Текст
                    ISSN O130-5972
ХИМИЯИЖШНЬ
НАУЧНО-ПОПУЛЯРНЫЙ ЖУРНАЛ
АКАДЕМИИ НАУК СССР
1
1985


^ЧУ ^ *. г < •rWv.W» «я
химия и жизнь Издается с 1965 года Ежемесячный научно-популярный журнал Академии r«ivK СССР № 1 январь Москва 1985 Размышления Ф. Татарский. СЛОВО О ГИБКОСТИ Сорокалетне Победы Л. А. Орбели. БИОЛОГИЯ И ВОЙНА 9 А. Д. Беззубов. ВИТАМИНЫ ДЛЯ БЛОКАДНОГО ЛЕНИН- 14 ГРАДА Е. Л. Рубцова. ВЕГЕТАРИАНЦЫ СОРОК ВТОРОГО 19 Проблемы и методы современной науки К. Мартинек. ФЕРМЕНТЫ — ОРГАНИЧЕСКОМУ 21 СИНТЕЗУ В ЦЕНТРЕ ВНИМАНИЯ *Г 27 С. М. Шевченко. ШАРИКИ НА ПРУЖИНКАХ 31 Живые лаборатории Проблемы н методы современной науки Болезни и лекарства Результат Фантастика Ученые досуги Земля и ее обитатели ПАМЯТИ НИКОЛАЯ МАРКОВИЧА ЭМАНУЭЛЯ Л. В. Шаповалов. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ГРЯДКИ, КРАСНЫЙ СВЕТ И НЕМНОГО С02 М. А. Садовский. ГОЛОС ЗЕМЛИ Б. Симкин. ЭВКАЛИПТ И. М. Дремин. АТОМЫ ИЗ КВАРКОВ, ИЛИ КАК ИЗУЧАЮТ ЦВЕТНЫЕ СИЛЫ А. Г. Афанасьев. КОЕ-ЧТО О ХИМЧИСТКЕ М. М. Эйдельман. СВЕРХДОЗЫ АСКОРБИНОВОЙ КИСЛОТЫ — КОМУ И КОГДА И. А. Левин. ИМПУЛЬС ЧИСТИТ ПОВЕРХНОСТЬ Б. Штерн. НЕДОСТАЮЩЕЕ ЗВЕНО Н. Блохин. НАСТОЯЩИМ НАПРАВЛЯЮ ЗАЯВКУ... Ю. Шумилов. ЗАЧЕМ ЧЕЛОВЕЧЕСТВУ МАМОНТЫ? КОНКУРС «ХИМИИ И ЖИЗНИ» 37 40 42 48 52 60 66 70 80 88 90 93 НА ОБЛОЖКЕ — рисунок художника М. Златковского к статье «Голос Земли». НА ВТОРОЙ СТРАНИЦЕ ОБЛОЖКИ — гравюра «Январь» из старинного французского календаря. Пламя в очаге свидетельствует о том, что на дворе холодно, а так как обед, похоже, не богат витаминами, то недолго и подхватить инфекцию. Возможный способ борьбы с простудами обсуждается в статье «Сверхдозы аскорбиновой кислоты — кому и когда» ИНФОРМАЦИЯ ФОТОИНФОРМАЦИЯ ОБОЗРЕНИЕ ПРАКТИКА КОНСУЛЬТАЦИИ КЛУБ ЮНЫЙ ХИМИК РАЗНЫЕ МНЕНИЯ КОРОТКИЕ ЗАМЕТКИ ПИШУТ, ЧТО... ПЕРЕПИСКА 29 38 50 58 69 74 86 94 94 96
?НИ>1 Слово о гибкости Инженер Ф, ТАТАРСКИЙ МОНОЛОГ ЗТР (С ИТР НЕ ПУТАТЬ!) Поезд был ночной, отнюдь не экспресс, и в нашем, возможно, единственном купейном вагоне занят был лишь с десяток мест. В моем купе прочно обосновался немолодой уже чуть седоватый мужчина, несколько схожий с актером Броневым в фильме «Семнадцать мгновений весны». То же нарочито добродушное выражение круглого лица, тот же почти беззвучный смешок, та же улыбочка при мрачноватых глазах. После обычных дорожных: «Поезд-то не ах!» и «Вы какую полку уважаете — по движению или против?» — автор задал еще один столь же обычный дорожный вопрос: «Куда едете, если не секрет?» Попутчик вдруг задумался, как бы припоминая, куда он, собственно, едет, и ответил довольно неожиданно: «А куда глаза глядят». Потом хохотнул негромко и поправился: «То есть еду я, понятно, домой, в Новоуральск, но... Настроение, знаете, такое, что уехал бы сейчас куда подальше...» — Что так? И начался монолог в ночном купе. — Работа у нас, как говорится, простая. Снабженец я. Но не простой снабженец. Таких, как я, называют среди своих ЗТР. Нет, не ИТР, а ЗТР — заслуженный толкач республики! Это, скажу вам, высокое звание, его заслужить надо! ЗТР может выбить фонды на лед в Ашхабаде и отгрузить партию обезьян из Норильска. Обычный толкач он чем занимается? Родному заводу дали фонды на сто тонн нержавейки — он едет их выбивать. А кстати уж, к слову пришлось: вы никогда не задумывались, почему надо выбивать то, что по фондам положено? А ведь приходится. Мы, ЗТРы, такими делами не занимаемся. Мы, если хотите знать, привод технического прогресса. Без смеха. Где- то кто-то что-то новое начал выпускать, на что еще фондов в помине нет. Скажем, к примеру, ультрановое и эффективное антикоррозионное покрытие. И — вот он я! Уж там, у
производителя! Это журналисты нашего брата посылают в командировку с «Белой сиренью» для секретарши да с бутылью «Три свеклочки» для грузчиков. А я — извините! Что вам, товарищ директор, для расширения нового производства требуется? Кабель требуется? Марка, тип, километраж. Трубы? Диаметр, вес? А паркетная дощечка для жилстроя? А вагон-другой стекла? И пускай материал этот новый делается для суперпримаспецпотребите- ля — я получу его раньше, будьте уверены! Откуда паркет и стекло возьму? Каждая профессия имеет свои маленькие тайны. Во всяком случае, грабить вагоны на большой железной дороге не будем: за изделия с новым стойким покрытием нам стекло сами привезут да еще уговаривать будут, чтобы взяли! А тут — прокол! И на чем погорел- то? Стыдно сказать -*- на прокладке! Затеяли наши энергетики ТЭЦ реконструировать, пар высокого давления им понадобился. Какие прокладки ставить? Выбор невелик: резина, асбест, паронит. А у меня информация: на Энском неф- техиме новинку осваивают — термопласт некий. Доложил директору. Тот команду дает: «Пробуй, дорогой, действуй!» Приехал в Энск, огляделся: все точно, установка готова, но — стоит. В чем дело? Дошел до руководства. Приняли вежливо, а насчет термопласта... Как узнали, что я из Ново- уральска, так чуть не с объятиями бросились: «Вот вы-то нам и нужны, по вашей милости ведь стоим! Мы,— говорят,— опытную партию термопласта с импортным наполнителем делали, а теперь год бьемся во все двери, чтобы такой же у нас начали выпускать. Ваш завод наполнитель как раз и делает. Но какой? Марки «120» и немодифицированный. А нам для термопласта нужен марки «180» и модифицированный силикатом свинца. Сделайте вагон наполнителя — два вагона прокладок дадим!» Я — за телефон! Звоню своему директору — ублаготворим поставщика, как говорится? А он: «Не можем, дорогой! Сам знаешь, технология наша только на марку 120 настроена. И ни на какую другую. Проявляй гибкость, выбивай, настаивай! А мы ничего не можем...» Я, значит, должен проявлять гибкость? Я, понимаете?! А технология? Она-то почему не гибкая? Хозяйка моя в одной и той же кастрюле сегодня борщ варит, завтра — рассольник, а послезавтра — харчо. Почему же наши технологи в своих «кастрюлях» сто лет один и тот же наполнитель варят? Почему? Рекбус, как говорится у Райки на, кроксворд. Значит, они ни с чем и я ни с чем? И мы, завод то есть, ни с чем. А кто виноват?
ЭКЗАМЕН НА... Всю ночь во дворе бегал, скребся и мяукал котенок. Видимо, сдавал экзамен на кошку. И. ИЛЬФ. Записные книжки Когда речь заходит о гибкой технологии применительно, скажем, к машиностроению, суть проблемы понимает любой: сегодня завод собирает одну машину, а завтра конструкторы разработали лучшую — ты без задержки, без остановок на реконструкцию начал выпускать эту новинку. Вчера делал паровозы, сегодня тепловозы, а завтра будь готов к атомовозам каким-нибудь. А применительно к химии? Ведь если уж построен завод серной кисло- ты, от директора не потребуешь, чтобы завтра он был готов выпускать кальцинированную соду! Так ведь? Так, да не совсем. Конечно, от директора сернокислотного производства никто не потребует делать соду. Но ведь и серная кислота бывает разная: тут и олеум, и купоросное масло, и моногидрат... А технология чаще всего нацелена на что-нибудь одно, и ни шагу в сторону. Когда несколько лет назад одному производству понадобилась та же серная кислота с некоторыми специфическими свойствами, промышленность могла предложить ему только реактив. Никто, ни один из производителей, не мог обеспечить непривычную потребность. Не мог, и все тут! Сотни тысяч наименований, сортов, марок включает в себя номенклатура отечественной химической промышленности. Много? Да, очень много. Но и мало, сегодня мало! И гибкость технологии сейчас — это, если хотите, экзамен на зрелость для химии, своеобразный «экзамен на кошку». Техническое перевооружение отраслей — потребителей химической продукции, каждый шаг технического прогресса предъявляют к химикам новые, все более и более сложные, а порой и принципиально новые требования. Сколько новых материалов пришлось синтезировать для атомной энергетики? А для электроники? А для космических исследований? Да что там — даже для цветного телевидения оказалось необходимым создать с десяток новых химических производств. Бывает и так: закупили по импорту производство и вместе с ним специальный катализатор (или химикат — добавку, или ингибитор коррозии, или наполнитель, или что-то еще). Построили цех, поработал он с год, и кончился катализатор. Новую порцию фирма либо не продает вообще, либо запрашивает за нее столько, сколько раньше весь цех не стоил. «Выручайте, химики!» — раздается полупанический крик. «Выручим,— отвечают химики,— только дайте срок: разработаем технологию, запроектируем цех, построим, и вот ужо тогда!..» Спрашивают химиков: «Это когда же, лет через десять? Да вы же что-то подобное там-то и там-то выпускаете!» Отвечают химики: «Подобное — да не то! Действовать надо обстоятельно, с чувством, с толком, с расстановкой, как говорится». И стоит закупленное производство... Правда, если очень надо, навалимся да поднатужимся. И сделаем! Когда АвтоВАЗ был еще в стадии «нулевого цикла», в Минхимпроме собрали начальников всесоюзных промышленных объединений и раздали им голубые листочки — кому пять, кому десять, а кому и больше. На каждом листочке были технические требования к продуктам, ранее в стране не выпускавшимся, необходимым для автозавода. Приказ был краток: к сдаче ВАЗа в эксплуатацию все эти продукты должны быть в достатке — детали из пластмасс и пластификаторы, грунты и эмали, составы для обработки поверхности перед нанесением покрытий и бле- скообразователи, клеющие вещества и термозакалочные смеси, абразивы для полировки, компоненты смазок и антифриза. Прошел год, и Минхимпром отрапортовал: «К пуску конвейера на ВАЗе готовы!» Сколько было голубых листочков, столько новых производств и создали химики. А что — раньше в стране вообще не выпускались все эти эмали, клеи и абразивы? Выпускались, конечно, но... Новая марка машины, новая — и знаменитая теперь — вазовская технология потребовали и новых материалов. А технология действующих производств оказалась такой «чугунной», что пристроить новый участок к существующему цеху в большинстве случаев было и проще, и дешевле, и, главное, быстрее, чем «согнуть» эту технологию под новые технологические требования. Экзамен на исполнитель- 4
ность, быстроту, остроумие технических решений Минхимпром тогда выдержал. «Экзамен на кошку» провалил. Было время — и не столь давнее, кстати,— когда вся наша промышленность (и химия вместе с ней) развивалась по экстенсивному пути — по пути наращивания мощностей. От дедов и отцов переняли мы привычный прием: надо что-то новое — построим. И строили. Здорово строили, проявляя при этом и сметку, и самоотверженность. Теперь в нашу жизнь вошли новые слова: НТР, интенсивный путь, техперевооружение, реконструкция. Повторяя их на политзанятиях, совещаниях и симпозиумах, считаем мы, что все поняли и приняли. А привычные стереотипы мышления по-прежнему твердят: «Что-то новое? Построим!» Между тем и уровень техники, и сложность хозяйственного механизма так возросли, что построить сегодня почти всегда значит потерять время. А потеряв его, неизбежно отстанешь. Гибкая химическая технология позволила бы заменить длительное «построим» на куда более быстрое «переналадим». В том и соль, и выигрыш гибкости. Но это так, эмоции. А поскольку химия — наука точная и любящая формулы, попробуем сформулировать. Гибкость технологии применительно к химической индустрии (а также нефтехимической и биохимической, отчасти металлургии и промышленности стройматериалов) — это создание технических и организационных возможностей для быстрой перестройки существующих процессов на выпуск новых материалов (продуктов, веществ) или ранее выпускаемых материалов с новыми специфическими свойствами без специальной реконструкции или капитального строительства, с минимальными затратами времени и средств. Что же заставляет нашу технологию быть не такой гибкой, как нам сегодня надо, и что следует предпринять, чтобы она обрела необходимую гибкость. НЕСКОЛЬКО В МЕРУ КРАМОЛЬНЫХ МЫСЛЕЙ Запас карман не тянет. Пословица Здесь автор хочет выступить с тезисом, который наверняка вызовет множество резких (и обоснованных при этом) возражений: вопросы гибкой технологии сегодня нельзя не только решать, но и ставить, не создав предварительно определенных резервов в науке, проектировании, строительстве, финансировании и производстве. В этом утверждении автор не одинок. Можно сослаться, к примеру, на статью академика В. А. Трапезникова «Управление и научно-технический прогресс» в «Правде» A982, № 127), на другие авторитеты. Однако для многих руководителей производств такой подход — крамола, покушение на святая святых конкретной экономики. Ну, примем точку зрения этих хозяйственников — не надо нам таких резервов, все мощности загрузим полностью. Будет хорошо? Едва ли... В качестве аргумента попробуем изобразить схему «постановки на производство нового продукта» (это словосочетание не автор придумал, оно вполне официальное, так даже ГОСТ называется). Итак, потребителю в целях технического прогресса потребовался новый продукт — назовем его условно ДСП (двойной силикат палладия, или действенно стойкий пигмент, или дикарбо- новокислый стронций перекристаллизованный) , ибо надо же его как-то назвать. Предположим, что химический состав ДСП более или менее известен из литературы, что общая технология его производства может быть почерпнута из патентов, что возможность его получения в принципе сомнений не вызывает. Потребитель через свое министерство оформляет заявку на ДСП и получает ответ, что соответствующий институт в этом A985-м) году загружен на сто процентов, план следующего года тоже сверстан на пределе, поэтому разработка ДСП будет включена в заказ-наряды института на 1987 г. Потом та же история повторится с проектным институтом. Но самое печальное ждет потребителя впереди: где-нибудь году в 1989-м окажется, что завод, выпускающий подобные продукты, работает на уровне загрузки мощностей, превосходящем проектную. Поэтому на действующем производстве выпускать ДСП нельзя (загружено), строители в ближайшие три года новых объемов строительно-монтажных работ не примут (загружены), собственными силами новое производство не создать (перегружены), и вообще раньше 1997 г. на ДСП надеяться было бы наивно. 5
Утрировано? Да ничего подобного! Автор сам работает в системе управления и частенько подобные доводы не только читал, но и сам писал. А все дело в том, что в нашем хозяйстве любая недоза груженная мощность считается криминалом, за что виновных надо ругать, снимать и искоренять, а мощность незамедлительно загружать на все сто три и четыре десятых процента. А так ли уж хороша сверхполная загрузка мощностей? Ведь если, к примеру, неожиданно вышла из строя всего одна коксовая батарея, кокса не получат десятки потребителей — резервных батарей физически не существует, а действующие загружены «на всю железку». В свою очередь потребители кокса недодадут металл и соду, известь и сернистый натрий. Где-то начнет лихорадить рельсопрокатный цех, где-то остановятся стекольные и бумажные производства, потребляющие соду, где-то не обогатят вовремя полиметаллическую руду без сернистого натрия... Как круги по воде, расходятся и ширятся простои, недопоставки, жалобы на материально-техническое снабжение, ибо у всех этих металлургических, рельсопрокатных, содовых, стекольных и обогатительных предприятий резервных мощностей тоже, как правило, нет. Будь у нас резервы, тот самый запас, который «карман не тянет», все было бы и наче — так, во вся ком случае, утверждают сторонники этой точки зрения. Наверное, к ним стоило бы присоединиться, особенно рассуждая о подступах к гибкой технологии, но... Всегда эти «но»! Доводы оппонентов тоже убедительны. Ведь на создание «избыточных» мощностей затрачены средства, а если они стоят и ждут своего часа, то отдачи не дают — разве это не убыток? На резервных мощностях надо держать и резервный контингент рабочей силы с нулевой до поры до времени производительностью труда — еще убыток, быть может, самый болезненный при дефиците рабочей силы. И много еще можно привести доводов против лишних резервов. Вот и произнесено это слово: «лишних». А кто посчитал, какие резервы необходимы, а какие лишние? И как быть, кстати, с гибкостью технологий, как организовывать производство новых продуктов (сортов, марок, модификаций), если все кругом загружено «под завязку»? Где выход из этого комплекса противоречий? Нить, выводящая не только из этого, но и из многих других хозяйственных лабиринтов и тупиков, известна. Называется она экономикой. Надо просто (хоть это и совсем не просто) сесть и посчитать: что и в каких размерах выгоднее для государства, для народного хозяйства в целом. С позиции экономики надо посчитать, сколько — одну или десять — коксовых батарей выгодно держать в горячем резерве; какую часть научных работников и проектировщиков следует загружать не очень срочной работой, чтобы в любой момент ее можно было отложить и заняться решением неожиданной «горящей» проблемы. И сколько миллионов рублей держать в банке, чтобы среди финансового года выделить их на необходимое дело. Лишь экономический расчет способен четко решить вопрос о резервах — что выгоднее, правильнее, целесообразней. Слава прогрессу, есть у нас сейчас ЭВМ всех поколений, есть на чем считать, есть кому считать. Без этого призывы так и остались бы призывами, а добрые пожелания — лишь пожеланиями. И эмоции наши — увы, только непроизводительными эмоциями... Значит, надо считать. *А пока автор обязуется выслушать со смирением все доводы противников «лишних» резервов. Но только он заранее предупреждает, что каждый раз будет настырно спрашивать одно и то же: «Вы это просчитали? У вас есть соответствующий расчет? Покажите, будем сравнивать числа». И лишь при таком подходе к «крамольным» мыслям этой главы мы сможем реально определить, тянут или не тянут подобные запасы наш общий государственный карман. КАКИЕ РОМАНСЫ ПОЮТ ФИНАНСЫ Нравственность абсурдна без экономики. Андрей ВОЗНЕСЕНСКИЙ Гибкая технология в химии нужна, очевидно, не сама по себе, а для важного дела — чтобы полнее обеспечить наше хозяйство всеми необходимыми веществами и материалами (как 6
по количеству, так и по качеству). Но и это можно обосновать экономически: по какому пути пойти, как и что строить, а что реконструировать, переналаживать, дооборудовать* Может быть, при таком расчете окажется, что применение расхваленного нами препарата ДСП даст рублевый эффект, а перестройка цехов для его производства потребует стотысячных затрат. Тогда не из-за чего огород городить. Ну а уж ежели эффект получится с солидным плюсом, вот тогда надо навалиться. А как, собственно, навалиться? Лет десять назад, появись потребность в ДСП, мы бы обязательно напряглись и под крики «даешь» построили новый цех, а то и завод — проблема была бы решена. И теперь еще нередко строим, чаще всего по инерции. Однако, отдавая дань времени, нередко называем это новое строительство реконструкцией или техническим перевооружением. Не так давно довелось автору присутствовать при рассмотрении обосновывающих материалов на реконструкцию одного очень старого уральского цеха. Предложение сводилось к тому, чтобы в километре от старого строился новый цех, современный — механизированный, автоматизированный, оберегающий природу, как мать родную... А «старичка» после этого пускать под бульдозер. И все это называлось реконструкцией. Привычное экстенсивное строительство камуфлировалось модными ныне интенсивными терминами. Причин такого камуфляжа много — . дело не в моде. Стоит написать «реконструкция», и пышным цветом зацветает отчетность, ибо удельный вес капиталовложений, выделяемых на реконструкцию и техническое перевооружение, служит показателем прогрессивности конкретного производства и отрасли в целом. Стоит написать «реконструкция», и становится удобнее строить, ибо при реконструкции действуют льготные условия финансирования стройки. Стоит написать «реконструкция», и объект куда легче «пробить» через Госплан. Но даже если реконструкция и в самом деле реконструкция, она почти всегда связана с пристройками каких-то дополнительных зданий и сооружений. И во всех случаях финансы «поют романсы». Какие? Мы живем в большом хозяйственном мире и соединены с этим миром тысячами нитей поставок и обязательств, импорта, экспорта, научно-технических, лицензионных и коммерческих связей. И если во всем мире из года в год растет стоимость строительства", то, очевидно, растет она и у нас? Но коль скоро эта стоимость растет, объяснимо падает фондоотдача предприятий и целых отраслей, ухудшаются (или, в лучшем случае, растут не удовлетворяющими нас темпами) некоторые другие технико-экономические показатели. И для химии выход здесь именно в гибкой технологии. Еще на стадии проектирования нужно предусматривать возможность перестройки на выпуск новых продуктов, близких к основному по химическому составу, способу получения, набору необходимого оборудования. Перестройки быстрой и безубыточной или по крайней мере малоубыточной. Автор видел такие проекты. Немного, но видел. Однако видел он и то, как на стадиях экспертизы и утверждения с благой целью сиюминутной экономии убирались свободные (для будущего оборудования) площадки, вычеркивались из спецификаций простенькие резервные агрегаты, понижалась сознательно завышенная мощность трансформаторных подстанций и сетей. Заложенная в проект потенциальная гибкость технологии тем самым заменялась железобетонной твердостью, а возможность грядущей перестройки производства урезалась великолепным доводом: «Это оставим рационализаторам!» А финансы, ради которых все это делалось, спустя несколько лет или месяцев потребуются опять, и в неменьших количествах. Есть и еще один аспект этой непростой проблемы. Звучит он так: «Сколько сортов и марок одного химического продукта должно быть в ГОСТе?» Оторвитесь на минутку от текста, подумайте — сколько же? Бессмысленный вопрос? Сколько надо, столько и надо? Если бы так. В зарубежных химически развитых странах, этих сортов, марок и модификаций масса и фирменных названий хоть пруд пруди. Часто это издержки конкурентной борьбы, изыски рекламы и «их нравов». Но во многих случаях эта множественность оправ- 7
дана действительными потребностями хозяйства и производства. Наш же Госстандарт проводит четкую и бескомпромиссную политику на всемерное сокращение числа сортов и марок в ГОСТе. Нередко от работников службы стандартизации, проводящих экспертизу нового проекта ГОСТа, слышишь, что три марки продукта, да в каждой по три сорта — это слишком много, что хватит и двух марок, двух сортов... Начинаешь объяснять: «Сегодняшняя потребность... Перспективная потребность... Технический прогресс... Как делается за рубежом...» Тебя перебивают: «Они нам не указ, а будете артачиться, пеняйте на себя, и кончим этот разговор, пока не передумала». Но коль скоро в ГОСТе две марки, третью при проектировании цеха учитывать нельзя — ни одна экспертиза не пропустит. Значит, завтра, когда эта третья марка остро понадобится, до того, как строить новый цех, придется разрабатывать и пробивать новый ГОСТ. А это опять все те же финансы, только из другого кармана. Автор по личному опыту знает и может утверждать это уверенно, что пальцев одной руки ему с лихвой хватит для подсчета тех случаев, когда выпуск нового (или традиционного, но видоизмененного) химического продукта был бы выгоден предприятию. Ибо перестройка производства всегда требует затрат, а компенсируются они почти никак. Разумеется, автор знает и про лимитную цену, и про надбавки на новую продукцию высокого качества. Но лимитная цена (то есть та, которую согласен платить потребитель) юридической силы не имеет и для Госкомитета по ценам значит не больше, чем любое другое прекраснодушное пожелание. Что же касается надбавки к цене... Никто из читателей не пробовал ее получить? Нет? Поверьте, дело это, мягко говоря, малоперспективное. Смотрят на тебя так, будто ходатайствуешь об увеличении собственной зарплаты, корят, не стыдно ли, введя в обычную соль какую-то мизерную примесь, просить о надбавке к цене. Чаще всего в надбавке откажут, ибо инструкция предусматривает сотни возможностей для отказа (куда больше, чем для обоснования). Если же вдруг такой возможности нет, найдут новую формулировку. Сядем теперь на минутку в кресло директора завода: позавчера, вчера, сегодня он выпускал и выпускает себе какую-нибудь «пара -ди-нитро-амо...», и все у него, директора, было хорошо и ладно: и премии коллективу каждый квартал, и министр при встрече за руку здоровается. А завтра он начнет делать еще и «пара-хлор-ди-нитро», а показатели-то, глядишь, вниз поползут. Надо ли ему, уважаемому директору, искать приключений на собственную шею? Рука директорская тянется к перу, перо к бумаге, и ровно текут привычные строки: «При наличии отсутствия технических возможностей и учитывая перегруженность основного производства...» И автор, хоть и очень хочет осудить ретрограда-директора, как- то не решается это сделать. ЧТО ДЕЛАТЬ БУДЕМ? Не существует единственного для всех будущего. Их много, и каждый ваш поступок творит какое-нибудь из них. А. и Б. СТРУГАЦКИЕ. Понедельник начинается в субботу Итак, резюмируем: для внедрения гибкой технологии в химии нужны следующие условия. A. Резервы — в науке, в проектировании, в строительстве, в производстве и в финансировании, причем резервы экономически обсчитанные, доказанные, действительно дающие определенный эффект. Б. Экономический подход, экономическое обоснование каждого нашего шага к гибкой технологии. B. Учет гибкой технологии в проекта х строительства новых и реконст- рукции действующих производств. Г. Расширение количества сортов, марок, модификаций в стандартах с учетом текущих и перспективных потребностей народного хозяйства. Д. Создание четких материальных стимулов для гибкой технологии. Теперь предположим нечто ненаучно- фантастическое: по щучьему веленью, по нашему хотенью все эти пункты от А до Д оказались выполненными. И что же? Технология у химиков сразу из «железобетонной» превратилась в гибкую? Конечно же, нет! Эти пункты — лишь предпосылки для реального будущего гибких химических технологий. А делать, как раньше, все надо своими руками, своей головой. 8
Сорокалетие Победы Биология и война ИЗ ДОКЛАДА НА ОБЩЕМ СОБРАНИИ АКАДЕМИИ НАУК СССР 7 МАЯ 1942 г. Академик Л. А. ОРБЕЛИ С пер вы х же дней отечестве н ной войны перед всеми научными работниками встал вопрос о том, какова должна быть роль ученого во время войны. В основном установка всех научных организаций заключается в том, что научные работники лучше всего помогут в борьбе с врагом, если максимально разовьют свою научную работу и постараются свои знания и опыт приложить к разрешению тех вопросов, которые выдвигаются перед нами в связи с войной. Однако получается довольно большое расхождение в понимании задач науки в военное время. Есть много сторонников того взгляда, что нужно коренным образом переменить направление научной мысли и методы ведения научной работы, потому что многое из того, что составляло науку в мирное время, якобы является несвоевременным в условиях военного времени и должно быть отложено. Есть и другое течение, а именно, что каждая научная школа должна быть использована в направлении работы, которое ей наиболее известно, с теми методами исследования и техническими приемами, которые находятся у нее в руках и могут дать лучшие результаты в кратчайшие сроки. С этой точки зрения научную работу, научную мысль нельзя прекращать ни на одну минуту. Нельзя рекомендовать: «Отложите свои мысли до будущего года, когда мы победим фашистов, после этого можно будет предаваться вашим научным занятиям». Есть вещи, которые нельзя откладывать. И к таким неотложным вещам относится научная мысль. Она должна работать тогда, когда она возникнет, и осуществление должна находить тогда, когда она созрела, потому что нельзя угадать сегодня, к каким результатам эта мысль приведет завтра. ...Если бы мы ставили только задачи, которые можно выполнить за короткое время, мы могли бы впасть в большую крайность. Нам нужно смотреть далеко в будущее, предусмотреть вопросы, которые могут возникнуть в дальнейшем ходе войны и в первые годы после ее окончания и даже многие годы спустя после всех несчастий и потрясений, которые пришлось перенести нашей стране в связи с нападением врага. Эти вопросы касаются главным образом сельского хозяйства и промышленности, но также и медицины, потому что дело сводится не только к тому, чтобы обеспечить наилучшим образом борьбу с болезнями, рождаемыми войной, но и предусмотреть все те научно обоснованные приемы, которые могут помочь нам в бесперебойном и быстрейшем возвращении бойцов на фронт и обеспечении возможности инвалидам войны остаться полезными, работоспособными членами государства по окончании войны. Тут возникает целый ряд вопросов, которые потребуют научного разрешения и которые могут быть выполнены при определенной целеустремленности. Какие же частные вопросы биологической науки могут оказаться полезными войне, войне в широком понимании — не только в непосредственно происходящих сейчас сражениях, а войне со всем ее глубоким тылом, со всеми вопросами снабжения, здравоохранения в тылу, промышленности и сельского хозяйства? Тут биологические дисциплины, пожалуй, не могут похвастать таким непосредственным участием в помощи боевым событиям, какое принимают в ней физика и химия, и в особенности техника. Роль биологических наук преимущественно направлена в сторону помощи тылу, питания населения, здравоохранения и военной медицины. Но есть, однако, ряд вопросов, в которых участие биологических дисциплин и более непосредственно связано с военным делом. ...Я приведу несколько примеров из области животноводства, которые покажут, что и во время войны необходимо вести серьезную научную работу, которая может привести сразу же к большим практическим результатам. Еще до войны перед нами стоял вопрос о том, как обеспечить стране максимальное повышение поголовья сель- 9
скохозяиственных животных и максимальное повышение сельскохозяйственной продукции. В этом отношении у нас в Союзе велись интересные исследования проф. М.М. Завадовским, направленные на то, чтобы повысить количество поголовья путем повышения рождаемости. Работа проф. Завадовского встретила со стороны ряда правительственных органов большую поддержку и действительно привела к очень хорошим результатам. Путем применения гормональных препаратов, именно сыворотки жеребых кобыл, сыворотки, содержащей значительное количество гормонов мозгового придатка, проф. Завадовскому удалось добиться многоплодия у тех животных, которые обычно приносят один плод. Этот метод встречает, однако, возражения. И он, хотя и оправдывает себя практически, однако представляет целый ряд технических трудностей. Наряду с этим мы видим и другие попытки. В частности, в руководимом мною Физиологическом институте им. И. П. Павлова были изучены моменты, влияющие на яловость, оттенено значение теплового фактора в условиях температурного режима животных, но особенный интерес представляли наши данные, касающиеся влияния различных раздражений периферических нервов на продукцию гормонов мозгового придатка. Они могут быть использованы для того, чтобы вместо внесения в организм гормонов другого организма, вместо впрыскивания инородной крови, повысить активность органов внутренней секреции и таким образом обеспечить большую плодовитость животных. В этом направлении работа шла у нас до самых последних дней в Ленинграде. Но еще больший интерес, как мне кажется, представляют работы, выполненные в Институте эволюционной морфологии проф. Машковцевым и группой его сотрудников. Проф. Машков- цев обратил внимание на то, что жалобы на яловость домашних животных совпадают с самой манерой работы животноводческих совхозов. Оказалось, что в целях предотвращения возможного ухудшения породы ограждают самок от самцов до момента случки. Будь то в коневодческих заводах, в овцеводческих и свиноводческих совхозах и в кролиководстве, самец подпускается к самке на короткое время для случки и затем сейчас же отводится. Как оказывается, громадный процент таких встреч оказывается безрезультатным. Случка просто не осуществляется, потому что самка не подпускает к себе самца или самец не проявляет должного интереса к самке. Мало того, если случка и осуществляется, она в большом числе случаев оказывается безрезультатной в смысле оплодотворения. В связи с этим вопросом проф. Машковцев вспомнил одну фразу из книги И. П. Павлова; перечисляя основные сложные рефлексы животного организма, И. П. Павлов упоминает наряду с «пищевым рефлексом» «половой рефлекс» и указывает на то, что каждый из этих сложных рефлексов представляет целую совокупность одновременно возникающих и последовательно сменяющихся реакций организма на определенные внешние, последовательно действующие раздражения. Все эти реакции организма носят унаследованный видовой характер, но переслаиваются рядом приобретенных реакций. Этот элементарный факт из биологии, элементарная фраза, которой начинает свое учение И. П. Павлов, прояснила проф. Машков- цеву пути дальнейшей работы. Он сообразил, что нелепо думать, чтобы самцы и самки тех или иных видов животных должны были отличаться в этом отношении существенно друг от друга, от своих диких сородичей и от человека. И у человека, и у животных существует определенная цепь явлений, которая должна протечь в организме для того, чтобы совершился акт оплодотворения. Тот способ, который сейчас, как говорят, применяется в Германии, -— выдача ордера на самку или на самца в людском обществе,— этот прием оказывается мало целесообразным даже в скотоводстве. Самое простое практическое предложение, которое было сделано проф. Машковцевым, заключается в том, что он рекомендовал подпускать самцов к самкам на продолжительный период, и оказалось, что, действительно, все виды наших сельскохозяйственных животных имеют тенденцию повторять те явления, которые свойственны диким животным. Ведь каждый охотник знает, как токуют тетерева и глухари, наблюдает танцы и драки самцов, слушает свадебное пение, любуется на свадебное оперение. Оказывается, что и свиньи имеют наклонность «ухаживать». И в ухаживании за хавроньей требуется определенное пове- 10
«ШхЛ Выдающиеся советские ученые академики братья Орбели: Леон Абгарович A882— 1958) — физиолог, генерал-полковник медицинской службы; Иосиф Абгарович A887—1961) — востоковед. многолетний, в том числе и в военные годы, директор Эрмитажа. Снимок сороковых годов дение со стороны хряка. То же самое оказалось в коневодстве и в овцеводстве. Машковцеву удалось наблюдать целый ряд явлений, характеризующих взаимоотношения полов в моменты, предшествующие случке. Эти наблюдения привели к тому, что сейчас мы имеем ряд документов, свидетельствующих о большом успехе этой работы. Наши наркоматы совхозов и земледелия — союзный и всероссийский — потребуют от Академии наук, чтобы были обеспечены методы работы проф. Машковцева, так как они приводят почти к 100 %-ному оплодотворению сельскохозяйственных животных. Это пример того, как простой теоретический факт, результат только вдумчивой научной мысли, может привести к большому практическому результату. Имеет ли эта работа значение для войны? Думаю, что имеет. Сейчас, когда нам нужно обеспечить питание армии и вообще населения, эвакуированного в другие области и живущего в областях, освобожденных от фашистских оккупантов, вопрос о приросте поголовья имеет существенное значение. А если мы обратимся к коневодству, то увидим, что с этим связан вопрос пополнения конского состава армии и вопросы транспорта. Разве не ясно, что отсутствие гужевого транспорта вредно отзывается на работе по снабжению и в промышленности, строительстве и т, д.? Следовательно, такая, казалось бы, сугубо далекая от военных событий научная работа, как наблюдения над половой жизнью сельскохозяйственных животных, может привести к результатам, которые обеспечат нужды армии и населения непосредственно сегодня, в течение нынешнего сезона. ...Еще до начала войны мы готовились к тому, чтобы надлежащим образом встретить большие биологические события, которые должны разыграться в районе Волжского бассейна в связи с новым волжским строительством. Возникновение новых громадных водохранилищ, в частности Рыбинского, которое зальет обширные области, измеряемые тысячами квадратных километров, поведет к целому ряду перемещений флоры и фауны, к залитию лесов и других мест обитания различных животных форм, к возникновению новых водных областей с перерасселением там водной фауны и с изменением флоры. Мы готовились встретить все эти события, чтобы проверить основные положения дарвиновской эволюционной теории. Нами был разработан большой научно-исследовательский план. Грянула война, и сейчас все эти события разыгрываются на ее фоне. Спрашивается, должны ли мы отказаться от этой научной работы или должны ее обеспечить? Академия паук в лице Биологического отделения и Общего собрания АН признала необходимым эти работы продолжать, несмотря на то что они как будто к военному делу отношения не имеют. В этих работах важно не упустить момента использования бога- 11
тых возможностей, возникающих в связи с процессами, о которых сказано выше, так как создаются совершенно новые, исключительные условия для роста рыбных богатств. И действительно, наблюдения, проведенные работниками Института эволюционной морфологии в первые месяцы войны, показали, что в этих вновь созданных водоемах с исключительной быстротой идет рост рыбных богатств, которые могут быть уже использованы. Но если принять во внимание, что уровень воды в этих водоемах будет периодически каждый год меняться и наряду с возникновением новых озерных пространств периодически будет возникать обмеление их и образование изолированных озер, то, чтобы рыба не погибла, нужно будет поставить совершенно правильное наблюдение за происходящими процессами и своевременно изымать застрявшую в закрытых водоемах рыбу. Вот эти заморы должны быть взяты на учет и использованы. На этих пространствах обитают разные виды животных, как, например, лоси, которые могут погибнуть, так как места их обитания должны быть затоплены водой. Нужно своевременно перевести их в другие места или своевременно отстрелять, чтобы они не погибли без пользы. Таких примеров можно привести много. Это громадная работа, которая не только обогатит новыми фактами эволюционную теорию, но и много даст для непосредственной практической работы, которая поможет сэкономить нам миллионы денег и вместе с тем обеспечить население громадным количеством ценных пищевых продуктов. ...У многих часто возникал вопрос: своевременно ли заниматься витаминной проблемой? Некоторым кажется, что витаминная проблема в условиях военного времени должна сводиться к тому, чтобы указать, где есть витамины и как строить витаминную промышленность. Но, спрашивается, можно ли создать витаминную промышленность, которая для 200- миллионного населения нашей страны давала бы в виде таблеток все витамины в нужном количестве? Конечно, это невозможно. Мы должны будем радоваться, если наша витаминная промышленность обеспечит витамины в форме таблеток или в виде иных концентратов для армии и флота, а также для населения отдельных районов, для некоторых категорий работников. Это будет большим делом. А значительная часть населения должна сама о себе подумать. Это совсем не трудно разрешимая задача. Каждый из нас сейчас борется за то, где бы добыть витамины, а между тем ничего не стоит поставить у себя на подоконнике, в какой бы тесной и маленькой комнате вы ни жили, вместо цветов или наряду с цветами небольшой горшок витаминозных растений, например лука. Вместо того чтобы есть старый, прошлогодний лук, в котором почти нет витаминов, стоит посадить луковицу в землю и через 10—12 дней можно получить ростки зеленого лука, чрезвычайно богатые витаминами и гораздо более вкусные. Посадив для начала 10—12 луковиц, вы можете в течение многих месяцев ежедневно получать витамины, съедая в день по одному пучку этого зеленого лука. Если только вы правильно поставите дело, чтобы вместо вырванной проросшей луковицы посадить сейчас же новую, то, пока вы доберетесь до 12-й, у вас начнет расти первая луковица второго срока и т. д. Мы ежедневно едим горох, часто жалуемся, что нас кормят им. Но если бы мы взяли столовую ложку сухого гороха (которая представит потерю в калориях, может быть, каких-нибудь 50—100 кал) и прорастили его, то могли бы опять- таки в течение двух недель питаться первыми зелеными ростками этого гороха и обеспечить себя нужными витаминами. Сейчас, в условиях военного времени, когда имеются временные продовольственные затруднения, задача наших биологов должна заключаться в том, чтобы создать ряд брошюр и книг, которые научили бы каждого гражданина искать для себя витамины там, где они лежат буквально под ногами и остаются неиспользованными, в то время как эти граждане ходят по аптекам и продовольственным инстанциям и просят концентраты витамина С, В или А. Тут задача биологической науки, конечно, очень простая, легкая и почетная. Сейчас перед нами встает ряд вопросов, связанных с тем, чтобы отыскать наиболее выгодные источники витаминов, чтобы научиться обогащать их. Физиология растений может найти и находит способы повышения витаминозности растений и, таким образом, может указать пути, которые дали бы возможность наибольшего выхода витаминов из вита- миноносов. То же самое относится и к другим сторонам пищевой промышленности. Мы имеем возможность использо- 12
вать десятки и сотни растительных видов, обычно не принятых к употреблению, но содержащих ценные пищевые материалы — белки, крахмал, сахар. Мы можем указать десятки животных, которые содержат богатый материал белковый, жировой, углеводный, и таким образом найти новые источники питания, которые пропадают даром. Но можно ли, своевременно ли сейчас заниматься изучением механизма действия витаминов? Конечно, можно и нужно. Мы переживаем эпоху, когда выясняются тончайшие взаимоотношения между витаминами, с одной стороны, и ферментами и гормонами — с другой. Витамины, о которых еще 25— 30 лет назад, в момент возникновения учения о витаминах, только говорили как о таинственных, странных веществах, которые, будучи приняты в количестве миллиграммов, обеспечивают организму здоровье и предохраняют его от тех или других форм заболеваний, сейчас являются уже хорошо изученными химическими соединениями. Во многих случаях точно известны структурная формула, механизм и источники возникновения их и даже осуществляется синтез. Выясняются их взаимоотношения с основными физиологическими процессами. Мы стоим на пути сознательного применения витаминов не только с целью предотвращения тех или других болезненных форм, но и для лечебного воздействия на ход тех или других процессов выздоровления, восстановления функций нервной системы. Следовательно, откладывать разрешение таких вопросов на будущее время, когда война окончится, было бы преступлением. В числе неотложных задач, которые стоят перед нами, в частности перед физиологией, наибольшее место занимают вопросы, связанные с авиацией, подводным плаванием и водолазной службой. Разработка их началась, конечно, не во время войны, а с момента, когда возникло строительство нового флота, начался рост авиации, моторизации и механизации армии. Только благодаря тому, что мы не гнались за разрешением маленьких вопросов сегодняшнего дня, а поставили серьезно и основательно изучение всей проблемы в целом, нам удалось достичь очень существенных результатов в этом деле. В настоящее время мы знаем, что человеческий организм может благополучно существовать под давлением свыше 20 атмосфер, вплоть до субстратосферных высот, конечно, при соблюдении известного режима. Только в результате 10—15-^гет- ней работы можно было точно изучить и указать те режимы, которые должны быть соблюдены человеком, чтобы он мог благополучно переносить перемены давления от 20 атмосфер до 1/5 атмосферы. Разработка всех этих вопросов представляет большую и очень серьезную физиологическую задачу, разрешение которой требовало и специальных технических условий, и большого напряжения. При нахождении организма под большим давлением происходит пропорционально парциальному давлению каждого газа растворение их в крови, и тут возникают две опасности: с одной стороны, растворяется известное количество азота, которое затем, при обратном понижении давления, ведет к образованию пузырьков. Азот — индифферентный газ, который не используется организмом. Если он в достаточном количестве растворился в крови, особенно в тканях, то при обратном снижении давления он переходит снова в газообразное состояние, а затем, при дальнейшем понижении давления, увеличивается объем пузырьков, что ведет к мелким разрывам тканевых элементов и к закупорке мелких кровеносных сосудов. Это является причиной так называемого кессонного заболевания. Давно был разработан режим выхода водолазов, рассчитанный на то, чтобы кровь и ткани постепенно освобождались от азота, чтобы не было быстрого образования пузырьков и быстрого их роста. Стоит человеку только минут 10 побыть на большой глубине, как ему во избежание кессонного заболевания требуется уже '2,5 часа потратить на выход из воды. Оказалось, однако, возможным ускорить этот процесс. Применяя газовую смесь из гелия и кислорода с пониженным содержанием кислорода, можно опускать людей на такие глубины, которые без этого были бы недоступны. ...Это только небольшие примеры, свидетельствующие о большой роли биологии в разрешении вопросов, направленных на сохранение здоровья наших героических бойцов для достижения победы над гитлеровскими оккупантами и на обеспечение здоровья населения. «Вестник Академии наук СССР», 1942, № 5—6. 13
Витамины для блокадного Ленинграда 14
Более сорока лет прошло после снятия блокады Ленинграда. Но несмотря на то, что этой теме посвящены сотни книг и статей, подвиг города для многих представляется фантастической тайной, недоступной пониманию. Почему город не погиб от эпидемий цинги и инфекционных заболеваний, как он смог выжить, не имея полноценного продовольствия, и не только выжить, но и яростно бороться, удерживая возле себя более чем трехсоттысячную вражескую армию? Ответы на эти вопросы вы отчасти найдете в воспоминаниях Алексея Дмитриевича БЕЗЗУБОВА, известного витаминолога, лауреата Государственной премии СССР. Они посвящены работе Всесоюзного НИИ витаминной промышленности в блокадном Ленинграде, работе, спасшей тысячи жизней. Двадцать девятого августа 1941 года наступающие немецкие войска перерезали все железнодорожные магистрали, соединяющие Ленинград со страной, и восьмого сентября вышли на южный берег Ладожского озера. Началась блокада. Горком ВКП(б) по заданию Государственного комитета обороны организовал переучет всех продуктов питания, скота, птицы, зерна. Получилась безрадостная картина. На 12 сентября 1941 года запасы составили: хлебное зерно, мука, сухари — на 35 суток; крупа и макароны — на 30; мясо и мясопродукты (включая живой скот) — на 33; жиры — на 45; сахар и кондитерские изделия — на 60 суток. А городу предстояло бороться, работать и жить 900 дней. Катастрофическим было положение с овощами: большая часть урожая осталась на полях в зонах обстрела. Овощей запасли всего по четыре килограмма на человека и поэтому выдавали их только госпиталям, больницам, войскам первой линии. В то время я работал начальником химико-технологического отдела Всесоюзного НИИ витаминной промышленности и консультантом санитарного управления Ленинградского фронта, поэтому и был приглашен на совещание в горком ВКП(б), которое собрал секретарь городского комитета П. Г. Лазутин, занимавшийся пищевой промышленностью. Обсуждали, как наиболее рационально использовать пищевое сырье. Но я понимал, что, кроме голода, людей ожидал еще один страшный враг, о котором не было сказано ни слова,— цинга. Очевидно, больши нство присутствовавших не представляли грозящей катастрофы. Я же во время первой мировой войны сам переболел цингой и потерял половину зубов. Земский врач, лечивший меня после демобилизации квашеной капустой, любил приговаривать: «Теперь, отставной солдат, надо изменить ударение в твоей фамилии — не Беззубов, а Беззуб6в». Я не обижался, потому что сознавал, что еще легко отделался. Ведь в ту войну погибло от цинги людей больше, чем от пуль и снарядов. У себя в витаминном институте я рассказал директору — профессору А. А. Шмидту о совещании и поделил- ^ ся своими опасениями. Он тоже был знаком с цингой — как врач лечил ее во время войны 1914—1918 гг. Профессор А. А. Шмидт полностью со мной согласился, и мы решили немедленно приступать к разработке препарата, содержащего витамин С. Его жизненная необходимость в условиях1 блокадного города не вызывала у нас ни малейшего сомнения. Как источник аскорбиновой кислоты выбрали хвою. Почему? Во-первых, еще 200 лет назад в России хвою использовали для лечения цинги и даже экспортировали в аптеки Западной Европы. Применяли ее и во время русско- шведской войны. Во-вторых, надежный источник этого сырья — хвойные леса — росли в ближнем пригороде Ленинграда. Было решено организовать группу, в которую вошли бы химики, биохимики, инженеры. Руководителем группы назначили меня и поручили нам в самый короткий срок разработать технологию производства витаминного препарата на основе хвои как в промышленных, так и в домашних условиях. Работали в две смены. Хвойную лапку привозили из леса, начинающегося за Пискаревским кладбищем. Здесь располагалась наша биостанция. К концу сентября всех подопытных животных ликвидировали, поскольку кормиТь их все равно было нечем, и сотрудники станции переключились на сбор хвои. 15
Уже к 15 октября мы подготовили проект технических условий на сырье «хвойную лапку», проект инструкции для производства хвойных настоев. Технологический цикл был достаточно прост: лапку сортировали, мыли, отделяли иглы от древесины, опять мыли и разминали. Затем экстрагировали витамин С, обрабатывая размятую хвою 0,5 %-ным раствором уксусной, или лимонной, или виннокаменной кислоты (благо их в предостаточном количестве можно было найти на складах кондитерских предприятий). Полученный настой фильтровали и расфасовывали в бутылки, стеклянные баллоны или бочки. Этот зеленоватый кисленький напиток менее всего походил на лекарственную микстуру. Когда работа была практически завершена, мы написали письмо секретарям горкома ВКП(б) А. А. Жданову и А. А. Кузнецову и председателю Ленгорисполкома П. С. Попкову, в котором изложили свои опасения по поводу цинги и предложили срочно организовать производство хвойных настоев по разработанной технологии. В том, что последует положительное решение, мы не сомневались. Ведь цинга, сопровождающаяся нервными расстройствами, потерей мышечной силы, быстрой утомляемостью и инфекционными заболеваниями, могла парализовать армию и город. 18 ноября 1941 года вышло решение Ленгорисполкома «О мероприятиях по предупреждению авитаминозов». Теперь Ленгорплодовощ должен был поставлять ежедневно по 30 тонн хвои на ликеро- водочный, витаминный заводы и другие * предприятия. Эти предприятия начиная с 27 ноября 1941 года обязаны были каждый день вырабатывать более двух миллионов человеко-доз хвойного настоя. По официальным медицинским рекомендациям того времени человеку требовалось в день 20 мг аскорбиновой кислоты, что и было одной дозой. Сто — двести граммов хвойного настоя ежедневно поддерживали необходимый уровень витамина С в организме. С помощью сотрудников нашего института хвойные установки быстро организовали в больницах, на предприятиях, в научных и учебных учреждениях, в некоторых воинских частях. Уже к концу ноября в Ленинграде их работало более ста. О том, как приготовить, хвойный настой в домашних условиях, многократно передавали по ленинградскому радио. Каждое утро истощенные женщины тянулись в лес, состригали хвойные лапки, набивали ими мешки и на колясках, санках, лошадях переправляли на заготовительные пункты. Это был тяжелый труд. Военный Совет фронта дал женщинам-заготовщицам тыловой армейский паек. Для госпиталей, больниц, детских учреждений мы рекомендовали еще одно противоцинготное средство — суп из проросшего гороха. Было известно, что проросшие семена растений содержат витамин С, поэтому, прежде чем варить суп, горох надо было замачивать и проращивать. В одной тарелке такого супа содержалось около двух доз аскорбиновой кислоты. В декабре 1941 года мне и госсанинспектору Н. В. Бесову горком партии поручил проверить, как выполняется решение Ленгорисполкома «О мероприятиях по предупреждению авитаминозов». Вместе с сотрудниками нашего института мы познакомились с работой 107 установок: отбирали пробы настоя и анализировали его на содержание витамина С. Оно колебалось от одной до четырех доз в стакане настоя. Особенно хорошими вкусовыми качествами и высокой витаминной активностью отличалась продукция ликеро-водочного завода. Лишь три небольших организации выпускали хвойный настой, практически не содержащий аскорбиновую кислоту. Оказалось, что истощенные рабочие, нарушая инструкцию, не разминали хвойные иглы, а только стригли их ножницами. Поэтому экстракция была малоэффективной. Проверяли мы и супы из проросшего гороха, которые варили в различных медицинских и детских учреждениях. Анализ пробы супа из одного госпиталя показал, что витамина С там нет совсем. Несколько раз меняли пробы — результат тот же. В чем дело? Решили побеседовать с поварихой: как, мол, варите? Выяснилось: повариха пользовалась опытом некоторых домашних хозяек и добавляла в суп питьевую соду. Так суп быстрее варился и экономилась драгоценная энергия. Но при этом аскорбиновая кислота разрушалась, о чем женщина, конечно, не подозревала. 2 Хвойные настои, гороховые супы очень помогли ленинградцам. Эпидемии цинги в блокадном городе не было. Но в конце 16
1941 года из-за недостатка белков в пище появилась и стала распространяться не менее страшная болезнь — алиментарная дистрофия. Смертность набирала темп. Не обошла она и наш институт. Умер от дистрофии главный бухгалтер: весь свой паек он отдавал жене и дочке. Многие сотрудники были очень ослаблены. К счастью, на складе института обнаружили два мешка с пищевым казеином (он предназначался для подопытных животных биостанции). И кроме того, из шкафов химико-технологического отдела извлекли около 14 кг витаминизированных кондитерских изделий (шоколад, драже) — образцы, по которым изучали, как изменяется содержание витаминов во время их хранения. Все, что нашлось съедобного, отдали ослабевшим сотрудникам. Но это было временное решение проблемы. Собрали совещание, стали перебирать все источники полноценного белка: мясо, рыба, молочные продукты, яйца. Но где их взять в блокадном Ленинграде? Могли подойти хлебопекарные и пивные дрожжи, богатые белками. Но дрожжевые и пивоваренные заводы не работали. И тут вспомнили. В начале 1940 года дирекция Ленинградского научно-исследовательского гидролизного института обратилась в наш институт с просьбой проанализировать образцы гидролизных дрожжей на содержание в них витаминов группы В. Просмотрели документацию. Оказалось, что в этих дрожжах, приготовленных из древесных опилок, много полноценных белков. Меня срочно направили в гидролизный институт. Заместитель директора профессор В. И. Шарков познакомил меня с технологией производства дрожжей на опытной установке. Это был реальный выход из положения. Подобрав все необходимые материалы, мы отправились в горком к товарищу Лазутину. По моему предложению первое дрожжевое производство организовали на кондитерской фабрике им. А. И. Микояна. Здесь я работал три года главным инженером и знал высокую квалификацию инженерных работников. Производство гидролизных дрожжей — процесс сложный, многостадийный, капризный, и быстро наладить его могли только грамотные инженеры. А кроме того, при этой фабрике имелся большой ящичный цех. Значит, и с древесным сырьем не было проблем. Кислоты и щелочи в достаточном количестве нашлись на химических заводах города. Предельно упрощенная схема производства выглядела так. Измельченную древесину подвергали кислотному гидролизу, то есть несколько часов перемешивали в водном растворе серной кислоты. Затем кислоту нейтрализовали известью. Выпавший осадок сульфата кальция и прочие нерастворенные примеси отфильтровывали и получали раствор глюкозы. В этот многократно очищенный раствор как в питательную среду помещали дрожжевую затравку, получаемую из гидролизного института. К началу 1942 года фабрика уже производила до пяти тонн прессованных дрожжей ежедневно*. У них был хороший витаминный состав (Bj, BL>, PP), и полноценного белка содержалось более 50 %. Первые партии дрожжей сначала осторожно испробовали для лечения дистрофии в одной из больниц и вскоре получили хороший результат. После этого дрожжи применяли во всех больницах и госпиталях. Люди оживали на глазах, в буквальном смысле слова «как на дрожжах». К сожалению, не было возможности обеспечить все население этим спасительным продуктом. 3 Наш институт не прекращал работу: потребность в витаминных препаратах нарастала, особенно для внутривенного вливания тяжелораненым, то есть очень, чистых и расфасованных в ампулы. В лабораториях мы набрали 20 кг аскорбиновой кислоты, синтезированной еще до войны. Остальные витамины — тиамин, рибофлавин, никотиновую кислоту — нарабатывали наши синтетики. Расфасовывать препараты по ампулам в лабораториях института было невозможно: холодно, постоянные перебои -с электроэнергией. Обратились к начальнику Санитарного управления Ленинградского фронта с просьбой предоставить для этой лаборатории помещение в одном из госпиталей. Через две не-* дели лаборатория приступила к работе. Приходилось решать и непредвиденные задачи. В конце 1941 года зарегист- * Ленинградский опыт широко использовали и в других районах страны. В 1944 году по заданию Главного санитарного управления Советской Армии я принимал участие в строительстве и пуске двух дрожжевых заводов: в районе Вологды и в районе Вышнего Волочка. После войны за организацию производства гидролизных дрожжей в дни блокады директору фабрики А. Е. Мазуру, главному инженеру А. И. Иврину, профессору В. И. Шаркову и другим была присуждена Государственная премия СССР. 17
рировали заболевания пеллагрой — из- за недостатка в питании витамина РР (никотиновая кислота). Нужен был никотин. Горком партии срочно организовал рабочих бездействующих табачных фабрик на сбор табачной пыли. Ее выметали с чердаков, из вентиляционных труб на тех же фабриках. Из пыли мы выделяли никотин, а затем окисляли его до никотиновой кислоты — витамина PP. Вскоре понадобился каротин (провитамин А). Растворами этого соединения в растительном масле лечили обморожения. Поскольку моркови, богатой каротином, не было, его извлекали из тех же игл хвои по собственной технологии. 4 Зима 1941 —1942 года была особенно тяжелой. Ударили небывало жестокие морозы, замерзли все водопроводы, и без воды остались хлебозаводы. В первый же день, когда вместо хлеба выдали муку, меня и начальника хлебопекарной промышленности Н. А. Смирнова вызвали в Смольный к товарищу Лазутину. Стали думать, как выходить из создавшегося положения. Раздался телефонный звонок. А. А. Жданов, узнав о муке, просил немедленно к нему зайти. В его кабинете на подоконнике лежал автомат. А. А. Жданов показал на него: «Если не будет рук, которые смогут крепко держать этот совершенный автомат, он бесполезен. Хлеб нужен во что бы то ни стало». Неожиданно выход предложил адмирал Балтийского флота В. Ф. Трибуц, находившийся в кабинете. На Неве стояли подводные лодки, вмерзшие в лед. Но река промерзла не до дна. Сделали проруби и по рукавам насосами подлодок стали качать воду на хлебозаводы, расположенные на берегу Невы. Через пять часов после нашего разговора четыре завода дали хлеб. На остальных фабриках рыли колодцы, добираясь до артезианской воды. Несмотря на все принимаемые меры, смертность гражданского населения росла. Государственный комитет обороны принял решение вывезти из Ленинграда наиболее ослабевших людей. Началась эвакуация по «дороге жизни». Но многие ленинградцы отказывались покидать родной город. В декабре 1941 года я навестил семью профессора Военно-морской академии Н. И. Игнатьева. Он выполнял ответственное задание в Москве. Жена отказалась уезжать из Ленинграда. В комнате было холодно, окна забиты фанерой и кухонными досками, завешаны одеялами. Потолок и стены почернели от копоти железной печурки. Екатерина Владимировна, исхудавшая, еле двигалась по комнате. Ее племянницы Нина и Ира сидели возле печурки, закутанные в одеяла. На столе стояла кастрюля с супом, сваренным из столярного клея (они хотели летом ремонтировать квартиру и, к счастью, закупили 12 кг клея). Я принес кусок, ленинградского хлеба и брикет пшенной каши. Екатерина Владимировна попросила разбить дубовый стул на дрова. Печурка хорошо растопилась, в комнате стало теплее. Девушки вылезли из своих одеял и с нетерпением ждали порции супа с кусочком хлеба. Вспоминали счастливое довоенное время и особенно то, как мало ценили продукты питания. Поговорили о трудной жизни в блокадном городе. Ира сказала, что всем трудно, потому и нам трудно. Нина улыбнулась: «Не отдавать же немцам Ленинград, наш прекрасный город, за улучшенное питание, которое они обещают». Я предложил свою помощь в эвакуации. Вместо ответа Екатерина Владимировна взяла со стола книгу и прочитала страницы из воспоминаний молодого артиллерийского офицера Льва Николаевича Толстого о героической осаде Севастополя: «Рота моряков чуть не взбунтовалась из-за того, что их хотели сменить с батареи, на которой они стояли тридцать суток под бомбами». Прощаясь со мной, Екатерина Владимировна сказала, что, когда им очень трудно, они читают «Севастопольские рассказы». В феврале 1942 года я решил еще раз предложить Игнатьевым эвакуацию: в это время вывозили сотрудников нашего института. Долго я стучался в дверь их квартиры, ответа не было. Разыскал полумертвого управдома. Он сообщил, что Игнатьевы умерли. 5 В ту страшную зиму эвакуировалась половина наших сотрудников. Самолеты, уносившие людей на Восток, возвращались с продуктами. И стало легче. Еще большее облегчение пришло весной: на огородах появилась зелень. В середине апреля меня вызвали в горком ВКП(б) и предложили витаминному институту подумать о том, как использовать дикорастущие растения — 18
-**% 3* ,.WiJ5%V*' дополнительный источник витаминов. Руководителей города беспокоило, что жители и особенно бойцы на передовой и зенитчики начнут заболевать куриной слепотой (из-за нехватки витамина А). Оказывается, это заболевание распространилось на многих фронтах и особенно ощутимо отражалось на разведке: разведчики не могли ночью идти на задание, поскольку в двух шагах ничего не видели. Прежде всего мы решили обратиться за консультацией в Ботанический сад АН СССР. Оставшиеся в живых сотрудники сада рекомендовали использовать лебеду, борщевик, купырь лесной, щавель, крапиву, одуванчики. Мы разработали способы консервирования, а кулинары составили рецепты салатов, супов. С мая 1942 г. в городе проводили широкую пропаганду дикорастущих: по радио, в печати, на собраниях, лекциях, совещаниях. Ведь была опасность и отравления, потому что в Ленинградской области произрастают и сильно ядовитые растения: цикута, лютик и другие. Но все обошлось. В мае 1943 года, после прорыва блокады, основные лаборатории и отделы института перебазировались в Москву. Каждый раз, вспоминая то время, я не верю сам себе. Как мы выжили? Как мы работали? Наверное, потому и выжили, что ни на минуту не прекращали работать и каждый день спрашивали себя: «Что я сегодня сделал для победы?» Наш институт решал тогда не только сиюминутные практические задачи. Не прекращалась интенсивная научно-исследовательская работа. Разработали способ получения амида никотиновой кислоты — вещества более активного биологически, чем витамин РР Об этом новом способе мы докладывали в мае 1944 г. в Москве на конференции Научно-технического совета Наркомпищепрома СССР. Его одобрили и рекомендовали к внедрению. За разработку синтеза витамина А группа наших сотрудников после войны получила Государственную премию. В. Н. Розановой эту премию присудили посмертно: летом 1942 года на улице Герцена у входа в институт ее убил осколок разорвавшегося тяжелого снаряда. Еще одну Государственную премию получили я и А. А. Шмидт за разработку промышленного синтеза витамина С. Эта работа — в стекле — тоже была сделана в блокадные дни. Государственные премии и правительственные награды, которые получили многие сотрудники витаминного института, были не самой главной наградой. Победа — вот та желанная награда, которую мы получили и ради которой работали не щадя себя в то жестокое время. И не могли иначе. Вегетарианцы сорок второго Передо мной книжка с пожелтевшими страницами. «...1. Желуди, очищенные от кожуры, разрезать на 4— 5. частей и залить водой. Вымачивать двое суток, меняя воду 3 раза в сутки. Затем желуди ' залить двойным по объему количеством чистой воды и поставить на огонь. При первых признаках закипания воду слить, 19
желуди пропустить через мясорубку. Полученную массу рассыпать тонким слоем для просушки на воздухе, а потом в духовке. Высушенную массу смолоть на кофейной мельнице. При установке мельницы на крупный помол получается крупа для каши, а при более мелкой установке — мука для лепешек. 2. Корни лопуха отварить, нарезать небольшими кусочками. Подавать заправленными каким-либо соусом. 3. Исландский лишайник вымочить в растворе питьевой соды в течение суток, раствор слить, а лишайник залить на сутки чистой водой. Воду слить, лишайник измельчить и разварить в течение 1,5—2 часов до получения студенистой массы. Посолить, добавить лавровый лист, перец, лук. Остудить, добавить уксус, разлить в тарелки. Полученный студень имеет грибной запах». Что это? Советы вегетарианской кухни? Отчасти да. Эти и другие подобные блюда употребляли в пииту люди, которым пришлось стать вегетарианцами в силу тяжелейших жизненных обстоятельств. Рецепты взяты из уникальной книги*, авторы которой — сотрудники Ботанического института АН СССР имени академика В. Л. Комарова. Написана она в блокадном Ленинграде. Многие дикорастущие растения употреблялись и употребляются в пииту человеком с давних времен. Например, крапива, щавель, лебеда. Но есть и много таких, которые не встречаются в нашем меню просто по незнанию. Так, в Японии и Китае стрелолист обыкновенный и лопух войлочный культивируют как овощные растения; мука из кор- * Голлербах М. М., Корякина В. Ф., Никитин А. А., Панко- ва И. А., Рожевиц Р. К)., Сме- танникова А. И., Троицкая О. В., Федченко Б. А., Юрашев- ский Н. К. Главнейшие дикорастущие пищевые растения Ленинградской области. Л., 1942. ней сусака зонтичного — продукт питания якутов; желуди различных видов дубов издавна применяют для производства суррогатов кофе. В Ирландии высушенные головки клевера измельчали и прибавляли в хлеб. В Германии и Австрии различные виды клевера употреблялись на приготовление супов, как шпинатное растение. А кто в детстве не ел нежные листочки кислицы обыкновенной? В Ленинградской области встречаются около 1200 видов высших растений, свыше 500 видов мхов, не менее 200 видов лишайников и более 2000 видов грибов. Ботаники установили, что среди них до 140 видов растений, 5 лишайников и несколько десятков видов грибов можно использовать в пищу. Причем в пищу годились разные части растений: корневища, богатые крахмалом (рогоз широколистный, стрелолист обыкновенный, сусак зонтичный, тростник обыкновенный, кувшинка белая, кубышка желтая, лопух войлочный, цикорий обыкновенный), съедобные плоды или семена (манник наплывающий, костер ржаной, ко- лосняк песчаный, дуб череш- чатый, шиповник собачий), молодые побеги и листья (береза бородавчатая и пушистая, крапива двудомная и жгучая, щавели кислый и водяной, лебеда белая, звездчатка средняя, ярутка полевая, сурепка дуговидная и обыкновенная и многие другие). Где же могли найти эти продукты питания ленинградцы? На что рассчитывали авторы? Предложенные растения не были редкими и встречались в парках, садах, на окраинах города, в огородах. Свежие растения рекомендовалось употреблять в виде салатов, например листья сныти обыкновенной вперемешку с листьями купыря. А какие заправки? Соль, уксус, растительное масло, сахарный песок, горчица, перец молотый — в минимальных количествах. Не все из предлагаемых растений пригодны в пищу в сыром виде. Поэтому некоторые растения рекомендовалось определенным образом обрабатывать: готовить пюре, супы, оладьи, котлеты, а для хранения — квасить, солить, сушить. И что самое удивительное, в брошюре нет ни слова о блокаде, о голоде. Просто пособие по определению, сбору и употреблению в пищу дикорастущих растений. Только по месту и году издания можно догадаться о главной задаче книги. Конечно, одних рецептов было мало, большое значение имели хорошие рисунки, помогающие распознавать съедобные растения. Ведь встречается немало ядовитых трав, грибов, ягод. Моя мама Валентина Константиновна Маркова, которая вместе с другими художниками Ботанического института иллюстрировала эту книгу, вспоминает, что многие рисунки приходилось делать с натуры. Растения после выполнения работы разрешалось съесть, что в то время было лучшей платой за труд. Конечно, не все отобранные ботаниками Ленинграда во время блокады пищевые растения имеет смысл использовать в наши дни: некоторые виды сейчас просто .редки, да и обработка растений бывает очень трудоемка. Но энтузиасты-вегетарианцы, возможно, и заинтересуются некоторыми из них. Ведь вошло в моду варенье из одуванчиков (одна надежда на него в борьбе с этим злостным сорняком!) . А иные из упомянутых в книге растений вполне пригодны как корм для домашних животных. Кандидат биологических наук Е. Л. РУБЦОВА 20
Проблемы и методы современной науки Ферменты — органическому синтезу Член-корреспон дент Чехословацкой академии наук К. МАРТИНЕК, лауреат Ленинской премии СССР Сейчас много говорят о замечательных достижениях биотехнологии. При этом обычно имеют в виду только широкое применение промышленных микроорганизмов, полученных методами селекции и генной инженерии для синтеза различных ценных веществ из доступного сырья. Мы же расскажем о другом научно-техническом направлении: о прямом практическом использовании ферментов — этих биологических катализаторов, работающих в каждой живой клетке,— в промышленности органического синтеза. КАК РАБОТАЕТ ФЕРМЕНТ В результате исследований, начатых еще в конце XVIII века, удалось твердо установить, что все процессы, протекающие в живой клетке, связаны с химическими превращениями веществ. Сейчас мы знаем: живые клетки — это своеобразные химические реакторы, в которых роль катализаторов выполняют ферменты, представляющие собой высокоспециализированные белковые макромолекулы. В отличие от большинства обычных катализаторов, ферменты работают в так называемых мягких условиях — при низкой (близкой к комнатной) температуре и атмосферном давлении, в почти нейтральных водных растворах. Ферменты проявляют исключительно высокую каталитическую активность, подчас превосходящую активность катализаторов небиологического происхождения в 10lu—101л раз. И что особенно важно, ферменты обладают непревзойденной избирательностью, специфичностью действия — катализируемые ими реакции не сопровождаются образованием побочных продуктов. Активный центр фермента, расположенный в приповерхностном слое белковой глобулы, можно грубо представить как полость, конфигурация которой строго соответствует строению молекулы субстрата — примерно так, как замок соответствует подходящему к нему ключу (рис. 1). Однако простым геометрическим соответствием (или, как говорят, комплементарностью) дело не ограничивается: на внутренней поверхности активного центра фермента определенным образом расположены специфические группировки атомов, входящие в состав белковых молекул, иногда ионы металлов (чаще всего переходных), а также молекулы органических веществ небелковой природы, так называемые коферменты (например, производные витаминов). В результате молекула субстрата — вещества, подлежащего превращению в продукт, попав в активный центр фермента, подвергается сразу со всех сторон согласованной химической атаке, как бы разрывается на куски, которые в тот же миг соединяются в новой комбинации и выбрасываются в окружающую среду, подобно готовой детали из штампа. Многие ферменты способны «штамповать» новые химические молекулы с поразительной скоростью — до десятков и даже сотен тысяч штук в секунду, хотя есть и ферменты, работающие весьма медленно, совершающие в секунду всего десятки циклов (или, как говорят биохимики, оборотов). ЧТО МОЖЕТ ФЕРМЕНТ Применение ферментов в тонком органическом синтезе оправдано прежде всего в тех случаях, когда молекулы, подлежащие химической перестройке, достаточно сложны, содержат близкие по своим свойствам химические связи, из которых затрагиваться должна только одна (или лишь некоторые из них). Именно поэтому ферменты незаменимы 1 Молекула фермента — это белковая глобула, в приповерхностном слое которой находится полость — активный центр. Под действием различных денатурационных факторов (например, нагревания) глобула деформируется или даже разворачивается, что приводит к потере ферментом каталитической активности
о -А/- I Н 1—r^S^' ч кСОС/( а О // CMjC-e о о^ср&&Ь Z СкгСе(с)<1Н5 L-c?a^r-h CJ/3&>of( 2 Специфичность некоторых гидролитических ферментов на примере реакций превращения бензилпенициллина (а), тропана (б) и ацетилп рои вводного З-хлор-2-метилпропанола (в) при синтезе производных стероидов, порфиринов, алкалоидов, простагланди- нов, полипептидов и других природных веществ сложной структуры. Например, молекула бензилпенициллина (рис. 2, а) содержит две связи СО—N, одна из которых расположена в боковой цепи, а другая входит в состав четырехчленного цикла. Воздействовать на одну из этих связей чисто химическим путем, не затронув другую, практически невозможно; а вот фермент пенициллинамидаза способен отщеплять боковую цепь, совершенно не затрагивая цикла. Или еще один пример — модификация алкалоида тропана (рис. 2, б): фермент химотрипсин атакует лишь одну из двух сложно- эфирных связей молекулы этого вещества, обладающих с точки зрения химика примерно одинаковой реакционной способностью. Многие ферменты способны не только тонко различать похожие химические связи, но и делать однозначный выбор между молекулами изомеров, отличающихся друг от друга лишь как предмет и его отражение в зеркале. Эта так называемая стереоспецифичность ферментативного катализа дает возможность получать чистые зеркальные изомеры, обладающие часто различным физиологическим действием. Так, для получения некоторых психотропных препаратов необходим один из зеркальных изомеров З-хлор-2-метил- пропанола. Однако в результате обычного химического синтеза образуется сложный эфир, представляющий собой смесь равных количеств «левых» и «правых» молекул (рис. 2, в). Но если этот эфир гидролизовать при помощи фермента липазы, то эфирная связь расщепляется только у «левых» молекул и продукт легко отделяется от исходного вещества. Подобный метод применяется и в других аналогичных случаях, например для получения чистых зеркальных изомеров аминокислот. Во всех этих случаях ферменты катализируют различные варианты одной и той же реакци и гидрол и за (то есть расщепления химических связей, сопровождающегося присоединением молекулы воды); такие ферменты носят общее название гидролаз. Но биокатализаторы способны ускорять и другие типы превращений веществ. Например, ферменты, называемые оксидоредукта- зами, катализируют окислительно-восстановительные реакции, в том числе окисление молекулярным кислородом и восстановление водородом; ферменты трансферазы способствуют переносу различных группировок атомов — амин- ных, альдегидных, кетонных — из одной молекулы в другую; лиазы участвуют в реакциях образования двойных связей и процессах присоединения к таким связям различных реагентов; изомеразы осуществляют изомеризацию молекул — изменение их химического строения, происходящее без изменения состава; лигазы (называемые также син- тетазами) катализируют образование простых углерод-углеродных связей, а также связей между атомами, углерода и атомами кислорода, азота и серы. Одним словом, синтетические возможности ферментов весьма разнообразны. Вот лишь краткий перечень классических операций органической химии, которые можно осуществлять при помощи ферментов: это реакции метилирования, ацетилирования, аминирования, дезаминирования, амидирования, декар- боксилирования, оксидирования, гидрирования и дегидрирования, конденса- 22
ции.., В принципе уже сейчас стало очевидным, что применение биокатализа в тонком органическом синтезе открывает путь к безотходным и низкотемпературным процессам, протекающим к тому же в неагрессивных средах. Поэтому нет сомнений, что внедрение биокаталитических процессов в химическую технологию неизбежно приведет к экономии сырья и энергии и уменьшению ущерба, который современная промышленность наносит окружающей среде. ГДЕ ДОСТАТЬ ФЕРМЕНТ В живых организмах функционируют тысячи разных ферментов; к настоящему времени из различных природных источников выделено и детально охарактеризовано около 3000 биокатализаторов, и из них примерно 200 поступают в продажу. Промышленное производство ферментов стало возможным благодаря тому, что их можно не только извлекать из тканей различных растений и животных, но и производить микробиологическим путем. Например, методами селекции, мутагенеза и генной инженерии удалось получить штаммы различных видов бактерий Bacillus и грибков Aspergillus, производящие те или иные ферменты в весьма значительных количествах — подчас с вы ходом более 50 % от общей массы клеточного белка. По данным на 1980 год, крупные фирмы США и Западной Европы производят ежегодно до 100—200 тыс. тонн различных ферментов на общую сумму примерно 300 млн. долларов. Это значит, что средняя цена грамма фермента составляет сейчас всего около 0,2 цента. Однако столь низкая цена характерна далеко не для всех ферментов, а только для тех, которые давно уже используются в пищевой промышленности, главным образом для гидролиза полисахаридов и белков (амилаза, глюкоами- лаза, реннин, папаин, глюкозоизомераза и некоторые другие). И хотя наблюдается четко выраженная тенденция к усовершенствованию крупномасштабного производства ферментов и соответствующему снижению их стоимости, до сих пор цена некоторых биокатализаторов достигает 2 тыс. долларов за грамм, то есть 2 млн. долларов за килограмм. Многие ферменты (несколько десятков наименований) выпускаются в странах СЭВ; особенно известны ферментные препараты венгерской фирмы «Реа- нал». В тех же случаях, когда нужным оказывается фермент, которого нигде нет в продаже, химик-синтетик может его получить путем сотрудничества с какой-либо микробиологической или биохимической лабораторией. При этом следует иметь в виду, что в органическом синтезе часто пригодны не только идеально чистые Си именно поэтому подчас очень дорогие) ферменты, а неочищенные препараты или даже просто содержащие их клетки. Таким образом, в наше время химика-синтетика уже не должна особо остро волновать проблема, где добыть нужный фермент. ЧЕМ ПЛОХ ФЕРМЕНТ Ферменты идеально приспособлены для работы в живой клетке; однако будучи извлеченными из родного окружения, они становятся весьма неустойчивыми и теряют активность иногда за считанные минуты, что сводит на нет все достоинства биокатализа. Иначе говоря, хотя фермент и способен в принципе творить буквально химические чудеса, он оказывается факиром на час, вернее, на минуту и притом способен работать лишь в условиях, мало подходящих для промышленного производства. Некоторые химико-технологические процессы желательно проводить при повышенной температуре — скажем, чтобы исключить загрязнение продуктов синтеза (особенно лекарственных препаратов) микрофлорой; однако с повышением температуры стабильность ферментов катастрофически падает. Кроме того, очень часто нужные органические вещества можно получать с высоким выходом только в том случае, если реакция идет в среде органического растворителя; однако в этих условиях обычные ферменты тоже не способны нормально работать и быстро теряют каталитическую активность. Одним словом, фермент, выделенный из живой клетки, нуждается в существенном усовершенствовании. КАК УЛУЧШИТЬ ФЕРМЕНТ В последние 10— 15 лет произошел грандиозный скачок в развитии прикладной энзимологии*, вызванный тем, что химики научились иммобилизовы- вать, то есть как бы обездвиживать, ферменты. В СССР эти исследования _* «Энзим» -- синоним термина «фермент». 23
ccuitftax beeves*. Различные способы иммобилизации ферментов: «сшивка» белковой цепи fa), присоединение молекулы фермента к поверхности инертного носителя F), включение в пористую матрицу (в) были стимулированы созданием в 1974 году кафедры химической энзимо- логии Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, которой руководит член-корреспондент АН СССР И. В. Березин. Речь идет о том, что ферментные молекулы стали присоединять к во до- нерастворимым частицам (например, шарикам из пористого стекла, найлоно- вым трубочкам или тонким пленкам), механически включать в гранулы из полимерных гелей, в капсулы и полые волокна и т. п. В результате были созданы гетерогенные (связанные с носителем) ферментные препараты, обладающие рядом существенных преимуществ по сравнению с природными предшественниками. Во-первых, гетерогенный катализатор (например, в виде зерен размером 0,1—1 мм) легко отделяется от реакционной среды, что позволяет в нужный момент останавливать процесс, использовать катализатор повторно и получать продукт, не загрязненный ферментом. Во-вторых, с Способы создания двухфазных реакционных систем: суспендированием в органическом растворителе пористых частиц, пропитанных водным раствором фермента (а)у или включением фермента в обращенные мицеллы детергента в органическом растворителе (б) помощью гетерогенного катализатора процесс можно вести непрерывно (в проточных колоннах) и регулировать скорость катализируемой реакции (а также выход продукта), изменяя скорость потока. Путем иммобилизации ферментов удалось во многом решить также и проблему повышения их стабильности. Главная причина, по которой ферменты теряют каталитическую активность, заключается в том, что под действием тех или иных так называемых дена- турационных факторов (повышенной температуры, сильного отклонения рН от оптимума, присутствия органических растворителей и некоторых других веществ) белковые молекулы теряют естественную конфигурацию; в результате активный центр фермента деформируется или даже разрушается и перестает выполнять каталитическую функцию. Чтобы этого не происходило, рабочую конфигурацию молекулы биокатализатора нужно тем или иным способом закрепить: наложив на нее своеобразные крепежные «скобки», присоединяя ее к поверхности инертного твердого носителя, механически включая в тесные поры нерастворимой матрицы (рис. 3). Эти приемы позволяют замедлять инактивацию ферментов в сотни, тысячи и даже миллионы раз. Химики научились также осуществлять ферментативные реакции в неводных средах. Так, в Московском университете в качестве реакционной среды а 24
A+B^c+P A^P А+&+СФЯ+Р В зависимости от типа реакции, соотношения объемов водной и органической фаз и способности реагентов распределяться между фазами равновесие (выход синтеза) может смещаться либо в одну, либо в другую сторону были использованы двухфазные водно- органические системы. Двухфазную реакционную среду создают одним из следующих приемов: эмульгируя водный раствор фермента в органическом растворителе, суспендируя в органическом растворителе пористые частицы (например, шарики из силикаге- ля или керамики), пропитанные водным раствором фермента, или создавая коллоидный раствор воды в органическом растворителе* (рис. 4). Во всех этих случаях фермент не инактивируется органическим растворителем, так как не соприкасается с ним непосредственно; вместе с тем исходные вещества и продукты реакции могут переходить из одной фазы в другую путем диффузии, претерпевая в водной фазе каталитическое превращение. Реакционная среда, содержащая два не смешивающихся друг с другом растворителя, имеет весьма необычные (в сравнении с гомогенными растворами) свойства. А именно: изменяя соотношение между объемами фаз, оказывается возможным смещать положение химического равновесия, сдвигая его либо в сторону продуктов реакции, либо в сторону исходных веществ (рис. 5). Более того, выход продукта в двухфазной системе может существенно превышать выход для каждой из фаз в отдельности; следовательно, возможны случаи, когда реакция практически не идет ни в одном из растворителей, но успешно протекает в двухфазной системе. Об этом нужно помнить при * Коллоидные ферментативные системы положили начало так называемой «мицеллярной энзимо- логии» («Природа», 1984, № 7, с. 3). выборе реакционной среды. Двухфазный синтез методически крайне прост. Например, для синтеза дипеп- тида из двух аминокислот достаточно растворить исходные вещества в этил- ацетате, добавить немного пористого стекла, пропитанного водным раствором фермента ( пептидазы), встряхивать несколько часов, отфильтровать катализатор, отогнать растворитель и получить требуемый продукт с выходом 100 %. ЧТО УЖЕ СДЕЛАНО В настоящее время известны реакции ферментативного превращения практически всех основных классов органических соединений. Особенно успешно биокаталитические приемы применяются в таких процессах, как получение оптически активных аминокислот и других органических кислот; модификация антибиотиков, стероидов, алкалоидов; синтез пептидов, простагландинов, олиго- и полинуклеотидов, нуклеозид- трифосфатов; введение радиоактивной метки в белки, пептиды, аминокислоты и нуклеиновые кислоты; получение фосфолипидов и переработка растительного липидного сырья; специфическое расщепление биополимеров и другие. Биокатализ уже перестал быть чисто лабораторным методом. В Советском Союзе и многих зарубежных странах — Японии, США, Италии, Дании, Голландии, ФРГ, Чехословакии и ГДР — давно разрабатываются и применяются технологические процессы, идущие на иммобилизованных ферментах. Так, в 1969 году в Японии вступило в строй производство L-аминокислот из рацемической смеси ацетиламино- кислот, получаемой классическим химическим методом; с помощью фермента аминоацилазы гидролизуется только один зеркальный изомер, который затем легко отделяется от непрореагировавше- 6 Биокаталитическое превращение фумаровой кислоты в L-яблочную (а) и L-аспарагиновую (б) кислоты <Х Р/С СООН Мапп опы Нооа Сооц № ckj-ен носе сосн 25
го стереодвойника. Этот ненужный изомер превращают затем в рацемат и повторно подвергают разделению путем ферментативного гидролиза. Первое крупнотоннажное производство в СССР, основанное на применении иммобилизованных ферментов, вступило в строй в 1976 году на Саранском заводе медпрепаратов: здесь с помощью пенициллинамидазы был налажен выпуск 6-аминопенициллановой кислоты, необходимой для синтеза ряда антибиотиков пенициллинового ряда. В создании этой технологии принимали участие сотрудники ВНИИантибиотиков, Таллинского политехнического института, МГУ, а также специалисты Рижского и Саранского заводов медпрепаратов. Сейчас около 20 зарубежных фирм занимаются созданием биотехнологии, основанной на катализе иммобилизованными ферментами. Среди реализованных процессов можно указать на получение L-яблочной кислоты гидратацией фумаровой кислоты с помощью фермента фумаразы (рис. 6, а) и получение L-аспарагиновой кислоты из фумарата аммония под действием фермента аспа- рагиназы (рис. 6, б); в последнем случае в реакторе объемом 1 м'* ежедневно получают 1700 кг продукта. Близок к промышленному воплощению синтез еще одной ценной кислоты, L- триптофана, из индола и пирувата аммония (рис. 7). Иммобилизованные ферменты успешно используются также и в химических процессах пищевой промышленности, в частности для получения глюкозы из крахмала, для получения глюкозо-фруктозного сиропа или для улучшения качества молока путем удаления из него лактозы и в ряде других крупнотоннажных производств. 7 Ферментативный синтез L-триптофана II 1 t С=й +А/Н3 f 1ссон aa3—h( cook СЛ0 cfcctduAi (MOo&^ICHjlOH i i i H'C-OH %%Z^K-C-0t/ H-CL-OH V hk> ж A \HsOH Hi Производство фруктозы и эпоксидов из глюкозы И нтересно отметить, что благодаря ферментным методам начинает стираться грань между привычными пищевыми технологиями и промышленностью тонкого органического синтеза. Так, фирма «Cetus Corporation» в США разрабатывает процесс (рис. 8), в результате которого образуются фруктоза (пищевой продукт) и окиси алкенов (полупродукт органического синтеза). Для этого глюкозу, полученную из крахмала, окисляют в присутствии иммобилизованного фермента, пиранозо-2-оксидазы, до глюкозона, который затем с помощью водорода на палладиевом катализаторе превращают во фруктозу. На первой стадии в качестве побочного продукта образуется перекись водорода, используемая далее для микробиологического окисления этилена или пропилена в соответствующие эпоксиды. Обратите внимание на то, что здесь тесно переплетены между собой три синтетических метода: ферментативный (стадия 1), химический (стадия 2) и микробиологический (стадия 3). Именно сочетание разных методов обеспечивает высокую экономичность производства. ИНФОРМАЦИЯ К РАЗМЫШЛЕНИЮ Итак, казалось бы, все обстоит благополучно. Однако мне хотелось бы обратить внимание на то прискорбное для нас, химиков, обстоятельство, что основной вклад в развитие ферментативных синтетических методов вносят сейчас микробиологи и биохимики, в то время как наиболее плодотворным должно быть творческое слияние биокатализа с классическими, чисто химическими методами органического синтеза. Поэтому будущее этой биотехнологической 26
отрасли во многом будет зависеть от того, насколько мы, химики, сумеем преодолеть свою инертность и традиционное предубеждение по отношению к биологическим катализаторам. По-видимому, наиболее рациональный путь заключается в том, чтобы учить биотехнологическим методам не сложившихся специалистов, а студентов химических вузов. К сожалению, в этом направлении пока еще делаются лишь первые робкие шаги. ЧТО ЧИТАТЬ О ПРИМЕНЕНИИ ФЕРМЕНТОВ В ТОНКОМ ОРГАНИЧЕСКОМ СИНТЕЗЕ Скрябин Г. К., Головлева Г. А. Использование микроорганизмов в органическом синтезе. М.: Наука, 1976. Б е к е р М. Е. Введение в биотехнологию. М.: Пищевая промышленность, 1978. Успехи биоорганического катализа (Под редакцией Березина И. В. и Мартинека К.) М.: Изд-во МГУ, 1979. Биотехнология с Под редакцией Баева А. А.) М.: Наука, 1984. В центре внимания Один из симпозиумов 16-й Конференции европейских биохимических обществ (ФЕБО), проходившей в прошлом году в Москве, был посвящен достижениям и перспективам биотехнологии. Центральной проблемой, которая обсуждалась на этом симпозиуме, было исследование ферментов и применение их в различных областях практики. Мы предлагаем вниманию читателей выдержки из докладов и выступлений участников этого симпозиума. Член-корреспондент АН СССР, директор Института биохимии им. А. Н. Баха АН СССР И. В. БЕРЕЗИН: ВОЗМОЖНОСТИ ИММОБИЛИЗОВАННЫХ ФЕРМЕНТОВ Иммобилизованные ферменты — основа одного из главных направлений современной биотехнологии. Сегодня с их помощью уже производятся в больших масштабах многие важные продукты. В первую очередь это разнообразные биологически активные вещества. Например, в медицине широко используются индивидуальные аминокислоты; но при химическом их си нтезе получается смесь природной и не- природной — левой и правой форм аминокислоты, а организм может усваивать только природную, левую форму. Разделять такие смеси проще всего с помощью ферментов. Широко используется в медицине и способность ферментов реагировать на строго определенные вещества — на этом основаны новые, в высшей степени чувствительные методы анализа, применяемые, в частности, в диагностике. Например, если человек болен, то его иммунная система вырабатывает определенные антитела — с помощью ферментов можно их нащупывать, можно обнаруживать и самих возбудителей заболеваний. Ферменты значительно упрощают анализ крови: если сегодня для биохимического анализа нужно взять целую пробирку крови, то созданный в самые последние годы иммунофермент- ный метод позволяет ограничиться всего одной каплей, чтобы определить содержание около 50 веществ сразу. Наконец, иммобилизованные ферменты находят применение и непосредственно как лекарственные препараты. Напомню, например, что недавно была удостоена Ленинской премии работа группы наших ученых под руководством академика Е. И. Чазова — они создали иммобилизованный ферментный препарат стрептодеказу для растворения тромбов при лечении инфаркта миокарда. После введения этого препарата тромб, если его захватить вовремя, почти бесследно исчезает. Это очень важное и серьезное достижение ферментной технологии. Ферменты могут использоваться и для реализации индустриальных процессов получения различных химических продуктов, которые сейчас синтезируют сложным и дорогим химическим способом. Я приведу только один пример — синтез окиси пропилена. Это маленькая молекула, состоящая из углерода и водорода, в которую определенным образом введен атом кислорода. Эта химически очень активная молекула используется для синтеза эпоксидных смол — исключительно важных полимеров, которые широко применяются ив промышленности, и в быту. Окись пропилена получают сложным химическим путем, обходится она очень дорого, поэтому дороги и эпоксидные смолы. А недавно наметился путь получения окиси пропилена ферментативным путем — дешево и с большим эффектом. Ферментная технология— еще очень молодое направление биотехнологии, но в этой области уже наметились немалые успехи. Нет никаких сомнений, что в самом ближайшем будущем здесь удастся добиться весьма важных достижений. Профессор Г. МАНЕКЕ ( Институт органической химии, Западный Берлин): ФЕРМЕНТЫ И ХИМИЯ ПОЛИМЕРОВ Когда лет тридцать назад мы только начинали работы по иммобилизации ферментов. 27
ничто еще не предвещало нынешних успехов. Многие говорили даже, что прикрепить фермент к твердой поверхности, сохранив его активность, принципиально невозможно. Теперь уже никто не решится этого утверждать... Это не значит, что здесь не осталось серьезных проблем, которые еще предстоит решить. Очень важно наладить сотрудничество представителей разных специальностей: биотехнологов, биохимиков, а также — что мне хотелось бы особенно подчеркнуть — представителей полимерной химии. Дело в том, что многие применяемые сейчас носители для иммобилизации ферментов были найдены случайно, и отнюдь не всегда это самые лучшие носители. Мы должны научиться подбирать оптимальные носители для определенной цели, для определенного фермента, создавать такие носители, которые будут не просто служить опорой для фермента, но и, может быть, делать за него часть его работы, например концентрировать субстрат в непосредственной близости от его активного центра. Как химик-полимерщик я считаю, что это вполне возможно. Профессор Й. ЛАШ (Институт физиологической химии, Галле, ГДР): БЛИЖЕ К БИОЛОГИЧЕСКИМ МЕМБРАНАМ Работая над усовершенствованием носителей для иммобилизации ферментов, важно приближать их свойства к свойствам биологических мембран, на которых ферменты работают в естественных условиях. Например, мне представляется перспективным такой путь, как сочетание синтетических носителей с липидами, образующими клеточные мембраны. Мы надеемся, что это позволит улучшить ориентацию молекул фермента и тем самым повысить эффективность процесса. Профессор Дж. НОУЛЗ (Эспо, Финляндия): ЧТО ДЕЛАТЬ С ЦЕЛЛЮЛОЗОЙ? Больше половины углерода, накапливаемого тканями растений в ходе фотосинтеза, отлагается в них в виде целлюлозы и лигноцеллюло- . зы. Непосредственно использовать их организмы высших животных и человека не могут. Однако в природе существуют весьма эффективные ферментные системы, позволяющие мобилизовать этот углерод в виде доступных организму соединений — Сахаров. Для человечества было бы очень важно использовать такие процессы, чтобы изменить направление фиксации углерода в растительных тканях. Проблема эта непростая: целлюлоза и лигноцеллюло- за — субстраты очень сложные, и хотя о ферментах, участвующих в их гидролизе, мы знаем довольно много, но еще недостаточно, чтобы можно было управлять этим процессом или создать новые, более эффективные ферменты. В этой области нужно приложить еще много усилий, но успешное решение проблемы даст нам новый богатый источник полезных веществ. Профессор Л. Б. ВИНГАРД (Питтсбургский университет, США): К ИСКУССТВЕННЫМ ' ФЕРМЕНТАМ Мы знаем сейчас около 2— 3 тысяч природных ферментов, каждый из которых может катализировать одну конкретную реакцию или класс реакций. Я надеюсь, что дальнейшие исследования механизма работы ферментов позволят нам сконструировать новые ферменты, в природе не существующие, которые будут катализировать совершенно новые реакции. Подобные исследования открывают и перспективы создания синтетических имитаций природных ферментов. Зная трехмерную структуру активного центра, определяющего каталитическую активность фермента, можно будет воссоздать такую структуру, так сказать, в ином материале — не в составе белковой молекулы, а в каком-то ином соединении, которое тем не менее будет работать точно так же, как фермент. Это очень интересное направление исследований. Профессор К. МОСБАХ (Лундский университет, Швеция): ФЕРМЕНТНЫЕ КОМБИНАТЫ Очень перспективная область ферментной технологии — создание многоферментных систем, когда на одном и том же носителе, в непосредственной близости друг от друга, иммобилизуются два или несколько ферментов, работающие последовательно. При этом можно добиться того, чтобы активные центры ферментов были определенным образом ориентированы относительно друг друга. Таким путем удается значительно повысить эффективность их работы: образующиеся под действием одного фермента промежуточные продукты в такой системе сразу же поступают на другой фермент. Это особенно важно, когда промежуточные продукты неустойчивы и легко разрушаются в окружающей среде: в такой системе они не выходят наружу, а сразу же перерабатываются. Усовершенствование методов иммобилизации ферментов позволяет намного увеличить их стабильность. Например, если прикрепить фермент к носителю не в одной точке, а во многих, у него заметно повышается термоустойчивость: если, скажем, обычно фермент не выдерживает повышения температуры, более чем до 65—66 °С, то теперь он может работать при 80° и более. Таким путем можно сделать ферменты более устойчивыми и к высокому содержанию в среде солей или органических растворителей — последнее особенно 28
важно для повышения эффективности синтеза пептидов. Для работы некоторых ферментов нужны кофер- менты — небелковые соединения, присутствие которых является обязательным условием активности фермента. Это вещества сложные и дорогие, а добавлять их в реакционную среду приходится в большом избытке. В последнее время разрабатываются методы, позволяющие прикреплять молекулу кофермента непосредствен- Информация МЕЖДУНАРОДНАЯ ПРЕМИЯ Главному редактору «Химии и жизни» академику И. В. ПЕТРЯ НО ВУ-СОКОЛОВУ за успехи в популяризации науки присуждена международная премия Калинги 1984 года. Премия Калинги, учрежденная в 1952 г., получила свое название по имени древнего государства в Восточной Индии, правитель которого Ашока B68—232 гг. до н. э.) покровительствовал наукам, искусству и философии. Премия присуждается ежегодно международным жюри ЮНЕСКО лицам, добившимся выдающихся достижений в популяризации научных исследований перед широкой аудиторией. Среди лауреатов премии Калинги были Дж. Хаксли и Б. Рассел (Англия), П. Оже (Франция), а из советских ученых — академик А. И. Опарин A976) и профессор С. П. Капица A980). КОНКУРС Академия наук СССР объявляет в 1985 г. конкурс на соискание золотой медали имени Д. К. Чернова за выдающиеся труды в области физикохимии но к молекуле фермента. Больше того, кофермент можно посадить на гибкой «ножке» — небольшой линейной молекуле — рядом с активным центром фермента: ножка изгибается, кофермент приближается к активному центру, срабатывает там (скажем, восстанавливается), потом ножка разгибается, кофермент окисляется в среде или на электроде и снова готов к работе. При этом кофермента требуется гораздо меньше, металлургических процессов и металловеде ния. Право выдвижения кандидатов на соискание медали имеют академики и члены-корреспонденты АН СССР и академий наук союзных республик, научные учреждения, вузы, научные и инженерно-технические общества, научно-технические советы госкомитетов, министерств, ведомств, технические советы предприятий, конструкторские бюро, научные советы А Н СССР и других ведомств по важнейшим проблемам науки. При выдвижении кандидата на соискание медали необходимо не позднее 31 марта представить в Отделение физикохимии и технологии неорганических материалов АН СССР A17301 ГСП Москва В-71, Ленинский просп., 14): а) мотивированное представление с характеристикой работы, ее значения для развития науки и народного хозяйства; б) опубликованную научную работу (серию работ), материалы научного открытия или изобретения в 3 экземплярах; в) сведения об авторе (перечень основных научных работ, открытий, изобретений, место работы и должность, домашний адрес и телефон). На соискание золотой медали имени Д. К. Чернова не принимаются работы, удостоенные Ленинской премии, Государственной премии СССР, именных премий академий наук союзных республик и отраслевых академий, а также сборники научных работ различных авторов. так как он используется намного эффективнее; к тому же такая система гораздо устойчивее к ингибиторам реакции, поскольку кофактор сидит в непосредственной близости от активного центра фермента... Это лишь немногие из тех заманчивых перспектив, которые исследования, идущие сейчас во многих лабораториях мира, открывают перед ферментной технологией. Записал А. ИОРДАНСКИЙ НАУЧНЫЕ ВСТРЕЧИ ФЕВРАЛЬ XXVIII конференция по истории естествознания и техники. Москва. Институт истории естествознания и техники A03102 Москва, Старопанский пер., 1/5, 295-70-03). V совещание по фотохимии. Суздаль Владимирской обл. Институт химической физики A17977 ГСП-1 Москва В-334, ул. Косыгина, 4, 139-73-41). Конференция «Динамика процессов и аппаратов химической технологии». Воронеж. Научно- исследовательский физико-химический институт им. Л. Я. Карпова A07120 Москва, ул. Обуха, 10, 227-00-14, доб. 27-97). Симпозиум «Акустическая кавитация и применение ультразвука в химической те хнологии». Славск Львовской обл. Львовский политехнический институт B90646 Львов 13, ул. Мира, 12, 72-16-43). Конференция «Новые материалы и технологии термической обработки металлов». Киев. ЦП НТО машиностроительной промышленности A03012 Москва, Б. Черкасский пер., 7, 228-35- 88). Семинар «Охрана окружающей среды на предприятиях минеральных удобрений». Москва, ВДНХ СССР. «Союзосновхим» A19900 Москва, Центр, Г-19, ул. Грицевец, 2/16, 925-77-61). Совещание «Применение химического мутагенеза в селекции». Москва. Институт химической физики A17977 ГСП-1 Москва В-334, ул. Косыгина, 4, 139-75-49). Семинар «Совершенствование снабжения сельского хозяйства 29
средствами химизации в свете современных требований». Москва. ВПНО «Союзсельхозхи- мия» A07139 Москва, Орликов пер., 1/11, 208-24-76). III конференция молодых ученых и аспирантов по проблемам кормопроизводства. Пос. Луговая Моск. обл. Главное управление кормов, лугов и пастбищ Минсельхоза СССР A07139 Москва, Орликов пер., 1/11, 207- 83-40). Конференция «Пути дальнейшей интенсификации производства зерна в стране». Москва. Главное управление зерновых культур и по общим вопросам Минсельхоза СССР A07139 Москва, Орликов пер., 1/11 228- 45-52). Совещание «Возделывание товарных овощей и семян по индустриальной технологии». Москва. Главное управление картофеля, овощных и бахчевых культур Минсельхоза СССР A07139 Москва, Орликов пер., 1/U, 207-65-25). Семинар «Особенности приме-. нения химических средств защиты растений при возделывании зерновых культур по интенсивным технологиям». Москва. ВПНО «Союзсельхозхимия» A07139 Москва, Орликов пер., 1/11, 227-34-76). Семинар «Эффективность внедрения новых авиационных технологий и сельскохозяйственной аппаратуры на авиахимрабо- тах». Москва, ВДНХ СССР. Главное управление авиационных работ и перевозок Министерства гражданской авиации СССР A25836 ГСП Москва, Ленинградский просп., 37, 155-51-25). Конференция «Проблемы пропаганды передовых научных достижений и медицинских знаний». Москва. ВНИИ медицинской и медикотехнической информации A09240 Москва, Москворецкая наб., 2-а, 298-50-90). МАРТ X совещание по получению профилированных монокристаллов способом Степанова и применению их в народном хозяйстве. Ленинград. Физико-технический институт A94021 Ленинград, Политехническая ул., 26, 247-93-07). Конференция по применению лазеров в народном хозяйстве. Звенигород Моск. обл. Научно- исследовательский центр технологических лазеров A42092 Троицк Моск. обл., Пионерская ул., 2, 334-64-09). Конференция «Физика и техника высокого вакуума». Ленинград. ЦП НТО приборостроительной пром ы шле н ности A21019 Москва, просп. Маркса, 17, 202-14-73). Семинар «Применение аппаратов «мокрого типа» для очистки отходящих газов от твердых и газообразных вредных примесей». Москва, ВДНХ СССР. НИИОгаз A13105 Москва, 1-й Нагатинский пр., 6, 111-30-62). Симпозиум «Термодинамика в геологии». Суздаль Владимирской обл. Институт геохимии и аналитической химии A17975, Москва ГСП-1, ул. Косыгина, 19, 137-86-19). Совещание «Использование водных ресурсов в энергетике». Москва, ВДНХ СССР. Ин- формэнерго A25080 Москва, Волоколамское ш., 2, 151-16-12). Совещание «Прогноз изменений природной среды при межбассейновой переброске речного стока». Москва. Институт географии A09017 Москва Ж-17, Старомонетный пер., 29, 238-92- 21). Конференция «Вопросы электроэкологии». Томск. Томский университет F34010 Томск, ул. Ленина, 36, 3-42-61). Совещание «Итоги и перспективы развития исследований в области интродукции растений». Москва. Главный ботанический сад АН СССР A27276 Москва И -276, Ботаническая ул., 4, 482-15-73). Совещание «Пути повышения лесоводственной эффективности и экологической безопасности химического ухода за лесом». Псков. Ленинградский НИИ лесного хозяйства A94021 Ленинград, Институтский пер., 21, 552-81-34). Семинар «Вопросы эффективности использования удобрений в Нечерноземной зоне РСФС Р». Москва, ВДНХ СССР. «Союз- основхим» A19900 Москва, Центр Г-19, ул. Грицевец, 2/16, 925-77-61). Семинар «Проблемы совершенствования ассортимента и организации отечественного производства пестицидов для использования при возделывании зерновых по интенсивным технологиям». Москва. ВПНО «Союзсельхозхимия» A07139 Москва, Орликов пер., 1/11, 224-34-76). Семинар «Профилактика вирусных болезней крупного рогатого скота и меры борьбы с ними». Москва. Главное управление ветеринарии Минсельхоза СССР A07139 Москва, Орликов пер., 1/11, 207-84-61). III совещание по биологии и биотехнике разведения сиговых рыб. Тюмень. СибрыбНИИпро- ект F25023 Тюмень, Одесская ул., 33, 2-41-16). Конференция «Медицинская наука и здравоохранение в годы Великой Отечественной войны». Москва. Ученый медицинский совет Минздрава СССР A01431 Москва, Рахмановский пер., 3, 225-29-26). Армянский филиал ИРЕА совместно с Ереванским заводом химических реактивов разработал и внедрил новый способ получения N-АЦЕТИЛ-О, L-d-АЛАНИНА, применяемого в качестве сырья для получения оптически активного аланина. Стоимость и характеристики реактива указаны в каталоге «Химические реактивы и высокочистые химические вещества» (М., «Химия», 1983). Заказы на 1985—1986 гг. направлять по адресу: 375005 Ереван 5, ул. Бакви, 4 переулок, 5, Ереванский завод химических реактивов или 101887 Москва, Кривоколенный пер., 12, «Союзреактив». В I КВАРТАЛЕ ВЫХОДИТ ИЗ ПЕЧАТИ КНИГА Н. С. Ениколопян, П. Е. Матковский. Неорганические газообразные окислы как сомономеры. М., «Наука». 7 л. 1 р. 10 к. В книге обобщены новейшие достижения в области с ополи мери- зации C02(COS, CS2), CO* С,02 и S02 с олефинами, диенами, ацетиленами, алленом, виниловыми мономерами и малыми гетеро- циклами.. В информации об этой книге, напечатанной в прошлом номере журнала, была допущена типографская ошибка. 30
Проблемы и методы современной науки Шарики на пружинках Кандидат химических наук С. М. ШЕВЧЕНКО Предмет познания бесконечен, но средства познания ограничены. Осознавая это противоречие, мы тем не менее отважно помещаем природу в прокрустовы ложа текущих теорий и иначе продвигаться вперед не можем. Для химиков в роли поставщика теорий наряду с прочими науками выступает теоретический конформационный анализ — дисциплина, занятая объяснением и предсказанием геометрических форм молекул, их конформацией. Словом «конформация» обозначают произвольное расположение связанных между собой атомов в пространстве. Полные сведения о поведении молекулы в пространстве дает поверхность потенциальной энергии, описывающая зависимость энергии молекулы от ее конформации. Но в большинстве случаев можно обойтись лишь несколькими точками этой поверхности, отвечающими устойчивым состояниям (минимумы) и барьерам перехода между ними (сед- ловые точки)*. Даже этот джентльменский набор зачастую трудно получить из опыта, поскольку концентрации некоторых кон- форме ров могут быть слишком малы. Что касается полных поверхностей, то их вообще не определить экспериментально (во всяком случае, пока). Отсюда и проистекает первая, лежащая на поверхности причина популярности теоретических методов: коли не можем измерить, давайте сосчитаем. Вторая причина глубже. Мы ведь нуждаемся не столько в знании самом по себе, сколько в понимании. Необходимо отчетливо представлять причины, заставляющие молекулу принимать ту или иную форму. Заметим, что вопрос этот имеет отчетливый семантический аспект, поскольку ответы на него в рамках различных «учений» могут парадоксальным образом различаться, оставаясь по сути дела одинаковыми. Но в любом случае без развитой теории не было бы никаких ответов вовсе. На оба вопроса: «что?» и «почему?» способны, конечно, отвечать и расчет, и эксперимент, однако для ответа на второй вопрос все же более приспособлен хотя бы приблизительный расчет. БЛЕСК И НИЩЕТА КВАНТОВОЙ ХИМИИ В глазах химика-органика со словом «расчет» прежде всего ассоциируется квантовая химия. Квантовая механика действительно фундамент нашей науки. Однако дистанция между провозглашением принципов и конкретными результатами может быть в химии не менее грандиозна, чем в дипломатии. Успехи квантовой химии в конформационном анализе гораздо скромнее, чем, скажем, в молекулярной спектроскопии или качественной оценке реакционной способности веществ. Дело в том, что рассчитать электронное строение при правильно заданной геометрии молекулы гораздо легче, чем отыскать эту самую геометрию. Причина проста: для реше- * Подробнее см. «Химия и жизнь», 1983, № 7, с. 20—25. 31
ния последней задачи приходится много раз вычислять полную энергию молекулы. По сравнению с различиями между энергиями несхожих конформаций эта величина огромна, воспроизведение же маленькой разницы между большими числами требует высокой точности. Вот и приходится считать до одури, пока не приблизишься к должной прецизионности. Кроме того, есть несколько менее очевидных трудностей. Если все делать честно, то для нахождения молекулярной структуры надо решать уравнение Шредингера при некотором исходном расположении атомных ядер, менять это расположение, опять решать и так много раз, пока не достигнешь энергетического минимума. Эта задача пока решается разве что для молекулы водорода. Более сложные случаи, увы, требуют приближений. Наименее упрощены так называемые неэмпирические методы. Их обычно обозначают латинским термином ab initio («с начала»). В расчет действительно закладываются лишь фундаментальные физические постоянные. Однако распространенное мнение, будто это и есть истина в последней инстанции, ошибочно. Если уподобить абсолютную квантовохимическую истину вершине Эвереста, то методы ab initio находятся на головокружительной высоте, где-то в зоне ледников, но все-таки не выше. Например, в приближении самосогласованного поля, используемом почти повсеместно, на поведение каждого из электронов влияют не индивидуальные воздействия его собратьев, а лишь некое усредненное поле, в результате чего неполностью учитывается межатомное притяжение. Тем не менее современные неэмпирические расчеты способны достичь такой же точности в определении геометрии и конформационных энергий, какую дают лучшие из современных приборных методов. Несомненно, это одна из крупнейших научных побед последнего десятилетия. Однако едва ли она может стать поводом для эйфории. После первых успехов неизбежно встает вопрос о цене. В данном случае этот вопрос на редкость буквален: речь идет о стоимости машинного времени. Расчет кон- формации (одной-единственной точки на потенциальной поверхности) для молекулы средних размеров требует полусуточной работы большой ЭВМ. И трудно представить себе молекулу, определение структуры которой могло бы рассчитывать на неограниченное финансирование... Вот почему остро необходимы методы, позволяющие вычислять конформацион- ную энергию побыстрее и подешевле. Время расчета ab initio пропорционально четвертой степени от числа учтенных орбиталей. Сократить это время на один-два порядка, сделав его пропорциональным квадрату числа орбиталей, позволяют полуэмпирические методы, названия которых заканчиваются на NDO (Neglect of Differential Overlap — пренебрежение дифференциальным перекрыванием). Не вдаваясь в детали, честно признаем, что пренебрегают здесь вещами весьма немаловажными, вводя параметры, получаемые из эксперимента. Применительно к задачам кон- формационного анализа все полуэмпирические методы (CNDO, INDO, MlNDO) можно, как это сделал один остроумный химик, объединить под вывеской CNO (Complete Neglect of Overall — полное пренебрежение всем). Многочисленные работы показали, что полуэмпирические методы упускают именно те взаимодействия, которые как раз определяют форму молекул. Вот и получается, что ассортиментом, по сей день предлагаемым неспекулятивной квантовой химией, конформационный анализ довольствоваться не может. МОЛЕКУЛЯРНАЯ МЕХАНИКА Понятно, что лет сорок назад ситуация была еще хуже. Однако именно тогда развитие конформационного анализа настоятельно потребовало доступных расчетных методов, прозрачной по смыслу количественной теории. Первая попытка двинуться в этом направлении была сделана еще в 1943 г. при обстоятельствах истинно трагических. Именно тогда норвежец Одд Хассел, впоследствии лауреат Нобелевской премии, показал, что многие стереохимические проблемы (соотношение цис- и транс-форм этана, конформаций типа «кресло» и «ванна» для циклогексана и декалина) могут качественно решаться при рассмотрении связи стабильности с «внутримолекулярными ван-дер-ваальсовыми силами». Количественная же оценка представлялась ему невозможной вследствие неясной природы последних. По-видимому, именно Хассел достиг в то время наиболее глубокого понимания стереохими- ческих проблем, и только шаг отделял его от создания современных расчетных 32
методов. Однако блестящие работы Хас- села публиковались на норвежском языке в изданиях, которые с 1940 года, после оккупации Норвегии фашистами, были малодоступны коллегам. В 1943 г. фашисты закрыли университет в Осло и в числе других преподавателей арестовали Хассела, лишив его возможности работать до самого конца войны. Таким образом, развитие науки здесь мало напоминало эстафету. Но в нем была своя логика. Важность «стериче- ского фактора» с развитием органической химии прояснялась больше и больше. Однако это понятие оставалось неопределенным, позволяя объяснять все — и, следовательно, ничего. Мысль о количественной его оценке носилась в воздухе. Об этом говорит тот факт, что в 1946 г. способ такой оценки был предложен независимо в двух публикациях — Т. Хилла и Ф.Вестхеймера совместно с Дж. Майером. Первым опубликовался Хилл, и в его маленькой заметке было сказано буквально все, что нужно, однако метод долгое время называли методом Вестхеймера, поскольку последним были продемонстрированы эффектные приложения, да и вообще он был более знаменит. Идея нового подхода, который ныне называют методом молекулярной механики или методом атом-атомных потенциалов, заключалась в том, чтобы дать математический эквивалент общеизвестных шаростержневых моделей. Вопрос ставился так: как молекула может принять присущую ей наиболее «удобную» форму? Логично представить себе, что существуют некие идеальные величины длин связей и валентных углов, определяемые типом атомов и гибридизацией их электронных орбиталей. Отклонение от них невыгодно, однако оно неизбежно, если атомы при идеальных значениях оказываются чересчур сближенными (вот он, загадочный сте- рический фактор!). Наиболее «дешевым» способом ослабить напряжение оказывается поворот вокруг ординарных связей, который происходит очень легко. Чем нехороша классическая модель из шаров и стержней? Только тем, что и те и другие — жесткие. Вот если бы сделать шарики мягкими, а стержни упругими! Молекулярная механика оперирует именно такой (мысленной) моделью из мягких шариков и пружинок. Большинство вопросов, важных для механики квантовой, для нее попросту не актуаль- 2 «Химия и жизнь» № 1 но. То, что обернулось несчастьем для второй, для первой оказалось необходимым условием существования: при кон- формационных переходах связи не рвутся и не образуются, происходят лишь малые изменения полной энергии молекулы. Эту изменяющуюся часть описываемый метод трактует как энергию напряжения, вызванного «классическими» силами. На рис. 1 показаны противоборствующие силы и приведены математические выражения, позволяющие рассчитать их вклады. Это и есть желанный формульный эквивалент «шаро- пружинной» модели. Почему формулы именно таковы? Как показывает практика, валентные углы и тем более связи достаточно жестки и деформируются не слишком сильно. А для малых упругих деформаций справедлив общеизвестный закон Гука. Сложнее и интереснее вопрос количественной оценки невалентных взаимодействий, то есть пресловутого стери- ческого фактора. Для валентно не связанных, изолированных атомов (например, благородных газов) этот вопрос решен — такие взаимодействия служат причиной, по которой свойства реальных газов отклоняются от предска- 33
1Ч< T£XSt'\ GO :0 О ш ! Л Lt/ног<<л<, Лt eb/iJjff*w.r г/оиип,-ям зываемых для газов идеальных. Характер определяющих эти отклонения сил Ван-дер-Ваальса известен, известны и соответствующие аналитические выражения. Молекулярная механика попросту присваивает этот аппарат себе, заявляя, что природа межмолекулярных и внутримолекулярных взаимодействий одна и та же. Доказана ли правомерность такой трансплантации? Строго — нет. Однако из общих соображений вроде бы ясно, что подобный подход разумен. Ведь атомы, соединяясь в молекулу, на самом деле сохраняют многие свои свойства. Как бы то ни было, модель работает, хотя и не безотказно (рис. 2). Дело в том, что потенциальный барьер, преодолеваемый молекулой при внутреннем вращении вокруг ординарной связи, лишь процентов на десять вызван «стерическим фактором». Этот удивительный факт был обнаружен еще в тридцатые годы, а объяснением его теоретики занимаются до сих пор. Эмпирический метод позволяет не ло- Щ. * К К. н-с-с-м у > ffo ° 12jo e /SO ° &&c ° if мать голову над подобными проблемами. Надо лишь подобрать способ моделирования очередного «черного ящика». Отсюда и появляется дополнительный вклад в энергию напряжения: UBp (см. рис. 3). Эмпирика есть эмпирика, и постоянные в приведенных на рис. 1 формулах подбираются вульгарной подгонкой. Изучая какое-либо молекулярное свойство, составляют небольшой набор молекул, для которых это свойство известно. Затем, исходя из некоторых разумно выбранных значений численных постоянных, варьируют эти значения так, чтобы получилось наилучшее согласие с экспериментом. Если, используя на первом этапе десять соединений, затем удается успешно предсказать поведение тысячи, очевидно, что подобная простая процедура имеет смысл. Но столь же очевидно, что споры на тему «чьи параметры лучше» чаще всего не имеют смысла. Ведь процедура подгонки неоднозначна, можно где-то что-то убавить, зато добавить в другом месте, а конечные результаты получить одинаковые. ПОЧЕМУ ПЛОХОЕ ЛУЧШЕ ХОРОШЕГО? Эмпирическая молекулярная механика на первый взгляд может показаться грубой и старомодной. Мы ведь понимаем, что реальные молекулы лишь отдаленно напоминают сооружения из шариков на пружинках. Однако метод, позволяющей со скоростью, в Ю'1 раз превышающей скорость расчета ab initio, получать ту же самую информацию, по меньшей мере заслуживает внимания. С тех пор, как в начале шестидесятых годов Дж. Хендриксон впервые применил вычислительную машину для минимизации «механической» конформа- ционной энергии, практические преимущества обеспечили методу, о котором мы здесь рассказываем, бесспорное первенство в числе теоретических методов стереохимии. Если добавить сюда наглядность интерпретации, то нетрудно понять, почему теоретический конфор- мационный анализ сегодня ассоциируется прежде всего с молекулярной механикой. А считают сегодня, можно сказать, все и всё. Доступность рентге- ноструктурного анализа перевела стереохимию в новое качество, сделав ее истинно экспериментальной наукой. Однако не избавила от необходимости считать. Вот пример. Взаимодействие биологических макромолекул происходит по 34
принципу «ключ — замок». Необходимое условие здесь — пространственное соответствие, и притом гибкое, поскольку речь идет о молекулах подвижных, способных «подстраиваться» друг к другу. Понятно, насколько важно детальное знание пространственной организации, например, для целенаправленного поиска лекарств. Эксперимент позволяет прояснить лишь отдельные черточки подстройки. Расчет же (разумеется, в комбинации с тем же экспериментом) нередко позволяет понять весь ход структурной организации и подстройки в деталях. Для метода молекулярной механики в принципе безразлично, чем оперировать — изолированной молекулой или совокупностью молекул. Отсюда и возможность теоретического описания подхода фермента к субстрату, и шансы на предсказание структуры молекулярных кристаллов. Оригинальное направление, связанное с изучением последних, было развито прежде всего в нашей стране трудами А. И. Китайгородского и его учеников. Что касается классических объектов органической химии — молекул средних размеров и разнообразной структуры, то здесь в самом разгаре, можно сказать, тотальное наступление. Усилиями многих исследователей, в числе которых следует назвать одного из авторов классической монографии «Конформа- ционный анализ» Н. Л. Аллинжера и советского теоретика В. Г. Дашевского, проделывается последовательный обсчет всех классов органических соединений. Публикуются огромные массивы данных: по геометрии, по конформационным энергиям, по теплотам образования... Расчет во множестве случаев стал обеспечивать не менее надежную информацию, чем эксперимент, но с затратой гораздо меньших усилий. Ведь вычислительная машина не требует, чтобы на ее пульт было положено исследуемое экзотическое соединение в чистом виде. Для конформациоиного анализа как такового ценность метода молекулярной механики заключается прежде всего в том, что он позволяет рассматривать переход конформации молекулы друг в друга детально, по стадиям, и доставлять качественно новую информацию. Такую, которая для иных методов практически недоступна. Один характерный пример. В молекуле тримезитил- метана стерический фактор, о котором уже говорилось, приводит к тому, что 2* Покачал. г$&/пм&й снушеипой ароматические ядра не могут разместиться в одной плоскости. Молекула принимает «пропеллерную» конформа- цию, не совместимую со своим зеркальным отражением (рис. 4). Однако разделить соединение на оптические изомеры затруднительно, поскольку экспериментально определяемый барьер перехода между ними недостаточен — 22 ккал/моль. Конформационный переход в данном случае оказывается одновременно и стереоизомеризацией. Заметим, что для конформационного перехода такой барьер все же не мал. Интересно, какому процессу он отвечает? Теоретически возможны целых четыре маршрута «выворачивания» молекулы, отличающиеся тем, сколько ядер проворачивается одновременно. Эксперимент дает величину барьера, но не дает и намека на его интерпретацию. Расчет же возможных путей изомеризации, проведенный К. Мислоу, однозначно показал, что наиболее выгоден путь с выворачиванием двух бензоль- 35
ных колец, причем значение барьера B0 ккал/моль) получилось удивительно близким к опытному. Вот какую помощь может оказать простой расчетный метод для понимания механизма хитроумных стереохимических превращений! ХИМИЧЕСКИЙ НЕОКЛАССИЦИЗМ Упрощенный подход к сложным явлениям способен иногда приносить аппетитные плоды. Оказалось, что на многие вопросы стереохимии* можно ответить, не углубляясь ни в природу химической связи, ни в разные электронные эффекты. Конечно, модель есть модель, и при работе с ней всегда есть опасность пойти в интерпретации чуть дальше, нежели это позволяют исходные госылки. Если результат действия сил, определяющих форму молекул, эмпирический метод предсказывает хорошо, то к объяснению природы этих сил в его рамках надо подходить очень осторожно. В то же время ясно, что сам успех метода мог быть обусловлен лишь тем, что для многих классов органических соединений пространственное строение определяется «классическими» силами. По существу, метод молекулярной механики представляет собой одно из продолжений классической структурной теории. Можно считать его грубым, приближенным, хаять его смутный физический смысл — но точно те же упреки сегодня, задним числом могут быть адресованы и ей самой. Теория, впрочем, имеет полное право на них не отвечать... Однако диалектика развития науки в том и состоит, что никакая серьезная работа не проходит бесследно. Ход времени не ликвидирует научные результаты, но нередко поворачивает их какой-то новой стороной. В нашем случае события развиваются именно так. Коль скоро метод молекулярной механики классический, адекватно описывающий традиционный «стериче- ский эффект», то все, что ему не по зубам,— аномалия. Эта простая, но важная мысль впервые была отчетливо высказана в конце семидесятых годов членом-корреспондентом АН СССР Н. С. Зефировым. Рассуждения о должном и аномалиях вовсе не игра словами. В самом деле, недопустимо, чтобы столь важное и часто используемое в органической химии понятие, как конфор- мационный эффект, оставалось в ряду этаких интуитивных представлений. Что- 36 бы не погрязнуть в бесплодных дискуссиях о норме и патологии, нужна твердая почва под ногами. Метод молекулярной механики дает хотя бы подобие такой почвы, да к тому же открывает возможность количественных оценок. В самом деле, конформационную энергию можно представить так, как это сделано на рис. 5. Полярные влияния, сводимые к взаимо- ?1^иЛс>$1 i<jz /t n&t-UX. - ****• ft fjfo, &&#* *?«ы#?£ «а&сно CZ& ?Цаае?»-сс£и1к± /Ь°сЛ к#с%6ё<£М/:г- /ах OJsumLS xeS*Urtu"& ЯФ*?4*' ж«с/ш£ Я —с \ 7f 'es 1L = U H£Lty ■A—R действию центрированных на атомах точечных зарядов, а также образование водородных связей сегодня не принято относить к конформационным эффектам; потенциальная энергия в обычном ее представлении включает и соответствующие вклады: энергию напряжения UHanp, энергию электростатического взаимодействия иэл и энергию водородной связи * UBC. И только добавка Ux — это уж точно «чистая анома- 6 М Я \ ^ НН«С Л^> 74c4fatgtcM_ Q?uwctMx*u?aX4X-
лия». В самом деле, если для какой-то молекулы эмпирический расчет, принимающий во внимание и иэл и UBC, не воспроизводит того, что наблюдается на опыте, тогда трудно назвать поведение такой молекулы иначе, нежели неклассическим. Типичный пример такого нетипичного случая — поведение «сумасшедшего» гидразина в сравнении с «нормальным» метиламином (рис. 6). «Стериче- ский фактор» вместе с имманентным потенциалом вращения обеспечивают минимум потенциальной энергии метиламина в симметричной конформации с углом между связями ф=60с. Сходного поведения следовало бы ожидать и от гидразина. Однако в последнем случае минимуму отвечает кажущаяся неестественной скошенная конформация с углом ф=90°. Классическая модель подобного различия не предсказывает. Стало быть, здесь зарыта некая собака, раскопать которую молекулярной механике не под силу. Зато ей вполне под силу привлечь внимание квантовой химии: вот — действительно стоящий объект, затраты на изучение которого могут дать не просто очередную цифру, а нетривиальную и новую информацию. Таким образом, метод молекулярной механики позволяет если не решать абсолютно все загадки, то даже в затруднительных случаях правильно ставить вопросы. А не это ли движет вперед науку? Памяти Николая Марковича ЭМАНУЭЛЯ Восьмого декабря скоропостижно скончался член редакционной коллегии «Химии и жизни» академик Николай Маркович Эмануэль, выдающийся советский физико- химик. К числу самых заметных граней его таланта принадлежали многообразие интересов и замечательная работоспособность. Широко известны труды академика Эмануэля по химической кинетике, реакциям жидкофазного окисления, стабилизации полимеров, физико-химической биологии. Мы знали Николая Марковича не только как большого ученого и организатора науки, но и как очень интересного и обаятельного человека, готового всегда помочь советом и делом каждому, кто к нему обращался. Он был неизменно деятелен и доброжелателен, во многом содействовал становлению журнала, старался сделать его разнообразней и лучше. Нам его будет очень не хватать. 37
Фото- информации Парадоксальные аминокислоты Волокнистые образования на двух верхних фотографиях, сделанных под электронным микроскопом, как нетрудно заметить, «закручены» в противоположных направлениях. Происхождение их таково. Исследователи из токийского университета Мэйдзи ("Journal of the Chemical Society, Chemical Communications", 1984, № 9, c. 563) приготовили из обоих оптических изомеров аминокислоты вали на производные, содержащие при атомах азота группировки с длинными углеродными цепями B-оксидодецильные). «Волокна» получались при испарении на стекле суспензий, содержащих эти два вещества. Парадокс состоит в том, что волокна, закрученные направо (фото а), образованы производными L-валина — «левой» формы, раствор которой вращает плоскость поляризации плоскополяризованного светового луча, наоборот, налево. «Левая» же спираль (фото Ь) образована «правой» D-формой. Так же противоречиво ведут себя аналогичные производные лейцина и аланина. Что же касается N-2-оксидодецилтриптофана, то обе его формы почему-то образуют волокна и вовсе не закрученные, гладкие (фото cud). Аминокислоты в этом деле заметно отличаются от ранее изученных оптически активных веществ других классов — те, если и образуют «винтообразные» волокна, то чаще всего закрученные в соответствии с направлением вращения луча. Впрочем, независимо от направления, этот необычный эффект чрезвычайно интересен, так как воочию демонстрирует важнейшее свойство молекул, входящих в состав живой клетки, — асимметрию, хиральность. (а) (Ь) 1А/т 1/jm (с) (d) 1А/т 1/im
информация Перерождение катализатора Эта фотография, недавно опубликованная в английском журнале "Journal of the Chemical Society. Chemical Communications" A984, № 9, с 627), помогла объяснить странное поведение одного катализатора. Если взять соль рутения, пропитать цеолит ее раствором, а потом, высушив, восстановить водородом, получается катализатор, совершающий нечто малоинтересное: смесь окиси углерода с водородом на нем превращается в основном в метан — происходит простое гидрирование. Если же приготовленный таким способом катализатор сначала прогреть на воздухе (рутений при этом окисляется в диоксид), а потом снова восстановить водородом, действие специи почему-то резко меняется. Взамен метана из той же смеси образуются куда более ценные в качестве моторного топлива алканы, содержащие в молекулах от 5 до 14 атомов углерода. В чем же причина такого перерождения? На этот вопрос и ответила фотография, полученная с помощью электронного микроскопа. Оказывается, в первоначальном варианте металл «садится» на цеолит в виде частиц ничтожно малого размера, их не видно даже в этот мощнейший микроскоп. А вот после окисления RuO? вырастает на поверхности в форме хорошо заметных, четко ограненных кристаллов (один из них обозначен на фото буквой А; В — фрагменты структуры цеолита). И после повторного восстановления рутений уже не распыляется, а сохраняет форму «крупного» (на самом деле размером менее микрометра) кристалла, который и производит взамен заурядного гидрирования «сборку» углеродных цепей. 200А 39
ВбрТИКЭЛЬНЫб ГРЯДКИ Расход энергии на производство сельско- „ К 1 хозяйственной продукции достиг сегодня КРАСНЫЙ СВСТ небывалых величин: например, в США i^/Л сельское хозяйство забирает более 22 % И НеМНОГО x^\J2 энергоресурсов, во Франции — 20 %. Одна из наиболее энергоемких отраслей сельского хозяйства — тепличное производство. Чем холоднее климат страны, тем больше теплиц приходится
ей иметь, чтобы обеспечить население теплолюбивыми ягодами, овощами, зеленью. А теплицы надо строить, обогревать, освещать... Может быть, дешевле привезти овощи и ягоды оттуда, где они хорошо растут в открытом грунте — на грядках и полях? Но для перевозки тоже требуется энергия, и немалая. К тому же растительная продукция быстро портится, приходится перевозить ее в холодильниках либо мириться с большими потерями. с Словом, теплицы нужны. Но расход энергии, которая тратится в них на производство огурцов или, к примеру, клубники, необходимо уменьшать. Об одном из способов — разведении овощей и ягод в вертикальных культивационных установках (вертикальных грядках) — «Химия и жизнь» уже писала A975, № 6). В Венгрии, Великобритании, Испании, Италии, Франции после появления вертикальных культивационных установок большую часть площади теплиц отдают под клубнику: выращивать ее стало выгодно — урожай с гектара превышает 77 т в год (при выращивании на обычных тепличных грядках — около 14 т). Сейчас во многих странах выпускают полностью автоматизированные j£^£ вертикальные установки и для больших ^^теплиц, и для выращивания зелени и цветов в городских квартирах. ^ Видимо, использовать площадь теплиц более полно, чем при многоэтажных грядках, не удастся. Но есть и другие способы повышения эффективности теп- Например, известно, что фотосинтез идет с максимальной скоростью, если растение обеспечено водой, углекислотой и светом. Полить грядки, естественно, не сложно. А вот углекислого газа в 1 воздухе немного — всего 0,03 %. Увеличить его концентрацию в теплицах можно разными способами. На Украине в тепличном совхозе «Киевская овощная фабрика» уже опробован такой: в теплицы подают газы собственной котельной. Концентрация ССЬ увеличивается в 10—15 раз. С квадратного метра грядки получают дополнительно 2 кг помидоров или 5 кг огурцов. Теперь о свете. Биологам известно, что растения в поле наиболее активно растут по утрам, а когда солнце поднимается выше, фотосинтез протекает медленнее. Эффективность фотосинтеза зависит не от количества света вообще, а от количества лучей, поглощенных хлорофиллом. Этот пигмент поглощает оранжево-красные лучи, поэтому мы и видим листья зелеными. Чем больше красных лучей хлорофилл поглощает, тем эффективнее идет фотосинтез. Зеленые же и синие лучи, наоборот, тормозят его. И когда солнце находится низко над горизонтом, растения развиваются продуктивнее: путь солнечных лучей в атмосфере увеличивается, и она начинает выполнять роль красного светофильтра, рассеивающего зеленые и синие лучи. Следовательно, повысить эффективность фотосинтеза в теплицах можно, освещая листья лучами с большой длиной волны. Самое простое —окрасить люминесцентные лампы красной краской. В результате урожаи овощей увеличатся в несколько раз. Такие данные получены*нё толы*© в лабораториях, но и в промышленных теплицах, например в колхозе «Россия» Пермской области. Поодиночке мносц£ способы увеличения продуктивности растений в теплицах проверены. Но нигде, ни в одной теплице, они не опробованы все вместе. А хорошо бы посадить, скажем, редис в вертикальные грядки, освещать его главным образом красными лучами, добавлять в атмосферу теплицы СОг и посмотреть, что получится. Кандидат технических наук Л. В. ШАПОВАЛОВ Гг.. Гл- ^-&,
Ik*!**' ,V ?■ N л *-£ ^fc
Проблемы и методы современной науки Голос Земли Академик М. А. САДОВСКИЙ Один из героев Конан Дойла профессор Челенджер, прославившийся своими приключениями в затерянном мире и в глубинах океана, был убежден, что наша Земля живет, как живут всевозможные ее обитатели, в том числе и мы с вами. Он утверждал, что, как всякое живое существо, Земля порой испытывает боль, и решил использовать это для доказательства своей правоты. Челенджер был уверен, будто поверхность Земли — ее кожа — груба и нечувствительна, но если ее пробить, то можно добраться до болевых точек. И вот, герои Конан Дойла начинают работу, подобную той, что ныне идет на сверхглубокой Кольской скважине. Проткнув буром земную кору, профессор Челенджер добился успеха — Земля вздрогнула. Всюду разбушевались землетрясения, сопровождающиеся страшным гулом — голосом Земли. Конечно, дальнейшее бурение Кольской скважины, достигшей уже 12 км, не приведет к тем последствиям, которые описаны в романе Конан Дойла «Когда Земля вскрикнула». Нельзя согласиться и с мнением о Земле как о живом организме в привычном для нас понимании. Однако во всякой умной сказке есть свой смысл и правда. Важнейший признак жизни — постоянное преобразование энергии в организме. Растения, поглощая энергию Солнца, из минеральных веществ создают органические, которые в свою очередь служат пищей для животных и человека. Переработка энергии, поступающей извне, свойственная всему живому, присуща и Земле. Так, в земной коре мы можем выделить процессы, возникающие под влиянием энергии, поступающей из Миниатюра IX века «Музыкальные инструменты» глубин планеты и космического пространства. Эти процессы обусловливают перемещения земного вещества, порождают тектонические движения, регистрируемые с помощью особых приборов — деформографов и сейсмографов. Это и постоянные микросейсмические колебания, и приливные движения, и многие другие. Чтобы понять побудительные причины этих движений, нужно вкратце сказать об особенностях земной коры. Всякий раз, рассматривая обнажения горной породы (рис. 1 и 2), мы замечаем, что она рассечена трещинами на отдельности — блоки. И в каком бы масштабе ни взять горную породу, общей характеристикой всегда будет блочность ее строения. В микромасштабе это расчленение на мельчайшие глобулы — кристаллы, в масштабе всей земной коры — расчленение на гигантские блоки в сотни и тысячи километров. Даже на микрофотографии шлифа кварцевого стекла (рис. 3) отчетливо выделяются крупные глобулы, заполненные мелкими, которые в свою очередь сложены из еще более мелких. Иначе говоря, горную породу можно считать системой блоков разного размера, как бы вложенных друг в друга. Под влиянием энергии, поступающей извне, и в первую очередь из глубин Земли, в коре и мантии планеты меняются свойства и состояния вещества — идут фазовые переходы, химические превращения, сопровождаемые перемещением вещества. Эти превращения и вызывают тектонические движения в литосфере. Блоки земной коры деформируются, в них накапливается упругая энергия. Энергонасыщенность тех или иных блоков может быть и нейтральной, и как угодно близкой к неустойчивости. При дополнительной энергетической подпитке блоки земной коры, достигшие неустойчивости, будут сбрасывать энергию в окружающую среду в виде упругих волн. Весьма существенно, что частота этих волн (fi) зависит от размеров блоков (Li). Грубо: f=l/Li. Сброшенная энергия воспринимается соседними блоками, увеличивая их энергонасыщенность. Причем наиболее эффективно энергия упругих волн будет впитываться блоками, размер которых равен или близок к габаритам блока, 43
. N - ^ > 1^Ш-\Ш- .?awu'-«- *i-5^ Карьер. Линиями оконтурены отдельности; толстая линия — метровые размеры, тонкая — сантиметровые дости гшего неустойчивости (эффект резонатора). В результате все большее число блоков какого-то конкретного i-того размера будет приближаться к неустойчивости и излучать упругие волны. В некоторый момент все блоки этого размера сбросят накопленную энергию, которая в основном соберется в объеме блока (i-|-1) -го масштаба. Потом блоки и этого размера будут насыщаться энергией. Процесс повторится и перейдет в следующий еще больший масштаб — i+2. Так будет до тех пор, пока процесс не остановит естественная граница — поверхность Земли. С помощью сейсмографов и дефор- мографов, установленных на поверхности Земли, можно наблюдать такие упругие волны в самых разных частотных диапазонах. Рисунки 4, 5 и 6 и демонстрируют записи колебаний различной частоты на станциях Института физики Земли АН СССР. По сути дела эти колебания можно назвать голосом Земли. Его диапазон огромен — от ультразвука до глубокого инфразвука. И Конан Дойл не так уж ошибался в своих фантазиях — Земля все время поет на разные голоса, а иногда при землетрясениях кричит громко и страшно. Исследование распределения блоков земной коры по размерам дало далеко не тривиальные результаты. Выяснилось, что в природе не все размеры кусков равновероятны. Природа как бы предпочитает некоторые из них. Оказалось также, что эти «преимуществе н ные» размеры образуют последовательность, подчиняющуюся закономерности, приближенно описываемой выражением: —г^— =const=K, Li где Li и Li+1 — соседние преимущественные размеры. Далее было установлено, что постоянная К лежит в пределах 2<К<5, а ее среднее значение близко к 3,5. Опыт показал также, что эти свойства присущи не только кускам горной породы, но, по-видимому, и от- дельностям любого твердого материала. В таблицах, напечатанных на страницах 46 и 47, даны примеры отдель- ностей в горной массе, кварцевом стекле и распределение тел солнечной системы по размерам. Оказалось, что и небесные тела по величине распределяются крайне неравномерно. Имеются области размеров, в которых вообще нет ни планет, ни спутников, ни астероидов (рис. 7). В иных же областях небесные тела дают сгущения, которые отмечены вертикальными стрелками. Их высота 44
J*m л «ilffJt Фотография части горной страны из космоса. Черными линиями оконтурены блоки земной коры, 1 см равен примерно 10 км пропорциональна числу тел данной величины. Крупных планет мало, но и они собираются попарно: Земля — Венера, Уран — Нептун, Юпитер — Сатурн. Средняя величина К всех таблиц — 3,52. Сейчас нет сколько-нибудь надежных объяснений такому удивительному свойству твердых кусков. Однако едва ли это случайно. Предположим, что таблицы достоверны. Тогда и в голосе Земли должны быть колебания преимущественной частоты. Некоторые данные, подтверждающие это, уже получены. Блоки земной коры колеблются со свойственной их размерам частотой, накапливают энергию, поступающую извне, и обмениваются ею с соседями. То есть блоки обладают некоторой свободой и способностью к малым перемещениям. Но ведь из-за изменения расстояний и размеров контактов между блоками будет меняться плотность их укладки, что чревато изменением по- Микрофотография поверхности кварцевого стекла, протравленного плавиковой кислотой. Различимы глобулы разного размера, выделенные линиями разной толщины. Более крупные глобулы как бы составлены из мелких. На фото видно не менее трех характерных размеров; наибольший из них — примерно 150—200 мкм 45
fl/#5W^VlA^^s^vVvMA*^ w-y«H#^ з,ь ш 5" /C.J tW^n-VNWj^^^ i#^»%'^W|^HftWy 4 Записи микросейсм частотой от 0,7 до 10 Гц. Белоруссия, Гомельская область. Увеличение 60 000; 1 с=5 мм ристости, проницаемости и других свойств горной породы. А из этого следует, что «преимущественные» частоты голоса Земли, обусловленные блочным строением коры, дарят нам возможность активного воздействия на свойства горной породы. В самом деле, с помощью специальных вибраторов мы можем сообщать блокам дополнительную энергию. Подбирая соответствующую частоту вибрирования, можно заставить блоки тех или иных размеров интенсивно поглощать ее. Если вибрировать достаточно долго, можно добиться последовательного возбуждения все более крупных отдельностей. При этом в разных диапазонах частот будут меняться разные свойства горной породы. Запись деформации земной коры с 31 мая по 8 декабря 1981 г. лазерным деформографом ХАРАКТЕРНЫЕ РАЗМЕРЫ МЕЛКИХ ЧАСТИЦ Материал, разрушенный реологическим взрывом * 0,2 0,9 3,5 7,0 20 50 Торф, измельченный на мельницах — — 0,7 2,2 9,0 26 52 Глобулы кварцевого стекла 0,05 0,18 0,8 4,0 10,0 35 — U, м 0,05 0,19 0,8 3,2 8,7 27 51 К — 3,8 4,2 4,0 2,7 3,1 1,9 — 195 135 165 3,2 * Реологический взрыв — мгновенное разрушение твердого материала, испытывающего сильное сжатие и кручение. При этом поверхность образца дробится на мелкие частицы, разлетающиеся с огромной скоростью. ХАРАКТЕРНЫЕ РАЗМЕРЫ ГОРНОЙ МАССЫ В КАРЬЕРАХ Li, см К 1,4 | 84 — 6,0 175 2,1 480 2,7 980 2,0 ХАРАКТЕРНЫЕ РАЗМЕРЫ ОТДЕЛЬНОСТЕЙ ПОРОД НА ИНГУРИ ГЭС Li, м 1 К 0,6 — 2,61 3,5 9,0 4,3 45 5,0 200 4,5 Важно, что этот процесс может идти не только в сторону больших масштабов. Ибо и меньшие неустойчивые блоки, хотя и слабее, все-таки тоже будут реагировать на вибрацию и, теряя устойчивость, излучать волны больших частот. Этот эффект многим известен: при землетрясениях низкочастотные колебания земной коры (доли герц) все-таки сопровождаются звуками — гулом, грохотом. Подобные явления возникают и при движении подземных масс в глубоких шахтах — треск, гул. В сущности говоря, вибрационное воздействие на горную породу не новость — давно в ходу метод вибрационной забивки свай, вибрирование для уплот- сфш^н ОК-К&Рьь- 7<e&£ft*~ угкаАр*^ 46
ХАРАКТЕРНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ ТЕЛ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ Li, км К 9 — 45 5,0 80 1,8 320 4,0 1100 3,1 4000 3,6 12 400 зл 50 000 4,0 132 000 2,6 Небесные Фобос XIV спут- Элара Амальтея Оберон Европа Земля Уран Юпитер тела Деймос ник Юпите- Психея Титания Луна Венера Нептун Сатурн ра Минос Меркурий Марс нения породы при возведении плотин, были попытки применения вибрации для увеличения нефтеотдачи пластов и т. п. Однако это лишь отдельные попытки, не объединенные общей идеей. Ныне, как нам представляется, есть все условия для использования вибраций в самых разных областях народного хозяйства. Например, созданы технически совершенные вибраторы значительной мощности — около 20 тонн в одном автоагрегате, испытаны мощные вибромашины, воздействующие на грунт силой в сотни тонн. Созданы и надежные методы слежения за изменением свойств горной породы. И так далее. Есть и неотложные технические задачи, решение которых, по-видимому, возможно с помощью вибрирования. К ним в первую очередь можно отнести интенсификацию нефтеотдачи пластов и процессов выщелачивания полезных ископаемых на больших глубинах, устранение газа из угольных пластов, опасных по газу и пыли... Конечно, еще предстоит серьезная работа по методике вибрационного воз- € Запись приливной деформации с 12 февраля по 26 февраля 1980 г., полученная с помощью лазерного деформографа Ijiiiltji /,о Z,o \\\\ Д11Д I Н 3,о 4,о 5,0 /£. <& л.о za М ле Распределение планет, спутников и астероидов солнечной системы по размерам. Л Шкала размеров (диаметров) логарифмическая, в км. Вертикальными стрелками отмечены характерные размеры. Высота стрелок пропорциональна числу небесных тел в сгущении действия на горную породу. Однако огромны и возможности, открываемые техникой. Например, направленное действие вибрации с помощью так называемых антенн, образуемых группой определенным образом расположенных и автоматически управляемых вибраторов. Это открывает перспективу совместного использования метода вибрирования с такими традиционными приемами, как законтурное обводнение, тепловое воздействие на пласт, применение поверхностно-активных веществ. Здесь вибрирование, существенно меняя свойства самой вмещающей среды (горной породы) и свойства флюидов и газов, ее наполняющих, может стать инструментом управления тепломассо- переносом. И в других областях народного хозяйства вибрирование может дать несомненную пользу. Вероятно, оно окажется полезным и при изучении химических реакций в твердой фазе. Может быть, следует попробовать ультразвуковые воздействия при механической обработке материалов. И так далее. И тому подобное. В общем, работы впереди много. 47
>i ивые лаборатории Эвкалипт Когда речь заходит о чудесах Австралии, нередко говорят, что даже деревья там сбрасывают не листья, а кору. Действительно, этим свойством отличаются некоторые виды эвкалиптов. Пожалуй, ни одно дерево с такой легкостью не освобождается от коркового слоя. И тогда — а случается это в период наиболее бурного роста — приобретают деревья странный вид: стоят, словно в лохмотьях, свисающих с гладких стволов сероватыми лоскутками. Сброшенная кора не пропадает — ее собирают для хозяйственных нужд, делают из нее картон, но самое главное — извлекают дубильные вещества: в коре, например эвкалипта шаровидного, или шарикового (Eucalyptus globulus), 7 % танидов. И урожай ее совсем не мал: с гектара можно собрать до 120 тонн, Правда, и бед опадающая кора приносит много, особенно во время засухи, когда ее легкие волокнистые хлопья быстро воспламеняются и разносятся ветром на большие расстояния. Так, в 1939 г. возник большой пожар в Канберре, и причиной его послужили клочья коры, разлетавшиеся почти на 20 км. А вот листья сбрасывают всего десять видов эвкалиптов, да и то в сухой жаркий период на севере Австралии, а остальные (больше 500 видов!) предпочитают с ними не расставаться. Чудесные особенности эвкалиптов не ограничиваются их способностью сбрасывать кору. Пожалуй, любая часть этого дерева может претендовать на первенство по оригинальности. Начнем с листьев. Здесь целый набор необычных качеств. Во-первых, листовая пластинка, сидящая на длинном черешке, великолепно копирует автоматические следящие устройства: она всегда поворачивается так, Чтобы плоскость листа располагалась параллельно солнечным лучам, тогда они как бы скользят вдоль листа, не задерживаясь. Благодаря этому эвкалипт почти не дает тени. Потому и такие светлые эвкалиптовые леса, потому так хорошо в них живется мелкотравью и кустарникам. Из-за такого расположения листья испаряют очень мало влаги, а это в условиях сухого жаркого климата, согласитесь, способность завидная. Между прочим, листья эвкалипта — единственный источник пропитания для редкого и забавного зверька коала, похожего на милого плюшевого медвежонка. Он питается исключительно ими и погибает, если их не найдет. Листьями эвкалипта коала утоляет и голод, и жажду и поэтому никогда не пьет воду — ему хватает содержащейся в них влаги. «Коала» на языке местных племен и означает «никогда не пьющий воды». Теперь о цветках. Бутон эвкалипта состоит из двух частей — чашечки и крышечки. Когда бутон созревает и наступает время ему раскрыться, крышечка отпадает, а из чашечки буйным пучком вырываются наружу многочисленные разноцветные тычинки. Опыляют эвкалипты обычно птицы. У них обоняние развито слабо, поэтому цветки эвкалипта почти не пахнут — они привлекают птиц своим видом. А некоторые виды эвкалиптов «приручили» для опыления даже животных — сумчатого опоссума и летучих лисиц. Еще одну особенность эвкалипта нельзя описать, не употребляя эпитета «самый». Речь идет о скорости роста. Эвкалипт шариковый к годовалому возрасту вытягивается уже в полтора человеческих роста, к пяти годам это дерево 10—15-метровой высоты с «талией» до 20 см в поперечнике, а к тридцати годам перед нами великан размером с двухсотлетний дуб! В Батум- ском ботаническом саду растут эвкалипты, которым никак не больше 80 лет, а диаметр их стволов уже значительно превысил метр. До 800 кубометров древесины может дать гектар двадцатилетних эвкалиптов; другие породы деревьев накапливают такую массу только к 120 годам. А недавно в Конго вывели новую разновидность эвкалипта: за год такое дерево вырастает на 7 метров! С гектара этих деревьев можно собирать каждый год около 40 кубометров древесины — почти в два раза больше, чем дают обычные насаждения. Эвкалипт помогает многим странам решать топливную проблему: например, в Аддис-Абебе домашние очаги отапливаются в основном эвкалиптовыми дровами. Древесина у эвкалиптов первоклассная. Плотная, тяжелая, она по крепости превосходит древесину дуба и черного ореха. Ее не трогают жуки-древоточцы — она им просто «не по зубам». К тому же она почти не гниет, а потому идет на корабельную обшивку, сваи, телеграфные столбы и опоры для линий электропередач. Европейцы обратили внимание на достоинства эвкалипта еще триста лет назад, и уже в XVII веке его начинают разводить на побережье Средиземного моря, правда, сначала как декоративное растение. Со временем насаждения эвкалиптов стали быстро расти. Сейчас особенно много их разводят в Испании, Бразилии, Индонезии, есть промышленные плантации в Африке. Всего под культурными насаждениями эвкалипта в мире занято больше полутора миллионов гектаров. Семена эвкалипта многие страны закупают в Австралии. Но добывать эти семена с деревьев многометровой высоты не так просто. Поэтому сотрудники Лесного института в Канберре изобрели оригинальный способ сбора эвкалиптового урожая: ветки с плодами они срезают... выстрелами из винтовки с оптическим прицелом. В нашей стране первые попытки приручить это дерево были сделаны в начале прошлого столетия в Никитском ботаническом саду. Но лучше всего прижились эвкалипты на Черноморском побережье Кавказа. Большим пропагандистом и сторонником их расселения в этих краях был известный русский ботаник и географ, основатель Батумско- го ботанического сада А. Н. Краснов. Особенно широко начали распространяться эвкалиптовые рощи, когда было обнаружено еще одно чудесное свойство дерева — его умение извлекать из почвы огромные количества воды. Благодаря мощной корневой системе гектар эвкалиптового леса высасывает из почвы и испаряет за год до 12 млн. литров воды — 12 тысяч тонн! Именно эта особенность эв- 48
калиптов повсеместно используется для осушения с их помощью болотистых местностей. И массовые посадки эвкалиптов в нашей стране тоже были связаны с преобразованием болотистой Колхидской низменности. Сейчас у нас выращивают около тридцати видов эвкалипта. Наиболее зимостойкими оказались эвкалипты пруто- видный и пепельный — они и стали самыми распространенными на Черноморском побережье Кавказа. Эвкалипт прутовидный разводят и в Азербайджане. Наконец, еще несколько штрихов, характеризующих достоинства этого дерева. В листьях эвкалипта, в специальных мешочках, погруженных в ткань листа, содержится большое количество эфирных масел — до 5 % от веса листьев. Состав их различается в зависимости от вида эвкалипта, различен и источаемый ими аромат. Так, у эвкалипта лимонного (Е. citrio- doza) и в названии, и в запахе явственно слышится аромат лимона: больше половины его эфирного масла приходится на душистое вещество цитро- неллаль, что и определяет «цитрусовую» окраску запаха, хотя этим его ароматическая гамма не исчерпывается — дополнительные краски в нее вносят цитронеллол, который пахнет розами, гераниол, изо- пулегон, некоторые сескви- терпены. Весь этот букет придает эфирному маслу очень приятный запах. Масла такого типа очень ценятся парфюмерной промышленностью. Основные поставщики медицинского эвкалиптового масла —. эвкалипты шариковый, пепельный и прутовидный. В их масле содержится до 80 % цинеола — сильнодействующего бактерицидного вещества, которое уничтожает тифозные и дифтерийные палочки, губительно для возбудителей дизентерии. Благодаря цинеолу эвкалиптовое эфирное масло превосходит по своему антибактериальному действию даже знаменитую карболку. Его используют для ингаляций при заболеваниях дыхательных путей, применяют в зубной практике — для полосканий рта, настоями из листьев эвкалипта промывают раны, лечат нагноения, это хорошее дезинфицирующее и отхаркивающее средство. Вот почему воздух эвкалиптовых рощ, наполненный парами эфирных масел, еще целебнее, чем воздух соснового бора. В ясный солнечный день количество эфирных масел в кубометре такого воздуха доходит до 2,5 мг! Это свойство эвкалипта использовано, например, в ялтинском санатории «Горняк», где создан дендрарий, в котором больных лечат ароматом эвкалиптов, сосен, роз. В мировом производстве эфирных масел эвкалиптовое занимает призовое пятое место — ежегодно его вырабатывается свыше 1000 тонн. Крупнейшие поставщики — Испания и Португалия, много масла производят также Бра^ зилия, Аргентина, Индия, ст| ны Африки. Наша страна недавнего времени ввозила и эвкалиптовое масло, и лист из-за границы, но сейчас и того и другого у нас достаточно: в СССР вырабатывается в год до 60 тонн эвкалиптового масла и 2 тонны листьев. Если несколько в«точек эвкалипта поставить в комнате, то воздух в ней становится почти стерильным и дышится 'легко и свободно. Можно эв- калип и выращивать в домашних условиях — дерево- гигант так не вырастишь, но зато это позволяет навсегда избавиться от мух и комаров, так часто отравляющих жизнь даже в городских квартирах... Б. СИМКИН
ОБОЗРЕНИЕ ОБОЗРЕНИЕ ОБОЗРЕНИЕ ОБОЗРЕНИЕ ОБОЗРЕНИЕ Сосновый календарь По годовым кольцам самых старых из сохранившихся на Земле сосен (их возраст насчитывает до пяти тысячелетий) удалось уточнить даты извержений вулканов, происшедших в древности. Оказывается, достаточно двухдневного похолодания до пяти градусов ниже нуля, чтобы на срезе можно было обнаружить дополнительное кольцо — едва заметное, толщиной в волос. А во время крупных извержений вулканы выбрасывают в стратосферу огромные количества газов и пыли, которые, не оседая по два-три года, экранируют солнечную радиацию. Первой была проверена дата известного историкам извержения Этны в Сицилии, которое, согласно древним авторам, произошло в 44 году до и. э. На годовых кольцах это событие приурочено к 42 году. Чего только не думается... «Возможно, следует определить какой-то период времени (например, первая неделя каждого квартала) для увольнения и приема на работу. Думается, это позволило бы некоторым образом упорядочить перемещение кадров и сократить экономические потери, связанные с ним»,— пишет И. Котляров в журнале «Народное хозяйство Белоруссии» A984, № 7). Вот тебе, бабушка, и Юрьев день... Еще о летающих тарелках По мнению М. Персинжера, сотрудника отдела психофизиологии восприятия явлений окружающей среды университета в канадском городе Сэд- бери, на протяжении последних двух столетий пики сообщений о странных светящихся объектах, кораблях-призраках и загадочных летательных аппаратах, словом, об НЛО точно совпадают с пиками сейсмической активности в районах наблюдений. Его статья в швейцарском журнале «Experientia» A984, № 7) проиллюстрирована двумя десятками довольно убедительных диаграмм. Пер- синжер считает, что между двумя рядами явлений существует зависимость, хотя и не выдвигает предположений о ее характере. 5 литров на 100 километров * Такого расхода бензина можно добиться на автомобиле ВАЗ-2103 («Жигули») с модифицированным карбюратором ДААЗ-2107 «Озон», сообщает латвийский научно-популярный журнал «Наука и техника» A984, № 9). Белеет ларус одинокий.» Как известно, колумбова каравелла пересекла Атлантический океан за 33 дня. Изготовленный английской фирмой «Фри- дом яхте интернейшенл» парусник недавно совершил то же самое на 20 дней быстрее. Им ■ управляла бортовая ЭВМ — прокладывала курс, меняла парусное вооружение, вообще обеспечивала оптимальный ре-» жим плавания. Интересно, что этот парусник был не одиноким, а серийным. Подобные суда берут 30 тонн груза, способны плыть против ветра со скоростью 6 км/ч, экипаж — два человека, эксплуатационные расходы в десять раз ниже, чем у моторных судов той же грузоподъемности. Вообще-то эти парусники предназначены для каботажных рейсов, переход через Атлантику был, очевидно, рекламным. О пользе колеса В журнале «Юный техник» A984, № 8) написано, что человек на велосипеде расходует на километр пути 0,15 калорий на грамм собственного веса — в пять раз меньше, чем при ходьбе. *№&**-- Экономические потери США, связанные с алкоголизмом, составляют 49 миллиардов долларов в год. «Р ost-graduate Medicine», 1983, № 1 Английские социологи дважды изучали употребление спиртных напитков жителями города Эдинбурга. Первый раз в 1978—1979 гг., второй — в 1981 г., после того как в Великобритании цены на .спиртное были значительно повышены. Выяснилось, что в результате ше, крепких напитков — на 20 %, а продажа виноградных вин несколько возросла. В целом потребление алкоголя на душу населения снизилось на 18 %, Еще одна деталь: в Эдинбурге на 16 % уменьшилось число драк и дорожных происшествий. «British Medical Journal», 1983, № 6395 В Финляндии при продаже вина покупателю бесплатно вручают рекламку, в которой рассказывается об этом вине и о вреде употребления напитков, содержащих этанол.
Сделай сам Журнал «Моделист-конструктор» A984, № 9) опубликовал описание холодильника без холодильного агрегата, который можно собрать на подоконнике из оргстекла и полимерной пленки в считанные минуты. В таком холодильнике можно не только хранить продукты, но и замораживать их. Читатель поправляет В июльском номере «Обозрения» за прошлый год много- щетинковые черви полихеты были ошибочно названы микроорганизмами. Как справедливо замечает наш читатель из Ворошиловграда О. И. Гуржий, на самом деле полихеты достигают 1 ми даже более. Пчелы-гиганты Аспиранту-энтомологу Адаму Мессеру из США крупно посчастливилось. Во время командировки в Индонезию ему удалось наблюдать гигантских пчел, впервые описанных знаменитым натуралистом Альфредом Уоллесом в 1861 году и с тех пор не попадавшихся на глаза ни одному биологу. На трех островах архипелага Мессер обнаружил семь пчелиных гнезд, обитательницы которых были в 4—5 раз крупней обычных пчел. Но самоё замечательное в пчелах-гигантах даже не их рост, а челюсти. Этими похожими на круглозуб- цы рабочими органами пчелы собирают смолу, скатывают ее в шарики и сооружают из них жилища, напоминающие пластиковые трубки. Г"» 4Ь " ^МЬ •*• на ^^Ь Гк ^^ИР // X Ч м 1 w ' с * £^ril_rfdfc=C^® -ж»\ у$\ ^ 2025 году число лиц в воз- Lii-4j расте 60 лет и старше достигнет * \ на нашей планете 1 миллиарда Л г человек. iAJ ({ 11 «АМВЮ», 1984, № 3 \\ 1 \, Как в былые времена Шведская компания «Пента- порт», расе казывает жу риал «Строительство и архитектура» A984, № 8), разработала проекты сборных жилых домов, общественных зданий и складов, собираемых с помощью ручного инструмента. Элементы каркаса — балки, перекрытия, профили из листовой стали — легко поднимают два человека. Цитата Обонятельная система собак, значительно чувствительней газового хроматографа. Дж. ДЬЮНИ, «British Medical Journal», 1983, № 6390 Скотч для крыш Керабонд — так называется новый гидроизоляционный материал, созданный ВНИИкров- ля в сотрудничестве с финской фирмой «Керана». Принцип его действия тот же, что и у бытовой клейкой ленты, известной под обиходным названием «скотч». Ленточный керабонд предназначен для изоляции швов стальной кровли, рулонный — для защиты железобетонных перекрытий и герметизации плавательных бассейнов. Новый материал приклеивается практически к любой гладкой и ровной поверхности и кардинально меняет технологию гидроизоляционных работ! W- *<&* fti&UOL Ежели комнаты опрыскивать водою, в которой варены бузинные листья, то прогоняет сие мух; а вода, вареная с молодыми побегами, умерщвляет блох. Употребляются же бузинные листья и для облегчения боли от укушения комаров. Ежели человек напьется слишком много теплых водянистых питий, как, например, чая, кофея и других тому подобных вещей, то делается ему некоторый род тоски, льет с него пот, или при сухом теле делается великое волнение в крови, трепетание членов и сердца, а иногда присоединяется к тому и обморок. «Экономический магазин», 1785, ч. XXI s ОБОЗРЕНИЕ ОБОЗРЕНИЕ ОБОЗРЕНИЕ ОБОЗРЕНИЕ ОБОЗРЕНИЕ
Атомы из кварков, или Как изучают цветные силы Доктор физико- Esssssl математических наук ^SgS И. Ы. ДРЕМИН На каждом этапе познания наука стремится понять те силы, с помощью которых образуются самые элементарные объекты природы — ими не так давно казались атомы, потом элементарные частицы, сейчас пришло время кварков*. Интерес этот носит не только отвлеченный характер. Изучение сил взаимодействия обычно приводило к широкому практическому их использованию. В этой статье будет рассказано о том, как изучают силы, действующие внутри элементарных частиц. Десять лет тому назад в эксперимен- * Кварками называются объекты, из которых составлены, например, элементарные частицы, образующие атомные ядра (такие, как протоны или нейтроны). «Химия и жизнь» уже рассказывала о новых кварковых представлениях, утвердившихся в физике: см. статьи Г. Тахтамышева «Третий шаг в глубь материи» — 1983, № 5 и А. Семенова «Мир устроен празднично и мудро» — 1984, № 11. тах на ускорителях впервые были обна-' ружены элементарные частицы, которые сильно напоминали обычные атомы. Но в отличие от атомов эти частицы построены из кварков, почему и получили название «атомы из кварков». Сейчас таких «атомов» зарегистрировано уже около двух десятков, и все они стали объектом пристального интереса физиков. Самый простой атом — водорода — состоит всего из двух частиц — протона и электрона. Но и столь простая система распалась бы, если бы подчинялась только законам классической физики: электрон, вращаясь вокруг протона, излучал бы свет, истратил в конце концов всю свою энергию и упал бы на протон. Этого не случается, так как электрон, послушный законам квантовой механики, описывающей атомные системы, движется по вполне определенным орбитам, не излучая, и лишь при переходе с одной орбиты на другую может испускать энер-' гию порциями — квантами электромагнитного излучения. Для того чтобы полностью отделить электрон от протона, надо извне передать ему дополнительную энергию, превышающую "некоторое минимальное значение, называемое энергией связи и равное в случае невозбужденного состояния атома водорода 13,6 электрон-вольт. Это число фактически и определяет масштаб тех энергий, которые проявляют себя в химических реакциях. Но если основные особенности атома определяются куяоновской силой, то можно попытаться произвести замену в одних частиц на другие — с одним лишь условием, чтобы электромагнитное взаимодействие их было одинаково. Скажем, в атоме водорода вместо электрона можно было бы запустить на орбиту вокруг ядра отрицательно заряженный мюон (его еще называют мю-мезон). Такие мезоатомы и впрямь получены в лабораториях, но живут они очень недолго из-за того, что мюон намного тяжелее электрона, вращается гораздо ближе к ядру и быстро на него падает. Можно подменить и протон, поставив вместо него позитрон — частицу, полностью аналогичную электрону, только с обратным зарядом. В этом случае получается атом, названный позитронием. Размеры его вдвое больше, чем у водорода. Этот атом характерен внутренней симметрией — позитрон и элект- 52
рон в "нем полностью равноправны, если не обращать внимания на знак заряда. Невольно мы оказались вовлеченными в игру по конструированию, атомов из элементарных кубиков, которые поставляет природа. И поскольку мы рассматриваем только обычные атомы, то связь кубиков в них подчинялась бы только кулоновским силам. Иными словами, конструирование происходило в привычном мире электромагнитных взаимодействий. Двадцать лет тому назад, в 1964 году, американские физики - теоретики М. Гелл-Манн и Дж. Цвейг предположили, что в природе есть и такие кубики, которые связаны друг с другом силами, значительно более мощными, чем электромагнитные. Эти кубики получили название кварков. Все частицы, построенные из них, участвуют в сильных взаимодействиях и носят название адро- нов. Игра по составлению частиц из кубиков-кварков оказалась не слишком простой. Многочисленные эксперименты показали, что природа комбинирует все адроны только из кварка и антикварка (его антипода, подобного позитрону в сопоставлении с электронрм) или же из трех кварков. При этом совершенно невозможна комбинация из трех абсолютно одинаковых кварков, иначе нарушаются общие законы сохранения и принципы квантовой механики. Значит, кварки внутри адрона обязательно должны отличаться друг от друга. Чем? К примеру, своими квантовыми числами, характером взаимодействия. Одинаковые кубики конструктора можно сделать разными, если, например, покрасить их в разные цвета. В случае с кзарками теоретики сделали то же .самое: предложили считать, что каждый из них может быть «выкрашен» в один из трех возможных цветов, например в красный, синий или зеленый. Конечно, понятие «цвет» здесь не имеет ничего общего со зрительным восприятием человека, а отражает лишь отличия во взаимодействиях этих кварков, которые соответственно и были названы цветными. Теория цветных взаимодействий стала именоваться квантовой хромо- ди нами кой. Любое взаимодействие между двумя телами предполагает существование переносчика этого взаимодействия. Такую роль для электромагнитных сил выполняют фотоны — кванты электромагнитного поля. Именно обмен фотонами удерживает электрон и позитрон в позитронии. Кварки обмениваются друг с другом квантами цветных полей. Эти кванты, получившие название глюонов (от английского слова glue —«клей»), как бы склеивают кварки, удерживая их вместе,— так образуются элементарные частицы. Своими свойствами глюоны напоминают фотоны, но кое в чем они существенно отличаются от квантов электромагнетизма. Во-первых, они «доброт* нее» делают свое дело — склеивают кварки намного прочнее, чем это удается фотонам. Во-вторых, глюонов — целых восемь, тогда как фотон — один-одине- щенек. В-третьих, они до того усердны, что могут наподобие унтер-офицерской вдовы «высечь сами себя», то есть склеить друг друга, образовав связанные системы из одних глюонов. Ну и, естественно, что глюоны «окрашены», так как они помогают кваркам обмениваться цветами. Кварки могут отличаться друг от друга не только цветом. Есть у них и другие отличия. С момента рождения гипотезы кварков предполагалось, что существуют три типа кварков — «верхний», «нижний» и «странный», отличающиеся друг от друга массой и другими свойствами. С помощью этих трех кубиков на первых порах удавалось сконструировать все известные тогда адроны. Однако вечная погоня за внутренней красотой теории в сочетании с давлением, оказываемым экспериментальными фактами, заставили предположить, что у природы заготовлен еще и четвертый кварк, которому было дано имя «очарованный». В 1974 г. в экспериментах на ускорителе и впрямь удалось обнаружить частицы (тяжелые мезоны), построенные из очарованных кварков. Это было истинным триумфом теории и эксперимента, а руководители работ, С. Тинг и Б. Рихтер, стали нобелевскими лауреатами. Физическая теория может быть признана красивой только при условии, что описываемые ею объекты подчиняются определенным законам симметрии. Ведь и в обыденной жизни, сложив из десятка беспорядочно разбросанных палочек, 53
например, звезду, мы признаем упорядоченность и красоту этой фигуры. Как палочки в звезде, кварки объединяются попарно. Эти пары назвали поколениями. От поколейия к поколению растет масса кварков. Верхний и нижний кварк образуют одно поколение, более тяжелые очарованный и странный кварки — второе. Но этим дело не кончилось. В конце семидесятых годов был открыт b-кварк, или боттом-кварк (от английского bottom —«дно»). Появление пятого кварка было воспринято как сигнал о существовании третьего поколения. И действительно, летом 1984 г. экспериментаторы из ЦЕРН (Женева) заявили, что получены свидетельства существования шестого кварка (/-кварка, или топ-кварка, от английского top — «вершина»)*. Кварки третьего поколения очень тяжелые: b-кварк в пять раз тяжелее протона, а t-кварк — примерно в сорок раз. Поэтому для рождения частиц с такими кварками нужны ускорители, где можно достичь очень высоких энергий (до сотни ГэВ). Естественно возникает вопрос: «А почему бы не быть и четвертому поколению кварков?». Ответа у нас пока нет, и мы даже не надеемся искать его в экспериментах в ближайшее время. Кварки четвертого поколения (если они есть!) 'должны быть еще тяжелее, и для поиска их потребуются куда более мощные ускорители, чем те, которые существуют или сооружаются сейчас... Итак, мы познакомились с основными «кубиками» кваркового конструктора. Правила игры в него очень просты — выбирают какой-то кварк из трех известных поколений и к нему присоединяют либо антикварк (того же или другого типа), либо два кварка. Ограничения такие: внутри адрона все кварки должны быть выкрашены в разные цвета так, чтобы сумма этих цветов сделала адрон «белым» — подобно тому, как семь цветов радуги, с хлопнувшись, дают обычный свет. (Считается также, что,'например, красный и противоположный ему антикрасный цвета кварка и антикварка компенсируют друг друга.) Электрический заряд адрона должен быть целым. * Еще совсем недавно эти кварки называли и по- другому: b-кварк — красивым кварком (от beauty — красота) и t-кварк — истинным кварком (от truth — истина). Теперь чаще используют упомянутые здесь названия. На этом этапе конструирования мы недалеко ушли от забав людей, живших за тысячелетия до нас и рисовавших синкретических существ — быка с головою льва или рыб со змеиными хвостами. Но для физика синкретические постройки из кварков не просто забавные картинки. т Создавая их и изучая их свойства, можно понять законы взаимодействия кварков, а значит, открывать возможности использования этих свойств. В принципе речь могла бы пойти о гигантских источниках энергии, скрытых внутри покоящихся адронов и описываемых соотношением Эйнштейна Ео= тс2 (где Е0 — энергия покоя и т — масса адрона). Эта энергия в тысячи раз больше получаемой при расщеплении ядра или при термоядерном синтезе. Однако доступа к ней у нас пока нет. Возможно, что высвободить ее вообще не удастся. Кварки никак не желают расставаться друг с другом. Малейшая попытка развести их подальше приводит к бурному «кипению» — рождению новых пар кварков и антикварков. Как будто каждое синкретическое существо составлено из других синкретических существ, которые тут же появляются на свет при попытке разделить первое на составные части. Законы цветного взаимодействия оказываются куда экзотичнее всего, что до сих пор изучала физика. На малых расстояниях закон взаимодействия кварков похож на кулоновский, только сила взаимодействия меняется с расстоянием несколько слабее, а по величине она намного превосходит кулоновскую. Но при попытке развести кварки между этими столь малыми объектами начинает действовать огромная сила в 16 тонн! И эта сила постоянная, она не зависит от расстояния между кварками. Удивительные особенности цветных сил были сначала «вычислены» сугубо теоретически. Теперь эти предсказания проходят Экспериментальную проверку — появился удобный объект исследования," тяжелые элементарные частицы. Элементарные частицы из семейства адронов бывают легкими (например, хорошо и звестные всем протон или пион) и тяжелыми. Легкие адроны составлены из легких кварков, тяжелые — из тяжелых. Верхний, нижний и странный кварки — сравнительно легкие. Их масса 54
заметно меньше, скажем, массы протона. Образованные ими частицы обычно довольно быстро распадаются; размеры этих частиц относительно велики, и кварки внутри них движутся быстро, со скоростями, близкими к скорости света. Поэтому теоретически исследовать такие конструкции значительно сложнее, чем более тяжелые адроны, где кварки движутся куда медленнее. Тяжелые адроны, состоящие из одинаковых по массе кварка и антикварка, сильно напоминают позитроний и по аналогии были названы кваркониями. Это уже самые настоящие атомы из кварков, поскольку в них есть два партнера, которые медленно вращаются друг около друга под действием сил, на малых расстояниях подобных кулоновским. Ведь и в обычных атомах, скажем, в атоме водорода электрон тоже сравнительно медленно вращается вокруг протона. До 1974 г. физика имела дело только с легкими адронами. Лишь десять лет назад, в опытах Тинга и Рихтера, впервые зарегистрировали частицу, содержащую тяжелый (очарованный) кварк. Это была первая ласточка из семейства чармония (от английского charm — «очарование»). Началась эпоха тяжелых адронов. Сейчас в экспериментах, поставленных в США и ФРГ, уже обнаружено семь частиц из семейства чармония и девять — из семейства боттомония. Теоретически предсказаны, но пока не обнаружены из-за сложности эксперимента еще один представитель первого семейства и девять — второго. Эти адроны тяжелее протона соответственно в три и десять раз. Топоний (из t-кварка и антикварка) пока не открыт. Он должен быть в 70—90 раз тяжелее протона, если подтвердятся имеющиеся сейчас скудные данные о массе t-кварка. Для исследования такой системы нужны ускорители ча стиц по край ней мере вдвое более мощные, чем имеющиеся сейчас. Теоретики предсказывают, что в семействе топония должно насчитываться несколько десятков частиц. Частицы из всех упомянутых трех групп — семейств чармония, боттомония и топония — это кварковые «атомы» с симметричными партнерами, напоминающие, как было сказано, позитроний. Но обнаружены уже и «атомы», построенные из таких резко различающихся по массе кварков, как, например, b-кварк и нижний антикварк. Эти частицы куда больше похожи на атом водорода, чем на позитроний. Однако подчеркнем непременно, что и тут и там аналогии чисто внешние, основанные на равенстве или различии масс «кубиков», составляющих атомы. Взаимодействие кварков на тех расстояниях, которые характерны для кварке- ниев, все же заметно отличается от куло новс кого зако на, определяющего поведение обычных атомов. В этом убеждает спектроскопия атомов из кварков. Энергетические уровни в них расположены совсем не так, как это предписывал бы закон Кулона. Вероятности переходов с одного уровня на другой тоже иные. Это связано, по-видимому, с тем, что и чармоний, и боттомоний — довольно большие «атомы», настолько большие, что в них наряду с кулоновским взаимодействием проявляется уже упоминавшаяся постоянная сила, удерживающая кварки. То есть оба закона действуют в совокупности. Можно надеяться, что, когда будет обнаружен топоний (а у него заметно меньшие размеры), станет доступным исследование такой системы из кварков, в которой кулоновские силы преобладают и вся система окажется похожей на сильно сжатый позитроний. Кварконии — атомы из тяжелых кварков — кажутся очень привлекательными для изучения цветных сил. У них много преимуществ по сравнению с более легкими частицами (то есть комбинациями из легких кварков). Прежде всего, это достаточно стабильные системы из двух частиц. Распадаются такие системы очень редко. Тяжелые «кубики», из которых они состоят, не могут подхватить себе еще по легкому партнеру (как бы входящему в состав того же синкретического существа) и превратиться в самостоятельные кварковые атомы с неодинаковыми составляющими. У них на это не хватает энергии. Поэтому единственный способ распада системы состоит в том, что «кубики», встретившись, вообще исчезают, дав жизнь новым кубикам,— синкретическое существо как бы сжигает свою оболочку, освобождая то, что содержалось внутри него. Однако такие события достаточно редки, и потому кварконии живут сравнительно долго. Чем тяжелее кварки, тем компактнее системы, которые они образуют, потому что тяжелого партнера можно удержать 55
лишь на близком расстоянии. Внутри кваркониев тяжелые кварки движутся медленно, со скоростью заметно меньшей, чем световая. Это позволяет изучать их взаимодействие на основе хорошо разработанной нерелятивистской квантовой механики, применяемой при описании обычных атомов. Этим и заслужили они особое признание теоретиков и название «атомы из кварков». Наиболее подробно исследуют кварконии на ускорителях со встречными электронными и позитронными пучками. В таких ускорителях по Окружности навстречу друг другу движутся быстрые электроны и позитроны. Когда электрон и позитрон встречаются в одной точке, то они обычно аннигилируют, высвобождая энергию для рождения других частиц. На самых мощных ускорителях эта энергия достаточно велика — до 45 ГэВ. В таких столкновениях и могут возникнуть атомы из кварков. Их замечают, например, по характерным следам, оставляемым ими в фотоэмульсии. Они живут в миллиарды раз дольше, чем протекает сам процесс взаимодействия электрона с позитроном, и поэтому их след можно зарегистрировать. Однако, по нашим обычным меркам, время жизни атомов из кварков очень мало — оно составляет всего лишь тысячные доли от миллиардной части секунды. Требуется огромная виртуозность экспериментатора, чтобы все-таки заметить столь «дрлгоживущие» частицы. (Длина их следа составляет всего микрон.) В таких экспериментах непосредственно наблюдают чармоний в двух состояниях (то есть на двух энергетических уровнях), а боттомоний — в трех. Эти частицы могут, испустив квант электромагнитного излучения, перейти в другие энергетические состояния. Изучение таких переходов помогло выявить еще пять состояний чармония и шесть — боттомония. Если на диаграммах сравнить относительное расположение и энергии уровней кваркониев й позитрония, то покажется удивительным, насколько квар- ковые атомы похожи на обычные атомные системы. Конечно, специалист сразу заметит и отличия, разглядев шкалу энергий. Разброс уровней у кваркониев в миллиарды раз больше, чем у позитрония. Это, естественно, связано с огромной мощью цветных сил, связывающих «кубики». А изучение этих сил и представляет основной интерес при попытках понять внутреннюю структуру частиц. Сильное взаимодействие можно изучать не только по энергетическим уровням кваркониев, но и исследуя их распады. Каждый кварконии в конце концов все же распадается (это связанная, но не абсолютно стабильная система). Он мо-
жет распадаться на адроны, на лептоны (частицы, не участвующие в сильных взаимодействиях) или же, испустив фотон, перейти в другое состояние кваркопия. Поэтому «спектроскопия» кваркониев оказывается очень богатой, и она тем богаче, чем больше число уровней у кварковрго атома. Постепенно удается узнать все больше о силе взаимодействия кварков, об их электрическом заряде,' их относительном положении внутри частиц, об их спин-спиновых и спин-орбитальных взаимодействиях и тому подобное. Яснее не только общий характер цветных сил, но и весьма тонкие детали взаимодействия кварков друг с другом. Й все-таки трудно вообразить, что кварковая спектроскопия когда-нибудь станет так же близка химикам, как и атомная. Препятствием к тщательному исследованию служит короткий срок жизни кваркониев и огромная сила связей между «кубиками». Пожалуй, под конец рассказа стоит еще раз отметить, что одна из наиболее интересных задач физики кваркониев — поиски «топония» — связанного состояния шестого кварка. Мы уже упоминали, что его масса в 70—90 раз превышает массу протона, то есть лежит на энергетической шкале в районе 70—90 ГэВ, поэтому искать его планируют на новом европейском ускорителе ЛЭП (встречные пучки электронов и позитронов, каждый с энергией по 50 ГэВ, то есть 100 ГэВ в сумме), который сооружается в ЦЕРНе и должен войти в строй в 1988 году. Топоний будет еще более удобным инструментом для анализа квантовой хромодинамики, так как составляющие его кварки очень тяжелы и потому сидят в нем совсем близко друг к другу. Это позволит изучить взаимодействие кварков на совсем малых расстояниях, где цветные силы проявляют свои особенности весьма ярко. Появится возможность сравнить их с ку- лоновскими силами, понять их отличие, оценить величину и на этой основе проверить предсказания квантовой хромодинамики о том, как ведут себя эти силы при изменении расстояния между кварками. Очень хочется закончить этот рассказ оптимистической нотой, так как самые последние эксперименты конца 1983 — начала 1984 г. весьма точно совпали с предсказаниями теории — в частности, у кваркониев были обнаружены именно те энергетические уровни, которые и ожидались. Это значит, что идет планомерное изучение мира кварков — объектов, из которых все мы срстоим, но непосредственно (в свободном состоянии) наблюдать не можем. На этом пути нас наверняка подстерегают неожиданности, которые, как это нередко бывало и раньше, заставляют полностью пересматривать многий устоявшиеся понятия. *' VM
Практика ■ Воздушный колодец В местах, где не хватает воды, ее нередко добывают из воздуха — конденсацией атмосферной влаги. Для этого есть множество технических приемов, а недавно предложен еще один, достаточно производительный. Турбина, вращаемая энергией ветра, через воздухозаборник с фильтром засасывает воздух под землю на глубину 4—5 м. Воздушный поток омывает пластмассовые трубы, на холодной поверхности которых конденсируется влага, стекающая затем в резервуар. И з этого Установка для сбора и накопления атмосферной влаги резервуара воду по мере надобности выкачивают на поверхность, как из обычного колодца. Воздушный колодец построен и испытан. Скорость накопления воды в нем зависит от скорости ветра, влажности воздуха и его температуры. (В установке есть специальный клапан, который повышает давление в воздушном потоке и снижает температуру точки росы.) При относительной влажности 80 % за двое суток испытаний в резервуаре скопилось свыше 40 л хорошей питьевой воды. Этого вполне достаточно для тех немногих, кто работает на отдаленных пустынных пастбищах и в геологических партиях. Если же питьевой воды требуется больше, можно установить несколько воздухозаборников и ветряков на один подземный резервуар. «Гидротехника и мелиорация», /984, № 8, с. 83, 84 Еще раз о тепловых трубах В разделе «Практика» A984, № 11) мы уже рассказывали об эффективном способе передачи тепла с помощью тепловых труб — несложных устройств, в которых «перекачивается» скрытая теплота фазового пе- Реактор синтеза метана с тепловыми трубами рекода рабочей жидкости. В последнее время эти устройства стали применять во многих энергосберегающих технологиях. Тепловые трубы позволяют утилизировать тепло экзотермических реакций, протекающих в слое катализатора, и при этом поддерживают необходимую температуру в реакторе. Например, при синтезе метана из водорода и окиси углерода проходящие через аппарат тепловые трубы отби- • рают тепло реакции и переносят его в парогенератор, где нагревается и испаряется вода. «Химическая промышленность», 1984, № 8, с. 8—11 Жидкость, твердеющая под действием тока Такая субстанция была бы весьма удобным рабочим телом для гидравлических систем, для сервомоторов, в которых из нее можно было бы в нужный момент «изготовлять» поршни, для автомобильных муфт сцепления — эти муфты не нуждались бы в охлаждении или блокировке на случай пробуксовывания. Короче говоря, жидкость или смесь, в широких пределах меняющая вязкость в зависимости от приложенного к ней электрического напряжения, могла бы породить целый каскад оригинальных, удобных технических новинок. Первый ее образец недавно разработан в Шеффилде ком университете (Англия). Жидкость представляет собой смесь воды и тяжелого масла (его изготовляют, действуя бромом на тяжелую фракцию синтети- 58
ческой нефти), в которой суспендировано до 40 o6i % частиц соли полиметакриловой кислоты размером около 10 мк и плотностью 1,4 г/см\ Вода, содержащаяся в порах частиц, при пропускании постоянного ■ тока увлекается к катоду вместе с положительными ионами — и цепи макромолекул приобретают строгую ориентацию, степень которой (а с ней и вязкость суспензии) пропорциональна напряжению. Цена опытных образцов жидкости довольно высока D50 долларов за литр), однако при массовом производстве она может понизиться на порядок. «Popular Science»^ 1984, т. 224, № 4, с. 82—84 Солнечный мотор В Японии сконструирован преобразователь солнечной энергии в механическую работу. Принцип действия этого двигателя основан на фотохимической реакции разложения двуокиси азота до окиси на свету и рекомбинации молекул в тени. Преобразователь представляет собой прозрачный пластмассовый цилиндр, разделенный на три камеры, в каждой из которых есть поршень, связанный с другими поршнями общим коленчатым валом. Камеры заполнены газовой смесью, содержащей около 3 % двуокиси азота. Когда в одну из них попадает солнечный свет, начинается экзотермическая реакция разложения, давление увеличивается, поршень приводит в движение коленчатый вал, цилиндр поворачивается — камера уходит в тень, а соседняя освещается. Во время испытаний экспериментальный преобразователь делал 12 оборотов в минуту, а к. п. д. преобразования достигал 1 %. «New Scientist», 1984, г. 102, № 1409, с. 25 Деловые люди Довольно банальная истина: новое есть хорошо забытие старие. Это касается и современных принципов организации производства, над поиском и совершенствованием которых сейчас много работают экономисты, социологи, психологи. Подтверждением тому служит напечатанная в новосибирском журнале «Экономика и организация промышленного производства» («ЭКО») подборка управленческих принципов, прямо вытекающих из известных народных пословиц. Приведем несколько примеров из нее. О необходимости материального стимулирования: сухая ложка рот дерет. О роли руководителя в производстве: каков поп. таков и приход. О рациональной организации перевозок: что с воза упало, то пропало. Об экологических задачах предприятия: не плюй в колодец... «ЭКО», 1984, № 7, с 189, 190 Эксперты проанализировали свыше 500 контрактов, заключенных 24 американскими фирмами, и выявили около полумиллиона факторов, от которых зависит успех деловых переговоров. После обработки полученных данных на ЭВМ была получена среднестатистическая картина успешной сделки. В среднем на переговоры потребовалось чуть больше получаса; продавец задал 13,6 вопроса, назвал 7,7 отличительных признаков своего товара, 6,4 — его преимуществ перед другими; заказчик (покупатель) задал 7,7 вопроса, выдвинул 2,2 требования к покупаемому товару, привел 1,04 возражения аргументам своего оппонента. После этого подписывали контракт. «СТМ: Human Element», 1983, т. 16, № 1, с. 14—16 В результате опроса руководителей многих фирм удалось выявить два десятка наиболее важных*для менеджера навыков и умений. В первую пятерку этого списка входит умение слушать своего собеседника. Это неудивительно: 40 % своего рабочего времени служащие выслушивают указания начальства, мнения сослуживцев и деловых партнеров, а руководителям приходится выслушивать вдвое больше — на это уходит до 80 % их рабочего дня. Специалисты по управлению считают необходимым ввести специальный курс для выработки столь необходимого служебного навыка — умения слушать. «Training and Development Journal», 1983, т. 37, № 8, с. 44—66 Что можно прочитать в журналах О повышении адгезионной способности полиэтилена («Пластические массы», 1984, № 8, с. 14—16). О механизме абразивного износа и структуре поверхности кристаллических материалов после абразивной обработки («Поверхность», 1984, № 8, с. 136— 141). Об изменении плотности растворов под воздействием ультразвуковых и магнитных полей («Журнал прикладной химии», 1984, № 7, с. 1449—1453). О применении полимерных промывочных жидкостей при бурении скважин в сложных условиях («Разведка и охрана недр», 1984, № 8, с. 33—36). О химической стабилизации лёссовых грунтов («Основания, фундаменты и механика грунтов», 1984, № 4, с. 8—11). Об энтропийной модели транспортной системы Еревана («Промышленность Армении», 1984, № 5, с. 61-64). О полимерных материалах в зерноуборочном комбайне («Пластические массы», 1984, № 8, с. 59, 60). О герметичности паяных ме- таллокерамических узлов («Дефектоскопия», 1984, № 7, с. 48— 51). О влиянии фитонцидов на ионизацию воздуха («Гигиена и санитария», 1984, № 8, с. 82, 83). О биологическом методе в интегрированной защите хлопчатника («Защита растений», 1984, № 8, с. 12—14). Об определении морозоустойчивости озимых культур методом удара током («Электронная обработка материалов», 1984, № 3, с. 70—74). О рукавицах для работы в условиях жаркого климата («Газовая промышленность», 1984, № 8, с. 29, 30). О некоторых особенностях зимнего питания лосей' («Экология», 1984, № 3, с. 42—47). 59
Сдать вещи в химчистку — дело обычное. Грязный костюм, шерстяной свитер или платье мы, особенно не задумываясь, несем на приемный пункт. А если и задумаемся — почему? — то сами быстро найдем ответ: после сухой чистки вещь не изменяет цвет, не садится, не растягивается, сохраняет форму и при этом действительно становится чистой. Правда, тревожная мысль: «А не испортят ли?»— все-таки иногда появляется. Может быть, потому, что многие до конца не представляют себе химию чистки? В таком случае давайте восполним этот пробел. НА ПРИЕМНОМ ПУНКТЕ Вы приходите в химчистку и первым делом попадаете в руки приемщицы, точнее, не вы, а ваши вещи. Приемщица рассматривает вещи и ярлыки, на которых условно обозначены способы обработки. К сожалению, иногда обозначение не соответствует действительности. Так было с женскими финскими плащами на синтетической меховой подкладке. То, что эти вещи чистить нельзя, выяснилось уже после чистки, когда подкладка «села» и перекосила плащ, хотя на ярлыке стоял значок сухой чистки. Все подобные случаи с подробным описанием изделия заносят в соответствующие распоряжения. Пухлая папка с бумагами такого рода всегда под рукой приемщицы. Поэтому ярлычки сохраняйте, но и прислушивайтесь 60 к мнению приемщицы: если говорит, что нельзя чистить, значит нельзя. Вслед за ярлыками тщательному обследованию будут подвергнуты карманы одежды. Приемщица делает эту операцию не из любопытства, конечно, а потому, что забытые сувениры $о время мойки в органическом растворителе могут повредить не только ваши, но и чужие вещи. Чего только в карманах не оставляют: авторучки, калькуляторы, сторублевки и письма любимой. Особенно опасны шариковые ручки и губная помада. Карманы опустошены, и приемщица разрешает вам спороть все пуговицы. Здесь она, что называется, перестраховывается. Фурнитуру (пуговицы, пряжки и т. д.) положено проверять на действие растворителей химчистки следующим образом. На обратную сторону пуговицы наносят каплю растворителя и прикладывают бумажку. Если она прилипает, то пуговицы надо спарывать, а если нет— по инструкции можно их оставить. Но дело в том, что пробу выполняют с холодным растворителем, а при сушке одежда подвергается действию горячих паров. При этом пуговицы, даже выдержавшие пробу, могут потускнеть, оплавиться. К тому же большие красивые пуговицы в барабанах' моечных машин ломаются. Если вы сдаете изделие из искусственного меха, причем на трикотажной основе заметны коричневые пятна, то приемщица должна нанести на них каплю метилоранжа. Если латексная хлор- наиритовая пленка, на которой держится мех, разложилась, то индикатор покраснеет. Такую вещь надо сначала отреставрировать, иначе при чистке мех разрушится. Следующий этап — приемщица определяет предварительно, на глаз, тип загрязнения, чтобы предупредить вас о возможных недоделках. Дело в том, что есть пятна, которые даже современными средствами очень трудно вывести, например от силикатного клея. Сам-то клей снять можно, но он вызывает повреждение ткани, и пятно все равно будет заметно. Трудно удаляются и застарелые пятна от подсолнечного масла, олифы, масляной краски, особен- но если вы прогладили их горячим утюгом. При нагревании фрагменты ненасыщенных жирных кислот, входящих
в состав растительных масел, полиме- ризуются и образуют малорастворимую полимерную пленку. Последняя операция — оформление заказа и маркировка изделия. Чаще всего метку либо пришивают, либо прикрепляют металлической скобочкой. В импортных маркировочных машинах используют специальную ленту, содержащую нити ацетатного шелка. Кусочек такой ленты маркировочная машина смачивает теплым ацетоном и под давлением прикрепляет к материалу. Правда, одежду из ацетатного шелка или других материалов, неустойчивых к действию ацетона, таким способом маркировать нельзя. В отечественных маркировочных машинах «Комета-8» используется лента, активируемая нагревом. КАК ВЫВОДЯТ ПЯТНА Наконец, все промаркировано, оформлено. Вы с сознанием выполненного долга отправляетесь домой, а ваши вещи — в чистку. Сначала их сортируют, удаляют пятна, предварительно зачищают и только потом моют в органическом растворителе, сушат, если нужно — облагораживают и подвергают влажно- тепловой обработке. О том, как сортируют вещи, догадаться нетрудно: учитывают материал, тип загрязнения, способ обработки. А вот об удалении пятен можно поговорить отдельно. По существу, это самостоятельный вид услуг. На некоторых предприятиях (в Москве их около 70) предлагают даже такой суперсервис — выводят пятна в присутствии заказчика. Пятна выводят всегда и при общей чистке, во всяком случае, стараются это сделать. (Надо сказать, что большинство жалоб поступает именно на плохое удаление пятен.) Дело, конечно, не в недобросовестной работе сотруд-
ников химчистки, всерьез именуемых пятновыводчиками, а в сложности процесса. Грязь разнообразна, как сама жизнь. Причем мы иногда сами толком не представляем, где ее подцепили. А пят- новыводчик в первую очередь должен определить природу и состав ваших пятен, и сделать это далеко не просто. Допустим, на изделии есть бурые пятна. Что это — ржавчина, кровь, кофе, чай? Если предположить, что это кровь, то распознать ее можно одной-двумя каплями 3 %-ного раствора H-jCb: на поверхности пятна он начинает пузыриться. Для определения ржавчины пятно обрабатывают 5 %-ным раствором НС1 и прикладывают фильтровальную бумагу, смоченную 50 %-ным раствором роданида калия, которая должна окраситься в розовый цвет. Если же это чай, кофе, к-расное вино, то капля 2 %-ного раствора хлорного железа на пятне становится сине-черной. Когда установлена природа пятна, действовать уже проще, потому что для каждого типа загрязнения разработаны определенные составы. Несколько слов об этих чудодейственных препаратах, точнее, несколько примеров. Для удаления жиромасляных загрязнений разработано и применяется великое множество препаратов. Один из самых простых — смесь равных объемов трихлорэтилена, ацетона и этилового спирта, так называемый «Пятно- выво ди те ль- 2». Более эффективны многокомпонентные составы, содержащие ПАВ: «Ой- лин», ЗЖМ-1, «Эдамол», «Эвапол». Вот рецептура последнего: этилцеллозольв — 8 %, перхлорэтилен — 45 %, изоамило- вый спирт — 21 %, бензиловый спирт -— 1*2 %, циклогексанон — 2 %, цикло- гексанол — 6 %, моноэтаноламид ■— 1 %, синтанол ДС-10 — 1 %, выравниватель А — 4 %. Это так называемый пятновыводитель группового действия. Он удаляет пятна масляной краски, вара, дегтя, восков, всевозможных масел, смазок, асфальта, паст для шариковых ручек, мастики, крема для обуви, губной помады, косметического крема, желтизну со всех видов тканей. Если нужно уничтожить пятно от кофе, чая, чернил, туши, фломастера, фруктов, сока, ви на, цветов, зелени и т. д., то понадобится препарат «Ката- нол»: моющее средство «Прогресс» — 15 %, синтамид-5 — 3 %, спирт изопро- пиловый — 10 %, этиленгликоль — 5 %, этилцеллозольв — 5 %, триэтанол- амин — 1 %, пергидроль 30 %-ный — 7,5 %, хлорид натрия — 1 %, трилон Б — 0,3 %, вода — 52,2 %. Пятна ржавчины и силикатов стараются удалить антиржавином, содержащим 14 % плавиковой кислоты, 1 % щавелевой кислоты, 85 % воды. Правда, после этого препарата ткань иногда изменяет цвет. Но его восстанавливают, обрабатывая обесцвеченное место аммиаком. А на очень распространенные пищевые пятна, в состав которых входят белки и углеводы, и также пятна крови, хорошо действуют ферментные препараты типа «Ферментол», «Субтинол». Последний состав более эффективен, поскольку содержит два фермента. Под действием этих препаратов загрязнение биологически разлагается и переводится в растворимое состояние. Впрочем, достаточно перечислений. Интересно и то, как сводят пятно. Одежду располагают на специальном станке, напоминающем гладильную доску ее множеством дырок на некоторых участках. Пятно обрабатывают по всем правилам соответствующим препаратом, а затем — паром и воздухом из специального пистолета. При этом через перфорацию и специальный рукав, подведенный к доске снизу, происходит постоянный отсос паров растворителей. воды. При такой обработке вокруг пятна не образуется ореол. После того как видимые пятна сведены, вещи отправляются в мойку органическим растворителем. СУХАЯ ЧИСТКА Поиски оптимального растворителя ведутся с середины прошлого века, когда будущий владелец первой химчистки опрокинул на себя банку- с керосином и понял, что это очень хорошо, потом} что грязь с одежды исчезла. Продолжаются они и сейчас, поскольку трудно подобрать вещество неядовитое, не очень горючее, неагрессивное, с хорошей растворяющей способностью и достаточно низкой температурой кипения В настоящее время используют пять различных растворителей. Самый старый и традиционный из них — уайт-спирит (очищенная фракция перегонки нефти 165—200 °С). Всем он хорош — дешев. доступен, чистит все материалы, не меняя их свойств, но легко воспламеняется (температура вспышки 33 °С) Уже более 15 лет пытаются заменит! этот растворитель на тяжелый бензин — 62
у него более высокая температура вспышки (около 61 °С). Пока проблема производства тяжелого бензина не решена. Поэтому химчистки работают чаще с хлоруглеводоро- дами — перхлорэтиленом CCl2=CCl2 (Т кип.= 121 °С) и трихлорэтиле- ном СС12=СНС1 (Т кип.= 87,2 °С). Они не горят, но имеют другие недостатки: токсичны, слишком уж хорошо все растворяют, в том числе и жир меховых изделий, замши, кожи, шерсти, некоторые ткани, содержащие хлориновые волокна, клеевые поливинилбутиральные прокладки для поролона, латексные пленки искусственного меха на трикотажной основе. Поэтому некоторым вещам, особенно синтетическим, сухая чистка противопоказана. Однажды в зале самообслуживания химчистки посетительница долго выясняла, почему нельзя чистить немецкий синтетический плед. Ей терпеливо объясняли, что плед содержит хлори- новое волокно, которое растворяется в перхлорэтилене, и что эта вещь прекрасно стирается. Хозяйка пледа не поверила компетентной работнице, улучила момент и запихнула плед в моечную камеру. Вытащила, точнее, даже не смогла вытащить, липкий ком смолы. Другой недостаток углеводородов — сравнительно высокая температура кипения. А сушка вещей при высокой температуре не всегда бывает полезна, особенно если пуговицы все-таки не спороли. Кроме того, закрепляются пятна от жиров и масел. Поэтому у перхлор- этилена имеются конкуренты — фреоны, углеводороды, содержащие фтор, например фреон-113 (CF^=CCI3). Кипит он при 47еС, значит, и вещи после мойки можно сушить при такой температуре. Кроме того, фреоны не обезжиривают натуральные материалы. Изделия с дорогими мехами, дубленки, замшевые и кожаные вещи лучше всего чистить во фреонах. Но таких предприятий у нас мало, поскольку эти соединения дороги л дефицитны. Поэтому чаще меховые изделия чистят все же в перхлорэти- 1ене, но потом проводят специальную операцию жирования. Однако не будем тбегать вперед. Химическая чистка — одна из немно- их бытовых углу г, которую можно юл учить только на государственном федприятии: в отличие от стиральных шшин, домашних машин химчистки продаже нет и не предвидится. У нас рименяют более 15 конструкций моечных машин различной емкости и производительности, но принцип их работы одинаков: одежду помещают в моечный барабан, заливают растворителем и вращением барабана перемешивают определенное время при комнатной температуре, после чего растворитель отжимают. Эту операцию проводят один, два, три раза, в зависимости от типа одежды и загрязнения. После отжима одежду сушат в том же барабане, продувая горячий воздух. Эта чистка потому и называется сухой, что вы загрузили в машину сухие вещи и сухими их вытащили. При чистке в уайт-спирите мойку, сушку и перегонку растворителя проводят в разных агрегатах. Слово «растворитель» мы употребляем с некоторой долей условности, так как значительная часть смываемых загрязнений находится не в растворенном состоянии, а в виде мельчайших взвешенных частиц. Их удаляют из растворителя непосредственно при мойке, пропуская его через фильтры с различными адсорбентами. Существует заблуждение, что достаточно какую-либо вещь обмакнуть в подходящий растворитель и все загрязнения «как рукой снимет». Это далеко не так. Для того чтобы вещь очистилась хорошо, в растворитель вводят специальные многокомпонентные добавки — усилители чистки. Они выполняют примерно ту же функцию, что и стиральный порошок при стирке: повышают растворяющую способность среды, диспергируют загрязнения и переводят их в растворитель, предотвращают обратный процесс — ресорбцию грязи на ткань, из-за которой изделия «сереют». Многие усилители содержат воду (иногда ее добавляют отдельно). В моющем растворителе она находится в так называемом «солюбилизированном» виде, окруженная молекулами ПАВ, и удаляет водорастворимые загрязнения. Наиболее ходовым усилителем у нас является состав УС-28 — смесь растворителей (изопропанола, циклогексанола, воды) и ПАВ (сульфанола, авироля, лецитина, ОП-10). Усилитель УС-28а содержит, кроме того, перекись водорода и аммиак для отбеливания. Усилители другой группы могут помимо моющего эффекта также придавать одежде мягкость, эластичность, пушистость, оживлять и освежать цвет, сообщать антистатические или бактерицидные свойства. Число их довольно 63
велико и будет расти, потому что именно применение новых усилителей, а не растворителей может повысить качество чистки. Универсального усилителя нет, хотя давно существует и с успехом применяется состав «Универсальный»: 50 % циклогексанола, 30 % синтанола ДС-Ю, 20 % катами на АБ. Этот препарат наряду с УС-28 используют также для предварительной зачистки одежды. Ведь, как правило, вещь грязнится неравномерно. Больше всего грязи собирается внизу брюк, на обшлагах, воротнике. Для того чтобы эти места очистились наравне со всеми остальными, их заранее обрабатывают, то есть предварительно зачищают щеткой, смоченной усилителем или лучше — специальным средством предварительной зачистки СПЗ-1 или СПЗ-2. Они отличаются тем, что в их состав входит также скипидар. НЕ ТОЛЬКО ЧИСТКА Наше знакомство с химчисткой подходит к концу. Осталось сказать несколько слов о влажно-тепловой обработке изделий, заменяющей всем известный процесс глажения. Основной инструмент здесь отнюдь не утюг. Одежду обрабатывают на специальных манекенах или прессах. Здесь основными рабочими агентами выступают водяной пар и горячий воздух. Несмотря на обработку водой, вещи не садятся — так рассчитаны режимы работы оборудования. Более того, на предприятиях химчистки есть даже особый вид услуг — растяжка одежды, севшей после домашней стирки. Вообще за словом «химчистка» скрываются десятки других услуг, выполняемых на этих предприятиях. Например, если вам мешает моль, проживающая в квартире, вашу одежду или ковры могут обработать противомольными препаратами. В качестве таковых выступают многие усилители химчистки, содержащие катамин АБ, например препарат «Катизол». Антистатические свойства вещам придают также многие усилители, в состав которых входит синтанол ДС-10. Часто вещи отдельно моют в растворах антистатиков «Алкамон ДС», «Триамон ПМС», «Триаминос». Точно так же вводят разнообразные водо- и грязеотталкивающие добавки, в основном кремнийорганической природы, различные мягчители и жирующие препараты. Меховые или кожаные изделия, обработанные составом «Ави- лен», содержащим песцовый или свиной жир, не потеряют свой вид даже после чистки в перхлорэтилене. Так что вашу вещь в химчистке не только не испортят, но могут придать ей улучшенные свойства. Например, сделают на брюках несминаемую складку. Кстати, это выполняют с помощью эмульсии, содержащей смолу Ф-9, поли- этилсилоксан и поливиниловый спирт. Помнится, в одной самодеятельной, популярной в прошлом песне повторялась фраза: «Мне теперь не надо гладить брюки!», прославлявшая преимущества семейной жизни. Лично я уже разучился гладить брюки. И не только потому, что у меня очень хорошая жена. Дело еще в том, что у нас развилась нужная и многообразная отрасль услуг, которую мы называем просто — «химчистка». Так что, добро пожаловать! Справочник Как обозначают способы ухода за одеждой Хж/ Возможна машинная стирка при температуре не более 60 ПС, полоскать без проверки температуры. 95" Изделие можно кипятить, стирать в машине. Полоскать без проверки температуры. \§Г Возможна машинная стирка при температуре не более 60 °С, полоскать при постоянно снижающейся температуре. Возможна машинная стирка при температуре не более 95 'С, полоскать при постоянно снижающейся температуре. Х&? Возможна машинная стирка при температуре не более 40 С, полоскать при температуре не более 40 "С. 64
7^\ Возможна машинная стирка при температуре не более 40 °С Возможна машинная стирка при температуре не более 30 °С. Стирать только вручную при температуре не более 40 °С в короткий промежуток времени. Стирать и выжимать слегка, не выкручивая. Изделие стирать нельзя. ® Можно отбеливать средствами, выделяющими хлор. Температура нижней плиты утюга не более 110° С. Изделие гладить нельзя. Химическая чистка возможна всеми общепринятыми органичес кими растворителями. Изделие можно чистить тетрахлорэтиленом (перхлорэтиленом), бензином, трифтортрихлорэтаном (фреон-ПЗ) или монофтортрихлорметаном (фреон-П). Изделие нельзя отбеливать средствами, выделяющими хлор. ® Для чистки применяются те же растворители, но при этом требуется некоторая осторожность при механическом воздействии и сушке. В Изделие можно сушить в барабанной сушилке. "'J • 1 Влажное изделие только подвешивать для сушки. /оос \ Влажное изделие для сушки раскладывать на плоской поверхности. Температура нижней плиты утюга не более 200 °С. \ Температура нижней плиты 00 А утюга не более 150°С. Химическая чистка возможна только бензином или трифтортрихлорэтаном (фреон-113), способы обработки обычные. Для чистки используют те же растворители с ограниченным добавлением воды, но требуется особая осторожность при механическом воздействии и сушке. Изделие нельзя подвергать химической чистке. 3 «Химия и жизнь» № I 65
Болезни и лекарства Сверхдозы аскорбиновой кислоты — кому и когда Доктор биологических наук М. М. ЭЙДЕЛЬМЛН В нашумевшей книге «Витамин С и здоровье» (русский перевод — 1974 г., Москва, издательство « Наука») дважды лауреат Нобелевской премии Л. Полинг предлагает постоянно принимать витамин С в больших дозах — до 10 г в день для профилактики и лечения простудных заболеваний. Этот способ не получил, однако, всеобщей медицинской поддержки. Более того, появилось много публикаций, в которых защитное действие витамина С против простудных инфекций опровергается. Короче говоря, данные противоречивы. Попробуем разобраться, в чем причина противоречий и нельзя ли примирить противоположные точки зрения. Но для этого придется сначала напомнить, как витамин С включается в организме в обмен веществ. Аскорбиновая кислота, она же витамин С, — довольно простое соединение, синтезируемое большинством живых организмов из глюкозы. Удивительнейшим образом только люди, приматы, морские свинки и некоторые индийские животные лишены ферментной системы, которая превращает глюкозу в витамин С, и потому должны получать его с пищей. Происхождение слова «аскорбиновая» общеизвестно: первый слог — это отрицание, «скорбут» — цинга. Но почему «кислота», коль скоро в этом веществе нет ни одной характерной кислотной группы? Потому, что спиртовые группы у второго и третьего углеродных атомов (соединенных двойной связью) обусловливают кислый характер, кстати, легко ощущаемый на вкус. Но гораздо важнее, что эти спиртовые группы очень легко ом - ляются, особенно в присутствии кислорода, из-за чего витамин С сохраняется в продуктах не так хорошо, как хотелось бы. Молекула аскорбиновой кислоты теряет при этом два атома водорода. Так образуется де- гидроаскорби новая кислота, еще менее устойчивая: даже в отсутствии кислорода она разрушается до веществ, уже не активных в отношении цинги. Правда, в определенных условиях, например в тонком кишечнике, она может вновь восстановиться в аскорбиновую кислоту, однако при хранении продуктов и при их обработке витамин С разрушается необратимо. Это простое соединение имеет замечательное свойство: его можно найти в самых разных пунктах обмена веществ — всюду, где в клетках идут окислительно- восстановительные реакции. Например, для синтеза коллагена (белка соединительной ткани) нужен оксипро- лин, который образуется из аминокислоты пролина при участии аскорбиновой кислоты. Если в пище нет витамина С, то соединительная ткань разрыхляется, десны перестают удерживать зубы, а стенки кровеносных капилляров становятся ломкими. Из множества функций аскорбиновой кислоты выделим те, которые имеют прямое отношение к концепции Л. Полинга. Многие авторы (в частности, группа харьковских исследователей во главе с членом-корреспондентом АН УССР А. М. Утевским) установили, что аскорбиновая кислота необходима для образования и обмена гормона адреналина в мозговом слое надпочечников и его предшественника — норад- реналина, который синтезируется также в нервных окончаниях симпатической нервной системы (там он служит передатчиком импульсов) . Аскорбиновая кислота нужна и для образования стероидных гормонов в коре надпочечников (с этим ее свойством связывают повышение устойчивости к холоду при приеме витамина С). Упомянутые звенья регу- ляторных систем участвуют в реакции организма на стрессорные воздействия, в той реакции, которая позволяет приспособиться к изменившимся условиям внешней и внутренней среды. Так^ мобилизация адреналина из надпочечников усиливает работу сердца, заставляет сужаться большинство сосудов, увеличивает содержание в крови главного энергетического материала — глюкозы, ускоряет свертываемость крови (это важно в случае ранений); все это — защитная реакция против опасности. Теперь представьте себе, скажем, морскую свинку, которая долгое время не получала витамина С. Ей ввели адреналин — но ни один фактор защиты как следует не сработал. Если же цинготной морской свинке непосредственно перед адреналином ввести аскорбиновую кислоту, то реакция будет почти такой же, как у здорового животного. Следовательно, большие дозы аскорбиновой кислоты усиливают функцию симпа- тоадреналовой системы, а именно это и требуется организму при стрессах, в том числе при простудном заболевании. Но что будет, если здоровый человек станет долго и постоянно принимать сверхдозы аскорбиновой кислоты? Деятельность симпатоадреналовой системы поначалу, конечно, усилится, но потом организм мобилизует те звенья регуляции, которые приводят обмен веществ к норме. Всплеск постепенно угаснет, более того, организм, не тер- 66
пящии сверхмерных поступлений веществ (в том числе аскорбиновой кислоты), примет меры к удалению излишка — либо откладывая в запас (жиры, глюкоза), либо разрушая избыточные количества веществ. Последнее и происходит с витамином С... Ленинградский профессор Н. Н. Яковлев заметил, что во время блокады цингой чаще заболевали те люди, которые потребляли до войны достаточно много витамина С. По-видимому, у них был уже выработан стереотип большего выделения и разрушения аскорбиновой кислоты. Возможно, примерно то же наблюдали исследователи, которые так и не обнаружили различий в частоте простудных заболеваний у людей, получавших длительно аскорбиновую кислоту в больших дозах и в обычных количествах: организм успевал расправиться с увеличенной дозой. новой кислоты в виде таблеток или порошка, через четыре часа еще столько же — и так в течение первых суток (есть сведения о том, что аскорбиновая кислота активирует действие человеческого интерферона, который защищает нас от вирусов). Если эффект налицо, то лечение продолжают и в последующие сутки A г аскорбиновой кислоты 4—5 раз в день), а затем в течение нескольких дней постепенно снижают дозы до обычных. Но — внимание! — если после первых суток приема аскорбиновой кислоты лучше не стало, то это значит, что патологический процесс зашел уже далеко, защитные барьеры дали «сбой» и физиологическое лекарство — витамин С тут уже бессилен. В таком случае принимают обычные лекарственные npe^i параты, несколько увеличив, однако, по сравнению с обычными дозы аскорбиновой кислоты: ацетилсалициловая кислота (аспирин), сульфаниламиды, барбитураты и некоторые другие лекарства увеличивают выде^ Теперь — некоторые практические выводы из сказанного. Первый из них очевиден: здоровые люди должны потреблять аскорбиновую кислоту в согласии с нормами, разработанными Институтом питания АМН СССР, то есть в среднем от 50 до 100 мг в день*, причем желательно не в виде аптечного препарата, а в составе пищевых продуктов: некоторые пищевые вещества улучшают усвоение даже малых количеств витаминов. Иное дело, когда в организм проникла инфекция. При первых же признаках п ростуды целесообразно принять 1 —1,5 г аскорби- чЧ. •ж * Более точные сведения (для лиц разного возраста, пола и характера труда) приведены в «Химии и жизни», 1983, № 12, с. 64—66.— Ред. :Ж^-^ 1Ш Ш
ление аскорбиновой кислоты с мочой. Не увлекайтесь только витамином С, помните и о других витаминах! Если повседневная пища в * это время года ими не богата, воспользуйтесь драже типа «Дека- мевит», «Ундевит» и т. п. — что посоветует врач. Они содержат и витамин С, правда, не в очень больших дозах @,075—0,2 г); впрочем, витамины в комплексе усиливают действие друг друга. Всем ли рекомендован такой способ борьбы с простудными заболеваниями? К сожалению, не всем. Из литературы известно, что аскорбиновая кислота, принятая в больших дозах, может вызвать неблагоприятные последствия (см., например, книгу Т. Н. Яковлева «Лечебно-профилактическая витаминология». Л.: Медицина, 1981). Многие данные о неблагоприятном действии аскорбиновой кислоты были получены на животных, которые способны ее синтезировать (на крысах, кроликах, цыплятах). Естественно, что для ни х бол ьш ие дозы был и сверхбольшими, вызывающими стресс: чтобы у таких животных сохранился нормальный уровень витамина С, должен перестроиться биосинтез аскорбиновой кислоты. Отрицательные эффекты наблюдались либо после длительного применения аскорбиновой кислоты в больших дозах, либо в том случае, если препарат вводили внутривенно или внутримышечно, —- тогда во внутреннюю среду организма поступает сразу много аскорбиновой кислоты. Кроме того, наблюдается (хотя и очень редко) индивидуальная непереносимость, даже при приеме внутрь. Во всяком случае, сверхдозы аскорбиновой кислоты не рекомендованы беременным женщинам — в те периоды беременности, когда прерывание ее опасно. Напротив, для профилактики перенашивания, за 10 дней до предполагаемого срока родов, врачи успешно применяют витамин С — по 1 г в день, вместе с витамином Р. В медицинской литературе появлялись немногочисленные сообщения о том, что после приема больших доз аскорбиновой кислоты могут образоваться мочекислые и оксалатные камни в мочевых путях. Однако эти данные не получили весомого подтверждения и сейчас оспариваются. И все же, осторожности ради, сверхдозы витамина С не стоит употреблять тем, у кого есть склонность к камнеобразо- ванию. Сведения о повышении артериального давления и свертываемости крови после применения больших доз витамина С также оспариваются. В частности, наши наблюдения (совместно с клиницистами) показали, что аскорбиновая кислота нормализует эти (а также некоторые другие) физиологические показатели: повышает чрезмерно низкие значения и, напротив, понижает чрезмерно высокие. Это связано, как уже говорилось, с воздействием витамина С на симпатоадреналовую систему. И во всяком случае (тут мнения клиницистов и экспериментаторов совпадают), неблагоприятные последствия сверхдоз аскорбиновой кислоты временны, они исчезают без следа, после того как ее количество, особенно при приеме внутрь, снижено до обычной медицинской нормы. Разумеется, если большие дозы аскорбиновой кислоты вызывают ощущение неблагополучия, необходимо сразу же, независимо от всего прочего, снизить их. С осторожностью следует принимать высокие дозы витамина С, даже кратковременно, пожилым людям: у них ослаблены компенсаторные механизмы, в том числе защитная функция пищеварительной системы, которая в значительной мере предохраняет внутреннюю среду от возможных последствий передозировки веществ. Вместе с тем при старении повышается чувствительность к нехватке витаминов, а она, к сожалению, субъективно не ощущается и, следовательно, трудно контролируется. Поэтому ежедневно надо заботиться о витаминной полноценности рациона; тут аптечный препарат должен быть подспорьем, а главная роль отводится свежим и замороженным овощам и фруктам, отвару шиповника и т. п. Белорусские специалисты рекомендуют повышать устойчивость организма к гриппу и острым респираторным заболеваниям, принимая внутрь по одному разу в день в течение 10 дней 0,5 г аскорбиновой кислоты и 0,02 г дибазола («Здравоохранение Белоруссии», 1978, № 7, с. 45—48). Было замечено, что эти вещества стимулируют выработку интерферона. Дозу аскорбиновой кислоты в данном случае тоже можно считать «ударной», поскольку она в 5—10 раз превышает обычную и принимается в один прием. Заметим, наконец, что резко повышенные дозы аскорбиновой кислоты назначают иногда и при других заболеваниях — инфекционных и неинфекционных. Некоторые клиницисты рекомендуют витамин С при туберкулезе C г внутрь), дифтерии, тифах и скарлатине (внутримышечно или внутривенно по 0,3—0,6 г), стоматите (до 3 г внутрь) и т. д. Обзорные сведения, здесь приведенные, дают основание заключить, что аскорбиновая кислота (вместе с другими витаминами) должна быть непременным компонентом профилактики и лечения многих заболеваний. Не секрет, однако, что врачи, прописывая необходимые лекарства, забывают иногда предупредить больного о том, что надо одновременно принимать и витамины — чтобы повысить защитные возможности организма. При заболеваниях витамины нередко расходу- 68
ются в повышенных количествах, а значит, нужно увеличить их потребление. Увеличение расхода может быть вызвано и некоторыми терапевтическими приемами, и лекарствами, например такими, которые вызывают усиленное потоотделение: водорастворимые витамины, к которым относится и витамин С, выводятся из организма с потом. Конечно, выбор точных доз — это дело лечащего врача. Но когда вы чувствуете, что простудились, при первых же признаках недомогания (и если упомянутые выше противопоказания к вам не относятся), попробуйте все же принять аскорбиновую кислоту по рекомендованным схемам еще до прихода врача. И, пожалуйста, не разочаровывайтесь, если это лечение не помогло. Скорее всего вы просто- напросто опоздали начать его. Но при следующей простуде (пусть она вас минует) не упустите момент... Консультации Загар под лампой Можно ли использовать ртутные лампы ДРЛ для дезинфекции комнаты < как бактерицидные лампы) и для лечебных целей? И. В. Брискин, Борислав, Львовской обл. Ртутно-кварцевыми лампами можно дезинфицировать помещение, однако при этом в комнате никого не должно быть; после облучения откройте окно или форточку: во время работы лампы в воздухе накапливаются вредные вещества (озон, окислы азота). Применять эти лампы в лечебных целях без рекомендации врача нельзя: можно обжечь кожу, кроме того, интенсивные ультрафиолетовое облучение многим людям противопоказано. (Некоторые сведения о действии ультрафиолета на человека помещены в статье, опубликованной в июльском номере «Химии и жизни» за 1982 г.) Ленинградский институт физиотерапии разработал методику облучения отраженной радиацией, которая годится даже для детей зимой во время «ультрафиолетового голода». Ртутно- кварцевую лампу устанавливают на расстоянии 1—1,5 м от потолка; под лампой помещают обычный рефлектор, направленный вверх. Отраженный от потолка свет сильно рассеян, поэтому не опасен для глаз. И все же не следует смотреть на яркое пятно на потолке и уж ни в коем случае на горящую лампу. В первый день под лампой загорают 5 минут, во второй — 10 минут и т. д.— до 40 минут. Курс длится 20 дней. Помещение после облучения проветривают. Как покрасить деревянное изделие Объясните, пожалуйста, чем надо обработать деревянное изделие, чтобы оно стало черным. Как вообще можно изменить цвет дерева, не прибегая к масляным краскам? О. Иванов, Волгоград В домашних условиях деревянное изделие можно покрасить самыми простыми красителями, например опустить его в отвар луковой шелухи, в крепко заваренный чай, покрыть морилкой. Красивый цвет получается при обработке дерева водными растворами различных солей. Раствор надо готовить в стеклянной или эмалированной посуде, воду желательно взять мягкую. Изделие предварительно увлажняют, а потом тампоном или кистью наносят раствор соли. Окраска получится более равномерной, если изделие подержать в растворе от 5 до 20 минут, в зависимости от требуемой глубины обработки. Небольшие изделия из дуба, ивы или бука легко окрасить парами нашатырного спирта. На дио эмалированной посуды наливают немного спирта, ставят подставку, а на нее — изделие (оно не должно касаться жидкости). Посуду плотно закрывают крышкой, которую желательно для большей герметичности обмотать по окружности изоляционной лентой. Через 3 — 6 часов дерево приобретет приятный коричневый цвет. Серый цвет можно получить, подержав дерево в растворе уксуса, в котором несколько дней лежали ржавые гвозди. Окрашенное дерево хорошо покрыть нитроцеллюлозным лаком. Его наносят вдоль волокон тампоном или мягкой кистью. После просушки первый слой лака слегка шлифуют мелкозернистой наждачной бумагой, затем наносят второй слой тампоном, смоченным смесью равных количеств нитролака и политуры. ЦВЕТ ДЕРЕВА ПОСЛЕ ОБРАБОТКИ РАСТВОРОМ СОЛИ Раствор соли Береза Дуб Бук Железный купорос, 4—5 %-ный Темно- Серый Иссини- Черный Темно-серый серый черный Железный купорос, 1 % -ный Светло- Жел- сирене- тый вый г Серый Светло-ко- е1 ричневый серый Двухромо- вокислый калий, 3 % -ный Зелено- Жел- желтый товато коричневый Светло- корич- Оливко- Желто-зо- во-ко- лотистый ричневый Хлорное железо, 1 % -ный Темно- Темно- Синевато- Серый Серо-корич- серый серый серый невый 69
3%>.t ♦ ■J* ч • * 4 v r<:<\
В декабрьском номере за 1982 г. «Химия и жизнь» напечатала мою статью «Мы сбиваем сосульки с крыш» — о том, как бороться с обледенением кровель с помощью электроимпульсных противооб- леденительных систем (ЭИПОС). Эта публикация вызвала многочисленные отклики и запросы, и не только от организаций, которые занимаются эксплуатацией зданий. Обледенение, примерзание и прилипание различных веществ к твердым поверхностям встречается гораздо чаще, чем хотелось бы, а удалять такие наслоения всегда непросто. Все, кто обратился к нам (в лабораторию ЭИПОС Научно-исследовательского института приборостроения Гос- комгидромета СССР) получили консультации. Однако в последнее время появились новые системы такого рода, прежде всего для очистки технологического — в том числе химического — оборудования; впрочем, и в борьбе с оледенением последнее слово еще не сказано. Это и побудило меня вернуться к теме, ПОЛЕЗНАЯ РАЗМИНКА? По служебным делам я часто бываю на заводах, стройках, в морских портах. И наблюдаю там, как: молодая женщина, покинув пульт управления и взобравшись на табурет, стучит деревянным молотком по жестяным трубам, в которых опять застрял крахмал (Москва, консервный завод); здоровый парень, закрыв лицо респиратором, лезет с кувалдой в руках через кучи руды к вагону-думпкару, чтобы очистить его от остатков руды (Магнитогорск, металлургический завод); команда траулера, разбившись на группы в соответствии с авральным расписанием, скалывает лед ломами и лопатами с мачт, бортов и надстроек — впрочем, дружно и весело, несмотря на двадцатиградусный мороз (бухта Ольга, Японское море). Полезная разминка? Один из руководителей института, занимающегося механизацией во флоте, сказал мне прямо: «Зачем нам противо- обледенительные системы? Рыбаки и без них прекрасно скалывают лед, есть инструкции, есть меры безопасности. Проблем механизации тут не существует». Ну а шторм зимой? Знаю на собственном опыте. Палуба не держит, впору На снимке — обледеневшая обшивка в момент импульсного воздействия только в каюте лежать, волны накрывают судно до надстроек, норовя смыть любого, кто попытается сколоть лед. А его необходимо удалять, иначе корабль может опрокинуться. Или Норильск в январе — предложил бы я своим оппонентам полезную физическую разминку на кровле... Конечно, это экстремальные условия, обыденная практика далеко не так сурова. Но, во-первых, нельзя забывать и про особые случаи, а, во-вторых, похожи ли кувалда и лом на орудия прогресса? На любом предприятии, где имеют дело с сыпучими веществами (химическом, пищевом, цементном и т. п.— таких заводов в стране тысячи), рядом с автоматическими дозаторами и хорошо продуманными транспортерами лежат все те же дедовские инструменты. Точнейшие весы дозатора становятся бессмысленными, если к ним прилипает сыпучий продукт. Транспортные магистрали и бункеры хранят визитные карточки ударных инструментов — заплаты и вмятины. Против фи зи ко химии не пойдешь, есть у порошков такое свойство — примерзать, прилипать... Мы, инженеры, заставляем многие тысячи людей брать в руки кувалды, шуровки, лопаты и заниматься тяжелым (пусть даже не опасным) физическим трудом. К сожалению, есть известное пренебрежение к вспомогательным процессам, особенно там, где невозможно получить престижный экономический эффект. А социальные мотивы? И вот неуважение к ним оборачивается против нас самих: конструкторов, которые умеют проектировать добротные автоматические системы для сложных и сверхсложных условий (даже для работы на других планетах!), все чаще можно видеть в подшефных и основных производствах. Что они там делают — проектируют, придумывают, анализируют? Нет, очищают, перемещают, стучат, подметают, отковыривают... С НЕБА НА КРЫШУ Электроимпульсионные методы очистки появились сначала в авиации. Летчики, в отличие от моряков, не имеют возможности очищать свой корабль от льда на ходу. Нужно как-то обогревать обшивку самолета, пусть и не всю, а самые ответственные ее участки. И все равно цена комфорта очень высока: электрические нагреватели потребляют до 25 кВт на квадратный метр поверхности, а воздушно-тепловые системы, которые подводят 71
<н Классическая схема дистанционной электроимпульсной системы; три основных ее элемента — накопитель электрической энергии, возбудитель импульсов силовой деформации (соленоид) и ключ-разрядник (тиристор). При разрядке конденсатора катушка генерирует короткий -мощный импульс. он индуцирует вихревые потоки в проводящей стенке (если она непроводящая, за ней помещают металл). Сила отталкивания между первичным током и током, индуцированным в стенке, разрывает пленку льда или другого вещества к обшивке тепло от моторов, съедают около пятой части мощности реактивных двигателей. Но и этого не всегда достаточно... Альтернатива нагреву — механическое воздействие: растяжение, сжатие, изгиб пластин со льдом, ультразвуковая и низкочастотная вибрация. Все это было исследовано, прежде чем выкристаллизовалась идея импульсной очистки — встряхивания поверхности короткими резкими импульсами, продолжительностью в тысячные и даже десятитысячные доли секунды. Интенсивная и скоростная деформация создает мгновенные перегрузки и разрушает связь загрязняющего вещества с поверхностью. Очень важно, что импульсы можно возбуждать без прямого контакта с поверхностью, на расстоянии, используя электромагнитное поле. По обшивке проходят волны деформации, и при небольшом наклоне поверхности (или под действием воздушного потока) перегрузка, сопровождающая волну, как бы подметает поверхность. Принцип импульсной очистки проиллюстрирован здесь рисунком. А срабатывает система на самолетах автоматически, по команде от сигнализатора обледенения: за несколько минут включаются поочередно около сотни соленоидов, размещенных с внутренней стороны обшивки, и цикл повторяется. Авиационный вариант ЭИПОС удаляет лед при крайне низких температурах, при обледенении любой интенсивности. Но главное — экономичность: система, установленная на огромном аэробусе ИЛ-86, потребляет от бортсети всего 2 кВт! С самолетов мы спустились несколько ниже — на крыши домов; но об этом только напомню, потому что подробности были в предыдущей статье. Добавлю лишь, что недавно я был на старом Арбате в оттепель и сосулек, угрожающих прохожим, уже не видел: на кровлях появились системы очистки от наледи. Похоже, что сделанное в журнале предупреждение относительно арбатских сосулек возымело действие; да и вообще в Москве все больше домов очищают от льда не ломом, а электрическими импульсами. А теперь с крыш опустимся на землю. НЕ ТОЛЬКО НАЛЕДЬ К нам в лабораторию обратились разработчики распылительных сушилок. Это весьма распространенный аппарат, в нем готовят стиральные и керамические порошки, сухое молоко, медицинские препараты и многое другое. Разработчики жаловались на то, что вибраторы Возбудитель импульсов деформации крайне прост — это соленоид диаметром 5 см и весом 75 г: однако он может развивать силу в сотни килограммов и очищать дюралевые или стальные конструкции толщиной до 3 мм. Другие возбудители (создана уже целая серия) могут очищать и втрое более толстые стенки в сушильной камере, призванные стряхивать налипший порошок, неэффективны, а чем их заменить — неясно, потому что температура свыше двухсот градусов и требования к материалам очень строгие. Мы сделали систему очистки. Круглосуточно, с циклом в 20 секунд, она удаляет со стенок площадью 20 м~ порошок, например молочный. За один импульс очищается 99 % поверхности (заметьте: не за час, и даже не за минуту!), а энергии вся система потребляет столько, сколько не очень яркая, сорокаваттная лампочка. 72
Отчего же такая экономичность? Оттого, что энергия тратится не постоянно, она накапливается в паузах между импульсами. И еще благодаря тому, что источники импульсного силового воздействия включаются один за другим, по *аданной программе. Результат налицо... На нескольких комбинатах (одни из них изготовляют молочные, другие — стиральные порошки) импульсные системы уже работают. В принципе они пригодны для очистки оборудования от любых веществ, причем прямо в ходе процесса — никаких остановок не требуется. А диспетчеры и аппаратчики могут не прибегать к физической разминке с молотками в руках. Мы решили попробовать силы и на бункерах, самых распространенных устройствах для загрузки веществ. Практически независимо от конструкции во всех бункерах вещества прилипают к стенкам и зависают, образуя свод. Иногда для очистки ставят вибраторы, несколько реже используют сжатый воздух, но чаще орудуют все теми же молотками и кувалдами. Мы ставили эксперименты с углем, крахмалом, мукой. Бункеры были самые разные, но во всех случаях электронная, О v 9 ' ГДГПППГ|ПППП Аппарат, удаляющий со стенок молочный или стиральный порошок, потребляет только 0,04 кВт • ч электроэнергии но небольшие установки (хотя вот уже 6 лет на Череповецкой ГРЭС успешно работает наша система для борьбы с зависанием сырого угля на бункерах). Мы накапливаем опыт и хотим привлечь к нему внимание тех, кто работает с твердыми сыпучими продуктами. И по-прежнему готовы предоставить заинтересованным организациям необходимую информацию и, если возможно, помочь советом и делом. Можете обращаться к нам чере г «Химию и жизнь» или напрямую: 125124, Москва, ул. Марины Расковой, 20, НИИ приборостроения Госкомгидро- мета СССР, лаборатория ЭИПОС. Кандидат технических наук И. А. ЛЕВИН Xf*e м*&сЫ*с***л^ Система может включать множество соленоидов, подавая на них импульсы по программе если позволите так сказать, кувалда чистила не хуже железной, не оставляя на стенках ни малейших повреждений. Конечно, было бы рано утверждать, будто ЭИПОС применяется в больших масштабах для очистки крупных объектов. Напротив, пока это преимуществен- 73
КЛУБ ч>НЫЙ чМИК Каждому из вас приходится иногда выучивать громоздкие формулы или правила. Порой эта задача бывает трудноватой. В некоторых случаях на помощь приходит мнемоника, что на греческом языке означает «искусство запоминания». Заключается оно в том, что для формулы, правила или определения, которые надо запомнить, подбирают наглядную или смешную ассоциацию. Попробуйте, например, в строгом порядке перечислить все цвета радуги. Сразу и не сообразишь, какой цвет за каким следует. А если запомнить простую фразу: «Каждый охотник желает знать, где сидит филин», то построить радугу не составит труда. Название цвета начинается с той же буквы, что и слова в этой фразе: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Услугами мнемоники пользуются и студенты. Во многих задачах, технологических проектах часто приходится рассчитывать гидродинамический критерий Рейнольдса. Его формула не столь уж громоздка, но запоминается плохо: Re==V' d- p/\x, где V—скорость движения жидкости, d — диаметр трубы, р — плотность потока, |х — вязкость. Давайте прочтем эту формулу: вэдэро на мэ. Не правда ли, созвучно с «ведро на метро»? Столь длинное вступление будет вам подсказкой. А задание такое. Попробуйте решить две задачи: химическую и физическую. Вместе они даны не случайно: физическая помогает решить химическую. Но как? Это и предстоит вам установить. Задача 1. Определите, какое количество 12 %-ного раствора бромистого калия надо прибавить к 80 г 30 %-ного раствора, чтобы концентрация полученного составила 24 %. Задача 2. В шлюзе № 1 длиной 160 метров вода находится на отметке 10 м. Высота стенок шлюза 15 м. В соседнем шлюзе длиной 220 метров вода находится на отметке 18 м. Ширина шлюзов одинакова. Можно ли выпускать воду из второго шлюза в первый? (Решение — на стр. 78) 74 Клуб Юный химии
(Ответ на вопрос, напечатанный в № 12 за прошлый год) Раньше огонь добывали так. Высекали искры, ударяя стальным или железным кресалом (огнивом) о кремень. Искры падали на трут, и он начинал тлеть. Что же это за штука — трут? Заглянем в «Толковый словарь живого великорусского языка» В. Даля: «ТРУТИТЬ — гнести, жать, давить, тереть, мозолить (от тереть, тру)... Трутить тряпицу, истомить ее на огне, в закрытом сосуде, обратить в тлен, пережечь, не давая сгореть в пепел; это крестьянский трут, тру- ченая тряпица, ветошный трут, который держат в ко- Вы собрались написать письмо, например к нам в редакцию. Что же, дело обычное: лист бумаги, ручка и чернила. Теперь представим, что дома нет чернил, шариковых ручек. Как поступить в этом случае? Ждем ваши письма с ответом, написанные чернилами, приготовленными из чая и ... К. К. робочке с крышкой; огонь присекают так, чтобы искры на трут сыпались; засветив .серничек (так называли легко воспламеняющиеся тонкие деревянные палочки, пропитанные серой. — К. К.), гасят трут (тлен) крышкою... Трут, губа, губка березовая, род гриба, растущего на гнилых пнях, Polyporus». Итак, трут — это материал, начинающий тлеть от упавшей искры. Трутом служили и птичий пух, и хорошо просушенный мох, и особый гриб-трутовик. Многие с этим грибом знакомы, он довольно часто встречается в лиственных лесах. Растет обычно на сухостое, на упавших стволах или пнях, но может поражать и живые деревья, особенно березу. С виду молодые грибы напоминают наплывы на стволах деревьев. С возрастом верхняя часть гриба уплотняется, превращаясь в твердую корку. Но нижняя часть трутовика очень пористая, состоит из массы тонких трубочек. Именно эту природную губку и использовали в качестве трута. Приготовить трут из гриба несложно: отделяют острым ножом пористую трубчатую часть и хорошенько ее просушивают. Трут будет легче воспламеняться, если пропитать его селитрой — прокипятить пять- десять минут в 3—5 %-ном растворе KNO.J. Вынимают трут из остывшего раствора, когда кусочки губки, пропитавшись жидкостью, погрузятся на дно сосуда. Теперь их надо высушить на солнце или в сушильном шкафу, и трут готов. Ну, а «присечь огонь» на него можно с помощью самодельного огнива. Камешек для зажигалки заменит кремень, а вместо кресала отлично подойдет напильник с не очень крупной насечкой. Ударять таким кресалом по кремню нет необходимости. Достаточно с небольшим нажимом провести напильником по камешку, и появится целый сноп ярких искр. Сделать это удобнее, если предварительно закрепить камешек в зажиме цангового карандаша. Кусочек трута, слегка распушенный, надо держать вплотную к кремню, иначе искры будут гаснуть, не долетев до него. Вот так получали огонь еще совсем недавно, каких-то 150—180 лет назад, пока не распространились по миру спички. Однако трут может и сейчас сослужить добрую службу. Трудно зажечь спичку, развести костер на сильном ветру. А труту любой ветер нипочем, только жарче огонь раздувать будет. Kj" " ' 1Л-ГН1 1И 75
40 лет назад, 9 мая 1945 года, была одержана историческая победа над фашистской Германией. 750 лет назад, ок. 1235... Родился Раймунд Луллий (погиб ок. 1315 в Африке), философ и писатель, создатель каталанской литературы, изобретатель «логической машины». Луллию приписывают множество алхимических сочинений, но он был врагом алхимии. 450 лет назад, в 1535... По приговору королевского суда в Лондоне казнен Т. Мор (род. 1478), гуманист и государственный деятель, основоположник утопического социализма. 350 лет назад, в 1635... Родился Р. Гук (ум. 1703), английский естествоиспытатель, изобретатель и архитектор. Усовершенствовал микроскоп и барометр, открыл основной закон теории упругости, предвосхитил закон всемирного тяготения Ньютона, первым отметил сходство между дыханием и горением. 310 лет назад, в 1675... Датский астроном О. Рёмер A644—1710), наблюдая затмения спутников Юпитера, сумел определить скорость света. Его результат (около 320 тыс. км/ч) лишь незначительно отклоняется от современного. 260 лет назад, в 1725... Русский ученый, дипломат и государственный деятель А. П. Бестужев-Рюмин A693—1766) нашел, что растворы некоторых солей железа изменяются под действием света. Одно из первых наблюдений светочувствительности. 250 лет назад, в 1735... Шведский натуралист К. Линней A707—1778) издал сочинение «Система природы», которым заложил основы современной классификации животных и растений. 240 лет назад, в 1745... Немецкий химик А. Маргграф A709—1782) обнаружил, что ртуть образует с уксусной кислотой две соли. Один из первых доказанных случаев переменной валентности металла. 230 лет назад, в 1755... Открыт Московский университет. 76 " пуо гОныи химии
225 лет назад, в 1760... Родился А. А. Мусин-Пушкин (ум. 1805), русский химик, минералог и государственный деятель. Открыл хромовые квасцы, изобрел способ получения ковкой платины. 200 лет назад, в 1785... Родился Т. Гротгус (ум. 1822), прибалтийский физик и химик, автор первого закона фотохимии («закон Гротгуса»). 180 лет назад, в 1805 г., впервые объяснил, почему вода разлагается электрическим током, допустив распад ее полярных молекул на заряженные частицы. Родился У. Праут (ум. 1850), английский врач и химик. 170 лет назад, в 1815 г., высказал гипотезу о том, что в составе любых атомов содержатся атомы водорода. Французский химик К. Бертолле A748—1822) применил хлор («окисленную соляную кислоту») для промышленного отбеливания полотна, воска и бумажной массы. 175 лет назад, в 1810... Родился Н. И. Пирогов (ум. 1881), один из создателей современной научной хирургии, герой обороны Севастополя A855). По Пирогову, война — это «травматическая эпидемия». 170 лет назад, в 1815... Английский химик и физик Г. Дэви A778—1829) изобрел безопасную рудничную лампу с металлической сеткой вокруг пламени. Тогда же одновременно с П. Дюлон- гом A785—1838) предложил водородную теорию кислот. 160 лет назад, в 1825... Ученик Дэви М. Фарадей A791—1867) выделил из жидких остатков светильного газа жидкость, впоследствии названную бензолом. Принятая ныне формула этого важнейшего углеводорода была предложена 40 лет спустя А. Кекуле A829—1896). Французский химик М. Шеврель A786—1889) запатентовал способ изготовления стеариновых свечей, не оплывающих и не чадящих при горении. Это достижение называли революцией в освещении. 150 лет назад, в 1835... На улицах Петербурга введено газовое освещение. 130 лет назад, в 1855... Р. Бунзен A811—1899) изобрел газовую горелку, поныне применяемую в химических лабораториях. 120 лет назад, в 1865... Л. Пастер A822—1895) разработал способ консервирования продуктов, получивший название «пастеризация». 20 лет спустя, в 1885 г., он же сделал первую прививку от бешенства. Французский химик А. Руссиль заметил, что роданистая ртуть сильно вспучивается при горении. На основе этого наблюдения проделан популярный опыт «фараонова змея». 110 лет назад, в 1875... К. А. Винклер A838—1904) разработал контактный способ промышленного получения серной кислоты. Ф. М. Барбер (США) изобрел углекислотный огнетушитель. 100 лет назад, в 1885... Родился Н. Бор (ум. 1962), датский физик, разработавший A913) «планетарную» модель атома; один из создателей квантовой теории, активный борец за мир. Родился Д. Хевеши (ум. 1966), венгерский физик, разработавший метод изотопных индикаторов («меченых атомов»); ныне меченые атомы применяются почти во всех отраслях науки и народного хозяйства. Клуб Юный химик 77
Французский инженер И.де Шардонне A839—1924) разработал способ получения волокон из нитроцеллюлозы. Производство «шелка Шардонне» — первого волокна искусственного происхождения — началось 5 лет спустя. 90 лет назад, в 1895... A. С. Попов A859—1905) изобрел «грозоотметчик» — первый в мире радиоприемник. B. К. Рентген A845—1923) открыл лучи, названные его именем. 80 лет назад, в 1905... А. Эйнштейн A879—1955) разработал специальную теорию относительности и вывел формулу, выражающую эквивалентность массы и энергии (Е=т • с2); создал теорию броуновского движения. А. Е. Арбузов A877—1968) открыл универсальный способ синтеза фосфорорганических соединений, ныне широко применяемых в сельском хозяйстве и медицине. 75 лет назад, в 1910... C. В. Лебедев A874—1934) получил синтетический каучук (СК) из дивинила. 20 лет спустя, в 1930 г., организовал на этой основе в СССР первое в мире промышленное производство СК, приближающегося по свойствам к натуральному. 60 лет назад, в 1925... Чехословацкий химик Я. Гейровский A890—1967) построил первый прибор для точной записи тока, проходящего через раствор, в зависимости от потенциала электрода — создал полярографию, ныие один из самых распространенных методов физико- химического исследования и анализа. 35 лет назад, в 1950... Доказано, что при действии электрического разряда на смесь газов, сходную с первичной атмосферой Земли, образуются аминокислоты — вещества, из которых синтезируется белок (Г. Юри, род. 1893). 25 лет назад, в 1960... Советский физикохимик В. И. Гольданский (род. 1923) предсказал способность некоторых атомных ядер распадаться с одновременным выделением двух протонов. Этот, пятый из ныне известных, вид радиоактивного распада был обнаружен на опыте в 1983 г. Составил В. ЗЯВЛОВ (См. стр. 74} Казалось бы, задача на сообщающиеся сосуды не имеет ничего общего с задачей на разбавление и смешивание растворов. Однако это не так. Математические расчеты мы здесь приводить не будем — они достаточно просты, а поговорим о принципе решения. Задачи на смешивание растворов не входят в школьный курс химии. Но ребята решают их на занятиях химического кружка и самостоятельно, потому что соответствующие расчеты бывают необходимы для многих практических работ. Легко показать, что концентрация раствора х, полученного смешиванием двух растворов, определяется формулой _ac+bd х— c+d ' где а и b — процентные концентрации растворов, end — соответствующие весовые количества. После элементарных преобразований переходим к соотношению _с_ х—b d a—х 78 Клуб Юный химик
Это соотношение иллюстрирует так называемое правило креста, дающего формальную схему расчета для задач на смешивание растворов. В данном случае она будет выглядеть так: а Ч X; {^^^J Подставив в эту схему значения a, b и х (они даны в условии), легко получить значения end. Для этого надо провести операции вычитания в соответствии с направлением стрелок. Получим, что d=a—х=6, с=х—b=12, то есть весовые количества двух смешиваемых растворов относятся как 2 к 1. Следо- д вательно, к 80 г 30 %-ного раствора соли надо добавить 40 г 12 %-ного раствора, что и требовалось определить. Правилом креста пользуются тысячи химиков. Его можно найти едва ли не в каждом химическом справочнике. Посмотрим, однако, с помощью каких слов авторы справочника доводят смысл правила до сознания читателей: «Заданная концентрация раствора пишется в месте пересечения двух линий, а концентрации исходных растворов — у концов обеих линий слева. Затем для каждой линии производится вычитание одного стоящего на ней числа из другого и разность записывается у свободного конца той же линии. Направление вычислений указывается стрелками. Полученные числа располагают у концов соответствующей линии справа. Они указывают, сколько единиц массы каждого раствора следует взять, чтобы получить раствор с заданной концентрацией» (Краткий справочник по химии. Киев: Наукова думка, 1974, с. 798). Не правда ли, довольно длинное описание? Того и гляди запутаешься — где что записывается и что из чего вычитается (особенно если правилом пользуются от случая к случаю). Нужна образная и наглядная аналогия. И она есть — это шлюз. Вот мы и подошли к решению второй задачи. Обозначим буквами а и b исходные уровни воды в шлюзах, имеющих длины соответственно end. Учитывая, что количество воды в шлюзах остается неизменным, а их ширина одинакова, конечный уровень воды определяется высотой х прямоугольника со стороной (c+d), площадь которого равна сумме площадей прямоугольников со сторонами а и с, b и d (см. рис.). В математической записи это будет выглядеть так: x(c+d)=ac+ + bd. Отсюда легко перейти к уже знакомой нам формуле ac+bd Она и будет решением этой задачи. (Г~ Из рисунка легко получить и правило креста. В самом деле, площади прямоугольников L и N равны, то есть (а— —х)с=(х—b)d, или -^=^=^ . Разумеется, правило креста можно зазубрить механически, а если оно все же вылетело из головы, заглянуть в справочник или вывести его снова, проведя нехитрые алгебраические преобразования. Мои ученики — члены кружка «Юный химик», занятия которого я провожу на химфаке Ростовского университета, не делают ни того ни другого. Они твердо запомнили, что правило креста — это шлюз. Наглядная образная аналогия и рисунок, который можно набросать за несколько секунд, помогут им в нужный момент извлечь необходимые сведения из тайников своей памяти. В этой аналогии весовые количества растворов (с и d) соответствуют длинам шлюзов, а соответствующие концентрации (а и Ь) — уровням воды в них. Перепутать что чему соответствует трудно: и при смешивании растворов, и при соединении шлюзов выравниваются до определенного значения именно концентрации и соответствующие им уровни воды. Кандидат химических наук А. Я БУШНОВ КруА Юньп хн^.ии 79
SNVOO\ "*"* ,*> / N0313VWVH3/ VSN3W' "PS I I * лР / ^ -А „ОТ 8» * V • \Vm ' ^^•V OQVSOO 4 ''"в/А Фантастика ^ г Недостающее звено Ь'и/w ШТЕРН л. н<*"« X * >. ' аг^
Писатель-фантаст Тихов разглядывал окаменевшую марсианскую челюсть и чувствовал себя, как герой собственного рассказа, брошенный автором на произвол судьбы. Жизнь иногда подсовывает такие сюжеты, что никакому фантасту не снились. Он не знал, что с этой челюстью делать — вернуть ее в музей или... Что «или»? Тихову не нравилось это странное слово с двумя «и» по краям и «л» в середине. В этом слове не было позвоночника, оно походило на маленькую амебу. Он пытался советоваться с коллегами, но те разглядывали пространство за его спиной и отмечали, что идея фантастического рассказа неплоха, но где ударная концовка? А без ударной концовки никак нельзя. Очередной сюжет о жизни на Марсе? Жизни на Марсе нет, не было и не будет. Тихов уже начал нервно оглядываться. Его раздражал даже собственный Диктофон, который ходил по пятам и записывал мысли, произнесенные вслух,— обычный облегчитель писательского труда, умеющий подметать и жарить яичницу. «Челюсть не может принадлежать музею,— записал Диктофон.— Челюсть это больше, чем личная собственность. Это часть тела, как руки или ноги». Тихов не мог жить дальше с такими сомнениями. Он завернул челюсть в носовой платок и отправился на прием к Адмиралу. Это академическое светило было похоже на пирата — отбушевавший белый карлик без левого глаза, с парализованной левой рукой и протезом вместо левой ноги. Полный рот золотых зубов. Фамилия у него отмерла за ненадобностью, и все называли его Адмиралом. Говорили, что ранения он получил еще в юности в Африке на раскопках какого-то недостающего эволюционного звена, подравшись с диким львом из-за древних костей. Полузадушенного льва долго держали в реанимации, а потом по инвалидности боялись отпустить на волю. — Пришли сдаваться? — сурово спросил Адмирал.— Челюсть на стол! Тихов выложил на стол челюсть и заключение медэкспертизы. «...Что указывает на то, что обе нижние челюсти идентичны, что подтверждается тем, что...» — прочитал Адмирал, открыл банку с пивом и уставился на Тихова правым глазом. Этот глаз и не таких видывал. — С какой стати ваша собственная челюсть будет валяться на Марсе? — сказал Адмирал, ничему не удивляясь. — Мне кажется, что я когда-то погиб на Марсе,— пробормотал Тихов и оглянулся. — Как это понимать? Какая из челюстей ваша — та, что во рту, или... Тихову не нравилось слово «или». Неужто он в самом деле надеялся, что Адмирал выделит ему Спец-Лопату и отправит на Марс искать самого себя? Адмирал погасил свое изумление глотком пива и, хотя много говорить не любил, произнес длинную речь: — Палеонтология есть наука,— сказал он и указал пальцем в потолок.— Она имеет дело с костями древних людей и животных. Кости современного Шарика палеонтологию не интересуют. Или интересуют в порядке сравнения с древним Бобиком. Далее. На Земле жил питекантроп, он был съеден сородичами, а его обглоданные кости через двести тысяч лет нашли, откопали и склеили, назвали все это «питекантропом» и выставили в музее. Но не наоборот! Чувствуете? Точная датировка и последовательность событий. — Но мою челюсть нашли под вулканом Нике Олимпик...— пробормотал Тихов. — Давайте договоримся: быстрее света двигаться нельзя, летающих тарелок нет, мысли на расстоянии передаются посредством телефона, а время движется в одном направлении. Челюсти не могут раздваиваться. Вас разыграли. Какой шарлатан выдал вам эту бумажку? Тихов ничего не ответил, потому что наконец понял, что его сравнили с каким-то Шариком. Он сунул челюсть в карман и прикрыл дверь. — Но как сюжет для рассказа...— вдогонку прокричал Адмирал. В коридорах Литературного Клуба уже летали слухи. Это слово Тихов относил к насекомым типа гнуса — оно умело кусать, летать, ползать и быть неуловимым. Коллеги-писатели куда-то попрятались. Тихов понял, что перестанет себя уважать, если не доведет этот сюжет до конца. К черту ударную концовку, пусть будет безударная, лишь бы была. Он найдет ее, жизнь на Марсе. У подножья вулкана Нике Олимпик стоял столб с надписью: «На этом месте члены 13-й экспедиции нашли человеческую челюсть». Тихов оцепил канатом участок и надул двухкомнатную палатку. Диктофон, сидя на камне, с интересом наблюдал за ним. «Заткнись»,— подумал Тихов, хотя Диктофон не произнес ни слова. Неработающий робот всегда раздражает. Тихов развесил на канате красные флажки и таблички с надписью «Идут раскопки». Знаменитый вулкан посмотрел сверху на его старания и закашлялся дымом. «Заткнись»,— мрачно подумал Тихов, и вулкан удивленно заткнулся. Тихов забрался в палатку и погасил свет. За окном начался кровавый марсианский закат. От земных закатов он отличался особой мрачностью — красные и черные небеса чередовались и напоминали траурную повязку; а звезды, в отличие от земных, светили не дыша и не мигая, как в почетном карауле. Гигантская вулканическая гора закрывала здесь полнеба, ее заснеженная вершина выглядывала чуть ли не в космос. 81
Как тут заснешь? Из-за вулкана бесшумно взошел Фобос, за ним Деймос — с таким таинственным видом, будто кого-то зарезали. «Вы тоже заткнитесь»,— подумал Тихов, заворачиваясь в одеяло. Все на Марсе обиженно заткнулись. Грубиянов нигде не любят, даже на Марсе. «Фантасты пишут.для молодежи,— думал Тихов, засыпая,— а когда собственная молодость проходит? Неплохо бы найти самого себя». Всю ночь ему снились Фобос и Деймос, и он вздрагивал от страха и ужаса. Утром он запустил звездолетный двигатель и расчистил участок от пыли. Мелкие камни, попавшие вловушку, тщательно осмотрел. Над Нике Олимпиком собирались мелкие розовень- кие облачка — как видно, у них здесь было место встречи. На Марсе так мало облаков! Тихов хмуро глянул на эту идиллию и вонзил лопату в грунт. Лопата тут же сломалась. Тогда Тихов принес лом, кирку и запасную лопату и принялся рубить, дробить и копать. Мелкий грунт и ржавчину просеивал, а пустую породу загружал в тачку с одним колесом и вываливал за пределы участка. Он пытался ничего не пропустить. «Себя редко находят сразу, себя собирают и склеивают по мелким фрагментам, и на это почтенное занятие иногда уходит вся жизнь»,— думал Тихов, хотя ломовая работа не располагала к раздумьям. В полдень он вынул из сита какой-то камешек, внимательно осмотрел, улыбнулся и завернул в носовой платок. К вечеру на ладонях жгучие пузыри. Ночью над вулканом, заглядывая в его жерло, зависла голубая Земля. Во сне опять Страх и Ужас. Через месяц Тихов стал походить на собственный скелет. Каждый вечер он приносил в палатку несколько костей. Груда на столе росла, она напоминала остатки каннибальего пиршества. Тихов продолжал рыть землю, хотя прекрасно понимал, что это была не земля, а марсианский грунт. Ему нравилось рыть землю. Это слово здесь было к месту. «Приземляться на Марс» — правильное выражение,— думал он, ворочая громадный оплавленный камень.— На Марс приземляются, к Луне пришвартовываются. В Юпитер погружаются, а на Меркурий осторожно садятся, как на раскаленную плиту. У каждой планеты своя посадка». Еще через месяц Тихов услышал выстрел раскрывшегося парашюта. Кого-то сюда несло. Это был черный фургон с пиратской палеонтологической эмблемой на борту — черепом и двумя костями. Не снижая скорости, фургон с грохотом зашел на посадку и чуть не врезался в вулкан. В недрах Нике Олимпика что-то громко булькнуло. Фургон еще дымился после лихой посадки, а из него уже выбирался сам Адмирал в скафандре на подтяжках и с банкой пива в парализованной руке. Пиратский череп на его рукаве выглядел особенно зловеще. Главный охотник за черепами был не в настроении. Диктофон подбежал и подобострастно отдал честь. — Все переговоры шеф возложил на меня, вот доверенность,— сказал Диктофон. Адмирал с удивлением прочитал эту филькину грамоту, скомкал ее и тихо спросил: — Кто дал вам право копаться на Марсе? — На Марсе никто не копается,— отвечал Диктофон.— Мы копаемся в Марсе. «В» и «на» — разные вещи. Маленькая буква, а меняет все дело. Любой юрист это подтвердит. Мой шеф зол на всю Вселенную. Он поклялся: пока не закончит работу, не произнесет ни единого слова. Все находки он фотографирует, измеряет и описывает. Адмирал допил пиво и швырнул банку в Диктофона. Тот увернулся, и банка, гремя, покатилась по Марсу. — Какие еще находки? — мрачно спросил Адмирал. — Можете взглянуть, но руками не трогать,— ответил Диктофон. В палатке на столе лежала грязная груда человеческих костей. Они еще не были склеены, но скелет вполне обозначился. Адмирал стрельнул подтяжками в свой живот и потер ушибленное место. — Это что? — спросил он и ткнул тростью в какую-то треснувшую пластинку. — Великолепный обломок человеческого черепа,— объяснил Диктофон.— Лобная кость. Взгляните, какие прекрасные отпечатки мозговых извилин. Какой узор! А вот изумительная берцовая кость. А это... — Теперь я знаю, почему на Марсе нет жизни,— задумчиво сказал Адмирал.— На Марсе жизни нет от проходимцев! Он так хлопнул дверью, что по Марсу пробежал небольшой пылевой вихрь, и похромал к участку, разъяренно колотя себя тростью по голенищам, как лев хвостом перед нападением. .Если Тихову^ суждено когда-то погибнуть здесь, то от руки Адмирала. Тихов продолжал дробить ломом вечную мерзлоту. Тень Адмирала упала на дно ямы. Тихов задрал голову, посмотрел Адмиралу в глаз и швырнул ему на сапоги лопату грунта. Адмирал отряхнулся, сел на краю и принялся наблюдать за работой Тихова. Он уважал тех, кто умеет рыть землю. Палеонтология есть наука, говорил Адмирал, в которой главный научный метод в том-то и состоит — бери больше, кидай дальше. — Я готов верить в сумасшедшие идеи,— сказал Адмирал в яму.— Я эти идеи сам сочиняю. 82 *
Идеи могут быть сумасшедшими. Но не люди! Нормальные писатели описывают новостройки на Луне, добычу нефти на Уране, разведку Плутона, дрейфующие экспедиции к Солнцу. А вы чем занимаетесь? — Побережись! — крикнул Тихов и вывалил на Адмирала очередную порцию грунта. — Не грубите,— продолжал Адмирал, отряхиваясь.— Сумасшедшие идеи ученых отличаются от писательской фантазии. Они происходят от точного знания, а дилетанты любят всякие недостающие звенья. В палеонтологии им рай. В ответ из ямы вылетела грязная банка из-под пива. — Это что? — спросил Адмирал. — Пластмассовая банка из-под пива,— с готовностью объяснил Диктофон.— Найдена под камнем возрастом четыре миллиарда лет. На ней сохранилась надпись: «иво Жигуле». — Вы хотя бы знаете, что происходило четыре миллиарда лет назад? — опять начал звереть Адмирал.— Детство Солнечной системы! Пространство еще забито первичной материей. Система уже дышит, самообучается, отдельные ее части нащупывают свои орбиты и функции, ну и, конечно, Московский пивзавод не в стороне от проблем мироздания — как же без пива?! А где дата выпуска? Стерлась. Вот ваши методы! Тихов раскорячился на дне и расчищал очередную находку: золотой зуб. «С Марсом пора кончать,— тоскливо думал Тихов.— Это гиблое место. Хватит марсианских хроник, сколько можно!» Он выбрался из ямы, отбросил лом и огляделся по сторонам, запоминая пейзаж. «А где же я теперь,— растерянно думал он.— Я нашел не того, кого искал...» Кто не был на Марсе — все сюда! Разгар лета, полдень, минус двадцать по Цельсию. Близится Великое противостояние Марса с Землей, они идут на сближение. Марс краснеет, как индюк, Земля невинно голубеет и видна даже днем. Марсианский грунт, окисляясь, цветет ржавчиной, из замерзших пылевых сугробов торчат камни и обнажаются застывшие потоки лавы. Рай для геолога, зато скука для писателя-фант ас та: о Марсе столько написано, что он уже не вдохновляет. Из-за обилия в грунте скисающего железа марсианская блекло- красная гамма кажется экзотичной только поначалу, но вскоре взору становится невыносимо .скучно, как в глубине Сахары. Здесь не завихряются облака, как на Юпитере, Фобос и Деймос чересчур малы, чтобы соперничать с блеском Луны, и уж никакого сравнения с окрестностями Сатурна, где глаз нельзя оторвать от разноцветной карусели колец и спутников. Безжизненный Марс смертельно скучен, как скучны незаселенные людьми равнины фантастических произведений Тихова. Как оживить эту равнину?— он не знает. Нету жизни на Марсе, ни малейшего движения нет, разве что по утрам низко-низко клубится пыль, возмущенная приливом Земли, да Диктофон бродит у фургона и к чему-то принюхивается. Тихов развернул платок и показал Адмиралу фрагмент нижней человеческой челюсти с золотым зубом. — Еще одна челюсть? — спросил Адмирал.— Фантастика! Скольно нижних челюстей может быть у одного человека? — Вот что, Адмирал,— ответил Тихов.— Занимайтесь своей наукой и не лезьте в литературу. Литература нужна для того, чтобы каждый мог найти самого себя, вот и все. Это не моя челюсть. И кости в палатке тоже не мои. Я тут кого-то нашел, но не себя. — Чьи же это кости? — ледяным тоном сказал Адмирал, потому что уже понял чьи. — Эта челюсть лежала рядом с банкой из-под пива. Если вы откроете рот и покажете золотые зубы, то я скажу точно. Адмирал был большим светилом в палеонтологии, но иногда у него случались затмения — ум заходил за разум, протуберанцы можно было наблюдать через закопченное стекло, но близко не подходить. Диктофон удрал от греха подальше. Адмирал зарычал. Вулкан вздрогнул, лавина углекислого газа с грохотом понеслась вниз и затихла по ту сторону залива. Как он сразу не узнал свою лобную кость и этот прекрасный узор собственных мозговых извилин? Он столько черепов повидал на своем веку, что в этом черепе не имел права ошибиться — все в нем было родное, недаром его тянуло на Марс! Да, он когда-то погиб здесь с банкой пива в руке; его зашибло вулканической бомбой, а он не делал даже попытки к бегству — с пивом не бегут! Он спокойно стоял, спокойно ждал и спокойно пил пиво. Тут она его и настигла. Кто? Смерть. Одинокая слеза побежала из мертвого адмиральского глаза. Затмение закончилось, ум и разум благополучно разошлись по своим орбитам. Найти самого себя не шутка, а впрочем, обычное дело. Нашел себя, и ладно. Кости современных академиков палеонтологию не интересуют. — Я оставлю вас наедине,— сказал Тихов и протянул Адмиралу носовой платок. — На кой черт,— буркнул Адмирал и с благодарностью утерся. Тихову стало ясно, что Адмирал не собирается паковать и тащить на Землю свой скелет, чтобы поставить его в гостиной и предъявлять гостям. — Открывайте фургон,— нехотя сказал Адмирал.— Я привез вам Спец-Лопату. Диктофон сорвал пломбу и с нетерпением заглянул в фургон. Он давно мечтал познакомиться с этой недотрогой. У него дух захватило: там находилась самая очаровательная из всех лопат, какие он когда-либо видел,— чудное создание с разнокалиберными ковшами, тесаками, 83
манипуляторами и с густым ситом для просеивания породы, которое, как вуаль, прикрывало компьютер незнакомки. Вулкан величественно поддал дыму. — Сударыня, прошу! — засуетился Диктофон.— Ваш манипулятор! Осторожно, здесь ступенька! — Вы очень любезны,— отвечала Лопата, грациозно съезжая на Марс. — Это Марс! — орал Диктофон.— А вы и есть та самая знаменитая Спец-Лопата, которая откопала Атлантиду в Антарктиде? Меня зовут Диктофон. Мой шеф ишет здесь самого себя. — Ох уж эти мне искатели,— вздохнула Лопата.— Перерыли всю Землю, теперь взялись за Марс. Дай им волю, они раскопают всю Солнечную систему и вернут ее в первозданное пыле облачное состояние. Тут вскоре соберется целая толпа и сравняет Нике Олимпик с землей. Лопат не хватит, они начнут рыть землю руками, зубами. Тут будет кемпинг, там звездолетная стоянка, а вон там — танцплощадка. Вы умеете танцевать? Диктофон совсем разомлел и чуть не попал под колеса. Он собирался пригласить Лопату в укромный кратер и переговорить с глазу на глаз, но она уже начала вдохновенно рыть. Действуя ковшами, она на полной скорости снимала пласты марсианского грунта, дробила камни, просеивала и выплевывала пустую породу за красные флажки. Она умела отличать органические остатки от неорганики, а попросту, не путала кости с грунтом; ее можно было запрограммировать на добывание чего угодно — нажал нужную кнопку, и поехали! добывать золото в Якутии или битые амфоры со дна Индийского океана. Ночью она мог да даже включать прожекторы! Удобная вещь — ее создатели получили гран-при и золотые медали, а фантаст, предсказавший ее, — кукиш. Диктофон пристроился рядом с ней. Лопата благосклонно подкидывала ему немного грунта, и он, довольный, катил свою тачку за пределы участка. — Пусть роют, может найдут мою левую ногу,— сказал Адмирал, взял Тихова под руку и стал прогуливать его по Марсу.— Мы ищем всякие недостающие эволюционные звенья, но никак не можем добраться до самого первого звена — как возникла жизнь, как произошел переход от неживого к живому. Марс как будто создан для жизни. Что ни пей за ж, то великий шедевр жизнеподобия. Поглядите на эту рощу пушистых канадских елей красного цвета. Я всегда смотрю на них с изумлением, хотя прекрасно понимаю, что л го обыкновенные камни, причудливо обработанные ветром и газированной водой... — Почему газированной? — спросил Тихов. — А как прикажете называть эту замерзшую воду с углекислым газом? Поиски самого себя — преглупое занятие. Я никогда себя не терял. А вот меня вечно кто-нибудь искал, нашли меня даже на Марсе, да еще в разобранном виде. Мои старые кости на столе наводят меня на размышления. Когда взрывается такой вулкан, со временем должно что-то случаться. Дернешь за пространство, время раскроется. Меня другое интересует — что я здесь искал? Не мальчишка же я, в самом деле, чтобы на старости лет забросить все дела и примчаться на Марс... У меня сейчас раскопки на Яве... а я тут... — Вы искали на Марсе жизнь,— сказал Тихов и прикурил.— Недостающее звено между живым и не-живым. На меньшее вы не согласились бы. Диспозиция, в общем, такай. Ваш скелет есть, а моего нет, от меня осталась только нижняя челюсть. Значит, вы стояли под вулканом с банкой пива и наблюдали, как я лезу наверх. Вы погибли тут, а я там... Тихов указал сигаретой на вершину вулкана.— Мы должны повторить этот эксперимент. Я не считаю себя умнее или глупее самого себя, каким я был в те времена. Если я полез на Нике Олимпик тогда, значит, полезу и сейчас. Тихов отшвырнул окурок. Засорение Марса шло полным ходом — окурки, банки и бумажные обрывки разгуливали во всех направлениях. Тихов машинально отметил, что фантастического рассказа о засорении Марса еще вроде бы не было. —- Когда вы пришли ко мне на прием, вы уже знали, что придется лезть на вулкан? — спросил Адмирал. — Догадывался. — Почему же вы мне не сказали? — Потому что вы сравнили меня с каким-то Шариком. — Так. Объясните, зачем мы здесь погибли, и тогда я стану под вулканом с банкой пива. — Перед нами самая большая гора Солнечной системы,— ответил Тихов.— Взгляните, какая пушка! Двадцать два километра в высоту. Представляете, что произойдет, если Нике Олимпик стрельнет? Последнее время он ведет себя неспокойно... слышите? Гудит! Мою идею нелегко сформулировать. В нашей жизни Марс занимает особое место. С другими планетами меньше шума. Все давно на него уставились — почему? Всем что-то чудится. Без жизни нельзя. Так не бывает, чтобы без жизни. И если на Марсе жизни нет, значит, это что-то значит. — Что же это за штука — жизнь? — спросил Адмирал.— Что такое смерть - всем известно. Выкладывайте ваше недостающее звено. — А как, по-вашему,— откуда взялись эти странные гены, будто варившиеся в одном котле? Жизнь на Земле не может быть уникальным явлением. Если принять, что жизнь это обычное состояние Вселенной, то в каком-то смысле Вселенная сама является живым 84
существом. А уж Солнечная система — подавно. Мы можем рассматривать ее как единый организм и пытаться понять функции отдельных ее частей. Так наука рассматривает лес, океан, пустыню. — Я, кажется, начинаю понимать... — пробормотал Адмирал.- Разгадка бессмертия, и не меньше! Стал бы я на старости лет гоняться за каким-то скелетом. Эй! — заорал он, высунувшись из палатки.— Зарывай обратно! Кому сказал? Раскопки прекращаются. Чтобы все было как прежде! Под Никсом Олимпиком уже появился глубокий котлован. Вулкану это здорово не нравилось, он гудел и подрагивал. Лопата удивленно пожала рычагами и принялась засыпать котлован. Диктофону было все равно — что рыть, что зарывать. Тихов продолжал: — Любые сравнения с живым организмом будут натянуты. Не в сравнениях дело, а в том, что каждый элемент Солнечной системы зачем-то необходим. Солнце — это. конечно, сердце Системы. Оно пульсирует и задает ритм. Не надо увлекаться, но Юпитер можно сравнить с желудком, Сатурн с печенью, а Нептун — с желчным пузырем. Можно проводить аналогии с нервной системой, с жабрами и кровообращением, но меня интересует планетная связка, отвечающая за возникновение жизни. — Земля и Марс? — понимающе спросил Адмирал. — Именно. Моя вулканическая гипотеза состоит в гом, что жизнь зарождается внутри Марса — «в» и «на» разные вещи. В Марсе, как в котле, варится дезоксирибону клеи новая кислота. Во время Величайших противостояний с Землей после чудовищных извержений и сдвигов во времени самые жизнестойкие гены - эти хитрые спиральки, которые природа создаст еще не скоро,— они попадают в раннюю Вселенную, на первобытную Землю. Жизнь занесена в прошлое из будущего! Она продолжает возникать беспрерывно, а моя идея прямо указывает на природный очаг возникновения жизни...- Тихов опять указал очередной сигаретой на вершину вулкана. После этих слов Марс зашевелился и заходил ходуном. Адмирал одурело смотрел не на вершину вулкана, а на кончик сигареты писателя-фантаста. — Не смущайтесь,— сказал Тихов.— Все части тела имеют равное право на существование. Адмирал оглянулся. В палатку заглядывали Диктофон и Спец-Лопага, они подслушивали. Котлован уже был засыпан. — Пошли вон! — загремел Адмирал. Нике Олимпик громко вздохнул и выпустил тучу пепла. Началось землетрясение — Тихов знал, что «землетрясение» — правильное слово. Толчки следовали один за другим, палатка наклонилась. Тихов принялся натягивать штурмовой альпинистский скафандр. Кости на столе дребезжали. — Смотрите, мои старые кости чувствуют землетрясение,— сказал Адмирал. Марсианская тишина сменилась мощным подземным гулом. — Я, кажется, понял,— сказал Адмирал. — Жизнь — ото как круговорот воды в природе. Если мы уже один раз были вовлечены в этот круговорот и присутствовали- при зарождении жизни, то все надо повторить. Я должен стоять с банкой пива в руке, а вы должны карабкаться на .лтот... Тут недалеко, двадцать два километра. Они успели выскочить из палатки, и пылевой шквал забросил ее на канадские ели, под которыми прятались Диктофон и Спец-Лопата. Марс, казалось, раскачивался на орбите. «Новый тип двигателя,— сгоряча подумал Тихов,— если такой вулканище шарахнет в полную мощь, то планета может слететь с орбиты»?. Тихов бежал к подножью вулкана. Никаких на Марсе «яблоням цвести»! Марс предназначен совсем для другого! Тичов задрал голову. Озверевший вулкан, дрожа и напрягаясь, швырял в космос камни и клубы пепла; из него, как из сифона, рвалась газированная вода. — На абордаж! — заорал Адмирал и открыл банку с пивом. Слово «абордаж» Тихов относил к самым лихим хищникам семейства кошачьих. Он поднялся метров на двадцать, оглянулся и крикнул: — Протайте, Адмирал! Все. Теперь вверх. «Надо лезть, чтобы повторить все условия, существовавшие при зарождении жизни на Земле, иначе, черт его знает, у Марса с Землей без пас может что-то не получиться, жизнь лто ведь такая штука, что нико1да точно не знаешь, есть она или ее нет» — так думал Тихов, когда вулкан шарахнул в полную мощь и, с треском проломив пространство, зашвырнул его на Землю за четыре миллиарда лет назад, i;ie последним ощущением Тихова было то, что он, наконец-то, нашел самою себя, когда ею собственная дезоксирибонуклеиновая кислота выпадала в первобытные океаны молодой Земли. В это же время Адмирала, допивавшею пиво посрет :ггого катаклизма, посетила последняя в его жизни сумасшедшая идея о том, что писатели-фантасты в самом деле для чего- то нужны. 85
Разные мнения Античастица электрон Элементарные частицы бывают двух сортов: собственно частицы и как бы частицы наизг- нанку — античастицы. Так, частице протону соответствует античастица антипротон, частице нейтрону — античастица антинейтрон, частице электрону — античастица позитрон. Сталкиваясь друг с другом, частица и соответствующая ей античастица аннигилируют — превращаются в электромагнитное излучение; это реальное физическое явление позволяет объективно относить частицы и античастицы к разным группам; в результате чего в таблицах их приводят попарно в разных колонках. Но почему в разные колонки попадают протон и электрон? Ведь протон не аннигилирует ни с электроном, ни с позитроном! Все элементарные частицы можно рассортировать еще по одному признаку: их можно разделить на массивные частицы, участвующие в ядерных взаимодействиях, так называемые адроны, и легкие частицы — лептоны. Лептоны нетрудно перечислить — это электрон, мюон, тау-лептон и нейтрино трех сортов, а также соответствующие им античастицы; адронов же, к которым относятся протон и антипротон, нейтрон и антинейтрон, значительно больше. Существующая таблица адронов прекрасно согласуется с логикой распадов, а именно: при распаде у любого адрона образуются частицы, находящиеся, как правило, в той же колонке, причем самая массивная дочерняя частица непременно принадлежит к тому же классу, что и распавшаяся. А как обстоит дело с двенадцатью леп- тонами? Подмеченная для адронов закономерность должна быть, конечно, верной и для легких частиц. Но рассмотрим, например, распад положительного пиона — адрона, относимого к классу собственно частиц. Распадается он на положительный мюон и легковесное нейтрино: мюон наследует от пиона не только заряд, но и 75 % его массы, нейтрино же, так сказать, мелочь, то есть логика этого распада вынуждает нас отнести положительный мюон к классу собственно частиц, а поскольку при распаде последнего рождаются позитрон и два нейтрино, то та же логика вынуждает нас признать позитрон собственно частицей. Значит, электрон в действительности — античастица, и поэтому во Вселенной гораздо больше антивещества, чем мы думаем? И. И. МИХАЙЛЕНКО, математик-программист (Москва > Горячие поверхности твердых тел В первом приближении энергия колебаний атомов, характеризующая температуру вещества, пропорциональна квадратам их амплитуды и частоты. В 1939 году советские ученые С. Г. Калашников и О. И. Замша по уменьшению интенсивности отраженных от поверхности серебра медленных электронов обнаружили, что атомы, находящиеся на поверхности этого металла (медленные электроны проникают в металлы лишь на глубину в 2—3 моноатомных слоя), колеблются с амплитудой, заметно превышающей амплитуду их колебаний в объеме. С тех пор было выполнено множество подобных измерений — как для металов, так и для некоторых соединений. И за очень редкими исключениями, оказывалось, что частицы, находящиеся на поверхности, колеблются с амплитудами в 1,5—3 раза большими, чем внутри твердых тел. В то же время, как показали в 1978— 1980 гг. опыты Г. Ибаха и Д. Брухмана, частоты колебаний атомов платины и никеля, находящихся на поверхности, почти такие же, как и частоты колебаний атомов в объеме. Поскольку частицы на поверхности образуют ансамбли, то к ним применимы понятия статистической термодинамики, и, следовательно, можно утверждать, что тонкий поверхностный слой вещества имеет более высокую температуру, чем вещество, находящееся в объеме. Особые свойства поверхностных слоев вещества давно хорошо известны; благодаря им возможны такие явления, как спекание металлов ниже температуры плавления, процессы перекристаллизации, твердофазные реакции, контактная сварка, гетерогенный катализ, поверхностная диффузия, каждое из которых описывается самостоятельным механизмом. Но нельзя ли все эти явления описывать единообразно — повышенной температурой поверхности твердых тел? А. Д. ВЛАСОВ, кандидат химических наук (Москва) Природа и числа Если свойства материи, как это считается, действительно определяются геометрией пространства, то следует ожидать, что фундаментальные безразмерные физические постоянные относительно просто выражаются 86
через числа л и е, а структура связывающего их соотношения зависит от закона природы, благодаря которому эти постоянные имеют те, а не иные значения. Исходя из этих соображений общего характера, я попытался выразить через л и е постоянную тонкой структуры а, которая характеризует электромагнитные взаимодействия и определена с достаточно высокой точностью. Оказалось, что 1/а=3/5*л~Х Хел= 137,0336 (точность «Электроники» БЗ-18М); в справочнике по физике Б. М. Яворского и А. А. Детлафа (М.: Наука, 1977, с. 912) для 1/а приведено значение 137,03602+0,00021. Вероятность того, что совпадение случайное (разница не превышает 0,002 %), довольно мала, и наблюдающееся различие может быть вызвано систематическими ошибками измерений, связанными с влиянием различных (возможно, еще неизвестных) неучтенных факторов. Впрочем, быть может постоянную тонкой структуры можно получить другой комбинацией л и е? И. М. ШЕРМЕРГОРН, доктор химических наук (Казань) Живой океан Мы уверены, что жизнь возникла не случайно, а в результате закономерной эволюции вещества. Но как именно шел этот процесс? Принято считать, что все началось с формирования в первичном океане коацерва- тов — примитивных комочков протоплазмы, способных к дальнейшему усложнению вследствие обмена веществом и энергией с внешней средой. Однако остается без ответа вопрос: какова была причина возникновения самих процессов обмена? Ведь в момент образования единичные коацерваты должны были находиться в равновесии с окружающей средой... Иное дело, если предположить, что первым живым организмом был... весь Мировой океан; ведь он лежит на пути энергии, поступающей к Земле от Солнца и затем рассеивающейся в космосе, в результате чего в нем и могут протекать термодинамически необратимые процессы, направленные против повсеместного возрастания энтропии. Постепенно в этом океане возникали все более и более сложные системы, которые дали начало самостоятельным живым организмам; в конце же концов первоначальное единство жизни оказалось просто замаскированным. Но почему нельзя допустить, что где-то на другой планете эволюция пошла по иному пути и привела к образованию единого живого организма, подобного описанному Станиславом Лемом в романе «Солярис»? П. В. ЕЛОХИН, биолог (Кишинев) Точки и прямые Попавший в 1812 г. в русский плен сублейтенант инженерных войск наполеоновской армии двадцатичетырехлетний математик Жан Виктор Понселе за время своего безделья в Саратове пришел к мысли, что можно создать геометрию, в которой точка служит не простейшим элементом пространства, а представляет собой сложный объект, состоящий... из прямых. Построения Понселе основывались на использовании понятия бесконечно удаленной точки, то есть точки, имеющей координаты X—»-оо, Y—*~оо. Однако, поскольку бесконечно большими числами невозможно оперировать, Понселе избрал обходный прием: каждую точку на плоскости он стал характеризовать не двумя, а тремя числами — Х|, Хг и Хз, связанными с декартовыми координатами X и Y соотношениями Х = Х|/Х.$ и Y—X->fXs. В этом случае точка оказывается бесконечно удаленной, если ее координата Хз равна нулю. Если теперь в уравнении прямой на плоскости AiX-f-AsY-f-Аз=0 декартовы координаты заменить однородными координатами Xj, X^ и Хз, то уравнение прямой примет вид А]Х)-ЬА2Х2+А.чХз=0 и сразу же станет двойственным: зафиксировав значения А|, А-2 и Аз, его можно рассматривать как уравнение прямой в точечных координатах, а зафиксировав значения Х|, X? и X.*,— как уравнение точки в линейных координатах. То есть в первом случае прямую можно считать состоящей из точек, а во втором случае считать точку состоящей из прямых: согласно идее Понселе, простейшим элементом пространства может быть выбран любой элемент. Эта идея была положена в основу так называемой проективной геометрии, частными случаями которой оказываются геометрии Эвклида, Римана и Лобачевского. Проективная геометрия позволяет осмыслить относительность части и целого, простого и составного. Если предположить, что геометрия микромира двойственная, подобно геометрии проективного пространства, то взаимопревращаемость элементарных частиц перестанет быть удивительной с геометрической точки зрения (ведь как протон при распаде может дать нейтрон, так и нейтрон при распаде может дать протон); кроме того, в рассмотрение вводится новый тип симметрии (между тройками чисел А|, А;>, Аз и Xj, Х^, Хз), что может привести к обнаружению новых законов сохранения. Но как бы то ни было, остается только удивляться: почему со времен Эйнштейна для описания свойств физического пространства привлекались какие угодно геометрии, но только не самая общая геометрия —- проективная? Е. Б. КАРАСИК, ма тематик- программы ст (Баку) 87
Настоящим направляю заявку... Николай БЛОХИН В Главное Управление патентной экспертизы Настоящим направляю заявку «Двигатель, не потребляющий энергии» с целью получения авторского свидетельства на изобретение. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ: Двигатель, содержащий ротор и две обмотки, отличающийся тем, что с целью ликвидации энергетических затрат обмотки подключены встречно, а ротор выполнен из ферромагнитного сердечника в виде кольца Мёбиуса. Автор: ПАРАМОНОВ В. В.. Ростов-на-Дону, Левобережная v.*/., 9. кн. 4 Рост ое-на-Дону у Левобережная ул.. У. кв. 4 Парамонову В. В. Уважаемый (-ая, -ые) товарищ (-и) Парамонов! Ваша заявка «Двигатель, не потребляющий энергии» отнесена к категории «перпетуум мобиле» и согласно письму Постоянной Комиссии по изобретениям и открытиям от 12,05.58 г. рассмотрению не подлежит. Зов. отделом предварительной экспертизы П. П. КРАСУХИН В Главное Управление патентной экспертизы. Настоящим направляю заявку «Двигатель с максимально высоким к. п. д.» с целью получения авторского свидетельства на изобретение. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ: Двигатель, содержащий ротор и две обмотки, отличающийся тем, что с целью повышения коэффициента полезного действия обмотки подключены встречно, а ротор выполнен из ферромагнитного сердечника в виде кольца Мёбиуса. Ангар: ПАРАМОНОВ И. И.. Ростов-на-Дону, Левобережная ул., У, кв. 4 Ростов-на-Дону; Левобережная ул.. °, кв. 4 Парамонову В. В. Уважаемый (-ая, -ые) товарищ (-и) Парамонов! В Вашей заявке «Двигатель с максимально высоким к. п. д.» отсутствует расчет предполагаемой экономической эффективности от предполагаемого внедрения предполагаемого изобретения. Согласно письму Постоянной Комиссии по изобретениям и открытиям от 26.04.72 г. Ваша заявка рассмотрению не подлежит. Зав. оiделом предварительной жеперпиы П. П. КРАСУХИН В Главное У правление патентной экспертизы Настоящим направляю расчет экономической эффективности к моей заявке «Двигатель с максимально высоким к. п. д.». РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ: Электродвигатель постоянного тока мощностью 1 кВт потребляет за 1 час работы 1 кВт- ч электроэнергии, что при средней цене 0,02 руб. за 1 кВт-ч составит 2 коп. За один год при средней работе 8 часов в день и 235 рабочих днях в году электродвигатель мощностью I кВт потребит 1880 кВт*ч электроэнергии, что составит 37 руб. 60 коп. Согласно моей заявке, двигатель с максимально высоким к. п. д. за 1 час работы при мощности 1 кВт потребит 0 кВт-ч электроэнергии, что при средней цене 0,02 руб. *а 1 кВт-ч составит 0 руб. 00 коп. За один год при средней работе 8 часов в день и 235 рабочих днях в году двигатель с максимально высоким к. п. д. потребит 0 кВт-ч электроэнергии, что при средней цене 0,02 руб. за 1 кВт-ч составит 0 руб. 00 коп. Соответственно годовая экономия составит 37 руб. 60 коп. Лвюр: Парамонов 1$. В., PiKTim-на-Доцу. Левобережная у /.. 1>. кв. 4 Ростов-на-Дои\\ Левобережная ул., V, кв. 4 Парамонову В. В. Уважаемый (-ая, -ые) товарищ (-и) Парамонов! Предполагаемый экономический эффект от предполагаемого внед- 88
рения предполагаемого изобретения «Двигатель с максимально высоким к. п. д.»> представляется незначительным. Согласно письму Постоянной Комиссии по и зобретениям и открытиям от 14.12.76 г. полезность Вашей заявки не доказана. Зав. отделом предварительной экспертизы /7. П. КРАСУ ХИН В Г .чанное Управление патентной экс перги.ш Настоящим направляю откорректированный расчет экономической эффективности к моей заявке «Двигатель с максимально высоким к. п. д.». РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ: Электродвигатели нашей страны потребляют за 1 год в среднем 421 миллион гигаватт-часов электроэнергии. При полном переходе двигательного парка страны на двигатели моей конструкции экономия за сто лет составит 842 триллиона рублей. Автор: ПАРАМОНОВ В. В., Ростов-на-Дону, Левобережная ул., 9, кв. 4 Главному врачу Ростовской психиатрической лечебницы или Гиппократа. Обращаем Ваше внимание на необходимость врачебного контроля над гр. Парамоновым В. В., Ростов-на-Дону, Левобережная ул., 9, кв. 4. Зав. отделом предваригельной экспертизы П. П. КРАСУ ХИН Распоряжение S 1. Завхозу лечебницы тов. Седых К. К. установить дополнительные решетки на окна палаты № 4. § 2. Ст. медсестре тов. Кошкиной Ф. Ф. увеличить дозу бромистого калия больному Парамонову, палата № 4. Главный врач КРЮШОН Н, Н. Главному врачу Ростовской психиатрической лечебницы им. Гиппократа гов. Крюшону Н. Н. Рапорт 16.06. сего года мною во время вечернего обхода обнаружено исчезновение больного Парамонова (палата № 4). Решетки и замок не тронуты. Одновременно из аптечного склада похищено 1,4 л бромистого калия. В Главное Управление патентной экспертизы Настоящим направляю заявку «Способ достижения биологическим объектом полной прозрачности (невидимости)» с целью получения диплома на открытие. ФОРМУЛА ОТКРЫТИЯ: Полная прозрачность (невидимость) биологического объекта достигается при втирании бромистого калия в кожу из расчета 1,2 г на 1 см поверхности кожи. Автор: ПАРАМОНОВ В. В. Ростов-на-Дону\ постоя иного мест ожите лье tea в настоящее время не имею. Директору магазина продовольственных товаров № 12 тов. Крамскому И. И. грузчика Саврасова С. С. Объяснительная записка Сегодня, 25.06, я наблюдал необъяснимое явление передвижения по воздуху килограммового пакета с сахарной пудрой. Пакет медленно пролетел на уровне моей груди в открытую дверь магазина и скрылся из виду. По дороге пакет задел стоящую на витрине бутылку портвейна «Кавказ». Осколки я выбросил, портвейн тщательно вытер тряпкой, тряпку постирал. САВРАСОВ В Главное Управление патентной экспертизы Настоящим направляю заявку «Способ путешествия во времени» с целью получения диплома на открытие. ФОРМУЛА ОТКРЫТИЯ: Способ путешествия во времени, заключающийся во втирании сахарной пудры в кожу из расчета 0,12 г пудры на 1 см1' поверхности кожи. Автор: ПАРАМОНОВ В. В., Ростовский купцов первой гильдии братьев Васильевых приют для умалишенных От редакции. В заставке для новой рубрики журнала «Ученые досуги* использован рисунок Адольфа Борна (Чехословакия) из иллюстраций к рассказам Ярослава Гашека. Ст. медсестра КОШКИНА 89
Земля и ее обитатели Зачем человечеству мамонты? Мамонт сыграл, несомненно, значительную роль в качестве материальной основы первобытного общества в одну из критических фаз его развития, когда человек вел отчаян* ную борьбу за существование. Мясо, жир, шкура, кости мамонта — все шло в дело, помогая человеку выжить. Документальное свидетельство эпохи — наскальные изображения мамонта и сцен охоты на него, обнаруженные в местах обитания древних людей Европы. Но сегодня истина о мамонте не выглядит столь однозначной и бесспорной, какой явилась она нам со страниц школьных учебников. Находки костных остатков и массовых скоплений трупов мамонтов в восточных районах нашей страны, в том числе уникальная находка детеныша мамонта в бассейне Колымы, в изучении которого довелось участвовать автору данной статьи, породили вопросы и сомнения. Сопоставление известных к настоящему времени данных о мамонтах, а также результатов изучения условий обитания и обстоятельств гибели «мамонтенка Димы» (подробно они изложены в подготовленной автором совместно с Н. А. Шило и соавторами монографии «Киргиляхский мамонт (палеогеографический аспект)». М.: Наука, 1983) выявило новые грани проблемы. Издавна считалось, что основная причина гибели мамонтов как зоологического вида — Эту статью с небольшими сокращениями мы перепечатываем из еженедельной газеты «Наука в Сибири». происшедшие на планете климатические изменения. Но какие именно: потепления или похолодания, кратковременные или длительные, катастрофические или эволюционные? Ученый и общественный деятель петровской эпохи В. Н. Татищев посетил в 1720 и 1734 годах некоторые районы Урала и Сибири. Ознакомившись с остатками крупных животных, он принял их за слонов. Распространение «слонов» в высоких широтах Татищев объяснил тем, что «на севере довольная теплота и слонам на большей части земли к житию удобность быть могла», а вымирание «слонов» — похолоданием климата и невозможностью приспособиться к новым условиям. М. В. Ломоносов также полагал, что ареалы расселения мамонтов, в частности на севере Сибири, связаны с более благоприятными палеоклиматическими условиями, «когда слоны и южных земель травы в севере заживались». Итак, первая гипотеза состояла в том, что северных слонов, или, говоря словами Ломоносова, «животного слонам во всем подобного или и действительно из их роду» погубило похолодание. Но уже в конце XIX и особенно в XX веке стало накапливаться все больше данных, указывавших на то, что в конце четвертичного периода в северном полушарии произошло не похолодание, а относительное потепление. Появление метода абсолютной геохронологии окончательно доказало, что последние мамонты вымерли примерно 10 тысяч лет назад, когда климат стал существенно мягче предшествовавших суровых эпох, которые мамонт легко перенес. Следовательно, для мамонта оказалось губительным не похолодание, а потепление. Но не вмешались ли в его судьбу какие-то дополнительные факторы? Существовало предположение, что мамонтов истребил человек. В основе этой версии лежало признание в общем-то типичной формы взаимоотношений человека с природой: сначала максимально использовать ресурсы, а затем вдруг оказаться перед фактом полного истощения ее резервов. Однако судьбу мамонтов предрешил не охотничий азарт человека или суровая необходимость добывать себе пропитание, а другие, более мощные экологические причины. Предки мамонтов появились на евроазиатском континенте еще в плиоцене, то есть не менее 5—6 млн. лет назад, постепенно расселившись из африканского и азиатского -£.
(юг Индии) центров обитания слонов. Рельеф большей части Европы и Азии того времени был равнинным или слабовсхолмленным, а климат мягким, что в сумме создавало благоприятные условия для обильной растительности и травоядных животных. Но на рубеже неогена и четвертичного периода палеогеографическая обстановка стала меняться. Примерно 2 млн. лет назад во многих районах Забайкалья, Якутии и Северо-Востока СССР (в их нынешних границах) началось формирование мощной толщи мерзлых пород — криолитозоны. Как протекала эволюция слонов в мамонтов на фоне этой сложной перестройки рельефа, климата и ландшафтов? Профессор Н. К. Верещагин полагает, что постепенно обособилась ветвь холодовыносливых слонов, вынужденных приспосабливаться к ухудшающимся условиям обитания и понемногу приобретавших характерные признаки мамонта: укороченный хвост и уменьшенные уши, мощный горбо- образный загривок, в котором могли накапливаться жировые запасы на случай бескормицы, развитый шерстный покров и т. д. Эти адаптационные морфологические изменения позволили мамонту стойко переносить экологические перемены в природе. Причем стада мамонтов и сопровождавших их травоядных животных становились особенно многочисленными, когда зимние температуры воздуха падали сильнее всего. И тут мы сталкиваемся еще с одним парадоксом. Если первый состоял в том, что мамонты, пережив похолодание плейстоцена, не смогли перенести потепления в голоцене, то второй связан с кормовыми ресурсами среды обитания мамонтов. Мы знаем, сколь бедны по растительной биомассе нынешние приморские равнины и низменности, в пределах которых раньше обитали мамонты. Но если они таковы в условиях современного относительно теплого климата, то могли ли быть продуктивными в холодные фазы плейстоцена? Ведь мамонт поедал в сутки 300—400 кг травы и другого растительного корма, следовательно, «продовольственная» проблема была для этих животных весьма острой. Слон, например, в сутки питается почти 16 часов, для каждой особи требуется примерно 250 га пастбищ. По оценкам Н. К. Верещагина, на протяжении позднего плейстоцена на востоке СССР жило до 40 млн. мамонтов при среднегодовой численности стада 40—60 тысяч голов, не считая их травоядных спутников (с современными слонами сосуществует до 20 видов). Какой же продуктивностью растительной биомассы должны были обладать ландшафты, чтобы прокормить такую массу травоядных? В эпоху расцвета мамонтовой фауны береговая линия Северного Ледовитого океана, омывающего Евразию и Северную Америку, располагалась севернее на несколько сотен километров. К северу от современных горных систем Якутии и Северо-Востока СССР простирались обширнейшие равнины с холодной, но сухой, почти бесснежной зимой и жарким летом, с обильной травянистой растительностью. Причем наличие мерзлой подпочвы с мощными жильными льдами придавало еще одно необычное свойство этим ландшафтам: при общем ограниченном выпадении атмосферных осадков, как это наблюдается сейчас в Центральной Якутии, территория всегда имела склонность к заболачиванию. Достаточно было любого нарушения почвенного покрова (вследствие стихийных-гарей, ветровых выдуваний), чтобы подпочвенные льды обнаружили себя в виде термокарста, озер, возможно, марей и других криогенных форм. Для мамонтов такие образования нередко оборачивались ловушками, в которых они гибли, захороняясь на тысячелетия. Резкая континента л ьность климата, преобладание ясной малооблачной погоды, ранний сход маломощного снежного покрова, как бы удлинявший вегетационный период травянистых растений, общая сухость воздуха при наличии подпочвенного резерва влаги в протаивавших летом мерзлых грунтах — таковы некоторые черты экологической обстановки, оказавшейся благоприятной для мамонтов, бизонов, овцебыков, сайгаков, лошадей и других травоядных животных позднего плейстоцена. В голоцене ситуация резко изменилась: началась трансгрессия океана; постепенное затопление приморских равнин и наряду с некоторым повышением среднегодовых температур воздуха резкое увлажнение климата. Ландшафты типа северного варианта саванн и прерий сменились заозеренными кочкарниковыми тундрами. Наступило быстрое (в течение 1—1,5 тысячи лет) угасание популяций мамонтов и сопутствующих им животных. Приспособившаяся в течение многих сотен тысяч лет к холодному, но сухому климату, они не могли перейти к «эволюции вспять» и адаптироваться к влажному климату с губительными для травоядных зимними снежными заносами, медленным стаиванием снега весной, ранним выпадением осенью и т. д. Такова схематичная картина появления и исчезновения мамонтов в северном полушарии. В действительности она значительно
сложнее и порождает множество вопросов. К1 примеру — нельзя ли возродить популяцию мамонтов или подобных им животных? Наука воздерживается пока от категорически отрицательного ответа. Группа специалистов из Калифорнийского университета (Беркли, США), изучавших белковое вещество мамонтенка из бассейна Колымы, отмечает, что альбумин мамонтенка сохранился почти в нативном состоянии и, по их словам, «это вселяет надежду, что из ископаемых все же можно получить генетическую информацию». Исследователи считают также, что «неповрежденные замерзшие туши сибирских мамонтов дадут исключительную возможность исследовать белки ископаемых и даже нуклеиновые кислоты». Другая группа ученых У эй не ко го университета (Детройт, США) и Института цитологии (Ленинград, СССР), изучавших клетки крови, печени и почек мамонтенка, обращают внимание еще на один аспект проблемы. В своей статье (см. книгу «Киргиляхский мамонт») они пишут: «Ввиду того особого интереса, который люди питают к выяснению своего происхождения, существенно, что как Elefantidae.TaK и Hominidae имеют определенные параллельные тенденции эволюции за последние 5 млн. лет, чему примером служат для ныне живущих видов большая продолжи гельность индивидуальной жизни поколения, позднее половое созревание, К-тип стратегии отбора, направленный на выживаемость немногочисленного потомства, а также некоторые другие особенности». Но даже если бы благодаря достижениям генетики удалось тем или иным способом вывести живого мамонта, то он* мог бы иметь ценность лишь в качестве экспоната крупнейших зоопарков мира. Совсем другое дело, если бы удалось реконструировать в северных районах ландшафты, столь же продуктивные по растительной биомассе, как в эпохи обитания мамонтов. При определенной технологии луговодства (спуск озер, подбор трав) в нынешней тундровой зоне при современном климате можно получать урожаи трав, многократно превосходящие фоновый прирост биомассы в тундре. Это открывает весьма широкие возможности создания кормовой базы животноводства в субарктической юне. Можно упомянуть и о некоторых утилитарных аспектах. Декоративное и поделочное значение бивней мамонта общеизвестно. Оказалось также, что вещество бивней — идеальный по многим показателям диэлектрик, требующийся в электротехнических устройствах. Поэтому их цена на международном рынке 200—300 долларов за килограмм. Мамонты оставили людям XX века не только напоминание о прошлых эпохах жизни планеты, но и поставили перед наукой ряд серьезных задач, решение которых помогло бы ответить на многие вопросы о собственной истории человека как биологического вида, в какой-то' мере прогнозировать экологические процессы или направлять их в нужное русло. Когда в 1977 году был найден мамонте- нок в бассейне Колымы, Академия наук СССР образовала комиссию по изучению находки во главе с академиком Н. А. Шило. В нее вошли ученые около 20 специальностей. Разумеется, такие находки — случай редкий, хотя в будущем вероятность их, думается, возрастет в связи с расширяющимся освоением северных территорий. В Якутске регулярно проводятся заседания республиканской комиссии по изучению мамонтов при Институте геологии ЯФ СО АН СССР. Комиссия выполняет большую работу по учету, сбору и систематизации материала, однако ее значимость и научная эффективность еще более возросли бы, если бы комиссия приняла на себя функции координирующего органа по исследованиям проблемы мамонтов. Необходимо придать комиссии более комплексный и широкий характер, ввести в ее состав специалистов разных направлений из различных городов и научных учреждений СО АН СССР. Сибирь дала отечественной и мировой науке ценнейший фактический материал по проблеме мамонтов, и долг сибирских ученых — внести свой вклад в ее изучение. К). ШУМИЛОВ. Институт мерзлотоведения АН СССР В оформлении статьи использованы иллюстрации из книги Я. Ечинека «Большой илчюстрирошнныи атлас первобытного чеювека»: рисунок мамонта в пещере Пиндаль (Испании); композиция из трех загадочных копытных (Пеш~Мерльг Франция); бегущие воины (Куэва дель Агуа Амарга. Испания); человеческие фигуры (Зимбабве)
Конкурс «Химии и жизни» Двенадцатым номером прошлого года завершилось первое двадцатилетие существования нашего журнала. Подобные события всегда вызывают желание подвести какие-то итоги; мы попробовали было определить лучшие из всех публикаций, появившихся на страницах журнала за эти годы. Но отобрать среди многих тысяч статей, очерков, интервью, репортажей, рассказов, сообщений, заметок, иллюстраций сколько-нибудь разумное количество «самых-самых» оказалось практически невозможным. Поэтому было принято решение ограничиться одним последним годом. Вот публикации ученых, которые редакция признала лучшими за 1984 год. «По дороге на научную работу» (№ 5). Автор — Юрий Александрович Фурманов, доктор медицинских наук, заведующий отделением Киевского научно-исследовательского института клинической и экспериментальной хирургии. Его очерки, посвященные проблемам экспериментальной медицины, не раз публиковались в «Химии и жизни» («Жук, Мохер и другие»— 1981, «Швы, швы, швы»— 1982). «Советы осененному идеей» (№ 6). Автор — Владимир Николаевич Третьяков, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник кафедры физики Минского политехнического института. Дебютировал в журнале в прошлом году сказкой «Я понятно говорю?». «Жизнь и смерть эритроцита, или Любовь к геометрии» (№ 7). Автор — Владислав Семенович Маркин, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Института электрохимии им. А. Н. Фрумкина АН СССР. Первую статью в «Химии и жизни» — о биозлектрохимии мембран (в соавторстве с доктором химических наук Ю. А. Чизмаджевым) — опубликовал в прошлом году. «Изобретение господина Дагера» (№ 9). Автор — Карл Валерианович Вендровский, доктор технических наук, заведующий отделом института «Госниихимфотопроект». В журнале сотрудничает четвертый год, публикуя статьи по теории фотографических процессов и очерки о родоначальниках фотографии. Из публикаций журналистов лучшими признаны: «Рангифер» (№ 2), Автор — Станислав Францевич Старикович, редактор отдела «Химии и жизни». Главная область его интересов — охрана природы, экология, животный мир нашей страны. Его книги «Почему у белого пуделя черный нос?» и «Зверинец у крыльца» получили широкую известность. Цикл заметок про ягоды, публиковавшихся в этом году на третьих страницах обложек каждого номера журнала. Автор — Ольгерт Маркович Либ- кин, редактор отдела «Химии и жизни». Кроме многочисленных очерков и статей, его перу принадлежат несколько научно-популярных и научно-художественных книг для взрослых и детей. Лучшими работами наших художников за 1984 год признаны: Оформление статьи В. С. Маркина «Жизнь и смерть эритроцита, или Любовь к геометрии» (№ 7), выполненное членом Союза художников СССР Юрием Арсентьевичем Ващенко, известным художником-графиком. Оформил около ста книг, а в нашем журнале сотрудничает с 1968 года. Иллюстрации к рассказу М. Кривича и О. Ольги на «Из жизни бывшего автолюбителя» и заметке В. Зеленкова «О сверхтонком взаимодействии теоретической физики и правил дорожного движения» (№ 7), выполненные членом Союза художников СССР Тарифом Ша- риповичем Ьасыровым, активно работающим в области графики, книжной и журнальной иллюстрации, неоднократно отмеченным призами и дипломами на международных выставках и конкурсах; в последние годы без его рисунков не обходится ни один номер «Химии и жизни». Редакция поздравляет лауреатов и желает им новых творческих успехов. 93
Короткие заметки Горбушка в стиле модерн Говорят, что нет более традиционной технологии, чем приготовление пищи: как бабушка жарила яичницу, так и мы жарим, и рецепты пирогов и варений передаются из поколения в поколение... Однако такая преемственность не всегда годится . на промышленном предприятии, где продукцию исчисляют не в штуках, а в тысячах, если не в миллионах штук. Даже в самые древние пищевые ремесла — сыродела, пекаря, пивовара — то и дело проникают технические новации вполне на уровне двадцатого века. Скажем, устройства, создающие электромагнитное поле. Или, точнее, сверхвысокочастотное поле — СВЧ. Печи СВЧ для готовки и подогрева пищи все чаще можно увидеть на кухнях отдельных граждан; хороши эти печи тем, что обогревают помещенный в них предмет быстро и равномерно, по всему объему, с минимальными потерями энергии. Но как поведет себя внутри такой печи тесто — превратится ли оно в хороший хлеб? Утвердительный ответ на этот вопрос дает журнал «Известия вузов. Пищевая технология» A984, № 4). В печь, работающую на частоте 2450 мГц, клали тесто, приготовленное разными способами — опарным, безопарным и самым современным, так называемым ускоренным. Во всех случаях получался хороший пористый хлеб, правда, с двумя недостатками: во-первых, он чуть суше, чем обычно, и — что совсем неожиданно — без корочки, один сплошной мякиш. А это и непривычно, и хлеб быстрее* черствеет; да и кто не любит хрустящую свежую хлебную корочку? Впрочем, оба недостатка устранимы. При выпечке в электромагнитном поле тесто превращается в хлеб в три стадии. Сначала оно прогревается, затем в течение двух-трех минут формируется мякиш, наконец, через минуту—другую, закрепляется структура. Вот на этом третьем этапе и улетает влага. Значит, достаточно сделать конвейер с переменным полем (пусть к концу оно будет послабее) — и мякиш получится безукоризненным. Но как же корочка? Если уж обрабатывать тесто лучами, то надо быть последовательным и ие останавливаться на СВЧ. Корочка прекрасно образуется при финишной обработке буханки или батона в соседнем диапазоне волн — инфракрасном. Любопытно было бы попробовать горбушку в стиле модерн! О. ЛЕОНИДОВ
Короткие заметки ...И кислород впридачу Лес служит нам не только местом отдыха и не только дает нам эстетическое наслаждение: лес представляет собой источник драгоценнейшего сырья — древесины и продуктов ее переработки. В частности, бумаги, без которой невозможно напечатать ни газету, ни книгу, ни журнал. Об этом всегда сообщается в призывах охранять лес: даже в изданиях знаменитой «макулатурной» серии отмечается, что, сдав 60 кг старой бумаги, можно сберечь большое дерево, которое растет 50—80 лет. Однако почему-то почти никто не упоминает о том, что лес служит поставщиком кислорода, которого с ростом добычи горючих ископаемых расходуется все больше и больше. Несколько лет назад в Уральском научном центре АН СССР было выполнено исследование, авторы которого определили количество кислорода, производимого лесами Свердловской области. Количество кислорода, выделяемого растением, связывается простым соотношением с приростом древесной массы: при образовании 1 тонны абсо-' лютно сухой древесины в среднем образуется 1,4 тонны кислорода. Определив прирост древесины на гектар леса и пересчитав его на сухую древесину, авторы установили, что за год леса области (занимающие 63,5 % ее территории) выделяют столько кислорода, что его должно хватить всему населению этого края D,4 млн. человек) для дыхания на протяжении 17 лет. Или по-другому: один гектар леса дает столько кислорода, что его достаточно для дыхания семи людей. Ну а как сказывается на производительности лесной кислородной фабрики рубка? Так как до полного возобновления леса на вырубке проходит по меньшей мере 10—15 лет, то всего с лесосек области недодается столько кислорода, сколько нужно для дыхания ее населения на протяжении 2 лет. 2 от 17 составляет почти 12 % — именно таковы потери кислорода в результате лесозаготовок. А ведь это в Свердловской области леса занимают больше половины территории; в тех же местах, где леса нет, люди дышат кислородом как бы взаймы. А ведь абсолютная площадь лесов на земном шаре неуклонно сокращается... Так что призыв беречь лес и бережно относиться к древесине и продуктам ее переработки — не пустой звук. А любителям чтения заметим, что человек, сдавший 60 кг макулатуры, получает впридачу к томику Дюма или Симе- нона еще и столько кислорода, что им можно дышать несколько дней. Г. АНДРЕЕВА
М. А. КОВАЛЬСКОЙ, Днепропетровск: Ил десяти возможных кристаллических модификации льда в npupt>de обнаружена только одна, с плоттктью 0,92 г'см, а эта значит, что лед непременно должен плапать на поверхности «оды. К. СИНЕВУ, Брянская обл.: Когда в красителе метиленовом голубом анион хлора заменяют на анион иода, вещество становится синим с бронзовым оттенком. В. В. ПЕТУХОВ У, Иркутск: В атмосфере более двух триллионов тонн углекислого газа, а о растворенном виде (в морях и океанах) его примерно в 60 рал больше. Е. ЗЫРЯНОВУ, Хабаровск: Соединении трехвалентной меди немногочисленны и малоизучены; например, при окислении Си{ОН)^ в щелочном растворе хл(/ром, бромом и /. п. получаются красные кристаллы Си О.. Г. А. КОХ НО, Кумертау Башкирской АССР: Научное название плакун-травы — дербенник извилистый, в распространенных справочниках лекарственных растений эта трава не значится, но они упомянута, в частности, в книге И. Е. Акопова «Кровоостанавливающие растения» (Ташкент: Медицина, /(AN/>. Н. Н. БОЛОТНИКОВУ, Московская обл.: Сурепное масло получают не из сурепки, сорной травы, широко распр(хгтраненной в умеренном поясе* а из сурепицы, выращиваемой специально для извлечения жирного масла, содержание которого в семенах лучших сортов достигает 45°0. Г. Г. ЧЕРНОВОЙ, Миасс Челябинской обл.: Детский гематоген, изготовленный из крови крупного рогатого скота с добавлением сахара* сгущеного молока и патоки, назначанп при малокровии и истощении, давать его детям просто как конфету, без врачебной рекомендации не следует. Т. Н. ЕГОШИНОЙ, Кривой Рог: Помидоры (а следо<штем>но, и приготовленный из них томатный сок) содержат .мало пуринов и согласно справочникам по диетологии не противопоказаны при подагре. Е. Б. БЕЛ А ШЕ ВС КОЙ, Таганрог: Уже много ич как очищенный керосин не используется в медицине. Д. МАЛ ИНИН У, Харьков: Если у проявлямпцего раствора, в годности которого вы сомневаетесь, цва от желтого до светло-коричневого, то с ним скорее всего еще можно работать, но если цвет более темный, то лучше не рисковать. П. С. БОГДАНОВУ. Ярославская обл.: Городовой физик (он же штадт-физик) не иличч о/ношения пи к городо<тм, ни к физикам, это врачебная должность в средиевск<нюй Европе, и в обязанности штадт-физикам вменялось прежде всего оберегать города от эпидемий. О. А. К-ВОЙ, Ленинград: Не все, что попадает в словари, остается в языке, и если взять, скажем, слооарь-сп1Уавочник «Новые слова и значения», вышедший в №73 г., то как. по-вашему, долгая ли жизнь уготована таким из него словам, как «дефектовка», «стоге ктарка» или «газожидкий»'! Редакционная коллегия: И. В. Петря нов-Соколов (главный редактор), П. Ф. Баденков. В. Е. Жвирблис (зав. отделом хим. наук), М. Н. Колосов, В. А. Легасов, В. В. Листов, В. С. Любаров, Л- И. Мазур, В. И. Рабинович (ответственный секретарь), М. И. Рохлин (зам. главного редактора), Н. Н. Семенов, А. С. Хохлов, | Н. М. Эмануэль"), Г. А. Ягодин Редакция 3. Ю. Буттаев (художник), М. А. Гуревич, 4. В. Ефремов, Ю. И. Зварич, М. Я. Иванова, А. Д. Иорданский, A. А. Лебединский (художественный редактор), О. М. Либкин, Э. И. Михлин (зав. производством). B. Р. Полищук, B. В. Станцо, C. Ф. Старикович, Л. Н. Стрельникова, Т. А. Сулаева (зав. редакцией), М. Б. Черненко, В. К. Черникова, Р. А. Шульгина Номер оформили художники: В. М. Адамова, A. В. Астрин, Г. Ш. Басыров, Р. Г. Бикмухаметова, B. С. Любаров, И. А. Мельников Корректоры Л. С. Зенович, Л. Н. Лещева Сдано в набор lfi.ll.WK4 г. Т20443. Подписано в печать 17.12.84 г. Бумага 70x108 I ' 16. Печать офсетная. Усл. печ. л 8,4. Усл.-кр. отт. 725v тыс. Уч.-изд. л. 11,3. Бум. л. Э. Тираж М>5 Ш>0 экз. Цена 65 коп. Зака! 3088. АДРЕС РЕДАКЦИИ: М7.Ш Москва B-.UJ, Ленинский проспект. 61 Телефоны для справок: 135 40-20, 135 52-24 Ордена Трудового Красного Знамени Чеховский полиграфический комбина! ВО «Союшолиграфпром» Государственною комитета СССР но делам издательств, ПОЛИ1 рафии и книжной горювли I. Чехов Московской области (С^И шательство Наука» «Химия и жи|н1>*. 1*)85
Яблоко среди фруктов — что картофель среди овощей: особый огромный мир. Яблоневые сады занимают на Земле почти 5 миллионов гектаров, едва ли не каждое второе плодовое дерево — яблоня, а поближе к северу, где не вызревают ни апельсины, ни даже абрикосы, там девять из десяти — яблони. Сортов — с ума сойти: только в нашей стране более трехсот в официальном списке, и еще под тысячу на испытаниях... В торговле есть твердое правило: при продаже указывать сорт яблок. Банан — он просто банан, а яблоко — либо Джонатан, либо Ренет Симиренко, либо, к примеру, Штрейфлинг, на базарах известный как «штрифель». Однако, чтобы не утонуть в пучине информации, мы это правило умышленно нарушим и будем говорить о яблоке вообще. Разве что наскоро заметим, что самый ходовой сейчас в мире сорт — Голден делишес, а многими любимые Антоновка, Боровинка, Анис и Грушовка теряют помаленьку позиции, потому что деревья плодоносят не каждый год, урожайность средняя и яблоки трудно перевозить. Сейчас требования такие, чтобы собирать с гектара тонн по тридцать крупных, красивых, лежких плодов. Старым сортам, которые нам по сердцу, это недоступно. И еще одно современное требование к яблокам, несколько странное, на первый взгляд: отсутствие специфического аромата. Вернее, в некоторых сортах аромат поощряется, но так как оценить его смогут только знатоки, то пусть знатоки и ищут яблоки личио для себя; большинству же по душе универсальный, просто яблочный запах. От запаха естественно перейти к цвету, который у всех яблок поначалу одинаков; в молодости они зеленые благодаря хлорофиллу. Потом окраска может ослабеть или смешаться с желтизной каротина, а иногда яблочная кожица покрывается антоциановым румянцем. Любители румяного яблочка пусть знают, что мода, которой подвержены и фрукты, отдает предпочтение ровной окраске; но надо ли во всем следовать моде? Яблоки краснеют под прямыми солнечными лучами. От обилия или нехватки солнца зависит и вкус:.в жаркое сухое лето плоды накапливают больше сахара и меньше кислот. Чтобы объективно, не откусывая, отличить сладкое яблоко от кислого, их отправляют на анализ и подсчитывают отношение сахара к кислоте. Оно неизменно выше у зимних яблок, которые срывают осенью ие вполне созревшими. Наилучших вкусовых кондиций они достигают несколько месяцев спустя, как раз тогда, когда мы особенно нуждаемся в свежих фруктах. Некоторые яблоки держатся даже до июля, до самых первых, еще мелких, кислых, не очень душистых, но таких долгожданных летних яблок... Для хранения годится не всякое яблоко, а только здоровое, без нажимов, ушибов и прочих повреждений. В больших садах все чаще можно видеть тонкого устройства уборочные машины. Если же яблоки снимают руками (что, кстати, очень приятно), то их не рвут и тем паче не откручивают, а нежно берут в ладонь и, упираясь пальцем в веточку, поворачивают кверху. Тогда яблоко срывается вместе с плодоножкой, и это ему на пользу, потому что через дыру в верхушке будет испаряться влага и внутрь полезут разные микробы. А еще сборщикам — так же как хирургам и пианистам — советуют коротко стричь ногти, чтобы ненароком не поцарапать яблочную кожицу. Не слишком ли много чести какому-то фрукту? Любимому — не слишком. }с/1ккШD^ь^>
У, '/(L. '*. Ц& '46 Z, ^ t ~^ ш? "/>м «Утро начинается с рассвета»,— поется в песне. Красиво, но не совсем точно, поскольку на самом деле утро для каждого из нас начинается, когда надо вставать. А в январе это, увы, приходится делать задолго до рассвета. Отвратительный звон будильника прерывает последнюю, самую сладкую фазу сна, мы нехотя открываем глаза и видим темноту за окном... Кстати, о фазах. Кто не знает, что ночной сон, который для нас, спящих, пролетает «как сон», на самом деле состоит по меньшей мере из 4—5 стадий и для каждой из них характерны свои физиологические состояния. Подробности можно найти в научной и научно-популярной литературе, например в книге В. С. Ротенберга и В. В. Аршавского «Поисковая активность и адаптация» (М.: Наука, 1984), нас же будут интересовать краткие мгновения пробужденья. В эти мгновения организм претерпевает кардинальную перестройку: изменяются характер электроэнцефалограммы и тонус мышц, под закрытыми еще веками спящего начинают быстро двигаться глазные яблоки, увеличивается выброс в кровь кортикостероидов и катехоламинов. Так вот, чтобы пробуждение было безболезненным, легким и приятным, к нему нужно подойти в той фазе сна, которая по состоянию организма более или менее близка к бодрствованию, — в стадии «быстрого» сна. Когда же мы просыпаемся в фазе сна «медленного», протекающей обычно глубокой ночью, возникает ощущение нереальности, спутанности, так называемое просоночное состояние. Вспомните, у Льва Николаевича Толстого: «Вдруг дальний крик пробудил Ростова. Он вздрогнул и открыл глаза. «Где я?— Да, в цепи; лозунг и пароль — дышло» (...) И он опять упал головой на шею лошади. Вдруг ему показалось, что в него стреляют. «Что? Что? Что?.. Руби!.. Что...» — заговорил, очнувшись, Ростов». Спросонья можно таких дров наломать, что не только за день, но и за год не поправишь. Скажем, если сядешь за руль в просоночном состоянии... В общем, из психофизиологии с на и бодрствования вытекает ценный практический вывод (пусть он кому-то и покажется банальным): надо вовремя ложиться спать и хорошо высыпаться, чтобы по прошествии примерно восьми часов к звонку будильника наверняка подойти в состоянии «быстрого» сна. Несколько слов о будильнике. Излишне резкий его звук (или громкий окрик) может порой вызвать эмоции настолько отрицательные, что человек целый день не будет способен продуктивно работать. Напротив, негромкий постоянный звуковой сигнал постепенно, плавно выводит спящего из крепкого сна в состояние так называемого подбуживания. Подбуживающим фактором могут служить и тихая музыка, и яркий свет за окном. А сейчас, в январе, за окном темно, и мы просыпаемся обычно без мягкого щадящего подбуживания. Вот почему трудно вставать. А вставать надо. Так что с добрым утром! #& гч "-^ '■"!//,/, ^ <353^ Г<2* Гйа ГО Издательство «Наука» «Химия и жизнь», 1985 г., № 1 1—96 стр. Индекс 71050 Цена 65 коп.