, снимок делать не
обязательно?
- Не обязательно, - ответила медсестра и достала из ящика шприц.
При виде иглы Манцано стало плохо.
- Я дам местное обезболивание, зашью рану, и вы свободны. Осторожно, сейчас
будет больно...
- А это обязательно? - спросил Манцано.
- Мне зашивать рану без анестезии?
Манцано вцепился в край кушетки.
- Здесь тоже нет света? - спросил он, чтобы отвлечься, и уставился в пол.
Ему не хотелось смотреть на медсестру. Он почувствовал, что потеет.
- Во всем городе, кажется. Ко мне последний час только и поступают люди
вроде вас, и еще больше дожидается в коридоре. Много аварий из-за погасших
светофоров, и многие получили травмы в метро, когда поезда резко встали... Ну,
готово. Возможно, останется небольшой шрам, ничего страшного. Шрамы украшают
мужчину.
Манцано снова расслабился.
- Прямо монстр Франкенштейна.
В этот раз медсестра не сумела сдержать улыбки. Пьеро надел рубашку; ворот
был заляпан кровью. Рукава пальто тоже оказались чем-то перепачканы. Он по-
благодарил медсестру и отыскал выход.
Оказавшись на улице, Манцано огляделся в поисках такси, но машин не было.
Когда он справился у служащего за стойкой, тот лишь развел руками.
- Если я сумею дозвониться, то закажу вам машину, но ждать придется не
меньше часа. Общественный транспорт встал, такси нарасхват. В две тысячи
третьем уже было подобное.
Тогда вся Италия на двадцать четыре часа осталась без электричества. Оста-
валось надеяться, что в этот раз свет загорится раньше.
Манцано поблагодарил мужчину, поднял ворот пальто и отправился пешком.
По темным ущельям улиц вялым потоком текли размытые огни машин. Холодный
ветер пронизывал пальто.
Под нескончаемый вой сигналов Манцано двинулся в направлении собора. Авто-
мобили сигналили в непрерывном, нестройном концерте. Пьеро миновал собор,
прошел по виа Данте до парка Семпионе. Концерт клаксонов стал громче. Трамваи
встали и застопорили движение. Манцано двинулся дальше по запруженным улицам.
Иногда, в узких проулках, он едва мог протиснуться между фасадами зданий и
машинами. Магазины и лавки, мимо которых проходил Пьеро, были уже закрыты,
хотя таблички с временем работы говорили обратное.
Манцано с интересом отметил, что открыл для себя вещи, которые при свете
ускользали от его внимания: причудливые надписи над дверями или фасады зда-
ний, на которые он и не смотрел прежде, когда проходил вдоль освещенных вит-
рин. В одной крошечной лавке горела свеча, и Манцано увидел внутри сгорблен-
ную фигурку. На стеклянной двери висела табличка с надписью «Закрыто», но
Манцано постучал. Престарелый мужчина в белом фартуке подошел ближе и окинул
его взглядом. Затем он отворил дверь. Над входом звякнул колокольчик.
- Что вы хотели?
- Могу я еще кое-что купить?
- Только если у вас наличные. Картой оплатить не получится.
Манцано вдохнул запах ветчины и сыра, хлеба и всевозможных закусок. Он дос-
тал кошелек и пересчитал деньги.
- Есть сорок евро.
- Ну, этого должно хватить. Не похоже, что вы большой едок. Где вы так уда-
рились?
Он оставил дверь открытой и зашел за стойку.
- Небольшая авария, когда погасли светофоры.
Манцано купил брезаолу, салями финоккьону, таледжо, козьего сыра, марино-
ванных грибов, артишоков и белого хлеба. Хозяин упаковал все в пакет с про-
стой надписью «Алиментари Пизано». У Пьеро осталось двадцать пять евро. Он
попрощался и под звон колокольчика вышел из лавки.
Вот уже три года Манцано проживал на третьем этаже старинного здания по виа
Пьеро делла Франческа. На лестнице царил мрак, и даже собственную ладонь мож-
но было разглядеть с трудом. В квартире его ждали новые открытия. Удивитель-
но, с какой уверенностью двигался человек в знакомом пространстве, поднимал
руку и подносил ключ точно к замочной скважине, не глядя нашаривал вешалку
для одежды, ставил сумку и пакет с продуктами, вслепую находил дверь в ван-
ную...
Манцано спустил воду, после чего унитаз утробно всхлипнул и затих. Ему уже
не хватало тихого журчания, с которым обычно наполнялся бачок. Пьеро открыл
старомодный кран над умывальником, и тот, уронив несколько капель, издал по-
хожий звук.
- Отлично.
Это заходило слишком далеко. Без света он еще проживет какое-то время - но
без воды? Да еще в таком виде...
В дверь постучали, и Манцано вздрогнул.
- Ау, есть кто живой? - услышал он голос своего соседа Карло Бондони.
Со свечой в руке, которая освещала лишь изрытое морщинами лицо и растрепан-
ные седые волосы, Карло выглядел как старик с полотен Караваджо. При виде
Пьеро у него вырвался возглас изумления.
- Боже правый, что с тобой стряслось?
- Авария.
- Во всем городе нет света, - сообщил Бондони. - По радио передали.
- Знаю, - ответил Манцано. - Светофоры погасли. От моей «Альфы» осталась
груда металла.
- Она и раньше была не лучше.
- Умеешь ты утешить...
- Вот, поставь за нее свечку, - Бондони протянул ему свечу. - Да и не си-
деть же тебе в темноте.
Манцано зажег свечу.
- Спасибо. У меня тоже где-то завалялись, но так искать легче.
- Ты ведь инженер и компьютерщик. Можешь ты разобраться в этой мути? Теле-
визор не работает, Интернет тоже, не знаешь даже, за что взяться... Наверняка
все из-за этих новомодных счетчиков.
Манцано хотел есть. Он давно был знаком с Бондони и понимал, к чему все
идет. Без телевизора старику было скучно, и он искал общества. Черт с ним,
подумал Пьеро. Все равно он не планировал ничего особенного.
- Давай входи, чего мерзнуть... Ты уже ел?
Недалеко
от Брегенца
- Здесь тоже нечего ловить... Хоть бы одна заправка работала! - воскликнула
Тербантен. - Просто в голове не укладывается!
Ангстрем наклонилась между спинками передних сидений и наблюдала за толкот-
ней на заправке. Повалил снег. Всюду их ждала одна картина: орды машин, бес-
порядочно припаркованных, некоторые пихаются в попытках выбраться из хаоса.
Соня взглянула на приборную панель. Желтый огонек сигнализировал о том, что
топливо на исходе.
- До комплекса бензина не хватит, - заключила она. - Остается два варианта:
либо ждать, пока колонки снова не заработают...
- Что может растянуться на всю ночь, - ввернула Тербантен.
- Либо съехать с дороги и поискать комнату на ночь, - предложила ван Кааль-
ден.
- На долгие поиски рассчитывать не стоит, - добавила Тербантен. - Далеко мы
не уедем. Не хватало еще застрять где-нибудь на австрийской грунтовке. Здесь
мы хотя бы замерзнем рядом с людьми.
Ангстрем посмотрела в телефон.
- Если б еще Интернет работал... Это могло бы существенно облегчить поиски.
Часы показывали 22.47.
- А я-то надеялась уже сидеть перед камином с чашкой пунша... - Соня вздохну-
ла. - Итак: кто за отель, а кто за то, чтобы остаться? Голосуем!
Все четверо заговорили в один голос.
- Подождите.
- Я хочу есть, - заявила Бондони.
- Магазин и кафе вроде бы закрыты, - заметила Тербантен.
- Пойду посмотрю. Все равно мне надо в туалет. Кто со мной?
- Я, - вызвалась ван Каальден.
Ангстрем присоединилась к ним, Тербантен осталась в машине.
Заправка действительно оказалась закрыта, машины в большинстве своем были
пусты. Подруги обошли здание и разыскали уборную. Едва они открыли дверь, как
на них пахнуло застоялой вонью. Внутри было слишком темно, чтобы что-то раз-
глядеть .
- Что-то мне расхотелось, - проговорила Бондони.
Они двинулись к ресторану. За матовыми стеклами дверей мерцал слабый свет.
Когда они вошли внутрь, Соню охватило знакомое чувство - как в юности, когда
они спасались от грозы в летнем лагере. Все столики были заняты. На некоторых
горели свечки. Люди тихо переговаривались, ели, молчали, спали. Здесь было
заметно теплее, чем снаружи, но уже пахло сыростью и застоялым воздухом. К
ним подошел мужчина в пуховике. На шее у него была повязана черная бабочка.
- Все занято, - сообщил он. - У нас ни света, ни воды. Уборные, отопление,
холодильники, плиты, системы оплаты и бронирования - ничего не работает. Моя
смена вообще закончилась три часа назад. Но мы не можем просто выгнать всех
этих людей. Можете оставаться, если найдете местечко.
Ибс-Перзенбойг
Девять человек неподвижно смотрели на мониторы пульта управления.
- Запускай!
Оберштэттер нажал клавишу. Три часа они ломали головы, спорили, звонили. Но
так и не выяснили, почему так резко упало напряжение в электросети.
Им было известно только одно: почти вся Европа осталась без электричества.
И гидроэлектростанции, такие, как Ибс-Перзенбойг, играли решающую роль в во-
зобновлении подачи, поскольку их можно запустить в любое время и без посто-
ронней помощи. Они понимали также, чем вызвана аварийная остановка на их
станции. Падение напряжения в сети привело к резкому скачку частоты, скоррек-
тировать которую автоматика не могла. Повсеместно на электростанциях срабаты-
вали системы аварийного отключения, чтобы уберечь генераторы от повреждений.
Оберштэттер не зря забил тревогу. Но пока он не мог объяснить, почему приборы
на главном пульте не показали отклонений. Оставалось надеяться, что агрегаты
не вышли из строя.
Теперь они пытались вернуть станцию к жизни. Но электростанция - не кофема-
шина, нельзя запустить ее одним нажатием кнопки. Необходимо было, шаг за ша-
гом, подать воду на турбины, подключить генераторы, отрегулировать напорные
клапаны и учесть еще множество других компонентов, чтобы, в конце концов,
дать электричество в сеть.
- Глуши, - произнес кто-то из операторов. Он ткнул пальцем в экран: - Здесь
угроза короткого замыкания, ячейка тринадцать шестьдесят два. И это в самом
начале, потрясающе... Армии, Эмиль, спускайтесь и всё проверьте.
- Это как минимум еще час задержки, - простонал один из техников.
- Выбирать не приходится, - отозвался Оберштэттер. - Пока мы не убедимся,
что всё в норме, запускать турбины нельзя.
Он взял телефон и связался с ведомством по чрезвычайным ситуациям.
Берлин
Михельсен поспешила к выходу. Миновала конференц-зал, где министр внутрен-
них дел до сих пор совещался по видеосвязи с европейскими коллегами. В кори-
доре ее ожидали семь человек из различных ведомств, и они вместе направились
в пресс-центр во главе с пресс-секретарем министра внутренних дел.
Из свиты в его адрес градом сыпались вопросы:
- Уже известны причины?
- Нет, даже предположений никаких. Для прессы: сейчас на первом месте вос-
становление электроснабжения. Установлением причин можно заняться уже после
того, как люди смогут вернуться к повседневной жизни.
- Когда примерно это произойдет?
- Сложно сказать. До сих пор поставщики были настроены оптимистично. Но вот
уже шесть часов, как они тщетно пытаются восстановить подачу тока. Для прес-
сы: энергетические компании задействовали все силы на восстановление снабже-
ния.
- Как это могло произойти по всей территории Европы? Это же невозможно.
- К сожалению, в современных, связанных между собой электросетях возможно и
такое. Поэтому министр уделяет столько внимания модернизации электросетей и
систем электроснабжения, в том числе на общеевропейском уровне.
- Вспомогательные службы?
- Задействованы в полной мере. Пожарные за последние несколько часов вызво-
лили тысячи людей из лифтов и метро. Красный Крест и другие организации зани-
маются больными, пожилыми и застрявшими на дорогах.
- То есть?
- Без электричества они не могут заправиться.
- Вы шутите?
- Увы, нет.
- И это в первый день, когда в некоторых землях начались зимние каникулы...
- Технические службы приведены в полную готовность.
- Армия?
- Готова поддержать при необходимости.
- Что нам сказать людям, которые и завтра будут вынуждены обходиться без
электричества?
Милан
С тех пор как город погрузился во тьму, Манцано не покидало чувство, будто
время замедлило свой ход. И, как и по дороге домой, он обнаружил много тако-
го, чего прежде даже не замечал. Чего теперь не хватало. Тихого гудения холо-
дильника, шума воды в трубах, соседского телевизора на предельной громкости.
Теперь только и слышно было, как тяжело дышит и сглатывает Бондони, как шур-
шит его одежда, пока он ставит бокал на стол.
- Пора на боковую, - объявил старик и тяжело поднялся.
Часы над кухонной дверью показывали второй час. Манцано проводил Бондони до
двери. И там почувствовал вдруг что-то странное. Он стряхнул с себя наважде-
ние и хотел уже похлопать старика по плечу на прощание, но в тот же миг по-
нял , что его смутило. Из кабинета через приоткрытую дверь падал тусклый
свет.
- Подожди, - сказал он Бондони и прошел в кабинет, откуда на улицу выходили
два окна. - Уличное освещение заработало!
Бондони уже стоял рядом. Пьеро щелкнул выключателем. Раз, другой. В кабине-
те по-прежнему было темно.
- Странно. Почему на улице свет есть, а у нас нет?
Манцано вернулся в прихожую и открыл щиток. Все переключатели находились в
правильном положении. Дисплей счетчика показывал: KL 956739.
- Ток есть, - проговорил Манцано, скорее самому себе. Затем повернулся к
Бондони: - Можешь еще раз щелкнуть выключателем у двери?
Бондони нажал несколько раз. Ничего.
- Ну нет, мы разберемся.
- Что?
Но Манцано уже скрылся в кабинете и вернулся с ноутбуком.
- что ТЬ1 задумал? - спросил Бондони.
- Когда нам только ставили эти новые счетчики, я в них немного покопался.
Из любопытства, сам знаешь. - Он говорил и одновременно стучал по клавишам. -
По сути, это маленькие компьютеры. Поэтому их еще называют интеллектуальными
счетчиками. С ними энергетические компании могут не только считывать их пока-
зания, но и удаленно управлять ими.
- Знаю. Могут даже отрубить мне электричество, - сказал Бондони.
- Для этого, и для многого другого, они используют различные коды.
- Вот какой сейчас стоит?
- Именно. И что самое интересное, если приложить немного старания, мы тоже
можем подключиться к этой коробочке.
Бондони усмехнулся:
- Что, наверное, не совсем законно.
Пьеро лишь пожал плечами.
- И как же к нему подключиться? - спросил Бондони.
- По инфракрасному соединению. Теперь это позволяет любой компьютер или да-
же твой телефон. Так я и поступил в прошлый раз. Чтобы посмотреть, что они
умеют, и как это все происходит.
- А к ним разве не нужен пароль? Данные не зашифрованы?
- Конечно, зашифрованы. Но обычно взломать такие шифры ничего не стоит. А
что касается паролей, ты не представляешь, что еще можно найти в Интернете,
если только знать, где искать.
- Это уже точно незаконно.
Настала очередь Манцано усмехаться:
- Нам ведь хочется знать, от кого мы зависим?
На экране между тем высветились данные, которые он искал.
- в тот раз я сумел извлечь управляющие коды. Это их список. Например, с
этим кодом поставщик может затребовать объем потребленной энергии. Или вот
этот - с ним он может урезать потребление до двухсот ватт. Ну, и так далее.
- Тот, что у нас, тоже есть в твоем списке. Только выделен красным.
- И вот здесь начинается самое интересное. Счетчики изготовлены американ-
ской фирмой, в том числе и для американского рынка. Там пользуются другими
кодами и функциями, которые для итальянских потребителей не предусмотрены.
Например, команда к полному отключению от сетей, тотальный дисконнект. Ви-
дишь?
Бондони медленно прочел комбинацию цифр и букв.
- KL 956739. Вот дьявол! - В блеклом свете от экрана он был похож на приви-
дение . - Значит, американцы отключили тебя от сети?
- Не обязательно. Я знаю только, что команда на отключение не обозначена в
итальянской инструкции, но почему-то работает. Я еще тогда испробовал. И са-
мое главное: раз эта функция в Италии не предусмотрена, то, когда активирует-
ся команда, счетчик не отправляет отчет оператору.
- Так, секунду! Еще раз для престарелых вроде меня: получается, эта команда
активируется, а поставщик об этом ничего не знает?
- Для престарелого, притом не самого трезвого, ты неплохо схватываешь.
- Но каким образом такая команда может включиться?
- в том-то и вопрос. Может, сбой в системе... Но ты подал мне идею. Пойдем, -
он подтолкнул Бондони к двери, - посмотрим, что показывает твой счетчик.
Пока тот возился с замком, Манцано извелся от нетерпения. Старина, похоже,
перебрал, и пальцы его не слушались.
Наконец они вошли в прихожую. Пьеро бегло взглянул на снимки на стенах -
фото из отпусков: Бондони с покойной женой и с дочерью.
- Как дела у дочери? - Манцано знал, что она работает при Европейской ко-
миссии в Брюсселе, но понятия не имел, в каком ведомстве.
- Чудесно! Представляешь, недавно снова повысили. Знал бы ты, сколько она
там теперь получает... И все это на мои налоги.
- Значит, деньги остаются в семье.
- Но аренда в Брюсселе просто адская! Они сегодня как раз поехали на лыжах
кататься. В Австрию. Как будто в Италии нельзя нормально отпуск провести!
Бондони открыл дверцу щитка.
Его счетчик показывал ту же самую комбинацию.
Командный
центр
Больше всего ему хотелось взглянуть на Европу с международной космической
станции. Обычно яркие пучки света, соединенные тонкими жилками, видны даже из
космоса, но сейчас там растеклось громадное темное пятно. По их расчетам - и
первым сообщениям, - без электричества остались, по меньшей мере, две трети
континента. И будет еще больше. Он представил себе этих людей, представил,
как они сейчас беспомощны. Пытаются найти причины, объяснить все погодными
условиями, техническими неполадками, человеческой ошибкой. Но при этом ничего
не знают об этом Молохе, хотя до недавнего времени считали, что он в их вла-
сти. И до сих пор так считают. Произошедшее представляется им временным не-
удобством, которое уже через пару часов останется позади. И закончится все
это парой забавных и будоражащих историй. Да, им будет что вспомнить... Но это
будут не теплые воспоминания, к которым возвращаются с чувством ностальгии.
Через несколько дней люди поймут, что их истории будут похожи скорее на те,
какие они привыкли видеть в репортажах из охваченных войной регионов или зон
стихийных бедствий. Еще через пару недель они осознают, что их истории будут
напоминать почти уже позабытые рассказы дедов и прадедов о том страшном вре-
мени, когда война опустошила Европу и мир, - рассказы, которые никто и не
принимал всерьез, поскольку было это очень давно, и меркло перед лицом новых
бед. И затем, постепенно, один за другим, люди поймут, что время историй про-
шло , потому что сама история теперь пишется заново.
Заправочная станция,
недалеко от Брегенца
Соню Ангстрем разбудили голоса. Еще толком не проснувшись, она увидела, как
люди поднимаются и, перешептываясь, движутся к выходу. На ее плече покоилась
голова ван Каальден. Другие только просыпались, заспанно оглядывались, наблю-
дали за нарастающей возней.
Соня поднялась и пересекла зал, словно преодолевая полосу препятствий из
спящих на полу людей. В воздухе стоял запах сырой одежды, пота, талого снега
и холодной еды. Не успела она пробраться к выходу, как кто-то громко объявил:
- Заправка заработала.
Разговоры стали заметно громче. Когда Соня добралась до дверей, сзади уже
напирали люди, вытиснули ее наружу.
Лицо обожгло холодом. На ночном небе не горело ни единой звезды. Рядом с
парковкой стоял освещенный магазин, и внутри толкались люди.
Ангстрем направилась туда, наскоро пригладила волосы и вошла. Стеллажи и
холодильники были уже наполовину пустые. В голосах людей слышалось растущее
раздражение и разочарование. Соня, наконец, поняла, что колонки по-прежнему
не работают. Она набрала с полок хлеба, сандвичей, кексов и несколько бутылок
воды и встала в очередь к кассе.
- Только наличные, - сказал мужчина за стойкой с таким акцентом, что Соня
едва поняла его.
Она достала бумажник, отдала кассиру одну из оставшихся банкнот, получила
сдачу и вышла.
По всей парковке кишела людская масса. Соня проголодалась, и ей нужно было
в туалет.
Возле машины ее уже ждали остальные.
- Наш завтрак, - сообщила она и подняла пакет.
В рассветных сумерках Соня направилась к живой изгороди, которая отделяла
территорию заправки от пастбищ и леса. Несмотря на холод, она уже поняла по
запаху, что участок за кустарником успели превратить в коллективное отхожее
место. Ангстрем двинулась вдоль изгороди в надежде, что дальше будет не так
скверно. В сотне метров от шоссе, у самой границы парковки, решилась, нако-
нец, справить нужду и влезла в заросли. Земля вокруг была усеяна влажными
клочками бумаги. Соня старалась не смотреть. В двух метрах от себя она вдруг
заметила сидящего на корточках человека. Что-то невнятно пробормотала в изви-
нение и поспешила дальше, внимательно глядя себе под ноги. В кустах сидел
кто-то еще; рядом стояла женщина и держала маленького ребенка, чтобы тот мог
облегчиться. Наконец-то Соня отыскала место, где могла чувствовать себя в от-
носительной уединенности. С ночи у нее еще остались бумажные платки и влажные
салфетки. Она поскорее управилась с делами и спешно выбралась из кустов.
В машине Бондони и Тербантен уплетали свои сандвичи. Ангстрем устроилась на
заднем сиденье. Было так холодно, что изо рта валил пар. Из динамика доносил-
ся голос радиоведущего.
- Говорят, прошлой ночью половина Европы осталась без электричества, - со-
общила Бондони.
- Что будем делать? - спросила Тербантен. - Не будем же мы и дальше торчать
тут на холоде. Или в этом лагере для беженцев, со всеми его гигиеническими
прелестями...
Ван Каальден села в машину.
- Брр, ну и холодрыга, - проворчала она и потерла руки, чтобы согреться. -
Я здесь ни на секунду больше не останусь.
- Мы как раз обсуждаем этот вопрос.
На парковке кто-то засигналил, словно это могло чем-то помочь. Тем не ме-
нее , к нему присоединились другие.
- Без электричества, без связи, без топлива... а чего ждать дальше? - Тербан-
тен почти кричала, чтобы остальные могли ее слышать.
Снаружи, казалось, каждый стремился выразить свое недовольство. «Наверное,
так и грохочет земля под копытами буйволов», - подумалось Соне. К счастью,
стадо машин не могло бездумно устремиться в любом направлении, вытаптывая все
на своем пути. Она молчала и с тревогой вслушивалась в нарастающий рев.
ДЕНЬ 1
СУББОТА
Париж
- У нас тонна материала, - объявил Тернер, распахнув дверь в редакцию.
Но умолк, когда увидел в темноте несколько мерцающих экранов и свечей.
- Что случилось?
- А о чем мы снимали всю ночь? - съязвила Шеннон.
- Да-да, авария энергосистем... Как видно, резервного питания здесь нет.
- Точно, - отозвался Эрик Лаплан, его лицо светилось синим в мерцании мони-
тора . - Работают только ноутбуки, в которых еще есть заряд. Я как раз пытаюсь
найти альтернативу.
- Чудесно, - заключил Тернер. - У нас материала на несколько часов, и мы не
можем подать его в эфир?
- Обработать можно и на ноутбуке, - ввернула Шеннон.
- А что у вас там? - спросил Лаплан.
- Освобождение пострадавших из лифтов, люди, застрявшие в метро, сюжет с
Северного вокзала, полностью парализованного, несколько аварий на дорогах,
интервью с командующим пожарной службой, хаос в супермаркетах и торговых цен-
трах...
Тернер уже загружал первые записи.
- Нужны вот эти, - он показал на сцену в метро.
«Только потому, что ты везде в кадре», - подумала Шеннон. Она запустила за-
пись , сделанную возле министерства, и остановила в тот момент, когда мимо них
проезжала машина. Сквозь затемненное стекло угадывалось чье-то лицо. Шеннон
применила несколько фильтров, и изображение стало четче.
- Где-то я видел это лицо... - пробормотал Тернер.
«Только вот имени его не знаешь», - подумала Лорен.
- Это Луи Вазу, глава «Электрисите де Франс» собственной персоной, - пояс-
нила она.
- Я знаю, кто он, - огрызнулся Тернер.
- Отличное вступление, - добавила Лорен. - Босс французских электросетей с
тайной миссией в Министерстве внутренних дел.
Тернер в кадре терялся за снежным вихрем.
- Не, - промолвил он, - это никому не интересно.
- Я бы так не сказал, - заметил Лаплан. - Все-таки половина страны в темно-
те, пострадали и другие регионы... Состояние связи пока под вопросом.
- Точно! - воскликнула Шеннон. - И мы выходим с сюжетом возле министерства.
Все предваряется человеческой драмой, а в концовке звучит вопрос: становится
только хуже?
- Лорен, я тебя умоляю, - простонал Тернер. - Ты - оператор. А редакторы и
журналисты здесь мы.
«Без меня ты ничего не сделал бы», - подумала Шеннон. Но стиснула зубы и
промолчала.
Милан
Такси остановилось перед стеклянным зданием, офисом «Энель», одной из круп-
нейших электроэнергетических компаний в Европе. Манцано расплатился с осозна-
нием, что отдает последние наличные деньги.
Двери были закрыты, и сотрудники из службы безопасности сдерживали натиск
журналистов, зевак и недовольных потребителей.
Пьеро протиснулся сквозь толпу и попросил кого-то из охранников провести
его внутрь.
- Сегодня никого не принимают.
- Я знаю, чем вызвана вся эта неразбериха. И должен сообщить об этом прав-
лению. Как вы потом объясните, почему помешали мне в этом? И поверьте мне,
вам придется объясняться!
Охранник неуверенно переглянулся с напарником, затем что-то тихо сказал в
рацию. При этом он не спускал с Манцано глаз. Наконец произнес:
- Прошу за мной.
Пьеро последовал за ним. За вытянутой стойкой ожидали три девушки-
секретарши. Вид у всех был довольно потерянный. Одна из девушек встретила его
с постной миной:
- Подождите здесь, пожалуйста. К вам сейчас спустятся.
Прошло двадцать минут, и Манцано собрался уже уйти ни с чем. Но вскоре поя-
вился менеджер, словно сошел с обложки журнала: молодой, высокий, элегантный,
гладко выбритый, и даже сегодня в костюме и при галстуке; лишь мешки под гла-
зами выдавали, что прошедшей ночью он спал куда меньше обычного. Мужчина
представился как Марио Кюраццо и без лишних церемоний спросил:
- Откуда нам знать, что вы не журналист?
- Потому что у меня нет с собой ни камеры, ни микрофона. И вообще я не хочу
ни о чем вас расспрашивать; я пришел, чтобы самому поделиться новостью.
- Именно так все журналисты и говорят. Но если вы пришли тратить мое время,
я собственноручно вас вышвырну.
Манцано не сомневался, что он вполне способен на это. Этот Кюраццо был на
голову выше и явно поддерживал форму.
- Шифр KL956739 о чем-нибудь говорит вам? - спросил Манцано.
Кюраццо смотрел на него без всякого выражения. Потом все же ответил:
- Код для счетчиков, у нас его применение не предусмотрено.
Такой реакции Манцано не ожидал. То ли Кюраццо был специалистом в этой об-
ласти, то ли просто отлично владел собой. Или они уже сами все знали.
- Тогда почему прошлой ночью мой счетчик показывал его?
Снова этот бесстрастный, пронизывающий взгляд.
- Следуйте за мной.
Кюраццо провел Манцано по пустому коридору.
Они пришли в огромный зал, одна из стен которого была увешана гигантскими
экранами. Под ними за расставленными в круг столами сидели перед бесчисленны-
ми мониторами десятки людей. Воздух был тяжелый, наполненный гулом разрознен-
ных разговоров.
- Командный центр, - пояснил Кюраццо.
Он подвел Манцано к группе людей, склонившихся вокруг одного стола, пред-
ставил его и объяснил, с какой целью привел. На их изможденных лицах не отра-
зилось никаких эмоций. Манцано во второй раз поведал свою историю.
Первым отреагировал пожилой мужчина в расстегнутой у ворота рубашке и рас-
пущенном галстуке:
- Вы уверены, что вам это не привиделось?
На груди у него висел бейдж: «Л. Троппано».
Пьеро почувствовал, что краснеет.
- Уверен на сто процентов. Вы до сих пор не получали таких сообщений?
Троппано покачал головой.
- А код может быть активирован по ошибке?
- Нет.
- По радио сказали, что сбои начались в Италии и Швеции. Это так?
- Да, мы в числе первых.
- Две страны, где практически повсеместно установлены новые счетчики.
Странное совпадение, как по-вашему?
- Полагаете, кто-то подключился к счетчикам? - спросил мужчина с усами и
уложенными волосами.
- Если получилось у меня, почему бы еще кому-то не суметь?
- Десятки миллионов по всей Италии?
- Проблема не в счетчиках, - заявил Троппано, повернувшись к остальным,
словно хотел о чем-то напомнить коллегам. - В первую очередь необходимо при-
вести электросеть в стабильное состояние. - Затем вновь взглянул на Манцано:
- Спасибо, что попытались помочь нам. Господин Кюраццо проводит вас к выходу.
Пьеро собирался ответить, но Кюраццо мягко потянул его за локоть.
По дороге к выходу Манцано убеждал Кюраццо проверить счетчики и поделиться
результатами с другими энергетическими компаниями. Оставалось надеяться, что
ему удалось заронить зерно сомнения и в ближайшие часы оно даст всходы. Но
больших надежд Манцано не питал.
Ферма в
окрестностях
Дорнбрина
Соня Ангстрем еще раз постучала в бурую добротную дверь. Их машина стояла в
десяти метрах на дороге, у въезда к ферме. Тербантен и ван Каальден ждали
там. Бондони, которая тоже немного говорила по-немецки, пошла с ней. Было
слышно, как мычат коровы.
Никто не открывал, хотя не было сомнений в том, что на подворье есть люди.
Поэтому Соня с Ларой обошли дом, чтобы поискать кого-нибудь в коровнике.
Дверь оказалась приоткрытой. Мычание было теперь до того громким, что Ангст-
рем постучала лишь для проформы, после чего шагнула внутрь. Запах в хлеву на-
полнял чувством тепла и уюта. Перед ними тянулся длинный проход, по обе сто-
роны которого стояли в стойлах коровы. Людей видно не было.
- Есть кто? - осторожно окликнула Соня, но поняла, что коров так не пере-
кричать. - Есть кто-нибудь?! - крикнула она во весь голос.
Наконец-то они увидели сгорбленную фигуру, сидящую на скамейке и едва за-
метную под коровьим брюхом.
- Здравствуйте! Прошу прощения! - снова крикнула Ангстрем.
Фермер обернулся к ним. На его лице, отмеченном долгой работой на свежем
воздухе, читалось недоверие. Не поднимаясь и не отнимая рук от коровы, он
что-то сказал, но Соня ни слова не поняла.
Насколько позволяли ее познания в немецком, она объяснила, что им нужно.
Дружелюбия в глазах мужчины не прибавилось, но, по крайней мере, он поднял-
ся и вытер руки о фартук. На нем были резиновые сапоги и поношенный, перела-
тайный свитер. Рядом, под коровьим выменем, стояло ведро с молоком.
Он снова что-то сказал, и снова Ангстрем ничего не поняла. Она с улыбкой
протянула ему дорожную карту. Фермер взглянул на нее, затем провел пальцем по
маршруту и уже на более внятном языке объяснил, как им добраться до ближайшей
станции.
Ангстрем и Бондони поблагодарили его и собрались уже уходить, но Соня вдруг
спросила:
- Почему они так мычат?
- Вымя у них болит, - хмуро ответил фермер. - Без электричества доильные
аппараты не работают. Так что нам с женой и соседями приходится делать все
вручную. На это нужно время. У нас больше сотни голов, у некоторых вымя уже
переполнено. Так что вы простите, но мне работать надо.
Соня перехватила взгляд Бондони и поняла, что подругу посетила та же самая
мысль, что и ее.
- А это сложно?
- Чего?
- Доить. Сложно научиться?
Милан
Продрогший до костей Манцано наконец добрался до виа Пьеро делла Франческа.
Дорога заняла три часа. Он мечтал о горячем душе, но в квартире было, навер-
ное, не больше десяти градусов. «По крайней мере, скоро для продуктов не по-
надобится холодильник», - думал он. Пьеро не стал снимать пальто. С грустью
осознал, что не может даже приготовить себе кофе. В дверь постучали. Бондони.
- И ты так в этом уверен?
Манцано рассказал ему, куда ходил.
- Я уверен, что кто-то манипулирует электросетью. Я не могу говорить кон-
кретно, но вижу все примерно так: кто-то разом деактивирует все счетчики.
Следует резкое падение частоты в сети. Затем начинается цепная реакция, и все
выходит из строя. К кому теперь можно обратиться?
- Ну, если тебя не хотят слушать в Италии, попытай счастья где-нибудь еще.
- Отличная идея, - съязвил Манцано. - И кого же ты предлагаешь? Американ-
ского президента?
- Европейский союз.
- Блестяще! Такая попытка обречена на успех.
- Брось свои шутки и послушай меня! Соображай! Кто у нас работает при Евро-
союзе?
Манцано начал понимать, куда клонит Бондони.
- Твоя дочь. И чего же мы ждем?
Старик досадливо скривился:
- Лара поехала кататься в Австрию. Тироль. Ишгль. Она дала мне адрес на
всякий случай.
- Я как-то был там. - Манцано задумался. - У тебя ведь хранятся канистры,
что ты наполняешь про запас, когда падает цена на бензин? - спросил он.
Бондони нахмурил брови:
- А что?
- Да или нет?
- Да.
- И в твоем «Фиате» полный бак?
- Вроде бы. Но... - Бондони понял. Он принялся трясти пальцем, будто отчиты-
вал маленького ребенка: - Нет-нет. Исключено. Ты бредишь!
- у тебя есть идея получше? - Пьеро усмехнулся, глядя на соседа. - Дорога
займет часов пять, не больше. И, - он потрепал ворот его плаща, - в машине
есть печка.
Ферма в
окрестностях
Дорнбрина
- Это божественно! - Тербантен прислонилась к теплой печи.
Ангстрем вместе с остальными сидела за большим старинным столом и угощалась
тем, что выставила жена фермера. Ржаной хлеб, масло, сыр, грудинка. И парное
молоко. Все ели с аппетитом, и только ван Каальден, как заметила Соня, еще не
притрагивалась к теплому молоку. Она сама с трудом удерживала кружку. Они не-
принужденно общались с обитателями фермы и их помощниками, смеялись над соб-
ственной неуклюжестью, когда доили коров, причем хозяин подражал им своими
мозолистыми пальцами и хохотал до слез. Затем стали думать, как быть дальше.
Когда сосед фермера понял, что у них не хватает топлива, чтобы добраться до
места, он спросил:
- А далеко еще ехать?
- Около часа пути, километров шестьдесят.
- Десяти литров для вашей машины должно хватить, - произнес сосед. - У меня
полный бак. Могу слить вам немного.
Ангстрем перевела остальным и следом радостно кивнула:
- Было бы здорово! Конечно, мы заплатим.
- Я к тому и веду, - не моргнув и глазом, ответил мужчина. - По четыре евро
за литр.
Ангстрем сглотнула. Это было вдвое выше обычной цены. Она переглянулась с
Бондони. Подруга думала о том же: возмущаться будет неуместно. В нынешнем по-
ложении о честной торговле не могло идти речи. Главное, что у них будет топ-
ливо .
Ибс-Перзенбойг
Спокойный и неукротимый, нес свои воды Дунай. По обоим берегам лежали за-
снеженные поля и фермы, тянулись в тусклое небо скелеты деревьев. «Плотина
электростанции дает лишь иллюзию человеческой силы, - думал Оберштэттер. - Мы
можем замедлить, запрудить реку - но нам не обуздать эту мощь. В действитель-
ности мы не имеем над ней никакой власти, как показали наводнения последних
лет».
Снег прекратился. Глядя на водовороты, Оберштэттер докурил сигарету и обду-
мал произошедшее за последние сутки. Он так и не уехал домой, даже когда яви-
лась команда ночной смены. Спали урывками на лавках. И беспрерывно пытались
реанимировать генераторы. То и дело запуск срывался сообщениями о дефектах, и
всякий раз им приходилось отправлять группу, чтобы проверить сбоящий элемент.
За все время проблему ни разу не выявили, оборудование было в порядке. Обер-
штэттер затушил сигарету, бросил окурок в урну и направился на главный пульт.
- Скорее всего, дело в программном обеспечении, - сказал он начальнику сме-
ны.
- Я тоже об этом думал, - ответил коллега. - Вопрос в том, откуда начать.
На электростанции применялось различное программное обеспечение. Самые
сложные из них представляли собой системы диспетчерского управления и сбора
данных, или SCADА-системы. Они осуществляли контроль оборудования и состояли
из множества компонентов, от специализированных программируемых контроллеров
до простых приложений под «Виндоуз». SCADA-системы осуществляли управление
все усложняющимися процессами современного мира: будь то производственные
циклы в индустрии, организация инфраструктуры в портах, на вокзалах, в аэро-
портах, штаб-квартирах концернов и торговых центрах или жизнеобеспечение ор-
битальных станций. С их помощью десяток человек управлялся с танкером в море,
несколько десятков обслуживали цех автозавода, и аэропорты пропускали еже-
дневно миллионы пассажиров.
- Понятия не имею. SCADA-системы протестированы от и до. К тому же у нас
нет к ним прямого доступа. Я бы начал с общих приложений.
Начальник смены смотрел сквозь стекло в машинный зал. Оберштэттер догады-
вался , о чем он думает. Если решится приостановить попытки запуска, пока не
будет проверено программное обеспечение, пройдет несколько дней, прежде чем
электростанция вновь начнет производить энергию. В первую очередь их решение
затронет потребителей.
- Надеюсь, нам не заслали что-нибудь вроде «Стакснета», - сказал Оберштэт-
тер.
- Такими вещами не шутят.
- Я и не собирался шутить.
Осенью 2010-го этот вредоносный код наделал немало шума, когда нарушил
ядерную программу Ирана.
- Продолжать все равно не имеет смысла, - произнес, наконец, начальник сме-
ны . - Прекращаем попытки запуска. Я сообщу в головной отдел.
Ратинген
На парковке было разбросано всего несколько машин, но все-таки их оказалось
непривычно много для субботы. Снег тонким слоем укрывал асфальт, и ветер
взметал белые вихри, оставляя после себя серое полотно. На фоне зимнего за-
пустения десятиэтажный куб из стекла и бетона выглядел несколько сиротливо.
На самом верху на фоне серого неба выделялись синие буквы: «Талэфер АГ». В
некоторых окнах горел свет.
Джеймс Уикли припарковал свой родстер «Мерседес SLS» на площадке для лиму-
зина, на котором приезжал в будни. Но сегодня была суббота, и он мох1 позво-
лить себе прибыть в штаб-квартиру на спортивной машине стоимостью в несколько
годовых окладов среднестатистического сотрудника «Талэфер АГ».
Уикли выпрыгнул из машины. От главного входа его отделял десяток шагов, и
он даже не стал застегивать плащ. Взглянул на свое отражение в стеклянной
двери: стройное тело, жесткая укладка, которой не страшны никакие порывы вет-
ра.
К счастью, в подвальном помещении находились дизельные генераторы, что по-
зволяло даже теперь пользоваться лифтом и отапливать кабинет на десятом эта-
же .
Он скинул плащ на спинку стула и включил компьютер. Джеймс Уикли - родился
в Бате, сын дипломата, рос в Лондоне, Сингапуре и Вашингтоне, получил образо-
вание в Кембридже и Гарварде, вот уже четыре года возглавляет совет директо-
ров «Талэфер АГ» - ожидал, что в ближайшие годы их предприятие произведет на-
стоящий прорыв на рынке систем автоматического управления. После либерализа-
ции европейских рынков не за горами был очередной переворот. Создание так на-
зываемых интеллектуальных электросетей стало золотой жилой для предприятий во
всем мире. Основная идея была проста. До сих пор крупные энергетические кон-
церны производили электроэнергию и по объединенной электросети доставляли до
конечных потребителей. До сих пор такая система в известной степени функцио-
нировала. Потребность в электричестве была известна. Гидроэлектростанции, те-
плоэлектростанции или атомные электростанции обеспечивали бесперебойные по-
ставки. В часы пиковых нагрузок задействовались теплоэлектростанции, прежде
всего газотурбинные.
В будущем в производство электроэнергии будет вовлекаться все больше мелких
предприятий. К тому же извлекать энергию они будут из таких малонадежных ис-
точников, как солнце или ветер. Кульминацией предстоящих перемен станет моло-
дая еще отрасль аккумулирования энергии. При этом вырабатывать энергию удаст-
ся, например, во время ходьбы - из микрогенераторов, встроенных в подошвы.
Электросети в привычном своем виде не справлялись с независимыми и мало
предсказуемыми источниками энергии. Уже сейчас растущее число ветрогенерато-
ров и солнечных батарей представляло угрозу стабильности в сетях. И ситуация
окончательно выйдет из-под контроля, когда каждое домохозяйство или каждый
человек обзаведется собственной мини-электростанцией и начнет сбывать излишки
энергии.
Интеллектуальные электросети в конечном итоге будут контролировать сами се-
бя. Миллионы высокочастотных сенсоров смогут в реальном времени отслеживать
напряжение и качество энергии. И все эти крошечные установки посредством но-
вой сети смогут объединиться в одну виртуальную электростанцию. Потребителям
установят интеллектуальные счетчики - по предписаниям Европейского союза, к
2020 году на них перейдет значительная часть Европы.
Однако компьютер сигнализировал, что в данную минуту Уикли не мог даже вый-
ти в Интернет.
Он перешел в конференц-зал, где его дожидались двадцать человек из руково-
дящего совета. Уикли еще накануне предписал им явиться в случае, если элек-
троснабжение так и не будет восстановлено.
- Мы пока не получали откликов от операторов, производителей оборудования
или электростанций, - сообщил коммерческий директор. - Я организовал горячую
линию, на случай если клиентам потребуется поддержка.
- Хорошо, - сказал Уикли. - Техников достаточно?
- Пока да, - ответил менеджер по персоналу.
- Что по связям?
Вопрос был адресован директору по корпоративным коммуникациям, худощавому
мужчине с проседью в волосах.
- Пока никаких запросов от СМИ, - ответил тот. - Но я намерен в ближайшее
время связаться с ведущими журналистами в неофициальном порядке, подчеркнуть
в беседах надежность наших продуктов и высокую квалификацию наших разработчи-
ков и инженеров. Особенно если принимать во внимание наши проекты.
- Отлично! Читаете мои мысли. И это подводит нас к главному пункту нашего
собрания.
Уикли подался вперед и еще раз оглядел присутствующих.
- Ситуация дарит нам колоссальный шанс! Пройдет несколько часов, и все ос-
танется позади, но не изгладится из памяти. Об этом мы и позаботимся. - Он
резко поднялся. - Мы должны донести до руководящих лиц, что идея конкурентной
борьбы поверхностна или обманчива и радикальные новации неизбежны.
Согласно его планам, в ближайшее десятилетие годовые обороты «Талэфер АГ»
должны показывать двукратный прирост.
- В понедельник утром, - обратился он к коммерческому директору, - необхо-
димо оговорить встречи со всеми, от кого зависит принятие решений.
В этот раз им не придется продвигать свои интересы в роскошных ознакоми-
тельных турах по странам. Теперь достаточно будет продемонстрировать в пре-
зентации факты и продукты «Талэфер». Уикли уперся обеими руками в стол и об-
вел взглядом своих сотрудников.
- К вечеру понедельника необходимо подготовить основные презентации, где
красной нитью проходила бы тема обесточки.
По лицам сотрудников он видел, что на такое они не рассчитывали. Должно
быть, их домочадцы сидели без отопления, воды и связи с внешним миром, ждали
их возвращения. Что ж, придется им какое-то время обойтись без своих кормиль-
цев.
- Приступаем, господа! Покажем миру, что такое энергия.
Париж
Шеннон проснулась от музыки и прокляла про себя Эмиля, соседа по квартире.
Затем села в кровати и попыталась прийти в себя.
В чем была, футболке и шортах, она добрела до ванной, открыла старомодный
кран, умылась, прополоскала рот. Заспанно посмотрела в зеркало. Спутанные во-
лосы падали на лицо.
Текла из крана вода. Играла музыка. Шеннон подошла к туалету. Бачок был на-
полнен .
Лорен накинула купальный халат и направилась в кухню. За столом сидели Ма-
риэль и Карл, по радио играл французский хип-хоп.
- Доброе, - сказала она. - Нам вернули свет?
- К счастью, - отозвался Карл, коренастый немец с черными волосами.
Помимо нее, в квартире проживали еще четверо. Маризль была из окрестностей
Тулузы, Эмиль - из Бретани; еще был Даян из деревни в Восточной Польше. С па-
рижскими ценами Шеннон могла позволить себе только комнату. Шеннон налила в
чашку кофе и молоко. Похоже, глава «Электрисите де Франс» напрасно бушевал в
министерстве. Или же его появление - иначе для чего ему туда заявляться? -
принесло желаемые плоды, и снабжение было скорейшим образом восстановлено.
Шеннон приняла горячий душ, после чего устроилась за ноутбуком и загрузила
материал с прошлой ночи. Она работала на Тернера внештатно и могла свободно
распоряжаться неиспользованным видеоматериалом. Тем временем Шеннон просмот-
рела несколько новостных сайтов и проверила сообщения в социальных сетях. За-
тем составила ролик из нескольких обрезков и выложила на «Ю-тьюб».
Покончив с делами, оделась потеплее и отправилась за покупками. Небольшой
супермаркет через два квартала был открыт. По пути она осматривала последст-
вия прошедшей ночи, но парижане уже вернулись к повседневной жизни.
На обратном пути Шеннон встретила у дверей соседку. Аннет Дорель, уже на
седьмом десятке, неизменно ухоженная, тоже возвращалась с покупками.
- Лорен! - воскликнула она. - Вот вечерок выдался вчера, да?
- Ага, я всю ночь провела на ногах, - ответила Шеннон, шагая к лифту. -
Только к шести часам все стало понемногу налаживаться.
- Дочь с семьей собиралась приехать из Амстердама, а их рейс отменили.
- Жаль. Знаю, как вы скучаете по внукам.
Кабина лифта дернулась, замерла между этажами. У Шеннон все сжалось внутри,
но вот лифт снова пришел в движение.
- Этого еще не хватало, - Дорель нервно рассмеялась.
Далее они молча смотрели, как за стеклянной дверью проплывают этажи. На
четвертом лифт остановился. Шеннон вздохнула с облегчением и решила, что
впредь лучше подниматься по лестнице.
- Передавайте привет супругу. Может, внуки скоро приедут.
- Надеюсь.
Рядом с
Беллинцоной
Машин на шоссе было заметно меньше обычного. Бондони предоставил управлять
Манцано. «Автобианчи-112» 1970 года выпуска неслась на предельной скорости в
сто сорок километров в час. В миниатюрном багажнике лежали четыре канистры по
двадцать литров каждая. Бондони включил радио: большинство станций передавали
последние новости, и они были малоутешительны. Значительная часть Европы по-
прежнему оставалась без электричества.
Они были уже в Швейцарии. Проехали Лугано и приближались к Беллинцоне, ко-
гда указатель топлива переместился в красную зону.
- Надо заправиться, - сказал Манцано, завидев знак стоянки.
Левую сторону занимали четыре грузовика, справа стояли три легковые машины.
Возле одной из легковушек расхаживал и курил мужчина. Манцано и Бондони вышли
и размяли ноги. Пьеро открыл багажник, достал одну из канистр и стал заливать
бензин.
Он прислушивался, как топливо с бульканьем льется в бак. По шоссе время от
времени проносились машины.
- Эй! Да у них тут мини-бензовоз, - раздался рядом с ним хриплый голос.
Мужчина, уже без сигареты, рассмеялся над собственной шуткой и с любопытст-
вом заглянул в багажник «Фиата».
- Так и дорога впереди неблизкая, - ответил Манцано.
- Куда же вы едете с таким-то грузом?
- В Гамбург.
- Ого! На этом тарантасе?
Манцано опорожнил канистру, закрыл и положил обратно в багажник. При этом
он посмотрел поверх крыши и заметил, что от машины курильщика к ним приближа-
ются еще два человека. Они понравились ему не больше, чем их приятель. Он за-
хлопнул крышку багажника.
- Вы на ней до Гамбурга не доедете, - продолжал мужчина. - Может, лучше
продадите нам канистру? Или две?
Манцано уже открыл водительскую дверь, собрался сесть.
- Простите. Но я уже сказал, что нам далеко ехать. На счету каждая капля
бензина.
Тем временем к ним подошли двое других. Один встал перед радиатором, второй
направился к Бондони, который только взялся за пассажирскую дверь.
В этот миг первый схватил Манцано за предплечье.
- Нам нужен бензин, - заявил он. - До сих пор я просил вас вежливо.
Пьеро действовал без промедления - резко ударил мужчину между ног. Тот, яв-
но не ожидав удара, согнулся пополам и выпустил его руку. Манцано оттолкнул
нападавшего, и он повалился на асфальт. Пьеро запрыгнул в машину. Бондони
воспользовался замешательством и буквально завалился на сиденье.
Манцано захлопнул дверь, одновременно поворачивая ключ зажигания. Нападав-
ший уже вскочил на ноги. Тип перед радиатором уперся руками в капот, словно
мог остановить машину. Манцано включил передачу, затем надавил на газ и от-
пустил сцепление. «Фиат» скакнул вперед, мужчина прокатился по капоту, уда-
рился в ветровое стекло и свалился в сторону, увлекая за собой приятеля. Ман-
цано переключился и направил машину к выезду.
- Мерзавцы! - проворчал Бондони. - Не дай бог, если этот идиот оставил вмя-
тину!
«Скорее бы восстановили электроснабжение», - думал Манцано, глядя в зеркало
заднего вида. Что же будет дальше, если они уже сейчас голову теряют?
Берлин
Это была идея Михельсен, и министр ее одобрил. Вместо конференц-зала в ми-
нистерстве они временно арендовали помещение в здании напротив. Адвокатское
бюро все равно было закрыто из-за отключения. Температура внутри опустилась
до двенадцати градусов. На Михельсен под жакетом было теплое нательное белье.
Даже из окна четвертого этажа она видела замешательство на лицах управляющих
концернами, когда те выходили из машин и оглядывались в поисках нужного зда-
ния. Внизу их встречал служащий, открывал перед ними двери и говорил, как
пройти на четвертый этаж. По лестнице. В зале они пожимали друг другу руки,
снимали плащи. У некоторых лица еще блестели испариной. Через несколько минут
все расселись.
В одном из директоров Михельсен узнала главу Е.ON. Это был довольно строй-
ный мужчина, и он потирал ладони, как будто пытался согреться. Восхождение по
лестнице далось ему легче, чем другим, и он первым начал мерзнуть.
Вошел министр внутренних дел. Все поднялись.
- Господа, - приветствовал он, - прошу, садитесь. Сегодня наше совещание
пройдет в непривычных условиях. Вам предложили бы кофе или чай, но в нынешнем
положении это, увы, невозможно. Посещение туалета я также попросил бы отло-
жить для более подходящего времени и места, где функционирует водоснабжение и
отведение.
Министр тоже сел.
- Мне хотелось бы, чтобы во время этого заседания вы на себе прочувствова-
ли, с чем вынуждены мириться миллионы наших сограждан.
Михельсен украдкой следила за реакцией первых лиц. Большинство сидели с де-
журным выражением заинтересованности. И только у одного губы на краткий миг
насмешливо изогнулись.
- Оперативные силы работают на пределе своих возможностей. Мы не можем за-
просить помощь соседних государств, потому что у них дела обстоят не лучше. И
ответственность в этом лежит на вас. Отговорками я уже сыт.
Он оглядел по очереди каждого из присутствующих, после чего продолжил:
- Ответьте, наконец, что произошло. Пора выкладывать карты. Есть ли необхо-
димость во введении чрезвычайного положения?
Михельсен смотрела на лица. Возможно ли, что хозяева концернов договори-
лись? Вполне. В таком случае у них должна быть выработана какая-то стратегия.
Или в их рядах не было единства? Тогда каждый сейчас ждал, что кто-то раскро-
ет карты первым. Присутствующие переглядывались. Этим первым оказался Курт
Хефген, глава одного из крупнейших операторов распределительных сетей. Мужчи-
на чуть за пятьдесят с седыми, зачесанными набок волосами.
- Признаю, - начал он, - что пока нам еще не удалось синхронизировать зна-
чительную часть электросетей.
«Это заслуживает уважения», - подумала Михельсен. Хефген не прятался за ам-
бразурами, а встал во весь рост под обстрелом. Теперь оставалось лишь наблю-
дать за последствиями.
- в том числе потому, - продолжал он, - что нам недоступны значительные
участки сетей. Но это оказалось невозможным даже на региональном уровне. В
тех немногих регионах, где удалось восстановить подачу, частота крайне неста-
бильна .
«С уважением поспешили», - вновь подумала Фрауке. Человек просто донес в
элегантной форме мысль, что «они не виноваты», и сгладил острый угол.
- Возможно, наши коллеги по производству сумеют прояснить вопрос.
И поскорее передать эстафетную палочку. Правда, раскаленную. Кто захочет за
нее хвататься? Хефген откинулся на спинку и скрестил руки на груди в знак то-
го , что он сказал достаточно.
- Господин фон Бальсдорф, может, вы? - предложил министр.
Человек, к которому были адресованы слова, - полноватый, с пористой кожей
курильщика, - нервно облизнул губы.
- Кхм... Проблем оказалось больше, чем ожидалось даже в такой ситуации, - на-
чал он. - Никто из нас прежде с таким не сталкивался. В учебных сценариях не
предполагались масштабы отключений выше тридцати процентов. Вообще, это при-
мерно вдвое больше возможного. Мы пока ищем...
- Хотите сказать, - перебил его министр угрожающе тихим голосом, - что вы
не можете гарантировать возобновление подачи в ближайшие часы?
Фон Бальсдорф страдальчески смотрел на министра.
- Мы задействовали все доступные средства. Но со своей стороны гарантиро-
вать этого не можем. - Он прикусил губу.
- Вы, господа? - Министр оглядел сидящих.
Остальные лишь смущенно качали головами.
Такое же чувство Михельсен испытала несколько лет назад, когда к ней домой
явились двое полицейских и спросили, она ли дочь Торстена и Эльвиры Михель-
сен . Она видела по лицам собравшихся, что и они начинают постепенно понимать.
Несмотря на холод в зале, на лбу у нее выступил пот, и сердце заколотилось у
самого горла.
Ишгль
Ангстрем с облегчением и нетерпением смотрела на заснеженные горы, обсту-
павшие их со всех сторон. Все были измотаны и мечтали о ванне, нормальном
туалете, горячей воде, чистой и теплой постели, камине. Дорога серпантином
взбиралась в гору, и Соня искала взглядом деревню, где они забронировали дом.
Через десять минут приехали. На крутом склоне ютилось, почти вплотную друг к
другу, с десяток бревенчатых домиков. Из некоторых труб поднимался дым. Тер-
бантен с трудом отыскала место на маленькой парковке. На первом домике висела
табличка с надписью «Администрация».
За стойкой их встретила молодая женщина в униформе. Она записала их имена.
- Я покажу вам дом.
Женщина провела их по узкой гравийной тропе между хижинами. Их дом распола-
гался с самого края.
- К сожалению, отключение затронуло и нас, - сказала женщина. - В домах нет
света, водоснабжение и отопление не работает.
Подруги переглянулись, и Ангстрем заметила разочарование в их глазах.
- Но, - поспешила добавить администратор, - мы делаем все, чтобы ваше пре-
бывание здесь было комфортным.
Она отворила дверь и впустила их внутрь. Из крошечного холла открывалась
небольшая, но уютная комната в деревенском стиле, с печью.
- Как видите, в домах есть печи, и все комнаты хорошо отапливаются. Так что
мерзнуть вам не придется, дров у нас предостаточно.
Она провела их дальше, в миниатюрную кухню.
- Плита тоже топится дровами. Не знаю, будете ли вы готовить сами, в любом
случае здесь запросто можно растопить снег и нагреть воды для ванны. - Она
рассмеялась. - А уж снаружи его более чем достаточно. Всё как в старину!
Далее она провела их по крутой лестнице наверх, где располагались две не-
большие спальни.
- Здесь ванная, посмотрите. Мы приготовили ведро, чтобы наполнить ванну
снегом и потом разбавить горячей водой. - Женщина заметила скептические
взгляды гостей и добавила: - Разумеется, вы получите скидку из-за этих не-
удобств. И, несмотря на сложности, можете даже воспользоваться сауной, кото-
рую я вам еще покажу, и рестораном, потому что они тоже отапливаются дровами.
Они снова находились в комнате. Администратор явно была довольна.
- И, конечно, я надеюсь, что завтра вы сможете в полной мере насладиться
комфортом. Кстати, в домике администрации работает телефон, если у вас не ло-
вят мобильные.
Она показала им сауну и ресторан. Затем подруги разгрузили багаж и стали
располагаться.
- Кто первый принимает ванну?
Кинули жребий. Ван Каальден оказалась самой везучей.
- Сначала коров доить, теперь снег в ведрах таскать, - проворчала Тербан-
тен.
- Воспринимай это как забавное приключение, - отозвалась Ангстрем и взяла в
каждую руку по ведру.
Когда Манцано и Бондони доехали до места, было уже темно. Они объяснили
приветливой женщине-администратору, кого ищут, и та проводила их к нужному
дому.
- Папа! Что ты здесь делаешь? И ты, Пьеро?
Манцано был знаком с Ларой, хоть и поверхностно. Она ему всегда нравилась:
миниатюрная и бойкая, с пышной гривой каштановых волос.
- Заходите! Что это у тебя на лбу? - спросила она Манцано и показала на
шов.
- Небольшая авария, - ответил Пьеро, и вновь перед глазами возникла сцена с
зажатой в покореженной машине женщиной.
Позади Лары появилась вторая женщина, на вид немногим меньше сорока. Она
была выше, стройная, с длинными темными волосами, которые создавали контраст
с ее голубыми глазами. Лара представила ее как Хлою Тербантен.
Дом оказался небольшим, но уютным. В открытой печи потрескивал огонь, по
двум стенам комнату обрамляли скамьи. На одной из них, подобрав ноги, сидела
третья женщина. Когда Манцано и Бондони вошли, она поднялась. Примерно одного
роста с Ларой, с веснушчатым лицом, вздернутым носом и короткими светлыми во-
лосами. Ее голубые глаза словно сияли. Под свитером со скандинавским мотивом
угадывались приятные формы. Женщина взглянула на лоб Манцано, но спрашивать
ничего не стала. «Пожалуй, мне здесь понравится», - подумал Пьеро.
- Соня Ангстрем, - представила Лара, - представляет Швецию в нашем кварте-
те . Четвертая, из Нидерландов, еще нежится в ванне.
- У вас есть вода? - оживился Бондони. - И ванна?
Его дочь рассмеялась:
- Но ради нее придется потрудиться. И только не говори, что вы приехали из
Милана ради горячей ванны.
Брюссель
Терри Билбэк был доволен, как никогда. В его офисе было тепло, текла горя-
чая вода и функционировал туалет. Освещение, компьютер, Интернет и даже кофе-
машина - все работало. В отличие от двухкомнатной квартиры в спальном районе
Брюсселя, откуда ему пришлось добираться до авеню Больё на машине. Обществен-
ный транспорт был парализован.
Однако удовлетворение было недолгим. Как и его коллеги по Центру мониторин-
га и информации Евросоюза, сокращенно ЦМИ, он рассчитывал на скорое восста-
новление электроснабжения. Но ничего подобного не происходило. В первой поло-
вине дня стали поступать первые сообщения и запросы от стран-участниц.
В Центре двадцать четыре часа в сутки находилось около тридцати сотрудников
из разных стран, решая три спектра задач. В первую очередь это был центр ком-
муникации. В случае катастрофы они координировали запросы и предложения о по-
мощи от стран-участниц. Вторая задача состояла в информировании всех участни-
ков, а также общественности об актуальных акциях и интервенциях. И, кроме то-
го, ЦМИ обеспечивал координацию мероприятий по оказанию помощи на разных
уровнях. В центральном бюро сравнивали запросы о помощи и потребности, опре-
деляли дефицит и искали решения. При необходимости в пострадавшие регионы на-
правляли сотрудника ЦМИ.
Раздался звонок. Телефон не умолкал весь день. Номер был ему незнаком, судя
по коду - Австрия.
- Привет, Терри! Это Соня Ангстрем.
- Привет, Соня. Как добрались?
Ангстрем рассмеялась:
- С приключениями. Мне тут рассказали кое-что интересное. Но, кажется, эта
информация скорее для Европола. Только вот номера их у меня нет.
- А о чем речь?
- Лучше тебе расскажет знакомый моей подруги, с которой я поехала в отпуск.
Его зовут Пьеро Манцано, он итальянский программист и обнаружил одну странную
вещь.
Гаага
Франсуа Боллар стоял у окна в гостиной и смотрел на дождь. На улице темне-
ло . Они расставили на лужайке перед домом все емкости, какие нашли: ведра,
тазы, кастрюли, стаканы, кувшины, тарелки. Дождевая вода плескалась в них под
падающими каплями. У Боллара за спиной играли дети. Жена Мари сидела на дива-
не и читала при свечах. В камине горел огонь. Это была единственная теплая
комната в доме.
Боллару пришлась по душе идея работать в городе, который казался ему олице-
творением Евросоюза и его администрации. Великолепные дома хранили богатое
прошлое Гааги, правительство и королева предпочитали этот живописный город
Амстердаму. Боллар вместе с семьей жил в прелестном домике девятнадцатого ве-
ка, в пятнадцати минутах ходьбы от моря, с крутыми лестницами и обилием дере-
ва в интерьере. Дети ходили в международную школу, жена работала переводчи-
цей.
После долгих лет работы в министерстве Боллар надеялся, что на международ-
ном фронте получит новый опыт. И по возвращении перспективы после двух лет за
границей выглядели многообещающе.
Боллар прошел к задней двери, натянул резиновые сапоги и накинул дождевик.
Вышел в сад, перелил почти полные емкости в большое ведро и снова все расста-
вил. Ведро он занес в ванную на первом этаже и вылил в ванну, заполненную на
четверть. Затем выставил ведро обратно под дождь и вернулся в гостиную.
- Ты никак не можешь раздобыть нам генератор? - спросила его жена.
- Европол ими не располагает - во всяком случае, не для личного пользования
сотрудниками.
Мари вздохнула:
- Это же ненормально. Уже давно всё должны были наладить.
- Должны бы, - ответил Боллар.
Раздался телефонный звонок. Франсуа поспешил в коридор, где на маленьком
столике стоял телефон, и взял трубку. Это был некий датчанин с дежурной сме-
ны, и он хотел соединить его с британским коллегой, который получил звонок от
какого-то итальянца из Австрии. Боллар еще переваривал услышанное, как на ли-
нии раздался щелчок и его переключили.
Британец, некий Терри Билбэк из Центра по мониторингу и информации в Брюс-
селе , поведал ему странную историю о кодах для итальянских счетчиков. Боллар
внимательно слушал, задавал вопросы. Британец назвал ему имя, кое-какие дан-
ные и номер телефона, по которому можно было связаться с итальянцем.
Боллар положил трубку. Обдумал полученную информацию. И набрал австрийский
номер.
Ишгль
Манцано положил трубку.
- Ну? - спросила его Ангстрем, когда он вернулся к остальным. Все сидели
перед камином в комнате и пытливо смотрели на него.
- Кто-то из Европола, - ответил он. - Кажется, он собирается сообщить обо
всем итальянским и шведским службам.
- Надеюсь, в неофициальном порядке, - заметила ван Каальден. - Иначе нам
еще долго жить как пещерные люди.
«Лишь бы такое сравнение не стало еще ближе к реальности», - подумал Пьеро.
Он старался говорить потише, когда обсуждал с французом из Европола возможные
последствия своего открытия.
Постарался отбросить на время тревожные мысли.
- Найдется для меня что-нибудь выпить? - спросил он с напускной бодростью.
Лара Бондони протянула кружку с чем-то горячим и ароматным.
- Мы уже позаботились о вашем размещении. В нынешних условиях не все гости
смогли приехать, несколько домиков еще свободны. Так что в одном вы сможете
переночевать. Все-таки это приятнее, чем в ваших промерзших квартирах. - Она
рассмеялась и подняла свою кружку.
Манцано выпил в надежде, что алкоголь рассеет мрачные раздумья.
- А теперь расскажите подробнее, где вы работаете, - попросил он Соню. - У
вас, как видно, хорошие связи...
Гаага
Боллар вернулся в гостиную:
- Мне нужно в бюро.
Мари вскинула голову:
- В субботу вечером? - Она всматривалась в лицо мужа, прекрасно сознавая,
что может означать срочный вызов. - Что-то серьезное?
- Не особо, - солгал Франсуа.
Дорога заняла десять минут. Улицы лежали во мраке, но в здании Европола не-
сколько окон были освещены.
Боллар разыскал Дага Арнсби, который и сообщил ему о звонке.
- Посмотри, не найдется ли чего на некоего Пьеро Манцано.
Арнсби вбил имя итальянца.
- Этот? - спросил он через пару минут.
С монитора на них смотрел мужчина средних лет. Острые черты, выдающийся
подбородок, узкий нос, короткие черные волосы, карие глаза, бледная кожа.
- Пьеро Манцано, - вслух прочел Боллар. - Метр восемьдесят семь, семьдесят
восемь килограммов, сорок три года, программист. Долгое время состоял в груп-
пировке итальянских хакеров, которые проникали в компьютерные сети компаний и
государственных структур, чтобы выявить изъяны в защите. В конце девяностых
был даже осужден - правда, условно. Кроме того, фигурирует во время демонст-
раций в рамках операции «Чистые руки»2. В две тысячи первом арестован во вре-
мя протестов при съезде «Большой восьмерки» в Генуе.
Боллар хорошо помнил те события. В Генуе итальянская полиция окончательно
потеряла лицо. Во время беспорядков вокруг встречи глав «Большой восьмерки»
был застрелен демонстрант, сотни тяжело ранены в результате жестких действий
полиции. Позднее несколько должностных лиц даже предстали перед судом. Боль-
шинство были отпущены за истечением срока давности.
- Так он из этих ребят, - проговорил Боллар, скорее самому себе.
Как представитель верхушки среднего класса Франции, который причислял себя
к высшему кругу, он довольно скептически смотрел на подобных активистов, осо-
бенно левого толка.
- Официально работает независимым IT-консультантом, - сказал Арнсби. - Но
по-прежнему подозревается в незаконной деятельности. Впрочем, доказательств
этому нет. Он знает, о чем говорит, если ему не понравился код в его счетчи-
ке .
- Боюсь, что так. Он еще дал мне пару советов. Итальянские энергетики долж-
ны первым делом проверить команды роутеров. Что бы это ни значило.
- Если он прав, это означает то, о чем я думаю?
Боллар размышлял об этом всю дорогу в бюро. Бегло просчитал все возможные
сценарии.
- Не хотелось бы напрасно разводить панику. Но ничего хорошего это не озна-
чает .
- Хочешь сказать, если кому-то удалось просочиться в программу итальянских
счетчиков и остановить их, то им удастся сделать это где-нибудь еще?
Боллар лишь пожал плечами и подвигал челюстью.
- В любом случае этого нельзя исключать.
Милан
Невозможно было даже предположить, что эти двое из полиции. Первый предста-
вился как доктор Уго Ливаско, второй - инженером Эмилио Дани.
- Чем могу помочь? - спросил Кюраццо. За последние тридцать шесть часов он
поспал всего час.
- Нас направил к вам Европол, - пояснил инженер. - Вы получили сведения,
что итальянские счетчики были взломаны, и это послужило причиной сбоев.
Кюраццо почувствовал, как кровь приливает к лицу. Ему вспомнился тип, яв-
лявшийся утром.
В штаб-квартире «Энел» люди почти двое суток провели на ногах. Лица у всех
были бледные, но в эти мгновения с них отхлынула вся кровь. Долго искать не
пришлось. IT-специалисты из полиции предложили первым делом проверить команды
роутеров.
- Почему именно их?
- Нам так посоветовали.
В считанные минуты эксперты нашли, что искали.
Интеллектуальные счетчики в домах и на предприятиях были связаны между со-
2 Операция «Чистые руки» - комплекс полицейских мероприятий и судебных процессов в
Италии 1992-1993 гг., направленных против влияния организованной преступности в пра-
воохранительных органах и политике. В ходе акции было осуждено более 5000 человек.
бой маршрутиризаторами, как и всякая компьютерная сеть. И они позволяли счи-
тывать данные, в которых отображались все сигналы, принятые счетчиками.
- Им и вправду была дана команда отключиться от сети.
Почти пятьдесят человек собрались перед большим экраном, на котором Сола-
ренти, глава управления по чрезвычайным ситуациям, показывал соответствующие
данные и графики.
- Но эти команды поступали не от нас, - продолжал Соларенти, - а откуда-то
со стороны. Кто-то ввел их в программу одного счетчика, и от него она распро-
странилась на остальные счетчики по всей стране. Для этого не нужен даже ви-
рус. Команда, вероятно, распространялась по беспроводной сети.
Его слова повисли в воздухе. В зале воцарилось гробовое молчание - на фоне
тихого гула компьютеров.
- Господи, помилуй, - послышался чей-то тихий голос.
- Как такое возможно? - спросил кто-то другой. - Что творится с нашей сис-
темой защиты?
- Это мы и пытаемся выяснить.
- Получается, кто-то одним щелчком выключил нам свет, - заметил другой. -
Всей стране.
- Если б только это, - ответил Соларенти. - Всё куда хуже. Сначала этот
кто-то отключил от сети дома и предприятия. В результате упала вся электро-
сеть. Когда же мы восстановили снабжение в некоторых регионах, очередная ко-
манда снова включила счетчики. И тысячи потребителей разом подключились к се-
ти . Это вызвало новые колебания частоты в сети, и все окончательно рухнуло.
- Значит, кто-то играет с нами в кошки-мышки!
- Это плохая новость. Но есть и хорошая. Теперь, когда нам известна причи-
на , мы можем заблокировать команду на отключение. Мы уже работаем над этим.
Через два часа эта чертовщина закончится.
В кино в такие моменты раздаются аплодисменты и крики ликования. Но полсот-
ни человек в зале лишь тихо переговаривались между собой. Постепенно в их
сознание просачивалось значение сказанного. Итальянская электросеть подвер-
глась атаке.
- Это катастрофа, - простонал Тедески, глава технического департамента. -
Господа, - обратился он к стоявшим рядом криминалистам, - подобная ситуация
требует взвешенного подхода.
Те ждали, что он скажет дальше.
- Нельзя, чтобы об этом узнала общественность, - торопливо продолжал Теде-
ски , - и не стоит сообщать о причинах в Европол. Вы сами слышали: через два
часа все будет восстановлено!
Эмилио Дани задумчиво склонил голову. Уго Ливаско с каменным лицом смотрел
на управляющего. Наконец доктор произнес:
- Я понимаю ваше беспокойство. Но кто бы ни стоял за этим, что, если он
проделал то же самое и в других странах? Мы обязаны предостеречь остальных.
- Но эти бюрократы в Брюсселе...
- Европол располагается в Гааге, - поправил Ливаско.
- Не важно! Они не придумают ничего лучше, кроме как растрезвонить обо
всем, лишь бы выставить себя в выгодном свете! - Тедески раскипятился. - Я
позвоню своему другу, премьер-министру. Пусть он решает, что делать. Это во-
прос национальной безопасности!
Лицо у Ливаско ожесточилось, на губах заиграла едва заметная улыбка.
- Боюсь, это выходит за рамки его полномочий. Впрочем, можете звонить сво-
ему другу. Я тем временем извещу Европол.
- Вы же отвечаете перед министром внутренних дел? - спросил Тедески.
- Тем не менее. Конечно, он тоже будет проинформирован. А затем поставит в
известность премьер-министра.
- Кажется, вы не поняли, - прошипел Тедески. - Вы же хотите продолжить свою
карьеру в полиции?
Теперь Ливаско улыбался открыто. Он посмотрел управляющему в глаза:
- Еще не известно, о чьей карьере идет речь.
Кюраццо видел, как один из сотрудников Соларенти что-то шепнул ему на ухо.
Соларенти подошел к ним. Тедески ждал его с застывшим лицом.
- У меня снова хорошие новости, - сообщил Соларенти и показал на схему
электросети на экране. - Шифры, очевидно, вводили напрямую через счетчики. И
от них команда постепенно распространилась на остальные.
По схеме в трех точках стали расходится красные линии, переплетаясь между
собой, пока вся сеть не изменила цвет.
- По временным отметкам мы смогли воспроизвести это распространение. И оп-
ределить исходные счетчики.
Красные линии поползли обратно, пока не остались лишь три точки на всей
схеме.
- Это значит, - спросил Ливаско, - что нам известно точное местоположение,
откуда злоумышленник ввел команду?
Соларенти кивнул:
- Точные адреса. Всего их три.
ДЕНЬ 2
ВОСКРЕСЕНЬЕ
Турин
- Мы на месте, - доложил Валерио Бинарди.
Он стоял перед дверью в квартиру, сбоку от нее был звонок без таблички. По-
зади него ждали приказа шестеро бойцов антитеррористического спецподразделе-
ния итальянской полиции - в бронежилетах, с тараном наготове и пистолетами-
пулеметами на изготовку.
Еще шесть человек ждали у открытых окон в квартире этажом выше, готовые по
команде спуститься по тросам и атаковать объект с улицы. В здании напротив
залегли снайперы с приборами ночного видения. У парадного входа и по всему
жилому комплексу расположились силы спецназа. Техника и транспортеры остались
у въезда.
По рации поступил сигнал к штурму.
Тараном сорвали дверь с петель. Почти в тот же миг взорвались светошумовые
гранаты. Бойцы вошли внутрь. В квартире было темно. Бинарди подскочил к пер-
вой двери и распахнул. Туалет. Пусто. Следующая. Ванная. Пусто. Дверь в гос-
тиную оказалась открытой. Под звон осколков туда уже влетали штурмовики с
улицы. За спиной прогрохотали тяжелые ботинки. Бинарди окинул взглядом гости-
ную. Здесь тоже никого, только старый диван и пара стеллажей. Еще две закры-
тые двери. Вторая группа идет к первой, Бинарди со своими людьми - ко второй.
В комнате двухъярусная кровать. С верхнего уровня на него уставилась пара
детских глаз. Бинарди инстинктивно вскидывает оружие. Ребенок начинает кри-
чать . Его плач подхватывает второй, на нижнем ярусе. Бинарди быстро осматри-
вает комнату, его напарник проверяет кровати, заглядывает вниз, скидывает
одеяла. Никого, только дети. Бойцы держат автоматы на изготовку. Дети заби-
лись в угол и визжат.
Спустя двадцать секунд по встроенной рации раздался голос напарника:
- Двое взрослых в спальне; похоже, спали. Больше никого.
- Принял, - ответил Бинарди.
Он чувствовал, как спадает волна адреналина в теле. Получалось, что с тем
же успехом они могли позвонить и войти.
Гаага
Боллар выключил проектор. С прошедшей ночи стало ясно, что нужно беречь ка-
ждую каплю дизельного топлива для генераторов.
После переговоров с итальянскими и шведскими коллегами он отправился домой,
не преминув оставить им свой номер. В надежде, что в ближайшие дни им дадут
отбой, лег спать в холодную постель. В четыре утра его разбудил телефонный
звонок. Шведы опередили итальянцев всего на полчаса. В обеих странах были вы-
явлены манипуляции с электросчетчиками.
Еще совсем недавно опасности современных электросетей были предметом гром-
ких дискуссий. Эксперты в большинстве своем исходили из того, что системы
многоплановы и достаточно надежны, чтобы опасаться длительных и масштабных
сбоев. Как правило, европейские электросети эксплуатировались в соответствии
с критерием надежности п-1, когда выпадение какого-либо элемента из системы -
трансформатора, линии передачи или электростанции - не приводило к перегру-
женности. И уж тем более в таких единичных случаях не прерывалось электро-
снабжение . Однако при серьезных дефектах или неблагоприятных погодных услови-
ях подобные события могли носить массовый характер. И, несмотря на все пред-
писания и меры предосторожности, к уязвимости в системе могли привести, в том
числе, и человеческие ошибки. И, как следствие, к перебоям в электроснабже-
нии. До сих пор Европа видела лишь разрозненные последствия атак на электро-
сети. В основном это были акции национал-экстремистов. Таковой стала, напри-
мер, «Огненная ночь»3 в Южном Тироле в 1961 году. Но теперь все было иначе.
Через тридцать минут Боллар уже находился на своем рабочем месте. Он поднял
каждого, до кого сумел дозвониться. Тем временем коллеги из Италии и Швеции
докладывали о промежуточных результатах расследования. К семи часам собралась
значительная часть сотрудников. Из руководства отсутствовал только директор
Европола, Карлос Руис. В четверг испанец улетел в Вашингтон на совещание Ин-
терпола. Он руководил собранием по видеосвязи.
- Следует полагать, что это скоординированная акция, - заключил Боллар. -
Наши коллеги в Италии и Швеции обнаружили по три исходных пункта. Спецподраз-
деления в течение двух часов проверили указанные адреса. Начаты расследования
в отношении нынешних и прежних жильцов. После собрания мы, разумеется, проин-
формируем Европейскую комиссию, Интерпол и прочие структуры, предусмотренные
процедурой.
Боллар сделал паузу.
- Полагаю, все сознают серьезность положения. Эта операция, возможно, ста-
нет самой важной за всю историю нашего ведомства.
Из динамиков донесся голос директора Руиса:
- С этого момента прерываются все отпуска. Все доступные сотрудники должны
как можно скорее вернуться на рабочие места. Это правда, - спросил затем ди-
ректор, - что информация поступила от итальянского программиста?
- Его имя есть в нашей базе, - ответил Боллар.
- В какой связи?
- Хакер. И, насколько можно судить, неплохой, если захочет куда-то проник-
нуть - сделает. Правда, это в прошлом.
- Белый или черный? - спросил Руис.
- Сложно сказать, - ответил Боллар, несколько удивленный.
Он никогда не подумал бы, что директор даже поверхностно разбирается в по-
3 «Огненная ночь» - акция против итальянизации Южного Тироля, спланированная и про-
веденная группой «Комитет освобождения Южного Тироля» 12 июля 1961 г. Было взорвано
34 опоры линий электропередачи. «Огненная ночь» стала первой в серии акций, прохо-
дивших в 1960-х гг.
добных темах. Для него самого все хакеры были преступниками. Пусть «белые
шляпы» предположительно атаковали только чужие сети, чтобы выявить пробелы в
безопасности, они оставались взломщиками. Черные хакеры, помимо этого, про-
мышляли кражей данных и вандализмом.
- В девяностых он участвовал в демонстрациях за «Чистые руки». И был аре-
стован во время выступлений против саммита «Большой восьмерки» в Генуе.
- Может он быть причастен к произошедшему?
- Нельзя исключать.
- Если он чист и настолько хорош, как вы говорите, он может быть полезным.
Один раз он нам уже помог. В сложившихся обстоятельствах у нас на счету каж-
дый специалист, пусть даже самозанятый. Если же он причастен к саботажу, то
постоянно будет у нас на виду.
- Возможно, мы впустим в свои ряды противника, - заметил Боллар. Его совсем
не радовала перспектива сотрудничества с революционером левого толка вроде
этого итальянца.
- Он окажется в надежных руках, - ответил Руис. - Позаботьтесь об этом.
Командный
центр
Ответ главы Европола его удивил. Лицо Карлоса Руиса на экране даже не дрог-
нуло . Столь же безучастны были лица сотрудников, собравшихся в конференц-зале
перед камерой.
Чтобы такой оплот бюрократии, как Европол, оказался настолько открытым...
«Они пытаются доказать себе свою самость, - думал он, - и потому хватаются за
каждую соломинку». Ему не терпелось увидеть, как всполошатся Берлин, Париж и
все прочие.
Пусть зовут к себе итальянца. Хоть этот Манцано и внес некоторую путаницу в
их планы, он не сможет помочь Европолу. Скоро они это поймут. Они даже пред-
ставить не могли, что их ждет. Хотя должны были на такое рассчитывать. Не ду-
мали же они, что смогут вечно продолжать в том же духе. Сигналы маячили у них
перед самым носом, но никто не хотел принимать их во внимание. Теперь они уз-
нают , что значит беспомощность. Это было только начало.
Ишгль
Соня, закрыв глаза, подставила лицо солнечным лучам. Ладони грела горячая
чашка.
- В жизни больше не притронусь к пуншу.
Она открыла глаза. Перед ней, не загораживая солнца, стоял Манцано. Соня
рассмеялась:
- С утра я тоже в этом клялась.
Он глубоко вдохнул и широким жестом обвел горный пейзаж:
- Красиво, правда? Даже не верится, что где-то в мире происходит какая-то
чертовщина.
- Что есть, то есть, - ответила Соня. - Хочешь кофе или чай?
- Не хочу тратить ваши запасы.
- Мы можем заказать еще.
- Тогда кофе.
Ангстрем сходила на кухню, достала чашку и термос. Наверху кто-то шумел в
ванной, дом постепенно просыпался. Она вышла на улицу. Манцано сел рядом, об-
хватив ладонями чашку, прислонился к бревенчатой стене и закрыл глаза.
- Все равно, - сказал он, - хороший вчера был вечер.
- Да, - согласилась Соня.
Манцано выказал неподдельный интерес к ее работе, и вскоре они болтали обо
всем на свете. Вся компания просидела до трех часов утра перед камином, и у
Сони возникло подозрение, что ван Каальден положила глаз на итальянца. Она
особенно громко смеялась над его шутками и старательнее других прикладывалась
к пуншу. Не хотелось бы Соне оказаться сегодня в ее шкуре...
- Ну что, голубки? - перед ними возникла Тербантен с чашкой в руках. - Най-
дется для меня местечко?
Ангстрем не сказала бы, что обрадовалась появлению Хлои. Ей хотелось насла-
диться моментом.
- Конечно, - Манцано, не открывая глаз, похлопал по свободному месту на
скамейке.
О тишине можно было забыть. Тербантен болтала без умолку, Манцано делал
редкие комментарии. Ангстрем уже хотела подняться, но в этот момент послыша-
лись шаги по тропе. К дому приближалась одна из девушек-администраторов.
- Господин Манцано, вам звонил господин Боллар. Он сказал, что перезвонит
через десять минут. Говорит, что это срочно.
С нарастающей тревогой Соня слушала разговор Манцано. Нетрудно было сделать
выводы по его репликам. После он подтвердил ее опасения.
Пока они возвращались к дому, Ангстрем спросила:
- Почему ты не хочешь ехать?
Манцано пожал плечами:
- У меня было не все гладко с полицией, как ты знаешь. Кроме того, я сомне-
ваюсь , смогу ли помочь им там.
- Один раз помог. Почему не получится во второй раз?
- Я не специалист в этой сфере. Это очень специфичные системы.
- Но это же компьютеры.
- Это как если бы тебе пришлось вдруг организовать не помощь пострадавшему
региону, а чемпионат по лыжному спорту. Причем в ближайшие дни.
- Да, разница есть...
Когда они вошли, стол был уже накрыт к завтраку. Бондони тоже был на ногах.
Манцано сообщил всем последние новости.
- Конечно, ты поедешь! - первым отреагировал Бондони. - Или хочешь предос-
тавить этим типам спасать нас? Нет, дорогой, так просто ты не увильнешь. Ина-
че зачем тогда прыгал на полицейские кордоны? Чтобы спасти мир. Теперь у тебя
есть такой шанс.
- Не дави, пап, - сказала ему дочь. - Пусть Пьеро сам решает.
- Если я правильно понял, чем ты занимаешься в Брюсселе, - обратился Манца-
но к Соне, - то твоим коллегам в ближайшие дни хватит работы.
Ангстрем кивнула:
- Я об этом уже думала. Если решишься лететь в Гаагу, спроси этого Боллара,
сможет ли он организовать перелет для двух человек.
Манцано посмотрел на нее в недоумении.
- От Гааги до Брюсселя всего два часа на машине, - пояснила Соня. - Иначе
придется что-то придумывать. Там сейчас каждый человек на счету.
Берлин
Для Юргена Хартланда из отдела ST35 Федерального уголовного ведомства ка-
зарменный комплекс Трептов-парка был ярчайшим олицетворением переменчивой ис-
тории и международных конфликтов двадцатого столетия и настоящего времени.
Когда-то отсюда отправлялись на войну батальоны кайзера, при Третьем рейхе в
Высшей школе специалистов по вооружению готовили кадры для грядущей опустоши-
тельной войны, в 1949-м здесь обосновалась организация с циничным названием
«народная полиция». В конце тысячелетия главное здание претерпело реконструк-
цию, и после терактов 9 сентября 2001 года в США. подразделение уголовного ве-
домства в Берлине боролось против международного терроризма, а с 2004-го к
ним присоединился вновь созданный Общий центр по борьбе с терроризмом, или
ОЦБТ.
Хартланд направился прямиком в конференц-зал. Через четверть часа, наконец,
появился глава ОЦБТ и коротко всех поприветствовал.
- Утром итальянские и шведские органы подтвердили манипуляции со счетчика-
ми, которые привели к сбою.
В зале поднялся тихий ропот.
- Учитывая общеевропейские масштабы ситуации, справедливо опасаться, что к
нам поступит еще немало подобных сообщений.
Картина, которую он обрисовал, выглядела куда хуже, чем передавали по ра-
дио. Те, кто стоял за этим, рассчитывали, что восстановление электроснабжения
займет не один день. Возможно, потребуется эвакуация десятков миллионов людей
и другие чрезвычайные меры.
На вопрос о возможных виновниках он лишь ответил:
- Неизвестно. В настоящее время нельзя исключать ни террористических актов
на политической или религиозной почве, ни преступных или военных действий.
Последние слова вновь вызвали ропот в зале.
- Дамы и господа, - сказал он в заключение, - через два часа я жду первых
отчетов о том, почему мы не знали о потенциальной возможности подобного раз-
вития событий. А также обо всех фактах и сведениях, которые в сложившихся об-
стоятельствах нуждаются в переоценке. Хартланд, поручаю вам координировать
расследование.
Гаага
Мари Боллар погрузила чемодан в багажник. Дети надели маленькие рюкзаки с
любимыми игрушками.
- Мы едем на каникулы, - радовалась Бернадетта.
- А я не хочу уезжать, - пожаловался Жорж.
- Перестань. Ты еще в пятницу улетел бы в Париж к дедушке с бабушкой.
- Ну не полетел же.
Мари была напугана. Прошлой ночью муж надолго задержался в бюро. А когда
вернулся, был взвинчен до предела, хоть и пытался скрыть это. Мари никогда
прежде не видела его таким, но Франсуа не мог и не хотел ничего объяснять.
Вместо этого он предложил им перебраться куда-нибудь на несколько дней. Туда,
где еще были электричество и горячая вода. Париж исключался по самой простой
причине: у них не хватило бы бензина, чтобы доехать до родителей.
- Всё, поехали.
- А папа тоже поедет?
- Папе нужно работать, он приедет вечером.
Мари заперла входную дверь. Узкая улица между прелестными старинными домами
словно жила прежней жизнью. Небо обложили облака. Движение на дорогах было
плотнее обычного. Неудивительно: все пересели на автомобили. Мари включила
радио; передавали последние новости. Она задумалась, откуда радиостанции по-
лучали электричество для вещания.
После Зутермера навигатор направил их к съезду с шоссе. Мари следовала ука-
заниям системы, пока они не остановились перед большим фахверковым домом с
тростниковой крышей. Во дворе стояли два седана, внедорожник и трактор. Мари
припарковалась рядом.
- Выходим, дети!
Она надавила на кнопку звонка сбоку от резной двери. Им открыла женщина ее
возраста, со светлыми волосами и приветливым лицом. На ней были вельветовые
брюки, клетчатая рубашка и шерстяной свитер.
Мари представилась.
- Мой муж разговаривал с вами, - сказала она.
- Марен Хаарлевен, - представилась хозяйка и улыбнулась: - Добро пожало-
вать . Хотите перекусить или показать сначала комнату?
- Лучше комнату, пожалуйста.
Дом был теплый и ухоженный, с чуть скошенными от времени стенами. Внутри
все было обставлено со вкусом, в деревенском стиле. Комната оказалась уютной
и просторной. Мягкие диваны и кресла с цветочным узором, предметы старины, и
всюду преобладал белый цвет.
- Это номер люкс, - объясняла Хаарлевен, - сейчас мы в гостиной. В вашем
распоряжении также кухня, ванная и две спальни.
- Ванная!
Мари открыла кран, потекла вода. Она с трудом сдержала вздох счастья. Ей
уже не терпелось забраться под горячий душ.
- Это чудесно.
- Да, - Хаарлевен рассмеялась. - Нам не страшны перебои с электроснабжени-
ем. Иначе тоже пришлось бы туго. Пойдемте, я вам кое-что покажу. А потом мо-
жем сразу занести ваши вещи.
Хаарлевен обошла дом. Справа и слева стояли хозяйственные постройки. Она
подошла к большому строению слева и открыла широкие ворота. Их взорам открыл-
ся громадный павильон, в котором кишело море из цыплят. Лампы под сводами да-
вали теплый свет.
- Наша птицеферма.
Дети завизжали от восторга.
- Только представьте, если б мы не смогли здесь отапливать... Они все пере-
мерзли бы за пару часов.
Хаарлевен закрыла ворота и подошла к пристройке с металлической дверью. В
этом помещении было темнее. Мари разглядела большой зеленый ящик, от которого
расходились различные трубки и провода.
- Поэтому у нас есть собственная блочная электростанция, - сообщила Хаарле-
вен. - Работающая на дровах и топливных брикетах. С ней мы не зависим от об-
щей электросети. Кроме того, у нас есть своя скважина, так что проблем пока
нет. - Она закрыла дверь. - Разве что зимой к нам нагрянут гости... Начиная с
завтрашнего дня у нас все забронировано за полчаса. Коллеги вашего мужа, я
полагаю. Не понимаю, что такое случилось.
«Скоро мы об этом узнаем», - подумала Мари с тяжелым предчувствием.
Париж
- Дамы и господа, - начал Ги Бланшар и поправил наушник с микрофоном. - Се-
годня у нас есть повод лишний раз напомнить согражданам о существовании На-
ционального центра эксплуатации электросетей, руководителем которого и явля-
ется ваш покорный слуга. Без нашего Центра и на самых высокотехнологичных
предприятиях не включится даже кофеварка.
Бланшар окинул довольным взором толпу журналистов, что собрались в зале
пресс-центра. Он привык к камерам и вспышкам фотоаппаратов.
- Следует признать, что перебои с подачей электроэнергии не обошли стороной
и нас. Мы должны принести извинения за то, что нашим согражданам пришлось об-
ходиться без света и отопления. Но, как многие успели заметить, за одну ночь
нам удалось восстановить снабжение во многих регионах, в отличие от большин-
ства наших соседей. Это отключение стало для всех нас великим вызовом. Лишь
один пример: как всем известно, значительную часть электроэнергии во Франции
производят атомные электростанции. Остановить и вновь запустить реакторы ока-
залось непростой задачей для наших специалистов, но они были на высоте.
- Мсье Бланшар, - донесся из наушника голос ассистента.
Он продолжал как ни в чем не бывало:
- Наша страна - одна из немногих в Европе, кому это удалось.
- Мсье Бланшар, это важно. - Голос в наушнике действовал ему на нервы.
- Добившись стабильности французских электросетей, мы сможем возобновить
подачу в других странах Европы.
- Заканчивайте пресс-конференцию.
Что она ему сказала?
- Заканчивайте выступление, у нас критическая ситуация.
«Что еще за критическая ситуация?» - подумал Бланшар. Вслух же сказал:
- На этом пока всё. Благодарю за внимание.
На него хлынули вопросы. Проигнорировав их, он покинул трибуну и вышел из
зала. Помощница дожидалась его с выражением полной растерянности.
- Наверное, сам президент к нам пожаловал, - вскинулся на нее Бланшар, - в
противном случае можете искать новое место!
- Если б только это... - ответила она. - Вы срочно нужны в диспетчерском за-
ле.
- Что случилось? Говорите же!
- Никто не знает, в этом-то и проблема.
Бланшар вызвал лифт.
Среди операторов шла оживленная дискуссия; некоторые уставились в мониторы,
другие лихорадочно звонили. На главном экране отражалось положение за послед-
ние несколько часов, зеленые области перемежались с красными. Мониторы на ра-
бочих столах все до одного мерцали синим.
У Бланшара похолодело в животе.
Тернер растерянно смотрел на пустую трибуну, которую так поспешно, не отве-
чая на вопросы, покинул Ги Бланшар.
- Что это было? - спросил он Шеннон.
Остальные журналисты выглядели ничуть не лучше. Воздух дрожал от гула голо-
сов, отовсюду сыпались вопросы и предположения. Некоторые еще пытались полу-
чить ответы, узнать причины. Но трибуна оставалась пустой. Через несколько
минут люди начали паковать технику. Шеннон и Тернер присоединились к ним. На
выходе многие критиковали непрофессиональную работу пресс-службы. Шеннон мол-
чала. Она не знала, чем это объяснить, но у нее было ощущение, что за внезап-
ным бегством этого Бланшара стояло нечто более серьезное. Такие, как он, лю-
били камеры и повышенное внимание прессы и без веской причины не отказывались
от возможности покрасоваться.
Они еще не добрались до выхода, как ее предчувствие нашло подтверждение. С
улицы доносились сигналы машин; сквозь стеклянные двери стало видно, как люди
мечутся по тротуарам и о чем-то горячо спорят.
Снаружи стоял пасмурный день, дул промозглый ветер. Им не пришлось долго
гадать о причинах переполоха. Витрины вдоль улиц и светофоры снова погасли.
На дорогах уже образовались пробки.
- Только не это, - простонал Тернер. - Этот индюк разве не сказал сейчас,
что всё позади?
- Ладно, давай вернемся, - предложила Шеннон.
Она развернулась и увидела, как человек из службы безопасности запер двери
изнутри.
Ишгль
После завтрака все устроились на скамейке перед домом. Кому не хватило мес-
та, подтащили шезлонги. Происходящее казалось Соне чем-то нереальным. Но как
еще им оставалось реагировать? Крики и слезы пока никому не помогали. На-
строение царило оживленное, все уже позабыли о данной утром клятве и заказали
бутылку просекко. Только Соня и Манцано ничего не пили. После обеда ван Ка-
альден и Тербантен собирались прокатиться на лыжах. Ангстрем сомневалась, что
их планам сужден сбыться, - особенно когда была откупорена третья бутылка.
В полдень появились двое человек в униформе:
- Пьеро Манцано и Соня Ангстрем?
Соня поднялась. Манцано лишь кивнул.
- Полиция. Нас послали за вами. В долине ожидает вертолет.
Разговоры мгновенно смолкли. Соня и Пьеро сходили за своими сумками. Ангст-
рем обнялась с подругами на прощание.
- Хорошего отдыха, - сказала она.
- А тебе удачно добраться.
На их лицах читались тревога и страх, прежде заглушаемые алкоголем. Но не-
обходимость прощаться обнажила чувства. Соня заметила, как Манцано обнял ста-
рого Бондони. Она не ожидала от них подобного. Очевидно, оба сознавали значе-
ние момента.
- Ну как же мне оставить тебя одного? - спросил Манцано.
- Так я же здесь не один, а в изысканном обществе, - возразил отец Лары.
Пьеро повернулся к Ларе:
- Ничего, что он останется? Уверен, вы иначе представляли себе этот отпуск.
Лара положила руку отцу на плечо.
- Мы все равно редко видимся. Жаль только, что вы уезжаете... - Она выпустила
отца и обняла Манцано. - Удачи.
Сен-Лоран-Нуан
Ив Марпо держался позади. Почти двадцать лет он работал оператором атомного
реактора, из которых восемь лет возглавлял одну из трех смен на электростан-
ции. С ними были пресс-секретарь и директор станции собственной персоной.
Центральный пульт мигал, как рождественская гирлянда. Едва ли не все операто-
ры стояли возле приборов с толстыми справочниками и искали расшифровки сигна-
лов . Начальник смены метался между ними, советовался, давал указания. Потом
позвонил. В конце концов подошел к Марпо и директору.
- Давление в реакторе и температура в системе охлаждения поднимаются, - со-
общил он.
Марпо заметил, что лоб его покрывала испарина. Он лихорадочно перебирал
возможные причины аномалии - от поломки дизельного генератора, закрытого или,
наоборот, открытого по ошибке вентиля до сбоя в системе электронного управле-
ния или еще не известного дефекта. Как показывали инциденты последних лет,
эксперты признавали многие аварии невозможными - пока те не происходили.
- Что с дизельными моторами? - спросил Марпо.
- Система говорит, что два генератора заглохли, а тот, который до этого был
неисправен, уже работает. Три группы как раз проверяют агрегаты.
Необходимо было понизить температуру в системе охлаждения, как и давление в
реакторе. Пока у них было множество вариантов; пока не придется прибегнуть к
крайним мерам и сбросить радиоактивный пар из первичного контура, чтобы сни-
зить давление в корпусе реактора.
На «Сен-Лоран» уже дважды происходило частичное оплавление в активной зоне:
в 1969 и 1980 годах на остановленных уже реакторах устаревшего типа. Авария
получила четыре балла по Международной шкале ядерных событий INES, и Агентст-
во по ядерной безопасности отнесло ее к самым серьезным инцидентам за всю ис-
торию Франции. Энергоблоки на долгие годы стали непригодны для эксплуатации,
очистка и возвращение в строй обошлись в целое состояние. Еще через несколько
лет оба реактора остановили.
- В Париже не обрадуются, - заметил директор.
Марпо задумался, кого он имел в виду: «Электрисите де Франс», органы власти
или тех и других. Инцидент был совсем некстати. В случае чего население не
удастся оповестить по телевидению или радио. Впрочем, пока в этом не возникло
потребности, так даже лучше. Куда больше Марпо беспокоил тот факт, что они
понятия не имели, что сейчас творится с реактором. Вот уже час, как они дей-
ствовали практически вслепую.
Гаага
Вертолет доставил их на военный аэродром под Инсбруком, и оттуда на реак-
тивном самолете они долетели до Гааги. С ними на борту находился офицер связи
от Европола.
Гаага встретила их холодным ветром и мелким дождем. У трапа ожидал человек
в темном пальто. У него были короткие темно-каштановые волосы с редкой просе-
дью и цепкий взгляд. Он представился как Франсуа Боллар.
- Где вы так расшибли лоб?
Манцано чувствовал, что этот вопрос ему придется услышать еще не раз. На-
верное, следовало придумать какой-то остроумный ответ, но ему было не до шу-
ток.
- Ударился, когда светофор погас, - ответил он.
- Не вы один. Сейчас мы доставим вас в отель, господин Манцано. Он находит-
ся в шаговой доступности от нашего бюро. Через два часа первое совещание, вам
следует на него явиться. Перед отелем ожидает машина, которая доставит фрау
Ангстрем в Брюссель.
Манцано почувствовал легкое разочарование оттого, что придется расстаться с
Соней. Ему пришлись по душе ее прямота и энергичность. Кроме того, она умела
слушать, и с чувством юмора у нее все было в порядке.
- Полагаю, вы предпочтете пользоваться своим компьютером, - сказал Боллар.
- Тем более что наши нужны нам самим. Но раз вы работаете с нами, мы должны
проверить ваше устройство на вирусы. Вы не возражаете?
Манцано ответил не сразу.
- Только если при мне, - согласился он в итоге.
Их повезли по узким улицам, вдоль красивых старинных домов, свидетелей бы-
лого величия купеческого города. Манцано впервые был в Нидерландах. Как на-
рочно, машина остановилась перед каким-то невзрачным зданием. Над входом зна-
чилось «Отель Глория».
- У меня немного нескромный вопрос, - прервала молчание Ангстрем. - Можно
мне принять душ в твоем номере? Боюсь, у себя дома я этого сделать не смогу.
- Само собой, - ответил Манцано. Он был рад краткой отсрочке.
Боллар вручил ему карту города и показал на ней дорогу к штаб-квартире Ев-
ропола.
- Просто представьтесь администратору, за вами спустятся.
Пока Манцано распаковывал свой скудный багаж, Ангстрем скрылась в ванной.
Он стал изучать обстановку в номере и, прислушиваясь к плеску воды в душе,
дал немного воли воображению. Затем включил телевизор. Многие каналы переда-
вали рябь и «белый шум». Пьеро нашел новостной канал на английском.
Перед большим ангаром стояла репортерша в меховом пальто. За ее спиной суе-
тились рабочие в белых комбинезонах.
- ...начинают портиться. Снаружи довольно прохладно, всего девять градусов.
Но спустя сутки без электричества в этом холодильном цехе станет немногим хо-
лоднее .
Оператор сменил план и направил камеру на открытые раздвижные ворота. Внут-
ри на высоких стеллажах были штабелями сложены картонные ящики.
- Этот склад принадлежит одному из крупнейших производителей продуктов пи-
тания. Здесь хранится около двух тысяч тонн продуктов стоимостью в несколько
миллионов евро. Теперь они непригодны к употреблению. И это лишь один из мно-
гих складов, разбросанных по Европе. Возможно, жители северных и центральных
регионов жалуются, что у них куда холоднее, чем в Великобритании. Но в этом
есть свои плюсы: их продукты останутся свежими и без электричества. Мэри
Джеймсон, из Дувра.
Ангстрем вышла из ванной в джинсах и шерстяном свитере.
- Это восхитительно! Что там нового?
- Ничего такого, о чем мы не знали бы.
Она взяла свою сумку:
- Ну, я готова.
Манцано выключил телевизор и проводил ее в холл.
Соня была серьезна.
- Удачи, - сказала она и обняла его.
- и тебе, - Манцано ответил на объятие.
Они стояли так несколько дольше, чем это было принято между едва знакомыми
людьми.
- Когда все утрясется, выпьем еще по бокалу? - предложила Соня, когда они,
наконец, отстранились друг от друга.
Пьеро заметил, как она заставила себя улыбнуться. Ангстрем протянула ему
свою визитку. На обратной стороне она написала свой адрес и личный телефон.
Затем забралась в машину и помахала на прощание. Манцано провожал ее взгля-
дом, пока машина не скрылась за углом. Он чувствовал ком в горле. Дождь пошел
сильнее.
Париж
- Ладно, что у нас?
Бланшар вытер пот со лба. Он собрал в вычислительном центре специалистов по
программному обеспечению. С дюжину человек сидели перед ноутбуками, подклю-
ченными к вороху кабелей.
- Система серьезно инфицирована, - сообщил Альбер Прокте , глава 1Т-службы,
молодой мужчина в пестрой рубашке и с трехдневной щетиной.
- Инфицирована? - взревел Бланшар. - Что значит «инфицирована»? - Он понял,
что кричит, и продолжил более сдержанно: - У нас одна из лучших систем защиты
во Франции. Должна быть такой. И вы говорите, что кто-то ее инфицировал?
Прокте пожал плечами:
- Иного объяснения этим сбоям нет. Мы уже сканируем систему на вирусы. Пока
безрезультатно. Это потребует немало времени.
- У нас нет времени! - Бланшар снова перешел на крик. - Еще пару часов на-
зад я стоял перед журналистами и заверял их в надежности французской электро-
сети! Мы опозорились на весь мир! Зачем мы изводим миллионы на эти системы,
если любой может влезть в них и обрушить? А что с резервными копиями?
- То же самое, - ответил Прокте. - Кто-то поработал на совесть.
- Кто-то на совесть облажался! - взорвался Бланшар. - Будьте уверены, поле-
тят головы, и ваша в том числе.
- Сейчас все головы нужны здесь, - невозмутимо напомнил Прокте.
Бланшара взбесила наглость подчиненного. Но, к сожалению, молодой человек
был прав.
- Какой план действий? - спросил он уже спокойнее.
- Мы как раз восстанавливаем стандартное обеспечение системы, - ответил
Прокте. - И только потом запустим и все протестируем. Это займет несколько
часов. Проблема в том, что сейчас многие пакеты программ, необходимых для об-
следования , доступны только в Интернете. А с этим у нас некоторые сложности:
серверы перегружены, а некоторые и вовсе недоступны.
Бланшар простонал:
- Этого просто не может быть! Почему вы не держите такие вещи на DVD или на
собственных серверах?
Прокте усмехнулся:
- DVD у нас, к сожалению, нет, а серверы инфицированы.
- Что это за система безопасности такая? - снова вспылил Бланшар, но тут же
овладел собой: - Ладно. Что дальше?
- Когда справимся с этим, проверим систему. Мы также запросили помощь неко-
торых специалистов. Они в пути.
Гаага
С помощью карты, полученной от Боллара, Манцано за десять минут добрался до
штаб-квартиры Европола. Там словно и не слышали о перебоях с электричеством.
В некоторых окнах горел свет. Между корпусами и по холлам сновали люди. Пьеро
сообщил о себе администратору. Боллар спустился к нему лично.
За небольшим столом дожидался перед включенным ноутбуком полноватый мужчина
маленького роста. Боллар назвал неразборчивое французское имя и пояснил:
- Он проверит ваш компьютер.
Манцано неуверенно передал ему ноутбук. Пока мужчина включал его, Боллар
протянул Пьеро бумагу:
- Обязательство о неразглашении.
Пьеро пробежал глазами текст, при этом не упуская из виду экран ноутбука.
Стандартные формулировки, Манцано знал их по многочисленным заказам от ча-
стных лиц. Впрочем, он сомневался, что ему доведется узнать что-то сверхсек-
ретное . Пьеро поставил свою подпись и вернул листок Боллару. Он продолжал
следить за действиями IT-специалиста, но тот не пытался ничего установить или
просмотреть его данные.
Зазвонил телефон. Боллар ответил. Манцано слышал голос в трубке, но слов
разобрать не мог.
- Ага, - говорил тот, - ладно. Понял. Это плохо.
Наконец Боллар дал отбой, прошел к своему столу и что-то проверил по компь-
ютеру .
- Это плохо, - повторил он. Затем стукнул пальцем по клавише. Принтер на
столе застрекотал. Боллар вынул отпечатанный лист и взмахнул им в воздухе: -
Интересные новости. - Он взглянул на часы. - Черт! Прошу прощения. Мы уже
должны начинать совещание. Мне нужно сделать еще пару звонков.
- У вас работает телефон?
- У нас есть генераторы, и они же питают телефонную аппаратуру. По междуго-
родной связи иногда срабатывает. Местная работает как обычно.
Боллар набрал номер и заговорил по-французски:
- Alio, maman...
Его мама. В школе Манцано четыре года учил французский и неплохо его пони-
мал . Школьные знания и сходство с родным языком позволили ему отчасти разо-
брать разговор Боллара. Тот предупреждал маму:
- Нет, пока не могу ничего сказать. Завтра или послезавтра вы узнаете боль-
ше . Слушай меня внимательно: достаньте в гараже старое радио. Поберегите за-
пасы, следите, чтобы скважина была в порядке. Я попытаюсь отправить к вам До-
релей из Парижа. Прошу вас, будьте к ним внимательнее. Дай папу.
Он замолчал, не отнимая трубки от уха.
Его помощник тем временем закрыл ноутбук Манцано.
- Всё в порядке. Благодарю.
- Интернет тоже работает? - спросил Пьеро.
- Для широких масс - вряд ли. Но здесь у нас прямое подключение к опорной
сети, то есть к мощным кабелям, чьи подстанции питались от аварийных генера-
торов . Пока что все работает стабильно.
Он знаком показал Боллару, что всё в порядке, и вышел из кабинета.
Манцано убрал ноутбук в сумку, в то время как Боллар продолжал разговор:
- Привет, пап. Я уже кое-что объяснил маме. Возможно, к вам приедут Дорели.
То, что я скажу сейчас, это только для тебя. Завтра с самого утра идите в
банк и снимите наличность, сколько сможете. И я, конечно, не хочу преувеличи-
вать , но проверь, чтобы ружья были в порядке и патроны наготове. Только ниче-
го не говори маме и Дорелям. Будем надеяться, что мои опасения напрасны. Всё,
люблю вас, пока.
Манцано с тревогой следил за разговором. Боллар не походил на тех людей,
которые запросто говорят родителям «люблю вас». Пьеро задумался, что за сооб-
щение он получил перед этим. Боллар между тем набрал новый номер и снова за-
говорил по-французски. После нескольких слов Манцано понял, что он говорит со
своим тестем. Когда Боллар закончил разговор, лицо его казалось бледным и из-
нуренным . Он с некоторым смущением взглянул на Манцано:
- Нам пора на совещание.
Длинный овальный стол занимал почти все пространство в зале. На стене висе-
ли шесть широкоформатных экранов. Среди собравшихся преобладали мужчины, Ман-
цано насчитал только трех женщин. Боллар показал ему куда сесть, а сам дви-
нулся к своему месту, прямо под мониторами.
- Добрый день, дамы и господа.
Боллар говорил по-английски. Он не стал садиться.
- Если можно назвать этот день таковым.
Он взял в руку пульт. На одном из экранов появилась карта Европы. Большая
часть континента была закрашена красным цветом. Норвегия, Франция, Италия,
Венгрия, Румыния, Словения, Греция и множество небольших регионов в других
странах имели красно-зеленую штриховку.
- Этот зал на неопределенный срок станет нашим командным центром. И я объ-
ясню вам почему: вот уже почти двое суток значительные области Европы остают-
ся без электричества. Хотя некоторым регионам удается временно восстановить
снабжение. Они отмечены на карте штриховкой. Мы уже знаем, что это не простое
совпадение. И прошлой ночью подтвердилось наше подозрение, что в Италии и
Швеции в программу счетчиков был несанкционированно введен код. Кроме того,
не удается возобновить работу на многих электростанциях, и их куда больше,
чем предполагалось.
- «Стакснет»? - спросил кто-то. - Или что-то подобное?
- Как раз сейчас проверяют. Конечно, это может занять время. Сбои в про-
граммном обеспечении вывели из строя узлы многих операторов. Пострадали Нор-
вегия, Германия, Великобритания, Франция, Польша, Румыния, Италия, Испания,
Сербия, Венгрия, Словения и Греция.
Еще несколько заштрихованных регионов на карте стали красными. В зале по-
слышались возгласы ужаса.
- Как следствие, многие из наскоро восстановленных сетей снова оказались
обесточенными. То, что на центральных постах электростанций поначалу казалось
простым совпадением, позднее сложилось в общую картину, которую мы наблюдаем.
Дамы и господа, Европа подверглась атаке.
В зале повисло молчание.
- Уже известно, кто это? - спросил человек с другого конца стола.
- Нет, - ответил Боллар. - Операторы электросетей обследовали счетчики, че-
рез которые совершались манипуляции. В каждой стране их было по три.
Боллар загрузил изображение, полученное, вероятно, от итальянских или швед-
ских служб.
- Жители все, как один, говорят, что незадолго до отключения к ним приходи-
ли работники из сервисных служб соответствующих энергетических компаний. В
целом их словам можно верить. С их помощью были составлены фотороботы предпо-
лагаемых техников. Некоторые из квартир пустовали. Сначала у государственных
структур были сложности с тем, чтобы установить данные жильцов, так как из-за
отключения они потеряли доступ к необходимым базам данных и пришлось добывать
аварийные генераторы. Так или иначе, в текущих условиях расследование услож-
няется с каждым днем. И я призываю координаторов от государств к тесному со-
трудничеству. Индивидуальные действия перед лицом общеевропейской угрозы бес-
смысленны .
- Если об этом узнает общественность... - промолвил мужчина слева от Манцано.
- Пока не узнает, - твердо произнес Боллар.
Пьеро дожидался Боллара у дверей.
- Вы серьезно? - спросил он.
- Что именно?
- Что людям не скажут, с чем им придется столкнуться.
- Людям сообщат, что электроснабжение будет восстановлено через несколько
часов, а в некоторых регионах - в течение нескольких дней. Информация о воз-
можном нападении посеет панику.
- Но в других регионах это займет больше, чем несколько дней!
Боллар смерил его пристальным взглядом, после чего направился к своему ка-
бинету. Манцано последовал за ним. Еще одна мысль не давала ему покоя.
- Программное обеспечение для эксплуатации электросетей, во-первых, доволь-
но сложное и, во-вторых, узкоспециализированное. В мире всего несколько ком-
паний, которые могут поставлять подобные системы. Про «Стакснет» уже говори-
ли. Нельзя ли составить список из всех проблемных электростанций, операторов
и прочих энергокомпаний и их поставщиков программного обеспечения?
- Я посмотрю, что можно сделать.
Париж
Конечно же, лифт в доме не работал. Запыхавшись, Шеннон поднялась на свой
этаж. По крайней мере, это помогло согреться.
Перед соседской дверью стояли чемоданы и сумки. Бертран Дорель как раз вы-
носил еще одну сумку. До пенсии этот высокий худощавый мужчина с редкими се-
деющими волосами был служащим в министерстве. Шеннон знала его как приятного
собеседника и всегда готового помочь соседа.
- Доброго вечера, мсье Дорель. Спасаетесь бегством? - спросила она со сме-
хом. - Прекрасно вас понимаю.
- Кхм... не совсем. Решили несколько дней погостить у родителей зятя.
Шеннон взглянула на багаж. Такого количества вещей хватило бы, по меньшей
мере, на кругосветное путешествие.
- Сколько же вы им подарков везете, - проговорила она. - Надо надеяться,
что у них там есть электричество.
В дверях показалась его супруга.
- Да уж, Боллары, если придется, могут топить дровами. А если проголодаем-
ся , они просто забьют курицу в сарае, - сострила Аннет Дорель.
Ее муж кисло улыбнулся.
- Я как раз с пресс-конференции, и главный энергетик заявил, что скоро все
наладится.
- Не сомневаюсь, - елейно проговорила мадам Дорель.
- Впрочем, когда он это сказал, все снова отключилось... А к вам разве не со-
биралась дочь с семьей?
- Ах да, им пришлось отложить поездку из-за отключений. А ее муж не может
пока уехать из Гааги.
Муж бросил на нее сердитый взгляд. Аннет неуверенно улыбнулась ему и снова
повернулась к Шеннон:
- Вы не могли бы иногда проверять нашу почту?
Шеннон видела, как они мнутся. Это было совсем не похоже на чету Дорелей.
- Само собой, - ответила она с непринужденным видом.
При этом мысли вихрем проносились у нее в голове. Она несколько раз видела
зятя Дорелей: если ей не изменяла память, он занимал какой-то пост в Европо-
ле, в ведомстве по борьбе с терроризмом. Почему он не мог покинуть свое рабо-
чее место в связи с отключениями? И почему Дорель так странно посмотрел на
жену, когда она сказала об этом? В Шеннон пробудился инстинкт журналиста.
- А как дела у вашей дочери? - спросила она.
- У них тоже нет электричества, но в остальном все хорошо, - ответила мадам
Дорель. - Нам сегодня как раз звонил ее муж...
- Дорогая, - прервал ее Бертран, - кажется, это всё. Надо ехать, иначе за-
светло не доберемся.
Шеннон вознесла благодарственную молитву за то, что хозяйка квартиры или ее
обитатели не захотели разоряться на новомодный телефон. Со стационарного ап-
парата она хоть и не с первой попытки, но дозвонилась до редакции.
- Тут что-то не так, - заявила она Лаплану. До Тернера дозвониться не полу-
чилось . - Свяжись с корреспондентом в Брюсселе.
- С ними нет связи.
- Тогда я сама поеду в Гаагу. На машине доберусь за пять часов.
- Не знал, что у тебя есть машина.
- в том-то и проблема. Я подумала, может, ты...
- И как мне добираться до дома и в редакцию?
- Редакция могла бы предоставить мне...
- Ради такой смутной затеи? Точно нет.
- Вам это разве не интересно?
- Я постараюсь дозвониться до корреспондентов в Бельгии или Нидерландах.
- К тому времени это будет уже не новость.
Шеннон повесила трубку. Затем набила в рюкзак теплой одежды. Обе цифровые
камеры, все аккумуляторы и батареи, какие нашла, и ноутбук. Затем надела пу-
ховик и влезла в зимние сапоги. Закинула рюкзак за спину, оглянулась напосле-
док и вышла из квартиры.
Гаага
- Ну, чем там он занят?
Боллар постучал в дверь и, не дожидаясь приглашения, вошел в номер. Комната
заметно отличалась от остальных обилием аппаратуры, которой были заставлены
письменный стол и пространство вокруг него. Три маленьких монитора показывали
в черно-белом цвете другой номер с разных углов. Боллар взглянул на средний
монитор: Манцано сидел на кровати с ноутбуком на коленях. Казалось, он что-то
сосредоточенно читает, и только время от времени его пальцы касались клавиа-
туры.
- Ничем особенным, - ответил наблюдатель, хмурый мужчина лет тридцати, в
джинсовой куртке. - Звонил три раза.
- По каким номерам?
- Один раз - в Брюссель, спрашивал Ангстрем. Потом - по ее же личному номе-
ру. Ни по одному не дозвонился. Третий номер австрийский, деревня недалеко от
Ишгля. Но у них нет связи. С тех пор сидит на кровати и что-то читает с экра-
на.
- Только читает?
- Пока я наблюдал - да.
- Ладно, я отлучусь. Дайте знать, если он предпримет что-нибудь необычное.
Перед подворьем стояло с десяток машин. Боллар припарковался рядом и позво-
нил . Его встретила хозяйка. Женщина со светлыми волосами и в клетчатой рубаш-
ке представилась как Марен Хаарлевен.
- Проходите, - пригласила она. - Ваша семья как раз ужинает.
Боллар проследовал за ней в уютный зал, где стояло несколько больших сто-
лов. Все места оказались заняты. Некоторые лица были ему знакомы. Заброниро-
вав комнаты для своей семьи, Франсуа рассказал о подворье кое-кому из коллег.
Дети принялись наперебой рассказывать ему о подворье и животных, которых
здесь держали. Во время еды никто не упоминал отключения. Только когда дети
заснули, Мари тихо спросила:
- Ты не скажешь, что происходит?
- Вам придется остаться здесь на несколько дней. Детям тут, похоже, нравит-
ся.
- По радио сказали, что дома опять отключилось электричество.
Под «домом» она имела в виду Францию, догадался Боллар. Он кивнул.
- Я звонил родителям. Твоим тоже.
- Как они?
- Хорошо, - солгал он. - Я попросил твоих родителей съездить к моим.
Мари нахмурила лоб:
- Зачем?
- На случай если это все затянется.
- С чего бы вдруг?
- Кто знает...
- А почему к твоим родителям? Ради прелестных сельских пейзажей? Еще раз
объехать замки Луары?
- Потому что у них есть своя скважина, дровяная печь и куры.
Берлин
До сих пор Михельсен бывала в ведомстве федерального канцлера лишь в рамках
общественных мероприятий. Кроме нее, явились представители всех звеньев Коми-
тета по чрезвычайным ситуациям. После утренних новостей в воздухе повисло на-
пряжение. У входа их встретили сотрудники службы безопасности, и молодой че-
ловек вместе со всеми провел ее в конференц-зал на третьем этаже. Там два ас-
систента помогли ей подключить ноутбук.
Они молча ждали, пока все соберутся. Михельсен заметила, что люди стараются
не смотреть друг на друга: никто не хотел выказывать страх. Впереди на стене
висели в два ряда десять мониторов. С некоторых экранов смотрели лица пожилых
уже мужчин. Некоторые присутствовали еще накануне во время встречи канцлера с
главами энергетических концернов. Михельсен узнала Хефгена и фон Бальсдорфа.
Они поправляли пиджаки или раскладывали документы рядом с компьютерами, перед
камерами которых, очевидно, сидели. Минуты текли. Небо над Берлином было
мрачное, как мысли Фрауке. Звук шагов вывел ее из задумчивости.
Бундесканцлер вошел первым. Решительный, серьезный, он пожимал всем руки, и
его энергия передавалась окружению. За ним следовал весь его кабинет и главы
правительства.
- Благодарю всех, кто пришел, и приветствую тех, кто с нами на видеосвязи,
- начал свою речь канцлер.
Теперь со всех десяти экранов на него смотрели лица.
- В связи с последними событиями наше заседание обретает совершенно иное
значение, чем предполагалось накануне. Службы безопасности европейских стран
считают, что наша энергосеть подверглась масштабной атаке. Чтобы получить
представление о том, что это означает для Германии, я запросил у министерств
общую картину и сценарий того, что нас ждет.
Он выдержал паузу и сделал глоток воды. Михельсен ожидала пламенного обра-
щения или какого-то призыва. Но канцлер просто сказал в их сторону:
- Прошу, дамы и господа.
Поднялся статс-секретарь Ресс:
- Вот уже сорок восемь часов значительная часть Германии остается без элек-
тричества. Все, конечно же, помнят доклад «Уязвимость современного общества -
на примере масштабного и длительного отключения электроэнергии», представлен-
ный весной одиннадцатого года Комитетом по образованию, исследованиям и тех-
нической оценке.
«Если кто-нибудь его читал», - подумала Михельсен.
- Предлагаю вам общую картину последствий для населения.
Они составили коллаж из нескольких репортажей за последние дни. На большом
экране появилась фотография пустующего супермаркета.
- Начнем с ситуации с продовольствием. В подавляющем большинстве жители
Германии закупают продукты в супермаркетах и на оптовых базах. Теперь этот
источник, можно сказать, иссяк. Фрауке Михельсен, наша коллега из ведомства
по защите населения и управлению в критических ситуациях, объяснит нам, поче-
му это произошло.
Михельсен поднялась. Она загрузила фотографии нескольких портов. Гигантские
краны сгружали с кораблей громадные контейнеры, и вокруг них простирались це-
лые контейнерные города. Затем последовали фотографии товарных поездов, скла-
дов и холодильных ангаров.
- Системы снабжения и цепочки поставок в той или иной мере нарушены, - на-
чала Фрауке свой доклад. - Поскольку все современные системы зависят от элек-
троники.
На экране появились фотографии коровников. Животные в тесных загонах,
вплотную друг к другу.
- Возьмем один из основных продуктов питания - молоко. В рекламе нам демон-
стрируют живописные поля и крестьянские подворья, но оно, как правило, произ-
водится на молокозаводах, где содержатся тысячи коров. Такие предприятия за-
висят от всевозможного оборудования: систем отопления и вентиляции, доильных
аппаратов и кормораздаточных машин. Крупные производители имеют систему ава-
рийного питания, которой хватает на несколько дней. Некоторые даже располага-
ют автономными системами. Но толку от них немного, потому как молочные комби-
наты, которые скупают и перерабатывают молоко, не могут выполнять своих функ-
ций. Для грузовиков необходимо топливо, а заправить их невозможно, поскольку
без электричества насосы на заправочных станциях не работают.
Колонны машин перед заправкой.
- Даже если они вывезут молоко и доставят на перерабатывающие комбинаты,
оборудование там встало.
Вымершие цеха молочных комбинатов, блестящие трубки, неподвижные конвейеры.
- Готовая продукция хранится в холодильных цехах. А они, как вы уже догада-
лись , не функционируют без электричества.
Михельсен приложила соответствующее изображение.
- И даже если продукты не испортятся, мы возвращаемся к проблеме транспор-
та. Без топлива невозможно доставить товары со склада в магазины. Кстати, о
складах: в современных условиях они представляют собой лишь промежуточное
звено, и товары хранятся там не более суток. То есть большинство из них сей-
час пустуют. В супермаркетах картина не лучше. Они целиком зависят от элек-
троники. Все процессы по заказу и учету товаров производятся компьютерами,
которые не работают без электричества. Уже через несколько часов сотрудники
не знают, какие товары еще в наличии, а каких нет. Проблемы возникают всюду,
начиная от таких мелочей, как автоматические двери, которые теперь не откры-
ваются, и заканчивая кассами, где теперь невозможно расплатиться. Часть пер-
сонала не смогла добраться до рабочих мест, поскольку общественный транспорт
парализован, а у них нет бензина, чтобы доехать на машине. Конечно, двери
можно открывать вручную, а стоимость покупок записывать на бумагу... но в ны-
нешних условиях большинство магазинов закрылись. К сожалению, на этом история
не заканчивается.
Михельсен загрузила фотографию громадного коровника.
- Вернемся ненадолго к началу. В ближайшие дни нас ждет настоящая катастро-
фа , которую мы уже не в силах предотвратить. Те, кто вырос в деревне или бы-
вал в детстве на крестьянских подворьях, вероятно, знают, как мычат коровы по
утрам, когда их вымя полное и их нужно подоить. Именно это и происходит сей-
час во всех коровниках, где нет электричества. Эти коровы выведены специально
для производства молока, они дают до сорока литров в день. И представьте се-
бе, что их вот уже два дня не доили. Рабочие могут подоить вручную лишь не-
значительную часть. Остальные страдают от болей в переполненном вымени. Даже
если мы в ближайшие часы обеспечим пострадавшие хозяйства аварийными генера-
торами , для многих будет уже слишком поздно. Миллионы животных погибнут в му-
чениях, если уже не умерли от голода или жажды. Поскольку для вынужденного
убоя не хватает ни средств, ни людей.
При мысли об этом ей на глаза наворачивались слезы.
- Это касается всех отраслей сельского хозяйства. По всей Европе замерзнут
и погибнут от голода сотни миллионов кур и цыплят. Свиньи не столь прихотли-
вы, но даже их через пару дней ждет то же самое. Тепличные хозяйства останут-
ся без орошения, обогрева и освещения. Представьте себе последствия для пред-
приятий. Все они разорятся. Но это отразится и на снабжении продовольствием,
даже если мы в ближайшее время возьмем ситуацию под контроль. Производство
уже пострадало, и через несколько недель или месяцев мы ощутим на себе этот
спад.
Михельсен выдержала паузу, чтобы дать возможность собравшимся переварить
услышанное. По их лицам она видела, что доклад возымел нужный эффект.
- Как видите, одно проистекает из другого. Водоснабжение во многих регионах
тоже нарушено. У людей даже нет возможности смыть за собой в туалете. Эта ги-
гиеническая проблема в ближайшие часы будет лишь возрастать. Представьте себе
многоэтажный дом, в котором жители не могут нормально воспользоваться туале-
том, хоть это и необходимо. И, как мы теперь знаем, в ближайшие дни ситуация,
скорее всего, не изменится. Дамы и господа, - этим обращением Фрауке надея-
лась придать своим словам необходимый вес, - нам придется пойти на масштабную
эвакуацию населения. Первая волна охватит более двадцати миллионов человек.
В зале воцарилась тишина. Все смотрели на фотографии временных убежищ в США.
после наводнения в Новом Орлеане и в Японии после землетрясения 2011 года.
Спортзалы, выставочные павильоны, конгресс-центры, крытые стадионы, где раз-
бросаны сотни коек и где-то по краю длинные очереди за пайком. В Германии по-
добные картины такого масштаба знали лишь по черно-белым хроникам военных лет
- войны, которую большинство присутствующих даже не застали. И никто предста-
вить не мог, что когда-нибудь в этой стране снова придется наблюдать подоб-
ное.
- Но вода нужна и для других задач. Самая насущная из них - тушение пожа-
ров . В сельской местности пожарные могут пополнять запасы из открытых водо-
емов, таких, как пруды и ручьи, если таковые имеются. Там проблема стоит не
так остро, как в городе. Конечно, риск коротких замыканий сводится к нулю, но
возрастает опасность возгорания от неизбежных попыток развести огонь для при-
готовления пищи и обогрева. На производстве, особенно химическом, также вели-
ка вероятность пожаров ввиду отключения систем безопасности. Проблема нехват-
ки воды охватывает и другую сферу - я передаю слово нашему коллеге Торхюзену
из Министерства здравоохранения...
Торхюзен тяжело поднялся. Это был коренастый мужчина пятидесяти с небольшим
лет. Недостаток сна заметно сказывался на его внешнем виде.
Он тихим голосом приветствовал слушателей.
- Если говорить о сфере нашей ответственности, то проблемы гигиены и опас-
ность эпидемий представляют лишь один аспект. Принципиальное значение имеет
немецкая система здравоохранения, одна из лучших в мире. Мы также хорошо под-
готовлены к чрезвычайным ситуациям, но не таких масштабов. Позвольте мне
кратко описать, что сейчас происходит вокруг. Начать следует с больниц. Они
оборудованы системами аварийного питания; их ресурсов хватает, в зависимости
от учреждения, на двое суток или на неделю. Некоторые уже столкнулись с серь-
езными проблемами и начинают переводить пациентов в другие больницы. Мест уже
не хватает. Даже клиники с достаточным ресурсом в ближайшие дни не смогут
продолжать работу в штатном режиме.
Фотографии людей в отделениях реанимации, опутанных паутиной трубок и про-
водов .
- В критическом положении окажутся отделения интенсивной терапии, а также
отделения для новорожденных.
При виде красных, сморщенных младенцев под стеклянными колпаками инкубато-
ров Михельсен почувствовала комок в горле.
- Службы спасения безнадежно перегружены. При неблагоприятном развитии нас
ждет волна гриппа. Но больные вряд ли смогут вызвать доктора на дом. Многие
врачи, в связи с недостатком топлива и отсутствием общественного транспорта,
не могут добраться до своих рабочих мест. В аптеках пациенты столкнутся с но-
выми трудностями, ибо там дела обстоят не лучше, чем в супермаркетах. Особую
группу риска составляют хронические больные, которым прописан регулярный при-
ем лекарств. Можно привести в пример сердечные заболевания или диабет.
Торхюзен глотнул воды и продолжил:
- Тысячам людей в Германии необходимо проводить диализ, многим из них -
ежедневно. Большинство диализных центров не оснащены для подобных случаев.
Это частные учреждения, и теперь они могут разве что отправить своих пациен-
тов в больницы. А там, в лучшем случае, могут заняться лишь самыми тяжелыми
случаями. Нам грозят сотни, если не тысячи, человеческих катастроф.
Михельсен почувствовала, что надкусила нижнюю губу. Несколько лет назад ей
пришлось беспомощно наблюдать, как ее подруга медленно умирала от неизлечимо-
го неврологического заболевания. Как это, должно быть, ужасно - осознавать,
что есть средство спасения, но воспользоваться им нет возможности... Однако
Торхюзен был неумолим:
- Дома престарелых и инвалидов превратятся в могильники. Сожалею, но не мо-
гу подобрать иного определения. Если у них и есть системы аварийного питания,
то и их резервы подходят к концу. Нетрудно представить себе последствия. У
кого-нибудь родители нуждаются в особом уходе?
Он обвел присутствующих взглядом. Конечно, никто не ответил, но само молча-
ние говорило красноречивее слов.
- Аппараты искусственного питания не работают, как и системы искусственного
поддержания жизни. Кухня не функционирует, продовольствие не поступает, водо-
снабжение отсутствует. Стирка пижам и постельного белья невозможна, и очень
скоро гигиенические условия станут невыносимыми. Отопление не работает, и за
несколько часов температура в палатах опустится. Многие из пациентов не в со-
стоянии самостоятельно передвигаться. Лифты не работают, и это усложнит
транспортировку. Как и врачи, санитары не могут добраться до своих учрежде-
ний. Остальные загружены до предела.
- Господи... - прошептал кто-то.
Михельсен попыталась определить, у кого вырвался этот возглас, но это мог
быть кто угодно. Очевидно, до сих пор никто из них не представлял себе реаль-
ные последствия. При этом они не рассказали еще и половины того, что собира-
лись .
- Необходимо принять целый комплекс мер, чтобы наладить хотя бы минимальное
обеспечение населения и тяжело больных. Промедление недопустимо. Для этого,
помимо всего прочего, необходимо организовать центры экстренной медицинской
помощи, издать постановление о выдаче медикаментов и запросить поддержки са-
нитарных служб бундесвера. Планы уже разработаны. Благодарю за внимание.
Рольф?..
Торхюзен сел. Через два места от него поднялся Рольф Фихингер, глава ведом-
ства по общественной безопасности в Министерстве внутренних дел.
- Кризисные ситуации, - начал он, - пробуждают в людях лучшее. За последние
двое суток мы наблюдали удивительные примеры человеческой солидарности. Со-
вершенно незнакомые люди приходят друг другу на выручку. Добровольческие
группы при службах спасения, в Красном Кресте, пожарных расчетах и во многих
других подразделениях проявляют настоящую самоотверженность, хотя всем им
нужно заботиться еще и о собственных семьях. И нам не раз приходилось наблю-
дать подобный феномен - вспомните разлив Одера несколько лет назад. Однако не
стоит питать иллюзий. Чем дольше будет сохраняться нынешнее положение, тем
меньшей отдачи следует ожидать от людей. Если цитировать британскую МИ-пять,
то мы в одном шаге от анархии.
- Я думал, - вмешался министр иностранных дел, - что многие общины энерго-
независимы . А некоторые производят даже больше, чем сами потребляют.
- Энергетическая независимость не означает автономии в физическом смысле.
Это скорее расчетно-финансовое понятие, - попытался объяснить статс-секретарь
Ресс. - Да, эти общины производят энергии больше, чем потребляют сами. Это
значит, что в нормальных условиях им больше не приходится покупать электриче-
ство . Но произведенную энергию они подают в общую электросеть, к которой по-
прежнему подключены. А поскольку в общей сети отсутствует напряжение, от соб-
ственной энергии им нет проку - они просто не могут создать сеть в малых мас-
штабах .
- То есть они могут производить электричество, но не могут доставить его до
потребителей? - изумленно спросил министр.
- Именно так. То же самое происходит с крупными электростанциями, - под-
твердил Ресс. - Но мы вас прервали, господин Фихингер. Прошу, продолжайте.
- Разумеется, для служащих всех структур отменены отпуска. И все равно нам
не обойтись без помощи полиции и армии.
- В гражданских целях или военных? - спросила министр по охране окружающей
среды.
- В зависимости от ситуации, - ответил министр внутренних дел.
- Благодарю вас, - вмешался бундесканцлер. - Господин министр сообщил мне,
что мы еще далеки от завершения. Поэтому предлагаю сделать короткий перерыв.
Разомнем ноги и через десять минут продолжим.
Все начали подниматься, курящие поспешили к лифтам. Только за мобильные те-
лефоны никто не брался, как это происходило бы в нормальных обстоятельствах.
Все уже свыклись с тем, что сети сотовой связи недоступны.
- Что скажешь? - спросил шепотом Торхюзен.
- Я бы сказала, они в шоке, - так же тихо ответила Михельсен.
Члены кабинета и премьер-министры разделились на группы и дискутировали,
некоторые спокойно, другие более оживленно. Михельсен несколько раз услышала
слова «чрезвычайное положение».
Париж
Шеннон прошла пешком от Острова Сите до Северного вокзала, откуда отходили
автобусы. Уличные фонари и светофоры не горели, на глаза попалось лишь не-
сколько освещенных зданий. Свет давали в основном фары автомобилей. В начале
одиннадцатого она добралась до вокзала. Здесь так же, как и везде, царил
мрак, мерцали лишь несколько ламп аварийного освещения. В дверях толклись
толпы людей, залы ожидания превратились в гигантские убежища. Всюду на полу
сидели и лежали люди, плакали дети. В воздухе, несмотря на холод, стоял спер-
тый запах, в котором ощущалась слабая вонь фекалий.
Табло, конечно же, не работало. Шеннон протолкалась через зал и разыскала
табличку с полустершимся знаком автобуса. Следуя указателям, она вышла наружу
и наконец добралась до площадки, где впритирку друг к другу стояли автобусы.
Среди них бродили люди с багажом. Спустя десять минут Лорен отыскала автобус
до Гааги.
- Qui, La Haye4, - ответил по-французски водитель.
- Где можно купить билет?
- Сегодня у меня. Кассы закрыты. Оплата наличными. Пятьдесят шесть евро,
пожалуйста.
Шеннон заплатила и поискала свободное место - на задних рядах оказались не-
заняты два спаренных кресла. Она пристроила рюкзак на полке над сиденьем и
села у окна. Какая-то идиотская затея, подумалось ей. Но отступать было позд-
но . По крайней мере, в автобусе было тепло. Водитель запустил мотор, и еще
через несколько минут автобус тронулся.
Шеннон свернула куртку и подложила под голову как подушку.
4 Да, в Гаагу (фр.).
Мимо проплывали силуэты города, постепенно расплываясь, редея. На небе не
горело ни единой звезды, и окружающий пейзаж почти сливался с темнотой. Шен-
нон смотрела во мрак и ни о чем не думала.
Берлин
- Деньги, как известно, правят миром, - начал свою речь статс-секретарь
Ресс.
«Очень остроумно, - подумала Михельсен, - заявлять подобное правительству».
Она не ожидала от него такой смелости.
- Но кто будет править, если денег вдруг не станет?
Фрауке уже не терпелось увидеть, чем закончится этот номер.
- Господин Торхюзен уже говорил об этом. Финансовая система сравнительно
неплохо готова к отключению электричества. В течение нескольких дней банки
способны сносно выполнять свои функции. Клиенты могут снимать наличные в кас-
сах, но не в банкоматах. Доставка наличных в филиалы будет обеспечена до тех
пор, пока есть топливо для инкассаторских машин. Но через три или четыре дня
закроются последние филиалы. Загляните в свои бумажники. Много ли у вас на-
личных денег? Сокращение денежного оборота окажет колоссальное влияние на
экономику. Предприятия не смогут выплачивать зарплату, платить поставщикам и
закупать товары. Финансовые биржи неплохо оснащены, так же как Европейский
Центробанк и клиринговые центры; им еще доступны финансовые транзакции. Это
значит, что завтра европейские биржи смогут открыться - и откроются. Но нас
ждет небывалый обвал курсов. Очевидно, что это приведет к сокращению рынка.
Когда информация о спланированной атаке просочится наружу, на мировых биржах
начнется мясорубка. Акции немецких компаний упадут до минимума, многим следу-
ет подготовиться к попыткам поглощения иностранными концернами. Я уже не го-
ворю о предприятиях малого и среднего бизнеса, у которых просто не хватит ре-
сурсов , чтобы пережить подобный кризис. Хотя в нынешней ситуации мы в первую
очередь должны думать о базовом обеспечении населения, не стоит упускать из
виду и эти долгосрочные аспекты.
Михельсен уже поняла, что Ресс просто-напросто завуалировал свое провокаци-
онное вступление. Что ж, и такая стратегия имела право на существование. Все-
таки речь шла о вещах более важных.
- Наиболее острых моментов мы уже коснулись. Кроме одного: коммуникация с
населением и между собой. К сожалению, текущее положение приходится характе-
ризовать как катастрофическое. Телефонные сети и мобильная связь оказались по
большей части недоступны еще в ночь с пятницы на субботу. И даже ведомствен-
ные сети функционируют не столь безупречно, как этого хотелось бы.
Михельсен заметила, как слушатели согласно закивали.
- Прежде чем бундесвер наладит полевую связь, пройдет еще два дня. Мы долж-
ны срочно оборудовать радиосвязь. Рации доступны и по своему устройству до-
вольно надежны. Но и они не лишены изъяна, поскольку батареи рано или поздно
разрядятся. Спутники перегружены. Необходимо установить график для связи,
чтобы наиболее эффективно использовать имеющиеся возможности.
Ресс выдержал короткую паузу, после чего продолжил:
- Кроме того, большое значение приобретает информирование населения. Разу-
меется, имеют место планы, методы оповещения и брошюры, из которых каждый мо-
жет узнать, что делать в случае отключения электричества. Но, положа руку на
сердце, когда вы в последний раз заглядывали в них? Хотя это касается сферы
нашей деятельности. В брошюре Министерства внутренних дел сказано, что непло-
хо бы иметь в доме портативное радио. Но у кого из нас оно есть? А если и
есть, имеются ли у нас необходимые батарейки? Мы привыкли к миру телевизоров,
Интернета и мобильных телефонов. У кого-то из вас, возможно, уже нет и ста-
ционарного телефона. Но телефоны, мобильные сети и Интернет мертвы. Коротко
говоря: люди в массе своей вынуждены обходиться слухами и домыслами. Это яв-
ление довольно скоро обретет опасную динамику. Поэтому мы должны обеспечить
коммуникацию. Предлагаю организовать ее посредством вспомогательных служб.
Службы спасения, пожарные, полиция и службы техпомощи располагают относитель-
но жизнеспособными системами связи. Но их ресурсы ограничены и не могут обес-
печить широкий охват. Тем не менее, помимо своих прямых задач, они должны
взять на себя обязанности информационных служб.
- Есть ли какие-то прогнозы относительно того, когда мы сможем возобновить
электроснабжение в масштабах страны? - спросил бундесканцлер. - Все-таки мно-
гие электростанции работают.
- Операторы электросетей теперь стараются не делать прогнозов, - ответил
Ресс. - Тем более что нам до сих пор не известно, какая часть системы затро-
нута. Это могут быть какие-то электростанции, распределительные сети... мы про-
сто не знаем. А до тех пор никто не сможет дать точный прогноз. И в заверше-
ние хорошая новость. Международное сотрудничество по-прежнему на высоте, дву-
сторонние процессы, в том числе внутри Европейского союза, протекают соответ-
ственно ожиданиям. Это позволило, например, в сжатые сроки установить, что
речь идет о направленных манипуляциях с электросетью, а не о череде совпаде-
ний. В этой связи, - добавил он, - я прошу продолжать общеевропейское сотруд-
ничество в меру возможностей. Хотя мы не можем рассчитывать на помощь и не в
состоянии предложить ее сами. Поэтому Министерство иностранных дел занялось
поисками помощи на международной арене - разумеется, в координации с Брюссе-
лем . У меня всё, спасибо за внимание.
- Международная помощь? - спросил премьер-министр Бранденбурга. - От кого
же ее ждать?
- В первую очередь от США, России и Турции.
- Но есть ли у нас предположения, кто совершил атаку и с какой целью? -
спросила премьер-министр Гессена.
- Нет, - ответил министр внутренних дел. - Расследование еще продолжается.
- Вопрос в том, - вмешался министр обороны, - почему именно Европа? Кому
это было бы выгодно? Страдает один из крупнейших и надежных мировых рынков. С
экономической точки зрения от этого никто не выигрывает. Более полумиллиарда
потребителей покупают товары из России, Китая, Японии, Индии и США. Кризис в
Европе отразится на экономиках других стран. То же самое можно сказать о во-
енной агрессии. Дипломатические отношения с крупными державами вполне благо-
приятны, хотя, как всем известно, существует определенная напряженность с
Россией и Китаем. Само собой, мы поддерживаем связь с командными центрами НА-
ТО. Но на текущий момент у нас нет оснований подозревать кого-либо во враж-
дебных действиях.
- А организованная преступность? - предположил министр здравоохранения. - С
целью затребовать выкуп?
- Пока не поступало никаких требований. К тому же любой, кто совершит нечто
подобное, должен понимать, что ополчит против себя весь мир.
- Сейчас наиболее вероятный вариант - террористический акт, - сказал ми-
нистр внутренних дел.
- В таких масштабах? - удивился министр транспорта.
- Возможно, такой охват и не предполагался. Вспомните одиннадцатое сентября
две тысячи первого года в Нью-Йорке. Террористы намеревались просто врезаться
в башни Всемирного торгового центра; на обрушение они, очевидно, не рассчиты-
вали.
- Дамы и господа, - прервал дискуссию бундесканцлер, - в нынешней ситуации
я предлагаю объявить чрезвычайное положение на территории всех федеральных
земель. Федеративное правительство возьмет на себя управление и координацию.
ДЕНЬ 3
ПОНЕДЕЛЬНИК
Гаага
Первое, что почувствовала Шеннон, это резкая боль в шее. Потом заметила,
что чего-то недостает. Двигатель автобуса замолчал, она не ощущала больше
вибрации. Шеннон открыла глаза. Веки как будто распухли. За окном было темно.
Лорен слышала, как пассажиры поднимаются, шарят в поисках сумок, движутся к
выходу. Она медленно размяла затекшие конечности и попыталась понять, где они
находятся.
Ей удалось разглядеть в темноте щит: Den Haag. Гаага.
Шеннон протерла глаза и взглянула на часы. Без малого семь. Автобус прибыл
с опозданием. Она надела пуховик и с тоской подумала о горячем душе и чашке
ароматного кофе. Судя по обстановке, в ближайшее время не стоило рассчитывать
ни на первое, ни на второе. Улицы лежали в темноте, и лишь изредка мелькали
прохожие. Шеннон дождалась, пока все выйдут, после чего покинула автобус. Ли-
цо тут же обожгло холодом. Она накинула капюшон и натянула перчатки.
Попыталась сориентироваться. По всей видимости, она находилась у вокзала.
Здание было небольшое и напоминало станции в маленьких городах Франции. Лорен
направилась к главному входу. Там стояли с потерянным видом несколько чело-
век.
Шеннон обратилась к ближайшему из них по-английски:
- Вы местный?
- Да.
Она показала ему листок, куда записала адрес Франсуа Боллара.
- Вы, случайно, не знаете, как мне попасть туда?
Мужчина взглянул на адрес и сказал:
- Отсюда минут тридцать пешком.
Шеннон попросила в двух словах объяснить дорогу. Через полчаса она добра-
лась до нужного места. Остановилась перед домом, проверила еще раз адрес на
листке. Все совпадало. Франсуа Боллар жил вместе с семьей в кирпичном доме,
построенном на исходе девятнадцатого столетия, на улице, состоявшей сплошь из
подобных строений. Перед домами стояли немецкие и шведские машины.
Шеннон присмотрелась к окнам, после чего постучала. Выждала немного и по-
стучала во второй раз. В отсутствие электричества она даже не пыталась нажи-
мать на кнопку звонка. Прислушалась, нет ли внутри движения. Ничего. Постуча-
ла еще раз. Выждала, снова прислушалась.
Через десять минут Шеннон сдалась. Франсуа Боллара не было дома. Возможно,
он все-таки уехал с семьей во Францию. Или они перебрались в отель, в котором
имелась система аварийного питания. На нее вдруг навалилась усталость, нако-
пившаяся за последние дни и даже годы. Она замерзла, ей хотелось есть и пить
- и принять душ. Шеннон задрожала, к глазам подступили слезы. Она чувствовала
себя ужасно одинокой. У нее дрожали губы, она несколько раз глубоко вдохнула
и выдохнула, пытаясь успокоиться. Надо было разыскать кого-нибудь, кто под-
сказал бы дорогу к штаб-квартире Европола.
Боллар почти не спал. Еще не было шести, когда он осторожно поднялся с по-
стели , тихо оделся и вышел во двор. Через полчаса Франсуа сидел за рабочим
столом в своем кабинете. Он был не один такой. Половина его команды провела
ночь в офисе.
Янис Христопулос, грек тридцати трех лет, поприветствовал его, взмахнув
стопкой бумаг:
- Фотороботы из Италии и Швеции. Шесть штук.
Они прошли к стене в оперативном штабе, куда крепили все материалы по де-
лам. Христопулос присовокупил три листка к шведскому блоку и три - к итальян-
скому. На снимках были одни мужчины. Как и всякий фоторобот, лица казались
неживыми и как будто не имели возраста. «Должно быть, все дело в глазах», -
подумал Боллар. У пятерых темные волосы, у двоих редкие; один с усами, двое с
бородой. У одного чуть раскосые глаза.
- От двадцати до сорока, судя по показаниям, примерный рост тоже указан, -
докладывал Христопулос. - Четверо из шести по описанию подходят под южный или
арабский типаж. Еще один - южноамериканского или азиатского происхождения.
Правда, в Швеции один был со светлыми волосами. Мы направили изображения
энергетическим компаниям, но вряд ли они кого-то опознают. Ни в одном служеб-
ном расписании не значится таких адресов в конкретные дни.
- Это уже что-то. Значит, они действительно могут быть как-то причастны к
этому.
- Мы уже прогоняем их по базам данных. Интерпол тоже подключился.
- Это всё?
- По этому делу, к сожалению, да. Еще поступило несколько сообщений МАГАТЭ
из Вены. «Темелин» в Чехии сообщает о проблемах в системе охлаждения, но спе-
циалисты фиксируют нулевой уровень опасности по шкале. То же самое с финской
«Олкилуото» и французской «Трикастен». Но из Франции поступают и тревожные
вести, - продолжал Христопулос. - На станции «Сен-Лоран», похоже, серьезные
проблемы с системой аварийного охлаждения.
Боллар почувствовал себя так, словно кто-то затянул ему ремень на шее.
Электростанция «Сен-Лоран» располагалась в двадцати километрах от родитель-
ского дома.
- Ситуация пока не ясна. Речь идет о повышенном давлении и растущей темпе-
ратуре .
- Что по шкале?
- Еще не сообщали.
- Прошу прощения, - сказал Боллар.
Он поспешил в свой кабинет и включил компьютер. На новостных порталах не
было никаких сообщений о возможных авариях. Может, пока скрывали от общест-
венности? Франсуа взглянул на часы. Почти восемь. В это время родители обычно
уже на ногах. Он набрал номер.
Тишина в трубке. Боллар нервно стукнул по рычагу и попробовал еще раз. Сно-
ва ничего.
Манцано сидел на диване в номере с ноутбуком на коленях. В дверь постучали.
Это был Боллар.
- Как, хорошо спали? - спросил он.
- И позавтракал не хуже, - ответил Пьеро.
- Пройдемся по магазинам, - предложил Боллар.
Манцано заметил в нем какую-то перемену. Он казался еще напряженнее. Впро-
чем, это было неудивительно.
- Магазины снова открылись?
- Для нас - да.
Боллар провел его по безлюдным улицам. По дороге показал кое-что из досто-
примечательностей .
Манцано спросил Боллара, как тот попал в Европол и в Гаагу.
- Обычная история, - ответил Франсуа. - Интересные задачи, карьерные пер-
спективы .
Женщина средних лет встретила их у служебного входа. После того как Боллар
что-то сказал ей и показал удостоверение, она их впустила.
Внутри было так темно, что Манцано с трудом мог что-либо разглядеть. Боллар
взял с собой два мощных фонаря, один из которых протянул Пьеро. А другим по-
светил через громадный зал, выхватывая из темноты стеллажи, столы и вешалки с
одеждой.
- Подберите себе что-нибудь.
- Чувствую себя взломщиком, - заметил Манцано.
- Вам это должно быть знакомо, - ответил Боллар.
Манцано не понял намека, но тон ему не понравился.
- В роли хакера, я имею в виду, - добавил француз.
У Пьеро не было желания вступать в дискуссии, но Боллар не отступал:
- Вы ведь так же вторгаетесь в чужие владения.
Тут уж Манцано счел своим долгом оправдать себя:
- Я не вторгался, а использовал изъяны в системе безопасности. И я ничего
не крал и не уничтожал.
Чтобы закончить этот разговор, он отошел к стеллажу и посветил на рубашки.
- Если вы забудете запереть дверь, - не унимался Боллар, - вам понравится,
когда в вашу квартиру зайдет посторонний человек?
- Вы собрались со мной спорить или работать? - спросил Манцано. Он взял
свитер и приложил к торсу. - Этот должен подойти.
Криминалист пронаблюдал, как Боллар вместе с итальянцем покидает номер.
- Ну, пора за дело, - сказал он напарнику. - Я быстро.
Криминалист покинул пункт наблюдения и спустился на два этажа. У него был
второй ключ, и проникнуть в номер удалось без труда. Ноутбук Манцано остался
на письменном столе. Пароль они уже видели по камерам наблюдения. Криминалист
подключил USB-устройство, ввел несколько команд, и на экране появилось окно
загрузки. Спустя две минуты программа была установлена. Еще через три минуты
он надежно запрятал ее и затер следы, так чтобы итальянец ничего не заподоз-
рил . Затем выключил ноутбук и оставил все в изначальном виде. Отошел к двери,
еще раз окинул номер взглядом и вышел, быстро и без лишнего шума.
Шеннон потребовалось еще сорок пять минут, чтобы добраться до штаб-квартиры
Европола. В холле ей сказали, что Франсуа Боллара нет на месте. Но, уточнив
по телефону, администратор сказал, что тот скоро будет.
Шеннон устроилась на диване. Внутри было тепло, и она могла воспользоваться
туалетом и даже наскоро умыться. Долго ждать не пришлось. Часы над входом по-
казывали десять с небольшим, когда появился Боллар. С ним был худощавый муж-
чина с рассечением на лбу; он держал в руках несколько пакетов.
- Господин Боллар, добрый день! - позвала Шеннон. - Я Лорен Шеннон, живу по
соседству с родителями вашей супруги.
Боллар смерил ее цепким взглядом.
- Что вы здесь делаете? Что-то с родителями Мари?
- об этом я хотела спросить у вас, - ответила Шеннон.
- Идите пока без меня, - сказал Боллар своему спутнику по-английски. Когда
тот отошел, он продолжил: - Я вас помню. Когда мы виделись в последний раз,
вы работали на какой-то новостной канал.
- И до сих пор работаю. Вчера родители вашей жены спешно уехали из Парижа -
к вашим родителям, если я правильно поняла. При этом мадам Дорель обронила
фразу, которая не дает мне покоя.
- Настолько, что вы посреди ночи рванули сюда из Парижа? Но я не понимаю,
какое имею к этому отношение. Вам следует обратиться в нашу пресс-службу.
Шеннон и не ожидала, что он добровольно ей что-то расскажет.
- То есть о террористическом акте речи не идет и скоро электроснабжение бу-
дет восстановлено?
- Когда будет восстановлено электроснабжение, спрашивать лучше у операто-
ров, а не у меня.
Он явно пытался от нее отделаться.
- Значит, причина отключений не в терактах?
- Хорошо ли вы осведомлены о европейской электросети?
- Я вижу и слышу, что она не работает. Этого достаточно.
Боллар был прав - она ничего в этом не смыслила.
- Что ж, - сказал он с сочувственной улыбкой. - Вам следует узнать, на-
сколько это сложная система. Ее нельзя просто выключить, как свет в вашей
гостиной. А теперь прошу простить меня. Остальные вопросы направляйте нашей
пресс-службе.
- Тогда почему родители вашей жены уехали? - крикнула Шеннон ему вслед. - К
вашим родителям, у которых есть своя скважина, которые могут топить камин и,
как выразилась мадам Дорель, забить курицу в сарае, если они проголодаются?
Боллар развернулся, снова подошел.
Шеннон продолжала:
- Можно подумать, они уже знают, что ситуация с электричеством затянется. И
от кого же они могли это узнать?
Боллар снова наградил ее снисходительным взглядом, каким взрослые смотрят
на строптивых юнцов.
- Преклоняюсь перед вашей фантазией и настойчивостью, мадемуазель...
- Шеннон. Лорен Шеннон.
- ...но меня ждут дела. Хоть и не того рода, что вы вообразили. Возвращайтесь
в Париж.
На улице стало теплее, хотя накрапывал мелкий дождь. Манцано поспешил в
отель, пока дождь не пошел сильнее. По дороге он рассматривал встречных про-
хожих , людей в машинах. Они еще не знали, что их ждало. Наконец он вошел в
теплый холл.
- Прошу прощения, я не вас видела с Франсуа Болларом? - окликнул его жен-
ский голос по-английски.
Это была девушка с рюкзаком за спиной, закутанная в пуховик. Кроме них и
портье, в холле никого не было. Лицо показалось ему знакомым.
- Да. Вы та девушка из вестибюля, допрашивали Боллара, - ответил Манцано,
тоже по-английски.
- Я живу по соседству с родителями его жены, - сказала девушка. Судя по вы-
говору, она была родом из США.
- Что привело вас сюда?
- Это же отель. Хочу здесь остановиться.
- Боюсь, мест не осталось.
- А вы что здесь делаете? Вы же не из Европола. Почему поселились здесь?
- Сейчас многие пытаются найти альтернативное жилье. Этот отель располагает
системой аварийного питания. Но я не о том. Что привело вас в Гаагу?
- Я журналист. Вчера вечером я увидела, как мои соседи спешно уезжают из
Парижа. Учитывая, кто их зять и что творится вокруг, не думаю, что это про-
стое совпадение. Боллар ничего мне не сказал.
- И вы следовали за мной от штаб-квартиры?
- Я должна знать, что происходит. Ради этого я целую ночь провела в автобу-
се.
- По вам видно...
- Очень мило, спасибо.
Это была миниатюрная девушка, с круглым лицом и темными волосами до плеч.
Глаза сверкали дерзостью и решимостью.
- Вы завтракали?
- Съела пару шоколадных батончиков.
Манцано подошел к портье:
- У вас есть свободные номера?
Затем Пьеро повернулся к девушке:
- Этого следовало ожидать. Вам, наверное, хочется душ принять...
- Еще бы! - Она вздохнула.
- Тогда позвольте пригласить вас.
Лорен недоверчиво на него посмотрела. Манцано невольно рассмеялся:
- Не то, что вы подумали! Я предпочитаю обедать с опрятными людьми, а вы
наверняка проголодались.
Она по-прежнему колебалась. Манцано направился к лестнице.
- Ну, как хотите. Удачи вам.
Он уже поднимался по ступеням.
- Подождите! - окликнула его журналистка.
Пока новая знакомая плескалась в душе, Манцано разложил покупки в шкафу.
Затем прочел последние новости в Интернете. Появились первые слухи - о поли-
цейских операциях в Италии и Швеции, как-то связанных с отключением электри-
чества . От официальных источников комментариев не поступало. Манцано такая
стратегия показалась ошибочной. Власти уже знали, что причиной отключения
стала спланированная атака. Они должны были понимать, что население еще дол-
гое время будет вынуждено обходиться без электричества.
Шеннон вышла из ванной, закутанная в халат, и принялась сушить волосы.
- Это фантастика! Спасибо.
- Не за что.
- Какие новости?
- Ничего особенного.
- В одном вы точно правы! - воскликнула она. - Я готова слона съесть!
Через десять минут они сидели в обеденном зале. Половина столиков была за-
нята. Манцано заказал себе клаб-сандвич, Шеннон - гамбургер.
- Где лоб расшибли? - спросила она.
- Врезался, когда светофоры погасли.
- Вы работаете на Европол?
- Сотрудничаю с ними. Боллар меня пригласил.
- Для чего?
- На какой канал вы работаете?
- Си-Эн-Эн, - Шеннон показала удостоверение.
- У вас здесь нет журналистов?
- Ну, я же здесь.
- А как вы ведете трансляции? Без электричества? Как отправляете материалы
на канал? И даете их в эфир? Я уж не говорю о том, что люди и телевизор-то не
могут включить.
- Это в Европе, - заметила Шеннон. - Я размещаю новости в Интернете. Там,
где он еще работает.
- Скоро и такого не будет, - сказал Манцано.
Он огляделся, словно опасаясь, что за ними наблюдают. Никто из гостей не
обращал на них внимания. Пьеро понизил голос:
- Я сам приехал только накануне. Не могу говорить о том, чем я здесь зани-
маюсь , - мне пришлось подписать договор о неразглашении. - Он усмехнулся: -
Но никто не запретит мне говорить о том, что я узнал прежде.
Когда Манцано закончил, Шеннон едва могла усидеть на месте.
- Почему людям до сих пор не сказали об этом? - спросила она шепотом.
- Боятся, что начнется паника.
- Но население имеет право знать!
- Так всегда говорят журналисты, чтобы оправдать свои действия.
- О журналистской этике давайте поговорим в следующий раз. И не думаю, что
вы рассказали мне об этом, чтобы я держала рот на замке.
- Нет.
- У вас в номере есть интернет-соединение. Можно мне им воспользоваться?
- Не обязательно идти в номер. По всему отелю работает беспроводная сеть. У
них здесь прямое подключение к магистральной линии. Здесь часто останавлива-
ются гости от Европола и дипломаты. Нужно только спросить пароль у портье.
- Его, наверное, дают только постояльцам.
- Назовите мое имя.
- А вы не боитесь, что вас вышвырнут?
- Это им нужны мои услуги.
- После такого, может, и не понадобятся.
- Это уже моя забота.
- А вы что думаете насчет паники?
- Неплохая мысль, - ответил Манцано, - посеять панику на целом континенте.
Как по-вашему?
Шеннон колебалась. Она понимала, что подобный шанс выпадает журналисту раз
в жизни.
- Думаю, мы недооцениваем людей, - наконец ответила Лорен. - Это не фильм-
катастрофа. Пока еще не отмечено случаев мародерства или массовых беспоряд-
ков . Наоборот, люди готовы помочь друг другу.
- Это пока есть запасы.
- Знаете что? Я думаю, что новость о саботаже электросистем еще больше
сплотит людей. Ведь перед лицом общего врага мы должны объединиться!
- В вас пропадает министр пропаганды.
- Мы не слышали, о чем они говорили, - сказал полицейский Боллару. - Там
было слишком шумно.
Боллар задумчиво смотрел на экран компьютера. Манцано сидел в своем номере,
с ноутбуком на коленях, и, похоже, сосредоточенно работал.
- Где она сейчас?
- В ресторане, с ноутбуком. Что-то пишет.
Боллар никак не мог сосредоточиться. Он так и не дозвонился до родителей.
Новых сообщений о ситуации на электростанции «Сен-Лоран» не поступало. Фран-
суа заставил себя сосредоточиться.
- И что она пишет, нам, конечно же, неизвестно.
- Люк как раз занимается этим.
Боллар поднялся:
- Держите меня в курсе.
Шеннон достучалась до редакции в Париже по их спутниковой связи. Она быстро
перебирала пальцами по клавиатуре:
Я нашла источник. Если вы не против, чтобы я продолжала, мне нужно покрыть
издержки на отель и аренду машины. Если вообще что-нибудь разузнаю.
Хорошо, - написал в ответ Лаплан. И приложил данные корпоративной кредитки.
- Хорошая работа, Лорен.
Шеннон торжествующе сжала кулаки и направилась к стойке регистрации.
Портье потребовалось несколько минут, прежде чем прошел звонок. Наконец он
положил трубку.
- Я дозвонился только до одной фирмы. У них осталась одна машина. Но обой-
дется недешево.
- Сколько?
- Сто пятьдесят евро. В сутки.
- что там у них? «Феррари»?
- «Порше».
Шеннон повела плечами. Лаплан будет в бешенстве.
- Ладно, давайте.
- Оплата только наличными.
Лорен замерла. Похоже, надо повременить с эмоциями. Чтобы заполучить маши-
ну, ей придется проредить запасы наличности.
Пусть так! Теперь это не имело значения. Она попросила портье объяснить до-
рогу.
Через час Шеннон уже вставляла ключ в замок зажигания серебристого купе с
яркими полосами по кузову, как у гоночной машины. Она включила передачу и ос-
торожно попробовала газ. Мотор взревел. Сотрудник прокатной службы смотрел на
нее с тревогой. Шеннон помахала ему и направила машину к выезду.
По дороге к отелю она более-менее свыклась с норовом болида.
Шеннон постучала в номер Манцано и, когда итальянец открыл, с ходу призна-
лась :
- У меня проблема. Мне нужно где-то переночевать. Но в целом городе нет ни
единого свободного номера. Вот я и подумала, раз вы уже так мне помогли, мо-
жет...
- Что? Я мог бы вас приютить?
- Я здесь никого больше не знаю.
- А что с зятем ваших соседей, господином Болларом?
- Он со мной даже разговаривать не желает.
- Завидую вашей вере в людей. - Манцано покачал головой. - Готовы разделить
постель с совершенно незнакомым человеком...
- Номер!
- В котором только одна кровать. Диван слишком маленький, чтобы спать на
нем.
- Я не заберусь на вашу половину, - пообещала Шеннон.
- Надеюсь, вы не храпите.
Берлин
В казармах у Трептов-парка шла напряженная работа. Весь день напролет Харт-
ланд и его коллеги просматривали данные за последние несколько лет, собирали
непрерывно поступающую информацию, анализировали и разбивали по категориям.
Трое человек помогали Хартланду разбирать сообщения от энергетических ком-
паний .
Тысячи инженеров были заняты тем, что пытались отыскать дефекты и выяснить
причины сбоев, в то время как десятки сервисных групп обследовали важнейшие
линии передачи.
- На многих электростанциях проблемы с запуском, - заключил один из помощ-
ников , склонившись над кучей листов. - У них не получается создать устойчивые
узлы и синхронизировать сети.
- У нас уже два сообщения о неисправностях, - заметил Хартланд, просматри-
вая списки. - На подстанциях Остеррёнфельд и Любек-Баргербюк пожары уничтожи-
ли несколько трансформаторов.
- Ну, замечательно, - простонал помощник. - Значит, они не вернутся в строй
еще несколько месяцев.
Но Хартланд уже не слушал его. Поступило новое сообщение - от одной из
крупнейших сетевых организаций. К сообщению было приложено несколько изобра-
жений .
- Взгляните, - сказал Хартланд коллегам.
На снимках поперек поля лежал покореженный каркас опоры высоковольтной ли-
нии. Это напоминало рампу американских горок. Несколько поперечных балок не-
уклюже торчали, направленные в свинцовое небо, и с них, точно обрезанные нити
гигантской марионетки, свисали обрывки кабелей.
- Опору свалили взрывом, - заключил Хартланд.
Гаага
- Это значит, - объявил Боллар, - что противник, расстроив работу программ-
ного обеспечения, в созданном хаосе уничтожает физическое оборудование элек-
тросетей, - он показал на карту. - Только что поступило сообщение из Испании.
Была подорвана опора высоковольтной линии. И нам неизвестно, не происходит ли
подобное где-нибудь еще. У операторов электросетей недостаточно персонала,
чтобы контролировать все трассы и сооружения. На текущий момент проверить
удалось ничтожно малую часть линий электропередачи.
- Может, кто-то пользуется случаем и пытается извлечь свою выгоду? - пред-
положил кто-то из собравшихся.
- Или кто-то последовательно пытается нанести наибольший урон, - ответил
Боллар. - Атака на программное обеспечение, возможно, была лишь первым шагом.
Нам пока неизвестно, как именно это произошло, и кто находится под прицелом.
Но одно известно точно: в ближайшие дни электроснабжение пусть и на примитив-
ном уровне, но удалось бы восстановить. Совсем иное дело, если будут разруше-
ны стратегически важные сооружения, такие, как подстанции или распределитель-
ные трассы. Некоторые из этих элементов могут быть восстановлены лишь в очень
длительный срок, что осложнит восстановление подачи.
Ратинген
- Эти доводы никуда не годятся, - горячился Уикли. - Потребителей этим не
подкупишь.
На экране можно было видеть список тезисов:
■ Включать стирку при удешевлении тарифов
■ Заработать на аккумуляторе автомобиля
■ Индивидуальное управление электропотреблением
- Хотел бы я посмотреть на домохозяйку, а еще лучше, на работающую мать, -
бушевал Уикли, - которая включает машинку, только когда это выгодно. Или пе-
рекладывает все на электронику. Стирка происходит в два часа ночи, а еще че-
тыре часа белье преет в барабане и уже пахнет сыростью, когда утром его раз-
вешивают. Людям ведь нечем заняться по утрам, кроме как развешивать белье...
Двое слушателей согласно покивали, остальные сидели неподвижно. На просмотр
презентаций Уикли пригласил не только коммерческого и технического директо-
ров, руководителей отдела инноваций и службы корпоративных коммуникаций, но и
четверых представителей от медиаагентств.
- Кроме того, потребители довольно быстро подсчитают и поймут: изменение
тарифов в течение дня столь незначительно, что это не повлияет на их жизнен-
ный ритм. Очень скоро они решат: экономия в пять евро в год того не стоит.
Удобство побеждает. Электричество поступает из розетки, и люди не задумывают-
ся о том, откуда оно берется. Для них это естественно. Им не нужно ломать го-
лову, у них и без этого достаточно своих проблем. Сегодня, чтобы наладить
нормальный семейный быт, нужны способности, которые стоило бы перенять многим
нашим коллегам по руководству. Притом люди не получают за это такие бешеные
зарплаты, как мы. А пожилые не могут нормально управиться с компьютером или
телефоном... И этим людям вы предлагаете управлять потреблением электричества с
помощью смартфона? Такое понравится разве что горстке фанатичных инженеров.
Для остального человечества это будет кошмар!
Он предпочел не упоминать о том, что интеллектуальные счетчики представляли
собой превосходные средства наблюдения и сбора информации, о чем не раз гово-
рили специалисты по защите данных.
- Мы подвигаем людей к изменениям в мышлении. Для начала это должно закре-
питься в умах. В противном случае энергетическая революция потерпит крах. И
наши с вами перспективы на рынке. Ни один нормальный человек не поймет, с че-
го бы он должен прилагать какие-то усилия там, где прежде все происходило са-
мо собой. И с какой стати они должны еще и платить за это! Ни власти, ни
энергетики до сих пор не представили привлекательных аргументов. Вы все знае-
те о наших продуктах, о наших презентациях. Придумайте убедительные доводы,
покажите людям реальную пользу. Потому что, поверьте мне, ваша хваленая сво-
бода выбора и самоуправление, которыми их терроризируют из колл-центров, ни-
кого не убедят. - Уикли показал на экран: - Что касается этих презентаций...
Экран вдруг погас, и зал погрузился в темноту.
- Что за...
Кто-то из сотрудников возился с пультом проектора. Другой вскочил и бросил-
ся к выключателям у двери, несколько раз щелкнул ими, но безрезультатно. Уик-
ли схватил трубку со стола и набрал номер своей секретарши. Гудков не после-
довало . Он попробовал еще раз. Снова ничего.
Уикли пулей вылетел из зала. В коридоре было еще темнее, нигде не горел
свет. Он устремился в свой кабинет. В приемной различил силуэт секретарши,
которая беспомощно терзала телефон.
- Ничего не работает, - сказала она.
- Зажгите свечи!
Последовало молчание.
- У нас нет, - призналась, наконец, секретарша.
Уикли выругался про себя. Целый континент привыкал к новым условиям - но
только не она!
- Ну так раздобудьте! - крикнул он и вышел обратно в коридор.
- Джеймс?
Уикли узнал голос коммерческого директора.
- Я иду искать Люка, - сказал он.
- Я помогу.
По длинному темному коридору ходили люди. Уикли слышал их, но практически
не видел.
- Где Люк? - проревел он в темноту.
- Внизу, - донесся в ответ мужской голос. - В подвале, у генераторов.
Уикли стал спускаться по лестнице. Навстречу ему то и дело попадались дру-
гие сотрудники.
- Кто-нибудь видел Люка?
- Я лично ничего не вижу, - ответил ему женский голос.
Уикли взбесился от такой наглости, но потом понял, что не все узнавали его
по голосу. Кроме того, он вынужден был признать, что понятия не имеет, где
располагаются аварийные генераторы. Он давно потерял ориентацию и даже не по-
нимал, на каком этаже находится. Просто спускался, пока не закончились ступе-
ни . Ощупью открыл дверь, за которой простирался непроглядный мрак.
- Люк? - проревел он.
Ответа не последовало. Уикли позвал еще раз.
Из дверного проема в конце коридора мигнул луч фонаря.
- Сюда! - услышал Уикли, уже пробираясь на свет.
Он разыскал Люка в просторном зале с низкими потолками, заставленном раз-
личными агрегатами. Трубы и кабели в свете фонаря казались живыми. С Люком
были еще два человека в серых комбинезонах с логотипом «Талэфер» на спине.
Люк, начальник аварийной службы, был худощав и низкого роста, с редкими во-
лосами и в больших очках.
- Что, черт подери, произошло? - прошипел Уикли, стараясь совладать с гне-
вом.
Люк посветил на большой цилиндр в глубине зала.
- Генератор вышел из строя, - пояснил он.
Уикли почувствовал, как пульсируют вены на висках.
- Мы поставляем оборудование крупнейшим энергетическим компаниям, и теперь
сами остались без электричества?! Вы хоть понимаете, что мы станем посмеши-
щем?
Его голос гремел среди металлических конструкций.
- Система аварийного питания рассчитана... была рассчитана на три дня. Навер-
ное, оказалась перегружена. Но дизель все равно почти закончился, - ответил
Люк. - Проект системы долгосрочного автономного питания отклонили три года
назад. По финансовым соображениям, если память мне не изменяет.
И он посмел напоминать ему об этом! Впрочем, Уикли хорошо помнил то заседа-
ние совета директоров, когда они отклонили проект стоимостью в пять миллионов
евро, назвав его пустой тратой денег. Только директор, в чью компетенцию вхо-
дили вопросы безопасности, высказался за тот проект. К сожалению, он уже не
работал у них. Иначе Уикли задал бы ему трепку за то, что тот в свое время не
сумел убедить остальных в необходимости такой системы. Все-таки в его задачи
входило продавливать стратегически важные проекты. Хорошо, что они распроща-
лись с этим бездарем.
- Нужны запчасти и дизель, - продолжал Люк. - Ни того, ни другого сразу не
раздобыть.
- Тогда добудьте мобильные генераторы!
- Они нужны в других местах, как и бензовозы.
- Что, скажите на милость, может быть важнее, чем крупнейшее предприятие в
регионе?
- Больницы, временные убежища, службы спасения, техпомощь... - перечислял Люк
с вызывающим спокойствием.
Уикли мгновенно возненавидел его. Против таких аргументов ему нечего было
возразить.
Он задумался на мгновение - и произнес, обращаясь ко всем:
- Сегодня ничего уже не сделать. Продолжим завтра. Скажем, в два часа. А
вы, - он повернулся к Люку, - позаботьтесь, чтобы завтра все работало. В про-
тивном случае вам придется озаботиться своим трудоустройством.
Берлин
Михельсен пила пятнадцатую чашку кофе за день. Она уже забыла, когда в по-
следний раз нормально спала. С тех пор как бундесканцлер объявил чрезвычайное
положение, не было времени даже поесть. В оперативном штабе теперь не про-
толкнуться. Им пришлось задействовать всех, кого удалось застать в городе.
Некоторые из сотрудников так и не появились.
Большую часть времени Михельсен проводила на телефоне, связываясь с началь-
никами вспомогательных служб. Воздух был вязким, как каша, в гуще голосов она
едва могла разобрать собственные слова. Служба техпомощи и бундесвер начали
сооружение временных убежищ. В каждом крупном городе спортзалы, выставочные
центры и другие подходящие места снабжали койками, матрасами, одеялами, сани-
тарным оборудованием, медикаментами и продуктами. В затронутых регионах поли-
цейские патрули по громкоговорителям призывали людей отправляться в убежища.
Семьи с детьми, больные и старики пользовались приоритетом. Но представителей
второй и третьей групп служащим следовало сначала разыскать. Пожилые люди,
живущие в одиночку, просто не слышали объявлений или же были слишком ослабле-
ны, чтобы самостоятельно выйти из квартиры. Тем, у кого не было родственников
или соседей, оставалось дожидаться полицейских, которые ходили по квартирам и
объясняли им, что делать, или уведомляли службы спасения о необходимости
транспортировки.
В то же время службы техпомощи устанавливали аварийные генераторы на уязви-
мых объектах, таких, как местные администрации, лечебные учреждения или фер-
мы . Но агрегатов не хватало даже для самых важных объектов. Запасы горючего
разделили по учреждениям; многие больницы были близки к тому, чтобы прекра-
тить работу, поскольку заканчивалось дизельное топливо для генераторов.
Стратегические запасы нефтепродуктов в Германии покрывали потребность в то-
пливе на девяносто дней. И в то время как сырая нефть хранилась в закрытых
соляных шахтах Нижней Саксонии, готовые продукты содержались в надземных ре-
зервуарах, равномерно распределенных по территории страны. Их преимущество
заключалось в том, что топливо заливалось в автоцистерны под силой тяжести, и
не приходилось прибегать к помощи насосов. В ближайшие дни проблема будет не
в объемах доступного топлива, а в способах и сроках его доставки.
В других странах дела обстояли не лучше. Особенно тяжело приходилось Скан-
динавии. Если в Германии температура воздуха колебалась около нуля, то в
Стокгольме она опускалась до восемнадцати градусов ниже нулевой отметки. И
только по южную сторону Альп стояла более-менее комфортная температура. На
атомной электростанции «Сен-Лоран» системы аварийного охлаждения частично или
полностью вышли из строя, точно никто пока не знал. Данные не публиковались,
но Международное агентство по атомной энергии в Вене подняло уровень опасно-
сти до второго по шкале ядерных событий. Это означало, что на электростанции
вынуждены были сбрасывать радиоактивный пар, чтобы снизить давление в реакто-
ре. Михельсен старалась не думать о том, что в условиях нехватки топлива че-
рез несколько дней с подобной проблемой столкнутся десятки электростанций по
всей Европе. Сценарий фильма ужасов.
Работники железнодорожных сетей до сих пор занимались эвакуацией парализо-
ванных поездов. Некоторые из важнейших линий по-прежнему были заблокированы
для составов снабжения. Перевод стрелок теперь осуществлялся только вручную.
Пассажирские перевозки временно приостановили. Даже в тех регионах, где еще
было электричество, поезда прибывали с опозданиями или вовсе отменялись.
Единственным проблеском во всем этом казался общественный порядок. Несмотря
на ужасающее положение, до сих пор не поступало сообщений о серьезных проис-
шествиях. Еще не было и случаев массового мародерства или всплеска преступно-
сти. Но, возможно, это было связано с тем, что в условиях ограниченной связи
к ним поступала не вся информация. На значительной территории силовые струк-
туры и службы спасения почти не имели возможности связаться друг с другом и с
центром по чрезвычайным ситуациям.
Михельсен опасалась возникновения черных рынков. Они еще больше подорвали
бы доверие к официальным службам.
- Вот черт, - выругался рядом с ней Торхюзен.
Он резко поднялся и уставился на экраны, по которым немногие из еще рабо-
тающих каналов транслировали новости. Только теперь Михельсен заметила, что
почти все в зале прервали работу. Вокруг стало заметно тише. Кто-то прибавил
звук.
- Смотри туда, - сказал Торхюзен, - по которому Си-Эн-Эн вещает.
В кадре стояла миниатюрная девушка с темными волосами. Титры гласили: «Ло-
рен Шеннон, Гаага».
Внизу экрана по бегущей строке повторялось одно и то же предложение:
Европа без электричества, основная версия - террористический акт. Италия и
Швеция подтверждают манипуляции с электросетями.
Михельсен почувствовала, как что-то надломилось внутри ее. Люди узнают при-
чину бедствия - и не из уст официальных служб или бундесканцлера, а из репор-
тажа. Тем самым власти лишатся значительной доли доверия. Оставалось надеять-
ся, что это не обернется катастрофой в ближайшие дни.
- Ладно, хоть телевизор сейчас никто не может включить, - проговорил Торхю-
зен.
- Все равно до полуночи об этом узнают все до последнего, - отозвалась Ми-
хельсен , не отрываясь от экрана. - Будь уверен. Боюсь даже представить, каки-
ми подробностями обрастет эта новость, пока будет разлетаться по свету.
Теперь не хватает только новости об аварии на французской электростанции.
Гаага
- Мне бы следовало немедленно с вами распрощаться! - бушевал Боллар.
Сидя на диване в номере Манцано, Шеннон наблюдала за дискуссией.
- Я ни слова не сказал о том, чем занимаюсь здесь, - возразил Пьеро. - Всё
строго по договору. Ваша собственная пресс-служба подтвердила подозрения Шен-
нон.
- После того, как вы рассказали ей о манипуляциях с итальянскими счетчика-
ми ! - взорвался француз.
- Я узнал о них до нашей с вами сделки.
- Правительства большинства стран и некоторые энергоконцерны уже подтверди-
ли запросы вашей подруги, - Боллар кивнул на Шеннон.
Репортеры мигом подхватили ее историю. С вечера по всем доступным телекана-
лам давали экстренные выпуски. Франсуа вздохнул:
- и что мне теперь делать с вами?
- Работать дальше. Или отправить меня домой.
Боллар скрипел зубами.
- По крайней мере, с секретностью теперь покончено, - произнес он, в конце
концов, и вышел из номера.
- Похоже, мы заварили им кашу, - заключил Манцано.
Он невольно подумал о старом Бондони и трех девушках в горах. Интересно,
как они там?
- Я устал, - сказал Пьеро.
- Аналогично.
- Ванная в твоем распоряжении.
Пока Шеннон готовилась ко сну, Манцано задумчиво просматривал новостную
хронику.
Лорен вернулась из ванной в футболке и шортах.
- Спасибо еще раз, что разрешил остаться. И за то, что рассказал мне все.
- Не за что.
У Манцано до сих пор не укладывалось в голове, что Шеннон без особых разду-
мий согласилась провести ночь в одной комнате с незнакомым мужчиной. «Еще не-
много, и она бы мне в дочери годилась», - рассуждал он про себя. И была не-
дурна собой...
Манцано отправился в ванную. Он ужасно устал и задавался вопросом, надолго
ли еще хватит запасов топлива в генераторах, снабжающих отель электричеством
и горячей водой.
Когда он вернулся, Шеннон уже лежала под одеялом на своей половине кровати
и дышала глубоко и размеренно. Манцано выключил телевизор, осторожно забрался
в кровать и мгновенно провалился в сон.
ДЕНЬ 4
ВТОРНИК
Гаага
Шеннон проснулась вся в поту - ей приснился кошмар. Она тяжело задышала и
огляделась. Номер в отеле. По стенам метались синие и оранжевые отсветы, как
на дискотеке. Рядом кто-то беспокойно ворочался - конечно, итальянец. Лорен
встала, подошла к окну и раздвинула шторы.
Чуть ниже по улице горел дом. Пламя вырывалось из окон и пробивалось сквозь
кровлю. В небо поднимался густой дым. Поперек улицы стояли несколько пожарных
машин; ввысь тянулись две лестницы, и с них струи воды били в самое пекло.
Вокруг суетились пожарные, эвакуировали жителей соседних домов. Люди стояли в
пижамах или кутались в одеяла. Шеннон взяла камеру с письменного стола и на-
чала снимать.
- Видно, опять кто-то пытался развести костер в гостиной, - раздался голос
у нее за спиной.
Шеннон вздрогнула. Она не заметила, как Манцано поднялся с постели.
- Нам легко говорить, сидя в теплом номере, - ответила она. - Люди четвер-
тый день без электричества и отопления. Они в отчаянии.
Лорен приблизила изображение. В окне на верхнем этаже сквозь клубы дыма
угадывалось какое-то движение.
- Господи...
Фигурка замахала, ухватилась за оконную раму, выбралась наружу. Женщина, в
обугленной пижаме, волосы беспорядочно сбились на лицо. В темном проеме поя-
вился второй силуэт, поменьше.
- Там кто-то еще, - с трудом произнесла Шеннон, не отводя камеру. - Ребе-
нок...
Женщина, стоя на подоконнике, обхватила ребенка одной рукой, свободной взя-
лась за раму и наклонилась как можно дальше от дыма.
- Лестница туда не достанет, - прошептал Манцано.
Из окна вырвалось пламя. Женщина разжала руку, качнулась, потеряла равнове-
сие...
Нантёй
Аннет Дорель открыла глаза и уставилась в темноту. В спальне пахло по-
другому. Потом она осознала, что находится в одной из гостевых комнат в доме
Болларов. В эти зимние дни у них не было других постояльцев.
После всего, что на них свалилось, она еще в первую ночь толком не спала. А
накануне вечером их потрясла очередная новость, и о том, чтобы уснуть, не
могло быть и речи. Боллар пытался дозвониться до сына по старомодному провод-
ному телефону, но тщетно. До поздней ночи они обсуждали последние известия,
пока усталость, в конце концов, не взяла свое. Аннет Дорель без конца вороча-
лась , в то время как муж мирно посапывал, лишь временами тихо всхрапывая. Она
давно к этому привыкла, и ей это нисколько не мешало.
Сейчас ее разбудило нечто другое. Аннет прислушалась. Где-то в отдалении
разносился монотонный, дребезжащий голос. Слов было не разобрать, но голос
как будто приближался, становился громче. Затем все резко стихло.
Еще через несколько секунд все повторилось. Голос прозвучал ближе, но слова
по-прежнему сливались. Аннет поднялась и потрясла мужа за плечо:
- Бертран, проснись. Ты слышишь?
Он заворочался и проворчал:
- Что еще?
- Вот, прислушайся! Там что-то передают, прямо посреди ночи!
Зашуршали простыни, Бертран тоже поднялся.
- что там произошло? Который час?
- Тсс... Пятый час. Что они говорят?
Муж снова заворчал, растер лицо.
Некоторое время оба прислушивались.
- Ни слова не разберу, - пробормотал, наконец, Бертран.
Аннет услышала, как он шлепает босиком по полу. Затем скрипнули оконные
створки и ставни.
- ...и ожидайте дальнейших указаний, - вещал дребезжащий голос.
После короткой паузы сообщение повторилось. Голос удалялся.
- Просим вас оставаться дома и держать окна закрытыми. - Голос по-прежнему
был неразборчив, но Аннет и так догадывалась о содержании. - Оснований для
беспокойства нет, вам ничто не угрожает. Держите радио включенным и ожидайте
дальнейших указаний.
Бертран обернулся:
- Они сказали...
- Что мы должны держать окна закрытыми.
- С чего бы?
- Закрывай!
Бертран захлопнул обе створки.
Аннет встала с кровати и накинула халат. Включила фонарь, что лежал на вся-
кий случай на прикроватной тумбочке, и направилась к двери. Бертран последо-
вал за ней. В коридоре их встретили хозяева.
- Вы это тоже слышали? - спросила Аннет.
- Оставаться дома и держать окна закрытыми.
- Но почему?
- Понятия не имею.
Гаага
- Итак, пройдемся еще раз, - сказал Боллар.
Он стоял перед обзорной доской в импровизированном оперативном штабе.
- Начнем с Италии. Там проверили, кто за последние несколько лет проживал в
квартирах, откуда началось распространение вредоносного кода. - Он показал на
ряд фотографий и адресов. - Разумеется, с особой тщательностью изучали данные
последних жильцов. Никто из них не был ни в чем замечен и не имел судимостей,
если не брать в расчет неуплату налогов, что не считается в Италии серьезным
преступлением. О предполагаемых сотрудниках энергетических компаний по-
прежнему нет данных.
Боллар показал на изображение современного итальянского счетчика.
- Кроме того, теперь нам известно, что произошло в Италии. Техники энерге-
тического концерна «Энел» проверили протоколы доступа и выяснили, что подоз-
рительные обращения к внутренним системам и базам данных концерна происходят
на протяжении последних полутора лет. IP-адреса указывают на Украину, Мальту
и Южную Африку. Так они, вероятно, и получили код для доступа к счетчикам.
Роутеры были перенастроены таким образом, что вредоносный код удалось распро-
странить по всей сети. Сама атака, как уже известно, прошла в несколько эта-
пов .
- Одно только непонятно, - заметил кто-то из сотрудников. - Как они вообще
добыли данные, чтобы проникнуть в сеть «Энел» и перенастроить счетчики?
- Для профессионалов это не проблема. В последние годы неизвестные проника-
ли в сети практически всех критических инфраструктур. Кто-то винит хакеров,
другие утверждают, что за этим стоят государства, будь то Китай с Россией или
Иран с Северной Кореей. Существует масса способов проникнуть в локальные сети
концерна. Это может быть специально созданный сайт, содержащий «троян», или
«забытая» флешка, которую находит кто-то из сотрудников, или просто электрон-
ное письмо с вирусом. Слабым звеном неизменно остается человек. Не зря многие
государственные структуры и компании давно запретили использование подобных
устройств или ограничивают сотрудникам доступ в Интернет. К сожалению, приро-
да людей такова, что они редко следуют предписаниям. Само собой, уязвимые
части системы должны быть разделены аппаратными средствами. Но в большинстве
случаев это происходит не в полной мере или просто невозможно. Таким образом,
злоумышленники получают доступ к локальным данным. Что касается счетчиков, то
с ними все даже проще: они стоят в каждом доме и их можно купить в Интернете.
Достаточно разобрать его, и уже многое становится понятным. Кроме того, на
специализированных сайтах можно найти массу литературы и инструкций к ним,
даже от самого производителя. Если рассмотреть их внимательнее, выяснится,
что они, как ничто другое, подходят под определенные цели. А именно - они мо-
гут пересылать друг другу данные.
- Но такой счетчик не может принять произвольные данные от стороннего счет-
чика. Должна же быть какая-то процедура аутентификации.
- Она есть, но злоумышленники, вероятно, взломали систему, когда внедрились
в локальную сеть «Энел». При некотором везении, данные аутентификации также
можно найти в Интернете. Удивительно, что порой можно найти, если только
знать, где искать. Стоило им заполучить данные аутентификации, и все прочее
становится делом техники. У нас есть основания полагать, что система распо-
знавания итальянских систем была крайне уязвима. Злоумышленникам достаточно
было взломать необходимые источники данных и ввести вредоносную команду.
- И в ближайшие годы такие системы введут в Европе повсеместно?
Боллар в ответ лишь повел плечами и показал на ряд других изображений.
- Рассмотрим ситуацию в Швеции. В сущности, злоумышленники действовали по
той же схеме. Очагами инфицирования также были избраны три квартиры. И, как и
в первом случае, жильцы оказались вне подозрений. Как и в Италии, с высокой
долей вероятности вредоносный код был введен в программу счетчиков теми людь-
ми, которые представились сотрудниками сервисной службы и о которых у нас нет
никакой информации, кроме примерного описания.
Он встал перед картой Европы по центру стены.
- Но это еще не всё. С недавнего времени нам стали поступать сообщения о
пожарах на подстанциях и подрывах опор высоковольтных линий. Однако опреде-
лить последовательность их действий пока не удалось. Поэтому поиск диверсан-
тов сопряжен с некоторыми трудностями.
Боллар закончил доклад, поблагодарил всех и поспешил обратно в свой каби-
нет. Проверил, нет ли новых сообщений о ситуации на «Сен-Лоран». Утром уро-
вень опасности на электростанции поднялся до третьего по международной шкале.
Населению в радиусе двадцати километров настоятельно советовали не выходить
из дома. Боллар уже в который раз набрал номер родителей. Снова безрезультат-
но.
Шеннон пришлось перестроиться на встречную полосу, чтобы объехать толпу пе-
ред зданием. Только потом она поняла, что люди штурмовали не супермаркет, а
отделение банка. Через две минуты Лорен была уже в самой гуще.
- У меня в кошельке осталось семьдесят евро, - говорил в камеру полноватый
мужчина. - Сейчас за все расплатиться можно только наличными. И кто знает,
долго ли это будет продолжаться... Вот я и решил запастись наличностью. А тут
такое! - Он возмущенно показал через плечо. - Если у них сейчас нет денег,
что же будет дальше? В любом случае завтра я приду спозаранку.
- А что произошло? - спросила Шеннон. - В банке закончились деньги?
- На сегодня, говорят, закончились, потому что слишком много народу снима-
ло . Наличность доставят только завтра. Только время зря потратили.
Шеннон засняла, как несколько человек еще барабанят по стеклам, но и они, в
конце концов, сдались и стали расходиться. Она направила камеру на рукописное
объявление на двери:
«Закрыто по техническим причинам. Выдача наличных будет производиться зав-
тра. Просим принять во внимание, что максимальная сумма снятия - 250 евро на
человека.»
Значит, банк закрыт. Деньги будут только завтра, и то лишь двести пятьдесят
евро на руки. Шеннон заглянула сквозь стекло и заметила в кассовом зале не-
скольких человек. Она постучала несколько раз, пока один из служащих не по-
вернулся. Он покачал головой. А когда Шеннон показала камеру, отвернулся.
Париж
- Мне нужны результаты, - устало произнес Бланшар. - Президент, министр
внутренних дел - все требуют наши головы. К счастью, у них нет альтернатив.
Он с досадой подумал о том, как еще пару дней назад грозился снять головы
другим - а теперь его собственная оказалась на плахе. Вот уже двое суток весь
IT-отдел и два десятка приглашенных экспертов работали без перерыва. Несколь-
ко минут назад его вызывал Альбер Прокте.
- Результаты есть, - сообщил он, - но не обнадеживающие.
Бланшар на мгновение закрыл глаза. Увидел отточенное лезвие занесенного то-
пора. Теперь даже это не имело значения.
- Мы обнаружили часть вредоносного кода. Он содержится в системе последние
полтора года. Эта атака планировалась уже давно. Это значит, что наши резерв-
ные копии нам не помогут, поскольку тоже заражены.
- Так восстановите более ранние версии.
Прокте покачал головой:
- Об этом можно забыть. Полтора года в цифровом мире равносильны столетию в
мире реальном. Такие данные безнадежно устаревают.
- Это значит?..
- Нам придется очистить все компьютеры.
- Но их сотни!
- Пары десятков для начала хватило бы, - заметил Прокте. - Если б не одно
«но».
Бланшар постарался не выказывать отчаяния.
- Что еще? - спросил он, затаив дыхание.
- Те серверы, - пояснил Прокте, - которые остались незатронутыми, пытались
получить доступ к компьютерам, к которым не имеют никакого отношения.
- Хотите сказать...
- Что они тоже заражены. Именно так.
- Это катастрофа, - пробормотал Бланшар. - Сколько уйдет времени?
- Неделя, - тихо ответил Прокте. Но его услышали все. Бланшару показалось,
что молодой человек, обронив это, побледнел еще сильнее. И добавил: - Как ми-
нимум .
- Забудьте! - вскричал Бланшар. - Вы видели утренние новости? В самом серд-
це Франции произойдет ядерная катастрофа, если на станцию «Сен-Лоран» в бли-
жайшее время не поступит электричество для охлаждающих систем. И неизвестно,
где еще назревает подобный сценарий!
Гаага
Боллар растерянно пролистывал новостные ленты.
Информация о контролируемом сбросе радиоактивного пара подтверждается.
(05.26) «Электрисите де Франс», компания-оператор электростанции «Сен-
Лоран», находящейся в аварийном положении, подтверждает информацию о контро-
лируемом сбросе радиоактивного пара в атмосферу для снижения давления в реак-
торе.
Ведомство по атомной безопасности: оболочка реактора не повреждена.
(06.01) Федеральное ведомство Франции по атомной безопасности сообщает, что
корпус реактора первого энергоблока «Сен-Лоран» не пострадал. Система охлаж-
дения второго энергоблока работает без перебоев.
Второй энергоблок поддержит первый
(09.33) Как сообщает компания-оператор «Сен-Лоран», одна из резервных сис-
тем охлаждения исправного энергоблока должна быть в сжатые сроки настроена на
обслуживание первого энергоблока.
Правительство: другие АЭС работают в штатном режиме
Не отрываясь от экрана, Боллар набрал номер родителей и прижал трубку к
уху. Из динамика доносилось лишь тихое, зловещее шипение.
- Вот ведь... - воскликнула Шеннон, когда в комнату вошел Манцано.
Она сидела на краю кровати. Рядом лежали обе камеры, одна из которых была
подключена к ноутбуку у нее на коленях. Но компьютер в этот момент ее не ин-
тересовал : Лорен уставилась в экран телевизора.
- Смотри, - проговорила она, - что творится!
Ведущая передавала из студии Си-Эн-Эн:
- ...азиатский рынок акций болезненно отреагировал на вчерашние новости. Ин-
декс Nikkei снова упал на одиннадцать процентов, более распространенный Topix
- на тринадцать процентов. Шанхай потерял десять процентов, а индекс Hang
Seng опустился на пятнадцать позиций.
- А ты чего ожидала? - спросил Манцано. - Надо надеяться, ты делала ставку
на обрушение курсов, когда раструбила вчерашнюю новость.
Пьеро мало что понимал в финансовых рынках, но и ему было ясно, что новость
Шеннон вызовет дальнейшее проседание курсов по всему миру. Тот, кто вовремя
подстроился под этот обвал, вполне мог озолотиться.
- Да я не об этом, - сказала Лорен. - Читай бегущую строку.
По красной полосе внизу экрана тянулся текст: Авария на французской АЭС.
Отказ системы охлаждения. Выброс радиации. Экстренный репортаж.
- ...переключаемся на нашего корреспондента Джеймса Тернера во Франции.
Джеймс?
- Черт-черт-черт! - прошипела Шеннон. - Почему я не там?!
- Радуйся.
Тернер стоял посреди поля, далеко за его спиной угадывались очертания гра-
дирен электростанции.
- В официальном сообщении говорится, что все системы аварийного охлаждения
первого энергоблока атомной электростанции «Сен-Лоран» отказали. Неизвестно,
как долго реактор пребывает в таком состоянии. Мы находимся примерно в пяти
километрах, на другом берегу Луары. О повреждении реактора точных данных пока
нет...
- Этот гад несколько лет эксплуатировал меня, а теперь дает топовый репор-
таж!
- Ты же вчера дала главную новость.
- Нет ничего более устаревшего, чем вчерашние новости.
- ...в случае повреждения последствия для окружающей среды будут непоправимы.
- Как он вообще вышел в эфир? - спросил Манцано.
- По спутниковой связи.
На месте градирен позади репортера поднялось и стало расти белое облако.
Даже по телевизору был слышен приглушенный хлопок.
- Ох, что это? - Тернер развернулся, устремив взгляд на растущий гриб. -
Произошел взрыв! - закричал он в микрофон. - На атомной электростанции про-
изошел взрыв!
- Я бы на его месте уносил ноги, - проговорил Манцано.
- Взрыв!
- Ему на ум ничего больше не приходит? - проворчала Шеннон.
- Сделать ноги, например.
Но Тернер вновь повернулся к камере. Облако за его спиной медленно распол-
залось , становясь прозрачным.
- Ты это видел? Ты снял? Черт! Можно взглянуть на это еще раз? Студия!
Действительно, редакция уже давала в замедленном повторе приближенное изо-
бражение электростанции. Но, как и в первый раз, разглядеть что-либо было
трудно. Затем на месте градирен резко взметнулось белесое облако.
- Вот черт, - прошептала Шеннон.
- Все еще жалеешь, что не оказалась там? - спросил Манцано.
Командный
центр
Надо признать, что на такое они не рассчитывали. Авария на «Сен-Лоран» вне-
запно поднимала все на новый уровень. И едва ли это помогло бы делу. Никто не
собирался превращать Европу в необитаемую пустыню. Наоборот. Некоторые гово-
рили , что пора прекращать, пока не случилось чего похуже. Он придерживался
иного мнения. Даже если авария на «Сен-Лоран» станет не единственной. Все
равно отступать было поздно. Даже если они деактивируют вредоносные коды и
оставят все системы, куда внедрились, потребуется не один день, чтобы все
восстановить. Кроме того, они понимали, что жертв не избежать. Множества
жертв. Они готовы были мириться с ними. Всякие перемены требовали жертв. «А
как вы себе это представляли?» - вопрошал он недовольных. Нельзя просто
встать и разойтись. Это значило бы отказаться от цели. Цели, ради которой и
они принесли жертвы. Большие жертвы. Сдаться сейчас означало бы снова усту-
пить . Вновь позволить другим принимать решения. Обществу, помешанному на
деньгах и одержимому властью, порядком и продуктивностью, потреблением и соб-
ственным «я». Обществу, жаждущему прибрать к рукам как можно больше. Для ко-
торого человек ничего не значил, и на первом месте было увеличение прибыли.
Для которого существовал лишь фактор стоимости. Мир - источник ресурсов. Про-
дуктивность - его закон, порядок - его святыня, и Я - его Бог. Нет, они не
могли отступить.
Ратинген
- Это катастрофа, - объявил Уикли. - Для всех нас. Энергетическая револю-
ция, современные электросети, интеллектуальные счетчики и все прочее - на
ближайшие годы обо всем этом можно забыть.
Народу в конференц-зале было еще меньше, чем накануне. Некоторые сотрудники
не появились на рабочих местах, в том числе и руководящие лица. Вместо четве-
рых представителей медиаагентств появились только двое: Хенсбек и его помощ-
ница. Все были в плащах или пуховиках.
Люк так и не сумел раздобыть ни запчасти, ни новый генератор, ни дизельное
топливо.
- По всей Европе сетевые компании подтверждают информацию о фатальных ата-
ках на их 1Т-системы, - продолжал Уикли. - Я узнал из неофициальных источни-
ков, что некоторым потребуется на восстановление несколько дней, если не
больше.
- Как бы ни была ужасна сложившаяся ситуация, - заметил Хенсбек, - в этом
кроется наш большой шанс. Стало очевидно, что нынешние системы ничего не сто-
ят и нуждаются в замене.
- Ценю ваш позитивный настрой, Хенсбек, но все не так просто. Уже ни у кого
нет сомнений, что причина в IT-системах. Именно в той части глобальной систе-
мы производства и распределения электроэнергии, которая должна была сыграть
ключевую роль во внедрении новых интеллектуальных систем. А это основная сфе-
ра нашей деятельности. И - сердце наших революционных проектов! Понимаете?
Чтобы обеспечить управление электросетью, необходимо обеспечить ее системой
передачи данных. Те беды, которым долгие годы противостояли банки, страховые
компании и операторы платежных систем, настигли и нас. Только в нашем случае
последствия куда более плачевны, как можно наблюдать. Когда все уляжется, лю-
бые проекты, связанные с информационными технологиями, подвергнутся переоцен-
ке и будут остановлены.
- Ни одна система не гарантирует безопасности, - заметил технический дирек-
тор . - Но мы выходим далеко за пределы всех отраслевых стандартов.
- Такой аргумент имеет силу и в атомной, и в финансовой индустрии, но толь-
ко до очередной аварии или нового обвала. Этого недостаточно. После данной
атаки в сфере электроснабжения еще многие годы будет обсуждаться только одна
тема: безопасность и надежность поставок. Проблемы климата, защита окружающей
среды - обо всем этом никто и не вспомнит. Хорошо, если Европа вообще когда-
нибудь оправится. С начала тысячелетия проблема безопасности еще не обретала
такого значения.
- Простите?.. Ну, конечно. Был ведь даже такой фильм... - начал Хенсбек.
- Я знаю, о каком фильме вы говорите. «Крепкий орешек», четвертая часть.
Нелепая история...
- Но наша тема поднималась уже там.
- Конечно, тогда нам следовало бы признать свою ошибку. Тогда угрозу сочли
бредовым вымыслом параноика. Осознавать опасность начали только в последние
годы. И не стоит, конечно же, забывать о стоимости. Безопасность стоит денег.
- Как теперь выяснилось, экономия обернулась дороже.
Гаага
Шеннон обработала видеофрагменты и теперь загружала все на сайт. Телевизор
был включен.
В комнату вошел Манцано:
- Какие новости?
Он устроился на кровати, раскрыл свой ноутбук и, пока загружалась система,
начал смотреть репортаж по телевизору.
- Хм, - рассеянно отозвалась Шеннон и бросила взгляд на странную зеленую
наклейку на крышке его ноутбука.
Новости о ситуации на «Сен-Лоран» не сулили ничего хорошего. Камера снимала
на значительном удалении. В размытом кадре над электростанцией поднимался
столб дыма.
- То, что мы видим с вами, - это не пар систем охлаждения, - говорила ре-
портер. - После взрыва сегодня в полдень ситуация по-прежнему неясна...
Параллельно Манцано просматривал заголовки новостных порталов в Интернете:
■ Европейские биржи закрыты
■ Заводы автоконцернов в Европе остановлены
■ Мюнхенское страховое общество оценивает ущерб в 1 триллион евро
■ Шестеро работников АЭС «Сен-Лоран» ранены, двое получили дозу облучения
■ Чемпионат мира по хоккею в Швеции отменен
■ Число жертв в Германии достигло 2000 человек
■ «Гринпис»: уровень излучения на «Сен-Лоран» завышен
■ США, Россия, Китай и Турция готовят помощь
■ В Бохуме временно восстановлено электроснабжение
■ Интерпол опубликовал фотороботы подозреваемых
■ Командование НАТО обсуждает сложившееся положение
■ Цена на нефть обваливается на фоне отключений
■ Ведомство по ядерному регулированию: «Сен-Лоран» не станет Чернобылем
или Фукусимой
- То же самое говорили в Японии в первые дни, - пробормотал Манцано. - Пока
не выяснилось, что реактор в первые же минуты вышел из-под контроля.
Брюссель
- Запросы о помощи поступают пока в приемлемых объемах, - заключил Золтан
Наги, глава Центра мониторинга и информации от Венгрии. - Ситуацией на стан-
циях «Сен-Лоран» и «Темелин» занимается МАГАТЭ. Они направили своих экспертов
и держат нас в курсе событий.
Обсуждение текущей ситуации продолжалось в течение получаса. Положение ока-
залось много хуже, чем предполагала Ангстрем и кто-либо другой в Центре мони-
торинга. Теперь осталось лишь уточнить актуальное число техногенных бедствий.
- Запрос поступил из Испании после взрыва на химическом заводе «Абрасел»
под Толедо. Произошел выброс ядовитого газа. Точное число жертв пока неиз-
вестно , но власти называют цифры в несколько десятков человек. Еще несколько
тысяч должны быть эвакуированы, в том числе из уже обустроенных убежищ. США и
Россия собираются направить технические группы, которые помогут в устранении
последствий. Сообщения об авариях с выбросом отравляющих веществ и человече-
скими жертвами поступают из британского Шеффилда, норвежского Бергена, а так-
же из Берна в Швейцарии и болгарской Плевны. Ни одна из стран не запрашивала
международной помощи, число жертв очевидно и не превышает десятка человек.
Таково актуальное положение дел. Следующее совещание состоится через три ча-
са.
Наги уже стал подниматься, но вспомнил что-то еще.
- Да, пока не забыл. Мы получили информацию от брюссельских транспортных
предприятий. Для поддержания работы общественных служб организованы автобус-
ные маршруты. Шесть линий охватывают город в радиусе сорока километров. Авто-
бусы курсируют дважды в день, исключительно для сотрудников полиции, государ-
ственных учреждений и ведомств Европейской комиссии. В третью группу входим и
мы с вами. Завтра утром вас заберут с точек сбора, а вечером развезут обрат-
но . При посадке необходимо предъявить удостоверение. Маршруты и места сбора
вывешены на доске объявлений.
Берлин
Хартланд вскинул голову. За спиной кто-то несколько раз хлопнул.
- Просыпаемся! - окрикнул его кто-то из коллег.
Хартланд смущенно огляделся. Он хотел передохнуть пару минут - и не заме-
тил , как уронил голову на грудь.
- У меня такие новости, что сразу взбодришься, - объявил коллега. - От по-
жарного расчета, который тушил подстанцию в Остеррёнфельде. Они уверены, что
это поджог.
- Дерь... - начал Хартланд, но сдержался. - И почему мы узнаём об этом только
сейчас?
- Потому что они и так сбились с ног. Им некогда разбираться в причинах.
Хартланд, вскочив, подошел к стене, где висела большая карта Германии. На
ней разными цветами были отмечены все известные диверсии и аварии. Местами
под цветными кнопками уже не было видно самой карты.
- Что ж... вероятно, это не совпадение, - проговорил он. - С самого начала
нам сообщили о пожарах на восьми подстанциях.
Он вернулся к рабочему столу, порылся в бумагах.
- Вот, - протянул коллеге листок, - список пострадавших подстанций. Обзвони
все местные пожарные станции. Пусть оперативно выяснят причину возгораний.
Зевенхёйзен
Франсуа Боллар едва не врезался в машину, стоявшую у въезда на подворье. Он
увидел в свете фар, что подъездная дорожка к дому сплошь заставлена автомоби-
лями. Франсуа съехал на луг и только так сумел приблизиться к дому. В некото-
рых машинах находились люди, закутанные в одеяла и теплую одежду. На улице
стояли еще несколько человек. Они проследили, как Боллар поставил машину и
вышел.
- Они никого не впускают! - крикнул ему кто-то.
- Разве что он из хороших, - насмешливо бросил другой.
Некоторые из них прошли за ним до самой двери. Боллар отпер замок, и чья-то
рука схватила его и быстро втянула внутрь. Дверь в тот же миг захлопнулась, и
снаружи донеслись возмущенные крики. Перед Болларом стоял Якуб Хаарлевен. Он
выглядел растерянным. Только теперь Франсуа услышал гул голосов в доме.
- Мы не можем разместить их всех, - пояснил Хаарлевен и двинулся по коридо-
ру.
Когда они миновали обеденный зал, Боллар понял, что имел в виду хозяин.
Столы были сдвинуты к стенам, на полу лежали почти вплотную друг к другу не
меньше сорока человек. Франсуа почувствовал запах немытых тел; кто-то храпел,
другой поскуливал во сне.
- Я сказал им также, что мы не сможем их прокормить, - продолжал Хаарлевен.
- Но что мне оставалось делать? Среди них есть дети, больные и старики. Не
мог же я оставить их замерзать на улице! В двух других комнатах картина та
же.
- А те, что перед дверью?
Хаарлевен обратил к нему беспомощный взгляд:
- Надеюсь, они будут благоразумны.
- Что вы будете делать, когда люди проснутся завтра голодными?
Хозяин пожал плечами:
- Утром и буду об этом думать. Остается только импровизировать. Если элек-
троснабжение не восстановят в ближайшее время, у нас будут серьезные пробле-
мы.
Боллар подивился выдержке этого человека. Или он просто был слишком наивен?
- Вы же работаете при Еврокомиссии...
- В Европоле, - поправил Франсуа.
- Вы ничего не можете сделать для этих людей?
- А что с нидерландскими службами? Есть временные убежища.
- Говорят, и там не хватает мест.
- Сегодня сделать уже ничего получится, - ответил Боллар. - Завтра подумаю,
что можно предпринять.
При этом он мог разве что позвонить в город и спросить, почему для людей не
подготовили достаточно места в убежищах. И при необходимости связаться с по-
лицией, чтобы уберечь владения Хаарлевена и людей в доме. Впрочем, он и сей-
час мог предположить, какие получит ответы.
Боллар поднялся в номер, где разместилась его семья. Не успел он открыть
дверь, как на него буквально набросилась Мари:
- Ты знаешь что-нибудь о родителях?
Он с тяжелым сердцем ждал этого момента.
- Пока нет. Но уверен, у них всё в порядке.
- В порядке? - В ее голосе сквозило отчаяние. - В двадцати километрах взры-
вается атомный реактор, и ты уверен, что у них всё в порядке?
- Где дети?
- Спят уже. Не увиливай.
- Это не взрыв. Правительство говорит...
- А что им остается говорить? - со слезами на глазах кричала Мари.
- Детей разбудишь.
Она начала всхлипывать и молотить его кулаками по груди.
- Ты отправил их туда!
Боллар пытался успокоить ее, обнять, но жена вырывалась и продолжала моло-
тить его.
- Ты их туда отправил!
Боллар злился и при этом чувствовал себя совершенно беспомощным. Он крепко
прижал к себе Мари, так что ее руки оказались зажаты. Поначалу жена сопротив-
лялась, но Франсуа не отпускал, пока не почувствовал, как она сдалась и зары-
дала на его плече.
«Всего четыре дня, - думал он, - а у нас нервы уже на пределе...». Боллар за-
крыл глаза и впервые с детских лет вознес молитву небесам: «Прошу, если Ты
есть, пусть у наших родителей будет все хорошо!»
Гаага
- Все-таки нам повезло, - заключила Шеннон, наматывая спагетти на вилку. -
В который раз убеждаюсь.
- Еще бы, - отозвался Манцано. - Разъезжаешь на «Порше» по местам аварий.
- Поверь, лучше б я без всякого «Порше» сообщила, что всё снова в порядке...
Как движется дело?
- Радость моя, - Пьеро ухмыльнулся, - понимаю, ты ищешь развития вчерашнего
своего успеха, особенно теперь, когда все внимание приковал к себе твой кол-
лега во Франции. Но ничего не выйдет. Знаешь ли, моя работа здесь...
- ...строго засекречена. Я уже поняла.
- Лучше расскажи что-нибудь о себе.
- Главное ты уже знаешь. Выросла в вермонтской глуши, начала учебу в Нью-
Йорке, потом захотелось приключений - и пустилась в путешествие по всему ми-
ру . В итоге застряла в Париже.
- Не самое плохое место, чтобы застрять.
- Что есть, то есть.
- Это было главное. А второстепенное? Как правило, оно куда интереснее.
- Не в моем случае.
- Так себе история для журналиста.
- Твоя лучше?
- А ты еще не копала?
Настала очередь Шеннон усмехаться:
- Ну а как же. Хотя нашлось не так уж много. Не очень-то у тебя насыщенная
жизнь.
- В этом я близок с китайцами: они желают насыщенной жизни только врагу.
Но, как видно, в моем случае кто-то все же высказал такое пожелание.
- Ты так просто взял и уехал из Милана? У тебя есть жена, дети?
- Ни первого, ни второго.
- Почему?
- Это так важно?
- Простое любопытство. Профессиональный недуг. И не молчать же нам весь ве-
чер.
- Пока не повстречал.
- О! В поисках Той Самой? Я думала, этим болеют только женщины.
- Вроде тебя?
Лорен рассмеялась. Ему понравился ее смех.
- А что твои родители? Они тоже в Италии?
- Они умерли.
- Прости.
- Автокатастрофа. Двенадцать лет уже прошло.
Пьеро вспомнил тот день, когда получил известие. То странное чувство онеме-
ния.
- Тоскуешь по ним?
- Нет... не в том смысле. - Манцано осознал, что уже долгое время не думал о
них. - Возможно, нам еще о многом следовало поговорить. Ну, знаешь, до каких-
то мыслей нужно дозреть, что-то приходит с возрастом... Хотя, возможно, люди и
тогда не заговаривают об этом. Кто знает наперед... А что твои?
- Развелись, когда мне было девять. Я осталась с мамой. Отец перебрался в
Чикаго, потом в Сиэтл. Я нечасто его видела.
- А с тех пор как осела в Европе?
- Созваниваюсь с мамой по «Скайпу». Иногда с отцом. Оба вечно твердят, что
неплохо бы им навестить меня здесь. Они ни разу не были в Париже. Но до сих
пор никто так и не добрался.
- Братья-сестры?
- Сводные сестра и брат, от второго отцовского брака. Едва их знаю.
- Значит, единственный ребенок...
- Выходит, что так. - Шеннон состроила мрачную гримасу и добавила театраль-
ным тоном: - Упрямая, бесцеремонная эгоистка.
- Постоянно слышу подобное от своих подруг.
- И от нынешней?
Манцано лишь скривился.
- Что она скажет, если узнает, что ты делишь со мной постель? - спросила
Лорен.
- От меня она ничего не узнает.
Пьеро говорил в единственном числе. Ему не хотелось объяснять свои отноше-
ния с Джулией и Карлой и еще меньше - оправдываться на этот счет. Ему вспом-
нилась Соня Ангстрем.
- Ну, а как же твой Тот Самый? - спросил он.
- Еще найдется, - ответила Шеннон и глотнула вина. Ее глаза дерзко сверкали
поверх бокала.
Ибс-Перзенбойг
Оберштэттер шагал по пустым коридорам. На электростанции остались лишь не-
сколько техников - минимум, необходимый для запуска. Если станет ясно, как
это сделать.
Оставалось лишь догадываться, чего им еще ждать. Уже сейчас ущерб был ко-
лоссальный. В окрестных фермерских хозяйствах полегла большая часть скота.
Животные замерзали или умирали от голода, дойные коровы погибали в мучениях
из-за переполненного вымени. По целым дням на многие километры разносился их
рев. Отец одной его знакомой скончался от инфаркта, потому что не удалось во-
время вызвать «Скорую».
Некоторые просто спасались бегством, и Оберштэттер не мог их винить. Когда
разнеслась весть, что в отдельных регионах Австрии удалось отчасти восстано-
вить электроснабжение, все больше народу стремилось туда. Сам он обитал на
электростанции, словно в персональном раю. Время от времени они с коллегами
привозили своих домочадцев, чтобы те могли согреться и хоть ненадолго ощутить
вкус прежней жизни.
Оберштэттер вошел в южный машинный зал.
- Все готово? - спросил он по рации.
В эти минуты пять инженеров в зале управления напряженно следили за прибо-
рами. В течение часа они выполняли все шаги, необходимые для запуска электро-
станции . До сих пор приборы не показывали никаких ошибок. Еще одно нажатие
клавиши, и генераторы вновь начнут вырабатывать электричество.
- Запускаем, - раздался голос из динамика.
Красные гиганты ожили с утробным гулом.
- Работает! - сообщил Оберштэттер по рации.
- Значит, получилось! - ответил коллега.
Оберштэттер почувствовал облегчение. Четыре дня они получали сообщения о
неисправностях на разных стадиях запуска, проверяли механизмы, и что-то даже
меняли на новое.
- Зараза, - вдруг услышал он по рации.
- что такое?
- Обороты превышены!
- Нет, я бы услышал, - возразил Оберштэттер.
- Но приборы так показывают.
- Быть этого не может.
- Слишком рискованно. Отключаем.
- Продолжаем! - потребовал Оберштэттер. - В случае чего, они сами отключат-
ся.
- А если нет?
- Здесь звук нормальный.
- Приборы показывают, что надо отключать! - доносилось из динамика сквозь
помехи. - Придется. Нельзя рисковать генераторами!
Утробный гул в зале начал спадать и вскоре смолк окончательно.
- Дьявол! - выругался вполголоса Оберштэттер и поднялся обратно в зал
управления. - Дело не в генераторах, - заключил он. - Они работают как часы.
Что-то не так с программным обеспечением.
- Со SCADА-системой? - недоверчиво спросил техник. - Мы проверяли ее от и
до.
- Мы видим сообщения о неисправности, меняем детали, эти сообщения исчеза-
ют , но появляются новые. Не может разом выйти из строя столько механизмов.
Поверь мне, машины работают исправно. Это программа морочит нам головы.
Техник пожал плечами:
- Ну, не знаю... Почему эта ошибка появилась именно сейчас? И откуда она во-
обще могла взяться? Разработчики SCADA-систем особое внимание уделяют качест-
ву и безопасности своей продукции.
- Все же исключать ничего нельзя, - возразил кто-то из инженеров. - Можно
для начала связаться с центральным постом в Вене. Посмотрим, что там скажут.
ДЕНЬ 5
СРЕДА
Зевенхёйзен
Еще до рассвета Боллар проснулся от неясного шума и не сразу сообразил, что
к чему. Он заставил себя подняться, подошел к окну. Перед дверьми собралась
толпа человек в двадцать и требовала впустить их. Франсуа оделся и сошел
вниз. В коридоре было не протолкнуться. Люди наседали на Хаарлевена, говорили
наперебой, требуя отворить дверь. Хозяин как-то сдерживал натиск, прижав к
груди ружье.
Когда Боллар еще служил в полиции, ему приходилось, в том числе, усмирять
демонстрантов. Эти дни остались давно в прошлом, но опыт подсказывал, что на-
долго Хаарлевен их не сдержит. Снаружи доносились глухие удары по двери,
внутри роптали люди. Следовало забрать у него ружье, пока он не натворил глу-
постей .
- Идите в комнаты, - сказал Хаарлевен и опустил ружье. - Я открою дверь, но
поймите, что вы не сможете здесь остаться. Службы спасения обо всех позабо-
тятся .
- До сих пор они особо не утруждались!
- Вот именно!
- Они так и оставят нас помирать с голоду!
- И замерзать!
Боллар уже раздумывал, куда теперь пристроить семью. По всей видимости, им
придется возвращаться домой. Дров для камина у них достаточно. Чего нельзя
было сказать о продуктах и воде. Сам он мог какое-то время получать снабжение
через Европол. Но как долго это продлится?
Из соседней комнаты донесся звон стекла, затем грохот и снова звон стекла.
Хаарлевен перехватил ружье и шагнул вперед. Толпа отпрянула. Боллар положил
руку на оружие и мягко опустил.
- Кто-то разбил окно! - крикнула женщина из обеденного зала. - Прекратите!
Боллар увидел на лестнице напуганную Мари. Он жестом велел ей возвращаться
в комнату. Решение было уже принято, и Франсуа поднялся вслед за женой.
- Собираемся, - объявил он. - Быстро.
Мари поняла все без лишних слов.
Через двадцать минут они спускали по лестнице весь свой багаж, чтобы не
пришлось лишний раз возвращаться в дом.
Дотащили сумки до машин и загрузили. Пришлось просить кое-кого отогнать
свои машины, чтобы Мари могла выехать.
- Дети поедут со мной, - сказал Боллар.
Еще через несколько минут они тронулись. Почти сразу на приборной панели
загорелся сигнал о низком уровне топлива. Он не мог истратить так много. На-
кануне оставалась еще половина бака.
До черты города оставалось всего ничего, когда Мари несколько раз мигнула
фарами. Боллар сбавил скорость, но жена уже съехала на обочину и продолжала
сигналить фарами. Франсуа включил заднюю передачу.
- Оставайтесь в машине, - сказал он детям и вышел.
- Бензин закончился, - сообщила Мари. - Хотя позавчера, когда мы приехали,
бак был почти полный, я уверена. С тех пор никуда не ездила.
- Значит, приборы не обманывают, - ответил Боллар. - У меня тоже топливо на
исходе.
Он проверил крышки бензобаков - сломаны.
Они сложили сумки в его машину, оттащили машину Мари поглубже на обочину и
поехали дальше.
- Хоть бы так до дома доехать, - произнес Жорж с заднего сиденья.
- Когда это уже закончится? - прошептала Мари со слезами на глазах.
Гаага
Дома Франсуа помог ей занести сумки и поехал на работу.
Итак, они снова дома. Хоть и не потому, что все наконец-то закончилось. В
первую очередь Мари разожгла огонь в камине, чтобы хоть в одной комнате было
тепло. Разобрав вещи из сумок, проверила холодильник. Замороженные и скоро-
портящиеся продукты она использовала еще в первые дни. Теперь осталось не так
уж много. В надежде пережить отключение на подворье они не позаботились о
припасах. А остатки за время их отсутствия испортились. В кладовой нашлись
кое-какие консервы, которых должно было хватить на пару дней, - не бог весть
что, но в нынешнем положении выбирать не приходится. Следовало разузнать у
соседей: они наверняка уже знали, где можно раздобыть продукты. Франсуа гово-
рил о таких местах. Может, он был уже в курсе... Затем Мари проверила телевизор
и телефон, заранее зная, что те не подадут признаков жизни. Как там дела у
родителей?
■ Срочное сообщение: Франция эвакуирует население
Министерство внутренних дел Франции подтверждает, что в радиусе пяти кило-
метров вокруг АЭС «Сен-Лоран» началась эвакуация жителей. В эту зону входит
также город Блуа с известным на весь мир замком и предместья Орлеана. Не ис-
ключены дальнейшие меры по эвакуации.
- Господи, - простонал Боллар. Нантёй располагался между Блуа и Сен-
Лораном . Он снова схватился за телефон.
■ Выдача наличных денег ограничена до 100 евро в день
После вчерашних набегов на банки в большинстве европейских стран Центробанк
призывает к спокойствию. «Доставка наличных средств гарантирована», - заверил
председатель правления Жак Тампер. Но выдача будет временно ограничена до ста
евро в сутки на одного человека. Тампер подтверждает, что для поддержки рын-
ков в распоряжении Центробанка имеется сто миллиардов евро.
■ Радиоактивное облако движется на Париж?
Вызывает опасение новость о том, что облако радиоактивных частиц от АЭС
«Сен-Лоран» движется в сторону Парижа. Как заявляют в «Электрисите де Франс»,
накануне был произведен сброс радиоактивного пара для снижения давления в ре-
акторе . По данным руководства электростанции, объем радиоактивных веществ не
превышает допустимых норм.
В дверь постучали.
- Войдите, - сказал Боллар.
Это был Манцано.
Франсуа положил телефонную трубку и жестом пригласил итальянца сесть.
- Неважно выглядите, - заметил Пьеро.
- Маловато спал в последние дни.
- Не вы один... - Вздохнув, Манцано раскрыл перед Болларом ноутбук. - Помни-
те, я просил у вас данные о производителях программного обеспечения для элек-
тростанций?
- Да.
- Кажется, я нашел возможную причину этих непонятных сбоев на электростан-
циях. Их программное обеспечение, во-первых, довольно специфичное, а во-
вторых, очень сложное. Настолько, что атаковать такое количество электростан-
ций просто бессмысленно. Как в таком случае поступить? Я задумался, откуда
нанес бы удар, будь у меня достаточно времени и финансов. Для этого я должен
найти такую лазейку, которая обнаружилась бы у большинства потенциальных
жертв. То есть нечто единое для большинства электростанций, несмотря на все
их различия. Если думать в таком ключе, довольно быстро приходишь к тому, что
SCADA-система подходит для этого как нельзя лучше. Во всем мире их поставляют
всего несколько разработчиков. Разумеется, для каждой электростанции разраба-
тывают специфические решения. Но некоторые части программного обеспечения
одинаковы. Если мне удастся завладеть какими-то из этих частей, я побеждаю.
- Но такие системы ввиду своей структуры предельно надежны, - заметил Бол-
лар и нахмурил брови: - Разве что...
- ...речь идет о ком-то в среде разработчиков, - закончил Пьеро его мысль. -
У меня есть все основания полагать, что так все и произошло. Современные
SCADA-системы уже не так надежны.
- То есть?
- Сравнительно надежными были SCADA-системы первого поколения, когда разра-
ботчики использовали собственные протоколы и архитектуру программных средств.
А в современных системах все чаще прибегают к стандартным решениям, какие ис-
пользуются во всех операционных системах и в Интернете. Это упрощает обслужи-
вание, но заметно повышает риски. Впрочем, должен признать, что мое подозре-
ние основано лишь на статистике.
Манцано загрузил карту Европы со множеством синих точек.
- Это, согласно последним данным, пострадавшие электростанции. Я провел
простое сравнение с соответствующими разработчиками ПО. Результат вас удивит.
Он нажал несколько клавиш. Большинство точек стали красными.
- На всех этих электростанциях установлены системы от одного разработчика.
Пьеро выдержал паузу, чтобы Боллар переварил услышанное.
- Разумеется, я все перепроверил для уверенности. На остальных электростан-
циях работают SCADA-системы от других разработчиков. Если кратко, то в подав-
ляющем большинстве пострадавшие электростанции оснащены системой одного раз-
работчика : «Талэфер».
Командный
центр
Этот итальянец начинал надоедать.
Конечно, следовало ожидать, что рано или поздно тысячи экспертов по всей
Европе выйдут на след. Но никто не рассчитывал, что это произойдет так скоро.
И опять во всем виноват этот итальянец. Сначала счетчики в Италии и Швеции, а
теперь это... Самое время что-то предпринять против него: это могло быть даже
забавным. У них был доступ к его компьютеру. Он набрал несколько команд. На
экране появился список имен, включая Пьеро Манцано. Рядом стоял значок «не в
Сети». Когда итальянец включит компьютер и выйдет в Сеть, его будет ждать не-
большой сюрприз. В каком-то смысле парня было даже немного жаль - этот Манца-
но немногим от них отличался. Как и они, стоял против цепных псов, на собст-
венной шкуре чувствовал удары их дубинок. Как и они, вторгался на запретные
территории, бушевал на бескрайних просторах Сети, пересекал и размывал грани-
цы... Пока однажды не свернул на ложный путь. И раз уж они не смогли вернуть
Манцано на праведную стезю, придется устранить его со своего пути.
Гаага
- Что скажете?
Боллар смотрел в камеру ноутбука. На экране в правом верхнем углу помеща-
лось лицо Карлоса Руиса, директора Европола. Он снова был в отъезде, на этот
раз в Брюсселе, на совещании с руководителями различных организаций Евросою-
за.
- Можно двинуться по этому следу, - произнес директор. - Мы должны хватать-
ся за любую возможность. Время не на нашей стороне.
На это Боллар и надеялся. Связавшись с этой американской журналисткой, Ман-
цано подтвердил его худшие опасения. Хоть итальянец формально и не нарушал
договор о неразглашении, Франсуа не доверял ему ни на йоту. Ему хотелось по-
скорее избавиться от этого псевдореволюционера.
- Как по-вашему, - спросил он Руиса, - если отправим Манцано в штаб-
квартиру «Талэфер», чтобы он там помог?
Пусть немцы с ним возятся.
- Если он вам не нужен...
- Нам нужен каждый, но если его гипотеза подтвердится, то он наверняка при-
годится там.
- Предложите ему.
«Наконец-то, - подумал Боллар. - Прощай, Пьеро Манцано!»
Ратинген
- Что они хотят? - переспросил Уикли.
- Получить доступ к программному обеспечению, - повторил технический дирек-
тор . Он раздобыл спутниковый телефон и сумел связаться с офисом в Бангалоре.
- Мы только сейчас смогли наладить связь, получается позвонить три-четыре
раза в день.
- И теперь поступил запрос?
Над главным зданием «Талэфер АГ» простиралось серое небо. Зима навевала
уныние. Особенно если в офисе температура не поднималась выше десяти градусов
и приходилось кутаться в пуховики и шарфы. Они являли собой смешное зрелище.
Уикли уже тосковал по Бангалору.
- Три оператора сообщают о проблемах на электростанциях. Сами разобраться
не смогли и просят у нас поддержки.
- Значит, мы обязаны ее предоставить. Что конкретно у них стряслось?
- Точно пока не знаем. Проблема в том, что обычно наши сервисные службы
подключаются к ним по Сети и проверяют систему. Но поскольку Интернет не ра-
ботает , это невозможно.
В ушах у Уикли поднялся странный шелест, постепенно перерастая в гул. Он
уже дважды обращался в больницу из-за временной потери слуха. Меньше всего
сейчас нужны были эти проблемы. Шум становился громче, появился какой-то
треск.
- Что это? - спросил технический директор.
- Вы тоже слышите? - Уикли постарался скрыть облегчение. Это был не самый
подходящий момент, чтобы выказывать слабость.
Теперь шум заполнял все вокруг. На окно кабинета легла тень. Уикли различил
темно-синий силуэт, затем - рокот вертолета, который медленно опускался на
парковку перед зданием.
- Какого...
Они бросились к окну и проследили, как вертолет приземлился между машинами.
В тот же миг из него выпрыгнули четыре силуэта, нагруженные тяжелыми сумками,
которые побросали на асфальт. Двое, пригнувшись, побежали ко входу, двое дру-
гих остались стоять. Уикли разглядел надпись на фюзеляже.
- Полиция?
- Что они здесь забыли? - Технический директор удивился не меньше.
Из брюха вертолета стали появляться ящики, и двое оставшихся принимали их и
складывали рядом с сумками. Потом появились еще два пассажира, и один из них
подал знак. Вертолет снова поднялся в воздух и, заложив протяженный вираж,
скрылся из виду. На все ушло не больше трех минут. Затем в дверь постучали.
Они сидели в небольшом конференц-зале, сразу за вестибюлем. Уикли смерил
Хартланда взглядом, затем прокашлялся и спросил:
- На каком основании вы собираетесь проводить проверку?
За долгие годы в ведомстве по уголовным делам Хартланд приучился общаться,
в том числе, с главами международных концернов. Уикли сразу не понравился ему
своим высокомерием, но он привык к этому и оставался невозмутимым.
- Расследование на предмет террористической активности, если кратко. Я не
имею в виду, что вы как-то вовлечены в это, - поспешил он сгладить угол. - Но
кто-то в вашей организации может быть причастен. Если это так, вам, конечно,
хотелось бы по возможности быстрее внести ясность?
Уикли взвесил слова Хартланда.
- Наша SCADA-система? Это невозможно! - ответил он возмущенно и решительно.
Хартланд ожидал такой реакции. Он развернул список, который получил от Ев-
ропола, положил перед Уикли и изложил факты.
- Это, должно быть, ошибка, - стоял на своем тот.
- Ошибка или нет, - заявил Хартланд, - но мы должны провести проверку. Пре-
доставьте нам, пожалуйста, список всех сотрудников, которые работали над этим
проектом. Кроме того, нам хотелось бы провести встречу сегодня с руководящим
составом. Со мной IT-эксперты Федерального ведомства по уголовным делам. Они
помогут вашим сотрудникам в поисках возможных ошибок.
- Боюсь, это будет не так просто, - отреагировал Уикли.
Хартланд видел, что это признание дается ему непросто. Он не ответил и
ждал, что тот еще скажет.
- Наша система аварийного питания не была рассчитана на такой случай. Мно-
гие сотрудники не могут попасть на работу, общественный транспорт встал, а
топливо закончилось. И без электричества мы не можем включить компьютеры, на
которых хранятся все данные.
И это один из крупнейших поставщиков энергетических концернов, подумал
Хартланд, но воздержался от комментариев и лишь кивнул:
- Я об этом позабочусь.
Гаага
На экране тянулся конвой из военных машин и бензовозов. Манцано вспомнил
одноименный фильм, снятый в конце семидесятых.
- Авария во Франции вызвала беспокойство в других странах Европы. Охраняе-
мые колонны доставят дизельное топливо на атомные электростанции, что обеспе-
чит бесперебойную работу систем охлаждения.
Собравшиеся в конференц-зале Европола следили за репортажем.
- За исключением электростанции «Сен-Лоран», все атомные реакторы на конти-
ненте и Британских островах находятся в относительно стабильном состоянии, -
сообщал репортер. - Международное агентство по атомной энергии сообщает о не-
исправностях на двенадцати электростанциях. Только на станции «Темелин» в
Чешской Республике положение по-прежнему напряженное. А вот из Франции посту-
пают тревожные новости.
Они давно следили за новостями только от Си-Эн-Эн. Национальные и европей-
ские телеканалы вынуждены были приостановить вещание. На экране появилось
размытое, зернистое изображение электростанции. Одно из строений внезапно
распалось в громадном облаке.
- На электростанции «Сен-Лоран» произошел второй взрыв. Здание серьезно по-
вреждено .
Люди в жутких защитных костюмах, как гигантские насекомые, неуклюже пере-
двигались по территории электростанции. В их руках трещали дозиметры.
- Замеры показали, что уровень радиации превышен в тридцать раз.
Человек в комбинезоне с логотипом «Гринписа» показал на камеру дозиметр.
- Организации по защите окружающей среды сообщают, что в радиусе двадцати
километров от электростанции уровень облучения опасен для здоровья.
Колонны военных грузовиков, внутри которых теснились закутанные в зеленое
солдаты специальных подразделений, казалось, приехали со съемок фильма-
катастрофы .
- Французское правительство постановило эвакуировать население в радиусе
двадцати километров.
Кадры из временных убежищ в каждом репортаже уже стали привычными. Манцано
заметил, как Боллар набирает номер и, приложив трубку к уху, смотрит репор-
таж.
На экране появились кадры с аэродрома. Грузовики, словно игрушечные, исче-
зали в недрах громадного самолета, как планктон в пасти кита. На других кад-
рах солдаты грузили ящики и перегоняли машины.
- США, Россия, Турция, Китай, Япония и Индия готовят к отправке первые спа-
сательные группы.
Боллар, так и не дождавшись ответа, положил трубку.
- Пора прекращать это безумие, - сказал кто-то.
Остальные хранили молчание.
Ратинген
Хартланд организовал оперативный штаб в одном из конференц-залов за вести-
бюлем. Столы были сдвинуты в вытянутый прямоугольник. С одного конца стояли
компьютеры его сотрудников. Другую половину отвели для совещаний. Генераторы,
расставленные во дворе, давали достаточно энергии для ноутбуков и санузлов на
первом этаже. Техники отключили лифты и электроснабжение верхних этажей. Даже
Уикли был вынужден оставить свой кабинет и спуститься к ним. Но это не поме-
шало ему занять отдельное помещение, где он и устроил себе временный кабинет.
Однако сейчас Уикли присоединился к остальным и говорил о положении дела
внутри концерна.
- Наша команда разработчиков включает семь инженеров, двое из них здесь с
нами. Всего в штате около ста двадцати человек. Подробнее вам доложит госпо-
дин Динхоф.
Высокий худощавый мужчина с венцом седеющих волос и бородой взял в руки от-
печатанный лист, пробежал глазами и сообщил:
- Трое наших менеджеров в отпуске, пока мы не смогли с ними связаться. Еще
двое проживают в Дюссельдорфе, но, вероятно, им пришлось перебраться в какое-
то из временных убежищ; нам пока неизвестно в какое. Возможно, вы могли бы
помочь нам в поисках - у вас наверняка есть доступ к соответствующим службам,
- он взглянул на Хартланда.
- Я за этим прослежу, - кивнул тот.
- Из всех сотрудников до сих пор мы смогли связаться только с десятью. К
остальным пока не добирались, поскольку у нас не хватает людей и топлива для
машин. Кого-то мы просто не застали дома. - Он отложил листок в сторону.
- Дайте нам список имен и адреса, - попросил Хартланд. - Мы постараемся их
разыскать.
Динхоф кивнул.
- Что касается SCADA-систем, то мы смогли начать анализ только утром. Сис-
темы хоть и содержат в своей основе несколько общих модулей, но мы приспосаб-
ливаем их для каждого клиента индивидуально. Само собой, в первую очередь
проверим эти базовые протоколы. В случае если наши системы действительно ста-
ли причиной сбоев, то дефект, вероятнее всего, содержится именно в них, учи-
тывая количество затронутых электростанций.
- Хорошо, - сказал Хартланд. - Продолжайте работу. А мы постараемся разы-
скать и привезти ваших сотрудников.
Выставочный зал располагался в современном, функциональном здании. Над вхо-
дом белыми буквами красовалась надпись «Dumeklemmerhalle»5.
Перед входом группами стояли люди, тихо переговаривались или курили. Харт-
ланд прошел в просторный холл. Там, где обычно посетители покупали билеты,
встречались перед мероприятиями, запасались попкорном и напитками, сейчас на-
ходились люди в зимней одежде, хотя внутри было заметно теплее. Через широкие
двери Хартланд заглядывал в большие залы. На мгновение время словно поверну-
лось вспять: вспомнился 1997 год, он проходил службу в армии и состоял в спа-
сательном отряде при разливе Одера.
На досках, поверх цен на билеты, снэки и напитки, висели белые таблички с
простыми надписями: «Прием», «Красный крест», «Группа добровольцев», «Матери-
альная помощь». Указатели к туалетам, душевым и пунктам выдачи продовольст-
вия, расположенным в других помещениях. Вдоль стены висели многочисленные ли-
стки и фотографии - некое подобие доски объявлений, как предположил Хартланд.
Он подошел к пункту приема. Пожилая тучная женщина встретила его хмурым
взглядом. Хартланд представился и положил перед ней список из тридцати семи
имен.
5 Dumeklemmer (Daumenklemmer) - так традиционно называют жителей Ратингена, и от
этого произошли названия многих заведений в самом городе.
- У вас отмечался кто-то из этих людей?
Женщина без лишних слов развернулась к шкафу высотой в человеческий рост и
принялась, выдвигая ящики один за другим, перебирать карточки. Время от вре-
мени она сверялась со списком Хартланда и делала пометки на листке.
Хартланд тем временем наблюдал за людьми. Они не выглядели напуганными или
обеспокоенными. Казалось даже, что ждали начала какого-то мероприятия. Их
разговоры сливались в общий гул, который наполнял холл.
- Одиннадцать человек действительно здесь, - произнесла за его спиной жен-
щина.
По всему холлу ровными рядами стояли простые койки. Некоторые были завешены
простынями, что создавало хоть какое-то подобие личного пространства. Воздух
был тяжелый, спертый, пахло сырой одеждой, потом и, едва уловимо, мочой. Люди
сидели или лежали на матрасах - разговаривали, читали, смотрели в пустоту,
спали.
Хартланд пробежал глазами список, сверился с планом и отправился на поиски.
На первом этаже штаб-квартиры «Талэфер» убрали передвижные перегородки, так
что теперь он представлял собой один просторный зал. На сдвинутых в длинный
ряд столах были расставлены сто двадцать ноутбуков. Примерно две трети рабо-
чих мест были заняты, преимущественно мужчинами. Многие из них не брились уже
несколько дней и не принимали душ. Следовало что-то предпринять в самое бли-
жайшее время. Люди Хартланда запросили у службы техпомощи два полевых душа с
баками, которыми мог бы воспользоваться любой желающий.
- Мы разыскали восемьдесят три человека из ста девятнадцати, - сообщил
Хартланд. - Тридцать человек в отпуске, еще десятерых пока не нашли. Руково-
дство в полном составе - за исключением Драгенау, Ковальски и Валлиса. По
словам коллег, Драгенау отдыхает на Бали, Ковальски - в Кении, а Валлис - на
лыжном курорте в Швейцарии. Пока ни с кем из них не удалось связаться.
- Теперь людей вполне достаточно, - сказал Динхоф. - И все же это займет
время, поскольку необходимо проверить изменения за последние несколько лет.
Если мы действительно имеем дело с диверсией, то невозможно было устроить все
за одну ночь. Кроме того, нам придется провести проверку, по меньшей мере,
дважды.
- Это еще почему? - спросил Уикли.
- В случае если злоумышленник проверит собственный код, вряд ли он сообщит
нам, - ответил Хартланд. - Поэтому мы следуем принципу двойного контроля.
- Но главная проблема состоит в том, - продолжал Динхоф, - что мы не знаем,
что ищем. Мы в буквальном смысле ворошим гигантскую кучу сена в поисках игол-
ки.
- Если она вообще там есть, - добавил Уикли.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Разное
УКАЗАТЕЛЬ ФИЗИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ
9. КОНТАКТНЫЕ,
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
И ЭМИССИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ
■ Зильберман Г.Е. Электричество и магнетизм. М., "НАУКА", 1970
9.1. При контакте двух разных металлов один из них заряжается положительно,
другой - отрицательно и между ними возникает разность потенциалов, называемая
контактной. Она не очень мала - от десятых долей вольта до нескольких вольт и
зависит только от химического состава и температуры контактирующих тел " (За-
кон Вольта)"
Контактная разность потенциалов возникает не только между двумя металлами,
но и между двумя полупроводниками полупроводником и металлом, двумя диэлек-
триками и т.д., причем соприкасающиеся тела могут быть не только твердыми, но
и жидкими.
■ "Юный техник", №3 стр.17, 1976
9.1.1. В основе трибоэлектричества (электризации тел при трении) также ле-
жат контактные явления. Причем знаки зарядов, возникающих при трении двух
тел, определяются их составом, плотностью, диэлектрической проницаемостью,
состоянием поверхности и т.д. Трибоэлектричество возникает при просеивании
порошков, разбрызгивании жидкостей, трении газов о поверхности тел и в других
подобных случаях.
Другой интересный пример - электростатический коагулятор. Он предназначен
для очистки воздуха в штреках. Вентилятор гонит по трубе запыленный воздух.
Труба разделяется на два рукава один из фторопласта, другой - из оргстекла.
Пылинки антрацита трущиеся о стенки, заряжаются по-разному: на фторопласте
положительно, на оргстекле отрицательно. Потом рукава сходятся в общую каме-
ру , где размноженные частицы антрацита притягиваются, сливаются и падают.
9.1.2. При контакте металла с проводником наблюдается вентильный эффект.
Контактный слой на границе металла и полупроводника обладает односторонней
проводимостью, что используется, например, для выпрямления переменного тока в
точечных диодах. При контакте полупроводников разных типов проводимости обра-
зуется р-n переход, также обладающий вентильными свойствами. Это явление ис-
пользуется во многих типах полупроводниковых приборов.
9.2. В металлах полупроводниках процессы переноса зарядов (электрический
ток) и энергии взаимосвязаны, так как осуществляются посредством перемещения
подвижных носителей тока электронов проводимости и дырок. Эта взаимосвязь
обуславливает ряд явлений (Зеебека, Пельтье, и Томсона), которые называют
термоэлектрическими явлениями.
9.2.1. Эффект Зеебека
Эффект Зеебека состоит в том, что в замкнутой электрической цепи из разно-
родных металлов возникает термо э.д.с. если места контактов поддерживаются
при разных температурах. Эта ЭДС зависит только от температуры и от природы
материалов, составляющих термоэлемент. Термо э.д.с. для пар металлов может
достигать 50 мкВ/градус; в случае полупроводниковых материалов величина термо
э.д.с выше (102...103 мкВ/градус) .
Если в разрыв одной из ветвей термоэлемента включить последовательно любое
число проводников любого состава, все спаи (контакты) которых поддерживаются
при одной и той же температуре, то термо э.д.с. в такой системе будет равна
термо э.д.с исходного элемента.
При измерении физического состояния веществ, участвующих в контакте изменя-
ется и величина термо э.д.с.
Между металлом, сжатым всестороннем давлением, и тем же металлом, находя-
щемся при нормальном давлении тоже возникает термо э.д.с.
Например, для железа при температуре 100 градусов С и давлении 12 кбар,
термо э.д.с равна 12,8 мкВ. При насыщении металла или сплава в магнитном поле
относительно того же вещества без магнитного поля возникает термо э.д.с по-
рядка 0 . 9 мкВ/градус
9.2.2. Эффект Пельтье
При прохождении тока через спай различных металлов кроме джоулева тепла до-
полнительно выделяется или поглощается, в зависимости от направления тока,
некоторое количество тепловых (спай сурьма-висьмут при 20 С -10,7
мкал/Кулон). При этом количество теплоты пропорционально первой степени тока.
9.2.3. Явление Томсона
Явлением Томсона называют выделение или поглощение теплоты, избыточной над
джоулевой, при прохождении тока по неравномерно нагретому однородному провод-
нику или полупроводнику.
9.3. При контакте тел с вакуумом или газами наблюдается электронная эмиссия
- выпускание электронов телами под влиянием внешних воздействий: нагревания
(термоэлектронная эмиссия) потока фотонов (фотоэмиссия), потока электронов
(вторичная эмиссия), потока ионов, сильного электрического поля (автоэлек-
тронная или холодная эмиссия), механических или других "портящих структуру"
воздействий (акзоэлектронная эмиссия).
Во всех видах эмиссий, кроме автоэлектронной, роль внешних воздействий сво-
дится к увеличению энергии части электронов или отдельных электронов тела до
значения, позволяющего им преодолеть потенциальный порох1 на границе тела с
последующим выходом и вакуум или другую среду.
■ Таблица физических величин. М., "Атомиздат", 1976, стр.444
9.3.1. В случае автоэлектронной эмиссии внешнее электрическое поле превра-
щают потенциальный порох1 на границе тела в барьер конечной ширины, и уменьша-
ет его высоту относительно высоты первоначального порога, вследствие чего
становиться возможным квантово-механическое туннелирование электронов сквозь
барьер. При этом эмиссия происходит без затраты энергии электрическим полем.
9.3.2. Наличие на поверхности металла тонких диэлектрических пленок в силь-
ных полях не мешает походу электронов через потенциальный барьер. Это явление
называется эффектом Мольтера.
9.3.3. Туннелирование электронов по потенциальным барьерам широко использу-
ется в специальных полупроводниковых приборах - туннельных диодах. На высоту
туннельного барьера можно влиять не только электрическим полем, но и другими
воздействиями
10. ГАЛЬВАНО- И
ТЕРМОМАГНИТНЫЕ
ЯВЛЕНИЯ
10.1. Гальваномагнитные явления - это совокупность явлений, возникающих под
действием магнитного поля в проводниках и полупроводниках, по которым проте-
кает электрический ток.
■ "Радио", №9, 1964, стр.53
10.1.1. В направлении перпендикулярном направлениям магнитного поля и на-
правлению тока, возникает электрическое поле (эффект Холла).
Коэффициент Холла может быть положительным и отрицательным и даже менять
знак с изменением температуры. Для большинства металлов наблюдается почти
полная независимость коэффициента Холла от температуры. Резко аномальным эф-
фектом Холла обладает висмут, мышьяк и сурьма. В ферромагнетиках наблюдается
особый, ферромагнитный эффект Холла. Коэффициент Холла достигает максимума в
точке Кюри, а затем снижается.
10.1.2. В направлении перпендикулярном к направлению магнитного поля и на-
правлению тока возникает температурный градиент (разность температур) эффект
Эттингсгаузена.
10.1.3. Изменяется сопротивление проводника, что эквивалентно возникновению
добавочной разности потенциалов вдоль направления электрического тока. Для
обычных металлов это изменение мало - порядка 0,1% в поле 20 кВ, однако для
висмута и полупроводников величина изменения может достигать 200% (в полях 80
кв.) .
10.1.4. Термомагнитные явления - совокупность явлений, возникающих под дей-
ствием магнитного поля в проводниках, внутри которых имеется тепловой поток.
При поперечном замагничивании проводника возникает следующие термомагнитные
явления.
10.2.1. В направлении перпендикулярном градиенту температур и направлению
магнитного поля возникает градиент температур (эффект Риге-Ледюка).
10.2.3. При продольном намагничивании образца изменяется сопротивление,
термо - э.д.с, теплопроводность (появляется тепловой поток).
10.2.4. Электронный фототермомагнитный эффект - появление э.д.с. в однород-
ном проводнике (полупроводнике или металле), помещенном в магнитном поле,
обусловленное поглощением электромагнитного получения свободными носителями
заряда. Магнитное поле должно быть перпендикулярно потоку излучения. Этот эф-
фект применяется в высокочувствительных 10~13 втсек1'2 приемниках длинноволно-
вого инфракрасного излучения. Постоянная времени эффекта - 10~7 сек.
11. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
РАЗРЯДЫ В ГАЗАХ
11.1. В обычных условиях любой газ, будь то воздух или пары серебра, явля-
ется изолятором. Для того, чтобы под действием электрического поля возник
ток, требуется каким-то способом ионизовать молекулы газа. Внешние проявления
и характеристики разрядов в газе чрезвычайно разнообразны, что объясняется
широким диапазоном параметров и элементарных процессов, определяющих прохож-
дения тока через газ. К первым относятся состав и давление газа, геометриче-
ская конфигурация разрядного пространства, частота внешнего электрического
поля, сила тока и т.п., ко вторым - ионизация и возбуждение атомов и молекул
газа, рекомендация удары второго рода, упругое рассеяние носителей заряда,
различные виды эмиссии электронов. Такое многообразие управляемых факторов
создает предпосылки для весьма широкого применения газовых разрядов.
11.1.1. Потенциалом ионизации называется энергия, необходимая для отрыва
электрона от атома или иона. Для нейтронных невозбужденных атомов величина
этой энергии изменяется от 4 (К) до 24 (Не) электрон-вольт. В случае молекул
и радикалов энергия разрывов связей лежит в пределах 0,06...11,1 эВ.
11.1.2. Фотоионизация атомов
Атомы могут ионизироваться при поглощении квантов света, энергия которых
равна потенциалу ионизации атома или превосходит ее.
11.1.3. Поверхностная ионизация
Адсорбированный атом может покинуть нагретую поверхность, как в атомном,
так и в ионизованном состоянии. Для ионизации необходимо, чтобы работа выхода
поверхности была больше энергии ионизации уровня валентного электрона адсор-
бированного атома (щелочные металлы на вольфраме и платине),
11.1.4. Процессы ионизации используются не только для возбуждения различных
видов газовых разрядов, но и для интенсификации различных химических реакций
и для управления потоками газов с помощью электрических магнитных полей.
11.2. Обычно газовый разряд происходит между проводящими электродами соз-
дающими граничную конфигурацию электрического поля и играющими значительную
роль в качестве источников и стоков заряженных частиц. Однако наличие элек-
тродов необязательно (высокочастотный торроидальный заряд).
11.3. При достаточно больших давлениях и длинах разрядного промежутка ос-
новную роль в возникновении и протекании разряда играет газовая среда. Под-
держание разрядного тока определяется поддерживанием равновесной ионизации
газа, происходящий при малых токах за счет гауноендовских процессов каскадной
ионизации, а при больших токах за счет термической ионизации.
При уменьшении давления газа и длины разрядного промежутка все большую роль
играют процессы на электродах; при Р = 0,02...0,4 мм.рт.ст/см процессы на элек-
тродах становятся определяющими.
11.4. При малых разрядных токах между холодными электродами и достаточно
однородном поле основным типом разряда является тлеющий разряд, характеризую-
щийся значительным (50-400 В) катодным падением потенциала. Катод в этом типе
разряда испускает электроны под действием заряженных частиц и световых кван-
тов, а тепловые явления не играют роли в поддерживании разряда.
11.5. Примесь молекулярных газов в разрядном промежутке при коронном разря-
де приведет к образованию страт, т.е. расположенных поперек градиента элек-
трического поля темных и светлых полос.
11.6. Тлеющий разряд в сильно неоднородном электрическом поле и значитель-
ном (Р = 100 мм.рт.ст.) давлении называют коронным. Ток коронного разряда
имеет характер импульсов, вызываемых электронными лавинами. Частота появления
импульсов 10-100 кГц.
11.7. Дуговой разряд наблюдается при силе тока не менее нескольких ампер.
Для этого типа разряда характерно малое (до 10 В) катодное падение потенциала
и высокая плотность тока. Для дугового разряда существенна высокая электрон-
ная эмиссия катода и термическая ионизация в плазменном столбе. Спектр дуги
обычно содержит линии материала катода.
11.8. Искровой разряд начинается с образования стример - саморапространяю-
щихся электронных лавин, образующих проводящий канал между электродами. Вто-
рая стадия искрового разряда - главный разряд - происходит вдоль канала, об-
разованного стримером, а по своим характеристикам близка к дуговому разряду,
ограниченному во времени емкостью электродов и недостаточностью питания. При
давлении 1 атм., материал и состояние электродов не оказывает влияния на про-
бивное напряжение в этом виде разряда.
Расстояние между сферическими электродами, соответствующее возникновению
искрового пробоя весьма часто служит для измерения высокого напряжения.
11.9. Факельный разряд - особый вид высокочастотного одноэлектродного раз-
ряда. При давлениях, близких к атмосферному или выше его, факельный разряд
имеет форму пламени свечи. Этот вид разряда может существовать при частотах
10 МГц, при достаточной мощности источника.
11.10. При изучении заряженного острия наблюдается интересный эффект - так
называемое стекание зарядов с острия. В действительности никакого стекания
нет. Механизм этого явления следующий: имеющиеся в воздухе в небольшом коли-
честве свободные заряды в близи острия разгоняются и, ударяясь об атомы газа,
ионизируют их. Создается область пространственного заряда, откуда ионы того
де знака, что и острие, выталкиваются полем, увлекая за собой атомы газа. По-
ток атомов и ионов создает впечатление стекания зарядов. При этом острие раз-
ряжается, и одновременно получает импульс, направленный против острия.
■ Таблицы физических величин. М., "Атомиздат", 1976
12. ЭЛЕКТРО-
КИНЕТИЧЕСКИЕ
ЯВЛЕНИЯ
Эффекты, связанные с относительным движением двух фаз под действием элек-
трического поля, а также возникновение разности потенциалов при относительном
смещении двух фаз, на границе между которыми существует двойной электрический
слой, называется электрокинетическими явлениями.
12.1. Электроосмос (электроэндоосмос) - движение жидкостей или газов через
капилляры, твердые пористые диафрагмы и мембраны, а также через слои очень
мелких частиц под действием внешнего электрического поля.
Электроосмос применяется при очистке коллоидных растворов от примесей, для
очистки глицерина, сахарных сиропов, желатина, воды, при дублении кож, а так-
же при окраске некоторых материалов.
12.2. Эффект обратный электроосмосу - возникновение разности потенциалов
между концами капилляра, а также между противоположными поверхностными диа-
фрагмами мембраны для другой пористой среды при продавлении через них жидко-
сти (потенциал течения).
12.3. Электрофорез (катофорез) - движение под действием внешнего электриче-
ского поля твердых частиц, пузырьков газа, капель жидкости, а также коллоид-
ных частиц, находящихся во взвешенном состоянии в жидкой или газообразной
среде.
Электрофорез применяют при определении взвешенных в жидкости мелких частиц,
не поддающихся фильтрованию или сжиманию, для обезвоживания торфа, очистки
глины или каолина, обезвоживания красок, осаждение каучука из латекса, разде-
ления масляных эмульсий, осаждения дымов и туманов.
12.4. Эффект обратный электрофорезу - возникновение разности потенциалов и
жидкости в результате движения частиц, вызванного силами не электрического
характера, например, при оседании частиц в поле тяжести, при движении в ульт-
развуковом или центробежном поле (седиментационный потенциал или потенциал
оседания).
12.5. Электрокапиллярные явления - явления связанные с зависимостью величи-
ны поверхностного натяжения на границе раздела электрод-раствор от потенциала
электрода.
■ Краткая химическая энциклопедия. М.,1967, т.5, стр.934-936.
13. СВЕТ
И ВЕЩЕСТВО
13.1. Свет. Видимое. УФ и ИК-излучение
Свет это совокупность электромагнитных волн различной длины. Диапазон длин
волн видимого света - от 0,4 до 0,75 мкм. К нему примыкают области невидимого
света - ультрафиолетовая (от 0,4 до 0,1 мкм) и инфракрасная (от 0,75 до 750
мкм) .
Видимый свет доносит до нас большую часть информации из внешнего мира. По-
мимо зрительного восприятия, свет можно обнаружить по его тепловому эффекту,
по его электрическому действию или по вызываемой им химической реакции. Вос-
приятие света сетчаткой глаза является одним из примеров его фотохимического
действия. В зрительном восприятии определенной длине волны света сопутствует
определенный цвет. Так излучение с длиной волны 0,48-0,5 мкм будет голубым;
0,56-0,59 - желтым; 0,62-0,75 - красным. Естественный белый свет, есть сово-
купность волн различной длины, распространяющихся одновременно. Его можно
разложить на составляющие и выцедить их с помощью спектральных приборов
(призм, дифракционных решеток, светофильтров).
Как и всякая волна, свет несет с собой энергию, которая зависит от длины
волны (или частоты) излучения.
Ультрафиолетовое излучение, как более коротковолновое, характеризуется
большей энергией и более сильным взаимодействием с веществом, чем объясняется
широкое его использование в изобретательской практике. Например, излучение
ультрафиолетом может инициировать или усиливать многие химические реакции.
Существенно влияние ультрафиолета на биологические объекты, например, его
бактерицидное действие.
Следует помнить, что ультрафиолетовое излучение очень сильно поглощается
большинством веществ, что не позволяет применить при работе с ним обычную
стеклянную оптику. До 0,18 мкм используют кварц, фтористый литий, до 0,12 мкм
- флюорит; для еще более коротких волн приходится применять отражательную оп-
тику.
Еще более широко в технике используют длинноволновую часть спектра - инфра-
красное излучение. Отметить здесь приборы ночного видения, ИК-спектроскопию,
тепловую обработку материалов, лазерную технику, измерение на расстоянии тем-
пературы предметов.
Интересное свойство ИК-лучей обнаружили польские ученые: прямое облучение
стальных изделий светом инфракрасных ламп сдерживает процессы коррозии не
только в условиях обычного хранения, но и при повышении влажности и содержа-
ния сернистых газов.
Сильным изобретательским приемом является переход от одного диапазона излу-
чения к другому.
13.1.1. Световое излучение может передавать свою энергию телу не только на-
гревая его или возбуждая его атомы, но и в виде механического давления. Све-
товое давление проявляется в том, что на освещаемую поверхность тела в на-
правлении распространения света действует распределенная сила, пропорциональ-
ная плотности световой энергии и зависящая от оптических свойств поверхности.
Световое давление на полностью отражающую зеркальную поверхность вдвое боль-
ше, чем на полностью поглощающую при прочих равных условиях.
Объяснить это явление можно как с волновой, так и с корпускулярной точек
зрения на природу света. В первом случае это результат взаимодействия элек-
трического тока, наведенного в теле электрическим полем световой волны, с ее
магнитным полем по закону Ампера. Во втором - результат передачи импульса фо-
тонов поглощающей или отражающей стенке.
Величина светового давления мала. Так, яркий солнечный свет давит на 1
кв.м. черной поверхности с силой всего лишь 0, 4 мг. Однако простота управле-
ния световым потоком, поксеонтактностьп воздействия и "избирательность" све-
тового давления в отношении тел с различными поглощающими и отражающими свой-
ствами позволяют с успехом использовать это явление в изобретательстве (на-
пример, фотонная ракета).
■ Ландсберг Г.С. Оптика, М., "Наука", 1976 г.
■ Беллами Л. Инфракрасные спектры молекул, 1957.
■ Козелкин В.В., Усольцев И.Ф. "Основы инфракрасной техники", М. , "Маши-
ностроение ", 1974.
■ Дитчберн В. "Физическая оптика", пер. с англ., М., 1965.
13.2. Отражение и преломление света
При падении параллельного пучка света на гладкую поверхность раздела двух
прозрачных изотропных сред часть света отражается обратно, а другая часть
проходит во вторую среду, при этом направление пучка света меняется; происхо-
дит преломление света.
Угол отражения равен углу падения, а угол преломления связан с углом паде-
ния соотношением:
nisinoc = n2sinp .
где ni и п2 - показатели преломления сред, аир- углы падения и преломле-
ния.
Показатели преломления обычных газов (при нормальных условиях) близки к 1,
для стекол эта величина порядка от 1,4 до 1,7.
Эффекты отражения и преломления лежат в основе работы всех оптических сис-
тем, которые позволяют передавать световую энергию и изображения, фокусиро-
вать свет в мощные пучки, разлагать его в спектр.
Отраженный свет может нести значительную информацию о форме предмета (а
также о структуре его поверхности) как в случае зеркального, так и диффузного
отражения.
Процессы отражения и преломления связаны с внутренней структурой вещества;
измерение показателя преломления - один из важнейших методов структурных ис-
следований .
В общем случае, лучи отраженный и преломленный - это лучи поляризованного
света. Степень поляризации зависит от угла падения. При определенном значении
этого угла (угол Брюстера) отраженный свет полностью линейно поляризован пер-
пендикулярно плоскости падения. При падении же под углом Брюстера света, уже
поляризованного в плоскости падения, отражения вообще не происходит, не смот-
ря на скачок показателя преломления.
13.2.1. При определенных условиях может наблюдаться полное внутреннее отра-
жение света, при котором вся энергия световой волны, падающей на границу двух
прозрачных сред со стороны среды, оптически более плотной, полностью отража-
ется в эту среду. В частности это явление используется в призмах биноклей и
перископов, но диапазон его применения в изобретательстве гораздо шире.
На основе явления полного внутреннего отражения созданы световоды, которые
гораздо эффективнее обычных линзовых систем. Широкие одиночные светопроводы
передают излучение; применение волоконной оптики - пучков очень тонких свето-
проводов - позволяет передавать также изображение, в том числе и по непрямым
путям, т.к. пучок тонких волокон может быть сильно изогнут без разрушения и
потери прозрачности.
13.3. Поглощение и рассеяние света
В предыдущем разделе явления рассматривались как предположение, что среды
оптически однородны и абсолютно прозрачны для света. В действительности дело
обстоит иначе. Процесс прохождения света через вещество это процесс поглоще-
ния атомами и молекулами энергии электромагнитной волны, которая идет на воз-
буждение колебания электронов и последующего переизлучения этой энергии в
среду. При этом, не вся энергия переизлучается, часть ее переходит в другие
виды энергии, например, тепловую. Это приводит к поглощению света в зависит
от длины волны света и имеет максимумы на частотах, соответствующих частотам
собственных колебаний электронов в атомах, самих атомов и молекул. Естествен-
но, поглощение зависит от толщины слоя поглощающего вещества.
Ослабление светового излучения при прохождении через среду объясняется так-
же и рассеянием света. В случае наличия в среде оптических неоднородностеи
переизлучение энергии электромагнитной волны происходит не только в направле-
нии проходящей волны (пропускание), но и в стороны. Эта часть излучения, на-
ряду с дифрагированной, преломленной и отраженной на неоднородностях состав-
ляющими, и образует рассеянный свет. Рассеяние обладает дисперсией. В атмо-
сфере, например, рассеиваются преимущественно голубые лучи; этим объясняется
голубой цвет неба, в то время как свет, проходящий через атмосферу, обогащен
красными составляющими - красный цвет зорь. При монохроматическом освещении
даже в физически сильно неоднородной среде рассеяние не происходит при совпа-
дении коэффициентов преломления компонентов среды. Выбрав компоненты с раз-
личными температурными коэффициентами пре, можно создать оптический термо-
метр.
(Показатели преломления компонентов смеси совпадают для различных длин волн
в зависимости от температуры, этом кювета становится оптически однородной для
света с данной длиной волны, который пройдя через кювету, сообщает ей опреде-
ленный цвет, соответствующей определенной температуре. Другие же составляющие
белого цвета рассеиваются на неоднородностях системы и через кювету не похо-
дят) .
Распределение интенсивности света, рассеянного средой по различным направ-
лениям (индекатрисса рассеяния), может дать значительную информацию о микро-
физических параметрах среды. Такого рода измерения находят применение в био-
логии, коллоидной и аналитической химии, составляя предает нефелометрических
исследований, а также в аэрозольной технике.
Рассеяние наблюдается в чистых веществах. Оно объясняется возникновением
оптической неоднородности, связанной с флуктуациями плотности, например, теп-
ловыми . Рассеянный свет по некоторым направлениям частично поляризован.
■ Ландсберг Г.С. Оптика, М., "Наука", 1976.
■ Дитчберн Р. Физическая оптика, пер. с англ., М., 1965.
■ Бацианов С.С. Структурная рефрактометрия, М., 1959.
13.3.1. В случае комбинационного рассеяния света (эффект Мандельштама-
Ландсберга-Рамана) в спектре рассеянного излучения кроме линий, характеризую-
щих падающий свет, имеются дополнительные линии (сателлиты), излучение кото-
рых является комбинацией частот падающего излучения и частот собственных теп-
ловых колебаний молекул рассеивающей среды.
13.4. Испускание и поглощение света
Пламя излучает свет. Стекло поглощает ультрафиолетовые лучи. Обычные фразы,
привычные понятия. Однако здесь термины "излучает", "поглощает" описывают
только внешние, легко наблюдаемые эффекты, физика этих процессов непосредст-
венно связана со строением атомов и молекул вещества.
Атом - квантовая система, его внутренняя энергия - это, в основном, энергия
взаимодействия электронов с ядром; эта энергия согласно квантовым законам,
может иметь только вполне определенные для каждого состояния атомов значения.
Таким образом, энергия атома не может меняться непрерывно, а только скачками
- порциями, равными разности каких-либо двух разрешенных значений энергии.
Квантовая система (атом, молекула), получая извне порцию энергии, возбужда-
ется, т.е. переходит с одного энергетического уровня в другой более высокий.
В возбужденном состоянии система не может находится сколь угодно долго; в ка-
кой-то момент происходит самопроизвольный (спонтанный) обратный переход с вы-
делением той же энергии. Квантовые переходы могут быть излучательные и безиз-
лучательные. В первом случае энергия поглощается или испускается в виде пор-
ции электромагнитного излучения, частота которого строго определена разностью
энергий тех уровней, между которыми происходит переход. В случае безызлуча-
тельных переходов система получает или отдает энергию при взаимодействиями с
другими системами (атомами, молекулами, электронами). Наличие этих двух типов
переходов объясняется оптикоакустический эффект Бейнгерова.
■ Борн М. Атомная физика, пер.с англ., М., 1965.
■ Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектороскопия, М., 1962.
■ Зайдин А.Н. Основы спектрального анализа, М., 1965.
■ Квантовая электроника, М., "Советская энциклопедия", 1969.
■ Федоров Б.Ф. Оптические квантовые генераторы, М., 1966.
■ Чернышов В.Н. и др., "Лазеры в системах связи", М., 1966.
■ Козелкин В.В., Усольцев И.Ф. Основы инфракрасной техники, М. , "машино-
строение ", 1974.
■ Лендьел Б. Лазеры, пер.с англ.,М.,1964.
13.4.1. При облучении газа, находящегося в замкнутом объеме, модулированном
потоком инфракракрасного излучения в газе возникают пульсации давления (опти-
ко-акустический эффект). Его механизм довольно прост; поглощение инфракра-
красного излучения происходит с возбуждением молекул газа, обратный же пере-
ход происходит безызлучательно, т.е. энергия возбуждения молекул переходит в
их кинетическую энергию, что обуславливает изменение давления.
Количественные характеристики эффекта весьма чувствительные к составу газо-
вой смеси. Применение оптико-акустического эффекта для анализов характеризу-
ется простотой и надежностью, высокой избирательностью и широким диапазоном
концентрацией компонентов.
Оптико-акустический индикатор представляет собой неселективный приемник лу-
чистой энергии, предназначенный для анализа газов. Промудулированный лучистый
поток через флюоритовое окно попадает в камеру с исследуемым газом. Под дей-
ствием потока меняется давление газа на мембрану микрофона, в результате чего
в цепи микрофона возникают электрические сигналы, зависящие от состава газа.
Оптико-акустический эффект используется при измерении времен жизни возбуж-
дения молекул, в ряде работ по определению влажности и потоков излучения. От-
метим, что оптико-акустический эффект возможен также в жидкостях и твердых
телах.
13.4.2. Атомы каждого вещества имеют свою, только им присущую структуру
энергетических уровней, а следовательно, и структуру излучательных переходов,
которые можно зарегистрировать оптическими методами (например, фотографиче-
ски) . Это обстоятельство лежит в основе спектрального анализа. Так как моле-
кулы - тоже сугубо квантовые системы, то каждое вещество (совокупность атомов
или молекул) испускает и поглощает только кванты определенных энергий или
электромагнитное излучение определенных длин волн. Интенсивность тех или иных
спектральных линий пропорциональна числу атомов (молекул), излучая (или по-
глощающих) свет. Это соотношение составляет основу количественного спектраль-
ного анализа.
Для атомов и молекул спектры излучения будут линейчатыми и полосатыми соот-
ветственно, то же и для спектров поглощения. Чтобы получить сплошной спектр,
необходимо наличие плазмы, т.е. ионизированного состояния вещества. При иони-
зации электроны находятся вне атома или молекулы, и, следовательно, могут
иметь любые, непрерывно меняющиеся, энергии. При рекомендации этих электронов
и ионов получается сплошной спектр, в котором присутствуют все длины волн.
13.4.3. Возбуждение (повышение внутренней энергии) или ионизация атомов
происходят под действием различных причин; в частности, энергия для этих про-
цессов может быть получена при нагревании тел. Чем больше температура, тем
больше энергия возбуждения и тем все более короткие волны (кванты с большей
энергией) излучает нагретое тело. Поэтому при постепенном нагреве сначала по-
является инфракракрасное излучение (длинные волны), затем красное, к которому
с ростом температуры добавляется оранжевое, желтое и т.д.; в конце концов по-
лучается свет. Дальнейший нагрев приводит к появлению ультрафиолетовой компо-
ненты .
Излучательные и безызлучательные переходы в инфракрасной области часто ис-
пользуются для процессов охлаждения.
13.4.4. Излучательные квантовые переходы могут происходить не только спон-
танно, но и вынуждено под действием внешнего излучения, частота которого со-
гласована с энергией данного перехода. Излучение квантов света атомами и мо-
лекулами вещества под действием внешнего электромагнитного поля (излучения)
называют вынужденным или и индуцированным излучением.
Существенным отличием вынужденного излучения является то, что оно есть точ-
ная копия вынуждающего излучения. Совпадают все характеристики - частота, по-
ляризация, направление распространения и фаза. Благодаря этому вынужденное
излучение при некоторых обстоятельствах может привести к усилению внешнего
излучения, прошедшего через вещество, вместо его поглощения. Поэтому иначе
вынужденное излучение называют отрицательным поглощением.
13.4.5. Для возникновения вынужденного излучения необходимо наличие в веще-
стве возбужденных атомов, т.е. атомов, находящихся на уровнях с большей энер-
гией. Обычно доля таких атомов мала. Для того чтобы усилило проходящее через
него излучение, нужно, чтобы доля возбужденных атомов была велика, чтобы
уровни с большей энергией были "заселены" частицами гуще, чем нижние уровни.
Такое состояние вещества называют состоянием с инверсией населенностей.
13.4.6. Открытие советскими физиками Фабрикантом, Вудынским и Бутаевой яв-
ления усиления электромагнитных волн при прохождении через среду с инверсией
населенностей явилось основополагающим в деле развития оптических квантовых
генераторов (лазеров) - крупнейшего изобретения XX века.
Стержень из вещества с искусственно создаваемой инверсией населенностей,
помещенный между двумя зеркалами, одно из которых полупрозрачно - вот принци-
пиальная схема простейшего лазера.
Оптический резонатор из двух зеркал необходим для создания обратной связи:
часть излучения возвращается в рабочее тело, индуцируя новую лавину фотонов.
Излучение лазера монохроматично и когерентно в силу свойств индуцированного
излучения.
Области применения лазеров обусловлены, основными характеристиками их излу-
чения , такими как когерентность, монохромантичность, высокая концентрация
энергии в луче и малая его расходимость. Помимо ставших уже традиционными об-
ластей применения лазеров, таких как обработка сверхтвердых и тугоплавких ма-
териалов, лазерная связь и медицина и получение высокотемпературной плазмы, -
стали определяться новые интересные сферы их использования.
Чрезвычайно перспективны разработанные в последнее время лазеры на красите-
лях, в отличии от обычных позволяющие плавно изменят частоту излучения в ши-
роком диапазоне от инфракрасной до ультрафиолетовой области спектра. Так, на-
пример, предполагается лазерным лучом разрывать или наоборот, создавать стро-
го определенные связи.
Ведутся работы по разделению изотопов с помощью перестраиваемых лазеров.
Меняя частоту лазеров, настраивают его в резонанс с определенным квантовым
переходов одного из изотопов и тем самым переводят изотоп в возбужденное со-
стояние, в котором его можно ионизировать и, с помощью электрических реакций,
отделить от других изотопов.
В заключении следует отметить, что лазеры являются основным инструментом
исследований в новой области физики - нелинейной оптике, которая самим своим
возникновением полностью обязана мощным лазерам.
14. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И
ФОТОХИМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
14.1.1. Фотоэффект
Явление внешнего фотоэффекта состоит в испускании (эмиссии) электронов с
поверхности тела под действием света; для этого явления экспериментально ус-
тановленные зависимости объединяются квантовой теорией света. Свет есть поток
квантов; кванты света, попадая в вещество, поглощаются им; избыточная энергия
передается электронами, которые получают возможность покинуть это вещество -
конечно, если энергия кванта больше, чем работы выхода электрона. Заметим,
что квантовый характер света, проявляющийся в явлении фотоэффекта, не следует
понимать как отрицание волновых свойств света; свет есть и поток квантов, и
электромагнитная волна просто в зависимости от конкретного явления проявляют-
ся или квантовые, или волновые свойства. На основе внешнего фотоэффекта соз-
дан ряд фотоэлектронных приборов (фотоэлементы различного назначения, фотока-
тоды , фотоумножители и т.д.). Внешний фотоэффект играет большую роль в разви-
тии электрических зарядов; фотоэффект в газах определяет распространение
электрического заряда в газах при больших давлениях обуславливая высокую ско-
рость распространения стримерной формы разряда (искры, молнии).
Кроме внешнего фотоэффекта, существует внутренний фотоэффект. Квант света,
проникая внутрь вещества, выбивает электрон, переводя его из связанного со-
стояния (в атоме) свободное - таким образом, при облучении полупроводников и
диэлектриков из-за фотоэффекта внутри кристаллов появляются свободные носите-
ли, тока, что существенно изменяет электропроводность вещества. На основе
внутреннего фотоэффекта созданы различного рода фоторезисторы - элементы,
сильно изменяющие свое сопротивление под действием света.
Разновидностью внутреннего фотоэффекта является вентильный фотоэффект - по-
явление э.д.с. в месте контакта двух полупроводников (или полупроводника и
металла). Основное применение вентильных фотоэлементов - индикация электро-
магнитного излучения.
На основе вентильного фотоэффекта работают также солнечные батареи. Одним
из приборов работающих на вентильном фотоэффекте, является фотодиод, обладаю-
щий многими преимуществами по сравнению с обычными фотоэлементами.
14.1.2. Эффект Дембера (фотодиффузный эффект)
Вне собственных полупроводниках коэффициенты диффузий носителей тока (элек-
тронов и дырок) различные. Таким образом, если какой-то части проводника фо-
тоактивное освещение создает одинаковое число электронов и дырок, то диффузия
этих носителей будет происходить с разной скоростью, в результате чего в кри-
сталле возникает э.д.с.
14.1.3. Фотопьезоэлектрический эффект
Обеспечить различие подвижности фотоэлектронов и фотодырок в полупроводнике
можно каким-либо внешним воздействием. Так, при одностороннем сжатии освещен-
ного полупроводника на грани кристалла, перпендикулярно направлению сжатия,
возникает э.д.с., знак которой зависит от направления сжатия и направления
светового потока, а величина пропорциональна давлению и интенсивности света.
Эффект возникает из-за того, что подвижности разноименных носителей тока,
обусловленных внутренним фотоэффектом, при упругой деформации кристалла ста-
новятся не одинаковыми по отношению к различным направлениям.
14.1.4. Эффект Кикоина-Носкова (фотомагнитный эффект).
Суть эффекта состоит в возникновении электрического поля в полупроводнике
при перемещении его в магнитное поле и одновременном освещении светом, в со-
ставе которого имеются спектральные линии, сильно поглощаемые полупроводни-
ком. При этом возникшее электрическое поле перпендикулярно магнитному полю и
направлению светового потока. Величина света магнитной э.д.с. пропорциональна
магнитной индукции и интенсивности светового потока. Эта пропорциональность
нарушается при больших освещенностях, когда происходят "насыщения". Механизм
эффекта таков:
В результате внутреннего фотоэффекта вблизи освещенной поверхности полупро-
водника в избытке образуются электроны и дырки, которые диффундируют вглубь
кристалла. Продольный диффузионный ток под действием поперечного магнитного
поля отклоняется и расщепляется, что приводит к возникновению поперечной
э.д.с.
■ Лукьянов СЮ. Фотоэлементы, М-Л, 1968.
■ Таланский С. Революция в оптике, М., "Мир", 1971.
■ Соколов А.В. Оптические свойства металлов, М., 1961.
■ Арсеньева-Гейль А.Н. Внешний фотоэффект с полупроводников и диэлектри-
ков, М. , 1957.
■ Бьюб Р. Фотопроводимость твердых тел, М., 1962.
■ Рыбкин СМ. Фотоэлектрические явления в полупроводниках, М., 1963.
■ Васильев A.M. и др., Полупроводниковые преобразователи, М. , "Соврадио",
1971.
14.2. Фотохимические явления
Виды воздействия светового излучения на вещество весьма разнообразны. В ча-
стности, под действием света могут происходить реакции химических превращений
веществ (фотохимическая реакция). Одни из этих реакций приводят к образованию
сложных молекул из простых (например, образование хлористого водорода при ос-
вещении смеси водорода и хлора), другие - к разложению молекул на составные
части (например, фотохимическое разложение бромистого серебра с выделением
металлического серебра и брома), в результате третьих молекула не изменяет
своего состава, изменяется лишь ее пространственная конфигурация, приводящая
к изменению ее свойств (возникают стереоизомеры).
Фотохимические процессы вызываются только поглощаемым светом, действующим
на движение валентных электронов в атомах и молекулах. В основе таких процес-
сов лежит явление фотоэффекта.
Многие фотохимические превращения идут в два этапа. Первичный процесс ха-
рактеризуется изменением молекулы под действием поглощенного ею кванта света
- это собственно фотохимическая реакция. Во всех вторичных процессах мы имеем
дело с сугубо химическими реакциями продуктов первичных реакций. Так при об-
разовании хлористого водорода первичным является лишь расщепление молекулы
хлора, поглотившей квант света, на атомарный хлор, который далее через день
вторичных химических реакций приводит к образованию конечного продукта. Для
первичных процессов справедлив закон эквивалентности. Каждому поглощенному
кванту света соответствует превращение одной поглотившей свет молекулы. В об-
щем случае количество химически прореагировавшего вещества пропорционально
поглощенному световому потоку и времени его воздействия. Величина коэффициен-
та пропорциональности определяется природой вторичных процессов.
Фотохимическую реакцию может вызвать лишь излучение, энергия кванта которо-
го больше энергии активации молекулы. Этим объясняется повышение фотохимиче-
ской активности ультрафиолетового излучения.
Следует отметить, что фотохимическими процессами объясняются многие природ-
ные явления, такие как синтез углеводов листьев в листьях растений или чувст-
вительность глаза к световому излучению.
Фотохимическая реакция разложения бромистого серебра (и других его коллоид-
ных солей) использована для получения фотографических изображений. Изображе-
ние представляет собой локальные почернения фотоматериала из-за выделившихся
под действием отраженного от объекта света частичек серебра.
14.2.1. К фотохимическим явлениям относится и так называемый фотохромный
эффект, который состоит в следующем.
Некоторые химические вещества обычно со сложным строением молекулы, изменя-
ют свою окраску под действием видимого или ультрафиолетового излучения. В от-
личие от обычного выцветания красок этот эффект обратим. Первоначальная окра-
ска или отсутствие таковой восстанавливается через некоторое время в темноте,
под действием излучения другой частоты или при нагревании. Но наведенную ок-
раску можно и сохранить сколь угодно долго, если охладить фотохромное вещест-
во или обработать его некоторыми газами, фотохромизм восстанавливается при
соответствующей вторичной обработке.
Скорость окрашивания и интенсивность окраски зависят не только от структуры
молекул самого фотохромного соединения, но и от среды, в которую оно может
быть введено (стекло, керамика, жидкость, пластмасса, ткань и др.).
Многие фотохромные вещества при облучении интенсивным светом могут темнеть,
причем их "быстродействие" достигает несколько микросекунд. Это позволяет ис-
пользовать фотохромные тела как светозатворы для защиты глаз или светочувст-
вительных приборов от неожиданной вспышки мощного излучения. Есть возможность
использовать их как регуляторы светопропускания в зависимости от интенсивно-
сти света.
Фирма "Корнинг Гласе" выпустила светозащитные очки с фотохромными стеклами,
изменяющими степень светопропускания в зависимости от интенсивности потока
ультрафиолетовых лучей.
14.2.2. В основе фотохимических процессов лежит взаимодействие излучения с
электронами вещества. Это предполагает наличие возможности управлять ходом
фотохимической реакции воздействие электрического поля. Возможно, что природа
недавно открытого фотоэлектрического эффекта объясняется стимуляцией фото-
хромного эффекта электрическим полем. Эффект состоит в следующем: На тонкую
прозрачную пластину керамики с включением железа, свинца лантана, циркония и
титана, помещенную в постоянное электрическое поле, перпендикулярное ее по-
верхности, проектируют негативное изображение видимых и ультрафиолетовых лу-
чах . При этом в пластине появляется видимое позитивное изображение. Здесь на-
блюдается интересная особенность: при изменении направления поля на обратное,
изображение из позитивного становится негативным. Изображение устойчиво и
стирается лишь при равномерном облучении ультрафиолетовыми лучами с одновре-
менной переполюсовкой поля.
Американские специалисты открывшие этот эффект предполагают его использо-
вать в устройствах для хранения визуальной информации.
■ Ландсберг Г.С. "Оптика", М., "Наука", 1976.
■ Баршевский Б. Квантовооптические явления, М., "Высшая школа", 1968.
■ Фотоферроэлектрический эффект, "Техника молодежи", №5, 1977.
15. ЛЮМИНИСЦЕНЦИЯ
Люминесценцией называется излучение, избыточное над тепловым излучением те-
ла, и имеющее длительность, прерывающую период световых колебаний. Люминес-
ценция возникает при возбуждении вещества за счет притока энергии, и в отли-
чии от других видов "холодного" свечения (например, излучение Вавилова-
Черникова) , продолжается в течении некоторого времени после прекращения воз-
буждения .
О продолжительности после свечения выделяют флуоресценцию (менее 10 сек.) и
фосфоресценцию; последнее продолжается в заметный промежуток времени после
снятия возбуждения (от 10 сек. до нескольких часов).
Способность люминесцировать обладает большая группа, газообразных, жидких и
твердых веществ, как органических так и неорганических (люминофоров). Харак-
тер процесса люминесценции существенным образом зависит от агрегатного со-
стояния вещества и типа возбуждения.
Люминофоры являются своеобразными преобразователями энергии из одного вида
в другой; на входе это может быть энергия электромагнитного излучения, энер-
гия ускоренного оттока частиц, энергия химических реакций или механическая
энергия, - любой вид энергии, кроме тепловой, - на выходе - световое излуче-
ние. Отдельные атомы и молекулы люминофора, поглощая один из этих видов энер-
гии, возбуждаются, т.е. переходя на более высокие энергетические уровни по
сравнению с равновесным состоянием, и затем самопроизвольно совершают обрат-
ный переход, излучая избыток энергии в виде света. Способ возбуждения лежит в
основе классификации различных видов люминесценции.
15.1.1. Фотолюминесценция - свечение возникающее при поглощении люминофором
ИК, видимого или УФ-излучения. Спектр поглощения и излучения люминофоров свя-
заны правилом Стокса-Люмиаля, согласно которому максимум спектра излучения
смещен по отношению к максимуму спектра поглощения в сторону длинных волн
(например, при облучении ультрафиолетом люминофор излучает видимый свет).
Наиболее широко фотолюминесценция применяется в лампах дневного света. В
них свечение люминофора происходит под действием ультрафиолета, которым бога-
то излучение газоразрядной части лампы (в связи с наличием паров ртути).
15.1.2. Однако есть исключение из правила Стокса-Люмеля - это так называе-
мые, антистоксовские люминофоры, которые при возбуждении в ИК-области спектра
излучают в видимой области.
Применение этих люминофоров связано с преобразованием ИК-излучения в види-
мое например, для визуализации излучения ИК-лазеров, для создания лазеров ви-
димого диапазона с ИК-накачкой, а также светодиодов.
15.1.3. Рентгенолюминесценция. Специфика возбуждения рентгеновскими лучами,
по сравнению с фотовзбуждением, состоит в том, что на люминофор воздействуют
фотоны со значительно большей энергией. При этом свечение люминофора вызыва-
ется не непосредственным действием самих рентгеновских лучей, а воздействием
электронов, вырываемых из основы люминофора рентгеновскими лучами. Вследствие
этого ретгенолюминесценция имеет многие общие черты с катодолюминесценцией.
Основное применение - в экранах для рентгеноскопии и рентгенографии.
15.2.1. Катодолюминесценция - возбуждается воздействием на люминофор потока
электронов. Основное применение - визуализация электронного изображения на
экранах телескопов телевизоров, осциллографов и других подобных приборов, а
также электронно-оптических преобразователей.
15.2.2. Ионолюминесценция - свечение возникающее при бомбардировке люмино-
фора пучком ионов.
При ионолюминесценции, также как при катодолюминесценции, энергия возбужде-
ния поглощается в тонком приповерхностном слое люминофора, поэтому здесь ока-
зывает состояние поверхности, в частности, хемосорбция различных газов.
15.2.3. Радиолюминесценция. Для создания самосветящихся красок постоянного
действия, не нуждающихся в источниках внешнего возбуждения, в люминофор вво-
дят радиоактивные изотопы продукты распада которых (например, альфа и бета
частиц) возбуждают в нем свечение. Время в течение которого люминофор излуча-
ет свет, определяется периодом полураспада изотопа (десятки лет). Радиолюми-
несценция все более широко применяется в дозиметрии радиоактивных излучений.
15.3.1. Электролюминесценция (эффект Дестрио). Многие кристаллические по-
рошкообразные люминофоры, помещенные в конденсатор, питаемый переменным на-
пряжением 100-220 В, с частотой 400-3000 Гц, начинают интенсивно люминесциро-
вать. Спектральный состав и интенсивность излучения существенно зависят от
частоты возбуждения. Некоторые люминофоры излучают и при возбуждении постоян-
ным электрическим полем.
Основная область применения электролюминесценции - индикаторные устройства,
подсветка шкал, преобразователи изображения. Применение электролюминофоров
считают перспективным для создания телевизионных экранов.
15.3.2. Инжекционная электролюминесценция (эффект Лосева). Свечение возни-
кает под действием зарядов, инжектируемых в полупроводниковые кристаллы. При
пропускании тока через полупроводниковый диод в области перехода инжектируют-
ся избыточные носители тока (электроны и дырки), рекомендация которых сопро-
вождается оптическим излучением.
Широкое применение основанных на этом эффекте светодиодов обусловлено сле-
дующими их особенностями: высокая надежность (срок службы 10б часов), малое
энергопотребление (1,5-30 В, 10 мА) , малая инерционность (Ю-9 сек.), высокая
яркость свечения в зеленой, красной и инфракрасной областях спектра.
15.4. Люминесценция возбуждаемая за счет энергии химических реакций, назы-
вается хемилюминесценцией. Этим видом люминесценции объясняется свечение гни-
лушек , светлячков, многих глубоководных рыб.
Хемилюминесценция использована фирмой "Ремингтон Арме" для создания лампы,
в которой свечение возникает при воздействии кислорода воздуха на некоторые
химически активные вещества.
15.4.1. Частным случаем хемилюминесценции является радиокалолюминесценция -
излучение вещества-катализатора при адсорбции и рекомендации на его поверх-
ность свободных атомов или радикалов в молекулы.
15.4.2. Если источником радикала служит пламя, то свечение называют кандо-
люминесценцией. Для возникновения кандолюминесценции необходим контакт пламе-
ни с люминофором, при этом он не должен сильно нагреваться.
15.5. Источником возбуждения люминесценции может служить и механическая
энергия. Такой процесс называют механо- или триболюминесценцией. Чаще всего
возникает при трении или ударе двух тел, сопровождающихся их разрушением (так
сахар при раскалывании иногда светится)
15.6. Радиотермолюминесценция (РТЛ). Оказалось, что если сильно охлажденный
образец вещества предварительно облученный гамма-лучами, альфа-частицами или
электронами, постепенно нагревать, то он начинает интенсивно светиться. Прак-
тически все вещества могут таким образом " накапливать" в себе свет и долго
сохранять его. И лишь при нагреве свет как бы "оттаивает", начинается реком-
бинация "замороженных" электронов, сопровождаемая световым излучением. Цвет
свечения постепенно меняется, изменяется также и его интенсивность. При этом
пики интенсивности соответствуют температурам структурных переходов, что осо-
бенно заметно у различных полимеров. Даже незначительные изменения структуры
вещества: повышение степени кристалличности, изменение взаимного расположения
макромолекул, существенно влияют на характер свечения. РТЛ весьма чувстви-
тельна к механическим напряжениям в полимере.
Все это позволило создать на основе РТЛ простые и точные методики анализа
структуры, излучения степени однородности смесей, исследования деформационных
свойств и других характеристик полимеров, причем для анализа достаточно об-
разца весов в сотые доли миллиграмма.
15.7. Интересной особенностью люминесценции, возбуждаемой каким-либо источ-
ником энергии, является усиление свечения при воздействии другого источника
энергии. Происходит так называемая стимуляция люминесценции. Стимулирующие
воздействия могут оказывать изменения температуры, видимое, ИК и УФ-
излучение, электрическое поле, присутствие некоторых газов и т.д. Стимуляция
люминесценции электрическим полем называется эффектом Гуддена-Поля.
15.8. Факторы, стимулирующие люминесценцию, при определенных условиях могут
дать обратный эффект, т.е. уменьшить интенсивность свечения или совсем пре-
кратить его. Это явление называют уменьшением люминесценции. Повышение темпе-
ратуры, изменение влажности, ИК-облучение, электрическое поле, изменение
внешнего давления, наличие некоторых газов - все эти факторы могут привести к
тушению люминесценции. Так, например, присутствие кислорода, бензохинона или
йода уменьшает интенсивность фотолюминесценции, в тоже время как присутствие
молекул воды увеличивает ее; наличие электрического поля, перпендикулярного
поверхности люминофора, тушит радикалолюминесценцию, изменение же направления
поля на обратное усиливает свечение.
15.9. Поляризация люминесценции. Излучение люминесценции при некоторых ус-
ловиях может быть поляризованным (обычно это линейная поляризация, очень ред-
ко - циркулярная).
Для поляризации люминесценции необходимо, чтобы люминофор обладал либо соб-
ственной , либо наведенной анизотропией. Поляризованные люминофоры получаются
при механических растяжениях полимерных пленок, "Пропитанных" анизотропными
люминосцензирующими молекулами. Искусственную ориентацию таких молекул можно
вызвать также с помощью сильных электрических и магнитных полей или же в по-
токе жидкости (аналогично эффекту Маховелла). В случае фотолюминесценции ее
поляризация обнаруживается при возбуждении поляризованным светом.
■ "Физический энцеклопидический словарь" т.З, М., 1963.
■ Вавилов СИ. О "горячем" и "холодном" свете, М., "Знание", 1959.
■ Соколов В.А., Горбань А.Н., Люминесценция и адсорбция, М. , "Наука",
1963.
■ Неорганические люминофоры, Л., "Химия", 1975.
■ Верищагин И.К. Электролюминесценция кристаллов, М., "Наука", 1974.
■ Ребань П. Люминесценция. Издание Тартуского университета, 1968.
16. АНИЗОТРОПИЯ
И СВЕТ
Превращение естественного света в поляризованный и изменение типа поляриза-
ции при различных оптических явлениях почти всегда связаны с оптической ани-
зотропией вещества, т.е. с различием оптических свойств по различным направ-
лениям. Оптическая анизотропия является следствием анизотропии структуры и
вещества. Создавать или менять анизотропию структуры и вещества можно воздей-
ствием самых различных факторов (деформация, электрическое поле и т.д.). Этим
и объясняется разнообразие эффектов, так или иначе влияющих на поляризацию
светового излучения.
В ряде таких эффектов поляризация света происходит без дополнительного воз-
действия на вещество. Так, например, естественный свет, отраженный под углом
Брюстера, полностью линейно поляризованный, а правоциркулярно-поляризованный
свет при перпендикулярном отражении от стеклянной пластинки превращается в
левоциркулярно-поляризованный.
16.1. На границе анизотропных прозрачных тел (в первую очередь кристаллов)
свет испытывает двойное лучепреломление, т.е. расцепляется на два взаимно-
перпендикулярно поляризованных луча, имеющие различные скорости распростране-
ния в среде: обыкновенный и необыкновенный. Первый из них поляризован перпен-
дикулярно оптической оси кристалла и распространяется в нем как в изотропной
среде. Второй луч поляризован в главной плоскости кристалла и испытывает на
себе все "превратности анизотропии". Так его коэффициент преломления изменя-
ется с направлением, он преломляется даже при нормальном падении на кристалл.
Так происходит двулучепреломление в одноосных кристаллах. В случае двуосных
кристаллов картина расщепления несколько сложнее.
Эффект двойного преломления положен Николем в основу изобретенной им поля-
ризационной призмы. Он использовал различие показателей преломления обыкно-
венного и необыкновенного лучей, создав для одного из них условия полного
внутреннего отражения, после которого этот луч, изменив свое направление, по-
глощается зачерненной боковой гранью призмы. Другой луч полного внутреннего
отражения не испытывает и проходит сквозь призму, а так как это полностью по-
ляризованный луч, то на выходе призмы получается полностью линейно-
поляризованный свет.
16.2. Механо-оптические явления
Здесь рассматривается ряд эффектов, приводящих к возникновению оптической
анизотропии под действием механических сил.
16.2.1. Фотоупругость - так называется возникновение в изотропных прозрач-
ных твердых телах оптической анизотропии и связанного с ней двойного лучепре-
ломления под действием механических нагрузок, создающих в твердых телах де-
формации .
При пропускании луча света через такое тело возникает два луча и различной
поляризации, интерференция между которыми приводит к образованию интерферен-
ционной картины, вид которой позволяет судить о величинах и распределении на-
пряжений в теле или же об изменениях структуры вещества. Поскольку оптическая
анизотропия обусловлена именно нарушениями первоначальной изотропной структу-
ры вещества, то эффект фотоупругости позволяет визуализировать как упругие
деформации, так и остаточные, а это значит, что о деформациях и нагрузках
можно судить и после снятия этих нагрузок.
Фотоупругость наблюдается и в кристаллах, т.е. в веществах, уже обладающие
анизотропией свойства. При этом изменяется характер анизотропии: например, в
одноосном кристалле может возникнуть двойное преломление в направлении его
оптической оси, вдоль которой он первоначально изотропен.
Эффект фотоупругости - один из самых тонких методов изучения структуры и
внутренних напряжений в твердых телах.
16.2.2. Эффект Максвелла
Так называют возникновение оптической анизотропии (двойного лучепреломле-
ния) в потоке жидкости. Этот эффект обусловлен двумя причинами: преимущест-
венно ориентации частиц жидкости или растворенного в ней вещества (полной
ориентации мешает броуновское движение) и их деформацией, которые возникают
под действием гидродинамических сил при относительном смещении прилежащих
слоев жидкости, т.е. при наличии градиента скорости по сечению потока. В ос-
новном возникновение градиента скоростей в потоке определяется тормозящим
воздействием стенок (например, трубы). Относительная роль ориентации и дефор-
мации частиц различна в различных жидкостях и зависит от свойств и структуры
молекул: в случае длинных анизотропных частиц и молекул основную роль играет
ориентация, для глобулярных изотропных - больший вклад дает информация, т.к.
ориентация таких частиц в потоке незначительна. По сути дела, эффект Максвел-
ла - это вариант эффекта фотоупругости для жидкостей. Отсутствие в жидкости
напряжений упругой деформации компенсируется ее "динамизацией", приведением
ее в движение, что создает деформацию отдельных молекул.
Величина эффекта Максвелла зависит, в частности от формы и размеров частиц,
что позволяет использовать его для измерения этих величин.
Практическое применение эффекта в основном лежит, в области тонких исследо-
ваний физиологических объектов, таких, как определение размеров ряда вирусов,
изучение структуры многих белковых молекул и др.
16.3. Электрооптические явления
Так называют явления связанные прохождением света через среды, помещенные в
электрическом поле.
16.3.1. Электрооптический эффект Керра
Многие изотропные вещества, помещенные в электрическое поле, приобретают
свойства одноосных кристаллов, т.е. обнаруживают оптическую анизотропию, при-
водящую к двойному лучепреломлению света, проходящего через вещество перпен-
дикулярно направлению поля. При этом величина двойного лучепреломления про-
порциональна квадрату напряженности поля и ее знак не меняется при изменении
направления поля на обратное (другие названия эффекта: квадратичный электро-
оптический эффект, поперечный эл. опт. эффект).
Величина эффекта зависит от вещества, его температуры и длины волны света.
В газах эффект Керра мал, а в жидкостях его величина гораздо больше. Аномаль-
но сильно он проявляется в нитробензоле и подобных ему жидкостях.
Наиболее часто указанный эффект реализуется в т.н. электрооптических затво-
рах Керра. Прозрачную кювету с электродами для создания поля, заполненную
нитробензолом, помещают между скрещенными поляризатором и анализатором таким
образом, что направление поля составляет угол 45 градусов с их главными плос-
костями поляризации. Если поле отсутствует, такое устройство не прозрачно для
света. При наложении поля, линейно поляризованный свет при прохождении через
кювету расцепляется на два перпендикулярно поляризованных луча, имеющих в
пределах кюветы различные скорости распространения. При этом между ними воз-
никает разность фаз, что приводит к эллиптической поляризации света, вышедше-
го из кюветы. При этом часть его проходит через анализатор. Затвор открыт.
Высокая скорость срабатывания такого затвора (Ю-11 сек.) обусловило его при-
менением в исследованиях быстропротекающих процессов и для высокочастотной
(до 109 Гц) модуляции оптических сигналов. Применение эффекта дает хорошие
результаты и в том случае, когда требуется безинерционная пространственная
модуляция света (отклонение луча, его расщепление и т.п.). Взаимосвязь через
эффект Керра двух полей - электрического и оптического - позволяет применять
его для дистанционного измерения электрических величин оптическими методами.
Значительным квадратичным электрооптическим эффектом обладают и некоторые
кристаллы.
Эффект Керра, вызванный электрическим полем световой волны называется высо-
кочастотным. Он проявляется в том, что для мощного излучения показатель пре-
ломления жидкости зависит от интенсивности света, т.е. среда становится нели-
нейной , что для интенсивных лазерных пучков приводит к самофокусировке.
16.3.2. Эффект Поккельса
Возникновение двойного лучепреломления в кристалле при наложении электриче-
ского поля в направлении распространения света называется эффектом Поккальса.
При этом величина разности фаз расщепленных лучей пропорциональна первой сте-
пени напряженности поля (линейный электрооптический эффект, а также продоль-
ный электрооптический эффект). Наиболее ярко эффект реализуется в кристалле
дигидрофосфата калия (КДР).
Эффект Поккельса по сравнению с эффектом Керра имеет меньшую зависимость от
температуры. Применение этих эффектов аналогичны (затворы, вращатели плоско-
сти поляризации, индикаторы электрического поля, модуляторы света).
16.4. Магнитооптические явления
К ним относят группу явлений, связанных с прохождением электромагнитного
излучения через вещества помещенные в магнитном поле.
16.4.1. Эффект Фарадея
Если линейно-поляризованный свет проходит через вещество, помещенное в маг-
нитное поле, вектор напряженности которого совпадает с напряжением распро-
странения света, то плоскость поляризации света поворачивается на некоторый
угол. Этот угол пропорционален длине пути света в веществе и напряженности
поля, и обратно пропорционален квадрату длины волны. Зависит он от свойств
вещества. Так, он сильно изменяется вблизи линий поглощения данного вещества.
Особенно сильный эффект наблюдается в тонких прозрачных пленках железа, нике-
ля и кобальта. При прохождении света в прямом и обратном направлении углы по-
ворота вследствие эффекта Фарадея не компенсируются, а суммируются, в отличии
от естественного вращения поляризации в некоторых веществах. Диамагнетики в
магнитном поле всегда обнаруживают положительное вращения (т.е. вращение по
часовой стрелке, если смотреть по направлению поля), пара и ферромагнетики -
отрицательные.
Природа эффекта объясняется различным влиянием магнитного поля на скорость
распространения в веществе правоциркулярно и левоциркулярно поляризованных
световых волн, в результате чего между ними накапливается разность фаз, при-
водящая при их сложении к возникновению волн с повернутой плоскостью поляри-
зации.
Как обычно, возможные применения вытекают из физической сущности эффекта;
управление поворотом плоскости поляризации с помощью магнитного поля или же
измерение магнитных полей по углу поворота плоскости поляризации.
Часто эффект Фарадея используют для создания невзаимных элементов, т.е.
устройств, пропускающих излучение только в определенном направлении.
Оптический вентиль состоит из двух поляризаторов, скрещенных под углом 45
градусов и элемента Фарадея, помещенного между ними. Элемент рассчитан так,
что вращая плоскость поляризации света на 45 градусов, и свет проходит через
второй поляризатор. Луч, идущий в обратном направлении, вращается в ту же
сторону, что и прямой луч и оказывается повернутым на 90 градусов относитель-
но первого поляризатора, и значит, не пропускается им. В частности такие вен-
тили используют в лазерах бегущей волны и в оптических усилителях.
В СВЧ-технике для создания вентилей, фазовращателей и циркуляторов широко
используют эффект Фарадея на ферритах, которые практически прозрачны для
электромагнитных волн этого диапазона (дици-, санти- и миллиметровые радио-
волны) .
16.4.2. Существует и так называемый обратный эффект Фарадея - возникновение
в среде магнитного поля под действием мощного циркулярнополяризованного све-
та, вызывающего циркулярное движение электронов).
16.4.3. Частным случаем эффекта Фарадея является магнитооптический эффект
Керра - при отражении под любым углом, в том числе и по нормали к поверхно-
сти , линейнополяризованного света от намагниченного ферромагнетика возникает
элептическиполяризованный свет. Фактически, магнитооптический эффект Керра
это вращение плоскости поляризации части излучения в тонком поверхностном
слое ферромагнетика в магнитном поле.
16.4.4. При распространении света в веществе перпендикулярно магнитному по-
лю возникает двойное лучепреломление, величина которого пропорциональна квад-
рату напряженности магнитного поля (эффект Коттона-Муттона).
Наложение сильного магнитного поля ориентирует хаотически расположенные мо-
лекулы (если последние имеют постоянный магнитный момент), что и приводит к
оптической анизотропии. Этот эффект много слабее, чем электрооптический эф-
фект Керра, а в технике применяется редко.
Механизм всех магнитооптических явлений тесно связан с механизмом прямого и
обращенного эффекта Зеемана.
16.4.5. Прямой (обращенный) эффект Зеемана состоит в расщеплении спектраль-
ных линий испускаемого (поглощаемого) излучения под действием магнитного поля
на излучающее (поглощающее) вещество. При этом неполяризованное излучение с
частотой направления поля расщепляется на два компонента (линии) с частотами
и, первая из которых поляризована по левому кругу, а вторая по правому. В на-
правлении же перпендикулярном поля расщепление имеет такой характер: имеется
при линейном-поляризованные компоненты с частотами.
Крайние компоненты поляризованы перпендикулярно магнитному полю средние же,
с неизменной частотой поляризована вдоль поля и по интенсивности вдвое пре-
восходит соседние. Величина смещения частоты пропорциональна индукции магнит-
ного поля. Эффект Зеемана обусловлен расщеплением в магнитном поле энергети-
ческих уровней атомов или молекул на подуровни, между которыми возможны кван-
товые переходы.
В заключении отметим, что механизм эффекта Фарадея, по сути дела, обуслов-
лен обращенным эффектом Зеемана. Им же объясняется избирательное поглощение
радиоволн парамагнитными телами, помещенными в магнитное поле.
16.5. Существует ряд явлений, при которых оптическая анизотропия в среде
вызывается воздействием из нее энергии светового излучения. К ним относится
эффект фотодихроизма, а также поляризация люминесценции.
16.5.1. Дихроизм - это зависимость величины поглощения телами света от его
поляризации. Это свойство, в той или иной мере, присуще всем поглощающим свет
веществам, обладающим анизотропной структурой. Классический пример такого ве-
щества - кристалл турмалина. Он обладает двойным лучепреломлением и, кроме
того, очень сильно поглощает обыкновенный луч. Поэтому даже из тонкой пласти-
ны турмалина естественный свет выходит линейно-поляризованным. Дихроизм обна-
руживает не только кристаллы, но и многочисленные некристаллические тела, об-
ладающие естественной или искусственно созданной анизотропией (молекулярные
кристаллы, растянутые полимерные пленки, жидкости, ориентированные в потоке и
т.д.) .
Эффект фотодихроизма состоит в возникновении дихроизма в изотропной среде
под действием на эту среду поляризованного света. Свет вызывает фотохимиче-
ские превращения молекул вещества, изменяя коэффициент их поглощения. Поляри-
зованный свет преимущественно взаимодействует с молекулами определенной ори-
ентации, что и приводит к появлению анизотропии поглощения.
16.5.2. Естественная оптическая активность. Кроме сред с линейным дихроиз-
мом (т.е. с различным поглощением света, обладающего различной линейной поля-
ризацией) существуют среды, обладающие циркулярным дихроизмом, по-разному по-
глощая правоциркулярный- и левоциркулярно-поляризованный свет. Циркулярным
дихроизмом, как правило, обладают вещества с естественной оптической активно-
стью
Естественной оптической активностью называют способность вещества поворачи-
вать плоскость поляризации прошедшего через него света. Величина угла поворо-
та зависит от длины волны света т. е. имеет место вращательная дисперсия.
Кроме того, этот угол пропорционален толщине слоя вещества, а для растворов и
концентрации.
Явление естественной оптической активности используется при определении
концентраций различных растворов в сахариметрии.
Естественная оптическая активность объясняется явлением двойного цирулирно-
го лучепреломления, т.е. расщеплением света на две циркулярно-поляризованные
компоненты - левую и правую, (следует отметить, что эффект Фарадея объясняет-
ся возникновением циркулярного преломления в магнитном поле). Направление
вращения плоскости поляризации при естественной оптической активности (лево-
стороннее или правостороннее) зависят от природы вещества. Это связано с су-
ществованием веществ в двух зеркальных формах - левой и правой (свойство ас-
симетрии).
16.6. Поляризация при рассеивании света
Рассеянный на неоднородных средах естественный свет в некоторых направлени-
ях является линейно-поляризованным и, наоборот, линейно-поляризованный свет в
некоторых направлениях не рассеивается. В основе этого явления (как и при по-
ляризации света, отраженного под углом Брюстера) лежит природа самой электро-
магнитной поперечной световой волны, а вовсе не анизотропия и ориентация мо-
лекул, что лишь препятствует полной поляризации рассеивания света.
Поляризация при рассеивании - единственный метод поляризации рентгеновского
излучения.
■ Жевандров Н.Д. Анизотропия и оптика. М., "Наука", 1974
■ Ландсберг Г.С. Оптика. М., "Наука", 1976
■ Шерклиф У. Поляризованный свет. М., "Мир", 1965
■ Фрахт М. Фотоупругость, т.1-2. М., 1950
■ Вайсбергер А. Физические методы в органической химии, пер. с англ. т. 5,
М., 1957
■ Квантовая электроника, изд. "Советская энциклопедия", М.,1969
■ Дитчберн Р. Физическая оптика, пер. с англ., М. , 1965
■ Иос Г. Курс теоретической физики, "Учпедгиз", М., 1963
■ Борн М. Атомная физика, пер. с англ., М., 1965
17. ЭФФЕКТЫ
НЕЛИНЕЙНОЙ
ОПТИКИ
До сих пор мы рассматривали оптические явления в предположении, что интен-
сивность (вт/см2) световой волны никак не влияет на физику явления. Так оно и
было до тех пор, пока в оптике оперировали со световыми волнами, напряжен-
ность электрического поля которых была пренебрежительно мала по сравнению с
внутренним электрическим полем (1010 в/см), определяющим силы связи оптиче-
ского электрона с ядром атома. Однако, с появлением лазеров, опыта со свето-
выми пучками, интенсивность которых достигает очень больших значений вт/см2
(электрическое поле световой волны соизмерено с внутриатомным), показали, что
существует сильная зависимость характера оптических эффектов при достижении
некоторых пороговых знаний интенсивности.
Оптические эффекты, характер которых зависит от интенсивности излучения на-
зывают нелинейными. Далее мы приведем некоторые из них.
17.1. Вынужденное рассеяние света
Случайные изменения плотности среды, обусловленные тепловыми движениями мо-
лекул (тепловые акустические волны), рассеивают световую волну и модулируют
ее по частоте, при этом возникают сателлиты с частотами, равными сумме и раз-
ности частот световой волны и тепловых акустических колебаний (спонтанное
рассеяние Мандельштама-Бриллюэна). Однако отношение интенсивности сателлитов
интенсивности падающего излучения составляет лишь Ю-6.
При увеличении интенсивности падающего излучения выше порогового значения
происходит следующее. Под действием электрического тока из-за явления элек-
трострикции возникают импульсы избыточного давления, достигающие в поле ла-
зерного луча дес. тыс. атмосфер. Возникает акустическая волна давления (ги-
перзвук, 1010 Гц), изменяющая показатель преломления по закону бегущей волны.
Эти изменения показателя преломления образуют в среде как бы дифракционную
решетку, на которой и происходит рассеяние световой волны. При этом интенсив-
ность сателлитов становится сравнимой с интенсивностью падающей волны, а ко-
личество их возрастает. Описанный эффект называется вынужденное рассеяние
Мандельштама-Бриллюэна.
При достаточно больших интенсивностях падающего излучения нелинейная среда
стать может генератором звука со световой накачкой. С помощью лазеров удается
возбуждать мощные (до 10 кВт) гиперзвуковые колебания во многих жидкостях и
твердых телах.
Свой нелинейный аналог имеет и комбинационное рассеяние. При вынужденном
комбинационном рассеянии мощное световое излучение возбуждает в среде коге-
рентные колебания молекул, на которых и происходит его рассеяние с образова-
нием суммарных и разностных сателлитов. Частота наиболее мощного из них мень-
ше частоты падающего света на частоту молекулярных колебаний.
Так, при рассеянии красного излучения лазеров в камере со сжатым водородом,
когда интенсивность достигает пороговой величины около 108 Вт/см2, число ком-
понентов в рассеянном излучении настолько возрастает и их интенсивность на-
столько высока, что, луч, выходящий из газа, из красного становится белым.
Аналогичен опыт по ВКР в жидкостях, например, в нитробензоле. Особенность
здесь в том, что рассеянные компоненты с различной длиной волны пространст-
венно разделены и образуют на экране цветные кольца.
Вынужденное рассеяние (ВКР и ВРМБ) применяется, в основном, для исследова-
ния структуры и свойств вещества, для изучения нелинейных процессов в средах.
Используется также для накачки полупроводниковых ОКР, для управления парамет-
рами твердотельных ОКГ. Может использоваться для создания преобразователей
частоты мощного когерентного света в ультрафиолетовой, видимой и особенно ин-
фракрасной областях спектра
17.2. Генерация оптических гармоник
При рассеянии интенсивного лазерного излучения в жидкостях и кристаллах,
помимо описанных выше боковых спектральных компонент, обнаруживаются компо-
ненты с частотами, в точности кратными частоте падающего излучения (двукрат-
ными , трехкратными и т.д.), называемые оптическими гармониками. В некоторых
кристаллах эти гармоники могут составлять до 50% рассеянного излучения. Таким
образом, если направить красное излучение рубинового лазера (0,69 мкм) на
кристалл дигидросфата калия, то на выходе можно получить невидимое ультрафио-
летовое излучение (0,345 мкм).
17.3. Параметрическая генерация света
Поместим нелинейный кристалл в оптический резонатор и направим на него мощ-
ное световое излучение накачки. Одновременно подадим на кристалл два слабых
излучения с частотами, сумма которых равна частоте излучения накачки. При
этом в кристалле возникает генерация двух мощных когерентных световых волн,
частота которых равна частотам этих двух слабых излучений. В действительности
же, кроме волны накачки, нет необходимости ни в каких дополнительных излуче-
ниях, т.к. в кристалле всегда найдутся два спонтанно излучающих фотона с со-
ответствующими частотами. Существенным является то, что при повороте кристал-
ла в резонаторе, частоты генерируемых волн могут плавно перестраиваться, в
сумме оставаясь равными частоте волны накачки. Это позволяет создавать опти-
ческие преобразователи, квантовые усилители и генераторы, плавно перекрываю-
щие широкий диапазон излучений от видимого до далекого инфракрасного при фик-
сированной частоте накачки.
17.4. Эффект насыщения
Так называют эффект уменьшения интенсивности спектральной линии поглощения
(или вынужденного излучения) при увеличении мощности падающего на вещество
внешнего электромагнитного излучения. Причиной эффекта насыщения является вы-
равнивание населенности двух уровней энергии, между которыми под действием
излучения происходят вынужденные квантовые переходы пвверх" (поглощение) и
"вниз" (вынужденное излучение). В случае поглощения при этом уменьшается доля
мощности излучения, поглощенного веществом. Абсолютная величина поглощаемой
мощности при этом, однако, не падает, а увеличивается, стремясь к некоторому
пределу. В случае активного вещества с инверсией населенностей эффект насыще-
ния приводит к уменьшению мощности вынужденного излучения, что ставит предел
величине усиления в квантовых усилителях.
Однако эффекту нашли широкое применение в лазерной технике, где он исполь-
зуется для модуляции добротности оптических резонаторов с помощью просветляю-
щихся под действием мощного излучения светофильтров. Кроме того, эффект насы-
щения используется для создания инверсии населенностей в трехуровневых кван-
товых системах.
17.5. Многофотонное поглощение
Если эффект насыщения делает среду, непрозрачную для слабого светового по-
ля, прозрачной для сильного, то для оптически прозрачных сред может иметь ме-
сто обратная ситуация. Здесь интенсивное излучение может поглощаться гораздо
сильнее, чем слабое. Некая аналогия фотохромному эффекту, однако, механизм
совершенно иной. Он состоит в том, что при больших плотностях излучения и
элементарном акте взаимодействия света с веществом могут одновременно погло-
щаться два или несколько фотонов, сумма энергий которых равна энергии перехо-
да.
Эффект многофотонного поглощения используется, в основном, в так называемой
многофотонной спектроскопии, дающей дополнительную информацию о строении ве-
щества, недоступную для обычной спектроскопии.
17.5.1. Многофотонный фотоэффект
Эффект состоит в том, что при высокой интенсивности светового поля иониза-
ция атомов может производить под воздействием излучения, для которого энергия
кванта меньше энергии ионизации. Это объясняется тем, что происходит одновре-
менное поглощение нескольких фотонов, сумма энергий которых больше энергии
ионизации атомов. Здесь просматривается некая аналогия с антистоксовской лю-
минесценцией . Следует отметить, что, например, для двухфотонного фотоэффекта
величина тока в фотоэлементе пропорциональна квадрату мощности лазерного из-
лучения .
17.6. Эффект самофокусировки
Известно, что первоначально параллельный пучок света по мере распростране-
ния в среде (включая и вакуум) расплывается за счет дифракционных явлений.
Это справедливо при малых интенсивностях света, пока еще среда остается ли-
нейной. С увеличением мощности светового пучка его расходимость начинает
уменьшаться. При некоторой критической мощности пучок может распространяться,
вообще не испытывая расходимости (режим самоканализации) , а при мощности,
превышающей критическую, пучок скачком сжимается к оси и сходится в точку на
некотором расстоянии от места входа в среду ставшую теперь нелинейной. Проис-
ходит процесс самофокусировки. Это расстояние, называемое эффективной длиной
самофокусировки, обратно пропорционально квадратному корню из интенсивности
пучка. Оно также зависит от его диаметра и оптических свойств среды. Открытие
эффекта самофокусировки принадлежит Г.А. Аскорьяну.
Физические причины этого эффекта заключаются в изменении показателя прелом-
ления среды в сильном световом поле. В это изменение вносит свой вклад также
эффекты, как электрострикция, высокочастотный эффект Керра и изменение пре-
ломления среды за счет ее нагрева в световом пучке. Вследствие этих эффектов,
среда в зоне пучка становится оптически неоднородной; показатель преломления
среды определяется теперь распределением интенсивности световой волны. Это
приводит к явлению нелинейной рефракции, т.е. периферийные лучи пучка откло-
няются к его оси, в зону с большей оптической плотностью. Таким образом нели-
нейная рефракция начинает конкурировать с дифракционной расходимостью. При
взаимной компенсации этих процессов и наступает самоканализация, переходящая
в самофокусировку при превышении критической мощности пучка. Процесс самофо-
кусировки выделяется среди прочих нелинейных эффектов тем, что он обладает
"лавинным" характером. Действительно, даже малое увеличение интенсивности в
некотором участке светового пучка приводит к концентрации лучей в этой облас-
ти, а следовательно и к дополнительному возрастанию интенсивности, что усили-
вает нелинейную рефракцию и т.д.
Отметим, что критические мощности самофокусировки относительно не велики
(для нитробензола - 25 кВт, для некоторых сортов оптического стекла - 1 Вт),
что создает реальные предпосылки использования описанного эффекта для переда-
чи энергии на значительные расстояния.
Интересно, что при самофокусировке излучение импульсных лазеров в органиче-
ских жидкостях пучок после "охлопывания" распространяется не в виде одного
пучка, а распадается на множество короткоживущих (10~10 сек.) узких (мкм) об-
ластей очень сильного светового поля (около 107 в/см) - световых нитей. Это
явление объясняют тем, что при самофокусировке лазерных импульсов нелинейная
среда работает как линза с изменяющимися во времени фокусными расстояниями, и
быстрое движение фокусов (скорости порядка 10б м/сек.) в сочетании с аберра-
циями "нелинейной линзы" может создать длинные и тонкие световые каналы.
В нелинейной оптике уже обнаружено множество интереснейших эффектов. Кроме
описанных выше, к ним относятся такие эффекты как оптическое детектирование,
гетеродинирование света, пробой газов мощным излучением с образованием т.н.
"лазерной искры", светогидравлический удар, нелинейное отражение света и дру-
гие . Некоторые из эффектов уже нашли применение не только в научных исследо-
ваниях, но и в промышленности. Так например, светогидравлический удар приме-
няется при штамповке, упрочнения материалов, для ударной сварки и т.д., что
наиболее себя оправдывает в производстве микроэлектроники, в условиях особо
чистых поверхностей.
17.7. Светогидравлический удар
Эффект заключается в том, что при пропускании мощного лазерного излучения
через жидкость в ней возникают акустические волны с высоким давлением, дости-
гающим миллиона атмосфер, сопровождающиеся вспышкой белого света и выбросом
жидкости на значительные расстояния, при этом тела, помещенные вблизи удара,
подвергались сильным деформациям и разрушению. Точной теории эффекта еще нет,
однако уже ясно, что это целый комплекс явлений. Здесь и самофокусировка,
увеличивающая интенсивность световой волны в малом объеме, и первоначальное
ее поглощение, связанное с ВРМБ (см. 17.1) и усиленное поглощение света обра-
зующейся плазмой, что приводит к возникновению ударной волны и затем кавита-
ции в жидкости. Предварительная фокусировка лазерного пучка и введение в жид-
кость поглощающих добавок значительно усиливают проявления эффекта.
17.8. Нелинейная оптика
Нелинейная оптика - новая и постоянно развивающаяся наука. Многообразие ее
эффектов далеко не исчерпано известными ныне. Так, совсем недавно были пред-
сказания теоретически гистерезисные скачки отражения и преломления на границе
нелинейной среды - целый класс новых эффектов нелинейной оптики.
Суть эффектов заключается в следующем. Если под небольшим углом скольжения
на границу раздела двух сред с близкими значениями диэлектрической проницае-
мости, одна из которых нелинейна, падает пучок мощного светового излучения,
то при изменении интенсивности излучения (угол падения фиксирован), когда она
достигает определенного значения, может произойти скачок от прохождения к
полному внутреннему отражению, при обратном изменении интенсивности скачок от
ПВО к прохождению произойдет уже при другом ее значении. Такие же скачки мо-
гут наблюдаться и при изменении угла падения, когда фиксировано значение ин-
тенсивности .
Если существование этих эффектов подтвердится, то они могут быть широко ис-
пользованы для исследования нелинейных свойств веществ в лазерной технике.
Так, например, гистерезисная оптическая ячейка может служить идеальным затво-
ром в лазере при генерации гигантских импульсов, т.к. в режиме ПВО практиче-
ски не поглощает энергии; с помощью гистерезисных эффектов можно будет с
большой точностью измерять интенсивность излучения, фиксируя скачки и т.д.
■ Квантовая электроника, Маленькая энциклопедия, изд. Советская энциклопе-
дия, М. , 1966.
■ Бломберген Н. Нелинейная оптика, пер. с англ., М., 1966
■ Шуберт М., Вильгельми В. Введение в нелинейную оптику пер. с нем. "Мир",
М., 1973.
■ Цернике Ф. , Мидвинтер Дж. Прикладная нелинейная оптика, пер. с англ.,
"Мир", М., 1976
■ Конюшая Ю.П. Открытия и научно-техническая революция, "Московский рабо-
чий" , М. , 1974
■ Аскарьян Г.А. ЖЭТФ, 42, 1567, 1962
■ Каплан А.Ю. Письма в ЖЭТФ, 9, 58, 1969
- Каплан А.К. Письма в ЖЭТФ, том 24, вып. 3, 1976
18. ЯВЛЕНИЯ
МИКРОМИРА
18.1. Радиоактивность
Под радиоактивностью обычно понимают самопроизвольное превращение неустой-
чивых изотопов одного вещества в изотопы другого; при этом происходит испус-
кание элементарных частиц и жесткого электромагнитного излучения. Различают
естественную и искусственную радиоактивность. Процессы, происходящие при ес-
тественной радиоактивности позволяют судить о структуре и свойствах радиоак-
тивных веществ. В настоящее время все большее значение получают процессы,
связанные с искусственной радиоактивностью. Практически все вещества имеют
радиоактивные изотопы, поэтому, не изменяя химического строения вещества мож-
но его пометить, сделав часть ядер радиоактивными. Это позволяет с большей
точностью следить за перемещением этого вещества или изучать его внутреннюю
структуру.
18.2. Рентгеновское и гамма излучения
Рентгеновское излучение, открыто в 1895 году физиком Рентгеном, имеет ту же
электромагнитную природу, что гамма излучение испускаемые ядрами атомов ра-
диоактивных элементов, поэтому оба вида изучения подчиняются одинаковым зако-
номерностям при взаимодействии с веществом. Принципиальная разница между дву-
мя этими видами излучения заключения в механизме их возникновения. Рентгенов-
ское излучение - внеядерного происхождения, гамма излучение - продукт распада
ядер.
18.2.1. Рентгеновское излучение возникает либо при торможении заряженных
частиц (электронов) высокой энергии в веществе (сплошной спектр), либо при
высоко-энергетических переходах внутри атома (линейчатый спектр). Недавно ус-
тановлено, что рентгеновское излучение может также возникать в результате яв-
ления адгезолюминесценции, которая наблюдается при очень быстром отрыве от
гладкой поверхности липкой ленты. Такой быстрый отрыв может происходить, на-
пример, при быстром качении по металлической поверхности цилиндра, покрытого
липкой лентой. В этом случае пленка и металлическая поверхность образуют как
бы обкладки микроскопического конденсатора, напряженность поля в котором мо-
жет достигать сотни тысяч электрон вольт. Электроны, разогнанные в миникон-
денсаторе, тормозятся, затем в веществе, испуская при этом рентгеновское из-
лучение .
18.2.2. Рентгеновские лучи применяют для просвещения различных веществ с
целью выявления скрытых эффектов. При деформации неподвижного микрокристалла,
на рентгенограммах наблюдается размытие в определенных направлениях интерфе-
ренционных пятен (явление астеризма). Появление астеризма объясняется тем,
что монокристалл в процессе деформации разбивается на отдельные участки
(фрагменты) размером 1-0,1 мкм. С увеличением деформации монокристалла интер-
ференционные пятна удлиняются. По направлению и степени растяжения пятна мож-
но судить о количестве размере и форме фрагмента и исследовать характер про-
текания деформации.
Из других областей применения рентгеновских лучей можно назвать:
■ рентгеновскую дефектоскопию; занимающейся просвечиванием твердых тел с це-
лью установления размера и места нахождения эффекта внутри материала;
■ рентгеновскую спектроскопию рентгеноспектральный анализ. Основная цель -
исследование электронного строения веществ по их рентгеновским спектрам.
Области применения - исследования химического строения веществ, технологи-
ческие процессы горнорудной и металлургической промышленности
■ рентгеновскую микроскопию широко применяющихся для исследования объектов
непрозрачных для видимого света и электронов (биология, медицина, минера-
логия, химия, металлургия).
18.3. Взаимодействие рентгеновского и гамма излучения с веществом происхо-
дят посредством трех основных процессов: фотоэлектрического поглощения (фото-
эффекта) , рассеяния и эффекта образования пар.
18.3.1. Фотоэффект
При фотоэффекте рентгеновский или гамма-квант передает всю энергию электро-
ну атома. При этом, если электрон получает энергию, большую, чем энергия свя-
зи его в атоме, то он вылетает из атома. Этот электрон называется фотоэлек-
троном. При потере атомами фотоэлектронов освободившиеся места в электронных
оболочках в дальнейшем заполняются электронами с внешних оболочек. Переход
электронов на более близкую к ядру оболочку сопровождается испусканием кванта
характеристического излучения, которое можно зарегистрировать, например, фо-
тоэмульсией .
При малых энергиях квантов (Е = 0,5 МзВ) фотоэлектроны вылетают преимущест-
венно в направлениях, перпендикулярных направлению распространения излучения.
Чем выше энергия квантов, тем ближе к их первоначальному направлению движение
выбрасываемых фотоэлектронов. Процесс образования фотоэлектронов приводит к
ионизации облучаемого вещества, что находит большее применение для интенсифи-
кации различных технологических процессов.
18.3.2. Рассеяние рентгеновского и гамма излучения
Различают два основных процесса рассеяния: комптоновское или некогерентное
(Комптон эффект) и когерентное рассеяние.
При Комптон эффекте происходит упругое соударение первичного кванта со сво-
бодным электроном вещества. Комптоновское рассеяние представляет собой взаи-
модействие кванта с электроном, при котором, в отличие от фотоэффекта, квант
передает электрону не всю энергию, а только ее часть, отклоняясь при этом от
своего первоначального направления в некоторый угол, а электрон, получивший
некоторое количество энергии, начинает двигаться под углом к направлению дви-
жения рентгеновского или гамма-кванта. В результате Комптон эффекта появляет-
ся рассеянный квант большей длиной волны, изменившей первоначальное направле-
ние, и электрон отдачи (комптоновский электрон), получивший часть энергии
кванта. Комптоновские электроны характеризуются непрерывным спектром от ни-
чтожно малых значений до максимальной величины (если они выбрасываются в на-
правлении движения кванта).
18.3.3. В случае, если энергия кванта сравнима с энергией связи электрона в
атоме, происходит когерентное рассеяние квантов. При этом, когда электромаг-
нитная волна встречается с электроном, последний начинает колебаться с часто-
той этой волны и излучает: энергию в виде рассеянной волны. Энергия кванта
при этом не изменяется. Движение электронов в атоме взаимосвязано, поэтому
излучение, рассеянное одним электроном, будет интерферировать с излучением,
рассеянным другими электронами этого же атома. Рассеянные гамма кванты несут
информацию о структуре облучаемого вещества, поэтому рассеянное излучение
можно использовать для различных измерительных целей.
18.3.4. Эффект образования пар
При взаимодействии с атомами ядра кванты рентгеновского и гамма излучения
достаточно высокой энергии (не менее 1,02 МзВ) вызывают одновременное появле-
ние электронов и позитронов. Процесс образования электронно-позитронных пар
происходит в поле атомного ядра или поле электрона. Позитрон существует лишь
очень короткий промежуток времени; вслед за образованием пары наблюдается яв-
ление аннигиляции - исчезновение позитрона и какого либо электрона среды, со-
провождаемое излучением двух квантов с энергией 0,51 МзВ.
18.4. Взаимодействие электронов с веществом
Различают следующие виды взаимодействия: упругое и неупругое рассеяние
электронов на атомных ядрах и электронных оболочек и торможение электронов в
кулоновском поле атомных ядер.
18.4.1. Упругое рассеяние имеет место при таких столкновениях, при которых
происходят лишь изменения направления движения сталкивающихся частиц, тогда
как их общая энергия остается неизменной. Основную роль в рассеянии электро-
нов играет упругое рассеяние на атомных ядрах, хотя электроны рассеиваются и
на электронах атомных оболочек. Вследствие малой массы электронов они откло-
няются на углы от 0 градусов до 180 градусов, причем на малые углы электроны
отклоняются с большей вероятностью. При отклонении на большие углы электроны
несут информацию о строении вещества рассеивателя, что может быть использова-
но в различных измерительных приборах.
18.4.2. Неупругое рассеяние электронов происходит в основном в результате
их сталкивания с орбитальными электронами. При столкновении электронов с
электронами атомных оболочек часть энергии электронов передается связанному
электрону атома. В зависимости от количества переданной энергии происходит
возбуждение или ионизация атомов вещества. В этом и другом случае воздейст-
вующий электрон теряет свою энергию. Большая часть вторичных электронов обла-
дает незначительно кинетической энергией. Процесс возбуждения сопровождается
испусканием характеристического излучения. Процесс неупругого рассеяния, по-
скольку он сопровождается ионизацией может использоваться для интенсификации
различных технологических процессов:
18.4.3. Тормозное излучение
Помимо потерь на ионизацию и возбуждение атомов вещества, электроны могут
терять свою энергию на образование тормозного излучения. Проходя вблизи атом-
ного ядра, под действием его электрического поля электроны испытывают тормо-
жение . Поэтому в соответствии с законом сохранения энергии они будут испус-
кать электромагнитное (тормозное) излучение. В тормозное излучение может пре-
образоваться любая часть кинетической энергии электрона вплоть до ее макси-
мального значения. Поэтому энергетический спектр тормозного излучения непре-
рывный. Примером тормозного излучения является рентгеновское излучение возни-
кающее при торможении электронов на аноде рентгеновской трубки. Это использу-
ется в рентгеновских аппаратах.
18.4.4. Совместные действия облучения электронами и светом
Особенность эффекта состоит в том, что вещество не поглощает свет до облу-
чения электронами, но в процессе облучения или после него свет поглощается
короткоживущими частицами: радикалами, возбужденными молекулами, возбуждение
или диссоциация которых приводит к химическим превращениям. Например, вещест-
ва : твердые растворы бензола и нафталина в метилцинклогекоане и этаноле.
18.5. Взаимодействие нейтронов с веществом
Нейтрон представляет собой электрически нейтральную частицу с массой покоя,
равной приблизительно массе покоя протона, вместе с которым они образуют ядра
всех элементов. Поскольку нейтрон электрически нейтрален, он может вызывать
различные ядерные реакции, в частности цепные реакции деления тяжелых ядер
(теория, урана, плутония) осуществляемые в ядерных реакторах. По кинетической
энергии нейтроны делятся на быстрые, промежуточные и тепловые. В зависимости
от этой энергии нейтроны по-разному взаимодействуют с веществом. Тепловые
нейтроны взаимодействуют практически со всеми ядрами элементов, а в тяжелых
вызывают реакцию деления. Промежуточные также поглощаются ядрами, но при не-
которых значениях энергии нейтроны хуже поглощаются ядрами, а гораздо лучше
неупруго рассеиваются (замедляются), теряя при этом кинетическую энергию.
Особенно интенсивно быстрые нейтроны рассеиваются на водосодержащих веществах
(замедлителях), что используется для замедления быстрых нейтронов до тепловых
энергий в тепловых реакторах.
18.5.1. При очень интенсивном облучении быстрыми нейтронами различных ве-
ществ наблюдается так называемые явления нейтронного распухания - увеличение
объема вещества, что может быть использовано, например, для правки массивных
металлических деталей или в устройствах для измерения деформации ядерного го-
рючего .
18.6. Взаимодействие альфа-частиц с веществом
Альфа-частицы (ядра гелия 4) состоят из двух протонов и двух нейтронов. По-
скольку альфа-частицы заряжены, то их очень просто ускорять и облучать этим
потоком различные вещества, которые при этом сильно ионизируются. Ионизиро-
ванные атомы через какой-то промежуток времени захватывают свободные электро-
ны и превращаются в нейтральные, излучая при этом характеристическое излуче-
ние, по которому можно судить о составе исследуемого вещества.
■ Хирный А. и др. Эффект увеличения коррозионной стойкости металлов, облу-
ченных ионами гелия. Доклады АН СССР, Т.214, №1, 1974.
18.6.1. Эффект увеличения коррозийной стойкости металлов
Если металлическую пластину облучать в течение нескольких минут альфа-
частицами, то в силу короткого пробега частицу в веществе основная масса час-
тиц останется в тонком поверхностном слое отдав при этом ему всю кинетическую
энергию. Экспериментально установлено, что если после такого облучения пла-
стину выдержать в атмосфере паров концентрированной соляной и серной кислот,
то поверхность металла сохраняет первоначальную структуру и блеск. Этот эф-
фект можно объяснить так же, как и в случае сверхнизкого трения перестройкой
структуры поверхностного слоя и удалением паров воды.
18.7. Радиотермолюминесценция
Если какое-либо твердое вещество при низкой температуре подвергнуть воздей-
ствию электронов рентгеновских или гамма-лучей, то при нагреве, даже самом
незначительном, вещество начинает светиться. Причем, при плавном нагревании
твердых органических веществ температура, при которой наблюдается наибольшее
термолюминесцеция, совпадает с температурой структурных переходов (плавления,
размягчения и т.д.). Это явление позволило создать новый эффективный метод
исследования вещества.
В общих чертах метод радиотермолюминесценции или сокращенно РТД, заключает-
ся в следующем: образец исследуемого органического вещества облучают при низ-
кой температуре (77-100 градусов К) в полной темноте. Пригодны любые источни-
ки ионизирующего излучения: нейтронные, гамма, бетта-источники, ускорители
заряженных частиц рентгеновские установки. Мощность дозы не играет существен-
ной роли. Важно только, чтобы полная так называемая экспозиционная доза дос-
тигала 0,1-2 Мрад. Такие дозы, как правило, не изменяют температуры структур-
ного перехода. Затем образец плавно нагревают 10-20 С в минуту. Свечение об-
разца регистрируют с одновременной регистрацией температуры. Получают зависи-
мость интенсивности РТЛ от температуры - кривую высвечивания. Пики, изломы
кривой, их высота и ширина несут информацию об исследуемом веществе и, прежде
всего, позволяют оценить температуру структурных переходов. Абсолютная точ-
ность определения достигает около 1 градуса.
■ Мельников Л. Свет из ловушки. "Химия и жизнь", №1, 1976
18.8. Эффект Мессбауэра
Суть эффекта состоит в упругом испускании или поглощении гамма-квантов
атомными ядрами связанными в твердом теле. Причина "упругости" процесса (при
упругом процессе внутренняя энергия тела не изменяется, т.е. атом остается в
том же состоянии) , в том, что если атом поглотитель или излучатель входит в
состав кристаллической решетки, то перестает выполняться однозначное соответ-
ствие между импульсом гамма-кванта и энергии отдачи атома. При Мессбауэров-
ском процессе отдача атома вообще не имеет место (не происходит возбуждение
фонона), и импульс гамма-кванта воспринимается всей решеткой, т.е. всем кри-
сталлом. Благодаря этому ширина Мессбауэровских линий поглощение и испускания
очень мала (весьма острая резонансная кривая); соответственно сдвиг линий
очень чувствителен к параметрам, как самого излучения, так и твердого тела. В
настоящее время на основе этого эффекта проведена масса очень тонких физиче-
ских экспериментов, весьма важных, в частности, для физики и химии твердого
тела. Малая ширина линий поглощения и следовательно, почти фантастическая
точность измерений с помощью эффекта Мессбаэура позволило разработать ряд ме-
тодов для технического экспресс анализа веществ, содержащих Мессбауэровские
ядра.
Применение эффекта Мессбауэра для контроля железной руды при ее магнитном
обогащении и использованием в качестве источника гамма-излучения кобальта-57
позволяет быстро и надежно определять содержание железа в рудном порошке, что
способствует повышению качества железного концентрата.
■ Гольданский В. И. Эффект Мессбауэра и его применение в химии, изд. АН
СССР, 1964.
18.9. Электронный парамагнитный резонанс
Установлено явление квантовых переходов между электронными энергетическими
линиями парамагнитных тел под влиянием переменного магнитного поля резонанс-
ной частоты (явление электронного парамагнитного резонанса - ЭПР).
Суть явления: постоянно в магнитном поле электронные уровни энергии пара-
магнитных атомов расцепляются на несколько подуровней; энергетическая раз-
ность подуровней определяется величиной поля и свойствами вещества; соответ-
ствующие квантовые переходы между этими подуровнями инициируются в переменном
(высокочастотном) магнитном поле.
Открытие ЭПР послужило толчком для развития резонансных методов изучения
вещества, в частности акустического парамагнитного резонанса ферро- и анти-
ферромагнитного резонанса магнитного резонанса.
При явлении акустического парамагнитного резонанса переходы между подуров-
нями инициируются наложением высокочастотных звуковых колебаний; в результате
возникает резонансное поглощение звука.
При ферромагнитном резонансе происходит избирательное поглощение энергии
электромагнитного поля: Эта энергия расходуется на возбуждение коллективных
колебаний магнитоупорядоченной структуре ферромагнетика (или антиферромагне-
тика) .
Применение метода ЭПР дало ценные данные о строении стекол, кристаллов рас-
творов; в химии этот метод позволил установить строение большого числа соеди-
нений изучить цепные реакции и выяснить роль свободных радикалов (молекул),
обладающих свободной валентностью в протекании химических реакций. Тщательное
изучение радикалов привело к решению ряда вопросов молекулярной и клеточной
биологии.
Метод ЭПР - очень мощный, он практически не заменим при изучении радиацион-
ных изменений в структурах, в том числе и в биологических. Чувствительность
метода очень высока и составляет 1010 и 1011 парамагнитных молекул. На приме-
нении ЭПР основан поиск и проверка новых веществ для квантовых генераторов;
явление ЭПР используется для генерации сверхмощных субмиллиметровых волн.
■ Парамагнитное поглощение звука, УФН, 1961, Т.75, №3
■ Пейк Дж. Парамагнитный резонанс. М., "Мир", 1965
18.10. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР)
Парамагнетизм вещества может быть обусловлен не только строением электрон-
ных оболочек атомов, но и магнетизмом ядер. Магнетизм ядер, также, как и маг-
нетизм оболочек, может вызвать резонансное поглощение энергии в твердом, жид-
ком или газообразном состоянии. Резонансные частоты метода ЯМР лежат в облас-
ти 1-100 МГц, чувствительность метода составляет от 1017 до 1021 ядер. На при-
менении ЯМР основан принцип работы приборов для стабилизации и точнейших из-
мерений магнитных полей, а также для анализа смесей по их изотопному составу.
Сильный сигнал ЯМР наблюдается в присутствии ядер изотопа углерод-13, что
предопределило применение ЯМР и его разновидности - ядерного квадрупольного
резонанса в химии углеродов, особенно природных (нефть).
■ Александров И.В. Теория ядерного магнитного резонанса. М., 1964
■ Абрагам А. Ядерный магнетизм. М., ИЛ, 1963
■ Каррингтон А. и др. Магнитный резонанс и его применение в химии. М. ,
"Мир", 1970
18.11. Эффект Оверхаузера-Абрагама
В том случае, если в атоме имеет место и ядерный, и электронный парамагне-
тизм, то их взаимодействие приводит к изменению интенсивности сигнала ЯМР.
При возрастании насыщения электронного парамагнитного резонанса и образце с
парамагнитными ядрами наблюдается значительное увеличение интенсивности ЯМР.
Этот эффект был использован для разработки метода динамической поляризации
ядер; вещество с поляризованными ядрами очень чувствительно как к величине
магнитного поля, так и ее изменению. Это свойство и лежит в основе практиче-
ских применений эффекта.
Хуцишвили Г. УФН., 1960, т.71.
19. РАЗНОЕ
В этом разделе даются краткие сообщения о некоторых эффектах, по какой-либо
причине не вошедшие в предыдущие главы "Указателя". В некоторых случаях это
объясняется несовершенством принципа, положенного нами в основу систематиза-
ции физических эффектов, в других - эффекты привлекли наше внимание уже после
написания основных разделов, некоторые эффекты вообще трудно было назвать фи-
зическими, как например, эффект Мебиуса. Тем не менее, многие из них, по на-
шему мнению, могут с успехом использоваться.
19.1. Термофорез
Если нагретое тело поместить в объем, заполненный аэрозолем, т.е. мелкими
частицами, взвешенными в воздухе, например, дымом или туманом, то вокруг тела
возникает так называемая темная зона (среда, свободная от аэрозоля), толщина
которой зависит от разности температур тела и среды, давления газа, размера и
формы тела и не зависит от его химического состава. Горячее тело как бы от-
талкивает от себя частицы аэрозоля.
Это явление обусловлено термофоретическими силами, действующими со стороны
газообразной среды на находящееся в ней неравномерно нагретые тела (в частно-
сти, частицы аэрозоля). Термофоретические силы возникают вследствие того, что
газовые молекулы у более нагретой стороны частицы сильнее бомбардируют ее,
чем у менее нагретой стороны, и потому сообщает частице импульс в направлении
убывания температуры. Величина термофоретических сил пропорциональна квадрату
радиуса частицы, скорость же движения частицы под действием этих сил - ско-
рость термофореза - не зависит от ее размера вследствие соответствующего воз-
растания силы сопротивления среды.
19.2. Фотофорез
Если аэрозоль осветить интенсивным направленным пучком света, то аэрозоль-
ные частицы начинают совершать упорядоченные движения, причем некоторые из
них в направлении распространения света (положительный Ф.Ф.), а другие на-
встречу ему (отрицательный Ф.Ф.). Наиболее сильно Ф.Ф. проявляется на окра-
шенных частицах. Тип Ф.Ф. зависит от цвета и от ее размера.
В основе явления лежит совместное действие на частицу светового давления и
термофоретических сил. Преобладание одного из этих факторов определяет тип
Ф.Ф. Так, для мелких частиц основным фактором является световое давление, оно
и обуславливает в данном случае положительный фотофорез.
19.2.1. Интенсивное явления обнаружено в аэрозолях селеновой и железной пы-
ли. В этих системах под влиянием светового потока аэрозольные частицы начина-
ют двигаться в направлении перпендикулярном направлению распространения све-
та.
19.3. Стробоскопический эффект
Если быстро вращающееся тело освещать импульсами света, частота следования
которых совпадает с круговой частотой вращения, то наблюдатель будет видеть
тело как бы неподвижным. Это позволяет рассматривать особенности его поверх-
ности или какие-либо ее изменения, не останавливая вращения тела.
Если частоты световых импульсов и вращения тела несколько отличаются, то
будет наблюдаться кажущееся вращение тела, скорость которого гораздо меньше
действительной скорости вращения. Сказанное справедливо и для поступательного
(колебательного) движения тел.
Стробоскопический эффект лежит в основе кино. Отдельные изображения после-
довательных стадий движения, быстро сменяя друг друга, создают иллюзию непре-
рывного движения. При этом важную роль играет особенность нашего светового
восприятия инерционность, глаз как бы "видит" изображение предыдущего кадра
некоторое время после того, как экран погас.
Движение в кинофильме может быть ускоренным или замедленным в зависимости
от соотношения частот съемки и воспроизведения, что используется для визуали-
зации быстро - или медленно - протекающих процессов.
Несмотря на свою простоту, стробоскопический метод может являться основой
многих тонких исследований.
В заключении отметим, что стробоскопический эффект является ярким проявле-
нием закона согласования ритмики частей системы.
19.4. Муаровый эффект
При наложении двух систем контрастных полос возникает узор, образованный их
сгущениями в местах, где полосы одной системы попадают в промежутки между по-
лосами другой системы. Возникновения таких узоров называют муаровым эффектом.
Простейший муаровый узор возникает при пересечении под небольшим углом двух
систем равноудаленных параллельных полос (линий). Небольшое изменение угла
поворота одной из систем ведет к значительным изменениям расстояния между
элементами муарового узора.
19.4.1. Муаровый узор образуется также при наложении двух непересекающихся
систем равноудаленных параллельных линий, корда величина шага одной из систем
слегка отлична от другой. При этом, чем меньше разница в шаге, тем больше
расстояние между муаровыми полосами. Это позволяет получить колоссальное уве-
личение (в миллионы раз) разницы в ширине промежутков между линиями. Иначе
говоря муаровый эффект дает возможность визуально без применения оптических
систем, обнаруживать ничтожные отклонения в почти одинаковых периодических
структурах. В настоящее время метод муара широко применяют при контроле точ-
ности делительных устройств для изготовления дифракционных решеток.
19.4.2. Муар возникает на электронной микрофотографии двух кристаллов, на-
ложенных таким образом, что их атомные решетки почти совпадают. Любой дефект
нарушающий регулярность структуры кристалла, четко проявляется в муаровом
узоре. Увеличение при этом таково, что позволяет видеть смещения атомов, ве-
личины которых меньше диаметра самого атома.
19.4.3. Если две решетки из равноудаленных параллельных прямых, несколько
отличных по величине шага, двигать одну относительно другой в направлении,
перпендикулярном линиям, то полосы муарового узора будут двигаться со скоро-
стью гораздо большей, чем относительная скорость движения самих решеток. При
этом направление их движения совпадает с направлением относительного смещения
решетки с меньшим шагом. Таким образом, малое перемещение одной из решеток
приводит к значительному перемещению полос муара, которое легко обнаружить и
измерить.
Описанное проявление муарового эффекта издавна используется во всех измери-
тельных приборах, обладающих нондусом, таких, как микрометр или штангенцир-
куль .
19.4.4. С помощью эффекта муара можно визуализировать ничтожные изменения
показателя преломления прозрачных сред, помещая их между решетками. Так, на-
пример , можно визуально изучить динамику растворения двух веществ.
19.4.5. Этот же принцип позволяет производить экспресс-анализ качества оп-
тических деталей. Линзы помещают между решетками, наличие выпуклой линзы уве-
личивает элементы муарового узора, вогнутой - уменьшают. При этом обе линзы
поворачивают узор в противоположных направлениях на угол, пропорциональный
фокусному расстоянию. В местах неоднородностей структуры или формы линз линии
узора искажаются.
Множество муаровых узоров можно получить, совмещая решетки, образованные
самыми различными линиями, например концентрическими окружностями, спирале-
видными волнообразными или радиально исходящими из точки линиями и даже се-
мействами равномерно расположенных точек. Таким образом можно моделировать
многие сложные физические явления, такие, как взаимодействие электростатиче-
ских полей, интерференция волн и другие. Подобными методами решаются некото-
рые задачи архитектурной акустики.
В Японии предложено использовать муаровый эффект для составления топографи-
ческих карт предметов. Объект фотографируют через решетку из тонких нитей,
сбрасывающую на него четкую тень. Тень деформируется в соответствии с релье-
фом объекта и при взаимодействии ее с реальной решеткой возникает муаровый
узор, наложенный на изображение объекта. На фотографии расстояние между ли-
ниями муара соответствует глубине рельефа. Такой метод очень эффективен, на-
пример, при изучении деформации быстровращающихся деталей, при анализе обте-
кания тел поверхностным слоем жидкости в медицинских исследованиях анатомиче-
ского характера.
Универсальность метода муара, простота преобразования с его помощью различ-
ных величин, близка к ИКР, высокая разрешающая способность - все это говорит
о том, изобретатели еще не раз обратятся в своей практике к муаровому эффек-
ту.
19.5. Высокодисперсные структуры
Одной из тенденций развития технических систем является увеличение степени
дисперсности входящих в них веществ. При этом наблюдаются качественные изме-
нения свойств дисперсной структуры по сравнению со свойствами монолитного не-
раздробленного вещества.
Высокодисперсные структуры подразделяются на сыпучие, консолидированные и
коллоидные. Из сыпучих порошков особый интерес представляют ферромагнитные
порошки, так как ими легко управлять магнитным полем, и их можно вводить в
виде индикаторных добавок в немагнитные вещества с целью выяснения условий
действующих внутри исследуемого вещества (температуры, давления и т.п.).
19.5.1. Консолидированные тела - это тела, полученные путем прессования или
спекания мелкого порошка (размеры частиц от 10 до 100 мкм). Консолидированные
тела обнаруживают много интересных свойств, отличающих их от сплошного тела,
состоящего из того же вещества. Например, при консолидировании порошка путем
прессования можно получить анизотропные тела, несмотря на то, что вещество,
составляющее частицы вещества, изотропно. Параметры такого консолидированного
тела (электропроводность, теплопроводность, распространение звука, модуль уп-
ругости и т.п.) в направлении прессования выше, чем в сплошном теле из того
же вещества, причем все свойства изменяются практически на один и тот же мас-
штабный коэффициент пропорциональности. Зная, в каком масштабе искажена одна
из условных характеристик пористого образца (например, электропроводность),
можно легко определить масштабы искажения и других характеристик этого образ-
ца (теплопроводности, скорости звука, модуля сжатия, коэффициента Пуассона и
т.д.), а значить легко можно определить и сами характеристики данного образ-
ца. Контролируя какую-нибудь из легко измеряемых характеристик пористого тела
в процессе его консолидации можно однозначно определить изменения интересую-
щих нас других его характеристик.
19.6. Электрореологический эффект
Электрореологическим эффектом называется быстрое обратимое повышение эффек-
тивной вязкости неводных дисперсных систем в сильных электрических полях.
Электрореологические супсенции состоят из неполярной дисперсной среды и
твердой дисперсной фазы с достаточно высокой диэлектрической проницаемостью.
Дисперсными средами могут служить неполярные или слабополярные органические
жидкости с достаточно высоким электрическим сопротивлением (порядка 10
ом'см) . Например, светлые масла (вазелиновое, трансформаторное) , растительные
масла (косторовое), диэфиры (дибутилсебацинат), нефтановые углеводороды (цик-
логексан), керосин, загущенный малыми добавками полиизобутилена. В качестве
дисперсной фазы широко применяется кремнезем в различных модификациях. Разме-
ры частиц не более 1 мкм.
Электрореологический эффект не проявляется заметно вплоть до некоторой по-
роговой напряженности электрического поля. Величина ее зависит от состава
суспензии и температуры. После достижения значения Екр эффективная вязкость
растет приблизительно квадратично, но не до бесконечности, а до ее насыщения.
Эффект наблюдается и в постоянных и в переменных полях. При увеличении час-
тоты поля кажущаяся вязкость вначале остается неизменной, затем падает. Вид
зависимости эффекта от частоты зависит от состава дисперсной системы.
Электрореологические суспенсии весьма чувствительны к изменениям температу-
ры. Нагрев снижает абсолютную величину эффективной вязкости системы. С ростом
температуры влияние электрического поля постепенно нивелируется.
19.7. Реоэлектрический эффект
Под действием сдвига в так называемых электрочувствительных дисперсных сис-
темах происходят изменения диэлектрической проницаемости, электропроводности
и тангенса угла диэлектрических потерь.
Такие изменения диэлектрических параметров предложено называть реоэлектри-
ческим эффектом. Важное значение реоэлектрического эффекта для практики свя-
зано с возможностью получения на его основе электрически анизотропных мате-
риалов, в частности электронов. Если частицы дисперсной фазы несут заряд пре-
имущественно одного знака, в концентрированных системах при наложении элек-
трического поля наблюдается электросинерезис - сжатие структурного каркаса в
целом у одного электрода и выделение дисперсной среды у другого.
В суспензиях, если частички несут положительный или отрицательный заряд,
под влиянием электрического поля протекает электрофорез и соответственно на
катоде или на аноде осаждается слой дисперсной фазы. Это свойство использует-
ся для создания информационных табло и экранов отображения плоских устройств
для показа картин с помощью дисперсных систем, прозрачность которых изменяет-
ся под влиянием электрического поля.
Области возможного практического применения электрореологического эффекта
чрезвычайно разнообразны и широки:
1. регулирование движения жидкости, прокачиваемой через узкий канал;
2. конструкции муфт сцепления, тормозов и других фрикционных устройств;
3. зажимные и фиксирующие устройства (если пленку электросвязкой жидкости на-
нести на тонкую пластину диэлектрика, с другой стороны которого располага-
ются электроды, соединенные с источником одно или трехфазного тока, то
электропроводный эффект, установленный на пластине, будет жестко зафикси-
рован "затвердевший" пленкой при наложении достаточно интенсивного элек-
трического поля);
4. жидкие электрогенераторы, преобразователи тока;
5. электрокинетические весы.
19.8. Жидкие кристаллы
Представим себе жидкость, молекулы которой имеют удлиненную палочкообразную
форму. Силы взаимодействия "выстраивают" их параллельно друг другу и ведут
они себя как обычные молекулы жидкости, но с учетом единственного ограничения
при всех перемещениях должно сохраняться (в целом) некоторое выделенное на-
правление длинных осей. У такой жидкости будут различные оптические и другие
характеристики (например, теплопроводность) в различных направлениях, т.е.
они будут анизотропной. А ведь анизотропия всегда считалась отличительной
чертой кристаллического состояния!
Жидкость, описанного выше типа, принадлежит обширному классу веществ, назы-
ваемых нематическими жидкими кристаллами. Слово "немое" по-гречески "нить",
и, действительно, молекулы таких жидких кристаллов напоминают бусинки, укреп-
ленные на нити.
Возможны и другие типы молекулярной архитектуры, создающие анизотропию. Ук-
ладка молекул слоями и пачками приводит к еще одному классу жидких кристаллов
- сметическим. Такая упаковка молекул создает анизотропию не только оптиче-
ских, но и механических свойств, поскольку слоя легко смещаются относительно
друг друга. Название этой группы связано с греческим словом "смектос" (мыло).
Такое расположение молекул характерно для мыльных растворов, эмульсий и т.д.
Третьим распространенным типом жидких кристаллов являются холестерические,
в которых молекулы укладываются в плоскостях подобно описанным выше нематиче-
ским кристаллам, но сами плоскости повернуты друг относительно друга. Вектор,
связанный с длинной осью, так называемой "директор", описывает в пространстве
спираль. Названием этот класс жидких кристаллов обязан печально известному
холестирину, у которого впервые были обнаружены подобные свойства.
19.8.1. Прежде всего, было найдено, что воздействие электрического поля на
жидкие кристаллы приводит к электрооптическим эффектам, не имеющих аналогов
среди прочих оптических сред. Электрооптическая ячейка состоит из двух сте-
кол, между которыми находится тонкий слой жидкого кристалла. Окрашенные по-
верхности стекол обработаны таким образом, что они, оставаясь прозрачными,
пропускают электрический ток. Таким образом получают как бы прозрачный кон-
денсатор, диэлектриком внутри которого служит слой жидкого кристалла.
19.8.2. Первым из открытых и, пожалуй, наиболее впечатляющих эффектов стало
динамическое рассеяние. При определенном значении приложенного поля жидкость
между электродами как бы становится мутной. Свет, до сих пор беспрепятственно
приходивший через жидкий кристалл, рассеивается, и участки с повышенной на-
пряженностью поля становятся видны.
Этот простой эффект имеет большую практическую ценность.
Электропроводящие участки поверхности стекла могут быть выполнены в виде
букв или любых геометрических фигур. Подавая на них соответствующие напряже-
ния, можно формировать различным образом прозрачные и непрозрачные участки,
то есть с ничтожными затратами энергии создавать подвижные и неподвижные кар-
тины. Использование динамического рассеяния на слое жидкого кристалла толщи-
ной в несколько микрометров позволяет получить изображение, затрачивая мощ-
ность порядка микроваттов. При этом из-за тонкости слоя жидкого кристалла не-
обходимое напряжение на ячейке составит всего несколько вольт.
19.8.3. Удивительные превращения происходят с лучом света при взаимодейст-
вии с холестерическим жидким кристаллом, т. е. периодической спиралью. Осве-
щенный белым светом, он кажется окрашенным и при поворотах (при изменении уг-
ла наблюдения) начинает переливаться всеми цветами радуги. Этот эффект возни-
кает потому, что в различных направлениях чешуйки кристалла, отражающие свет,
расположены на различных расстояниях и отражают из белого цвета лишь волны с
определенной длинной.
Такой простой и красивый эффект дает ошеломляющую возможность.
Например, пусть какой-то участок поверхности нагрет на сотые доли градуса
выше окружающих. Приложим к этой поверхности пленку с нанесенным слоем холе-
стерического жидкого кристалла. В "горячей" точке шаг спирали чуть-чуть уве-
личится и на пленке появится точка иного цвета. Покрыв готовое изделие (это
может быть интегральная схема или деталь двигателя) слоем холестерического
вещества, можно получить цветную картину тепловых направлений, на который
контрастными пятнами поступают любые дефекты, и неоднородности, даже скрытые
далеко в структуре, благодаря неодинаковой их теплопроводности.
19.8.4. Цвет окраски жидкого кристалла однозначен с температурой нагретой
поверхности. Этот эффект лежит в основе разработанного преобразователя инфра-
красного изображения в видимое.
Основным элементом этого устройства является пленка холестерического жидко-
го кристалла, повешенная на тонкую черную мембрану. Мембрана поглощает сфоку-
сированное на ней инфракрасное излучение и передает тепло слою жидкого кри-
сталла. Цвет жидкокристаллической пленки (в отраженном свете) зависит от тем-
пературы, поэтому при освещении пленки белым светом получается видимое изо-
бражение инфракрасного излучения. Напомним, что для преобразования инфракрас-
ного излучения в видимое обычно используют преобразователи на основе фото-
эмиссионных или фосфороресцирующих устройств с весьма сложной и дорогостоящей
электроникой. Предельная простота и малая стоимость делает жидкокристалличе-
ские преобразователи несравненно более выгодными.
Из смеси холестерических веществ можно изготавливать температурные индика-
торы в интервале температур от 20 до 250 С. Индикаторы представляют собой
тонкую гибкую пленку жидкого кристалла, заключенную между двумя полимерными
пленками. Такую пленку можно накладывать на поверхности деталей для регистра-
ции температурных градиентов в различных направлениях.
19.8.5. Жидкие кристаллы холестерического типа (или их смеси) весьма чувст-
вительны к присутствию паров различных химических веществ. Присутствие крайне
малого количества пара может изменить структуру жидкого кристалла. С помощью
жидкого кристалла удается установить присутствие в воздухе пара при его кон-
центрации - несколько частей на миллион. Этот способ имеет большую практиче-
скую ценность.
19.9. Смачивание
19.9.1. Эффект растекания жидкости под окисными пленками металлов. Обычно
окисные пленки затрудняют смачивание твердых металлов из-за резкого различия
химической природы окисла и металла. Тем не менее, во многих системах, не-
смотря на наличие окисной пленки, жидкие металлы смачивают поверхность твер-
дого металла. Смачивание происходит вследствие проникновение расплава под
окисный слой с последующим растеканием в своеобразном капиллярном "зазоре"
между окисной пленкой и твердым металлом.
Растекание может происходить не только под окисными пленками, но и под не-
которыми твердыми покрытиями. Эффект зависит от напряжений, сжимающих тело
или окисную пленку.
Используется при пайке, сварке и склеивании.
19.9.2. Эффект капиллярного "клея" - сцепление частиц, пластин и т.д., раз-
деленных тонкой прослойкой смачивающей жидкости. Капиллярное давление способ-
ствует повышению прочности тонкодисперсных пористых структур.
19.9.3. Теплота смачивания - выделяется при смачивании (в том числе и при
избирательном смачивании). Является характеристикой иммерсионного смачивания
(в том числе смачивания порошков).
Используется для получения информации о свойствах тела (подложки).
19.9.4. Магнитотепловой эффект смачивания - изменение теплоты смачивания
между твердым телом и жидкостью, прошедшей магнитную обработку. Например, те-
плота смачивания при контакте с углем воды, прошедшей через магнитное поле,
возрастает на 30%. Изменения смачивания, вызванные действием магнитного поля,
нестабильны; они исчезают через некоторое время(от нескольких часов до не-
скольких суток).
■ Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растека-
ния. М.,"Химия",1976
■ Дерягин Д.В. Свойства тонких жидких слоев и их роль в дисперсных систе-
мах. М., Издат-во Всесоюзного совета научно-инж. и техн. о-в, 1973.
19.10. Если взять бумажную ленту, сблизить ее противоположные концы так,
чтобы получилось кольцо, а затем развернуть один из концов на 180 градусов и
склеить ее друг с другом, то мы получим т.н. кольцо Мебиуса, тело, обладающее
очень интересным свойством. Можно ли одновременно находится и снаружи и внут-
ри кольца? Явное физическое противоречие. Однако, оно легко преодолевается,
если это кольцо - кольцо Меблуса, это тело имеет лишь одну неверность, и по-
тому, например, муравей, ползущий по внутренней поверхности нашего бумажного
кольца, не переползая через край полоски, может оказаться на "наружной" по-
верхности кольца. Кольцо Меблуса не одинаково среди подобных тел, так, напри-
мер, существует и "одноповерхностная" бутылка.
19.11. Обработка магнитными электрическими полями
Омагничивание воды. И неважно, что до сих пор нет четкого объяснения изме-
нения свойств воды после наложения на нее магнитного поля. Важно, что приме-
нение этого эффекта позволяет интенсифицировать многие процессы.
Начали обрабатывать магнитным полем и др. вещества.
■ Классен В. Перспективы применения магнитной обработки водных систем хи-
мической промышленности. "Химическая промышленность" №1, 1974.
■ Лышагин Н.И. К изменению свойств омагниченной воды. Изв. высш. учеб. за-
ведений. Физика, 1974, №2, стр.44-103.
19.12. Реология полимерных растворов - реологически сложные среды, обладаю-
щие нелинейными вязкоупругими, вязкопластичными и вязко-сыпучими свойствами,
которым присущ неравновесный режим течения в трубах. Реологические особенно-
сти таких систем обуславливают проявление разнообразных свойств и эффектов,
на основе которых можно разработать новые системы измерения вязкости. Извест-
но, что при сдвиговом течении в вязкоупругих системах действуют не только ка-
сательные, как у воды или у любой другой ньютоновской жидкости, но и нормаль-
ные напряжения, которые характеризуются модулем сдвиговой упругости — реоло-
гическим параметром системы и скоростью сдвига. Действие нормальных напряже-
ний определяют характерные реологические эффекты при движении вязкоупругих
систем.
Подбор примеров, которые будут рассмотрены, ни в коем случае не является
обзором существующих экспериментальных данных относительно реологических
свойств вязкоупругих систем любой природы.
Основная цель приводимого описания различных эффектов заключается в демон-
страции многообразия встречающихся реологических свойств и, что самое глав-
ное, их несводимости к явлению вязкости. Наоборот, каждый из описанных ниже
экспериментов показывает, что определяющие факторы поведения исследуемой сис-
темы в тех или иных условиях — время релаксации жидкости или модуль сдвиговой
упругости.
Необходимо отметить, что все рассматриваемые свойства присущи не только од-
ному типу жидкостей, но и в той или иной степени всему многообразию систем,
применяемых в нефтяной промышленности.
19.12.1. Эффект Вайсенберга
Пусть вязкоупругая жидкость находится в кольцевом зазоре между двумя верти-
кально расположенными концентрическими цилиндрами, внутренний цилиндр враща-
ется с некоторой угловой скоростью. В случае ньютоновской жидкости вследствие
действия центробежных сил, обусловленных вращением жидкости, около внутренне-
го цилиндра уровень жидкости понижается, а вблизи внешнего — повышается. В
случае вязкоупругой жидкости, когда действуют нормальные напряжения, наблюда-
ется обратная картина — вблизи внутреннего цилиндра уровень жидкости повыша-
ется (внутренний цилиндр выталкивается). Этот же эффект происходит и при вра-
щении жидкости между двумя горизонтальными пластинами, когда распределение
давления по радиусу неравномерное, с максимумом в центре.
19.12.2. Разбухание струи (Барус—эффект)
При вытекании ньютоновской жидкости из трубки диаметр струи вследствие за-
кона сохранения количества движения вниз по потоку сужается по сравнению с
диаметром отверстия. При истечении из трубы вязкоупругой жидкости наблюдается
расширение диаметра струи до размеров, значительно больше диаметра трубки,
иногда превосходящих размер отверстия в три-четыре раза. Изменение формы жид-
кости после выхода из трубы было впервые замечено американским биологом Д.
Барусом, который для опытов использовал очень вязкий материал, называемый ко-
рабельной клеевой краской.
Эффект может быть обусловлен сочетанием упругости жидкости и сходящимся ха-
рактером линий тока на входе в трубу. Если жидкость течет по трубе таким об-
разом, что ее частицы перемещаются параллельно оси трубы, а на входе, в об-
ласти сходящегося течения, имеют составляющую скорости по направлению к оси,
то жидкие цилиндры, коаксиальные с трубой, должны увеличивать свою длину и
уменьшаться в диаметре течении внутри трубы. Если жидкость при истечении из
трубы еще помнит предысторию своего движения на ее входе, то естественно ожи-
дать , что, покидая трубу, жидкость должна изменять форму в некотором смысле
противоположно тому, как это ей пришлось сделать раньше, т.е. жидкий цилиндр
будет уменьшаться в длине и возрастать в диаметре. В таком случае эффект дол-
жен был бы снижаться при увеличении длины трубы, что и происходит на самом
деле. Однако эффект не исчезает полностью при возрастании длины трубы.
Такое "остаточное" увеличение диаметра подтверждает результат эксперимента,
при котором жидкость в трубе находилась в покое в течение времени, значитель-
но превышающем время релаксации, и затем вытеснялась из трубы. Это объясняет-
ся тем, что при движении жидкости в трубе в ней возникают нормальные напряже-
ния, стремящиеся прижать жидкость к стенкам. При вытекании в открытое про-
странство ограничивающих стенок нет, и под действием релаксирующих нормальных
напряжений струя разбухает.
19.12.3. Эластичная турбулентность
При движении полимерного раствора по трубе с малыми скоростями вытекающая
струя жидкости будет гладкой и ровной, в то время как при больших скоростях
поток становится неравномерным и неупорядоченным. В последнем случае для нью-
тоновской жидкости число Реинольдса обычно меньше критического значения, при
котором течение становится турбулентным. Следовательно, упругие свойства рас-
твора приводят к нестабильности течения.
При больших скоростях полимерные струи могут даже распадаться на отдельные
капли, а в некоторых случаях при очень больших скоростях деформаций струя
снова становится гладкой. Объясняется это тем, что при превышении некоторого
критического напряжения сдвига возможно проскальзывание жидкости у твердых
стенок. При этом скоростная характеристика трения скольжения имеет падающий
участок, что определяет возможность неустойчивого режима течения и возникно-
вения релаксационных автоколебаний при течении жидкости.
Неустойчивый режим может быть также обусловлен специфической упругой гидро-
динамической неустойчивостью при движении вязкоупругих жидкостей.
Можно также предположить, что наличие аномальных вязкостных свойств, в ча-
стности, резкая зависимость вязкости от градиента скорости и температуры,
связанная с происходящими в процессе течения структурными перестройками, мо-
жет служить причиной возникновения описанного явления.
19.12.4. Эффект Кэя
Экспериментируя с 6%-ным раствором полиизобутилена в динамике, Кэй обнару-
жил, что струйка раствора, выливающаяся из колбы в широкий и плоский сосуд,
через каждые несколько секунд поднимается вверх и спускается дугой, снова
достигая поверхности жидкости в сосуде на расстоянии порядка нескольких сан-
тиметров от первоначальной точки падения.
19.12.5. Устойчивость жидких струй
Полимерные растворы способны образовывать сравнительно долгоживущие нити.
Это наблюдается, например, на заключительной стадии распада тонкой капилляр-
ной струи раствора полимера. Вместо того, чтобы под действием капиллярных сил
распасться на отдельные капли, струя на значительном протяжении сохраняет
"четочную структуру", т.е. имеет вид системы капель, соединенных тонкими ни-
тями. Нити под действием поверхностного натяжения, создающего боковое обжатие
жидкости, постепенно утончаются во времени и, что эквивалентно, по мере уда-
ления от насадка.
Если струю вязкоупругой жидкости, например, раствора полимера или высоко-
смолистой нефти, вытекающую вертикально вниз из капилляра, направить в ста-
кан, а затем медленно отодвигать его в сторону, то струя отклонится от верти-
кали и последует за стаканом. Если стакан отодвинут недалеко, то движение
жидкости в искривленной струе происходит устойчиво и стационарно. Наличие та-
кой формы равновесия связано с проявлением нормальных напряжений при одноос-
ном растяжении элемента вязкоупругой жидкости. Стационарная струя в поле силы
тяжести принимает искривленную форму, напоминающую цепную линию. Это означа-
ет, что в струе происходит заметное продольное натяжение, обусловленное дей-
ствием нормальных напряжений.
Можно сделать некоторые качественные выводы о роли упругих эффектов в явле-
нии "прядимости", т.е. способности жидкости к образованию длинных прядей ни-
тей. Вопрос состоит не в том, какие силы обеспечивают равновесие нити (напри-
мер, для достаточно тонких нитей это могут быть силы поверхностного натяже-
ния) , а почему нить устойчива, т.е. почему не развиваются случайно возникаю-
щие местные утончения. Место утончение в длинной нити не будет прогрессиро-
вать , если уменьшение диаметра нити приводит к увеличению действующей в ней
продольной силы. Можно показать, что если радиус нити меньше некоторого кри-
тического значения, определяемого упругими напряжениями и коэффициентом по-
верхностнохю натяжения, то ее растяжение происходит устойчиво. Отметим также,
что время распада растянутой нити не может быть существенно меньше времени
релаксации упругого напряжения.
19.12.6. Упругое последействие
Для исследования упругого восстановления, проявляющегося в заметном измене-
нии формы при неизменном объеме, были поставлены следующие опыты. При внезап-
ном прекращении вращения сосуда вокруг вертикальной оси, в котором находится.
5%-ный раствор полиметилметакрилата в диметилфталате, наблюдается возвратное
движение взвешенных в нем пузырьков газа.
Характерен следующий опыт. Если внезапно прекратить течение выливающейся из
бутылки жидкости, разрезав поток на некотором расстоянии ниже горлышка на две
части, то верхняя часть быстро вернется в бутылку. Схожий опыт можно проде-
лать и в несколько других условиях. Опустим в сосуд с вязкоупругой жидкостью,
например тяжелой нефтью, палочку и затем поднимем ее вверх. За концом палочки
потянется нить жидкости, которая обладает сравнительно большой устойчивостью.
Если обрезать нить жидкости, то верхняя часть нити начинает совершать колеба-
ния в вертикальной плоскости.
19.12.7. Взаимодействие струи жидкости с поверхностью
В добыче нефти хорошо известен способ гидропескоструйной перфорации, заклю-
чающийся в образовании отверстий в металле обсадной колонны под действием
струи воды, в которую для усиления абразивного действия добавляют песок.
Были проведены эксперименты по изучению эффективности действия различного
рода добавок к воде на пробивную способность струи, Сравнивали добавки песка,
металлической (стальной) крошки и высокомолекулярного полимера. Результаты
опытов показали, что наибольшей пробивной способностью обладает струя воды с
полимерными добавками, а металлическая крошка занимает промежуточное место
между добавками полимера и песком. Это связано с наличием у полимера релакса-
ционных свойств. В процессе взаимодействия струи с поверхностью, находящиеся
в воде частички той или иной добавки при ударе о металл деформируются, при
этом часть кинетической энергии тратится на деформирование (упругое или пла-
стическое) этой частички. Поскольку взаимодействие частички и поверхности
длится конечное время, то поведение полимера будет определяться соотношением
времен релаксации и взаимодействия. При больших скоростях истечения время
взаимодействия значительно меньше времени релаксации, и частичка полимера не
успевает деформироваться, т.е. полимер в данных условиях ведет себя как жест-
кое недеформируемое тело. Это способствует усилению разрушительной способно-
сти струи воды.
19.12.8. Всплывание пузырей газа в вязкоупругой жидкости
Скорости всплывания пузырей газа в неподвижной вязкоупругой жидкости с вы-
сотой возрастают. В условиях описываемых опытов размеры пузырей по мере подъ-
ема практически не изменялись, поэтому причиной ускорения движения поднимаю-
щихся пузырей нельзя считать рост архимедовой силы. По данным экспериментов
этот эффект более четко выражен у удлиненных пузырей. Непосредственные изме-
рения давления по высоте столба жидкости показали, что оно меняется неравно-
мерно . Датчик, установленный на стенке трубы, регистрирует повышение давления
с момента прохождения крайней верхней точки контура пузыря через уровень рас-
положения датчика. По мере поднятия пузыря показание датчика увеличивается,
достигая максимального значения в нижней части пузыря. После прохождения пу-
зыря показание датчика быстро восстанавливается до значения, соответствующего
гидростатическому давлению. Наблюдаемый эффект можно объяснить кинетикой раз-
вития нормальных напряжений в вязкоупругой жидкости при внезапном наложении
сдвигового течения. При прохождении головы пузыря через уровень расположения
датчика начинается движение жидкости в зазоре между стенкой трубы и поверхно-
стью пузыря. По мере подъема пузыря время движения жидкости в данном сечении
увеличивается, соответственно возрастают нормальные напряжения. Это приводит
к повышению давления по высоте пузыря от головной части к нижней, и, следова-
тельно, к появлению дополнительной силы, приложенной к пузырю снизу вверх.
Вследствие этого скорость подъема пузыря возрастает. Если высота пузыря не-
большая, то за время его прохождения через выбранное поперечное сечение трубы
нормальные напряжения не успевают достичь максимального значения и выталки-
вающая сила будет невелика. Таким образом, существует оптимальная высота пу-
зыря, поднимающегося в заданной жидкости, при которой время его подъема будет
наименьшим.
19.12.9. Движение в капилляре с переменным сечением
Рассмотрим результаты опытов по изучению движения вязкоупрухюй жидкости в
двух прямолинейных капиллярах, один из которых имеет постоянный диаметр, а
другой — периодически изменяющийся по длине, причем средний диаметр второго
равен диаметру первого капилляра. Течение во всем диапазоне исследования про-
исходит с очень малой скоростью, поэтому число Реинольдса во всех случаях не
превосходит нескольких единиц. Если для первого капилляра зависимость Q — р
имеет вид прямой линии, проходящей через начало координат, то для капилляра с
переменным сечением эта зависимость отклоняется к оси давлений. В силу мало-
сти числа Реинольдса появление дополнительных сопротивлений объясняется ре-
лаксационными свойствами жидкости, но не связано с возникновением инерционных
сил из-за переменности скорости в капилляре. При движении через систему су-
жающихся и расширяющихся каналов с малой скоростью напряжения, вызванные де-
формацией жидкости, успевают релаксировать, и по сравнению с вязким сопротив-
лением ими можно пренебречь. С увеличением скорости движения упругие напряже-
ния не успевают релаксировать, поэтому общее сопротивление возрастает. Таким
образом, помимо числа Re течение дополнительно характеризуется новым парамет-
ром, равным отношению времени релаксации жидкости к характерному времени про-
цесса .
19.12.10. Жидкий канат
Если тяжелую нефть, густое масло или мед лить на тарелку с достаточно боль-
шой высоты, то на некотором расстоянии от тарелки струйка жидкости начинает
закручиваться колечками. Это связано с тем, что падая струйка сжимается и вы-
гибается. Вследствие действия упругих напряжений струйка не может разорвать-
ся. Поэтому, если количество падающей жидкости больше, чем может сразу погло-
тить жидкость, находящаяся в тарелке, то струйка начинает завиваться. Витки
некоторое время находятся на поверхности, постепенно поглощаясь слоем жидко-
сти.
19.12.11. Эффект "зонтика"
При введении в состав полимерной системы некоторых видов наполнителей, на-
пример песка, она приобретает вязко-сыпучие свойства. Реологические свойства
вязко-сыпучей среды помимо вязкости характеризуются углом внутреннего трения,
что легко представить по аналогии с кучей песка, у которой угол откоса имеет
постоянное для данной системы значение. При изменении этого угла песок начи-
нает сыпаться.
На движение вязко-сыпучей системы существенно влияет сила тяжести. Если по-
местить пробку из вязко-сыпучего материала в вертикальную трубу, то наблюда-
ется следующее интересное явление — страгивающее усилие сверху вниз превосхо-
дит усилие, которое нужно приложить, что заставить пробку двигаться вверх.
19.12.12. Рассмотрим течение жидкости по наклонному желобу полукруглого се-
чения. В обоих случаях поток ламинарный. Поверхность ньютоновской жидкости
плоская, за исключением участков у границ, в то время как поверхность поли-
мерной жидкости слегка выпуклая.
19.12.13. Эффект, происходящий при медленном течении жидкости из широкой
трубы в узкую. В полимерной жидкости образуются вихри, направленные вверх
против течения, в результате чего часть жидкости захватывается этими вихрями
и не проникает в узкую трубу.
19.12.14. Эффект, в котором наблюдается течение около цилиндра, колеблюще-
гося в поперечном направлении, называется акустическим потоком. Высокочастот-
ные колебания создают вторичное течение в окружающей жидкости. При этом на-
правление течения в полимерной жидкости противоположно тому, которое имеет
место в ньютоновской жидкости.
19.12.15. Что происходит, когда в трубку, наполненную жидкостью, бросают
один за другим два шарика? В ньютоновской жидкости второй шарик всегда будет
догонять первый и, в конце концов, столкнется с ним. В полимерной жидкости то
же самое произойдет, если второй шарик бросить почти сразу за первым. Но если
шарик опустить через определенный критический интервал времени, то при паде-
нии второй шарик будет отталкиваться от первого.
19.12.16. Рассмотрим случай, когда вращающийся диск на дне сосуда приводит
к течению, при котором в ньютоновской жидкости поверхность в центре опускает-
ся (образуется воронка), а в полимерной жидкости поднимается.
Пусть вращающийся диск помещен на поверхность каждой из рассматриваемых
жидкостей. Возникающий первичный поток, направлен по касательной к диску, вы-
зывает затем вторичный поток. При этом ньютоновская жидкость отбрасывается
вращающимся диском так, что у стенок сосуда она движется вниз, а затем вблизи
оси сосуда вновь поднимается вверх. В полимерной жидкости также имеется вто-
ричное течение, но движение происходит в противоположном направлении.
19.12.17. В ньютоновской жидкости сифонный эффект действует лишь тогда, ко-
гда его засасывающий конец расположен ниже поверхности жидкости. Однако поли-
мерную жидкость можно выкачать из сосуда, даже если имеется некоторое рас-
стояние между поверхностью жидкости и концом сифона.
■ Аметов И. М. , Шерстнев Н.М. Применение композитных систем. М.:Недра.
■ "Изобретатель и рационализатор", 1975, №10, 26.
Разное
НЕ ЗЛИТЕ ХИМИКА
За последние несколько месяцев в США. произошло несколько подрывов подстан-
ций, что привело к перебоям с поставками электричества. Известно, что в фев-
рале были сожжены две подстанции под Сан-Франциско, а до этого в Северной Ка-
ролине произошли взрывы двух подстанций. В результате десятки и даже сотни
тысяч людей оказались в полной тьме, что стало неожиданностью для американ-
цев, которые не привыкли к подобным сюрпризам. Долгое время основной была
версия, связанная с террористической атакой, но найти подозреваемых не полу-
чалось. Полиция прорабатывала все версии, а в какой-то момент наткнулась на
несколько групп в интернете, проповедующих превосходство белой расы над всеми
остальными. Именно тогда правоохранители начали изучать дело пристальнее и
пришли к выводу, что подрывы и поджоги могли быть вызваны идеологическими мо-
тивами .
До недавнего времени найти подозреваемого не получалось, пока не был иден-
тифицирован белый человек, уезжающий на своём велосипеде сразу после взрыва
на подстанции. Полиция получила геоданные смартфона возможного преступника, а
после сопоставления всех фактов провела арест прямо на рабочем месте одного
из подозреваемых. Как оказалось, речь шла о Петре Карасёве, работающем про-
граммистом в компании Zoox. Пётр спокойно сидел в офисе, где занимался разра-
боткой беспилотных автомобилей. Сообщается, что подозреваемого выводили в на-
ручниках на глазах у всего коллектива, а даже в случае оправдания вернуться
на прежнее место работы ему будет сложно. Похоже, даже если доказать вину Ка-
расёва в подрыве электростанций не удастся, на свободу мужчина выйдет неско-
ро. В тот же день сотрудники полиции прибыли в дом, где Пётр проживал со сво-
ей женой и тремя детьми, где сотрудников Фемиды ждал неожиданный сюрприз. Как
рассказывает один из членов сапёрной команды, количество взрывчатых веществ в
доме подозреваемого была так велико, что в случае подрыва могло привести к
полному обрушению здания. Мало того, соседние дома оказались бы существенно
повреждены, как и школа, которая расположена прямо через дорогу.
Особенно опасно, если бы взрыв произошёл утром или после обеда, когда сотни
детей находятся возле главного здания с родителями. После обнаружения склада
с взрывчатыми веществами было принято решение эвакуировать десятки соседних
домов и полностью прекратить занятия в школе. Жене и детям Карасёва предоста-
вили временное жильё, а сам он находится под следствием, хотя пока показания
давать отказывается. На данный момент полиция считает жену Петра не причаст-
ной к сомнительной деятельности мужа, но не исключено, что она была в курсе
того, чем в свободное время занимался её супруг, поэтому может быть привлече-
на к уголовной ответственности как соучастник. В доме подозреваемого были об-
наружены многочисленные комплектующие, позволяющие собрать бомбу в домашних
условиях. Мало того, найдены и уже готовые бутылки с жидкой взрывчаткой, что
сильно осложняет работу адвокатов. В ходе обыска обнаружено сразу 5 единиц
огнестрельного оружия, но следствие пока не готово сказать, является ли всё
это нелегальным, либо куплено в соответствие с буквой закона.
Ну а в подвале дома и вовсе была обнаружена лаборатория для синтеза метам-
фетамина из подручных средств. Подозреваемый от комментариев отказался, по-
этому пока неясно, для чего весь этот арсенал был нужен человеку, у которого
трое детей, работа программиста и спокойная жизнь в маленьком городке. След-
ствие пока не делится деталями допросов, но правоохранители уже сообщили, что
Карасёв имеет не только русское происхождение, но и ранее проживал в Москве.
После переезда у него остались родственники в России и Украине, ну а в моти-
вах подрывника предстоит разбираться долго и очень детально.