Теги: журнал домашняя лаборатория
Год: 2012
Текст
ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ
ДОМАШНИ
ЛА1ГО1РАТ01Р1ИШ1
СЕНТЯБРЬ 2012
ДОМАШНЯЯ
ЛАБО РАТОРИЯ
Н аучно-прикладной
и образовательный
интернет-журнал
Адрес редакции:
domlabginbox.com
Статьи для журнала
направлять , указывая в теме
письма «For journal».
Журнал содержит материалы
найденные в Интернет или
написанные для Интернет.
Журнал является полностью
некоммерческим. Никакие
гонорары авторам статей не
выплачиваются и никакие
оплаты за рекламу не
принимаются.
Явные рекламные объявления
не принимаются, но скрытая
реклама, содержащаяся в
статьях, допускается и даже
приветствуется.
Редакция занимается только
оформительской
деятельностью и никакой
ответственности за содержание статей
не несет.
Статьи редактируются, но
орфография статей является
делом их авторов.
использовании материа-
этого журнала, ссылка
При
лов
на него не является
обязательной , но желательной.
Никакие претензии за
невольный ущерб авторам,
заимствованных в Интернет
статей и произведений, не
принимаются. Произведенный
ущерб считается
компенсированным рекламой авторов и
их произведений.
По всем спорным вопросам
следует обращаться лично в
соответствующие учреждения провинции
Свободное государство (ЮАР).
При себе иметь, заверенные
местным нотариусом, копии всех
необходимых документов на
африкаанс, в том числе,
свидетельства о рождении, диплома об
образовании, справки с места
жительства, справки о здоровье
и справки об авторских правах
(в 2-х экземплярах).
J^Q^j^
СОДЕРЖАНИЕ
Краткая история физики (продолжение)
Кривая история открытий (продолжение)
Краткий курс биологии (продолжение)
Клуб
Когда меня отпустит?
Локальная сеть (продолжение)
Некоторые методы органической химии
Автоматизированный диэлектрометр
Обработка сигналов (продолжение)
СЕНТЯБРЬ 2012
История
3
28
Ликбез
65
Литпортал
93
107
Компьютер
137
Химичка
151
Электроника
164
Систе"
170
Матпрактик^
Компьютерная модель вращения тела в силовом поле
Простые опыты с растениями
Фотогалерея
Объявление
НА ОБЛОЖКЕ
Зеленый лист и белый лист!
Кленовый и бумажный!
Бумажный лист и сух и чист,
А лист кленовый — влажный.
Он вымок ночью под дождем
И пахнет старым кленом.
Возьмем лист белый и на нем
Напишем о зеленом!
А. Кушнер
Читаем статью «Простые опыты с растениями».
186
Разное
194
276
277
История
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ФИЗИКИ1
Кудрявцев П.С.
ЧАСТЬ III. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ
НАУЧНОЙ РЕВОЛЮЦИИ В ФИЗИКЕ XX В.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ.
ВОЗНИКНОВЕНИЕ АТОМНОЙ
И ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ
Открытие Рентгена
Конец XIX в. ознаменовался повышенным интересом к явлениям прохождения
электричества через газы.
Еще Фарадей серьезно занимался этими явлениями, описал разнообразные формы
1 Журнальный вариант, с сокращениями. Начало см. в №4 за этот год.
разряда, открыл темное пространство в светящемся столбе разреженного газа,
фарадеево темное пространство отделяет синеватое, катодное свечение от
розоватого , анодного.
Дальнейшее увеличение разрежения газа существенно изменяет характер
свечения. Математик Плюкер (1801-1868) обнаружил в 1859 г. при достаточно сильном
разрежении слабо голубоватый пучок лучей, исходящий из катода, доходящий до
анода и заставляющий светиться стекло трубки, ученик Плюкера Гитторф (1824-
1914) в 1869 г. продолжил исследования учителя и показал, что на
флюоресцирующей поверхности трубки появляется отчетливая тень, если между катодом и
этой поверхностью поместить твердое тело.
Гольдштейн (1850-1931), изучая свойства лучей, назвал их катодными лучами
(1876) . Через три года Вильям Крукс (1832-1919) доказал материальную природу
катодных лучей и назвал их «лучистой материей» - веществом, находящимся в
особом четвертом состоянии. Его доказательства были убедительны и наглядны.
Опыты с «трубкой Крукса» демонстрировались позже во всех физических
кабинетах. Отклонение катодного пучка магнитным полем в трубке Крукса стало
классической школьной демонстрацией.
Однако опыты по электрическому отклонению катодных лучей не были столь
убедительными. Герц не обнаружил такого отклонения и пришел к выводу, что
катодный луч - это колебательный процесс в эфире. Ученик Герца Ф. Ленард,
экспериментируя с катодными лучами, в 1894 г. показал, что они проходят через
окошечко, закрытое алюминиевой фольгой, и вызывают свечение в пространстве за
окошечком. Явлению прохождения катодных лучей через тонкие металлические тела
Герц посвятил свою последнюю статью, опубликованную в 1892 г. Она начиналась
словами: «Катодные лучи отличаются от света существенным образом в отношении
способности проникать через твердые тела». Описывая результаты опытов по
прохождению катодных лучей через золотые, серебряные, платиновые, алюминиевые и
т.д. листочки, Герц отмечает, что он не наблюдал особых отличий в явлениях.
Лучи проходят через листочки не прямолинейно, а дифракционно рассеиваются.
Природа катодных лучей все еще оставалась неясной.
Трубка Крукса в работе.
Вот с такими трубками Крукса, Ленарда и других и экспериментировал Вюрц-
бургский профессор Вильгельм Конрад Рентген в конце 1895 г. Однажды по
окончании опыта, закрыв трубку чехлом из черного картона, выключив свет, но не
выключив еще индуктор, питающий трубку, он заметил свечение экрана из синеро-
дистого бария, находящегося вблизи трубки. Пораженный этим обстоятельством,
Рентген начал экспериментировать с экраном. В своем первом сообщении «О новом
роде лучей», датированном 28 декабря 1895 г., он писал об этих первых опытах:
«Кусок бумаги, покрытой платиносинеродистым барием, при приближении к трубке,
закрытой достаточно плотно прилегающим к ней чехлом из тонкого черного
картона, при каждом разряде вспыхивает ярким светом: начинает флюоресцировать.
Флюоресценция видна при достаточном затемнении и не зависит от того,
подносить ли бумагу стороной, покрытой или не покрытой платиносинеродистым барием,
флюоресценция заметна еще на расстоянии двух метров от трубки».
Тщательное исследование показало Рентгену, «что черный картон, не
прозрачный ни для видимых и ультрафиолетовых лучей солнца, ни для лучей
электрической дуги, пронизывается каким-то агентом, вызывающим энергичную
флюоресценцию» . Рентген исследовал проникающую способность этого «агента», который он
для краткости назвал «Х-лучи», для различных веществ. Он обнаружил, что лучи
свободно проходят через бумагу, дерево, эбонит, тонкие слои металла, но
сильно задерживаются свинцом.
Затем он описывает сенсационный опыт: «Если держать между разрядной трубкой
и экраном руку, то видны темные тени костей в слабых очертаниях тени самой
руки». Это было первое рентгеноскопическое исследование человеческого тела.
Рентген получил и первые рентгеновские снимки, приложив их к своей брошюре.
Эти снимки произвели огромное впечатление; открытие еще не было завершено, а
уже начала свой путь рентгенодиагностика. «Моя лаборатория была наводнена
врачами, приводившими пациентов, подозревавших, что они имеют иголки в разных
частях тела», - писал английский физик Шустер.
Один из первых рентгеновских снимков.
Уже после первых опытов Рентген твердо установил, что Х-лучи отличаются от
катодных, они не несут заряда и не отклоняются магнитным полем, однако
возбуждаются катодными лучами. «...Х-лучи не идентичны с катодными лучами, но
возбуждаются ими в стеклянных стенках разрядной трубки», - писал Рентген.
Он установил также, что они возбуждаются не только в стекле, но и в
металлах.
Схема рентгеновской трубки.
Упомянув о гипотезе Герца-Ленарда, что катодные лучи «есть явление,
происходящее в эфире», Рентген указывает, что «нечто подобное мы можем сказать и о
наших лучах». Однако ему не удалось обнаружить волновые свойства лучей, они
«ведут себя иначе, чем известные до сих пор ультрафиолетовые, видимые,
инфракрасные лучи». По своим химическим и люминесцентным действиям они, по мнению
Рентгена, сходны с ультрафиолетовыми лучами. В первом сообщении он высказал
оставленное потом предположение, что они могут быть продольными волнами в
эфире.
Открытие Рентгена вызвало огромный интерес в научном мире. Его опыты были
повторены почти во всех лабораториях мира. В Москве их повторил П.Н. Лебедев.
В Петербурге изобретатель радио А.С. Попов экспериментировал с Х-лучами,
демонстрировал их на публичных лекциях, получая различные рентгенограммы. В
Кембридже Д.Д. Томсон немедленно применил ионизирующее действие рентгеновских
лучей для изучения прохождения электричества через газы. Его исследования
привели к открытию электрона.
Вильгельм Конрад Рентген родился 27 марта 1845 г. в
пограничной с Голландией области Германии, в г. Ленепе. Он
получил техническое образование в Цюрихе в той самой
Высшей технической школе (политехникуме), в которой позже
учился Эйнштейн. Увлечение физикой заставило его после
окончания школы в 1866 г. продолжить физическое
образование. Защитив в 1868 г. диссертацию на степень доктора
философии, он работает ассистентом на кафедре физики сначала
в Цюрихе, потом в Гисене, а затем в Страсбурге у Кундта.
Здесь Рентген прошел хорошую экспериментальную школу и стал первоклассным
экспериментатором. Он производил точные измерения отношения cp/cv для газов,
вязкости и диэлектрической проницаемости ряда жидкостей, исследовал упругие
свойства кристаллов, их пьезоэлектрические и пироэлектрические свойства,
измерял магнитное поле движущихся зарядов (ток Рентгена). Часть важных
исследований Рентген выполнил со своим учеником, одним из основателей советской
физики А.ф. Иоффе.
Работая в 1885-1900 гг. профессором Вюрцбургского университета, Рентген
открыл лучи, ныне носящие его имя. За это открытие он получил в 1901 г.
Нобелевскую премию, став первым нобелевским лауреатом по физике. С 1900 г. и до
последних дней жизни (умер он 10 февраля 1923 г.) он работал в Мюнхенском
университете.
Открытие
радиоактивности
Открытие рентгеновских лучей произошло 8 ноября 1895 г. Сообщение об
открытии датировано 28 декабря. Более полутора месяцев ученый тщательно исследовал
неведомые лучи. Ему удалось установить, что они возникают там, где стенки
трубки сильно флюоресцируют под ударами катодных лучей. В понедельник 20
января 1896 г. Анри Пуанкаре на Заседании Парижской Академии рассказал об
открытии новых лучей, демонстрировал рентгеновские снимки и высказал
предположение, что рентгеновское излучение связано с флюоресценцией и, возможно,
возникает всегда в люминесцирующих веществах и никакой катодной трубки для
получения Х-лучей не надо. Среди участников заседания был Анри Беккерель, отец и
дед которого - оба физики - в свое время занимались флюоресценцией и
фосфоресценцией. Беккерель решил проверить гипотезу Пуанкаре. Еще в феврале 1896
г. А. Беккерель демонстрировал действие флюоресцирующего сернистого цинка на
фотопластинку, завернутую в черную бумагу. Беккерель решил использовать соли
урана. Он взял из коллекции минералов своего отца двойной сульфат уранила
калия. Обернув фотопластинку черной бумагой, он положил на нее металлическую
пластинку причудливой формы, покрытую слоем урановой соли, и выставил на
несколько часов на яркий солнечный свет. После проявления пластинки на ней было
отчетливо видно изображение металлической фигуры, той самой фигуры, которая
покрывалась до опыта солью урана. Повторные опыты Беккереля дали аналогичный
результат, и 24 февраля 1896 г. он доложил академии о результатах опытов.
Казалось, что гипотеза Пуанкаре полностью подтверждается. Но осторожный
Беккерель решил поставить контрольные опыты. К концу февраля он приготовил новую
пластинку. Но погода была пасмурной и оставалась такой до 1 марта. Утро 1
марта было солнечным, и опыты можно было возобновить. Беккерель решил,
однако, проявить пластинки, лежавшие несколько дней в темном шкафу. На
проявленных пластинках четко обозначились силуэты образцов минералов, лежавших на
непрозрачных экранах пластинок.
Минерал без предварительного освещения испускал невидимые лучи,
действовавшие на фотопластинку через непрозрачный экран. Беккерель немедленно ставит
повторные опыты. Оказалось, что соли урана сами по себе без всякого внешнего
воздействия испускают невидимые лучи, засвечивающие фотопластинку и
проходящие через непрозрачные слои. 2 марта Беккерель сообщил о своем открытии.
Длинным рядом экспериментов Беккерель шаг за шагом опровергал гипотезу
Пуанкаре . Оказалось, что лучи могут испускать только соединения урана - это
«урановые лучи», или «лучи Беккереля», как их потом стали называть. Они
способны ионизировать воздух и разряжать заряженный электроскоп. Способность
урана испускать лучи не ослабевала месяцами. 18 мая 1896 г. Беккерель со всей
определенностью констатировал наличие этой способности у урановых соединений
и описал свойства излучения. Но чистый уран оказался в распоряжении Беккереля
только осенью, и 23 ноября 1896 г. Беккерель сообщил о свойстве урана
испускать невидимые «урановые лучи» вне зависимости от его химического и
физического состояния.
В 1897 г. Беккерель продолжает изучать открытые им лучи. В конце этого года
в изучение нового явления включаются Мария Склодовская и ее муж Пьер Кюри. В
этом же году происходит и другое важное открытие. В лаборатории Кавендиша в
Кембридже решается загадка катодных лучей. Спор Герца, Ленарда и других
немецких физиков с Круксом и другими сторонниками корпускулярной природы
катодных лучей решается в пользу сторонников последней концепции. Доказал
корпускулярную природу катодных лучей молодой директор лаборатории Кавендиша Джозеф
Джон Томсон.
Джозеф Томсон
Джозеф Джон Томсон родился 18 декабря 1856 г. в.
Манчестере. Здесь, в Манчестере, он окончил Оуэн-колледж, а в
1876-1880 гг. учился в Кембриджском университете в
знаменитом колледже святой Троицы (Тринити-колледж), где когда-
то профессором был Исаак Ньютон. В январе 1880 г. Томсон
успешно выдержал заключительные экзамены и начал работать
в Кавендишской лаборатории. В это время директором
лаборатории был лорд Рэлей. При Рэлее значительно увеличилось
число студентов, занимавшихся научными исследованиями,
увеличился штат преподавателей, за счет пожертвований Рэ-
лея и его друзей лаборатория пополнялась приборами.
22 декабря 1884 г. , после ухода Рэлея, 27-летний Томсон
советом избирателей был назначен третьим профессором Кавендишской
лаборатории. Важные перемены происходят в томсоновскии период. В 1887 г. значительное
число книг Максвелла было передано лаборатории. Они образовали ядро
Кавендишской библиотеки. В 1890 г. была учреждена Максвелловская стипендия из
средств, завещанных университету миссис Максвелл. Стипендия давалась на три
года наиболее одаренным студентам-исследователям. В 1888 г. Томсон основал
классы-практикумы для студентов-медиков. Это явилось причиной резкого
увеличения числа студентов, работавших в лаборатории. Временно пришлось перевести
медицинские классы в старые комнаты-анатомички до тех пор, пока в 1896 г. не
был открыт южный флигель лаборатории. Но и этого оказалось недостаточно, так
как в 1895 г. , по инициативе Д. Д. Томсона, в Кембридже произошла реформа,
согласно которой в лабораторию стали приходить выпускники других
университетов . Специальная комиссия определяла способность пришедших проводить научные
исследования. После двух лет работы в Кембридже они получали степень
бакалавра и удостоверение исследователя. Студенты-исследователи из всех стран мира
приезжали в Кембридж. Среди приехавших были Э. Резерфорд из Новой Зеландии,
Таунсенд из Ирландии, Ланжевен из Франции, Бородовский из России, Зелени из
США, Ч. Вильсон из Австралии и много других. С каждым годом исследователей из
других стран приезжало все больше и больше. Требовалось новое расширение
лаборатории. Рэлей в 1906 г. большую часть своих доходов пожертвовал на
строительство левого крыла Кавендишской лаборатории. Новое расширение потребовало,
в свою очередь, еще большего увеличения штата и совершенствования методов
обучения.
В 1884 г. выходит «Практическая физика» Глазебрука и Шоу, а в 1896 -
«Записки лаборатории по элементарной практической физике». Эти книги обобщили
ценный опыт лаборатории по проведению практических занятий по общей физике,
став главным руководством для работы студентов. Наиболее важным в работе со
студентами-исследователями Томсон считал поддержание в них творческого
энтузиазма . В послании Британской Ассоциации он с убежденностью констатировал,
что отсутствие энтузиазма - наиболее частая причина неудач. Томсон также
предупреждал всех работающих для продвижения науки о тормозящем действии на
энтузиазм затянувшегося курса академического обучения. Эта идея Томсона
претворялась в жизнь всей деятельностью лаборатории.
В 1893 г. Томсон организовал Кавендишское физическое общество. На
заседаниях этого общества обсуждались статьи, готовившиеся к публикации. Такие
дискуссии помогали исследователям разрешать некоторые неясности, стимулировали
их интерес к исследованиям.
Томсон много внимания уделял развитию мастерских лаборатории, приглашал
хороших механиков, обучал их. Так, в томсоновское время работал механиком Синс-
лайр. Как вспоминал Д.Д. Томсон, «он был хорошим механиком, но не знал
стеклодувного дела. Я дал ему несколько уроков, и спустя 2-3 месяца он овладел
этим делом».
Итак, в томсоновский период лаборатория становится признанной международной
школой физической науки. Здесь начали свой научный путь Резерфорд, Бор, Лан-
жевен и многие другие, в том числе и русские ученые. Заслуги многих учеников
Томсона были всемирно признаны. Нобелевской премии были удостоены И. Баркла,
В. Брэгг, О. Ричардсон, Ч.Т. Вильсон, Э. Резерфорд.
Перейдем теперь к основному показателю творческой деятельности лаборатории
- важнейшим научным исследованиям и в особенности к исследованиям профессора
Д.Д. Томсона. При Рэлее Томсон начал свой научный путь в Кавендишской
лаборатории. Первая его статья, опубликованная в 1880 г. , была посвящена
электромагнитной теории света. В следующем, 1881 г. появились две работы, из которых
одна положила начало электромагнитной теории массы. Статья называлась «Об
электрических и магнитных эффектах, производимых движением наэлектризованных
тел». В этой статье выражена та мысль, что «эфир вне заряженного тела
является носителем всей массы, импульса и энергии». С увеличением скорости
изменяется характер поля, в силу чего вся эта «полевая» масса возрастает, оставаясь
все время пропорциональной энергии. Научные успехи Томсона были высоко
оценены Рэлеем, и, уходя в 1884 г. с поста директора лаборатории Кавендиша, он, не
колеблясь, рекомендовал своим преемником Томсона.
Открытие рентгеновских лучей обострило интерес Томсона к явлениям
прохождения электричества через газы. Результатом этой коллективной работы, в
которой, кроме Томсона, принимали участие молодые его ученики и сотрудники,
явилась классическая монография «Прохождение электричества через газы», первое
издание которой вышло в 1903 г. В ходе этих исследований был открыт электрон.
«Исследования, которые привели к открытию электрона, - писал позже Томсон в
своих воспоминаниях, - начались с попыток объяснения расхождения поведения
катодных лучей под действием магнитных и электрических сил». Действие
магнитного поля на катодные лучи было обнаружено многими исследователями, однако в
отношении действия электрического поля существовали разногласия. Одни авторы
утверждали, что они наблюдали действие электрического поля на катодные лучи,
другие отрицали это. Томсон показал, что это расхождение обусловлено низкой
техникой откачки газа. Остатки ионизированного газа нейтрализуют влияние
внешнего электрического поля. Томсон усовершенствовал технику откачки и
получил заметные отклонения катодного пучка электрическим полем. Трубка Томсона с
впаянными в нее пластинками конденсатора стала прообразом современной
электронно-лучевой трубки.
Подвергая катодный пучок действию электрического и магнитного полей, Томсон
получил возможность определить отношение е/т для катодных лучей. Это
отношение оказалось независимым от природы газа в трубке и в тысячу раз большим,
чем отношение е/т для водородного иона, полученное из законов электролиза.
Если принять, что заряд катодной частицы равен заряду водорода, то масса
катодной частицы оказывается в тысячу раз меньше массы атома водорода, самого
легкого атома. Этот результат был ошеломляющим. Томсон вспоминает, с каким
недоверием было встречено его сообщение в Королевском институте.
Томсон продолжал свои опыты. Он исследовал отношение е/т для частиц,
вырываемых ультрафиолетовым светом, для частиц, испускаемых накаленным катодом, -
всюду порядок этого отношения оказался таким же, как для катодных лучей. Эти
мельчайшие частицы вещества Томсон назвал корпускулами, однако это название
не удержалось. Частицы стали называться электронами. (Термин «электрон» ввел
в 1891 г. английский ученый Дж. Стоней.)
Экран
Метод парабол Томсона
Стало ясно, что электроны являются составными частями атомов всех веществ.
Сам Томсон построил электромагнитную модель атома, предположив, что
отрицательно заряженные корпускулы (электроны) располагаются определенным образом
внутри положительно заряженной сферы. (Следует отметить, что такую же модель
предлагал и Вильям Томсон.) Этот «атом Томсонов» был распространенной моделью
атома до открытия ядра Резерфордом и модели атома Бора.
Метод Томсона имел фундаментальное значение. Он лежит в основе устройства
электронно-лучевых трубок, первые модели которых были построены в 1897 г.
самим Томсоном и независимо от него Ф. Брауном.
Развитие метода Томсона составляет основу электронной оптики, электронных
ламп, современных ускорителей заряженных частиц. Томсон научил физиков
управлять электронами, и в этом его основная заслуга. В 1906 г. Д.Д. Томсону за
его исследование прохождения электричества через газы была присуждена
Нобелевская премия по физике.
Томсон разработал и методы изучения положительно заряженных частиц.
Вышедшая в 1913 г. его монография «Лучи положительного электричества» положила
начало масс-спектроскопии. Развивая методику Томсона, его ученик Астон построил
первый масс-спектрометр и разработал метод анализа и разделения изотопов. В
лаборатории Томсона начались первые измерения элементарного заряда из
наблюдения движения заряженного облака в электрическом поле. Этот метод был в
дальнейшем усовершенствован Милликеном (1868-1953) и привел к измерениям за-
ряда электрона.
В лаборатории Кавендиша начала свою жизнь и знаменитая камера Вильсона,
построенная учеником и сотрудником Томсона Вильсоном в 1911 г.
Таким образом, роль Д.Д. Томсона и его учеников в становлении и развитии
атомной и ядерной физики очень велика. Но Д.Д. Томсон («Джи, Джи», как его
называли) до конца своей жизни оставался сторонником эфира, разрабатывал
модели движения в эфире, результатом которых, по его мнению, были наблюдаемые
явления. Так, отклонение катодного пучка в магнитном поле он интерпретировал
как прецессию гироскопа, наделяя совокупность электрического и магнитного
полей вращательным моментом. Умер Д.Д. Томсон 30 августа 1940 г., в трудное для
Англии время, когда над ней нависла угроза вторжения гитлеровцев.
Открытия Пьера
и Марии Кюри
Вернемся к радиоактивности. Беккерель продолжал исследование открытого им
явления. Он считал его свойством урана, аналогичным фосфоресценции. Уран, по
мнению Беккереля, «представляет первый пример металла, обнаруживающего
свойство , подобное невидимой фосфоресценции». Он считает свойства излучения урана
подобными свойствам световых волн. Природа нового явления, таким образом,
была еще не понята, не существовало и слова «радиоактивность».
Беккерель обнаружил и тщательно исследовал свойство урановых лучей делать
электропроводящим воздух. Его заметка 23 ноября 1896 г. появилась почти
одновременно с заметкой Д. Томсона и Э. Резерфорда, показавших, что рентгеновские
лучи делают электропроводящим воздух благодаря ионизирующему действию. Так
был открыт важный метод исследования радиоактивности. Сообщения Беккереля 1
марта и 12 апреля 1897 г., излагавшего результаты наблюдений разряда
наэлектризованных тел под действием уранового излучения, содержали важное указание,
что активность препаратов урана оставалась неизменной более года.
Вскоре в исследование нового загадочного явления включились другие
исследователи, и, прежде всего, супруги Пьер и Мария Кюри. Мария Склодовская-Кюри
начала исследования радиоактивных явлений в конце 1897 г. , избрав изучение
этих явлений темой своей докторской диссертации. В апреле 1898 г. была
опубликована ее первая статья по радиоактивности. Позднее в своей докторской
диссертации она писала: «Я измеряла напряженность урановых лучей, пользуясь их
свойством сообщать воздуху электропроводность... При этих измерениях
употреблялась металлическая пластинка, покрытая слоем уранового порошка».
Уже в этой первой работе М. Склодовская-Кюри исследовала, нет ли других
веществ, обладающих свойством, аналогичным урану. Она нашла, что «торий и его
соединения имеют то же свойство». Одновременно аналогичный результат был
опубликован в Германии Шмидтом.
Далее она пишет: «Таким образом, уран, торий и их соединения испускают бек-
керелевы лучи. Вещества, обладающие этим свойством, я назвала радиоактивными.
С тех пор это имя стало общепринятым». Итак, с июля 1898 г., когда был
опубликован новый термин в физике, начало жить важное понятие «радиоактивность».
Заметим, что эта июльская статья была подписана уже супругами Пьером и Марией
Кюри.
Пьер оставил свою тематику и активно включился в работу жены1. В
заброшенном сарае Школы промышленной физики и химии, превращенном супругами в
лабораторию, началась титаническая работа с отбросами урановой руды, полученной из
Дело в том, что радиоактивность урановой руды превышала радиоактивность чистого
урана. Следовательно, в ней могли быть другие радиоактивные элементы. Их то и искали
супруги Кюри.
Иоахимсталя (ныне Иоахимов). В своей книге «Пьер Кюри» Мария Кюри описывает,
в каких условиях велась эта работа: «Мне доводилось обрабатывать зараз до
двадцати килограммов первичного материала и в результате уставлять сарай
большими сосудами с химическими осадками и жидкостями.
Это был изнурительный труд - переносить мешки в сосуды, переливать жидкости
из одного сосуда в другой, несколько часов подряд мешать кипящий материал в
чугунном сосуде».
Это был не только изнурительный, но и опасный труд: исследователи еще не
знали вредного действия радиоактивных излучений, которые, в конце концов,
привели Марию Склодовскую-Кюри к безвременной кончине.
Напряженный труд принес щедрые плоды. В том же, 1898 г. появляются одна За
другой статьи, сообщающие о получении новых радиоактивных веществ. В июльском
выпуске докладов Парижской Академии наук появилась статья П. и М. Кюри «О
новом радиоактивном веществе, содержащемся в смоляной руде». Описав метод
химического выделения нового вещества, положившего начало радиохимии, они писали
далее: «Мы... полагали, что то вещество, которое мы извлекли из смоляной
руды, содержит какой-то металл, до сих пор еще не замеченный, по своим
аналитическим свойствам близкий к висмуту. Если существование этого нового металла
подтвердится, мы предлагаем назвать его полонием, по названию страны, из
которой один из нас родом»
Активность полония оказалась в 400 раз выше активности урана. В декабре
того же года появилась статья супругов Кюри и Бемона «Об одном новом, сильно
радиоактивном веществе, содержащемся в смоляной руде». Здесь сообщалось об
открытии нового, сильно радиоактивного вещества, по химическим свойствам
близкого барию. Согласно точке зрения, высказанной М. Склодовской в ее первой
работе, радиоактивность является свойством атомов, сохраняющимся во всех
химических и физических состояниях вещества». «При такой точке зрения, - писали
авторы, - радиоактивность нашего вещества, не будучи обусловлена барием
(барий не радиоактивен, - Я.К.), должна быть приписана какому-то другому
элементу».
Было получено хлористое соединение нового элемента, активность которого в
900 раз превышает активность урана. В спектре соединения была обнаружена
линия, не принадлежащая ни одному из известных элементов. «Перечисленные нами
доводы, - писали в заключение авторы статьи, - заставляют нас думать, что это
новое радиоактивное вещество содержит какой-то новый элемент, который мы
предлагаем назвать радием».
Открытия полония и радия завершили новый этап в истории радиоактивности. В
декабре 1903 г. А. Беккерель, Пьер и Мария Кюри были награждены Нобелевской
премией. Приведем краткие биографические справки о Нобелевских лауреатах 1903
г.
Анри Беккерель родился 15 декабря 1852 г. в семье
известного физика Александра Эдмонда Беккереля,
прославившегося своими исследованиями фосфоресценции. Крупным ученым
был и отец Александра Эдмонда - дед Анри - Антуан Сезар
Беккерель. Беккерели: дед, сын, внук - жили в доме француз-
ского естествоиспытателя Кювье, принадлежащем Национальному
музею естественной истории. В этом доме Анри и сделал свое
великое открытие, и мемориальная доска на фасаде гласит: «В
лаборатории прикладной физики Анри Беккерель открыл
радиоактивность 1 марта 1896 г.».
Анри учился в лицее, затем в Политехнической школе, по
Беккерель
окончании которой работал инженером в Институте путей сообщения. Но вскоре
его постигло горе: умерла его молодая жена, и молодой вдовец с сыном Жаном,
будущим четвертым физиком Беккерелем, переезжает к отцу в Музей естественной
истории. Сначала он работает репетитором Политехнической школы, а с 1878 г. ,
после смерти деда, становится ассистентом своего отца.
В 1888 г. Анри защищает докторскую диссертацию и ведет вместе с отцом
разностороннюю научную работу. Через год его избирают в Академию наук. С 1892 г.
он становится профессором Национального музея естественной истории. Открытие
радиоактивности круто повернуло судьбу Беккереля. Он - Нобелевский лауреат,
обладатель всех знаков отличия Парижской Академии наук, член Лондонского
Королевского общества. Летом 1908 г. академия избирает его непременным
секретарем физического отделения. Умер Беккерель 25 августа 1908 г.
Пьер Кюри
Пьер Кюри родился 15 мая 1859 г. в Париже в семье
врача. Эжен Кюри, отец Пьера, во время революции 1848
г. , в дни Парижской Коммуны был на боевом посту,
оказывая помощь раненым революционерам и коммунарам. Человек
высокого гражданского долга и мужества, он привил эти
качества своим сыновьям Жаку и Пьеру. Мальчики -
шестнадцатилетний Жак и двенадцатилетний Пьер помогали отцу в
дни баррикадных боев Коммуны.
Пьер получил домашнее образование. Незаурядные
способности и прилежание помогли ему выдержать в шестнадцать
лет экзамен на звание бакалавра. Юный бакалавр слушал
лекции в Сорбонне, работал в лаборатории профессора Леру
в фармацевтическом институте и уже в восемнадцать лет
стал лиценциатом физики. С 1878 г. он работал
ассистентом Парижского университета. С этого же времени он вместе с братом Жаком
занимается исследованием кристаллов. Вместе с Жаком они открывают
пьезоэлектричество. В 1880 г. публикуется статья Пьера и Жака Кюри «Образование полярного
электричества под действием давления в гемиэдрических кристаллах с косыми
гранями». Основной вывод работы они формулируют следующим образом: «Какова бы
ни была причина, всякий раз, когда гемиэдрическии кристалл с косыми гранями
сжимается, возникает электрическая поляризация определенного направления;
всякий раз, когда этот кристалл растягивается, выделение электричества
происходит в противоположном направлении».
Затем они открывают противоположный эффект: деформацию кристаллов под
действием электрического напряжения. Они впервые изучили электрические
деформации кварца, создали пьезокварц и использовали его для измерения слабых
электрических зарядов и токов. Ланжевен применял пьезокварц для генерации
ультразвука. Пьезокварц используется также и для стабилизации электрических
колебаний.
После пятилетней плодотворной работы пути братьев разошлись. Жак Кюри
(1855-1941) уехал в Монпелье и занимался минералогией, Пьер был назначен в
1883 г. руководителем практических работ по физике в только что открытой
Парижским муниципалитетом Школе промышленной физики и химии. Здесь Кюри
выполнил свои исследования по кристаллографии и симметрии, часть которых он провел
с Жаком, время от времени приезжавшим в Париж.
В 1891 г. Пьер Кюри обратился к опытам по магнетизму. В результате этих
опытов он четко разделил диамагнитные и парамагнитные явления по их
зависимости от температуры. Изучая зависимость ферромагнитных свойств от температуры,
он нашел «точку Кюри», при которой исчезают ферромагнитные свойства, и открыл
закон зависимости восприимчивости парамагнитных тел от температуры (закон
Кюри) .
В 1895 г. Пьер Кюри женился на Марии Склодовской.
С момента открытия радиоактивности новая область исследования захватила
молодых супругов, и с 1897 г. они совместно работают над ее изучением. Это
творческое содружество продолжалось до дня трагической гибели Пьера. 19
апреля 1906 г., возвратившись из деревни, где он с семьей проводил пасхальные
каникулы, Пьер Кюри участвовал на собрании Ассоциации преподавателей точных
наук. Возвращаясь с собрания, он, переходя улицу, попал под ломовую телегу и
был убит ударом в голову.
«Угас один из тех, кто был истинной славой Франции», - писала в биографии
Пьера Кюри Мария Кюри.
Мария Склодовская-Кюри
Мария Склодовская родилась в Варшаве 7 ноября 1867 г.
в семье преподавателя варшавской гимназии. Мария
получила хорошую домашнюю подготовку и закончила гимназию с
золотой медалью.
В 1883 г. после гимназии она работала воспитательницей
в семьях богатых поляков. Потом она некоторое время жила
дома и работала в лаборатории своего двоюродного брата,
сотрудника А.И. Менделеева Иосифа Богусского.
В 1891 г. она уезжает в Париж и поступает на физико-
математический факультет Сорбонны. В 1893 г. она
получает степень лиценциата физических наук, а через год
становится лиценциатом математических наук.
В это же время она выполняет первую научную работу по
теме «Магнитные свойства закаленной стали», предложенной
известным изобретателем цветной фотографии Липпманом.
Работая над темой, она перешла в Школу промышленной физики и химии, где
встретилась с Пьером Кюри.
Вместе они открыли новые радиоактивные элементы, вместе были удостоены в
1903 г. Нобелевской премии, и после гибели Пьера Мария Кюри стала его
преемницей в Парижском университете, где Пьер Кюри был в 1900 г. избран
профессором. 13 мая 1906 г первая женщина-лауреат Нобелевской премии становится
первой женщиной-профессором знаменитой Сорбонны Она же впервые в мире начала
читать курс лекций по радиоактивности. Наконец, в 1911 г. она становится первым
ученым дважды лауреатом Нобелевской премии. В этом году она получила
Нобелевскую премию по химии.
Во время первой мировой войны Мария Кюри создала рентгеновские установки
для военных госпиталей. Перед самой войной в Париже был открыт Институт
радия , ставший местом работы самой Кюри, ее дочери Ирен и зятя Фредерика Жолио.
В 1926 г. Мария Склодовская-Кюри избирается почетным членом Академии наук
СССР.
Тяжелое заболевание крови, развившееся в результате длительного действия
радиоактивного излучения, привело ее к смерти 4 июля 1934 г. В год ее смерти
Ирен и Фредерик Жолио-Кюри открыли искусственную радиоактивность. Славный
путь династии Кюри блистательно продолжался.
Открытие
квантов
Открытие рентгеновских лучей (Рентген, 1895 г.), радиоактивности (Бекке-
рель, 1896 г.), электрона (Томсон, 1897 г.), радия (Пьер и Мария Кюри, 1898
г.) положили начало изучению атомной и ядерной физики. В 1899 г. Э. Резерфорд
выступил с большой статьей о радиоактивности, показав, что излучение урана и
тория имеет сложный состав, разделяясь на лучи, названные им аир (позже к
ним присоединились у-лУчи)• Это указывало на сложный характер радиоактивного
излучения. В 1900 г., изучая давно известное человечеству тепловое излучение,
Макс Планк открыл его атомный характер.
Тепловое излучение знакомо людям с незапамятных времен. Греясь на солнце
или у огня, человек наслаждался теплом, испускаемым солнечными лучами или
лучами очага. Но вот на вопрос, почему натопленная печь греет, оказалось не
так-то легко ответить. Существование «тепловых лучей» предположил в XVIII в.
химик Шееле (1742-1786), но опыты с тепловыми лучами проводили еще
флорентийские академики, доказавшие, что «холод» от глыбы льда охлаждает шарик
термоскопа , помещенного в фокусе вогнутого зеркала. Опыты с отражением тепловых
лучей вогнутыми зеркалами («зеркала Пикте») проводил в XVIII в. Пикте (1752-
1825) , а Прево (1751-1839) в 1791 г. установил закон подвижного теплового
равновесия. В. Гершель открыл невидимые «тепловые лучи» за красной частью
видимого спектра.
Теория теплового излучения началась с 1859 г., когда Кирхгоф открыл
основной закон теплового излучения, носящий его имя, и установил понятие абсолютно
черного тела, испускательная способность которого имеет универсальное
значение . Макс Планк в своей научной автобиографии писал о Законе Кирхгофа: «Этот
закон утверждает, что если в откачанном пустом пространстве, ограниченном
полностью отражающими стенками, находятся совершенно произвольные излучающие
и поглощающие тела, то с течением времени устанавливается такое состояние,
при котором все тела имеют одну и ту же температуру, а излучение по всем
своим свойствам, в том числе по спектральному распределению энергии, зависит
только от температуры, но не от свойств тел». Это равновесное излучение и
есть излучение абсолютно черного тела, закон распределения которого по длинам
волн спектра представляет универсальную функцию длин волн и температуры. «Это
так называемое нормальное распределение энергии, - писал Планк, -
представляет собой нечто абсолютное».
Через 20 лет после установления Кирхгофом своего закона (он обосновал его с
помощью принципов термодинамики в 1860 г.) Жозеф Стефан (1835-1893) из
измерений, выполненных французскими физиками, сделал вывод, что суммарная энергия
всех длин волн, излучаемых черным телом, пропорциональна четвертой степени
абсолютной температуры тела. Коэффициент пропорциональности есть
универсальная константа.
Стефан сформулировал свой закон в 1879 г. Через пять лет, в 1884 г., ученик
Стефана Людвиг Больцман, применив к излучению принципы термодинамики и исходя
из существования светового давления, равного, по Максвеллу, для изотропного
излучения одной трети объемной плотности энергии, вывел теоретически закон
Стефана. С этого времени он стал называться законом Стефана-Больцмана, а
постоянная закона - постоянной Стефана-Больцмана.
Больцман показал теоретикам путь исследования - применение принципов
термодинамики и электромагнитной теории света. Идя этим путем и привлекая
кинетическую теорию материи, русский физик В.А. Михельсон в 1887 г. приступил к
теоретическому объяснению распределения энергии в спектре излучения твердого
тела. Работа Михельсона «Опыт теоретического объяснения распределения энергии
в спектре твердого тела» была опубликована в январе 1887 г. в «Журнале
Русского физико-химического общества», а также на французском языке в «Gournal
de Physique» и на английском языке в «Philosophical Magazine» в том же, 1887
г.
Михельсон
Владимир Александрович Михельсон родился 30 июня 1860 г.
в Тульчине Подольской губернии. По окончании в Москве
частной гимназии в 1878 г. он поступает в Петербургский
институт инженеров путей сообщения. Однако он скоро понял, что
его призванием является физика, и перешел в Московский
университет. А.Г. Столетов замечает способности Михельсона и
по окончании университета в 1883 г. оставляет его для
подготовки к профессорскому званию. В 1887 г. Михельсон
отправляется за границу, где в лаборатории Гельмгольца
работает над магистерской диссертацией «О нормальной скорости
воспламенения гремучих газовых смесей». Диссертация
получила высокую оценку, и по предложению Столетова совет физико-
математического факультета присудил Михельсону докторскую степень, минуя
магистерскую .
Михельсон был избран профессором кафедры физики и метеорологии Московского
сельскохозяйственного института, бывшей Петровской сельскохозяйственной
академии и будущей Тимирязевской сельскохозяйственной академии в Петровском-
Разумовском. Михельсон развернул большую работу по организации
метеорологических наблюдений в России и созданию при лаборатории метеорологической
обсерватории. По его проекту в Петровском-Разумовском была построена
метеорологическая обсерватория, ныне носящая имя В.А. Михельсона. Сам Михельсон много и
плодотворно занимался актинометрией.
После Октябрьской революции Михельсон активно сотрудничает с Советской
властью. Одна из его статей, в которой он предсказывал наступление засухи,
привлекла внимание В.И. Ленина и по его указанию была опубликована в «Известиях»
17 сентября 1920 г. под названием «Важное предостережение».
В. А. Михельсон умер 27 февраля 1927 г.
Возвращаясь к истории теплового излучения, следует отметить, что статье
Михельсона предшествовали измерения, проведенные американским астрофизиком Са-
муэлем Ланглеем (1834-1906) . Он опубликовал в 1886 г. свои исследования над
инфракрасными лучами с помощью изобретенного им болометра и исследования по
распределению энергии в солнечном спектре. Михельсон указывает, что
результаты Ланглея делают актуальным теоретический анализ распределения энергии в
непрерывном спектре. Он подчеркивает, что «большая часть предлагаемых
результатов должна быть рассматриваема лишь как первое, грубое приближение к
действительности» . Полученные им теоретические кривые «обладают всеми без исключения
общими свойствами, какие указывает Ланглей, описывая свои экспериментальные
кривые». Одним из важных свойств кривых Ланглея является наличие максимума,
который смещается по мере повышения температуры в сторону коротких волн.
Теория Михельсона дала соотношение между абсолютной температурой длиной волны.
Михельсону не удалось дать точную формулировку закона смещения. Но его
работа послужила началом пути, по которому пошел Вильгельм Вин (1864-1928),
давший в 1893 г. точное выражение этого закона:
АщахТ = const.
В том же, 1893 г. была представлена диссертация «Исследования по
математической физике» Б.Б. Голицына, во второй части которой содержалась теория
теплового излучения. В ней Голицын впервые ввел понятие температуры излучения,
которая в то время отождествлялась с температурой эфира и поэтому
представлялась весьма спорной. «Мы не знаем, могут ли быть в свободном эфире нестройные
движения, и потому уже не можем говорить о температуре эфира», - писали в
своем критическом отзыве на диссертацию Голицына А.Г. Столетов и А.П. Соко-
лов. Дальнейшее развитие теоретической физики доказало правоту Голицына, да и
сам эфир был исключен из физической картины мира. За Голицыным осталась
историческая заслуга введения в науку важного понятия температуры излучения. В
его диссертации содержались также и другие результаты, предвосхищавшие выводы
Вина и Рэлея - Джинса. Однако резкий критический отзыв оппонентов Столетова и
Соколова заставил Голицына взять диссертацию обратно.
Голицын
Борис Борисович Голицын родился 2 марта 1862 г. По
происхождению он принадлежал к старому титулованному
(князья Голицыны) дворянскому роду Он воспитывался в
Морском корпусе, который окончил в 1880 г. в чине
гардемарина. С 1884 по 1886 г. он учился в Морской академии, по
окончании которой пытался поступить в Петербургский
университет . Серьезным препятствием к осуществлению этого
намерения было отсутствие аттестата зрелости, и Голицын,
подобно Лебедеву, уехал в Страсбург к Кундту. Здесь он
встретился с П.Н. Лебедевым, знакомство с которым перешло
в дружбу. В Страсбурге он защитил диссертацию «О законе
Дальтона» на степень доктора философии. Возвратившись в
Россию, он сдал в Петербургском университете магистерские
экзамены и был направлен в Москву, где получил место
приват-доцента университета. Представленная им магистерская диссертация
«Исследования по математической физике» дослужила началом тяжелой истории в
летописях русской науки. Совершенно неожиданно для многих неудачный диссертант был
избран в Петербургскую Академию наук на место, которое было уже обещано
Столетову. Для самого Столетова эта история обернулась трагически: ослабленный
переживаниями, его организм не вынес простудного заболевания, и вскоре после
«академического инцидента» Столетов умер.
Голицын, как академик, прославился своими исследованиями по сейсмологии и
организации сейсмологических наблюдений. Ему принадлежат также важные
исследования критического состояния, принципа Доплера-Физо, где он совместно с
И.И. Вилипом дал экспериментальное доказательство этого эффекта.
Умер Голицын 16 мая 1916 г.
Несмотря на существенные результаты, достигнутые в теории теплового
излучения, вид универсальной функции распределения энергии излучения по длинам волн
оставался неопределенным. Луммер (1860-1925) и Вин в 1895 г. построили модель
абсолютно черного тела в виде замкнутой полости с малым отверстием. Через два
года, в 1897 г., Луммер и Прингсгейм (1859-1917), проводя опыты с абсолютно
черным телом, построили экспериментальные кривые распределения энергии по
длинам волн. В этом же году проблему излучения начал атаковать Планк.
Планк
Макс Планк родился 23 апреля 1858 г. в г. Киле в семье профессора
юридического факультета Кильского университета Вильгельма Планка. Когда Максу было
девять лет, семья переехала в Мюнхен. Планк учился сначала в Мюнхенском, а
затем в Берлинском университете, где слушал лекции Кирхгофа, Гельмгольца,
Вейерштрасса. Его заинтересовала термодинамика, особенно ее второй закон, и
этот интерес остался у Планка на всю жизнь. Вернувшись в Мюнхен и сдав
экзамен на право преподавания в высшем учебном заведении, Планк защитил в 1879 г.
докторскую диссертацию «О втором законе механической теории тепла». Через год
он защитил диссертацию «Равновесное состояние изотропных
тел при различных температурах» на получение звания
доцента .
Работая доцентом Мюнхенского университета, Планк начал
составлять курс лекций по теоретической физике. Но до
1897 г. он не мог приступить к публикации своих лекций. В
1887 г. он написал конкурсное сочинение на премию
философского факультета Геттингенского университета. За это
сочинение Планк получил премию, а сама работа, содержащая
историко-методологический анализ закона сохранения
энергии, переиздавалась пять раз, с 1887 по 1924 г. За это же
время Планк опубликовал ряд работ по термодинамике
физико-химических процессов. Особую известность получила
созданная им теория химического равновесия разведенных растворов. В 1897 г.
вышло первое издание его лекций по термодинамике. Эта классическая книга
переиздавалась несколько раз (последнее издание вышло в 1922 г.) и переводилась
на иностранные языки, в том числе и на русский. К тому времени Планк был уже
ординарным профессором Берлинского университета и членом Прусской Академии
наук. С 1897 г. Планк вплотную занялся проблемой теплового излучения.
Результатом исследований было открытие искомой функции распределения
энергии по частотам, интерпретация которой потребовала от Планка введения
гипотезы квантов энергии. В 1906 г вышла классическая монография Планка «Лекции по
теории теплового излучения». Она переиздавалась несколько раз. Русский
перевод книги под названием «Теория теплового излучения» вышел в 1935 г. За
открытие кванта действия в 1918 г. Максу Планку была присуждена Нобелевская
премия по физике.
Дальнейший жизненный путь Планка связан с тяжелыми переживаниями. Во время
первой мировой войны погиб под Верденом его сын, умерли две дочери. В 1945 г.
за участие в антигитлеровском заговоре был казнен его старший сын. Во время
войны его дом был разбомблен, собранная им в течение всей жизни библиотека
погибла. Сам он во время поездки в Кассель был засыпан в бомбоубежище, где
провел несколько часов, пока его не откопали. Умер Планк 4 октября 1947 г.,
прожив почти 90 лет. Он видел возвышение и поражение Германии, пережил
франко-прусскую войну, первую и вторую мировые войны. На его глазах происходили
расцвет и крушение классической физики. При его жизни создавалась макс-
велловская электродинамика, термодинамика, классическая статистика,
электронная теория, теория относительности. Ему было сорок лет, когда супруги Кюри
открыли радий, в сорок два года он сам открыл квант действия. Он был
свидетелем развития квантовой механики, ядерной физики, а конец его жизни был озарен
пожаром Хиросимы.
Об истории открытия закона излучения и возникновения гипотезы квантов Планк
рассказывал неоднократно. Об этом он говорил в своей нобелевской речи
«Возникновение и постепенное развитие теории квантов», произнесенной в Стокгольме
2 июля 1920 г. Об этом рассказывается и в изданной посмертно в 1948 г.
«Научной автобиографии» Планка.
Как уже было сказано, Планк приступил к проблеме излучения в 1897 г. До
этого наибольших успехов в решении этой задачи добился В. Вин. В 1893 г. он
нашел формулу для объемной плотности невидимого излучения, но одна входящая в
него функция осталась неопределенной. Из этой формулы вытекал закон смещения
АщахТ = COnst.
В 1896 г. Вин пошел дальше и написал функцию в явном виде. Казалось бы,
задача была решена. Но, во-первых, вывод Вина с теоретической точки зрения не
был безупречным, и Рэлей писал в 1900 г. , что «с теоретической стороны этот
результат представляется мне немногим более, чем догадкой»; во-вторых, - и
это главное - формула Вина хорошо оправдывалась в области высоких частот
(коротких волн) , но в измерениях с инфракрасными волнами, выполненными Рубенсом
и Курльбаумом, «обнаружилось совершенно отличное от закона Вина поведение».
Во всяком случае, Планк пошел своим путем. Он рассматривал модель черного
тела, представлявшую собой совокупность электромагнитных осцилляторов,
излучающих и поглощающих электромагнитную энергию каждый определенной частоты.
Введя гипотезу «естественного излучения», Планк привел эту систему в
соответствие с необратимостью термодинамических процессов, несмотря на то, что
излучение описывается обратимыми уравнениями электродинамики. 15 мая 1899 г.
Планку удалось найти соотношение между объемной плотностью излучения и
средней энергией осциллятора.
Планк установил соотношение между энергией и энтропией осциллятора, в
основе которого, по-видимому, лежит закон Вина. Но как раз в это время измерения
Рубенса и Курльбаума показали неприменимость закона Вина для длинных волн, и
это поставило Планка перед трудной проблемой. Планк построил из связи
энтропии и энергии некоторую величину R, которая в области применимости закона
Вина оказывается пропорциональной энергии. Однако в областях длинных волн
следовало принять R пропорциональной квадрату энергии.
«Таким образом, - вспоминал Планк, - первыми опытами для функции R было
установлено два простых предельных вида: при малых энергиях R пропорциональна
энергии, а при больших энергиях - квадрату энергии... Дело теперь состояло в
том, чтобы найти точное выражение для R, которое давало бы закон
распределения энергии, совпадающий с экспериментально установленным. Теперь ничего
другого не оставалось, как приравнять в общем случае величину R сумме двух
членов - одного линейного, а другого квадратного по энергии, так что при малых
энергиях решающее значение имел первый член, а при больших - второй.
При этом была найдена новая формула для излучения, которую я представил на
заседании Берлинского физического общества 19 октября 1900 г. и рекомендовал
проверить».
Рубенс немедленно после заседания начал сравнивать формулу Планка с данными
его измерений. Утром он пришел к Планку и сообщил, что повсюду было найдено
удовлетворительное совпадение его формулы с опытом. Но, как признавался
Планк, метод нахождения формулы придавал ей «только формальный смысл удачно
угаданного закона». И здесь Планк впервые обратился к статистике, к той самой
статистике, с которой Михельсон начал поиски закона излучения, используя идеи
Больцмана о связи энтропии и вероятности. Этой зависимости Планк придал
следующий вид:
S = klnW,
где к - постоянная Больцмана, хотя ввел и впервые вычислил эту величину
Планк. Для того чтобы ввести вероятность в закон излучения, Планку пришлось
принять гипотезу, что каждый осциллятор излучает и поглощает энергию
конечными порциями. Эту порцию Планк положил пропорциональной частоте 8 = hv , где h
- некоторая универсальная постоянная, которую Планк назвал «элементарным
квантом действия». «Таким образом, - писал Планк, - и для излучения было
установлено существование энтропии как меры вероятности в больцмановском
смысле» .
Однако при подсчете вероятности Планку пришлось отойти от метода Больцмана,
и только значительно позже выяснился смысл этого отхода: статистика квантов
не является больцмановской. 14 декабря 1900 г. Планк доложил Берлинскому
физическому обществу о своей гипотезе и новой формуле излучения.
Из этой формулы, справедливой во всех областях спектра, получались и закон
Стефана - Больцмана и закон смещения Вина. Для больших частот она переходила
в формулу Вина, а для малых частот - в формулу данную Рэлеем в июле 1900 г. в
небольшой статье «Замечания о законе черного излучения». Рэлей вывел эту фор-
мулу, применяя закон равномерного распределения энергии по степеням свободы.
В 1905 г. он и независимо от него Джине показали, что классическая
статистика приводит не к формуле Планка, а именно к формуле Рэлея, которая стала
называться с тех пор законом Рэлея-Джинса.
История закона излучения продолжалась еще и в XX в. Сам Планк как-то
пытался ввести свою гипотезу в русло классических представлений. Однако это ему не
удалось.
Гипотеза квантов захватывала все новые и новые области, став «царицей»
современной физики.
Открытие рентгеновских лучей, радиоактивности, электрона, радия, кванта
действия определило характер развития физики XX в. Начиналась научная
революция.
ГЛАВА ЧЕТВЁРТАЯ. ПЕРВЫЙ
ЭТАП РЕВОЛЮЦИИ В ФИЗИКЕ
Открытие радиоактивных
преврещений. Идея
атомной энергии
Открытия конца XIX в. и первого пятилетия XX в. привели к революции в
физическом миропонимании. Рухнуло представление о неизменных атомах, о массе как
неизменном количестве вещества, о законах Ньютона как незыблемых устоях
физической картины мира, об абсолютных пространстве и времени, в непрерывных
процессах была обнаружена дискретность, прерывность.
Представление о неизменных, неразрушимых атомах, существовавшее в физике и
философии со времен Демокрита, было разрушено открытием радиоактивности. Уже
в самом начале исследований радиоактивности Мария Склодовская-Кюри писала:
«Радиоактивность урановых и ториевых соединений представляется атомными
свойствами. .. Я исследовала с этой точки зрения урановые и ториевые соединения и
произвела множество измерений их активности при различных условиях. Из
совокупности этих измерений выходит, что радиоактивность этих соединений
действительно есть атомное свойство. Она представляется здесь связанной с
наличностью атомов обоих рассматриваемых элементов и не уничтожается ни переменой
физического состояния, ни химическими преобразованиями».
Таким образом, оказалось, что атомы урана, тория и позднее открытых полония
и радия не являются мертвыми кирпичиками, а обладают активностью, испускают
лучи. Природа этих лучей была исследована рядом ученых, но первым обнаружил
сложный состав радиоактивных лучей Резерфорд. В опубликованной в 1899 г.
статье «Излучение урана и вызываемая им электропроводность» он показал
электрическим методом, что излучение урана имеет сложный состав.
Одну из пластин конденсатора покрывали порошком солей урана и соединяли с
полюсом батареи, вторую соединяли с квадрантом квадрантного электрометра,
другую пару квадрантов которого подключали к заземленному полюсу батареи.
Измеряли скорость разряда, обусловленного ионизирующим действием урановых
лучей. Порошок накрывали тонкими листами металлической фольги. «Эти опыты, -
писал Резерфорд, - показывают, что излучение урана неоднородно по составу, -
в нем присутствуют, по крайней мере, два излучения различного типа. Одно
очень сильно поглощается, назовем его для удобства а-излучением, а другое
имеет большую проникающую способность, назовем его р-излучением».
Во время исследований Резерфорд узнал о работе Шмидта, открывшего
радиоактивность тория (об аналогичном открытии Склодовской-Кюри он, по-видимому, не
знал). Он исследовал излучения тория и обнаружил, что а-излучение тория обла-
дает большей проникающей способностью, чем а-излучение урана. Он также
констатировал, что излучение тория «неоднородно по составу, в нем присутствуют
какие-то лучи большой проникающей способности». Однако точного анализа торие-
вого излучения Резерфорд не проводил. В 1900 г. Вилар открыл сильно
проникающее слабое излучение. Лучи Вилара стали называться у-лУчами-
Оказалось, что а-, р-, у-лУчи отличаются не только проникающей
способностью. Беккерель в 1900 г. показал, что р-лучи отклоняются магнитным полем в
ту же сторону, что и катодные лучи. Этот результат получили супруги Кюри,
Мейер, Швейдлер и другие. Эти опыты показали, как писал Резерфорд в 1902 г.,
что «отклоняемые лучи во всех отношениях подобны катодным лучам». Резерфорд
прямо говорит о р-лучах как об электронах. Проводя опыты именно с р-лучами,
В. Кауфман в 1901 г. обнаружил зависимость массы от скорости.
В феврале 1903 г. Резерфорд показал, что и «неотклоняемые» а-лучи на самом
деле «отклоняются в сильном магнитном и электрическом полях. Эти лучи
отклоняются в противоположную по сравнению с катодными лучами сторону и,
следовательно, должны состоять из положительно заряженных частиц, движущихся с
большой скоростью».
В 1903 г. в своей докторской диссертации «Исследования о радиоактивных
веществах» М. Склодовская-Кюри дала схему структуры радиоактивного излучения по
отклонению их в магнитном поле, вошедшую с тех пор во все учебники.
Вскоре после открытия полония и радия супруги Кюри установили, «что лучи,
испускаемые этими веществами, действуя на неактивные вещества, способны
сообщить им радиоактивность и что эта наведенная радиоактивность сохраняется в
течение достаточно длительного времени».
Затем Резерфорд, изучая радиоактивность соединений тория, писал, что эти
соединения, кроме обычных радиоактивных лучей, «непрерывно испускают какие-то
радиоактивные частицы, сохраняющие радиоактивные свойства в течение
нескольких минут». Резерфорд назвал эти частицы «эманацией». «По своим
фотографическим и электрическим действиям эманация похожа на уран. Она способна
ионизировать окружающий газ и действует в темноте на фотопластинку при экспозиции в
несколько дней». Резерфорд на опытах с соединениями тория подтвердил их
свойство возбуждать «в любом твердом веществе, расположенном рядом с ним,
радиоактивность, которая со временем исчезает», т.е. ту наведенную
радиоактивность , которую Кюри наблюдала за год до этого. Он показал далее, что между
эманацией тория и возбужденной радиоактивностью существует тесная связь.
«Эманация, - писал Резерфорд, - в некотором смысле есть непосредственная
причина возбуждения радиоактивности». Резерфорд не обнаружил испускания эманации
имевшимся в его распоряжении образцом «не совсем чистого радия». Однако Дорн
позднее использовал более чистый образец радия и показал, что радий обладает
такой же способностью испускать эманацию, как и торий.
«По мнению Резерфорда, - писала в своей диссертации Склодовская-Кюри, -
эманация радиоактивного тела представляет собой материальный, радиоактивный
газ, выделяющийся из этого тела». В 1902 г. Резерфорд и Содди выступили с
первой статьей «Причина и природа радиоактивности». Исследуя способность
соединений тория испускать эманацию, они химическими способами выделили из
гидроокиси тория активный компонент, «обладающий специфическими химическими
свойствами и активностью, по меньшей мере в 1000 раз большей активности
вещества , из которого он был выделен».
Сославшись на пример Крукса, выделившего в 1900 г. из урана активный
компонент , названный Круксом UX, Резерфорд и Содди назвали выделенный ими из тория
компонент ТпХ. В результате тщательных исследований они пришли к выводу:
«Радиоактивность тория в любой момент есть радиоактивность двух противоположных
процессов:
1) образования с постоянной скоростью соединением тория нового активного
вещества;
2) уменьшения со временем излучающей способности активного вещества.
Нормальная или постоянная радиоактивность тория есть равновесное состояние,
при котором скорость роста радиоактивности, обусловленная образованием нового
активного вещества, уравновешивается скоростью уменьшения радиоактивности уже
образовавшегося вещества».
Отсюда следует кардинальный вывод, который Резерфорд и Содди формулируют
так: «...радиоактивность есть атомное явление, одновременно сопровождаемое
химическими изменениями, в результате которых появляются новые типы вещества,
причем эти изменения должны протекать внутри атома, а радиоактивные элементы
должны испытывать спонтанные превращения».
Первая статья Резерфорда и Содди появилась в сентябрьском номере
«Philosophical Magazine». В ноябрьском номере появилась вторая статья. Описав
эксперимент по измерению эманационной способности, Резерфорд и Содди писали
далее: «Было приведено достаточно данных, чтобы ясно показать, что как в
радиоактивности тория, так и радия проявляются сложнейшие превращения, каждое
из которых сопровождается непрерывным образованием особого вида активного
вещества». Образующаяся из радия и тория эманация является инертным газом.
Ученые обращают внимание на связь радиоактивности с гелием, который, возможно,
является конечным продуктом распада.
В апреле и мае 1903 г. появились новые работы Резерфорда и Содди -
«Сравнительное изучение радиоактивности радия и тория» и «Радиоактивное
превращение» . Теперь они уже со всей определенностью утверждают, что «все изучавшиеся
случаи радиоактивного превращения сводятся к образованию одного вещества из
другого (если не учитывать испускаемые лучи). Когда происходит несколько
превращений, то они происходят не одновременно, а последовательно».
Далее Резерфорд и Содди формулируют закон радиоактивного превращения: «Во
всех случаях, когда отделяли один из радиоактивных продуктов и исследовали
его активность независимо от радиоактивности вещества, из которого он
образовался, было обнаружено, что активность при всех исследованиях уменьшается со
временем по закону геометрической прогрессии».
Отсюда следует, что «скорость превращения все время пропорциональна
количеству систем, еще не подвергнувшихся превращению»:
dN/dt = - ANt.
Другими словами: «Относительное количество радиоактивного вещества,
превращающегося в единицу времени, есть величина постоянная». Эту постоянную
Резерфорд и Содди назвали радиоактивной постоянной, а теперь ее называют
постоянной распада.
Из своего открытия Резерфорд и Содди делают важные выводы о существовании
новых радиоактивных элементов, которые могут быть опознаны по их
радиоактивности, даже если они имеются в ничтожно малых количествах.
Предвидение Резерфорда и Содди блестяще оправдалось, а методы радиохимии,
созданные супругами Кюри, Резерфордом и Содди, стали мощным орудием в
открытии новых элементов, позволившим отождествить новый, 101-й элемент - менде-
леевий - в количестве всего 17 атомов.
В своей классической работе Резерфорд и Содди коснулись фундаментального
вопроса об энергии радиоактивных превращений. Подсчитывая энергию испускаемых
радием а-частиц, они приходят к выводу, что «энергия радиоактивных
превращений, по крайней мере, в 20 000 раз, а может, и в миллион раз превышает
энергию любого молекулярного превращения». При этом данные оценки энергии
касаются лишь энергии излучения, а не полной энергии радиоактивного превращения,
которая, в свою очередь, может составлять лишь часть внутренней энергии
атома, так как внутренняя энергия образующихся продуктов остается неизвестной.
Резерфорд и Содди считают, что «энергия, скрытая в атоме, во много раз
больше энергии, освобождающейся при обычном химическом превращении». Эта
огромная энергия, по их мнению, должна учитываться «при объяснении явлений
космической физики». В частности, постоянство солнечной энергии можно объяснить
тем, «что на Солнце идут процессы субатомного превращения».
Вновь поражаешься прозорливости авторов, увидевших еще в 1903 г.
космическую роль ядерной энергии. 1903 г. стал годом открытия этой новой формы
энергии, о которой с такой определенностью высказывались Резерфорд и Содди,
назвав ее внутриатомной энергией.
В том же году в Париже Пьер Кюри со своим сотрудником Лабордом измерил
теплоту, самопроизвольно выделяемую солями радия. Он установил: «1 грамм радия
выделяет количество теплоты порядка 100 малых калорий за один час».
«Непрерывное выделение такого количества тепла, - писал Кюри, - не может быть
объяснено обычным химическим превращением. Если искать причину образования тепла
в каких-то внутренних превращениях, то эти превращения должны быть более
сложной природы и должны быть вызваны какими-то изменениями самого атома
радия» .
Правда, Кюри допускал возможность и какого-то другого механизма выделения
энергии. Мария Склодовская-Кюри предполагала, что радиоактивные элементы
берут энергию из внешнего пространства. Оно «постоянно пронизывается некоторыми
неизвестными еще радиациями, которые при встрече с радиоактивными телами
задерживаются и преобразуются в радиоактивную энергию». Но эта гипотеза,
высказанная ею в 1900 г., замечательная содержащейся в ней идеей космического
излучения, была оставлена, и в 1903 г. Кюри признала: «Новейшие исследования
благоприятствуют гипотезе атомных превращений радия».
1903 г. следует считать в истории радиоактивности красной датой. Это год
открытия закона радиоактивных превращений и нового вида энергии - атомной
энергии, проявляющейся в этих превращениях. Это год рождения первого прибора,
позволяющего «видеть» отдельные атомы, - спинтарископа Крукса. «Существенная
часть этого прибора, - писала Мария Склодовская-Кюри, - зернышко радиевой
соли, укрепленное на конце металлической проволоки перед экраном из
фосфоресцирующего цинка. Расстояние от радия до экрана очень мало (примерно 1/2 мм) . В
лупу наблюдают обращенную к радию сторону экрана. Глаз видит здесь настоящий
дождь светящихся точек, которые постоянно вспыхивают и вновь исчезают; экран
имеет вид как бы звездного неба».
Спинтарископ Крукса. А - иголочка с радием, В - флюоресцирующий
слой, D - механизм настройки, С - лупа.
Высказав гипотезу, что каждая вспышка экрана обусловлена ударом в него ос-
частицы, Кюри пишет, что в таком случае «здесь мы в первый раз имели бы перед
собой явление, позволяющее различать индивидуальное действие частицы, имеющей
атомные размеры». Так оно и оказалось.
Наконец, 25 июня 1903 г. Мария Склодовская-Кюри защищает свою докторскую
диссертацию, из которой мы взяли описание спинтарископа, и становится первой
женщиной во Франции, получившей эту высокую ученую степень. Здесь мы вступили
в область личных биографий и, поскольку это произошло, приведем краткую
биографическую справку об одном из авторов закона радиоактивного распада -
Фредерике Содди.
Содди
Фредерик Содди родился 2 сентября 1877 г. В 1896 г. он
окончил университет в Оксфорде. Его имя вошло в историю
науки с того времени, как он в 1900-1902 гг. работал
вместе с Резерфордом в Монреале, в Канаде, и пришел вместе с
ним к теории радиоактивных превращений. В 1903-1904 гг.
Содди работал с У. Рамзеем в Лондонском университете, и
здесь в 1903 г. он вместе с Рамзеем доказал
спектроскопическим путем, что из эманации радия получается гелий. С
1904 по 1914 г. Содди был профессором университета в
Глазго . Здесь он независимо от Фаянса открывает закон
радиоактивного смещения (1913) и вводит понятие изотопов.
С 1914 по 1919 г. Содди - профессор Абердинского
университета, с 1919 по 1936 г. он - профессор Оксфордского
университета. В 1921 г. Содди получил Нобелевскую премию по химии.
Его перу принадлежит ряд книг по радиоактивности и радиохимии, некоторые из
них переведены на русский язык: «Радий и его разгадка», «Материя и энергия»,
«Химия радиоэлементов», «Радий и строение атома».
Умер Содди 22 сентября 1956 г.
Содди был одним из первых адептов атомной энергии. В книге «Радий и его
разгадка», русский перевод которой вышел в 1910 г, он ставит вопрос: обладают
ли нерадиоактивные элементы запасом энергии? Он решает его в том смысле, что
«этим внутренним запасом энергии, с которым мы впервые познакомились в связи
с радием, в большей или меньшей степени обладают все элементы вообще и что он
является неотъемлемой особенностью их внутреннего строения». При трансмутации
(превращении) элементов происходит выделение энергии.
Содди ясно видел огромную трудность задачи освобождения внутриатомной
энергии и недостаточность имевшихся тогда средств для ее решения, но опыт истории
науки внушил ему уверенность в ее решении в будущем. «Мы едва ли можем
сомневаться в том, что когда-нибудь мы сможем разрушать и создавать элементы, как
теперь мы разрушаем и создаем химические соединения; мировой пульс забьется
тогда с новой силой, также неизмеримо превосходящей все силы, как эти
последние , в свою очередь, превосходят естественные ресурсы дикаря»
Развитие квантовой
теории Эйнштейном
Открытие радиоактивных превращений и возникновение представлений об
огромных запасах внутриатомной энергии было одним из существенных моментов
начавшейся революции в физике. Столь же существенным было возникновение теории
относительности, новых представлений о пространстве, времени, массе, о связи
массы и энергии. Гораздо менее заметными и очень медленно сказывающимися были
идеи Планка о квантах энергии. Сам создатель этой идеи, хотя и использовал
свою формулу для определения таких атомных констант, как число Авогадро и
заряд электрона, не слишком верил в кванты и полагал, что их как-то удастся
ввести в русло представлений электромагнитной теории света.
Впервые обратил внимание на идею квантов и развил ее Альберт Эйнштейн в
опубликованной в 1905 г. статье «Об одной эвристической точке зрения,
касающейся возникновения и превращения света». В самом начале статьи Эйнштейн
подчеркивал противоположность представлений физики о структуре материи и
структуре света. «Согласно теории Максвелла, - писал Эйнштейн, - во всех
электромагнитных , а значит, и световых явлениях энергию следует считать величиной,
непрерывно распределенной в пространстве, тогда как энергия весомого тела, по
современным физическим представлениям, складывается из энергий атомов и
электронов. Энергия весомого тела не может быть раздроблена на сколь угодно
большое число произвольно малых частей, тогда как энергия пучка света,
испущенного точечным источником, по максвелловской (или вообще по любой волновой)
теории света, непрерывно распределяется по все возрастающему объему».
Однако Эйнштейн полагает, что «теория света, оперирующая непрерывными
пространственными функциями, приведет к противоречию с опытом, когда ее будут
применять к явлениям возникновения и превращения света». По мнению Эйнштейна,
явления «черного излучения», фотолюминесценции, фотоэффекта и другие,
связанные с возникновением и превращением света, «лучше объясняются предположением,
что энергия света распределяется по пространству дискретно».
Согласно сделанному им в этой статье предположению «энергия пучка света,
вышедшего из каждой точки, не распределяется непрерывно во все возрастающем
объеме, а складывается из конечного числа локализованных в пространстве
неделимых квантов энергии, поглощаемых или возникающих только целиком».
Так Эйнштейн вернулся к ньютоновским представлениям о неделимых световых
частицах, «поглощаемых или возникающих только целиком».
Но это возвращение произошло на новом, высшем уровне, когда оптика прочно
усвоила волновые представления и не собиралась, да и не могла от них
отказаться. Эйнштейн начал в теории света новый виток спирали.
Эйнштейн начинает с рассмотрения одной трудности в теории излучения черного
тела. Если представить, что электромагнитные осцилляторы, которыми являются
молекулы тела, подчиняются законам классической статистики Максвелла - Больц-
мана, то каждый такой осциллятор в среднем будет обладать энергией:
где R - постоянная Клапейрона, N - число Авогадро. Используя соотношение
Планка между средней энергией осциллятора и объемной плотностью энергии,
находящейся с ним в равновесном излучении, он находит объемную плотность
энергии.
«Это соотношение, - пишет Эйнштейн, - найденное при условии динамического
равновесия, не только противоречит опыту, но и утверждает, что в нашей
картине не может быть и речи о каком-либо однозначном распределении энергии между
эфиром и веществом». В самом деле, суммарная энергия излучения оказывается
бесконечной.
К аналогичному выводу в том же, 1905 г. пришли независимо друг от друга Рэ-
лей и Джине. Классическая статистика приводит к закону излучения, резко
противоположному опыту. Эта трудность получила название «ультрафиолетовая
катастрофа» .
Эйнштейн указывает, что формула Планка переходит для больших длин волн и
больших плотностей излучения в найденную им формулу.
Эйнштейн подчеркивает, что значение числа Авогадро совпадает со значением,
найденным другим способом. Обращаясь далее к закону Вина, хорошо
оправдывающегося для больших значений v/T, Эйнштейн получает выражение энтропии
излучения.
«Это равенство показывает, что энтропия монохроматического излучения
достаточно малой плотности зависит от объема так же, как энтропия идеального газа
или разбавленного раствора».
Переписав это выражение и сравнивая его с законом Больцмана Эйнштейн
находит выражение вероятности того, что энергия излучения в объеме V0
сосредоточится в части объема V.
Эйнштейн интерпретирует эту формулу следующим образом: «Монохроматическое
излучение малой плотности (в пределах области применимости закона излучения
Вина) в смысле теории теплоты ведет себя так, как будто оно состоит из
независимых друг от друга квантов энергии величиной».
Эйнштейн применяет свою теорию к явлению люминесценции и не только дает
объяснение правила Стокса, согласно которому частота люминесценции v2 меньше
или равна частоте возбуждающего излучения vi, но и указывает на возможные
причины отступления от него.
Особенно важное значение имеет объяснение Эйнштейном фотоэффекта, простое и
непринужденное объяснение этого явления, остававшегося загадкой для волновой
теории.
Наблюдения, сделанные Ленардом в 1902 г. , как указывал Эйнштейн в своей
статье, не противоречили его теории. В самом деле, скорости фотоэлектронов не
зависели от интенсивности световых лучей, а число их было пропорционально
интенсивности. Что же касается зависимости энергии фотоэлектронов от частоты,
то она была исследована лишь в 1912 г. Ричардсоном, Комптоном и в 1916 г.
Милликеном. Последние классические эксперименты наряду с измерениями Миллике-
ном элементарного заряда были удостоены Нобелевской премии.
К идее квантов Эйнштейна привел закон Вина, справедливый в области коротких
волн. Ему казалось, как он писал год спустя, что «теория излучения Планка в
известном смысле противостоит моей работе». Однако тщательный анализ закона
Планка привел Эйнштейна к выводу, что формула Планка основана на гипотезе
квантов. Этот вывод составляет содержание работы Эйнштейна 1906 г. «К теории
возникновения и поглощения света». Здесь Эйнштейн показал, что в основе
теории Планка лежит следующее утверждение: «Энергия элементарного резонатора
может принимать только целочисленные значения, энергия резонатора при
поглощении и испускании меняется скачком, а именно на целочисленное значение.
Эйнштейн увидел кванты впервые именно там, где квантовая природа света
выражена особенно отчетливо: в явлении фотоэффекта. Квантовый характер
излучения для него был очевиден только в коротковолновой области спектра, в области
применимости закона Вина. Лишь через год он понял, что кванты являются
фундаментом закона Планка. Каприз исторического развития науки выразился в том,
что кванты появились в физике там, где их труднее всего было увидеть, - в
законе черного излучения. Эйнштейн шел к квантовой теории естественным путем и
сразу понял необходимость введения квантовых представлений в теорию света.
Для него сомнений Планка и других физиков, считавших гипотезу квантов
временной , не существовало. Он ясно видел, что возникновение и поглощение света
описывается квантовыми законами.
В работе 1906 г. Эйнштейн устанавливает количественные соотношения между
рядом напряжений Вольта и пороговой частотой фотоэффекта.
«В этой формуле, - пишет Эйнштейн, - содержится следующее, по крайней мере
в общем и целом, справедливое утверждение: чем более электроположительным
является металл, тем меньше низшая частота света, вызывающая фотоэффект».
В следующем, 1907 г. Эйнштейн применил идею квантов к теории теплоемкости.
Теорема равномерного распределения энергии по степеням свободы в теории теп-
лоемкости твердого тела приводит к закону Дюлонга и Пти. Эта формула не дает
зависимости теплоемкости от температуры и не дает правильного значения
теплоемкости для углерода (алмаза), бора и кремния. Эйнштейн, предположил, что
молекула твердого тела является квантовым осциллятором и получил выражение для
удельной теплоемкости грамм-эквивалента.
Таким образом, теплоемкость является функцией температуры. Она
удовлетворяет закону дюлонга и Пти только при комнатной температуре, при приближении к
абсолютному нулю теплоемкость падает.
Этот вывод был экспериментально подтвержден работами Нернста и его
учеников, в результате которых Нернст пришел к своему тепловому закону, названному
третьим началом термодинамики. Вместе с тем оказалось, что основная
предпосылка Эйнштейна о монохроматичности колебаний осциллятора неверна, и сам
Эйнштейн, а также Дебай, Борн и Карман уточнили квантовую теорию теплоемкости.
Но основное положение работы Эйнштейна, что энергия элементарного образования
может принимать только целочисленные значения, т.е. энергия квантуется,
осталось незыблемым. Эйнштейну принадлежит заслуга расширения идеи квантов на
новые области, что показало ее фундаментальное значение в физике. В этом
заключалась вторая важная черта научной революции в физическом миропонимании, не
сразу принятая и осознанная физиками.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
История
КРИВАЯ ИСТОРИЯ ОТКРЫТИИ
С.Г. Бернатосян
(продолжение)
От редакции
Мы долго не решались дать дорогу этому материалу - уж больно
он смахивает на «желтую прессу». Но и отмахнуться от него так
просто нельзя - приводимые в нем сведения могут оказаться
достаточно верными, хотя может быть и не всегда правильно
интерпретируемыми . В конце концов, мы решили сопроводить каждую
статейку выдержками из Википедии, выделив их цветом. Наши
читатели достаточно разумны и образованы (иначе они бы не
читали этот журнал), и вполне могут разобраться сами - где
истина , а где ее искажение.
АВТОРИТЕТЫ
Есть ещё один важный предмет для разговора — авторитеты. Мы уже поняли, что
не перед каждым из них можно и нужно снимать шляпу. Они, как и их
изобретения, не ограждены от возможности морально устаревать и скатываться в болото
консерватизма. Недаром Чарльз Дарвин, прошедший в науке все огни, воды и
медные трубы, пришёл к заключению, что учёные должны прекращать заниматься
научной деятельностью в возрасте старше шестидесяти лет, чтобы не чинить
препятствия новым прогрессивным учениям и революционным идеям. Быть может, это
верно. Потому что у многих к старости развивается синдром величия и властолюбия,
скептик окончательно залавливает в учёном романтика, да просыпается охота
"мстить" молодым за то, что их время ушло.
Но только ли так называемая "старческая капризность" является причиной
резкого неприятия некоторыми учителями своих учеников? Думается, что вероятнее
всего здесь срабатывает закон бумеранга — очень хочется возвратить "должок"
за некогда нанесённые тебе оскорбления. Так что сияющие на небосклоне науки
звезды столько же раз попадают под тень, сколько сами темнят. Частенько
"избиваемый" в молодости крупнейшими естествоиспытателями того времени — Луи
Пастером, Жоржем Кювье, Рудольфом Вирховом, — Дарвин, достигнув их величия,
поступал с начинающими исследователями так же, как прежде обходились с ним.
Ситуация сродни неистребляемой армейской "дедовщине": новобранцы,
натерпевшиеся издевательств и надругательств "дембелей", только и ждут часа, чтобы
через год-два, попав в их число, с лихвой "отоспаться" на новых призывниках.
Так и в науке: "новобранцев" оттесняют от перспективных тем, оказывают мощное
сопротивление их идеям, осаживают, создавая искусственные преграды на пути к
научной карьере, но чем больше становится преград, тем сильнее делается
стремление преодолеть их и вырваться, пускай даже той же ценой, в большую
науку.
Не этими ли психологическими факторами объясняется статистика, согласно
которой почти все крупные открытия в науке совершаются учёными в пору их
юности? "Кто не забыл своей молодости и изучал чужую, тот... не мог не открыть в
её порывах явлений той грозной борьбы, которую суждено вести человеческому
духу за дорогое ему устремление к истине и совершенству", — писал один из
столпов медицины, русский исследователь Н.И. Пирогов1.
Поэтому прежде, чем посвятить себя большой науке, следует хорошо
поразмыслить не только над своими интеллектуальными возможностями, но и над тем,
хватит ли воли и выдержки, чтобы устоять перед натиском циклопических научных
сил. Помните "Божественную комедию" и раздумья героя над предупреждением у
входа в ад:
"Здесь нужно, чтоб душа была тверда;
Здесь страх не должен подавать совета"?
Наука — это и рай, и ад одновременно. Творческий поиск, минуты озарения —
блаженство, борьба за становление идеи, приоритет — искушение и испытание
души. В том числе временем.
Не решаясь переступить порог "ада", Дарвин вынашивал идею об основных
положениях эволюционной теории более 20 лет. И лишь к пятидесяти годам отважился
опубликовать главный труд своей жизни "Происхождение видов путём
естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь". Он уже
1 Николай Иванович Пирогов (1810—1881), — русский хирург и анатом,
естествоиспытатель и педагог, основатель атласа топографической анатомии, основоположник военно-
полевой хирургии, основатель анестезии. Член-корреспондент Санкт-Петербургской
академии наук.
наперёд знал "цену" за прогрессивное учение, которое придётся защищать от
града камней, припасённых научными соперниками и не готовым к его восприятию
обществом. Знал ещё в 1837 году, листая книгу Мальтуса1 "О
народонаселении ...", когда идея об эволюции в природе только начала его будоражить. Знал,
когда, погрузившись в изучение работ Дидро2 и французских естествоиспытателей
Кювье и Ламарка, вынашивал и осмысливал эту идею. И уж тем более знал, когда
ради её подтверждения вёл записи своих наблюдений и исследований во время
кругосветного путешествия на корабле "Бигль", которое предпринял
исключительно в научных целях.
Заранее готовясь платить по большим счетам, Дарвин сразу же после выхода
книги "Происхождение видов..." засел за "сопроводительные" письма, пытаясь
"прощупать почву", на которой уже стоял одной ногой. Ряд этих писем
одинакового содержания вместе с экземплярами своей книги он отослал именно тем
учёным, которые, по его предчувствию, могли проявить наибольшую агрессивность по
отношению к нему и его детищу. "Представляю, до чего же Вы рассвирепеете
после чтения моего сочинения, как кровожадно будете мечтать о том, чтобы
зажарить меня живьём", — писал своим потенциальным противникам великий биолог.
Это был неслыханный по тем временам вызов и, если угодно, просчитанный. Таким
образом Дарвин желал исключить любые закулисные интриги, предоставляя
возможность каждому открыто высказать свои взгляды. Расчёт оправдался, диспозиции
выявились сразу. Такого яростного штурма не испытывала, пожалуй, ещё ни одна
новорождённая теория. Даже некоторые друзья и благожелатели отвернулись от
Дарвина из-за его кощунственного, как им показалось, учения. Один из них,
английский геолог Седуик3, разгневанный дарвинским трудом, вообще подписался
под ответным посланием с явной издёвкой: "Твой бывший друг, а теперь —
потомок обезьян".
Возможно, во многом благодаря этому расчёту и продуманной тактике
сторонников дарвинизма, "теория видов" смогла выдержать первый, самый жёсткий натиск.
Затем "война" между двумя лагерями приняла затяжной оппозиционный характер.
Ни одна из сторон не желала, разумеется, отступать и признавать своё
поражение. И всё-таки Дарвин, использовав поначалу в качестве зашиты нападение,
уберёг своё учение от молниеносной кончины. Ведь замахнувшись на основы
мироздания, он не мог её исключать. В двадцатых годах текущего столетия в США
даже состоялся так называемый "обезьяний процесс", в законодательном порядке
запретивший где бы то ни было поднимать вопрос о происхождении человека от
обезьян, а американским учебным заведениям было предписано исключить из прак-
1 Томас Роберт Мальтус (англ. Thomas Robert Maithus; 1766—1834) — английский
священник и учёный, демограф и экономист, автор теории, согласно которой неконтролируемый
рост народонаселения должен привести к голоду на Земле.
2 Дени Дидро (фр. Denis Diderot; 1713—1784) — французский писатель, философ-
просветитель и драматург, основавший «Энциклопедию, или Толковый словарь наук,
искусств и ремёсел» (1751). Иностранный почётный член Петербургской академии наук
(1773). Вместе с Вольтером, Руссо, Монтескье, Д'Аламбером и другими
энциклопедистами, Дидро был идеологом третьего сословия и создателем тех идей Просветительного
века, которые подготовили умы к Французской революции.
3 Имеется в виду Адам Седжвик (англ. Adam Sedgwick; 1785—1873) — британский учёный,
один из основоположников современной геологии. Ввёл понятия девонского и позднее —
кембрийского геологических периодов (последнее название было предложено им после
изучения слоев валлийских горных пород). Одним из его студентов был Чарльз Дарвин, с
которым у него завязались хорошие отношения (вплоть до того, что Дарвин писал Сед-
жвику, находясь в плавании на корабле HMS Beagle в 1820 г.). Седжвик впоследствии
яростно критиковал и отвергал теорию эволюции Дарвина, что, однако, не мешало ему
оставаться другом Дарвина до смерти Седжвика.
тики преподавания даже беглое ознакомление учащихся с основами дарвинизма.
В научных кругах Дарвину особенно здорово досталось от английского физика
Уильяма Томсона (лорда Кельвина), одного из основоположников термодинамики.
Высокообразованный и всегда отличавшийся прогрессивными демократическими
взглядами этот человек выступил с резчаишим опровержением теории эволюции
жизни. Он же, кстати, не признал потом и такие основополагающие научные
воззрения, как электромагнитную теорию света и явление радиоактивности.
Причём разнос лордом Кельвиным выкладок Дарвина сопровождался такой весомой
аргументацией, на которую автор по существу не мог найти никаких возражений.
Одним из "убийственных" доводов Томсона несостоятельности открытия Дарвина
было то, что его теория не находит экспериментального подтверждения, и потому
идея, лежащая в её основе, остаётся только гипотезой, а не законом, который
требует практического обоснования. Как же проверить правильность дарвиновских
выводов? Если исключается первый путь — опыт, остаётся второй —
математический расчёт. Томсон такие расчёты сделал. Он вычислил, какое количество
солнечной энергии, если брать всю историю эволюции — от появления простейших
организмов до человека,— должно было бы "уйти" на весь этот длительный процесс.
И получилось, что энергии Солнца просто бы на него не хватило. Эти расчёты не
единожды проверялись и перепроверялись, и никакой погрешности в них не
обнаруживалось .
Дарвин чёткой аргументацией Томсона был положен "на обе лопатки". Но к
удивлению научного окружения он выдержал и этот "смертельный" удар. Собрав
силы, Дарвин подготовил второе издание своей нашумевшей книги, внеся в неё
серьёзные коррективы, а саму идею стал отстаивать с ещё большим пылом! А что
же Томсон? Оказался неправ? Представьте себе, что да. Правда, потребовалось
ещё лет десять, чтобы это выяснить окончательно. Ошибка Томсона состояла в
том, что он рассчитывал энергию Солнца, исходя из неверного посыла о его
"калорийном топливном" составе. Ведь тогда ещё ничего не было известно о
происходящих на Солнце интенсивных ядерных процессах. Точно также потерпели,
кстати, фиаско и другие утверждения Томсона. Например, о неизбежности
"тепловой" смерти Вселенной, опирающуюся на открытый им, независимо от Р.
Клаузиуса, второй закон термоэлектродинамики. Вот так подвела главного
"ревизора" дарвиновского учения "королева наук" — математика, показав, "что
не все могут и короли" в этом относительном мире меняющихся научных
воззрений.
Этот случай заставил задуматься: как же тогда судить о близости любой новой
идеи к истине, если ни расчёты, ни экспериментальный путь проверки не дают
объективной картины? Верить исследователям на слово или отправлять
"недоказуемые" теории на архивные полки, уповая лишь на единственного судью —
время? Сошлись на втором. Потому, наверное, судьба всех преждевременных
открытий и обещала быть самой незавидной.
Но про дарвиновское учение этого сказать нельзя. Шаг за шагом дарвинизм
отвоёвывал в науке своё пространство, теория, наживая врагов, обрастала и
сторонниками. Защищая её, особенно усердствовал верный ученик Дарвина Томас
Генри Гексли, известный всем как заядлый и рьяный спорщик. В ходе его научной
полемики то и дело возникали разные забавные ситуации. Гексли так
"заводился", что его не мог порой остановить даже сам учитель. Однажды, когда
очередной спор зашёл в тупик и противная сторона предложила прекратить его
из-за полной несовместимости взглядов и заранее известных ответов
"дарвинистов", Гексли, воскликнув, — вот и не угадали! — встал посреди
аудитории на четвереньки и изобразил соперникам "козу".
Другой горячий сторонник и друг Дарвина Климент Аркадьевич Тимирязев,
пытаясь "пришпорить" чуть ли не разодравшихся между собой немецких биологов,
наводнивших своими конфликтами всю последнюю четверть прошлого века, на одной
из таких полемических битв иронично заметил: "Вот ещё одно яркое
подтверждение эволюционной теории! Видимо, в Германии развелось слишком много учёных
людей, что им приходится вести яростную борьбу за существование". Борьба за
существование... Тимирязев, между прочим, бросив свою реплику, попал не в
бровь, а в глаз. И не только относительно дарвиновского учения, угодившего в
эпицентр этой борьбы.
Становление любой неожиданной теории происходит в науке крайне тяжело.
Причём вопрос ставится чисто по-гамлетовски: быть или не быть? И решается
зачастую также — ядом и самоубийствами. Во всяком случае вседозволенность и
распущенность царят в научной борьбе ничуть не меньше, чем в шекспировских
трагедиях. Хотя отдельные учёные предпочитают вести диалог корректно, используя
цивилизованные методы. Об отношении к себе Дарвин писал: "Должен заметить,
что мои критики почти всегда обращались со мной честно, если оставить в
стороне тех, которые не обладали научными знаниями, ибо о них и не стоит
говорить" .
Но всегда ли сам Дарвин поступал со своими научными оппонентами порядочно?
Соблюдал ли такую же честность, какую требовал от других? Увы, его моральные
принципы тоже оставляли желать лучшего. В своих работах, например, он
настойчиво "забывал" упоминать имя и ссылаться на труды своего замечательного
предшественника Р. Чемберса1. А порой и просто низвергал его, заявляя, что
"подобное цитирование может нанести урон моей теории в глазах именно тех
людей , именем которых я дорожу"!
Намеренно и лукаво обходил Дарвин вниманием и другого именитого
французского естествоиспытателя Жана Батиста Ламарка, создавшего до него своё учение об
эволюции живой природы. О работах Ламарка Дарвин был прекрасно осведомлён, но
питал к ним не то "чёрную зависть", не то просто недооценивал их, называя
ламаркизм "сущим вздором". Сомневаетесь? Тогда перелистайте дарвиновские
"Избранные письма", которые вышли на русском языке в 1950 году. На страницах
37 и 88 вы найдёте на сей счёт самые его "негативные" высказывания, хотя в
своём "Происхождении видов" Дарвин опирался как раз на идеи этих учёных, от
которых потом по понятным соображениям предпочёл отречься. Не было, видите
ли, в упоминании их работ насущной необходимости! Вообще говоря, молвить
доброе словечко в чей-нибудь адрес "эволюционист" с мировым именем не спешил, и
только в 1860 году, когда его труд издали американцы, решился дать очень
скромные сведения о своих предшественниках.
Некрасиво обошёлся он в своё время и с Жоржом Кювье, без исследовательского
"досье" которого вряд ли бы продвинулся дальше. Совокупностью всех своих
научных изысканий Кювье показал, что многообразие живых организмов есть
результат длительного эволюционного процесса их развития от низших форм до высших.
Самому Кювье это было ясно, как пить дать, поскольку он лично по останкам
древних животных не раз полностью восстанавливал их прежний облик. Причём с
такой точностью, что по их виду можно было судить о населявшей Землю разнооб-
1 Шотландец Роберт Чемберс (1802—1871) — книгоиздатель и популяризатор науки издал в
Лондоне «Следы естественной истории творения» (1844), в которой анонимно
пропагандировал идеи Ламарка, говорил о длительности эволюционного процесса и об эволюционном
развитии от просто организованных предков к более сложным формам. Книга была
рассчитана на широкого читателя и за 10 лет выдержала 10 изданий тиражом не менее 15 тыс.
экземпляров (что само по себе внушительно для того времени). Вокруг книги анонимного
автора разгорелись споры. Всегда весьма сдержанный и осторожный, Дарвин стоял в
стороне от развернувшейся в Англии дискуссии, однако внимательно наблюдал за тем, как
критика частных неточностей превращается в критику самой идеи об изменяемости видов,
чтобы не повторять подобных ошибок. Чемберс после выхода в свет книги Дарвина сразу
встал в ряды сторонников нового учения.
разной фауне в определённые этапы её существования и "реставрировать" историю
их эволюционного преображения. По сути, труды Кювье были совсем близки к
дарвиновским положениям, но он до них не добрался только потому, что пребывал в
плену метафизических взглядов. Они-то и увели Кювье в сторону от истины.
Чтобы хоть как-то обосновать состоятельность собственных палеонтологических
изысканий, он выдвинул ошибочную "теорию катастроф" (насколько ошибочную, трудно
судить и в наши дни, поскольку она и сегодня находит немало сторонников).
Согласно этой теории разнообразие видов и их эволюционирование объяснялось
чередующимися стихийными бедствиями, которые периодически нарушали покой нашей
планеты.
Ламарк заговорил об историческом развитии живой природы лет за 10 до
"теории катастроф" Кювье, изложив похожие взгляды в книге "Философия
зоологии". В этом труде он, в частности, указал на безусловное влияние окружающей
среды на изменения функций и строения органов животных, писал о том, как
совершенствуются низшие организмы, испытывая это влияние, и в конечном итоге
эволюционируют до своих высших форм. Словом, и Кювье, и Ламарк, чуть ли не
напрямую "подсказали" Дарвину его теорию. А первооткрывателями её не стали
лишь потому, что их мысли ещё более шокировали не готовые к ним научные
круги, чем появившееся через полстолетие дарвиновское учение! Пристойно ли было
замалчивать их достижения? Просто диву даёшься, как иные авторитеты
умудрялись выходить всякий раз сухими из воды, так и не смыв с себя нравственную
грязь?
Хорошо хоть к своему соотечественнику Алфреду Уоллесу, одному из
основоположников зоогеографии, Дарвин отнёсся согласно кодексу учёной чести. Если бы
не попавшийся ему на глаза трактат Уоллеса "О стремлении разновидностей к
неограниченному уклонению от первоначального типа", он вряд ли бы самокритично
подошёл к своей рукописи и сократил её объем в пять раз. Правда, совесть
заговорила в учёном на старости лет, когда Дарвин, наконец, публично признал,
что обязан своим открытием Уоллесу. "Я много выиграл от того, что выпустил
книгу не в 1830 году, когда теория уже сложилась в моём уме, а лишь в 1859, и
я ничего не потерял, потому что для меня мало значит, кому люди припишут
большую оригинальность — мне или Уоллесу, а его очерк, несомненно,
способствовал моей теории". Эх, произнести бы Дарвину эти слова пораньше! Что же
после драки раздавать дифирамбы?
Но вернёмся к самому открытию. Как ни странно, история науки нас постоянно
убеждает в том, что даже крупные учёные не всегда способны осознать идеи и
взгляды, в корне отличающиеся от устоявшихся в их эпохах воззрений и понятий.
Профессор А.К. Сухотин1 в своей книге "Парадоксы науки" отмечает, что чем
важнее и весомее оказывается открытие, которое посягает на опровержение
незыблемых научных канонов, тем большее число противников оно набирает и тем
большей становится его сила отталкивания от основной человеческой массы.
По-видимому, стараясь сдержать такую силу отчуждения, чисто по-дарвиновски
поступил и выдающийся русский биолог и патолог Илья Ильич Мечников, упредив
столь же дерзким вызовом шквал нападок на свою эпохальную теорию фагоцитоза,
представленную им на Международном конгрессе врачей. "Я желал вызвать критику
и возражения, — писал он, — чтобы выяснить судьбу фагоцитарной теории". В
1 Анатолий Константинович Сухотин (р. 1922) — томский учёный, автор ряда философских
и философско-публицистических книг, посвященных философии науки и вненаучным
факторам научного творчества, доктор философских наук, профессор кафедры истории
философии и логики, заслуженный деятель науки РСФСР, почетный работник высшего
профессионального образования России, в мае 2004 г. присвоено звание «Заслуженный профессор
ТГУ».
конце концов её судьба, как мы знаем, увенчалась Нобелевской премией. Но до
этого триумфального момента чего только не наслушался в свой адрес бедный
своей великостью Илья Ильич от закосневших "авторитетов", которые находили
его теорию то "слишком виталистической, то недостаточно физико-химической"!
Особенно упорствовали в своём противостоянии Мечникову нобелевские лауреаты
Эмиль Беринг и Эдуард Бухнер. Эти видные бактериологи старались, по словам
учёного, на развалинах его теории выстроить свои, способные дать лучшее
объяснение проявлению иммунитета. "Полемика по поводу фагоцитоза могла убить или
совершенно ослабить меня, — жаловался друзьям Мечников. — Бывали минуты...
когда я готов был расстаться с жизнью". И при всём этом он сознательно на
такую полемику пошёл!
"Мне не нужны друзья, мне нужны враги!" — воскликнет незадолго до смерти на
дуэли молодой математик-оригинал Эвариста Галуа. А перед этим оставит
человечеству изложенную в форме завещания изумительную по оригинальности теорию
групп. Почему в форме завещания, а не научной статьи? Да потому что "шестое
чувство" подсказывало Галуа, что эта теория сама по себе никакого интереса не
возымеет и только породит бурю негодования в стане математиков Французской
Академии наук, питающейся воинствующими "рекомендациями" Коши, Фурье и
Пуассона.
Спрашивается, зачем тогда была нужна вся эта стратегия, этот продуманный
план упреждения удара со стороны оппонентов путём внезапного нападения с
заранее просчитанными вариантами отражения атак, если в результате него что
Дарвин, что Мечников, что Галуа, кроме потерь, ничего не приобрели, причём
один потерял жизнь?! Да, для того чтобы продолжить жизнь науке, которая вне
революций и потрясений не способна быть двигателем прогресса и сама обречена
на вымирание. И право, ради этого стоило идти на любую грандиозную встряску и
ждать, когда скептики и консерваторы достаточно "рассвирепеют". А нам всё-
таки надо свыкнуться с мыслью, что тех, кто всеми силами старался выводить
"глубокие", казалось бы, проблемы из тупика, часто также старательно и со
всем блеском загоняют в угол.
Чарльз Роберт Дарвин (англ. Charles Robert Darwin;
1809—1882) — английский натуралист и путешественник, одним
из первых осознал и наглядно продемонстрировал, что все
виды живых организмов эволюционируют во времени от общих
предков. В своей теории, первое развёрнутое изложение,
которое было опубликовано в 1859 году в книге «Происхождение
видов», основной движущей силой эволюции Дарвин назвал
естественный отбор и неопределённую изменчивость.
Существование эволюции было признано большинством учёных ещё при
жизни Дарвина, в то время как его теория естественного
отбора как основное объяснение эволюции стала общепризнанной
только в 30-х годах ХХ-го столетия с появлением
синтетической теории эволюции. Идеи и открытия Дарвина в
переработанном виде формируют фундамент современной синтетической
теории эволюции и составляют основу биологии, как обеспечивающие логическое
объяснение биоразнообразия. Ортодоксальные последователи учения Дарвина
развивают направление эволюционной мысли, носящее его имя (дарвинизм).
Чарльз Дарвин родился 12 февраля 1809 года в Шрусбери, графство Шропшир, в
родовом имении Маунт Хаус. Пятый из шести детей состоятельного врача и
финансиста Роберта Дарвина и Сьюзанн Дарвин, урождённая Уэджвуд. Он является
внуком Эразма Дарвина по отцовской линии и Джозайи Веджвуда по материнской. Оба
fcf
семейства в значительной части принимали унитарианство, однако Уэджвуд были
прихожанами англиканской церкви. Сам Роберт Дарвин был достаточно свободных
взглядов, и согласился с тем, чтобы маленький Чарльз получил причастие в
Англиканской церкви, но в то же время Чарльз и его братья вместе с матерью
посещали Унитарианскую церковь. К тому времени как он поступил в дневную школу в
1817 году, восьмилетний Дарвин уже приобщился к естественной истории и
коллекционированию. В этом году, в июле, умирает его мать. С сентября 1818 года
он вместе со старшим братом Эразмом поступает на пансион в ближайшую
англиканскую Школу Шрусбери. Перед тем как отправиться со своим братом Эразмом в
университет Эдинбурга, летом 1825 года, он выступает в роли ассистента-
ученика и помогает отцу в его медицинской практике, оказывая помощь беднякам
Шропшира.
В Эдинбургском университете Дарвин изучал медицину. Во время обучения он
нашёл, что лекции скучны, а хирургия причиняет страдания, поэтому он
забрасывает обучение медицине. Вместо этого он начинает изучать таксидермию у Джона
Эдмонстоуна, освобожденного чёрного раба, который получил свой опыт,
сопровождая Чарльза Ватертона во время экспедиции в дождевые леса Южной Америки, и
часто отзывался о нём, говоря: «очень приятный и эрудированный человек».
В 1826 году, будучи студентом кабинета естественной истории, он
присоединился к Плиниевскому студенческому обществу, в котором активно обсуждался
радикальный материализм. В это время он ассистирует Роберту Эдмонду Гранту в
его исследованиях анатомии и жизненного цикла морских беспозвоночных. На
заседаниях общества, в марте 1827 года, Дарвин представляет краткие сообщения о
своих первых открытиях, которые меняли его взгляд на привычные вещи. В
частности он показал, что так называемые, яйца мшанки Flustra обладают
способностью самостоятельно двигаться при помощи ресничек и в действительности
являются личинками; также он замечает, что маленькие шаровидные тела, которые
считались молодыми стадиями водоросли Fucus loreus, представляют собою
яйцевые коконы хоботной пиявки Pontobdella muricata. Однажды, в присутствии
Дарвина , Грант восхвалял эволюционные идеи Ламарка. Дарвин был изумлён этой
восторженной речью, но сохранил молчание. Незадолго до этого он почерпнул
сходные идеи у своего деда — Эразма, прочтя его «Зоономию», и поэтому уже был в
курсе противоречий этой теории. В течение второго года пребывания в Эдинбурге
Дарвин посещает курс естественной истории Роберта Джемсона, который охватывал
геологию, включая полемику между нептунистами и плутонистами. Однако тогда
Дарвин не испытывал страсти к геологическим наукам, хотя получил достаточную
подготовку, чтобы разумно судить об этом предмете. В тот же год он изучил
классификацию растений и принимал участие в работе с обширными коллекциями в
Университетском музее, одном из крупнейших музеев Европы того периода.
Отец Дарвина узнав, что сын забросил обучение медицине, был раздосадован и
предложил ему поступить в Кембриджский христианский колледж и получить сан
священника Англиканской церкви. По словам самого Дарвина, дни проведённые в
Эдинбурге посеяли в нём сомнения в догматах англиканской церкви. В это время
он старательно читает богословские книги, и, в конечном счете, убеждает себя
в приемлемости церковных догматов и готовится к поступлению. Во время учёбы в
Эдинбурге он забыл некоторые предметы, необходимые для поступления, и поэтому
он занимается с частным преподавателем в Шрусбери и поступает в Кембридж
после рождественских каникул, в самом начале 1828 года.
По собственным словам, он не слишком углубился в обучение, посвящая больше
времени верховой езде, стрельбе из ружья и охоте (благо посещение лекций было
делом добровольным). Его кузен Уильям Фокс познакомил его с энтомологией и
сблизил с людьми, увлекающимися коллекционированием насекомых. В результате у
него просыпается страсть к коллекционированию жуков. Сам же Дарвин в
подтверждение своего увлечения приводит следующую историю: «Однажды, сдирая с дерева
кусок старой коры, я увидел двух редких жуков и схватил каждой рукой по
одному из них, но тут я увидел третьего, какого-то нового рода, которого я никак
не в состоянии был упустить, и я сунул того жука, которого держал в правой
руке, в рот. Увы! Он выпустил какую-то чрезвычайно едкую жидкость, которая
так обожгла мне язык, что я вынужден был выплюнуть жука, и я потерял его, так
же как и третьего». Некоторые из его находок были опубликованы в книге Сти-
венса «Иллюстрации британской энтомологии» («Illustrations of British
entomology»).
Он становится близким другом и последователем профессора ботаники Джона
Стивенса Генслоу. Благодаря знакомству с Генслоу он познакомился и с другими
ведущими натуралистами, становясь известным в их кругах как «Тот, который
гуляет с Генслоу». Когда приблизились экзамены, Дарвин сосредоточился на учёбе.
В это время он читает «Доказательство Христианства» Уильяма Пэйли, чей язык и
изложение восхищают Дарвина. В заключении обучения, в январе 1831 года,
Дарвин хорошо продвинулся в теологии, изучил классиков литературы, математику и
физику, в итоге стал 10-м в списке из 178 успешно сдавших экзамен.
Дарвин оставался в Кембридже до июня. Он изучает труд Пэйли «Естественная
Теология», в котором автор приводит теологические аргументы для объяснения
природы естества, объясняя адаптацию как воздействие Бога посредством законов
природы. Он читает новую книгу Гершеля, которая описывает высочайшую цель
естественной философии как постижение законов через индуктивные рассуждения,
основанные на наблюдениях. Также особое внимание он уделяет книге Александра
фон Гумбольдта «Личное повествование», в которой автор описывает свои
путешествия. Описания острова Тенерифе, которые приводит Гумбольдт, заражают
Дарвина и его друзей идеей отправиться туда, по завершении обучения, для занятий
естественной историей в условиях тропиков. Для подготовки к этому он
обучается на курсе геологии преподобного Адама Седжвика, а после отправляется с ним
летом на картографирование пород в Уэльсе. Через две недели, вернувшись после
непродолжительной геологической поездки по Северному Уэльсу, он находит
письмо от Генслоу, в котором тот рекомендовал Дарвина как подходящего человека на
неоплачиваемую должность натуралиста капитану «Бигля», Роберту Фицрою, под
чьим командованием через четыре недели должна начаться экспедиция к берегам
Южной Америки. Дарвин готов был тут же принять предложение, однако его отец
возражал против такого рода приключения, поскольку считал, что двухлетний
вояж — это не что иное, как трата времени впустую. Но своевременное
вмешательство дяди Чарльза Джозайи Веджвуда II склоняет отца дать согласие.
В 1831 году по окончании университета Дарвин в качестве натуралиста
отправился в кругосветное путешествие на экспедиционном судне королевского флота
«Бигль», откуда вернулся в Англию лишь 2 октября 1836 года. Путешествие
продолжалось без малого пять лет. Большую часть времени Дарвин проводит на
берегу, изучая геологию и собирая коллекции по естественной истории, в то время
как «Бигль» под руководством Фицроя осуществлял гидрографическую и
картографическую съёмку побережья. В течение путешествия он тщательно записывает свои
наблюдения и теоретические выкладки. Время от времени, как только для этого
представлялся удобный случай, Дарвин отсылает копии заметок в Кембридж,
вместе с письмами, включающими копии отдельных частей его дневника, для
родственников . За время путешествия он сделал ряд описаний геологии различных
районов , собрал коллекцию животных, а также сделал краткое описание внешнего
строения и анатомии многих морских беспозвоночных. В других областях, в
которых Дарвин был несведущ, он проявил себя искусным коллекционером, собрав
экземпляры для изучения их специалистами. Несмотря на частые случаи плохого
самочувствия связанные с морской болезнью, Дарвин продолжал исследования и на
борту судна; большинство его заметок по зоологии были о морских
беспозвоночных , которых он коллекционировал и описывал во времена затишья на море. Во
время первой остановки у берегов Сантьяго, Дарвин обнаруживает интересное
явление — вулканические скалы с раковинами и кораллами, спёкшимися под
действием высокой температуры лавы в твёрдую белую породу. Фицрой даёт ему первый
том «Основ Геологии» Чарльза Ляйеля, где автор формулирует концепции унифор-
мизма в трактовке геологических изменений в течение длительного периода. И
уже самые первые исследования, произведённые Дарвином в Сантьяго на островах
Зелёного Мыса, показало превосходство метода, применённого Ляйеллем.
Впоследствии Дарвин принимает и использует подход Лайелля для теоретических
построений и размышлений при написании книг по геологии.
В месте Пунта Альта, что в Патагонии, он делает важное открытие. Дарвин
обнаруживает окаменевшее гигантское исчезнувшее млекопитающее. Важность находки
подчёркивается тем, что останки этого животного находились в породах рядом с
раковинами современных видов моллюсков, что косвенно указывает на недавнее
исчезновение, без признаков изменения климата или катастрофы. Он определяет
находку как малоизвестного мегатерия, с костным панцирем, который, по его
первому впечатлению, походил на гигантскую версию местного броненосца. Эта
находка породила огромный интерес, когда достигла берегов Англии. Во время
поездки с местными гаучо во внутренние районы страны для описания геологии и
сборов коллекций ископаемых останков он приобретает представления о
социальных, политических и антропологических аспектах взаимодействия коренных
народностей и колонистов в период революции. Он также замечает, что две
разновидности страуса нанду имеют различные, но перекрывающиеся ареалы. Продвигаясь
далее на юг, он обнаруживает ступенчатые равнины, выложенные галькой и
раковинами моллюсков, наподобие морских террас, отражающие серию поднятий суши.
Читая второй том Лайеля, Дарвин принимает его точку зрения на «центры
сотворения» видов, но его находки и размышления заставляют его подвергать сомнению
идеи Лайеля о постоянстве и исчезновении видов.
На борту находилось трое огнеземельцев, которых забрали в Англию во время
прошлой экспедиции «Бигля» около февраля 1830. Они провели год в Англии и
теперь были возвращены обратно на Огненную землю в качестве миссионеров. Дарвин
нашёл этих людей дружественными и цивилизованными, в то время как их
соплеменники выглядели «жалкими, деградировавшими дикарями», ровно также как
отличались домашние и дикие животные между собой. Для Дарвина эти различия в
первую очередь продемонстрировали значение культурного превосходства, но никак
не расовую неполноценность. В отличие от его учёных друзей, теперь он думал,
что не существует непреодолимой пропасти между человеком и животными. Через
год эта миссия была Заброшена. Огнеземелец, которого назвали Джимми Буттон,
стал жить так же, как и другие аборигены: у него была жена и не было никакого
желания возвращаться в Англию.
В Чили Дарвин стал свидетелем сильного землетрясения и видел признаки,
указывающие на то, что земля только что поднялась. Этот поднявшийся пласт
включал раковины двустворчатых моллюсков, которые оказались выше уровня высокого
прилива. Высоко в Андах он также обнаружил раковины моллюсков и несколько
видов ископаемых деревьев, которые обычно растут на песчаных пляжах. Его
теоретические размышления привели его к тому, что, подобно тому как при поднятиях
суши раковины оказываются высоко в горах, при опусканиях участков морского
дна океанические острова уходят под воду, и при этом вокруг островов из
береговых коралловых рифов формируются барьерные рифы, а затем атоллы.
На Галапагосских островах Дарвин заметил, что некоторые представители из
семейства пересмешниковых отличаются от таковых в Чили и отличаются друг от
друга на разных островах. Он также слышал, что панцири сухопутных черепах
слегка варьируют по форме, указывая на остров происхождения.
Увиденные им в Австралии сумчатые кенгуровые крысы и утконос представлялись
такими странными, что это навело Дарвина на мысль о том, как будто как мини-
мум два творца одновременно трудились, создавая этот мир. Он нашёл, что
аборигены Австралии «обходительные и славные», и заметил быстрое сокращение их
численности под натиском европейской колонизации.
«Бигль» обследует атоллы Кокосовых островов, с целью выяснения механизмов
их формирования. Успех этого исследования во многом был определён
теоретическим размышлениями Дарвина. Фицрой начал писать официальное изложение
путешествия «Бигля», и после прочтения дневника Дарвина он предлагает включить его
в отчёт.
За время путешествия Дарвин побывал на острове Тенерифе, островах Зелёного
Мыса, побережье Бразилии, в Аргентине, Уругвае, на Огненной Земле, в Тасмании
и на Кокосовых островах, откуда привёз большое количество наблюдений.
Результаты он изложил в трудах «Дневник изысканий натуралиста» (The Journal of a
Naturalist, 1839), «Зоология путешествия на корабле „Бигль"» (Zoology of the
Voyage on the Beagle, 1840), «Строение и распределение коралловых рифов» (The
Structure and Distribution of Coral Reefs, 1842) и др. Одним из интересных
природных явлений, впервые описанных Дарвином в научной литературе, были
ледяные кристаллы особой формы пенитентес, образующиеся на поверхности ледников
в Андах.
Перед тем, как отправиться в путешествие, Дарвин встречался с Фицроем.
Впоследствии капитан вспоминал эту встречу и говорил, что Дарвин очень серьёзно
рисковал быть отвергнутым из-за формы его носа. Будучи приверженцем учения
Лафатера, он полагал, что существует связь между характером человека и
чертами его внешности, и поэтому он сомневался, что человек с таким носом, как у
Дарвина, мог обладать энергией и решимостью, достаточными для того, чтобы
совершить путешествие. Несмотря на то, что «нрав у Фицроя был самый несносный»,
«он обладал многими благородными чертами: был верен своему долгу, чрезвычайно
великодушен, смел, решителен, обладал неукротимой энергией и был искренним
другом всех, кто находился под его началом». Сам Дарвин отмечает, что
отношение капитана к нему было очень хорошим, «но ужиться с этим человеком при той
близости, которая была неизбежна для нас, обедавших за одним столом вдвоём с
ним в его каюте, было трудно. Несколько раз мы ссорились, ибо, впадая в
раздражение, он совершенно терял способность рассуждать». Тем не менее, между
ними были серьёзные разногласия на почве политических взглядов. Фицрой был
убеждённым консерватором, защитником рабства негров, поощрял колониальную
политику английского правительства. Крайне религиозный человек, слепой
сторонник церковной догмы, Фицрой не в состоянии был понять сомнений Дарвина в
вопросе о неизменности видов. Впоследствии он негодовал на Дарвина за то, что
он «издал столь кощунственную книгу, как Происхождение видов».
В 1838—1841 гг. Дарвин был секретарём Лондонского геологического общества.
В 1839 году женился, а в 1842-м супруги переехали из Лондона в Даун (графство
Кент), где стали жить постоянно. Здесь Дарвин вёл уединённую и размеренную
жизнь учёного и писателя.
Вскоре после возвращения Дарвин издал книгу, известную под сокращённым
названием «Путешествие натуралиста вокруг света на корабле „Бигль"» (1839). Она
имела большой успех, и второе, расширенное издание (1845) было переведено на
многие европейские языки и множество раз переиздавалось. Дарвин принял также
участие в написании пятитомной монографии «Зоология путешествия» (1842). Как
зоолог Дарвин выбрал объектом своего изучения усоногих раков, и вскоре стал
лучшим в мире специалистом по этой группе. Он написал и издал четырёхтомную
монографию «Усоногие раки» (Monograph on the Cirripedia, 1851—1854), которой
Зоологи пользуются до сих пор.
С 1837 года Дарвин начал вести дневник, в который вносил данные о породах
домашних животных и сортах растений, а также соображения о естественном отбо-
ре. В 1842 году написал первый очерк о происхождении видов. Начиная с 1855
года, Дарвин переписывался с американским ботаником А. Греем, которому через
два года и изложил свои идеи. Под влиянием английского геолога и
естествоиспытателя Ч. Лайеля Дарвин в 1856 начал готовить третий, расширенный вариант
книги. В июне 1858 года, когда работа была выполнена наполовину, получил
письмо от английского натуралиста А.Р. Уоллеса с рукописью статьи последнего.
В этой статье Дарвин обнаружил сокращённое изложение своей собственной теории
естественного отбора. Два натуралиста независимо и одновременно разработали
идентичные теории. На обоих оказала влияние работа Т.Р. Мальтуса о
народонаселении; обоим были известны взгляды Лайеля, оба изучали фауну, флору и
геологические формации групп островов и обнаружили значительные различия между
населяющими их видами. Дарвин отослал Лайелю рукопись Уоллеса вместе со своим
собственным очерком, а также набросками его второго варианта (1844) и копией
своего письма к А. Грею (1857) . Лайель обратился за советом к английскому
ботанику Джозефу Гукеру, и 1 июля 1858 года они вместе представили Линнеевскому
обществу в Лондоне обе работы. В 1859 году Дарвин опубликовал труд
«Происхождение видов путём естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых
пород в борьбе За жизнь» (On the Origin of Species by Means of Natural
Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life),
где показал изменчивость видов растений и животных, их естественное
происхождение от более ранних видов.
В 1868 году Дарвин опубликовал свой второй труд, связанный с теорией
эволюции — «Изменение животных и растений в домашнем состоянии» (The Variation of
Animals and Plants under Domestication), в который вошло множество примеров
эволюции организмов. В 1871 году появился ещё один важный труд Дарвина —
«Происхождение человека и половой отбор» (The Descent of Man, and Selection
in Relation to Sex), где Дарвин привёл аргументы в пользу естественного
происхождения человека от животных (обезьяноподобных предков). Среди других
известных поздних работ Дарвина — «Опыление у орхидных» (The Fertilization of
Orchids, 1862); «Выражение эмоций у человека и животных» (The Expression of
the Emotions in Man and Animals, 1872); «Действие перекрёстного опыления и
самоопыления в растительном мире» (The Effects of Cross- and Self-
Fertilization in the Vegetable Kingdom, 1876).
Чарльз Дарвин происходил из нонконформистской среды. Хотя некоторые члены
его семьи были вольнодумцами, открыто отрицавшими традиционные религиозные
верования, он сам поначалу не подвергал сомнению буквальную истинность
Библии. Он ходил в англиканскую школу, затем в Кембридже изучал англиканскую
теологию, чтобы стать пастором, и был полностью убеждён телеологическим
аргументом Уильяма Пейли, согласно которому разумное устройство, видимое в
природе , доказывает существование Бога. Однако его вера начала колебаться во время
путешествия на «Бигле». Он подвергал сомнению увиденное, удивляясь, например,
прелестным глубоководным созданьям, сотворенным в таких глубинах, в которых
никто не смог бы насладиться их видом, содрогаясь при виде осы, парализующей
гусениц, которые должны послужить живой пищей для её личинок. В последнем
примере он видел явное противоречие представлениям Пейли о всеблагом
мироустройстве . Путешествуя на «Бигле», Дарвин всё ещё придерживался вполне
ортодоксальных взглядов и вполне мог ссылаться на авторитет Библии в вопросах
морали, однако постепенно начал рассматривать историю творения, в том виде, в
котором она представлена в Ветхом Завете, как ложную и не заслуживающую
доверия: «... пришел к сознанию того, что Ветхий Завет с его до очевидности ложной
историей мира, с его вавилонской башней, радугой в качестве знамения завета и
пр. и пр. , ... заслуживает доверия не в большей мере, чем священные книги
индусов или верования какого-нибудь дикаря».
По возвращении он приступил к сбору доказательств изменяемости видов. Он
знал, что его религиозные друзья-натуралисты считают подобные взгляды ересью,
подрывающей чудесные объяснения социального порядка и знал, что столь
революционные идеи будут встречены особенно негостеприимно в то время, когда
позиции Англиканской церкви оказались под огнём радикальных диссентеров и
атеистов . Втайне развивая свою теорию естественного отбора, Дарвин даже писал о
религии как о племенной стратегии выживания, веря в Бога как в верховное
существо , определяющее законы этого мира. Его вера постепенно ослабевала со
временем и, со смертью его дочери Энни в 1851 году, Дарвин, наконец, потерял
всякую веру в христианство. Он продолжал оказывать поддержку местной церкви и
помогал прихожанам в общих делах, однако по воскресеньям, когда вся семья
направлялась в церковь, уходил на прогулку. Позже, когда его спрашивали о
религиозных взглядах, Дарвин писал, что никогда не был атеистом, в том смысле,
что не отрицал существование Бога, и что, в целом, «было бы более правильно
описать состояние моего ума как агностическое».
Наряду с этим, отдельные высказывания Дарвина можно расценивать как
деистические или атеистические. Так, шестое издание «Происхождения видов» (1872)
заканчивается словами в духе деизма: «Есть величие в этом воззрении, по
которому жизнь с её различными проявлениями Творец первоначально вдохнул в одну
или ограниченное число форм; и, между тем как наша планета продолжает
вращаться, согласно неизменным законам тяготения, из такого простого начала
развилось и продолжает развиваться бесконечное число самых прекрасных и самых
изумительных форм». При этом Дарвин отмечал, что представление о разумном
творце как первопричине «сильно владело мною приблизительно в то время, когда
я писал „Происхождение видов", но именно с этого времени его значение для
меня начало, крайне медленно и не без многих колебаний, всё более и более
ослабевать». Как атеистические, можно расценивать высказывания Дарвина в его
письме Гукеру (1868) : «...не согласен, что статья правильная, я нахожу
чудовищным утверждение, будто религия не направлена против науки... однако когда я
говорю, что она неправильна, я отнюдь не уверен, не было ли бы самым разумным
для людей науки полностью игнорировать всю область религии». В
«Автобиографии» Дарвин писал: «Так понемногу закрадывалось в мою душу неверие, и в конце
концов я стал совершенно неверующим. Но происходило это настолько медленно,
что я не чувствовал никакого огорчения и никогда с тех пор даже на единую
секунду не усомнился в правильности моего заключения. И в самом деле, вряд ли я
в состоянии понять, каким образом кто бы то ни было мог бы желать, чтобы
христианское учение оказалось истинным; ибо если оно таково, то незамысловатый
текст [Евангелия] показывает, по-видимому, что люди неверующие — а в их число
надо было бы включить моего отца, моего брата и почти всех моих лучших друзей
— понесут вечное наказание. Отвратительное учение!».
В написанной им биографии деда Эразма Дарвина Чарльз упоминал о ложных
слухах , согласно которым Эразм взывал к Господу на смертном одре. Весьма сходные
истории сопровождали кончину самого Чарльза. Наибольшую известность из них
приобрела так называемая «история леди Хоуп», английской проповедницы,
опубликованная в 1915 году, в которой утверждалось, что Дарвин претерпел
религиозное обращение во время болезни незадолго до смерти. Подобные истории
активно распространялись разного рода религиозными группами и, в конце концов,
приобрели статус городских легенд, однако они были опровергнуты детьми
Дарвина и отброшены историками как ложные.
Дарвин был удостоен множества наград от научных обществ Великобритании и
других европейских стран. Умер Дарвин в Дауне (графство Кент) 19 апреля 1882
года.
Жорж Леопольд Кювье (фр. Jean Leopold Nicolas Frederic
Cuvier; 1769—1832) — французский естествоиспытатель,
натуралист . Считается основателем сравнительной анатомии и
палеонтологии. Был членом Французского Географического
общества.
Брат Фредерика Кювье. Под руководством Жоржа Кювье
обучались Жан-Виктор Одуэн и Анри Мильн-Эдвардс.
Родился в 1769 г. в г. Мемпельгард (Mompelgard или
Montbeliard), принадлежавшем тогда Вюртембергу, учился
здесь в школе и должен был готовиться к званию пастора
(Кювье принадлежал к протестантской семье), но вражда к
нему директора гимназии, в которой он учился, помешала этому. Позже Кювье
удалось поступить в каролинскую академию (Karlsschule) в Штутгарте, где он
избрал факультет камеральных наук, дававший ему возможность ознакомиться с
естествознанием, склонность к которому он обнаруживал с детства.
В 1788 г. Кювье стал домашним учителем у графа д'Эриси (фр. d'Hericy) в
замке Фикенвилль в Нормандии, где, пользуясь близостью моря, занимался
исследованиями морских животных. Познакомившись с аббатом Тессье, Кювье по его
просьбе с большим успехом прочёл курс ботаники для врачей госпиталя, которым
заведовал Тессье, и, благодаря связям последнего с парижскими учёными,
завязал отношения с наиболее выдающимися естествоиспытателями, по приглашению
которых явился в Париж, где в 1795 г. занял место профессора в центральной
школе Пантеона.
Вскоре после того Кювье был назначен помощником Жан-Клода Мертрю,
преподавателя сравнительной анатомии Растительного сада, в 1796 г. был назначен
членом национального института, в 1800 г. занял кафедру естественной истории в
College de France, в 1802 г.; после смерти Мертрю занял кафедру сравнительной
анатомии Растительного сада. В 1809—1811 г. организовал учебную часть в
областях, вновь присоединённых к империи; позже служил в государственном
совете: в 1822 г. ему был поручен надзор над протестантскими богословскими
факультетами .
Был членом Французской академии, при Луи-Филиппе стал пэром Франции.
Являлся иностранным почётным членом Петербургской академии наук (1802).
Умер в 1832 г. Его имя внесено в список величайших учёных Франции,
помещённый на первом этаже Эйфелевой башни.
Кювье был самым выдающимся зоологом конца XVIII и начала XIX в. Особенно
ценны заслуги его в области сравнительной анатомии: он не только исследовал
строение множества животных, но и установил ряд весьма ценных теоретических
взглядов; таков особенно выясненный им закон соотношения органов, в силу
которого изменение в одном из органов сопровождается непременно рядом изменений
в других. К. установил понятие о типах и в высокой степени улучшил
классификацию животного царства. Первые исследования его в области зоологии посвящены
энтомологии, за ними последовал ряд работ до сравнительной анатомии различных
животных (1792—1800), затем «Lecons d'anatomie compares», дополнением к этой
работе послужила «Memoires pour servir a l'histoire et a 1'anatomie des
mollusques» (1816). Свою классификацию он развил в статье «Sur un nouveau
rapprochement a etablir entre les classes qui composent le re gne animal»
(1812); далее он издал «Regne animal» (1817); вместе с Валансьеном он начал
«Histoire naturelle des poissons» (1828-4 9) . Важное значение имели
исследования Кювье над ископаемыми позвоночными, в которых он с большим успехом
применял принципы сравнительной анатомии. В 1812 г. он издал «Recherches sur les
ossements fossiles». Кювье был сторонником постоянства вида и главным
противником последователей теории эволюции (Ламарк, Ж. Сент-Илер); одержав над ними
верх в публичном споре в академии, Кювье на долгое время закрепил в науке
представление о неизменности вида. Исследования Кювье над ископаемыми
животными парижского бассейна привели его к теории катастроф, по которой каждый
геологический период имел свою фауну и флору и заканчивался громадным
переворотом, катастрофой, при которой гибло на земле всё живое и новый органический
мир возникал путём нового творческого акта. Учение о катастрофах он изложил в
«Discours sur les revolutions de la surface du globe et sur les changements
qu'elles ont produits dans le regne animal». Теория катастроф была предметом
дискуссий, отвергнута наукой благодаря трудам Ч. Лайелла.
Однако отказ от идей катастрофизма не был окончательным: в первой половине
20 в. они частично возродились в форме так называемого неокатастрофизма —
представления об одновременных на всей планете фазах складчатости и
горообразования, прерывающих длительные эпохи относительного покоя и медленной
эволюции коры.
Рудольф Людвиг Карл Вирхов (нем. Rudolf Ludwig Karl
Virchow; 1821—1902) — немецкий учёный и политический
деятель второй половины XIX столетия, врач, патологоанатом,
гистолог, физиолог, один из основоположников клеточной
теории в биологии и медицине, основоположник теории
клеточной патологии в медицине; был известен также как
археолог, антрополог и палеонтолог.
Он родился 13-го октября 1821 года в местечке Шифель-
бейне прусской провинции Померании (ныне польский город
Свидвин). Окончив курс в берлинском медицинском институте
Фридриха-Вильгельма в 1843 г. , Вирхов сначала поступил
ассистентом, а затем стал прозектором при берлинской
больнице Шарите. В 1847 г. получил право преподавания и вместе с Бенно Рейн-
хардом (1852) основал журнал «Archiv fur pathol. Anatomie u. Physiologie u.
fur klin. Medicin», пользующийся ныне всемирной известностью под именем Вир-
ховского Архива. В 1891 г. вышел 126 том этого издания, содержащего более 200
статей самого Вирхова и представляющего живую полувековую историю важнейших
приобретений медицинской науки. В начале 1848 года Вирхов был командирован в
Верхнюю Силезию для изучения господствовавшей там эпидемии голодного тифа.
Его отчет об этой поездке, напечатанный в Архиве и имеющий большой научный
интерес, окрашен в то же время политическими идеями в духе 1848 года. Это
обстоятельство, равно как и вообще участие его в реформаторских движениях того
времени, вызвали нерасположение к нему прусского правительства и побудили его
принять предложенную ему ординарную кафедру патологической анатомии в Вюрц-
бургском университете, быстро прославившую его имя. В 1856 году он вернулся в
Берлин профессором патологической анатомии, общей патологии и терапии и
директором вновь учрежденного патологического института, где оставался до конца
жизни. Институт этот вскоре стал центром притяжения для молодых учёных всех
образованных стран. Русские учёные-врачи особенно много обязаны Вирхову и его
институту.
Вирхов — основатель так называемой целлюлярной (клеточной) патологии, в
которой болезненные процессы сводятся к изменениям в жизнедеятельности
элементарных мельчайших частей животного организма — его клеток. Воззрения этой
научной теории в связи с успехами химии и физиологии навсегда освободили
медицину от различного рода умозрительных гипотез и построений и тесно связали её
с обширной областью естествознания. Как патологоанатом, и в особенности гис-
толог, Вирхов самостоятельно впервые установил гистолого-физиологическую
сущность весьма многих болезненных процессов (белокровия, тромбоза, эмболии,
амилоидного перерождения органов, английской болезни, бугорчатки, большей
части новообразований, трихиноза и проч.), разъяснил нормальное строение
многих органов и отдельных тканей; показал присутствие живых и деятельных клеток
в соединительной ткани разных типов; нашёл, что патологически изменённые
органы и новообразования состоят из обыкновенных типов тканей, установил сокра-
тительность лимфатических и хрящевых клеток; выяснил строение слизистых
оболочек и промежуточной ткани нервной системы; доказал возможность
новообразования серого вещества мозга, разъяснил зависимость формы черепа от сращения
швов и проч. Как антрополог, Вирхов много содействовал своими работами
установлению анатомических особенностей рас, как биолог вообще, устоял против
увлечения столь распространёнными во время его молодости исключительно
механическими воззрениями на явления жизни и имел смелость отстаивать идею
обособленности элемента жизни как начала sui generis. Оттуда и его знаменитый тезис
«omnis cellula e cellula» (клетка происходит только от клетки), завершивший
собой долгий спор биологов о самозарождении организмов. Как деятель в области
общественной гигиены, Вирхов известен своими работами по исследованию
эпидемий, сопровождающихся лишениями и голодом, а также проказы, своим участием в
общественно-гигиенических мероприятиях по устройству больниц, школ и пр.
Вирхов приложил много усилий к собранию патологоанатомической коллекции: в
1899 году на территории клиники Шарите им был организован Патологический
музей, на основе которого, в 1998 году был создан Берлинский музей истории
медицины.
Антропологические исследования Вирхова привели его и к археологическим
разысканиям, которые он производил по всей Германии и в других странах Европы.
У него есть сочинения об урнах, о бронзовом периоде, о курганах, о свайных
постройках и пр. В 1879 году он участвовал в знаменитых раскопках Шлимана, и
в результате явились сочинения его: «Zur Landeskunde der Troas» (1882).
В 1888 г. он вместе с Шлиманом объездил Египет, Нубию и Пелопоннес и
производил свои любопытные исследования над царскими мумиями в Булакском музее,
причём сравнивал их с сохранившимися изображениями царей. Свои работы по
доисторическим древностям он завершил основанием в Берлине «Германского музея
одежд и домашней утвари». На русском языке ещё имеется в переводе его
сочинение «О древних могилах и о постройках на сваях» (1886).
Рудольф Вирхов состоял членом Русского Хирургического Общества Пирогова с
12 мая 1890 года в качестве почётного члена (членский номер 29).
Читал лекции в России, в том числе по натурфилософии, имел научные
дискуссии в периодических изданиях Российской Империи, в том числе с Робертом
Кохом, удостоенном в 1905 году, уже после смерти Вирхова, Нобелевской премии.
Основные направления деятельности в Российской Империи определены в Проекте
«Рудольф Вирхов. Российское Наследие».
Результаты его исследований вошли в ряд фундаментальных и периодических
изданий на русском языке в конце XIX начале XX века.
На политический путь Вирхов был приведен не жаждой славы, а гуманным
чувством. Во время поездки в Верхнюю Силезию, о которой сказано выше, он пришёл к
убеждению, что «врачи — естественные адвокаты бедных, и значительная часть
социального вопроса входит в их юрисдикцию». С тех пор наука и политика шли у
Вирхова параллельно, соединяясь в одно целое в области общественной медицины.
Чтобы способствовать развитию санитарного дела, он стал принимать участие в
выборных городских учреждениях. Усилия Вирхова в этом отношении увенчались
полным успехом. Германские правительства вняли его красноречивым увещеваниям
и принялись постепенно осуществлять его планы по санитарной части. Благодаря
его неутомимой деятельности Германия и в особенности города её достигли мало-
помалу той высокой степени совершенства в санитарном отношении, на какой они
стояли к 1890-м годам. Особенно многим был обязан ему Берлин, в муниципальном
управлении которого он участвовал с 1859 года.
Наряду с участием в городском самоуправлении стоит его деятельность в
парламенте, где опять-таки санитарные вопросы составляли как бы его личную
специальность ; но и в обсуждении вопросов общеполитических он принимал весьма
видное участие. Избранный в депутаты прусского сейма тотчас по возвращении
своем из Вюрцбурга, он в том же 1856 г. стал одним из основателей и вождей
прогрессистской партии, впоследствии соединившейся с сецессионистами и
превратившейся в партию свободомыслящих. Своим влиянием на ход дел эта партия в
значительной степени обязана Вирхову, неуклонной твердости его в убеждениях,
неутомимой его деятельности и безупречной чистоте его имени, которого никогда
не смела коснуться клевета. Во время известного конфликта прусского
правительства с сеймом (1862—1866) Вирхов был одним из главным вождей оппозиции.
После создания Германской империи Вирхов на время удалился с политической
арены. Громкие победы германского оружия его не увлекали, в благодетельность
империи, железом и кровью объединившей германский народ, он не верил. «Я не
гожусь теперь, — говорил он депутациям избирателей, неоднократно просившим
его принять депутатские полномочия, — в представители страны; при
существующем её настроении мне нечего делать в парламенте. Может быть, я доживу до
того времени, когда мой голос опять понадобится народу; тогда я явлюсь, если он
позовет меня, но теперь нет». Это время наступило в начале 1880-х годов, в
самый разгар реакционной политики кн. Бисмарка. Тогда Вирхов впервые вступил
в имперский парламент в качестве депутата от города Берлина и с тех пор
занимал одно из первых мест в партии свободомыслящих.
Жан Батист Пьер Антуан де Моне Ламарк (фр. Jean-
Baptiste Pierre Antoine de Monet Lamarck; 1744—1829) —
французский учёный-естествоиспытатель.
Ламарк стал первым биологом, который попытался создать
стройную и целостную теорию эволюции живого мира,
известную в наше время как одна из исторических эволюционных
концепций, называемая Ламаркизм.
Неоценённая современниками, полвека спустя его теория
стала предметом горячих дискуссий, которые не прекратились
и в наше время.
Важным трудом Ламарка стала книга «Философия зоологии»
(фр. Philosophie zoologique), опубликованная в 1809 году.
Жан Батист Ламарк, родился 1 августа 1744 года в местечке Базантен, в семье
небогатых дворян. Он принадлежал к старинному, но давно обедневшему роду и
был 11 ребёнком в семье. Большинство его предков и по отцу, и по матери были
военными. В армии служили также его отец и старшие братья. Но военная карьера
требовала средств, которыми семья не располагала. Ламарк был отдан в
иезуитский колледж для подготовки к духовному званию. В колледже он познакомился с
философией, математикой, физикой и древними языками. В 16 лет Ламарк оставил
колледж и пошёл добровольцем в действующую армию, где участвует в семилетней
войне. В сражениях он проявил незаурядную храбрость и дослужился до звания
офицера.
В возрасте двадцати четырёх лет Ламарк оставил военную службу, через
некоторое время приехал в Париж, чтобы учиться медицине. Во время обучения его
увлекли естественные науки, особенно ботаника.
Таланта и старания молодому учёному было не занимать, и в 1778 году он
выпустил трёхтомный труд «Французская флора» (фр. «Flore francaise»). В третьем
её издании Ламарк начал вводить двураздельную, или аналитическую, систему
классификации растений. Система эта есть ключ, или определитель, принцип
которого — сопоставлять между собой характерные сходные черты и соединять ряд
противоположных признаков, приводя таким путём к названию растений. Эти
дихотомические ключи, весьма употребляемые и в наше время, оказали важные услуги,
потому что приохотили многих к занятию ботаникой.
Книга принесла ему известность, он вошёл в число крупнейших французских
ботаников .
Пять лет спустя Ламарка избрали членом Парижской академии наук.
В 1789—1794 годах во Франции разразилась Великая французская революция,
которую Ламарк встретил с одобрением. Она коренным образом изменила судьбу
большинства французов. Грозный 1793 год резко изменил и судьбу самого
Ламарка . Старые учреждения закрывались или преобразовывались.
По предложению Ламарка в 1793 году Королевский ботанический сад, где
работал Ламарк, был реорганизован в Музей естественной истории, где он стал
профессором по кафедре зоологии насекомых, червей и микроскопических животных.
Ламарк руководил этой кафедрой в течение 24 лет.
Нелегко было почти пятидесятилетнему человеку менять специальность, но
упорство учёного помогло преодолеть все трудности. Ламарк стал таким же
знатоком в области зоологии, каким был в области ботаники.
Ламарк увлечённо взялся за изучение беспозвоночных животных (именно он в
1796 году предложил назвать их «беспозвоночными»). С 1815 по 1822 год выходил
в свет капитальный семитомный труд Ламарка «Естественная история
беспозвоночных» . В нём он описал все известные в то время роды и виды беспозвоночных.
Линней разделил их только на два класса (червей и насекомых), Ламарк же
выделил среди них 10 классов. Современные учёные, заметим, выделяют среди
беспозвоночных более 30 типов.
Ламарк ввёл в обращение и ещё один термин, ставший общепринятым —
«биология» (в 1802 году). Он сделал это одновременно с немецким учёным Г.Р. Треви-
ранусом и независимо от него.
Но самым важным трудом Ламарка стала книга «Философия зоологии», вышедшая в
1809 году. В ней он изложил свою теорию эволюции живого мира.
Ламаркисты (ученики Ламарка) создали целую научную школу, дополняя
дарвиновскую идею отбора и «выживания наиболее приспособленного» более
благородным, с человеческой точки зрения, «стремлением к прогрессу» в живой природе.
Ламарк ответил на вопрос, каким образом внешняя среда делает живое
приспособленным к себе, так:
«Обстоятельства влияют на форму и организацию животных... Если это выражение
будет понято дословно, меня, без сомнения, упрекнут в ошибке, ибо, каковы бы
ни были обстоятельства, они сами по себе не производят никаких изменений в
форме и организации животных. Но значительное изменение обстоятельств
приводит к существенным изменениям в потребностях, а изменение этих последних по
необходимости влекут за собой изменения в действиях. И вот, если новые
потребности становятся постоянными или весьма длительными, животные приобретают
привычки, которые оказываются столь же длительными, как и обусловившие их
потребности ...
Если обстоятельства приводят к тому, что состояние индивидуумов становится
для них обычным и постоянным, то внутренняя организация таких индивидуумов, в
конце концов, изменяется. Потомство, получающееся при скрещивании таких
индивидуумов, сохраняет приобретённые изменения и, в результате образуется
порода, сильно отличающаяся от той, индивидуумы которой все время находились в
условиях, благоприятных для их развития.»
В качестве примера действия обстоятельств через привычку Ламарк приводил
жирафа:
«Известно, что это самое высокое из млекопитающих животных обитает во
внутренних областях Африки и водится в местах, где почва почти всегда сухая и
лишена растительности. Это заставляет жирафа объедать листву деревьев и делать
постоянные усилия, чтобы дотянуться до неё. Вследствие этой привычки,
существующей с давних пор у всех особей данной породы, передние ноги жирафа стали
длиннее задних, а его шея настолько удлинилась, что это животное, даже не
приподнимаясь на задних ногах, подняв только голову, достигает шести метров в
высоту».
Кроме ботанических и зоологических работ, Ламарк издал ряд трудов по
гидрологии, геологии и метеорологии. В «Гидрогеологии» (изданной в 1802 году)
Ламарк выдвинул принцип историзма и актуализма в трактовке геологических
явлений.
К 1820 Ламарк полностью ослеп, свои труды диктовал дочерям. Жил и умер в
бедности.
Скончался Ламарк в бедности и безвестности, дожив до 85 лет, 18 декабря
1829 года. До последнего его часа с ним оставалась его дочь Корнелия, которая
писала под диктовку ослепшего отца.
В 1909 году, в столетнюю годовщину выхода в свет «Философии зоологии», в
Париже был торжественно открыт памятник Ламарку. На одном из барельефов
памятника изображён Ламарк в старости, потерявший зрение. Он сидит в кресле, а
его дочь, стоя рядом, говорит ему: «Потомство будет восхищаться Вами, отец,
оно отомстит за Вас».
Рудольф Юлиус Эммануель Клаузиус (нем. Rudolf Julius
Emanuel Clausius, имя при рожд. — Рудольф Готтлиб - нем.
Rudolf Gottlieb; 1822-1888, Бонн) — немецкий физик и
математик .
Университетское образование получил в Берлине, занимал
кафедру физики в цюрихских артиллерийской и
политехнической школах (1855 г.) . Профессором университета состоял с
1857 года в Цюрихе, в 1867 г. перешёл в Вюрцбург и,
наконец, с 1869 г. был профессором в Бонне.
19 мая 1865 г., за научные исследования, был избран
членом-корреспондентом французской академии наук (секция
механики) .
Славу Клаузиусу создали его работы по теоретической термодинамике, до него
бывшей в младенческом периоде развития; лишь благодаря трудам Клаузиуса,
одновременно с работами Джоуля, Гельмгольца и Ренкина, термодинамика получила
окончательную разработку. Так, им были усовершенствованы аналитические
доказательства и, что особенно важно, Клаузиус предложил одну из формулировок
второго начала термодинамики, известную сейчас как формулировка Клаузиуса.
Клаузиус доказал и несколько новых теорем в механической теории тепла,
которые носят его имя. Им же было введено понятие энтропии.
Благодаря ясности изложения Клаузиуса механическая теория тепла в самом
начале своего развития стала применяться к объяснению явлений из совершенно
другой области научного знания. Так, в 1867 г. устанавливается аналогия между
испарением и разложением химических соединений.
Кроме указанных исследований, Клаузиус известен также работами по упругости
тел, по оптике и динамическому электричеству.
4%
Труды К. по механической теории тепла появлялись в форме статей в
«Poggendorffs Annalen» (1848—62) и собраны в классическом «Abhandlung liber
die mechanische Warmetheorie» (Braunschweig, 1864—67, 2 т.; последнее издание
в 1887 г.) .
Томас Генри Хаксли (или Гексли) (англ. Thomas Henry
Huxley, 1825—1895) — английский зоолог-агностик,
популяризатор науки и защитник эволюционной теории Чарлза Дарвина
(за свои яркие полемические выступления он получил
прозвище «Бульдог Дарвина»). Член (в 1883—1885 годы — президент)
Лондонского королевского общества. В 1890 году награждён
почётной Медалью Карла Линнея за продолжение линнеевских
традиций в современной биологии. Иностранный член-
корреспондент Петербургской академии наук (1864).
Родился 4 мая 1825 в Илинге близ Лондона. Окончил
медицинскую школу при больнице Чаринг-Кросс, позже получил
золотую медаль на первом экзамене по медицине в Лондонском университете.
Начал карьеру натуралиста на борту военного судна, участвуя в качестве
помощника врача в четырехлетней экспедиции фрегата «Раттлснейк»,
крейсировавшего вблизи Австралии. Практически без книг и оборудования он изучал морские
организмы, которые добывал с помощью проволочной корзины для хранения
продуктов, и посылал в Англию результаты своих изысканий.
Его блестящие статьи произвели такое впечатление на научный мир, что в
1850, вскоре после возвращения в Англию, он был избран членом Лондонского
королевского общества. В 1854 получил место палеонтолога в Музее практической
геологии. Одновременно читал лекции по естествознанию в Королевской горной
школе в Лондоне.
Основные научные исследования Гексли относятся к зоологии, сравнительной
анатомии, палеонтологии, антропологии и эволюционной теории. Он разработал
основы классификации позвоночных, развил положение о единстве строения их
черепа. Доказал морфологическую близость птиц и пресмыкающихся, медуз и
полипов .
В 1859 Дарвин опубликовал свой труд Происхождение видов, и Гексли сразу же
стал главным защитником его теории, участвуя в течение многих лет в публичных
дискуссиях по этому вопросу. В 1860 он принимал участие в известном споре с
епископом Оксфордским С. Уилберфорсом и опроверг все его возражения против
теории естественного отбора. В 1863 в своей книге «О положении человека в
ряду органических существ» (Evidence as to Man's Place in Nature) Гексли
открыто заявил о морфологической близости человека и высших обезьян, чем навлек на
себя гнев ортодоксального духовенства.
Гексли был прекрасным педагогом и популяризатором науки. В разное время от
состоял членом правления Итонской школы, ректором Абердинского университета,
членом правления Лондонского университета, профессором Королевского
хирургического колледжа, членом правления Оуэнз-колледжа (позднее Манчестерский
университет) , профессором Британского института, членом правления Международного
колледжа, деканом Британского научного колледжа. Будучи членом первого
Лондонского школьного совета, сыграл большую роль в создании системы начального
образования, которая сохранилась в общих чертах до 1944.
В 1976 Гексли посетил США и выступил с речью на открытии университета
Джонса Хопкинса. Его идеи о высшем образовании легли в основу учебной программы
не только этого университета, но и Миннесотского университета и музея Пибоди
Йельского университета. Умер Гексли в Истборне 29 июня 1895.
Климент Аркадьевич Тимирязев (1843—1920) — русский
естествоиспытатель, физиолог, физик, приборостроитель,
историк науки, писатель, переводчик, публицист, профессор
Московского университета, основоположник русской и
британской научных школ физиологов растений. Член-
корреспондент РАН (1917; член-корреспондент Петербургской
АН с 1890). Член Королевского общества (британский аналог
Академии наук в других странах) с 1911. Почётный доктор
Кембриджа, университетов Женевы и Глазго. Член-
корреспондент Эдинбургского и Манче стерского
ботанических обществ. Член Вольного экономического общества. Член
Московского физического общества (им. П.Н. Лебедева). Был
организатором съездов русских естествоиспытателей и
врачей, председателем IX съезда, председателем ботанического
отделения Общества любителей естествознания, антропологии и этнографии при
Московском университете. Член Русского физико-химического общества, Санкт-
Петербургского общества естествоиспытателей, Московского общества испытателей
природы, Русского фотографического общества. Депутат Моссовета (1920).
К.А. Тимирязев — из единственного дворянского рода Тимирязевых. «Я —
русский, — писал Климент Аркадьевич Тимирязев, — хотя к моей русской крови
примешана значительная доля английской». Климент(ий) Аркадьевич Тимирязев
родился в Петербурге в 1843 году во втором браке овдовевшего начальника
таможенного округа Петербурга, участника походов 1812—1814 гг. , впоследствии
действительного статского советника и сенатора Аркадия Семёновича Тимирязева,
известного вольнодумством и честностью, и поэтому несмотря на блестящую карьеру
в таможенной службе очень бедного, в связи с чем с 15 лет Климент сам
зарабатывал на жизнь. Первоначальное образование получил дома. Благодаря матери -
русскоподданной этнической англичанке, внучке бежавшего от Французской
революции полусуверенного эльзасского помещика Аделаиде Климентьевне Боде — не
только в совершенстве владел немецким и международным языком дворянства —
французским — но и одинаково хорошо знал язык и культуру русских и англичан,
часто посещал родину предков, лично встречался с Дарвином, вместе с ним
содействовал организации в Соединённом Королевстве ранее отсутствовавшей там
физиологии растений, гордился тем, что благодаря их сотрудничеству последняя
работа Дарвина была посвящена хлорофиллу. Огромное влияние на К.А. Тимирязева
оказали его родные братья, особенно приобщивший его к занятиям органической
химией Д.А. Тимирязев, специалист в области сельскохозяйственной и заводской
статистики и химик, занимавшийся, в том числе, хлорофиллом, тайный советник.
В 1860 году К. А. Тимирязев поступил в Петербургский университет на
преобразованный в том же году в разряд административных наук и впоследствии
ликвидированный по Уставу 1863 года камеральный разряд юридического факультета,
потом перешёл на естественный разряд физико-математического факультета, был
удостоен золотой медали за сочинение «О печёночных мхах» (не напечатано),
курс окончил в 1866 году со степенью кандидата. В 1861 году за участие в
студенческих волнениях и отказ от сотрудничества с полицией он был исключен из
университета. Ему было позволено продолжать обучение в университете только
вольнослушателем через год. В 1867 году заведовал по поручению Д.И.
Менделеева опытной агрохимической станцией в Симбирской губернии, в это время задолго
до В.И. Ленина и Г.В. Плеханова ознакомился с «Капиталом» Маркса в оригинале.
Считал, что, в отличие от марксистов, он был единомышленником самого Карла
Маркса. В 1868 году появился в печати его первый научный труд «Прибор для
исследования разложения углекислоты», и в том же году Тимирязев был отправлен
за границу для подготовления к профессуре. Он работал у В. Гофмейстера, Р.
Бунзена, Г. Кирхгофа, М. Бертло и слушал лекции Г. Гельмгольца, Ж. Буссенго,
К. Бернара и др. Вернувшись в Россию, Тимирязев защитил магистерскую
диссертацию («Спектральный анализ хлорофилла», 1871) и был назначен профессором
Петровской сельскохозяйственной и лесной академии в Москве. Здесь он читал
лекции по всем отделам ботаники, пока не был оставлен за штатом ввиду
закрытия академии (в 1892 году). В 1875 году Тимирязев получил степень доктора
ботаники за сочинение «Об усвоении света растением». Харьковский профессор В.
П. Бузескул, и это мог бы сказать о себе К.А. Тимирязев, писал: Тяжело
положение русского профессора: чувствуешь себя лишним человеком. Удары грозят и
слева и справа, и сверху и снизу. Для крайних левых — университеты лишь
орудие для достижения их целей, и мы, профессора, — ненужный хлам, а сверху на
нас смотрят как на неизбежное зло, лишь терпимое стыда ради перед Европой.
1877 году был приглашён в Московский университет на кафедру анатомии и
физиологии растений. Был сооснователем и преподавателем женских «коллективных
курсов» (курсов профессора В.И. Герье, Московских высших женских курсов,
положивших начало высшему женскому образованию России и стоявших у истоков
Дарвиновского музея, Российского национального исследовательского медицинского
университета имени Н.И. Пирогова, Московского государственного университета
тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова, Московского
государственного педагогического университета). Кроме того, Тимирязев был председателем
ботанического отделения Общества любителей естествознания, этнографии и
антропологии при Московском университете. Хотя он был наполовину парализован
после болезни и не имел иных источников дохода, но в 1911 году покинул
университет вместе с около 130 преподавателями, протестуя против притеснений
студенчества и реакционной политики министра просвещения Кассо. По случаю 70-
летнего юбилея Тимирязева 22 мая 1913 года И.П. Павлов так охарактеризовал
своего коллегу: «Климент Аркадьевич сам, как и горячо любимые им растения,
всю жизнь стремился к свету, запасая в себе сокровища ума и высшей правды, и
сам был источником света для многих поколений, стремившихся к свету и знанию
и искавших тепла и правды в суровых условиях жизни». Как и Дарвин, Тимирязев
искренне стремился к сближению науки и, как ему тогда представлялось,
основанной на разуме и освобождении либеральной политики России и Великобритании,
поскольку считал и консерваторов, и Бисмарка и следовавших его курсу
германских милитаристов врагами интересов и простого народа Англии, и славян, за
которых сражались его братья, приветствовал русско-турецкую войну за
освобождение славян и вначале Антанту и выступление России в защиту Сербии. Но, уже
в 1914 разочаровавшись в мировой бойне, в 1915 принял приглашение A.M.
Горького возглавить отдел науки в антивоенном журнале «Летопись», во многом
именно благодаря Тимирязеву сплотившем и его коллег-физиологов нобелевских
лауреатов. В.И. Ленин, рассматривая «Летопись» как блок «махистов» (позитивиста
Тимирязева) с Организационным комитетом Августовского блока 1912 года, в
письме к А.Г. Шляпникову мечтал добиться союза с Тимирязевым против
Августовского блока, но, сам не веря в это, просил хотя бы поместить в этот
популярный журнал свои статьи. Всё же формально сотрудницей Тимирязева стала только
Н.К. Крупская. ЦК партии эсеров с сентября 1917 выдвигал кандидатуру К.А.
Тимирязева на пост министра просвещения Однородного социалистического
правительства. Но наблюдая раскулачивание «немцев» (успешно конкурировавших с
помещиками крестьян-товаропроизводителей, особенно фронтовиков), закономерные
продовольственный кризис и продразвёрстку, отказ Временного правительства
вернуть крестьянам всю незаконно захваченную помещиками землю, а земле и
растениям — крестьян из окопов, К.А. Тимирязев с энтузиазмом поддержал
Апрельские тезисы Ленина и Октябрьскую революцию, которая вернула его в Московский
университет. В 1920 году один из первых экземпляров своей книги «Наука и
демократия» отправил В.И. Ленину. В посвятительной надписи учёный отметил сча-
стье «быть его [Ленина] современником и свидетелем его славной деятельности».
«Только наука и демократия, — свидетельствует Тимирязев, рассматривавший
Советскую власть, подобно многим люксембургианцам, сменовеховцам и английским
либералам, как форму перехода к либеральной демократии — по самому существу
своему враждебны войне, ибо как наука, так и труд одинаково нуждаются в
спокойной обстановке. Наука, опирающаяся на демократию, и сильная наукой
демократия — вот то, что принесёт с собой мир народам». Участвовал в работе
Народного комиссариата просвещения, а после отмены ВЦИК своих решений об
исключении представителей социалистических партий и анархистов из Советов
согласился стать депутатом Моссовета, очень серьёзно относился к этой
деятельности, из-за которой простудился и умер.
Научные труды Тимирязева, отличающиеся единством плана, строгой
последовательностью, точностью методов и изяществом экспериментальной техники,
посвящены засухоустойчивости растений, вопросам питания растений, в особенности,
разложению атмосферной углекислоты зелёными растениями под влиянием солнечной
энергии, и немало способствовали уяснению этой важнейшей и интереснейшей
главы растительной физиологии. Изучение состава и оптических свойств зелёного
пигмента растений (хлорофилла), его возникновения, физических и химических
условий разложения углекислоты, определение составных частей солнечного луча,
принимающих участие в этом явлении, выяснение судьбы этих лучей в растении и,
наконец, изучение количественного отношения между поглощённой энергией и
произведённой работой — таковы задачи, намеченные ещё в первых работах
Тимирязева и в значительной степени разрешённые в его последующих трудах. Спектры
поглощения хлорофилла были изучены К.А. Тимирязевым, он же, развивая положения
Майера о роли хлорофилла в преобразовании энергии лучей солнца в энергию
химических связей органических веществ, показал, как именно это происходит:
красная часть спектра создаёт вместо слабых связей С-0 и 0-Н
высокоэнергетические С-С (до этого считалось что в фотосинтезе используются самые яркие в
спектре солнечного света жёлтые лучи, на самом, деле, как показал Тимирязев,
почти не поглощаемые пигментами листа). Сделано это было благодаря созданному
К.А. Тимирязевым методу учёта фотосинтеза по поглощённому С02, в ходе
экспериментов по освещению растения светом разных длин волн (разного цвета)
оказалось что интенсивность фотосинтеза совпадает со спектром поглощения
хлорофилла . Кроме того, он обнаружил разную эффективность поглощения хлорофиллом всех
лучей спектра с последовательным снижением по мере уменьшения длины волны.
Тимирязев предположил, что светоулавливающая функция хлорофилла эволюционно
возникла сначала у морских водорослей, что косвенно подтверждается наибольшим
разнообразием поглощающих солнечную энергию пигментов именно у этой группы
живых существ, его учитель академик Фаминцын развил эту идею гипотезой о
происхождении всех растений от симбиоза таких водорослей, преобразовавшихся в
хлоропласты, с другими организмами. Итог своим многолетним исследованиям
фотосинтеза Тимирязев подвел в так называемой крунианской лекции «Космическая
роль растения», прочитанной в Лондонском королевском обществе в 1903 - и эта
лекция, и звание члена Общества были связаны с его статусом британского, а не
иностранного учёного. Тимирязев устанавливает чрезвычайно важное положение,
что ассимиляция лишь при относительно малых напряжениях света возрастает
пропорционально количеству света, но затем отстаёт от него и достигает максимума
«при напряжении, приблизительно равном половине напряжения солнечного луча,
падающего на лист в нормальном направлении». Дальнейшее возрастание
напряжения уже не сопровождается усилением ассимиляции света. В яркий солнечный день
растение получает избыток света, вызывающий вредный перерасход воды и даже
перегрев листа. Поэтому положение листьев у многих растений — ребром к свету,
особенно резко выраженное у так называемых «растений-компасов». Путь к засу-
хоустойчивому земледелию - селекция и выращивание растений с мощной корневой
системой и пониженной транспирацией. В своей последней статье К.А. Тимирязев
писал, что «доказать солнечный источник жизни — такова была задача, которую я
поставил с первых же шагов научной деятельности и упорно и всесторонне
осуществлял ее в течение полувека». По мнению академика В.Л. Комарова, научный
подвиг Тимирязева состоит в синтезе историко-биологического метода Дарвина с
экспериментальными и теоретическими открытиями физики XIX века, и, в
особенности, с законом сохранения энергии. Труды К.А. Тимирязева стали
теоретической базой развития земледелия, особенно засухоустойчивого, и «зелёной
революции» . К этому следует прибавить, что Тимирязев первый ввёл в России опыты с
культурой растений в искусственных почвах. Первая теплица для этой цели была
устроена им в Петровской академии ещё в начале 1870-х годов, то есть вскоре
после появления этого рода приспособлений в Германии. Позже такая же теплица
была устроена Тимирязевым на Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде.
Теплицы, особенно с искусственным освещением, представлялись ему крайне важными
не только для ускорения селекционной работы, но и как один из магистральных
путей интенсификации сельского хозяйства. Исследование Тимирязевым спектра
поглощения хлорофилла и ассимиляции света растением и сегодня является базой
для разработки источников искусственного освещения теплиц. В одной из глав
своей книги "Земледелие и физиология растений" Тимирязев описал строение и
жизнь льна и показал, как применить эти знания в агрономии. Таким образом,
эта работа К.А. Тимирязева была первым изложением частной экологии растений.
Помимо изучения магниевого фермента хлорофилла - структурного аналога
железосодержащего гемоглобина, - Тимирязев впервые в мире установил эссенциальность
(необходимость для жизни) цинка, возможность снижения потребности растений в
железе при их подкормке цинком, что объяснило интересовавшую его и Дарвина
загадку перехода цветковых растений к охоте на животных (плотоядности) на
почвах, бедных железом. Тимирязев детально исследовал не только проблемы
физиологии растений, ассимиляции растением света, воды, питательных веществ
почвы, удобрений, проблемы общей биологии, ботаники, экологии. Он считал
необходимым развеять домыслы о сухом педантизме чудаков-профессоров и особенно
ботаников, прекрасно разбирался не только в фотографии, "необходимой всем, у
кого нет кисти Шишкина", но и в живописи, перевёл книгу о знаменитом
живописце Тернере, но всё же как учёный-естествоиспытатель не удержался и написал к
ней имеющую большую ценность вступительную статью "Ландшафт и
естествознание". Выдающиеся научные заслуги Тимирязева доставили ему звание члена
Лондонского королевского общества, члена-корреспондента Российской Академии
наук, почётного члена Харьковского и Санкт-Петербургского университетов,
Вольного экономического общества и многих других учёных обществ и учреждений.
Тимирязев признавал «громадное значение» результатов самого Г. Менделя и
"менделизма", активно использовал "менделизм", сожалея о том, что Мендель
публиковал свои работы "в неизвестном журнале" и не обратился вовремя к
Чарльзу Дарвину - тогда наверняка бы они с Дарвиным его поддержали при жизни,
"как и сотни других". Тимирязев подчёркивал, что, хотя и поздно (не ранее
1881 года) ознакомился с трудами Менделя, но сделал это значительно раньше и
менделистов, и мендельянцев, и категорически отрицал противоположное
менделизму "мендельянство" - перенос законов наследования некоторых простых
признаков гороха на наследование тех признаков, которые согласно трудам и
Менделя, и менделистов этим законам не подчиняются и подчиняться не могут. Он
подчёркивал, что Мендель как "серьёзный исследователь" "никогда не смог бы стать
мендельянцем". В статье «Мендель» для словаря «Гранат» Тимирязев писал о
клерикальной и националистической деятельности современных ему антидарвинистов —
сторонников этого мендельянства, искажающего учение менделизма и законы Г.
Менделя:
«Рецепт исследования был крайне прост: сделай перекрестное опыление (что
умеет всякий садовник), потом подсчитай во втором поколении, сколько
уродилось в одного родителя, сколько в другого, и если, примерно, как 3:1, работа
готова; а затем прославляй гениальность Менделя и, непременно попутно задев
Дарвина, берись за другую. В Германии антидарвинистическое движение развилось
не на одной клерикальной почве. Еще более прочную опору доставила вспышка
узкого национализма, ненависти ко всему английскому и превознесение немецкого.
Это различие в точках отправления выразилось даже и в отношении к самой
личности Менделя. Между тем как клерикал Бэтсон особенно заботится о том, чтобы
очистить Менделя от всяких подозрений в еврейском происхождении (отношение,
еще недавно немыслимое в образованном англичанине), для немецкого биографа он
был особенно дорог, как «Ein Deutscher von echtem Schrot und Korn»
(«Настоящий , подлинный немец». Ред.). Будущий историк науки, вероятно, с сожалением
увидит это вторжение клерикального и националистического элемента в самую
светлую область человеческой деятельности, имеющую своей целью только
раскрытие истины и ее защиту от всяких недостойных наносов.»
В 1930—1950-е гг. эти вырванные из контекста цитаты из трудов Тимирязева
воспроизводил в своих выступлениях Т.Д. Лысенко. В частности, в докладе 3
июня 1943 г. «К.А. Тимирязев и задачи нашей агробиологии» на торжественном
заседании Академии наук СССР, посвященном 100-летию со дня рождения К.А.
Тимирязева в московском Доме учёных, Лысенко цитировал эти утверждения
Тимирязева, называя менделистскую генетику «ложной наукой». Бессмысленность мендель-
янства и аргументов германских националистов против представлявшейся им
англосаксонской и славянской теории эволюции Тимирязев видел и в том, что сам
Грегор Мендель стоял на плечах титанов: родственников Тимирязева британских
селекционеров Гарднеров и Дарвиных, и, в отличие от мендельянцев, признавал
это и добросовестно ссылался на своих "нечистокровных" предшественников.
Тимирязев подчёркивает лженаучный характер мендельянства и отсутствие реальной
связи с менделизмом тем, что разочарованные такой, по их мнению,
беспринципностью Менделя в проблемах расы мендельянцы часто отрекались от него и
называли своим лидером Менделеева. В 1950 г. в статье «Биология» БСЭ писала:
«Вейсман совершенно безосновательно назвал своё направление „неодарвинизмом",
против чего решительно выступил К.А. Тимирязев, показавший, что учение Вейс-
мана всецело обращено против дарвинизма». Вейсман, называя себя дарвинистом,
но отрицая вместе с теорией геммул то, что соматические клетки, их ядра и
цитоплазма содержат полный набор наследственной информации всего организма,
представлял таким образом дарвинистов сторонниками самозарождения жизни и
противниками клеточной теории, а отрубанием хвостов десятков тысяч крыс для
обоснования ошибочности теории Ламарка отсутствием куцых крыс в потомстве
компрометировал экспериментальную биологию и выставлял на посмешище не только
себя, но и всех дарвинистов и чудаков-профессоров в целом, что очень огорчало
Тимирязева. Сам первый создатель теории эволюции Уоллес точно так же
характеризовал бессмысленность опытов Вейсмана: «Что касается уродств, то
обыкновенно принимается, что они не передаются наследственно, и этому существует
множество подтверждений. Во время моды на лошадей с энглизированными хвостами,
все-таки не рождалось лошадей с короткими хвостами; китаянки не родятся с
изуродованными ногами; не передаются наследственно и многочисленные формы
уродований разных человеческих племен, хотя некоторые из них практикуются на
сотнях поколений» (Уоллес А. Р., 1898, с. 672). К.А. Тимирязев не отрицал
рациональность некоторых идей Ж.-Б. Ламарка: в частности, он подчёркивал, что
Дарвин, полностью отрицая главный принцип Ламарка об участии психических и
волевых актов в приспособлении к среде, всегда признавал зависимость форм
жизни от среды. Тимирязев присоединился к положению английского философа и
социолога Г. Спенсера (1820—1903), который утверждал: «или существует
наследственность приобретенных признаков, или не существует эволюции».
Наследственность приобретённых признаков действительно наиболее ярко проявляется при
размножении растений черенками, о чём Вейсман как зоолог не подумал, в ряде
случаев при бесполом размножении животных, иногда в результате неотении при
половом размножении, даже в норме у млекопитающих наследуются многие
особенности химического состава организма матери, её системы иммунитета. Различие
между Тимирязевым и Дарвиным, с одной стороны, и креационистами и
ламаркистами, включая "советский творческий дарвинизм", с другой, заключается в
дарвинистской теории эволюции путём естественного отбора, признающей
статистическую возможность наследования некоторых приобретённых признаков и новой
наследственной информации, причём, хотя подлинными дарвинистами и категорически
отрицается предложенная Вейсманом концепция борьбы за существование между
генами в одном организме, механизмы передачи наследственной информации тоже
могут эволюционировать. Поэтому о высказывании селекционера Вильморена, с
трудами которого, как и трудами Л. Бербанка селекционеры России ознакомились
благодаря переводам Тимирязева, Тимирязев писал: «говорят о наследственности
приобретённых свойств, но сама наследственность — не является ли она
приобретённым свойством?». В полемическом запале Тимирязев даже рассорился с
Академией наук, обрушившись с резкой критикой за уступки антидарвинистам на одного
из своих учителей - академика Фаминцына, который, возражая против чтения
сочинений антидарвинистов (включая ламаркистов и нео и постнео - "дарвинистов")
широкой общественностью, считал, что их всё же можно издавать небольшими
тиражами для специалистов, так как специалисты смогут отделить рациональное
зерно этих сочинений от заблуждений антидарвинистов, а ответы на возражения
антидарвинистов помогут продвигать науку вперёд. К.А. Тимирязев так никогда и
не простил Достоевскому, даже после его смерти, то, что Сонечка Мармеладова
читала труды дарвиниста Лайеля, а Раскольников обосновывал убийство старухи-
процентщицы борьбой за существование. Сам термин "борьба за существование"
Тимирязев называл "несчастной метафорой" и указывал на наличие в природе не
только борьбы, но и взаимопомощи, особенно ярко проявляющейся в так
называемом симбиозе, т. е. сожительстве организмов разных видов - блестящие открытия
в исследовании симбиоза осуществил как раз один из его учителей академик Фа-
минцын. Именно поэтому "борьба за существование" между генами согласно
концепции Августа Вейсманна особенно удручала Тимирязева, поскольку, как
справедливо указывали антидарвинисты, изложение дарвинизма Вейсманом выставляет
дарвинистов противниками клеточной теории и сторонниками витализма и социал-
дарвинизма. В то же время Тимирязев никогда не был сторонником партийности и
групповщины в науке, в частности, с уважением относился к оппонентам, и
замечал их заслуги, даже виталистов и неодарвинистов, там, где они не
претендовали на своё изложение дарвинизма. Так, он всегда подчёркивал, что И.П. Бородин
- "очень серьёзный ботаник". В процессе формирования научного мировоззрения
Тимирязев отводил биологии центральное место. Биология, подчеркивал он, стоит
на стыке неорганического мира и мира человеческого, и поэтому ее развитие
"послужило для более полного философского объединения всего обширного
реального содержания человеческих знаний, доказав универсальность того научного
приема раскрытия истины, который, отправляясь от наблюдения и опыта и
проверяя себя наблюдением и опытом, оказался способным к разрешению самых сложных
проблем, перед которыми беспомощно остановились поэтическая интуиция теолога
и самая тонкая диалектика метафизика".
Среди образованного русского общества Тимирязев пользовался широкой
известностью как популяризатор естествознания. Его популярно-научные лекции и
статьи, вошедшие в сборники «Публичные лекции и речи» (М., 1888), «Некоторые ос-
новные задачи современного естествознания» (М., 1895) «Земледелие и
физиология растений» (М., 1893), «Чарлз Дарвин и его учение» (4 изд., М., 1898)
являются счастливым соединением строгой научности, ясности изложения,
блестящего стиля. Его «Жизнь растения» (9-е прижизненное изд., Москва, 1919;
переведённое на все основные иностранные языки), представляет собой образец
общедоступного курса физиологии растений. В своих популярно-научных произведениях
Тимирязев является горячим защитником и популяризатором дарвинизма и стойким
и последовательным сторонником рационалистического (как тогда говорили,
"механистического", "картезианского") воззрения на природу физиологических
явлений. Он противопоставлял разум оккультизму, мистицизму, спиритизму,
инстинкту. На его рабочем столе всегда лежали шесть томов Конта, он называл себя
сторонником положительной философии - позитивизма, и дарвинизм, и
политическую экономию Маркса он считал исправлением ошибок и развитием биологии Конта
и политэкономии Сен-Симона и Конта соответственно, руководствовался девизом
Ньютона - "Физика, остерегайся метафизики".
Альфред Рассел Уоллес (англ. Alfred Russel Wallace;
1823—1913) — британский натуралист, путешественник,
географ , биолог и антрополог.
Обремененный многочисленной семьей, отец не смог дать
Альфреду хорошего образования, и тот, окончив
четырнадцати лет Хертфордскую начальную школу, вынужден был сам
заботиться о своем пропитании. Первые шаги его на жизненном
пути имели мало общего с его последующей деятельностью:
сначала он был землемером, потом поступил учеником к
часовому мастеру, который, однако, диплома ему не выдал,
поработал некоторое время помощником у брата-архитектора,
наконец, устроился учителем английского языка в народной
школе в Лестере (в 1844 году); потом в Уэльсе (в 184 6
году) . В промежуток времени между службой в двух школах Уоллес одно время
работал подрядчиком при постройке железной дороги. Интерес к естествознанию
проявился у Альфреда рано: уже с 1840 года, семнадцатилетним юношей, он стал
заниматься ботаникой и деятельно гербаризировал. И хотя в более зрелые годы
Уоллес больше всего занимался энтомологией и орнитологией, но интерес к
ботанике он сохранил до глубокой старости. Увлечение Уоллеса естествознанием
получило сильную поддержку, когда он, поступив учителем в Лестерскую шкалу,
нашел там родственную натуру в лице молодого учителя Генри Бейтса (впоследствии
автора известной книги «Натуралист на Амазонке»), с которым близко сошелся и
который приохотил своего друга к коллектированию жуков. Экскурсируя вместе по
окрестностям городка, оба молодых энтузиаста стали мечтать о более широком
поприще и разработали смелый проект: совершить совместное путешествие в
обетованную страну всякого энтомолога и ботаника — Бразилию. Скопив некоторую
сумму денег, друзья смогли осуществить свою мечту, и в 1848 году отправились
на купеческом паруснике в Пара, решив окупать дальнейшие издержки по
путешествию продажей естественноисторических коллекций. Прибыв к устью Амазонки,
Бэте и Уоллес в течение двух первых лет путешествовали совместно, поднявшись
вверх по ее течению до впадения в нее Рио-Негро; здесь они решили расстаться
и работать каждый самостоятельно, причем Бэте должен был проникнуть до
верховьев Амазонки, а Уоллес — исследовать течение ее левого притока Рио-Негро.
После этой добровольной разлуки друзьям суждено было увидеться лишь много лет
спустя в Англии, уже по возвращении Уоллеса с Малайского архипелага.
Самостоятельная работа Уоллеса в девственных лесах по Рио-Негро заняла промежуток
времени с 1850 по 1852 год; работа его подвигалась успешно, и он уже успел
отправить в Англию часть собранных коллекций. Однако, здоровье, расстроенное
частыми приступами малярии, побудило Уоллеса в 1852 г. вернуться обратно. Во
время переезда через Атлантический океан Уоллес чуть было не погиб: корабль,
на котором он ехал, загорелся и утонул, а команде и немногочисленным
пассажирам пришлось искать спасения на шлюпках. Разумеется, не могло быть и речи о
спасении громоздких коллекций, собранных с таким огромным трудом за последние
два года: все они, равно как и животные, рисунки и драгоценные дневники
путешествия, погибли вместе с судном. Проблуждав по океану 10 суток и испытав все
невзгоды кораблекрушения вплоть до голода и жажды, Уоллес и его товарищи по
несчастью были подобраны каким-то судном и в октябре доставлены в Англию.
Гибель коллекций и дневников была, конечно, страшным ударом для молодого
натуралиста, притом ударом как морального, так и материального характера, ибо
он рассчитывал на продажу собранных научных ценностей. Однако, он не унывал и
деятельно принялся за обработку ранее переправленного в Англию материала
коллекций и записей. Уже через год по возвращении на родину он выпускает брошюру
ботанического содержания «О пальмах Амазонки и их пользе» и одновременно
описание своего путешествия по Амазонке и Рио-Негро («Travels on the Amazon and
Rio Negro»). Хотя последняя книга и была переиздана в 1900 году четвертым
изданием, но научное значение ее, конечно, не может идти в сравнение со
значением его позднейшего произведения «Малайский архипелаг», что вполне понятно
ввиду утраты дневников и записей. В своих дальнейших работах Уоллес как-то
избегает говорить о своих наблюдениях, сделанных в Бразилии, и, например, в
«Тропической природе», описывая американские тропики, гораздо чаще цитирует
работы Бэтса и Бельта. Как бы то ни было, отправившись в свое первое
путешествие простым любителем-самоучкой, Уоллес вернулся через 4 года зрелым ученым
с большим запасом опыта и наблюдений.
Ликвидировав результаты амазонского путешествия и оправившись после
болезни, Уоллес стал разрабатывать план нового путешествия в тропики, иа этот раз
в азиатские, именно — на мало в то время исследованные острова Малайского
архипелага . Теперь он уже не строил своих планов на шатком фундаменте продажи
коллекций. Познакомившись с влиятельным уже в то время молодым профессором
Томасом Гексли, Уоллес заинтересовал его своими планами, и Гексли удалось
выхлопотать ему правительственную субсидию и рекомендации, сильно облегчившие
его работу. Помимо этого, финансовую помощь оказал ему богатый коллекционер
Вильям Саундерс. В 1854 году Уоллес отправился в свое малайское путешествие,
из которого вернулся лишь через 8 лет уже известным ученым, разделившим славу
с самим Дарвином. Малайское путешествие Уоллеса сыграло решающую роль в
формировании его научных взглядов и обогатило науку огромным количеством фактов.
Опишем сначала маршрут путешествия, что сделать не так-то просто, ибо
последовательного маршрута в общепринятом смысле у Уоллеса не было: он, что
называется, «колесил» по Малайскому архипелагу и исколесил его вдоль и поперек,
подолгу останавливаясь в особенно интересных и добычливых местах и часто по
нескольку раз посещая один и тот же остров. Прибыв в главный центр
английского могущества в Архипелаге - Сингапур, Уоллес совершил оттуда краткую
экскурсию на Малайский [Малаккский] полуостров и поднимался там на. гору Офир.
После этого он в конце 1854 г. направился на остров Борнео [Калимантан], причем
долгое время жил у английского губернатора княжества Саравак мистера Брука.
На Борнео Уоллес пробыл весь 1855 год, причем работа его шла необычайно
плодотворно: было собрано до 2000 новых видов насекомых и птиц, были сделаны
чрезвычайно обстоя, тельные наблюдения над жизнью орангутана, которые до сих
пор фигурируют во всех описаниях этой обезьяны, и считаются классическими.
Наконец, в Сараваке же Уоллес приобрел, двух помощников: малайского мальчика
Али и молодого англичанина Чарльза Аллена, которые верой и правдой служили
ему на протяжении его путешествия и немало способствовали его успеху.
Распростившись с Сараваком, Уоллес вернулся в Сингапур, чтобы оттуда перебраться в
восточный угол Архипелага — сначала на острова Бали и Ломбок, а потом в Ма-
кассар на острове Целебес [Сулавеси] и, наконец, в самом конце 1856 года на
далекий Аруанский архипелаг, населенный дикими, но довольно мирными
папуасами. Пребывание на островах Ару было необычайно плодотворно — собраны тысячи
ценнейших бабочек и райских птиц, произведены интереснейшие фаунистические и
антропологические наблюдения. Интересно, что по словам Уоллеса вид аруанских
лесов, резко отличающихся от джунглей индо-малайской части Архипелага,
воскресил в его памяти «полузабытые впечатления лесов экваториальной Америки».
В 1850-е годы Уоллес вместе с Генри Бейтсом проводил исследования бассейна
реки Амазонка и Малайского архипелага, по результатам которых им была собрана
огромная естественнонаучная коллекция и выделена так называемая «линия
Уоллеса» , отделяющая фауну Австралии от азиатской. Впоследствии Уоллес предложил
разделить всю поверхность Земли на зоны — палеарктическую, неарктическую,
эфиопскую, восточную (индо-малайскую), австралийскую и неотропическую. Это
позволяет считать его основоположником такой дисциплины, как зоогеография.
Подхватив в Малакке малярию, Уоллес на больничной койке стал размышлять о
возможности применения к миру живой природы старой мальтузианской идеи о
выживании наиболее способных. На этой почве он разработал учение о естественном
отборе, наспех изложив его в статье, которую тотчас направил в Англию
знаменитому естествоиспытателю Чарльзу Дарвину.
Сразу по получении Уоллесовой статьи Дарвин, в то время работавший над
своим революционным трудом «Происхождение видов», отписал Чарльзу Лайелю, что
никогда не встречал более поразительного совпадения идей двух людей и
пообещал, что использованные Уоллесом термины станут главами его книги. 1 июля
1858 г. выдержки из трудов Дарвина и Уоллеса относительно естественного
отбора были впервые представлены широкой публике — на чтениях в Линнеевском
обществе.
Уоллес не считал нужным развивать своё понимание естественного отбора столь
обстоятельно и последовательно, как это делал Дарвин, но зато именно он
выступил с едкой критикой ламаркизма и ввёл в научный оборот термин
«дарвинизм» .
Уже к 1865 году интересы Уоллеса полностью обратились к иным феноменам,
которым не могла найти объяснения биологическая наука — френологии и
месмеризму. Авторитет Уоллеса способствовал распространению в лондонском обществе
практики столоверчения. Убедившись в «серьёзности» этих явлений посредством
экспериментов, Уоллес стал неутомимым защитником спиритизма и чуть было не
вступил в члены Теософского общества, что основательно подорвало его научный
авторитет. Маститый учёный полагал, что дарвиновская теория не в состоянии
дать объяснения принципиальному различию способностей человека и животных и
потому предполагал, что эволюция человекоподобных обезьян в человека не могла
обойтись без вмешательства некой «внебиологической» силы.
Впрочем, даже к паранормальным явлениям он подходил с научных позиций. Так,
он категорически отвергал возможность переселения душ и жизни на Марсе, о чём
даже написал особую брошюру. Столь же скептически относился он и к
вакцинациям от оспы, зато был горячим поборником движения суфражисток.
Эмиль Адольф фон Беринг (нем. Emil Adolf von Behring; 1854—1917) — немецкий
врач.
Эмиль Беринг родился в Хансдорфе (ныне Польша) в многодетной семье прусско
го учителя Августа Георга Беринга. Отец Эмиля надеялся,
что мальчик выберет одну из традиционных для семьи
профессий — преподавание или теологию. Для того, чтобы
получить среднее образование, Эмилю пришлось покинуть отчий
дом в раннем детстве: уже в одиннадцать лет он стал
гимназистом в Хохенштейне (Восточная Пруссия).
У Беринга рано проявился интерес к медицине. Однако,
понимая, что финансовое положение семьи не позволяет ему
учиться в высшем медицинском учебном заведении, он по
настоянию своего отца поступил в Кёнигсбергский университет
на факультет теологии. Но вскоре счастливый случай
вмешался в его жизнь и изменил все планы. Один из
гимназических учителей Эмиля подсказал ему, что в Военно-
медицинском институте в Берлине он был бы освобожден от платы за учёбу.
Занятия будущих военных хирургов были бесплатными, но после окончания учёбы они
обязаны были отслужить десять лет в прусской армии. Беринг согласился принять
такие требования, и с 1874 года он стал кадетом этого института.
Беринг получил диплом врача в 1880 году. В том же году он прошёл стажировку
в берлинской больнице Шарите, а затем получил распределение в кавалерийский
полк в Позене (ныне Познань, Польша.) Последующая декада жизни Беринга
протекала в армии. Как батальонный врач и хирург, он служил сначала в Западной
Пруссии, а затем по его просьбе был переведен в Силезию. Рутина клинической
работы никогда не привлекала Беринга, чьи основные интересы относились к
научным исследованиям. Ещё в Позене Беринг заинтересовался использованием
дезинфицирующих средств в боевых условиях для лечения инфекционных заболеваний,
и с тех пор он стремился всецело посвятить себя исследовательской работе.
Такая возможность представилась ему в армии в 1887 году, когда он поступил в
Боннский фармакологический институт. До демобилизации в 1889 году Беринг
успел проработать год в Академии военной медицины в Берлине, занимаясь
преимущественно проблемами антисептики. В 1889 году Беринг присоединился к
исследовательской группе пионера бактериологических исследований Роберта Коха, где
занялся изучением методов лечения дифтерии и столбняка; в 1890 году он
совместно с Сибасабуро Китасато показал — в развитие открытий Эмиля Ру и
Александра Йерсена, — что в крови переболевших дифтерией или столбняком образуются
антитоксины, которые обеспечивают иммунитет к этим болезням как самим
переболевшим, так и тем, кому такая кровь будет перелита. В том же году на основе
этих открытий был разработан метод лечения кровяной сывороткой.
До начала XX века дифтерия ежегодно уносила тысячи детских жизней, а
медицина была бессильна облегчить их страдания и спасти от тяжелой агонии. В
рождественскую ночь 1891 года умирающие от дифтерии берлинские дети получили
первые уколы новой сыворотки Беринга. Многие из них были спасены, но все же
успех был лишь частичным, и сыворотка Беринга не стала надежным средством,
спасавшим всех детей.
В этот критический момент на помощь Берингу пришёл его коллега и друг,
Пауль Эрлих. Благодаря своим открытиям в иммунологии Эрлих сумел
усовершенствовать противодифтерийную сыворотку Беринга, рассчитать правильную дозировку
антитоксина и получить высококонцентрированные и очищенные сыворотки, ставшие
надежными в клиническом применении. В 1894 году усовершенствованная сыворотка
была успешно опробована на 220 больных детях. За спасение детей Берингу в
1901 году была присуждена первая Нобелевская премия по физиологии и медицине
«за работу по сывороточной терапии, главным образом за её применение при
лечении дифтерии, что открыло новые пути в медицинской науке и дало в руки
врачей победоносное оружие против болезни и смерти».
В 1894 году Беринг перешёл в университет в Галле, а в следующем году — в
Марбургский университет. Преподавание ему давалось с трудом, и начиная с 1895
года Беринг основал свой институт экспериментальной терапии в Марбурге,
которым руководил до конца жизни. Впоследствии, в 1914 году при институте Беринга
была основана компания по производству противостолбнячной и
противодифтерийной вакцины. В ходе первой мировой войны Беринг достиг нового триумфа в
борьбе с микробами, когда его противостолбнячная вакцина помогла сохранить жизни
многим немецким солдатам, и за это он был награждён правительством Германии
Железным крестом.
Беринг отличался тяжелым и требовательным характером. Он привык работать
круглосуточно, забывая о нуждах своего организма. У него было мало близких
друзей и последователей, и когда война разлучила его с такими зарубежными
коллегами, как Илья Мечников и Эмиль Ру, он впал в депрессию, и его
истощенный организм не был в силах справиться с переломом бедра. Осложнение
следовало за осложнением, у него образовался ложный сустав, его способность к
передвижению стала ограниченной. Прогрессирующая болезнь сделала 63-летнего
Беринга старым и дряхлым, и он скончался от скоротечной пневмонии.
Беринг умер в Марбурге (Германия) 31 марта 1917 года. Его имя носит Dade
Behring в Марбурге, крупнейшая в мире компания, занимающаяся исключительно
клинической диагностикой, а также компания CSL Behring. Также в университете
Марбурга существует премия имени Эмиля фон Беринга.
Эдуард Бухнер (нем. Eduard Buhner, 1860—1917) — немецкий
химик и биохимик. Нобелевская премия по химии (1907) («За
проведенную научно-исследовательскую работу по
биологической химии и открытие внеклеточной ферментации»).
Эдуард Бухнер родился 20 мая 1860 г. в Мюнхене
(Германия) в семье потомственных ученых, происходившей из
баварской Швабии. Его отец, Эрнст Бухнер (1812-1872), был
профессором судебной медицины, организатором и редактором
журнала "Мюнхенский медицинский еженедельник". Большая
научная организационная загруженность не помешала ему,
однако, быть трижды женатым. От третьего брака на Фредерике
Мартин, дочери кассира, родились два сына - Ганс в 1850 г.
и Эдуард, после смерти отца Ганс, ставший впоследствии
известным гигиенистом и эпидемиологом, по признанию Эдуарда, "сделал
невозможное, чтобы я получил образование". Исключительная дружба, взаимная поддержка
и научное сотрудничество объединяй братьев на протяжении всей их жизни.
После сдачи экзаменов на аттестат зрелости в 1877 г, в Мюнхенской реальной
гимназии Эдуард в качестве вольноопределяющегося одногодичника служил в полку
Полевой артиллерии. Он был солдатом телом и душой", писал о нем К. Гарриес.
Это было верно и в буквальном, и в переносном смысле - он всегда был бойцом,
преодолевая любые трудности в достижении оставленной цели. Однако дар
исследователя очень рано подчинил себе все увлечения. Поступив в химическую
лабораторию высшей политехнической школы, Бухнер полностью отдался изучению химии
под руководством Е. Эрленмейера, однако стесненные материальные
обстоятельства вынудили, его вскоре прервать работу и поступить на консервную фабрику.
Позднее фабрика перебазировалась в Майнц, и Бухнер покинул Мюнхен, работа на
фабрике не осталась для него бесследной, здесь он изучил возможность
познакомиться с областью, ставшей впоследствии основным делом всей его жизни - с
химией бродильного производства.
Исследовательскую деятельность Бухнер смог возобновить лишь в 1884 г. ,
когда он поступил в Мюнхенский университет лабораторию знаменитого А. Байера и
одновременно в Институт физиологии растений, руководимый К. Негели. Здесь в
лаборатории, возглавляемой братом Бухнера, Гансом, он провел исследование "О
влиянии кислорода на брожение", в результате второго, в противоположность Л.
Пастеру, пришел к выводу том, что кислород на брожение не влияет.
В эти годы Бухнер познакомился с Г. Пешманном и Т. Курциусом. Последний,
ставший вскоре ближайшим другом и коллегой Бухнера, пригласил его на один
семестр в Эрлангер, в химическую лабораторию, руководителем которой он стал по
предложению О. Фишера. Глубокое влияние Курциуса сказалось том, что именно от
него Бухнер воспринял любовь и навыки к кропотливому труду исследователя. В
1888 г. Бухнер стал доктором, а в 1891 г. занял должность приват-доцента
Мюнхенского университета. В 1893 г. Бухнер. по приглашению Курциуса последовал
За ним в Киль, где в 1895 г. стал профессором. Через год Пешманн пригласил
его занять вакантную должность экстраординарного профессора в Тюбингенском
университете, где Бухнер провел и опубликовал в 1897 г. работу "Спиртовое
брожение без дрожжевых клеток". Последующее развитие этой темы в Берлинской
сельскохозяйственной школе, куда в 1898 г. он был приглашен на должность
профессора общей химии, быстро принесло Бухнеру признание в научном мире. В 1905
г. он был награжден золотой медалью Ю. Либиха, присуждаемой Обществом
немецких химиков. В 1907 г. Бухнер был удостоен Нобелевской премии "За
биохимические исследования и за открытие бесклеточного брожения".
Напряженная исследовательская деятельность, частые переезды, богатая
увлечениями жизнь, по-видимому, были причиной того, что Бухнер лишь в возрасте 40
лет в 1900 г., женился на Лотте Шталь, дочери Тюбингенского математика. От
этого брака у него были два сына и дочь.
В Берлине Бухнер прожил 11 лет. В 1909 г. в связи с уходом Ладенбурга ему
предложили кафедру в Бреславле (ныне Вроцлав). В 1911 г. он стал заведующим
кафедрой в Химическом институте Вюрцбурга, где, по словам Гарриееа,
"почувствовал себя особенно дома". Бухнер был человеком исключительно живого и
сердечного нрава. Эти черты характера неизменно привлекали к нему многочисленных
и верных друзей, содействовали созданию в его семье радостной и счастливой
обстановки. Живой интерес к политике (Бухнер был пылким сторонником Бисмарка)
сочетался с любовью к изобразительному искусству. В юношеские годы
ортодоксальная приверженность католицизму, но в 40 лет вполне сознательный переход в
протестантство, страстная увлеченность охотой и альпинизмом (преодолел около
ста горных вершин!) - все это было проникнуто особой любовью к борьбе с
трудностями, склонностью к приключениям. Исключительная память и живое
воображение, мужество, сердечность - таковы отличительные черты Бухнера,
сохранившиеся в памяти его друзей и сотрудников. Когда началась первая мировая война 54-
летний капитан Бухнер 11 августа 1914 г. вступил в армию. Уже в декабре он
был награжден железным крестом, а в январе 1916 г. возведён в чин майора. В
феврале Бухнера вызвали с фронта в Вюрцбург для продолжения научной и
педагогической деятельности, однако, в июне 1917 г. он вновь вернулся на фронт. 11
августа в Румынии (под Фокшанами) Бухнер был смертельно ранен. Он умер 12
августа 1917 г. и там же похоронен на братском кладбище.
В научной деятельности Бухнера можно выделить два направления: исследования
в области органической химии; разработка метода бесклеточного брожения,
изучение биохимии ряда брожений и ферментного комплекса дрожжевых клеток.
Основной темой первого направления исследований, проведенных с Курциусом,
было изучение реакций между эфирами диазоуксусной кислоты и ненасыщенными
соединениями сложными эфирами и эфирами ацетиленкарбоновой кислоты, с одной
стороны, и с бензолом и его гомологами, с другой. Если на первом этапе этих
исследований авторы смогли выделить лишь вторичные продукты взаимодействия
эфиров, то позднее им удалось в чистом виде: изолировать и первичный продукт,
который содержал азот диазоуксусного эфира - эфир пиразолинкарбоновой кисло-
ты.
Поводом к началу исследований биохимии брожения послужило наблюдение Ганса
Бухнера, который в 1890 г. обнаружил, что из многих бактерий путем
соответствующей обработки можно экстрагировать белковое вещество. Введенное под кожу
животным, оно вызывает воспалительный процесс, однако служит защитой против
инфекций. Подтверждением являются туберкулин Р. Коха, полученный им путем
экстрагирования бактериальной массы.
В связи с необходимостью изобретения метода консервации микробных клеточных
экстрактов, среди которых, как показал Бухнер в 1893 г., наиболее удобным
оказался сок пивных дрожжей, был детально разработан метод получения
стерильного бесклеточного дрожжевого сока. Для сохранения сока от загнивания Ганс
Бухнер предложил его обычную сахарную консервацию. Во время каникул в
Тюбингене Э. Бухнер обнаружил типичные признаки брожения в бесклеточной сахарной
смеси и сразу понял огромное общебиологическое значение обнаруженного факта.
Ничто не ускользнуло от его внимания. Пытливый ум и научная интуиция
подсказали ему возможность, наконец, выяснить истину в глубоко принципиальной
полемике между Либихом и Пастером о причине, обусловливающей столь сложный
процесс, каковым является брожение.
Последующие исследования Бухнера и его сотрудников привели к выводу о
возможности воспроизведения брожения различных Сахаров в отсутствие живого
организма с помощью "продукта превращения белковых тел протоплазмы,
представляющего собой химическое вещество, лишенное обмена". Это вещество, пользуясь
термином П. Вешана, Бухнер назвал "зимазой". Дальнейшие работы (в
сотрудничестве с Я. Мейзенхеймером) также выявили возможность воспроизводить
молочнокислое и уксуснокислое брожение с помощью выделенных из бактериальных клеток
"молочнокислой бактериальной зимазы" и "спиртокисляющего энзима".
Открытие Бухнера вызвало бурную реакцию в научных и философских кругах. Оно
не соответствовало общепринятым представлениям, согласно которым брожение
могло быть лишь результатом жизнедеятельности полноценного живого организма.
Исследования Бухнера подвергались критике за, якобы, допущенные им
методические неточности. В свою очередь, теоретические выводы Бухнера явились
предметом острой критики со стороны неовиталистов, усиливших свою активность в
конце XIX в. Однако уверенность в своей правоте, мужество и исключительное
упорство в достижении цели позволили Бухнеру убедительно доказать безупречность и
научную значимость сделанного им открытия. Не случайно поэтому, что
исследования Бухнера быстро получили высокую оценку, а его научный авторитет -
широкое признание. Еще до присуждения Нобелевской премии в 1907 г. Бухнер был в
1904 г. единогласно избран председателем Немецкого химического общества.
Затем последовало избрание его чл.-корр. Академии наук Болоньи. Для чтения
специального курса лекций по химии брожения его приглашали в Париж и Вену. В
историю науки он вошел как исследователь, который, по словам главы Нобелевского
комитета по химии Г. Седербаума, "провел демаркационную линию между двумя
различными эпохами, указав направление к развитию новой фазы в истории химии
брожения".
************************
В СПОРЕ НЕ ВСЕГДА
РОЖДАЕТСЯ ИСТИНА
Кажется, нет конца дискуссии, которая вот уже более чем полтора столетия
ведётся между дарвинистами и ламаркистами. И те, кто полагает, что этот не на
шутку разгоревшийся спор давно решён в пользу эволюционного дарвиновского
учения, наивно заблуждаются. Правда, на определённые и достаточно длительные
периоды времени дарвинистам, действительно, удавалось взять верх, но и ламар-
кисты оказывались не лыком шиты и частенько заставляли своих оппонентов
"поджимать хвосты".
В последнее время дарвинистам, вроде бы прочно закрепившимся на своих
позициях, то и дело выдвигаются серьёзные научные претензии насчёт
состоятельности отстаиваемой ими теории. Сенсационные результаты экспериментальных
исследований канадского биолога Р. Горжинского1 и австралийского иммунолога Э.
Стила2, обнародованные в 1980—1981 годах, чуть было не повергли
последователей Дарвина в прах, поскольку ими подтверждалась обновлённая концепция
наследования благоприобретённых признаков. Напомним, что эту идею как раз выдвинул
и разработал в начале прошлого века нелюбимый ими маститый французский
натуралист Жан Батист Ламарк. Она была им представлена как первое целостное
учение об эволюции живой природы. Согласно взглядам Ламарка, живые организмы под
влиянием благоприятствующих природных факторов приобретают определённые
функции, благодаря чему они имеют возможность приспосабливаться к условиям вечно
меняющейся окружающей среды. Эти функции появляются у них потому, что
биологическим видам присуще постоянное стремление к совершенствованию и,
осуществляя его, они постепенно усложняют свою организацию. Причём новые качества
передаются ими по наследству. В общем качели дарвинистов опять опустились вниз.
Но не надолго. И вот почему.
Когда по истечении 170 с лишним лет естествоиспытатели Стил и Горжинский
попытались своими экспериментальными данными подтвердить правоту старика
Ламарка относительно механизма передачи по наследству живыми особями
благоприобретённых признаков, поначалу эти эксперименты, проведённые ими на мышах,
ошарашили многих авторитетных биологов. Настолько статистически достоверными,
корректными и точными они казались. Однако стоило подвергнуть их проверке,
чем, собственно, и занялся спустя время ряд исследовательских центров, как
оказалось, что повторно получить широко разрекламированные Стилом и Горжин-
ским результаты не представляется возможным. При этом о поражающих
воображение эффектах вообще говорить не приходилось. А без возможности
воспроизводства "блестящего" опыта, что он стоит? Да ничего. Даже ломаного гроша!
Одним словом, афера рухнула. Исследователям, подтасовавшим опытные данные,
было сказано категоричное "нет". Дарвинисты опять "взмыли" вверх. Кстати,
странно, что из них никто даже не высказал сомнения в лженаучной сенсации, в
мгновение ока облетевшей научные круги. Впрочем, они сами до сих пор не имеют
твёрдой и безупречной базы для отстаивания своих позиций в науке. Только
спорят. Но получается, что в споре истина рождается далеко не всегда. Особенно,
если этот спор напоминает махание кулаками по воздуху.
Edward (Ted) J. Steele is an Australian molecular immunologist formerly
with the University of Wollongong, now listed as a visiting fellow at the
Murdoch University. Steele's research has led a resurgent interest in the
French scientist Jean-Baptiste de Lamarck, the man who developed the first
theory of evolution, pre-dating Charles Darwin by fifty years. Steele was
also the subject of a dispute with his the University of Wollongong, which
led to his widely publicized dismissal, court-ordered reinstatement and sub
sequent undisclosed financial settlement by the University.
1 Ни о нем самом, ни о его экспериментах никакой информации найти не удалось.
2 Информация об этом авторе будет ниже на английском, но на русском широко известна
книга: Э. Стил, Р. Линдли, Р. Бландэн Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и
эволюция. 2002.
Ted Steele developed the theory of reverse
transcription from the somatic (body) cells to the germline
(reproductive cells). This reverse transcription process
enables characteristics or bodily changes acquired during a
lifetime to be written back into the DNA and passed on to
subsequent generations. This is what used to be known as
neo-Lamarckism. Steel's theory provided the first
mechanism to explain Lamarckian evolution: when successful
somatic (body) cell changes occur due to environmental
changes, copies of the copious new messenger-RNA that
have been produced by the successful cells are picked up
by harmless retroviruses acting as gene shuttles and
transported across the tissue barrier - the Weismann
Barrier - to the germline. Finally, the new genetic
information is integrated into the DNA by a process involving reverse transcription.
This process of writing or translating new information into the DNA provides
the essential precursor to acquired changes being passed on to progeny; to
the next generation, thereby demonstrating Lamarckian inheritance of acquired
characters. Darwinian natural selection then goes to work on the progeny and
subsequent generations: those fit for survival do so and those not fit die
out. This recombination of Darwin and Lamarck by Steele has been described as
meta-Lamarckism.
During the 1980s and 1990s Ted Steele clashed with the scientific
establishment, particularly in the UK, over this theory and his support for
Lamarck's place in modern science. Steele has stated publicly in an interview
with the ABC program Lateline that his controversial theories have had a
strong impact on his career "To be branded a heretic and a pariah meant that
my career to keep doing research in this area were extremely limited."
His book, Lamarck's Signature was variously praised and criticized by the
scientific mainstream.In January 2001, Steele made several allegations to the
media in regard to 'soft' marking resulting in the upgrading of full fee
paying international students. Steele was summarily dismissed by UoW's Vice-
Chancellor Gerard Sutton, stating that the university's reputation was
"placed at a serious and imminent risk as a result of Associate Professor
Steele's claims." Steele declared his dismissal unfair and instituted legal
proceedings. The case received wide media coverage In August 2001, the
Australian Federal Court found that the University of Wollongong had breached
its staff enterprise agreement and did not following correct conduct and
dismissal procedures in Steele's case. Following the verdict Steele expressed
publicly that he wanted his job back.
On 5 April 2002, UoW Vice Chancellor Gerard Sutton acceded to NTEU demands
and reinstated Dr Ted Steele to his position within the Department of
Biological Sciences at the University of Wollongong. It was made public that
Steele's reinstatement was unconditional and involved backpay. President of
the National Tertiary Education Union, Dr Carolyn Allport announced the
importance of the victory and precedent that the court's ruling set. "The NTEU
has said all along that Dr Steele was dismissed illegally. The union's
position has been completely vindicated by the findings of four judges of the
Federal Court and Dr Steele's subsequent reinstatement. The reinstatement
comes after a 15 month legal and political campaign by the NTEU. It is a
victory for all NTEU members because it clearly demonstrates that university
staff cannot be dismissed without a proper and fair hearing. This requirement
is the fundamental protection of intellectual freedom in Australia's univer-
sities and the successful campaign to reinstate Dr Steele has reaffirmed that
protection for all Australian university staff and for the community that our
universities serve."
The University of Wollongong subsequently appealed the court's decision,
but again lost and was ordered to pay Steele's court costs (estimated to be
approx. A$40,000). The University set out with further investigations into
the allegations of soft marking in an effort to legitimately incriminate
Steele, however there appeared to be a conflict of interest with Steele's
former line manager being promoted to Dean, and chair of a subsequent
enquiry. This led to Steele describing the UoW arbitration system as a
'Kangaroo court'.
The unfair dismissal issue was resolved on 6 July 2002 when Steele and the
University of Wollongong came to a confidential agreement. Although little is
known in regard to the settlement, Steele did not return to the University of
Wollongong.Soma to germ-line feedback In the 1970s molecular immunologist Ted
Steeleand colleagues, proposed a neo-Lamarckian mechanism to try to explain
why homologous DNA sequences from the VDJ gene regions of parent mice were
found in their germ cells and seemed to persist in the offspring for a few
generations. The mechanism involved the somatic selection and clonal
amplification of newly acquired antibody gene sequences that were generated via
somatic hyper-mutation in B-cells. The mRNA products of these somatically novel
genes were captured by retroviruses endogenous to the B-cells and were then
transported through the blood stream where they could breach the soma-germ
barrier and retrofect (reverse transcribe) the newly acquired genes into the
cells of the germ line. Although Steele was advocating this theory for the
better part of two decades, little more than indirect evidence was ever
acquired to support it. An interesting attribute of this idea is that it
strongly resembles Darwin's own theory of pangenesis, except in the soma to
germ line feedback theory, pangenes are replaced with realistic retroviruses.
In July 2006, Dr Corrado Spadafora published a paper providing evidence
that male sex cells or sperm could indeed receive foreign genetic material -
information from body cells being written back into the germline DNA.
Spadafora presented evidence that a green fluorescent protein, a genetic tag
attached to the sperm of a father subsequently showed up in the tissue or body
cells of his progeny. He announced that there is in all mature spermatozoa,
an efficient machinery to receive information from external DNA molecules and
that this behavior is widespread. It has been observed in sperm from more
than 30 species, from sea urchins to honey bees to humans. In about a quarter
of cases the foreign genes have appeared in the next generation. Spadafora
announced in his paper that the genetic transfer mechanism he had discovered
involves the generation and 'non-Mendelian' spread of new genetic information
beyond that supposedly locked up in the chromosomes.
Simultaneously, Patrick Fogarty was one of a number of scientists working
with animals to develop new genetic transfer technologies for drug target
discovery. In his experiments, transgenic animals that have xknock-in' genes
or ^knockout' genes are used to provide useful animal models for the
development of gene therapies. In the process of conducting the early trials,
scientists are finding that the genome of animals can integrate new genes, or have
selected genes deleted, and that the progeny of new transgenic animals
inherit the new genetic alterations. Fogarty, has developed two new delivery
vectors that can be used to incorporate a new gene into the genome, or to
replace a similar gene with a new one. In the laboratory he uses a mechanism to
envelope foreign DNA which is then injected into the tails of mice. Each
animal is directly injected with a mix containing the new gene and a vector de-
signed to assist the integration of the new gene into the animal's genetic
makeup. In his experiments, Fogarty and his colleagues injected the vectors
with the new DNA cargo into mice, and achieved effective gene transformations
to create the transgenic effects they aimed for. He showed that over time,
the new DNA became integrated into almost all somatic cells tested. There
also appeared to be no side effects using this technique. What is most
remarkable about this work, is that the progeny of the Steal thGeneTM and the
TGD transgenic animals were also transgenic. The new genetic material had not
only entered the somatic cells. It had also altered the genome of the animals
injected. Using only the male line, the new genetic information was inherited
by twenty five to eighty percent of the progeny of the transgenic animals,
depending on the test variables used. The new genome was stable for the four
generations tested, and there appeared to be no strain or sex dependencies.
Science philosopher Ross Honeywill highlighted Steele's work by proposing
that in finding the mechanism for Lamarckian evolution Steele had
simultaneously combined the best of Darwin and Lamarck. He proposed a modern, well-
supported Lamarckian theory could be devised, consistent with well-documented
parts of modern molecular genetics, able to be articulated with a surviving
core of Darwinian natural selection: a kind of Meta-Lamarckism. "Steele
identified RNA as the critical transcription vehicle because unlike DNA, it was
the medium that was out there in contact with what was going on in the body.
It was the obedient servant that knew the secret language, the secret
handshake. What a breakthrough it was to discover from Lamarck via Steele that
RNA could take vital changes back to the DNA for generational improvements.
But imagine what it means if the RNA is capable of carrying its own
information through generations; imagine the Meta-Lamarckian consequences and
opportunities written all over these discoveries."
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Ликбез
КРАТКИЙ КУРС БИОЛОГИИ
(продолжение)
ГЛАВА 8.
КИРПИЧИКИ ЖИЗНИ
8.1. ОСНОВЫ БИОХИМИИ
8.1.1.
Неорганические соединения
В земной коре встречается около сотни химических элементов. Из них в
организмах обнаружено 60, но только 16 элементов являются необходимыми для жизни.
Более 99 % органической массы приходится на долю четырёх веществ - водорода,
углерода, кислорода и азота. Важное значение также имеют фосфор, сера,
натрий, магний, железо, хлор, калий, кальций, марганец, медь, кобальт и цинк.
0,2%—'||
0,3%—'
0,4%.—'
Рисунок 8.1.1.1. Содержание химических элементов в теле человека
Химические элементы входят в состав соединений, которые можно разбить на
две группы:
• неорганические (вода, соли и т.д.);
• органические (белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты и т.д.).
От 60 % до 95 % общей массы организма составляет вода. Наличие воды -
обязательное условие жизненной активности клетки; все физиологические процессы
происходят только в водной среде. Для многих организмов вода является также
средою обитания. Значение воды определяется её необычными свойствами: малыми
размерами молекул, их полярностью и способностью образовывать водородные
связи друг с другом. Важные свойства воды:
• вода является универсальным растворителем для полярных веществ. Это
свойство также означает, что вода служит средой для транспорта различных
веществ внутри организма;
• вода обладает большой теплоёмкостью; благодаря этому биохимические про-
цессы идут в малом диапазоне температур;
• вода имеет большую теплоту испарения; это используется при
терморегуляции у животных (потоотделение) и растений (охлаждение листьев);
• у воды большая теплота плавления; это препятствует образованию
кристаллов льда в клетках при понижении температуры;
• плотность льда меньше плотности воды, поэтому он не тонет, и водоёмы
промерзают сверху вниз. В противном случае реки и озера холодных и
умеренных поясов промёрзли бы за зиму насквозь;
• значительное поверхностное натяжение играет важную роль при движении
воды по капиллярам организмов;
• вода является необходимым компонентом метаболических реакций (например,
в процессе фотосинтеза).
н н
\ /
о
Рисунок 8.1.1.2. Молекула воды
Также в клетке содержится много различных солей в диссоциированном
состоянии. Для процессов жизнедеятельности из входящих в состав солей катионов
наиболее важны К+, Na+, Ca2+, Mg2+, из анионов - НР042_, H2P04~, C1-, НС03~.
8.1.2. Углеводы
Переходя к рассмотрению органических веществ, нельзя не отметить значение
углерода для жизни. Вступая в химические реакции, углерод образует прочные
ковалентные связи, обобществляя четыре электрона. Атомы углерода, соединяясь
между собой, способны образовывать стабильные цепи и кольца, служащие
скелетами макромолекул. Углерод также может образовывать кратные ковалентные связи
с другими углеродными атомами, а также с азотом и кислородом. Все эти
свойства обеспечивают уникальное разнообразие органических молекул.
Макромолекулы, составляющие около 90 % массы обезвоженной клетки,
синтезируются из более простых молекул, называемых мономерами. Существуют три
основных типа макромолекул: полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты; мономерами
для них являются, соответственно, моносахариды, аминокислоты и нуклеотиды.
Углеводами называют вещества с общей формулой Сх(Н20)у, где х и у -
натуральные числа. Название «углеводы» говорит о том, что в их молекулах водород
и кислород находятся в том же отношении, что и в воде.
В животных клетках содержится небольшое количество углеводов, а в
растительных - почти 70 % от общего количества органических веществ.
аьон
н
с
он
с-
I
н
он
I
с-
н
он
н
н
он
Рисунок 8.1.2.1. Глюкоза
Углеводы делятся на простые (моносахариды) и сложные (дисахариды и
полисахариды) . Моносахариды имеют общую формулу (СН20)п, где n изменяется от 3 до
9. Самые распространённые моносахариды - глюкоза и фруктоза, имеющие формулу
(СН20)б- Все моносахариды имеют сладкий вкус, кристаллизуются и легко
растворяются в воде.
Моносахариды играют роль промежуточных продуктов в процессах дыхания и
фотосинтеза, участвуют в синтезе нуклеиновых кислот, коферментов, АТФ и
полисахаридов, служат источниками энергии, высвобождаемой при окислении в процессе
дыхания. Производные моносахаридов - сахарные спирты, сахарные кислоты, де-
зоксисахара и аминосахара - имеют важное значение в процессе дыхания, а также
используются при синтезе липидов, ДНК и других макромолекул.
Дисахариды образуются в результате реакции конденсации между двумя
моносахаридами . Иногда они используются в качестве запасных питательных веществ.
Наиболее распространенными из них являются мальтоза (глюкоза + глюкоза),
лактоза (глюкоза + галактоза) и сахароза (глюкоза + фруктоза). Лактоза
содержится только в молоке. Сахароза (тростниковый сахар) наиболее распространена в
растениях; это и есть тот самый «сахар», который мы обычно употребляем в пи-
щу.
Рисунок 8.1.2.2. Сахароза - обычный сахар из магазина
Полисахариды состоят из моносахаридов. Большие размеры делают их молекулы
практически нерастворимыми в воде; они не оказывают влияние на клетку и
потому удобны в качестве запасных веществ. При необходимости они могут быть
превращены обратно в сахара путём гидролиза.
оьон
н
/
с
\
он
с
/ 1
г \
он
с
с
> н
\
н с
t
/
н он
оьон
н с о, н
I
н
н с
он
I
о с—с он
н он
Рисунок 8.1.2.3. Мальтоза
оьон
н он
н он
н с
: о
Л
\
0,
/\
С С 0
/1
/ он
\
Cv НС С. НС
\т
он с
: с
/
: \
i \
\ н
\ 1
1 С
/
: о н
оьон
Рисунок 8.1.2.4. Лактоза
оьон
н с
/,
он с
1
с
h
С
V
1 С
/
н он
СНоОН
СНоОН
Рисунок 8.1.2.5. Сахароза
Крахмал (полимер глюкозы) запасается в клетках в виде так называемых
крахмальных зерен. Эквивалентом крахмала в животном организме является гликоген
(у позвоночных он содержится в печени и мышцах). Крахмал и гликоген играют
роль резерва пищи и энергии.
Рисунок 8.1.2.6. Особенно много крахмала в клубнях картофеля, а
также в семенах бобовых и злаков
Целлюлоза также является полимером глюкозы. В ней заключено около 50 %
углерода, содержащегося в растениях. По общей массе на Земле целлюлоза занимает
первое место среди органических соединений. Форма молекулы (длинные цепи с
выступающими наружу -ОН-группами) обеспечивает прочное сцепление между
соседними цепями. При всей своей прочности, макрофибриллы, состоящие из таких
цепей, легко пропускают воду и растворённые в ней вещества и потому служат
идеальным строительным материалом для стенок растительной клетки. Целлюлоза -
ценный источник глюкозы, однако, для её расщепления необходим фермент целлю-
лаза, сравнительно редко встречающийся в природе. Поэтому в пищу целлюлозу
употребляют только некоторые животные (например, жвачные). Велико и
промышленное значение целлюлозы - из этого вещества изготовляют хлопчатобумажные
ткани и бумагу.
:S»*£jS5c3kA-**
Рисунок 8.1.2.7. Целлюлоза - основной компонент стенок растительных
клеток и самое распространённое на Земле органическое вещество
сн,он
н он сн-.он
н он
н с оч
н
он
он с с
н с
н
I
н
он
с. н с,
н
I
н с о
н с оч
н
он
о с с
н с
н
I
он
он
С. НС
н
н с о н
н он
сн,он
н он
сн,он
Рисунок 8.1.2.8. Целлюлоза
сн,он
Н ННСОСН:
сн?он
Н ННСОСН:;
н с о,
н
он
он с с
н с
н
он
н
I
о
о
н с о.
н
он
с с
н с
н
I
он
он
С. НС
н
н с о н
Н ННСОСН::
СН,ОН Н ННСОСНз
Рисунок 8.1.2.9. Хитин
СН,ОН
Иногда простые сахара вступают в реакцию с сахарными спиртами и кислотами.
Образующиеся при этом вещества близки к полисахаридам и носят название муко-
полисахаридов. Муреин играет роль структурного компонента в клетках
прокариот . Хитин близок к целлюлозе; он встречается у некоторых форм грибов, а также
как важный компонент наружного скелета некоторых животных. Гликопротеины и
гликолипиды определяют антигенные свойства клеток. Гиалуроновая кислота и
хондроитинсульфат - важные компоненты соединительной ткани позвоночных.
Камеди и слизи имеют важную защитную функцию в организмах растений и животных.
.*
Зчвж'ь
V
-j**tf**
. те
t?V?
uM^flStO'
*
s«t.
V
**<*>&
-тЛ
Рисунок 8.1.2.10. Хитин является основным компонентом
наружного скелета членистоногих
8.1.3. Липиды
Липидами обычно называют нерастворимые в воде органические вещества,
являющиеся сложными эфирами жирных кислот и спиртов (например, глицерола). Жирные
кислоты имеют общую формулу R•СООН, где R - атом водорода или радикал типа -
СН3. В липидах радикал обычно представлен длинной углеводородной цепью; этот
«хвост» гидрофобен, что и определяет плохую растворимость липидов в воде.
Липиды, образующиеся из глицерола, называются глицеридами.
Рисунок 8.1.3.1. Одним из компонентов оливкового
масла является ненасыщенная жирная олеиновая кислота
Триацилглицеролы - самые распространённые из природных липидов. Они делятся
на жиры, остающиеся твёрдыми при 20 °С, и масла, находящиеся при этой
температуре в жидкой фазе. Масла включают ненасыщенные жирные кислоты, имеющие в
своём составе одну или несколько двойных связей С=С, жиры - в основном
насыщенные жирные кислоты (без двойных связей). Калорийность липидов выше
калорийности углеводов, поэтому они откладываются в организме животных как
запасное питательное вещество. Жир также служит для теплоизоляции и обеспечивают
плавучесть. Одним из продуктов окисления жиров является вода; некоторые
пустынные животные запасают жир в организме именно для этой цели. Масла чаще
всего накапливаются в растениях (семена подсолнечника, кокосовой пальмы и
т.п.) .
Рисунок 8.1.3.2. Стеарин - основная составляющая свечей
Фосфолипиды - группа глицеролов, включающая остатки жирных кислот и
фосфорной кислоты. Благодаря наличию полярной фосфатной группы часть молекулы
приобретает способность растворяться в воде, другая же часть молекулы остаётся
нерастворимой. Из фосфолипидов строятся все плазматические мембраны живых
клеток.
Воска - сложные эфиры жирных кислот и длинноцепочечных спиртов. Они
используются животными и растениями в качестве водоотталкивающего покрытия
(пчелиные соты, покрытие перьев птиц, эпидермис некоторых плодов и семян).
Рисунок 8.1.3.3. Воск используются пчёлами в качестве
строительного материала для сот
Стероиды и терпены построены из пятиатомных углеводородных строительных
блоков С5Н8. Из всех стероидов в организме человека в наибольшем количестве
присутствует холестерол - ключевой промежуточный продукт синтеза стероидов.
Стероидами также являются половые гормоны (эстроген, прогестерон,
тестостерон) , витамин D. К терпенам относятся ароматические вещества (ментол,
камфора) , натуральный каучук.
С кровью и лимфой липиды переносятся в виде липопротеинов - соединений ли-
пидов с белками.
8.1.4. Аминокислоты
В растениях и животных встречается свыше 170 различных аминокислот. В
белках из них присутствует только 26. Растения синтезируют все необходимые им
аминокислоты сами. Животные должны получать часть аминокислот - так
называемые незаменимые аминокислоты (восемь аминокислот, в частности, валин, лизин,
метионин, триптофан) - с пищей в готовом виде; синтезировать их из других
органических соединений могут только растения и бактерии.
Общая формула аминокислот представлена на рисунке. Все они содержат
карбоксильную группу -СООН и аминогруппу -NH2. В аминокислоте глицине роль R-группы
играет атом водорода, в аланине - -СН3. Все аминокислоты могут существовать в
двух конфигурациях: L-форме и D-форме. В природе встречается только L-форма.
R
"\ I /
/Н-с-сч
н он
н
Рисунок 8.1.4.1. Общая формула аминокислот
Аминокислоты - бесцветные кристаллические вещества, обычно растворимые в
воде. Благодаря пептидным связям аминокислоты объединяются друг с другом,
образуя полипептиды (белки). Дисульфидными связями полипептиды могут
соединяться как между собой, так и различными участками одной и той же цепи.
8.1.5. Белки
Как уже отмечалось выше, благодаря пептидным связям аминокислоты образуют
белки. Часть белков образует комплексы с молекулами, содержащими серу,
фосфор, железо, цинк и медь. Молекулярная масса белковых цепей колеблется от
нескольких тысяч до нескольких миллионов (в вирусе табачной мозаики - около 40
000 000 молекул); в их состав входят сотни (иногда - сотни тысяч)
аминокислотных остатков.
Потенциально многообразие белков очень велико - каждому белку соответствует
своя особая последовательность аминокислот, контролируемая генетически. На
долю белков приходится около половины сухой массы клетки.
Рисунок 8.1.5.1. В состав молока входит белок казеин
Классификация белков крайне затруднена их многообразием и сложностью
молекул. К простым белкам, состоящим только из аминокислот, относят альбумины
(яичный альбумин и сывороточный альбумин крови), глобулины (антитела в крови,
фибрин), гистоны, склеропротеины (кератин волос, кожи и перьев, коллаген
сухожилий, эластин связок). К сложным белкам, включающим небелковый материал,
относят фосфопротеины (казеин молока, вителлин яичного желтка), гликопротеины
(плазма крови, муцин), нуклеопротеины (хромосомы и рибосомы), хромопротеины
(гемоглобин, фитохром, цитохром), липопротеины, флавопротеины, металлопротеи-
ны.
По структуре белки делятся на фибриллярные (третичная структура почти не
выражена, нерастворимы, представляют собой длинные полипептидные цепи),
глобулярные (третичная структура хорошо выражена, растворимы) и промежуточные
(фибриллярные, но растворимые). Первые входят в состав соединительных тканей,
вторые играют роль ферментов, гормонов, антител.
Функционально белки могут быть структурными (компоненты соединительных
тканей, слизистых секретов), транспортными (перенос крови, липидов), защитными
(антитела, тромбообразование), сократительными (в мышечных тканях), запасными
(молоко, белок), ферментами, гормонами, токсинами (змеиный яд).
Каждому белку свойственна особая геометрическая структура. При описании
пространственной структуры обычно описывают четыре разных уровня организации.
Первичная структура Вторичная структура Третичная структура Четвертичная структура
(цепочка .аминокислот) (^-спираты (клубок бейкою
Рисунок 8.1.5.2. Структура белка
Под первичной структурой белка обычно понимают последовательность
аминокислот. Первичная структура инсулина была открыта Ф. Сэнгером в 1944-54 годах; в
настоящее время известна первичная структура нескольких сотен белков.
Последовательность аминокислот определяет биологическую функцию белка, и замена
одной единственной аминокислоты может резко изменить эту функцию.
Обычно белковая молекула имеет форму спирали. Это так называемая вторичная
структура, стабилизируемая водородными связями, возникающими между СО- и NH-
группами. На один виток спирали приходится 3,6 аминокислотного остатка.
Существуют и другие формы вторичной структуры, например, тройная спираль
коллагена и складчатый слой фибрина.
Дисульфидные, ионные и водородные связи, а также гидрофобное взаимодействие
заставляют большинство белковых цепей сворачиваться в компактную глобулу. Это
так называемая третичная структура белка. Наконец, многие белки с особо
сложным строением состоят из нескольких полипептидных цепей - способ их упаковки
называется четвертичной структурой.
Ряд причин (нагревание, воздействие каких-либо излучений, сильные кислоты и
щелочи, тяжёлые металлы, органические растворители) могут вызвать денатурацию
белка. Молекула временно или постоянно теряет свою третичную структуру и
«сворачивается» или выпадает в осадок. Использование спирта в качестве дезин-
фецирующего средства связано именно с тем, что он вызывает денатурацию белка
любых бактерий.
8.1.6. Нуклеиновые кислоты
Нуклеиновые кислоты содержат в себе генетический материал всех живых
организмов . Выяснение их структуры открыло новую эру в наших знаниях о природе.
Составными частями нуклеиновых кислот являются нуклеотиды. Молекула нуклео-
тида состоит из пентозы, азотистого основания и фосфорной кислоты. В
зависимости от типа сахара различают рибонуклеиновую кислоту (РНК; в её состав
входит рибоза) и дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК; в её состав входит сахар
дезоксирибоза, у которого на один атом кислорода меньше). В обоих типах
нуклеиновых кислот содержатся четыре типа оснований: аденин (А), гуанин (Г), ци-
тозин (Ц), тимин (Т; в РНК вместо него содержится урацил (У)). Первые два
основания относятся к классу пуринов, остальные - к пиримидинам. Фосфорная
кислота определяет кислотные свойства нуклеиновых кислот.
О
но—р о р—он
о
он
Рисунок 8.1.6.1. Структура нуклеотида. ГуаноЗин-1-рибо-2-дифосфат (ГДФ)
Соединяясь друг с другом фосфодиэфирной связью (3'-фосфатная группа одного
и 5'-сахар другого нуклеотида), два нуклеотида образуют динуклеотид. При
синтезе полинуклеотидов этот процесс повторяется миллионы раз. Фосфодиэфирный
мостик является прочной ковалентной связью, обеспечивая всей цепи
стабильность и уменьшая риск «поломок» ДНК.
Выяснить структуру ДНК удалось в 1953 году английским ученым Д. Уотсону и
Ф. Крику. Они показали, что ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей.
Каждая цепь закручена в спираль вправо, и обе цепи свиты вместе, образуя двойную
спираль. Шаг спирали составляет 3,4 нм (по 10 пар оснований в витке), а
диаметр витка - 2 нм. Фосфатные группировки находятся снаружи спирали, а
азотистые основания - внутри. ДНК - очень хрупкая молекула, простое перемешивание
её раствора может привести к разрыву цепей на более мелкие куски.
Рисунок 8.1.6.2. Первая фотография ДНК
Число адениновых оснований в любой ДНК равно числу тиминовых оснований,
число гуаниновых оснований всегда равно числу цитозиновых оснований. Никаких
ограничений относительно последовательности нуклеотидов в одной цепи не
существует, но эта последовательность в одной цепи полностью определяет собой
последовательность нуклеотидов в другой. Пары соединяются водородными связями
между основаниями в строго определённом порядке (аденин с тимином, гуанин с
цитозином). Таким образом, цепи двойной спирали комплементарны друг другу.
Для того, чтобы ДНК являлась генетическим материалом, она должна быть
способна нести в себе закодированную информацию и точно воспроизводиться
(реплицироваться) . Последующие исследования доказали, что ДНК действительно
содержит в себе генетическую информацию.
Молекула РНК в отличие от ДНК состоит, как правило, из одной цепи и имеет
гораздо меньшие размеры. Существует три основных вида РНК: транспортная (т-
РНК), информационная (и-РНК) и рибосомная (р-РНК). Информационная РНК (и-РНК)
является матрицей, которую рибосомы используют при синтезе белка. Её нуклео-
тидная последовательность комплементарна сообщению, содержащемуся в
определённом участке ДНК. Транспортные РНК переносит аминокислоты к месту синтеза.
Несколько видов р-РНК являются основным компонентом рибосом. Нуклеотидные
последовательности т-РНК и р-РНК также определяются определёнными участками
ДНК.
ДНК находится, главным образом, в ядре клетки (у прокариот рассредоточена
по клетке), являясь основным веществом хромосом. РНК сконцентрирована в
ядрышке, цитоплазме и частично в хромосомах. Молекул РНК в клетке значительно
больше (иногда их десятки тысяч), чем молекул ДНК.
2 нм
Л.4 нм
0.34 нм
€##'•'??*•
>>
Рисунок 8.1.6.3. Двойная спираль ДНК
Роль нуклеотидов заключается не только в синтезе нуклеиновых кислот.
Некоторые нуклеотиды играют важную роль в жизнедеятельности организмов, являясь
коферментами. Примером могут служить аденозинфосфорные кислоты, содержащие
аденин, рибозу и несколько остатков фосфорной кислоты. Присоединение каждой
новой фосфатной группы к кислоте сопровождается аккумуляцией энергии, а их
отщепление - выделением. Превращение аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) в
аденозиндифосфорную (ДЦФ) является основой энергетического обмена внутри
клетки.
8.1.7. Витамины,
гормоны и ферменты
Витамины - сложные органические вещества, содержащиеся в продуктах питания
в очень малых количествах. Они не служат источником энергии, но абсолютно
необходимы для нормальной жизнедеятельности организма. Недостаточность того или
иного витамина приводит к нарушению обмена веществ; данное состояние
называется авитаминозом. Его можно прекратить, добавляя нужный витамин в рацион.
Наиболее важными для человека являются витамины А, В, С, D, К и другие.
СН,
НС
нс2
сн.
о
СН;
нс=сн
сн.
сн.
=0
Рисунок 8.1.7.1. Витамин А
Рисунок 8.1.7.2. Витамин С
Гормоны - биологически активные вещества, вырабатываемые эндокринными
железами и выделяемые ими непосредственно в кровь. Гормоны влияют на
жизнедеятельность органов, для которых они предназначены, изменяя биохимические
реакции путем активации или торможения ферментативных процессов. Известно около
30 гормонов, производимых организмами человека и млекопитающих.
Ферменты - глобулярные белки, синтезируемые живыми клетками. В каждой
клетке имеются сотни ферментов. Они помогают осуществлять биохимические реакции,
действуя как катализаторы. Без них реакции в клетке протекали бы слишком
медленно и не могли бы поддерживать жизнь. Ферменты делятся на анаболические
(реакции синтеза) и катаболические (реакции распада). Нередко в процессе
превращения одного вещества в другое участвуют несколько ферментов; такая
последовательность реакций называется метаболический путь.
Основные свойства ферментов:
• увеличивают скорость реакции;
• не расходуются в реакции;
• их присутствие не влияет на свойства продуктов реакции;
• активность ферментов зависит от рН, температуры, давления и
концентрации;
• ферменты изменяют энергию активации, при которой может произойти
реакция;
• ферменты не изменяют сколько-нибудь значительно температуру, при которой
происходит реакция.
Высокая специфичность фермента объясняется особой формой его молекулы,
точно соответствующей молекуле субстрата (вещества, атакуемого ферментом). Эту
гипотезу называют гипотезой «ключа и замка». В середине XX века исследования
показали, что субстрат может вызывать изменения в структуре фермента; фермент
изменяет свою форму, что даёт ему возможность наиболее эффективно выполнять
свою функцию.
Многим ферментам для эффективной работы требуются небелковые компоненты,
называемые кофакторами. Такими веществами могут быть неорганические ионы,
заставляющие ферменты принять форму, способствующую ферментативной реакции,
простетические группы (флавинадениндинуклеотид (ФАД), гем), занимающие такое
положение, при котором они могут эффективно содействовать реакции, и кофер-
менты (НАД, НАДФ, АТФ).
Некоторые вещества могут вызывать замедление ферментативных реакций,
действуя как ингибиторы. При этом они соединяются с субстратом сами, занимая место
фермента и сводя на нет ферментативный эффект (конкурентное ингибирование),
или вызывают денатурацию ферментативного белка (неконкурентное
ингибирование) .
8.2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА
8.2.1. Гены и хромосомы
Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик не только постулировали структуру ДНК, но и
объяснили, каким образом может передаваться генетическая информация. Это
происходит в три этапа:
• репликация (копирование родительской ДНК с образованием дочерних ДНК);
• транскрипция (переписывание генетической информации в форме РНК);
• трансляция (перевод информации с РНК на белковую форму).
Роль ДНК как носителя генетической информации подтверждается опытными
фактами. Так, Освальдом Эвери, Колином Мак-Леодом и Маклином Мак-Карти было
показано, что ДНК, выделенная из одного штамма бактерий, способна перейти в
клетки другого штамма и трансформировать их, передавая некоторые
наследственные признаки донора.
Ряд вирусов имеет одноцепочечную молекулу ДНК, но у большинства ДНК-
содержащих вирусов ДНК двухцепочечная, и она линейна или замкнута в кольцо. В
клеточных организмах ДНК содержится в хромосомах. Бактериальная хромосома
содержит гораздо большую по размерам молекулу ДНК, также свёрнутую в кольцо.
Эти кольца сверхспирализированы: двойная спираль, прежде чем её концы были
соединены, была частично раскручена. Такой эффект позволяет молекуле
разместиться более компактно.
W--
■ш.
\
ь
f'-J
1ч
/ нм
нм
Ю НМ
I
00 нм
300 игл
700 нм
мим
I J ШУ
Модель 8.4. Строение небольшого участка хромосомы
Хромосомы эукариот представляют собой линейную молекулу ДНК. Эукариотиче-
ская ДНК обматывает белковые частицы - гистоны, располагающиеся вдоль ДНК
через определённые интервалы, образуя хроматин - волокна, из которых состоят
хромосомы. Комплексы участков ДНК и гистонов называются нуклеосомами. Нуклео-
сомы упорядочены в пространстве, за счёт чего достигается плотная упаковка
ДНК в хромосоме.
Размеры ДНК зависят от типа организма. Физическая длина ДНК вирусов
составляет десятки микрометров, бактерий - миллиметры, а человека - 2 метра. Общая
ю
длина всех ДНК человека составляет 2-10 км.
Структурными генами называются участки ДНК, кодирующие белковые цепи, т-РНК
и р-РНК. В классической биологии гены определяли как часть хромосомы,
определяющей какой-то наследственный признак. Более точное определение дала
молекулярная биология: ген - фрагмент генетического кода, который может
синтезировать только один определённый полипептид или РНК. Наряду со структурными
генами ДНК содержит регуляторные последовательности. Они могут обозначать
начало или конец структурного гена, запускают или прекращают транскрипцию.
Ген среднего полипептида имеет длину в десятые доли микрометра. Гены,
кодирующие т-РНК, значительно короче. Вирусные ДНК содержат небольшое количество
генов, бактериальные - уже тысячи генов. Бактерии защищают собственную ДНК
метилированием некоторых оснований. Чужеродная ДНК, не имеющая строго
определённых опознавательных метильных групп, разрушается эндонуклеазами.
В генах эукариот содержатся нетранслирующиеся вставки - интроны. Их
значение до конца не понятно; возможно, они делят гены на отдельные участки,
которые могут рекомбинировать в ходе эволюции с образованием новых генов. Вообще,
нетранслируемого материала в клетках эукариот довольно много - возможно,
около 10 %.
Часть генов «работает» только при определённых условиях. Так, ген,
регулирующий синтез инсулина, способен выполнять свои функции только в специальных
клетках поджелудочной железы, а гемоглобин вырабатывается только в том
случае, если гены, отвечающие за его синтез, находятся в клетках молодых
эритроцитов .
Некоторые гены повторяются в ДНК во множестве копий. Таковыми, например,
являются гены, синтезирующие кератин перьев цыплят, - для быстрого роста
животного необходима большая скорость производства «строительного материала», и
один ген с этой работой не справлялся бы.
Клетки организма данного вида (даже принадлежащие разным тканям) содержат
ДНК с одинаковым нуклеотидным составом, и этот состав не зависит ни от
питания, ни от окружающей среды, ни от возраста организма. Нуклеотидный состав
ДНК разных видов различен.
Доказать, что проявление определённого признака, унаследованного
организмом, является результатом действия конкретного гена, достаточно трудно. Как
правило, признаки проявляются в результате взаимодействия нескольких генов,
либо один ген влияет на наследование нескольких признаков сразу. Например,
наличие окраски у многих растений зависит только от того, окажутся ли рядом
два необходимых гена. Один-единственный ген может вызвать у животных
изменение целого ряда систем.
Вид 1
Вид
мешивание и
0:<п.ач'денин
Гибридный
д у п п нк с
Дуплексы
вида 1
Дуппексы
в идэ 2
Рисунок 8.2.1.1. Гибридизация ДНК
При нагревании или других экстремальных условиях спираль ДНК расплетается,
и её цепи разделяются. Если этот процесс не дошел до конца, то он легко обра-
тим вспять. При полной денатурации обратный процесс будет протекать
значительно медленнее: комплементарным участкам цепей сначала нужно «отыскать»
друг друга, после чего две цепи сравнительно быстро «застёгиваются» наподобие
молнии, вновь образуя двойную спираль. Одноцепочечная ДНК одного вида
организма может образовать гибрид с ДНК другого вида, при условии, что нуклеотид-
ные последовательности цепей хоть немного похожи. Естественно, спариваются
только отдельные участки цепей, которые комплементарны друг другу. Исследуя
образование таких гибридов, можно сделать вывод об относительном родстве
разных видов.
8.2.2. Репликация
и транскрипция ДНК
При синтезе «неинформационной» молекулы (например, гликогена) чистота
конечного продукта обеспечивается специальным ферментом. Для фермента
характерна субстратная специфичность, то есть его активный центр способен
присоединять только молекулу UDP-глюкозы и нередуцирующий конец молекулы гликогена,
которая должна быть удлинена. Таким образом, активный центр фермента можно
рассматривать как «матрицу», поскольку между молекулами субстрата
осуществляется комплиментарная подгонка.
При синтезе макромолекул ДНК, РНК или белков один активный центр фермента
не в состоянии обеспечить специфическую последовательность четырёх кодирующих
единиц. Он может связывать между собой только один или несколько
«строительных блоков», а нуклеиновые кислоты содержат в своём составе тысячи нуклеоти-
дов. Поэтому природа пошла здесь по другому пути: матрицей для синтеза цепи
молекулы ДНК служит другая цепь ДНК.
»
<3
Недостроенная
цепь
Иуи пеотиды
ДНК-попимер.зз.а
н
Исходная цепь
i
Аденин |/n/s|Thmhh
Гуанин Г~']Цито;нн
? > Т—S
Модель 8.5. Синтез комплиментарной цепи ДНК
Транскрипция ДНК в ходе деления клеток начинается с разделения двух цепей,
каждая из которых становится матрицей, синтезирующей нуклеотидную
последовательность новых цепей. Хеликаза, топоизомераза и ДНК-связывающие белки
расплетают ДНК, удерживают матрицу в разведённом состоянии и вращают молекулу
ДНК. Правильность репликации обеспечивается точным соответствием
комплиментарных пар оснований. Репликация катализуется несколькими ДНК-полимеразами, а
транскрипция - ферментом РНК-полимеразой. После репликации дочерние спирали
закручиваются обратно уже без затрат энергии и каких-либо ферментов.
Сравнительно неплохо изучен процесс репликации и транскрипции ДНК бактерий.
Их ДНК способна реплицироваться, не распрямляясь в линейную молекулу, то есть
в кольцевой форме. Процесс, по-видимому, начинается на определённом участке
кольца и идёт сразу в двух направлениях (в одном - непрерывно, во втором -
фрагментарно с последующим «склеиванием» фрагментов). Инициация репликации
находится под контролем клеточной регуляции. Скорость репликации ДНК
составляет около 45 000 нуклеотидов в минуту; таким образом, родительская вилка
расплетается со скоростью 4500 об/мин.
iv:v
ДНК-п они Mf pans
г
ДНК-пигаза
Фрагмент Оказэки
!•;•",
ДНК-п стимер а за
ssl>Dent:n
,
,',\
■'■', >
',' { '. >
:епи*аза
П[
jafiwa:
'г
а
Модель 8.6. Репликация ДНК
Частота ошибок при ДНК-репликации не превышает 1 на 109-1010 нуклеотидов.
Столь высокая степень точности воспроизведения информации определяется не
только комплиментарностью нуклеотидов, но и действием ДНК-полимераз, которые
способны распознать ошибку в образующемся коде и исправить её. Следует
заметить, что точность воспроизведения РНК и белков в тысячи раз ниже. Это
связано с тем, что транскрипция и трансляция, затрагивающие только одну клетку, -
не столь жизненно важные процессы, как репликация, которая определяет будущее
всего вида.
Репликация эукариот при такой же схеме длилась бы несколько месяцев
(скорость движения репликативных вилок составляет всего микрометр в минуту).
Поэтому в ДНК эукариот процесс начинается одновременно в сотнях и тысячах
точек. Все хромосомы в клетке должны реплицироваться одновременно, и
одновременно в клетке работают многие тысячи вилок.
Между репликацией и транскрипцией есть существенная разница: в первом
случае копируется вся молекула ДНК, во втором, как правило, только отдельные ге-
ны. Минимальная длина и-РНК определяется длиной полипептидной цепи, для
которой она предназначена. В идентификации последовательностей нуклеотидов,
обозначающих начало и конец синтезирующих РНК генов, ещё много неясного.
Копьцее ая в upvс ная ДНК
К о п ьцее э я б а нт ери и~\ ь на я Д н к
ДНК >y пар и от о в
Модель с одной реппикативной вилкой
Начало репликации
Дви>*ение
\ ЕИПКИ
Родительская Ранняя По:-дндя Дочерние
ДНК стадия стадия дуплексы
Исходный момент В коде ре пп и нации
Модель с д&умя реп л дативными вилками
Начало репликации
, НОЕЫИ
/ пинейный
дочерний
дупл ею:
Расщепление нуклеазой Исходный момент В «оде реппинации
Движение
\ Е'ИПНИ
К 47
Начало ||
реппинации
А
К
4 V
н
''1
v
V
Рисунок 8.2.2.1. Репликация ДНК прокариот и эукариот
'"■'""" Матричная цепь ДНК
iiiiuiiiuiiun комплементарная цепь ДНК
Цепь РНК
О РНК-полимер а ?а
Модель 8.7. Транскрипция РНК
Молекулы р-РНК и т-РНК образуются из более длинных предшественников -
гетерогенных ядерных РНК (гя-РНК). Длина гя-РНК увеличена За счет нетранслирую-
щихся интронов, которых в конечных РНК уже нет. Интроны удаляются при помощи
малой ядерной РНК. мя-РНК комплементарна нуклеотидам на концах интронов - она
временно соединяется с ними, стягивая интрон в петлю. Концы кодирующих
фрагментов соединяются, после чего интрон благополучно удаляется из цепи.
?К30Н 1
/
Интрон
_
.-»юон
/
Интрон.
образовавший
ПйТПЮ
Вырезанный
интрон
.■*кзон
>кзон
Соединенные эезоны мРНК
Рисунок 8.2.2.2. Роль малой ядерной РНК в процессе транскрипции
Некоторые РНК-содержащие вирусы животных при помощи РНК-зависимой ДНК-
полимеразы способны синтезировать ДНК, комплементарную по отношению к
вирусной РНК. Она встраивается в геном эукариотической клетки, где может многие
поколения оставаться в скрытом состоянии. При определённых условиях
(например, воздействии канцерогенов) вирусные гены могут активироваться, и здоровые
клетки превратятся в раковые.
8.2.3. Синтез белка
Синтез белка (трансляция) является самым сложным из биосинтетических
процессов : он требует очень большого количества ферментов и других специфических
макромолекул, общее количество которых, видимо, доходит до трёхсот. Часть из
них, к тому же, объединены в сложную трёхмерную структуру рибосом. Но
несмотря на большую сложность синтез протекает с чрезвычайно высокой скоростью
(десятки аминокислотных остатков в секунду). Процесс может замедляться и даже
останавливаться ингибиторами-антибиотиками.
В пятидесятых годах XX века было установлено, что синтез белка происходит в
рибонуклеопротеиновых частицах, называющихся рибосомами. Диаметр рибосомы
бактерии Е. coli составляет 18 нм, а их общее количество - десятки тысяч в
клетке. Рибосомы эукариот несколько крупнее (21 нм). Сам процесс протекает в
пять этапов:
1. Активация аминокислот. Каждая из 20 аминокислот белка соединяется кова-
лентными связями к определённой т-РНК, используя энергию АТФ. Реакция
катализуется специализированными ферментами, требующими присутствия
ионов магния.
Инициация белковой цепи. и-РНК, содержащая информацию о данном белке,
связывается с малой частицей рибосомы и с инициирующей аминокислотой,
прикреплённой к соответствующей т-РНК. т-РНК комплементарна с
находящимся в составе и-РНК триплетом, сигнализирующим о начале белковой цепи.
Элонгация. Полипептидная цепь удлиняется за счёт последовательного
присоединения аминокислот, каждая из которых доставляется к рибосоме и
встраивается в определённое положение при помощи соответствующей т-РНК.
В настоящее время генетический код полностью расшифрован, то есть всем
аминокислотам поставлены в соответствие триплеты нуклеотидов. Элонгация
осуществляется при помощи белков цитозоля (так называемые факторы
элонгации) .
Терминация. После завершения синтеза цепи, о чём сигнализирует ещё один
специальный кодон и-РНК, полипептид высвобождается из рибосомы.
Сворачивание и процессинг. Чтобы принять обычную форму, белок должен
свернуться, образуя при этом определённую пространственную конфигурацию.
До или после сворачивания полипептид может претерпевать процессинг,
осуществляющийся ферментами и заключающийся в удалении лишних аминокислот,
присоединении фосфатных, метильных и других групп и т. п.
Растущая попипептидная цепь
Модель 8.8. Полирибосома
Генетический код обладает рядом особенностей. Во-первых, в коде отсутствуют
«знаки препинания», то есть сигналы, показывающие начало и конец кодонов. Во-
вторых, 3 нуклеотидных триплета (УАГ, УАА, УГА) не соответствуют никакой
аминокислоте, а обозначают конец полипептидной цепи, а кодон АУГ сигнализирует о
начале цепи либо (если он в середине последовательности) об аминокислоте ме-
тионине. Многие аминокислоты могут кодироваться несколькими различными кодо-
нами. Все кодоны аминокислот одинаковы у всех изученных организмов: от вируса
до человека. Создаётся впечатление, что все организмы на Земле происходят от
единого генетического предка. Впрочем, в последнее время в митохондриях
клеток человека были обнаружены кодоны, не совпадающие с «нормальным» словарём.
Их наличие представляет собой загадку для ученых.
Первая
буква
кодонов
У
Ц
Вторая буква кодонов
Ц А
ууУ
ууЦ
ууА
уу Г
ЦУ*
цуЦ
ЦУА
ЦУГ
АУ*
АУЦ
АУА
АУГ
ГУ*
гуЦ
ГУ А
гуг
Phe
Phe
Leu
Leu
Leu
Leu
Leu
Leu
He
He
He
Met
Val
Val
Val
Val
УЦУ
уцЦ
УЦА
УЦГ
ццу
ццЦ
ЦЦА
ццГ
АЦ*
АЦЦ
АЦА
АЦГ
ГЦ*
гцЦ
ГЦА
гц г
Ser
Ser
Ser
Ser
Pro
Pro
Pro
Pro
Thr
Thr
Thr
Thr
Ala
Ala
Ala
Ala
УА*
уаЦ
УАА
УАГ
ЦА*
цаЦ
ЦАА
ЦАГ
АА*
aaU
ААА
ААГ
ГА *
гаЦ
ГА А
ГА Г
Туг
Туг
Стоп
Стоп
His
His
Gin
Gin
Asn
Asn
Lys
Lys
Asp
Asp
Glu
Glu
yry
yrU
УГА
угг
ЦГ*
цгЦ
ЦГА
цгг
АГ*
АГЦ
АГА
АГЦ
ГГ*
rrU
ГГА
ггг
Cys
Cys
Стоп
Тгр
Arg
Arg
Arg
Arg
Ser
Ser
Arg
Arg
Gly
Gly
Gly
Gly
Рисунок 8.2.3.1. Генетический код
Синтез белка требует больших затрат энергии - 24,2 ккал/моль. После
окончания синтеза белок при помощи специального полипептидного лидера доставляется
к месту своего назначения.
Кодом
: Рибосомз
Попипептидная
цепочка ~~
H2N
Антикодон
АМИНОВ НС ПОТ
РНК
Модель 8.9. Синтез белка
Синтез белка контролируют гены-операторы. Совокупность рабочих генов -
операторов и структурных генов - называется оперон. Опероны не являются само-
стоятельной системой, а «подчиняются» генам-регуляторам, отвечающим за начало
или прекращение работы оперона. Свой контроль гены-регуляторы осуществляют
при помощи специального вещества, которое они при необходимости синтезируют.
Это вещество реагирует с оператором и блокирует его, что влечёт за собой
прекращение работы оперона. Если же вещество реагирует с небольшими молекулами -
индукторами, это будет являться сигналом к возобновлению работы системы.
Рисунок 8.2.3.2. Синтез белка у прокариот и эукариот
Модель оперонов была разработана на микроорганизмах, но она соответствует и
принципу работы генома эукариот. У последних гены образуют сложные системы,
называемые супергенами, которые могут одновременно кодировать множество
идентичных друг другу молекул белка.
Все многоклеточные организмы развиваются из одной-единственной клетки -
зиготы. Процесс дифференцировки клеток, видимо, связан с управлением синтезом
белка генами-регуляторами, но каким конкретно образом осуществляется это
управление - пока остаётся неясным.
8.2.4. Изменчивость генов
Хромосомы - отнюдь не инертные стабильные структуры, сохраняющие
генетическую информацию целые эпохи. Они постоянно претерпевают различные изменения.
Некоторые из них легко поддаются исправлению.
Ферменты способны исправлять ошибки репликации и разные повреждения ДНК,
вызываемые неблагоприятными внешними условиями. Они разрезают ДНК в нужном
месте, заменяют неправильное основание и «зашивают» молекулу обратно. Нейс-
правленные с помощью механизма репарации повреждения приводят к
наследственным мутациям, которые могут быть летальными, не полностью подавляющими
жизненную функцию, «молчащими» или даже благоприятными. К наиболее
распространённым мутациям относятся встраивание в ДНК неправильного основания и потеря
или приобретение одного или нескольких нуклеотидов.
Рисунок 8.2.4.1. Раковые клетки (8000-кратное увеличение)
Мутации обычно возникают беспорядочно, однако их количество сильно
возрастает под действием мутагенов, к которым, в частности, относятся все
канцерогенные вещества.
Рисунок 8.2.4.2. Рак лёгких
Вероятность того, что в течение жизни одной клетки человека произойдет
мутация, составляет примерно 1СГ5. К настоящему времени у человека найдены
мутации в тысячах генов; многие из них вызывают тяжёлые болезни. Особенно
велика вероятность появления мутаций на вредных предприятиях, увеличивается и
опасность появления злокачественных опухолей из-за веществ, с которыми
человек постоянно сталкивается в быту. Тестами Эймса были проверены на канцеро-
генность многие вещества: промышленные химикаты, консерванты, пестициды,
косметические средства и т.д.; многие из них оказались канцерогенами.
Разрастающийся
эпителий
Доброкачественная
опухоль
Злокачественная
опухоль
до~шв~41Ь~|%
Нормальный
эпителий
Ранняя
доброкачественная
опухоль
Поздняя
доброкачественная
опухоль
Метастаз
Рисунок 8.2.4.3. Образование раковой опухоли
Гены и группы генов могут перемещаться из одного места хромосомы в другое,
а также между различными хромосомами. Новые комбинации получаются как
естественным путем (например, при вырабатывании белков-антител в крови), так и
искусственно . Биологи изолируют участки ДНК, соединяют в новых комбинациях и
переносят из одной клетки в другую. В результате удаётся осуществить такие
изменения генома, которые естественным путём вряд ли могут возникнуть.
Рисунок 8.2.4.4. Эти помидоры, выращенные при помощи
генной инженерии, устойчивы к гниению
«Конструированием» новой жизни занимается генная инженерия. С помощью
бактерий, в геномы которых введены соответствующие гены, можно получать
медицинские препараты - инсулин, интерфероны и различные вакцины. В сельском
хозяйстве генные инженеры выводят новые сорта растений, устойчивые к засухе,
болезням, вредителям. Возможно, при помощи генной терапии удастся создать
специальные ферменты, эффективные против рака. Гены вводятся в организмы при
помощи инъекций или вирусов.
Несмотря на явные успехи генетики и пользу от генетических экспериментов,
общественное мнение относится к ним настороженно. Так, многие опасаются, что
гены, вызывающие рак или СПИД, будут введены в ДНК какой-нибудь бактерии,
которая передаётся от человека к человеку воздушно-капельным путем. Такого рода
опасность, безусловно, существует, однако генетические исследования ведутся
методами, делающими опасность случайного распространения болезнетворных
микробов минимальной.
Создание трансгенных животных сложно и дорого, однако уже сейчас
осуществлены первые удачные опыты по прямому созданию копий животных - клонированию.
При помощи клонирования можно будет воспроизводить ценные с той или иной
точки зрения особи - чемпионов пород крупного рогатого скота, скаковых лошадей и
т.п. Все успешные эксперименты этого рода были осуществлены следующим
образом: клетки эмбрионов, пока они не начали дифференцироваться, разделяют и
вводят в неоплодотворённые яйцеклетки. После электрохимической обработки из
этих клеток получаются идентичные зародыши, которые можно поместить
(имплантировать) в матку «приёмных матерей» - готовых к зачатию самок того же вида.
Таким способом удалось клонировать лягушек, мышей, овец, обезьян.
Данный способ, однако, является неэффективным. Гораздо более подходящим для
практических целей было бы клонирование из взрослых, уже специализированных,
клеток животных. Подобное «перепрограммирование» дифференцированных клеток
ранее считалось неразрешимой задачей, однако в 1997 Ян Уилмат сообщил об
успешном клонировании ягнёнка из клетки молочной железы овцы. Культивируя эти
клетки в специальной питательной среде, не дававшей им выполнять свои
«взрослые функции», Уилмат добился дедифференциации этих клеток до эмбрионального
состояния. После этого клетка была соединена с лишённой ядра яйцеклеткой
другой овцы и имплантирована в матку третьей самки. В результате клетка молочной
железы самостоятельно повторила весь путь развития и превратилась в миллиарды
специализированных клеток взрослого млекопитающего.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Литпортал
КЛУБ
Иезуит Батькович
Я нашел его по объявлению в Интернете. Конечно, очень глупо надеяться на
то, что в моей ситуации мог бы помочь подобный человек, но утопающий
хватается за соломинку. Да что уж там, я был готов ухватиться даже за ядовитую змею,
лишь бы выбраться из этого затягивающего болота, в котором я прожил большую
часть жизни. Он жил на окраине города, фактически в трущобах, в каком-то
аварийном доме, которому явно оставалось не больше года до сноса. Внутреннее
убранство его квартиры-офиса было под стать дому - сырая каморка, клоповник,
увешанный дешевыми жизнерадостными рекламными плакатами с улыбающимися
людьми , которые в этих декорациях смотрелись как грим на лице покойника.
Он встретил меня сидя за конторским столом, стоящим посреди комнаты, ждал
меня, закинув ноги на стол, даже не удосужившись открыть входную дверь. Хотя
впрочем, так мы с ним и договаривались, входная дверь была открыта
нараспашку.
- Проходи, присаживайся, - позвал меня он, не глядя в лицо, задумчиво вы-
пуская кольца дыма в обшарпанный потолок.
- Добрый день. Я по объявлению. Мы связывались и говорили насчет...
- Я помню. Я все помню насчет нашей сделки, - продолжал он, не глядя в мою
сторону. Его рубашка, пиджак и даже галстук были старыми и сильно помятыми,
создавалось ощущение, что мой загадочный торговец давно на мели, впрочем,
видимо его это совершенно не беспокоило, учитывая его прямо-таки буддийскую
отрешенность .
- Эй, а вы не хотели бы сперва проверить мое имя, не говоря уже о
документах! - хотел вспылить я, раздраженный таким унизительным равнодушием. В конце
концов, мне казалось, что он должен был хотя бы для приличия изобразить
капельку заинтересованности, отыграть эдакого скользковатого рубаху-парня,
крепко пожать мне руку, тщательно отмеряя доброжелательность во взгляде, дабы
потом перейти к обсуждению сделки. Но он видимо знал, что я соглашусь на
любые условия. И еще он откуда-то знал как я выгляжу, в этом я не сомневался.
Этот факт заставил меня внутренне поежиться.
Чудеса уже начинаются, прямо с порога? Но это была только легкая разминка
перед его следующей фразой.
- Ты наверно думаешь, что я должен был хотя бы для приличия изобразить
капельку заинтересованности, отыграть эдакого скользковатого рубаху-парня,
крепко пожать тебе руку, тщательно отмеряя доброжелательность во взгляде и
прочее дерьмо. Прости, но только не сегодня. Я очень устал. Перед тобой, ко
мне заходил один демон, а сделки с ними очень выматывают, знаешь ли, - он,
наконец, опустил ноги на пол и перевел на меня взгляд. Его глаза были красные
и опухшие, казалось, что он не спал дня три.
Наверное, я побледнел, потому что его последняя фраза действительно
произвела на меня впечатление.
- Не бойся. Читать мысли людей - это моя работа. Просто сейчас у меня нет
сил скрывать это. Ты ведь не ради беседы пришел, так что какая разница как
она будет проходить. Ты уверен, что тебе действительно нужна эта сделка?
Этот вопрос заставил меня внутренне собраться, потому что уж в чем в чем, а
в этом я был абсолютно уверен.
- Да.
Ни капли сомнения. Я устал не меньше чем он, после своей сделки с
загадочным «демоном». Я не мог спать не три дня, а значительно-значительно дольше.
- Хорошо. Но ты сам понимаешь, цена будет очень высокой. Двести тысяч - это
только первоначальный взнос. И учти, тут я делаю скидку на твое реальное
материальное положение. Это практически благотворительность.
Да. Сумма действительно внушительная. Особенно для меня. Ну, если он знает
как я выгляжу, то, пожалуй, и мой достаток, находящийся на нижней границе
среднего, не должен являться для него секретом.
- Двести тысяч и это прекратиться? Навсегда? В любом случае, мне казалось,
что тут уместен торг...
- Дважды нет. Нет - не прекратится. Двести тысяч - это только первый взнос.
И нет - торг тут неуместен. Либо соглашайся на мои условия либо проваливай,
парень, - он прикурил вторую сигарету от тлеющего окурка первой. Похоже, у
него действительно был тяжелый и нервный день.
- Окей. Я согласен. И что? В какой форме это все будет проходить? И как мне
вас называть эй., в объявлении был самый минимум информации...
- Называй меня мистер Плут. А лучше вообще никак не называй. Деньги ты
переведешь сегодня же. Попытаешься меня обмануть... хм... Не стоит, поверь. Лучше
не стоит. Хотя ты точно не станешь этого делать. Тебе все равно больше некуда
идти, когда и таблетки и целители и религия бессильны.
- Я понял, мистер Плут. В какой форме все это пройдет?
- Есть два варианта. Либо ты можешь обменяться судьбой с другим человеком.
Это тяжело, но это в моих силах. На выбор могу предоставить три кандидатуры,
- небрежным движением он швырнул на стол три папки с досье. - Пожилая
женщина-инвалид, прикованная к коляске, нелегальный эмигрант-нарик и бывший вояка
с посттравматическим синдромом.
- Не очень то вдохновляющий выбор.
- Они готовы обменяться с кем угодно, даже с тобой. Твоя судьба тоже не
самое лучшее, что я могу предложить клиентуре, сам должен понимать.
- Хорошо. А что За второй вариант?
Он глубоко вздохнул и опустил подбородок на сцепленные пальцы.
- Это вне моей компетенции, но я могу свести тебя с людьми, которые могут
это сделать. Выкинуть твою проблему. Уничтожить так, словно её никогда и не
было. Это люди из Клуба. Однако это будет стоить тебе значительно дороже. Я
возьму только свои положенные двести тысяч за посреднические услуги.
- Боюсь, у меня не хватит денег на второй вариант, если двести тысяч - это
только первоначальный взнос.
Он пристально посмотрел мне в глаза и чуть распустил узел галстука.
- Там не деньгами придется платить. Поверь, ты сможешь потянуть второй
вариант. Если действительно хочешь. Но если ты выбираешь его, то пути назад не
будет, ту сделку будет невозможно отменить, неустойку ты уж точно выплатить
не сможешь. Ну, так как?
Я задумался. Меняться судьбой с инвалидами и наркоманами мне определенно не
хотелось. Про второй вариант я так толком пока ничего не разузнал. Не
деньгами? Душу что ли бессмертную заложить? Да хер с ней с душой, если они избавят
меня от этого кошмара.
- Я согласен.
Он медленно поднялся из-за стола.
- Хорошо. Сейчас я подготовлю бумаги и введу тебя в курс дела.
- Можно перед этим еще два вопроса? - успел вставить я, сам поразившись
своей наглостью.
- Валяй. Но только два - не больше.
- Откуда вы все знаете про меня?
Он усмехнулся.
- Одна старая знакомая из Клуба постаралась. Мисс Сплетница. У неё передо
мной должок, который ей еще дооолго выплачивать.
- Хорошо. Допустим. Тогда вот еще что. Вы явно берете за свои услуги
немало, почему вы ютитесь в этом тараканьем приюте?
Теперь улыбка моментально спала с его лица.
- Есть свои ограничения... - пробормотал он и достал бланк договора.
* * *
У здания старой школы я ожидал встречи с человеком, контакты которого мне
оставил Мистер Плут. Он должен был отвести меня к людям из Клуба, в чьих
силах было справиться с моими проблемами. Очевидно, что в Клуб было крайне
сложно попасть, о нем я впервые услышал от Плута, и поиск по сети никакой
информации не дал. Я ждал достаточно долго, мой проводник задержался минут на
двадцать. Когда он вышел из подворотни я даже не сразу понял, что это именно
он. Крепко сбитый коренастый парень, в армейских ботинках, спортивных штанах
и замызганной куртке с наброшенным капюшоном. Он шел, раскуривая косяк, держа
его в руках как сигарету.
- Ты от Плута? - его голос был глухой и хриплый, на лице я сумел разглядеть
целую россыпь шрамов, нос был сломан в двух местах.
- Да. Вы Сталкер?
- Точно. Извини, что задержался - там по городу шли дорожные работы, нельзя
было добраться быстрее. Город не любит, когда кто-то видит его голым. Да и по
открытой земле мне нельзя ходить, только по асфальту.
- Есть свои ограничения? - уточнил я.
- Точно, парень. Ограничения. Правила города. Все подростки с рабочих
окраин знают основы. Я знаю чуть больше. Пошли.
Он развернулся и я хотел было пойти за ним, но вдруг увидел через пару
кварталов троих людей в форме, которые шли в нашу сторону. Я сразу вспомнил
про косяк Сталкера. Вот только встрять здесь с этим дерьмом еще не хватало!
- Эй! - я хлопнул его по плечу и указал рукой на бредущих в нашу сторону
стражей правопорядка.
- Не ссы, они свернут за угол, - бросил мне бугай, даже не обернувшись в их
сторону. Так оно и произошло. Мне оставалось только удивленно хмыкнуть.
Больше чудес, хороших и разных. Хотя может быть он просто Знал их стандартный
маршрут.
Сталкер шел не торопясь, практически вразвалочку, но я едва поспевал за
ним, хотя часто переходил на быстрый шаг.
- Пошевеливайся там. Идти нам придется долго, еще эти работы долбанные. И
по дороге еще к Алхимику надо будет заскочить. Так что давай резче.
- К Алхимику? - спросил я, едва догнав Сталкера и поравнявшись с ним. - Мне
об этом ничего не говорили. Вы принципиально не пользуетесь именами и
называете друг друга по кличкам? Это традиция такая?
- Не традиция. Суровая необходимость. У меня по документам пять имен и все
ненастоящие. Имена парень - это великая сила, если знать как их использовать.
Такие как Сплетница или Умник могут тебя крепко взять за яйца, если ты где-
нибудь спалишься и откроешь свое имя. И еще. В моем случае я не называю по
именам улицы и город тоже. Не надо тревожить город. Он обидится и лишит своих
даров. Так что воздержись, пожалуйста, от этого, на то время пока ты со мной.
Я молча кивнул, принимая правила этой странной игры. Город обидится и лишит
своих даров. Окей. Пусть будет так.
Мы долго плутали по темным улицам, в лабиринте которых я очень быстро
перестал ориентироваться. Вообще-то раньше мне казалось, что я знаю свой город,
но Сталкер выбирал самые затерянные закоулки, словно специально держась
подальше от основных мест скопления людей. Периодически он кивал встречным -
грязным бомжам, подросткам-неформалам и бандитского вида амбалам, скучающим у
уличных игровых автоматов. Я все никак не мог подстроится под его странную
манеру ходьбы, наконец не выдержав и устав я задал вопрос:
- А мы не могли бы добраться до этого вашего Клуба на такси!
- В Клуб не ездят на такси, - коротко бросил он и мне, сцепив зубы -
пришлось снова добавить шагу.
Мы шли через подземные парковки, забирались на стройки, пролезали в дыры
заборов и перелазили через металлические решетки. Пару раз нам пришлось идти
по каким-то крышам. У меня создавалось ощущение, что Сталкер просто
издевается надо мной. На этом странности не заканчивались. Мои внутренние компас и
навигатор окончательно спятили во время этой прогулки. Когда я вдруг начинал
узнавать какие-то места, примерно понимая наше местоположение относительно
жилых районов, мы тут же оказывались на другом конце города, и это
происходило несколько раз. Плюс ко всему периодически Сталкер выкидывал разные
странные фортели. Когда мы проходили над какой-то станцией метро, он без
предупреждения вдруг упал на землю и начал прислушиваться к звуку идущих под землей
поездов. Он лежал и улыбался, прикрыв глаза, что-то бормотал себе под нос и
это продолжалось минут десять. Я не стал спрашивать его, что он делает,
потому что мне нужно было элементарно перевести дыхание. В другой раз мы
остановились на перекрестке возле светофора. Сталкер постоял, подумал, а потом как-
то слегка повернул ногой лежащий на земле камешек. Когда мы прошли этот
перекресток я услышал за спиной резкий визг тормозов, но звука удара не было.
Обернувшись, я увидел, как какая-то машина чуть было не врезалась в
телеграфный столб.
- Фух! За сантиметр. Хорошо, что мы были рядом - проговорил он, на ходу
разминая шею.
Когда мы проходили через кладбище, где Сталкер старательно петлял по
дорожкам засыпанным гравием, так чтобы не дай бог не наступить на землю, я заметил
двух одетых в дождевики людей, которые копались возле разрытой могилы. Люди
выглядели очень странно, в их сгорбленных фигурах и неестественной бледности
было что-то отталкивающее. Сталкер помахал им рукой и бросил мне:
- Танаты шалят. Ну, им сейчас можно, у них какой-то праздник на этой недели
идет.
- Кто шалит?
- Танаты. Да не бери в голову, они безобидные.
Мне захотелось покинуть кладбище как можно скорее. Особенно после уточнения
о безобидности этих самых танатов.
* * *
В районе порта мы подошли к какому-то ангару и Сталкер постучался в
железную дверь, выдав долгий и сложный ритм, похожий на послание азбукой Морзе.
Через пару минут дверь отодвинул в сторону долговязый парень с короткими
рыжими дредами1, в резиновых перчатках и белом халате, заляпанном грязными
пятнами . На его лице была надета респираторная маска.
- Привет, Стал. Это тот самый тип?
- Привет, Хим. Да это он. Мы тут поплутали чуток, я хотел Спящего со следа
сбить.
Парень с дредами весело рассмеялся. Его зрачки были сильно расширенны.
- Спящего он хотел со следа сбить! А Жрицу ты в жопу трахнуть не хотел?
- Да неплохо было бы, - усмехнулся мой провожатый, и они сдвинули кулаки в
приветствии.
- Я Алхимик - протянул мне руку парень в халате, когда мы зашли в ангар.
- А я... Корректор - ответил я, осторожно пожимая руку. Если они тут все
помешаны на кличках, то почему бы и мне не придумать себе прозвище? А название
моей профессии ничем не хуже других вариантов.
В глазах Алхимика отразилось уважительное одобрение.
1 Дредлоки, дредлокс, дреды (от англ. dreadlocks — устрашающие локоны) —
традиционная и ритуальная причёска. Волосы заплетаются во множество прядей, которые долгое
время сохраняют свою форму. По мере отрастания волос причёска формируется
естественным образом без расчесывания и укорачивания ножницами.
- А ты молодчина хм.. . Корректор. Быстро схватываешь. Вы там в лабораторию
не заходите сейчас, я мет2 варил. Идите налево в оранжерею. Там и поговорим.
Мы со Сталкером прошли в длинное душное помещение, заставленное кадками с
марихуаной и еще какими-то растениями, греющихся в свете мощных ламп дневного
освещения. Вдоль одной из стен стояли клетки и террариумы с мелкими
животными, в основном с разными змеями и жабами яркой окраски.
- А кто такой Спящий? - спросил я, оглядывая плакаты, которыми были увешаны
стены оранжереи. Там были портреты Боба Марли3, Карлоса Кастанеды4, Нео из
Матрицы и Эйнштейна с маркой на высунутом языке.
- Самый главный босс, - ответил Сталкер, присаживаясь и раскуривая новый
косяк. - Наш местный шериф. Следит за нами, чтобы мы не особо высовывались. И
чтоб людей лишних в Клуб не водили. Но выгода такое дело, забиваем мы иногда
на его правила, как видишь. Кушать то хотят все, особенно Пожиратель.
- Так вы его к Пожирателю направили? - включился в разговор Алхимик, занося
в комнату пластмассовый поднос с тремя одноразовыми стаканчиками. Он снял
перчатки, а маска сейчас болталась у него на шее бессмысленной пластиковой
бабочкой. - Ну, парень, ты попал! Жиртрест серьезный дядя, такие цены за свои
услуги задирает - закачаешься. Плут по сравнению с ним просто бессребреник.
- Я в курсе, - ответил я, с подозрением принюхиваясь к бормотени ржавого
цвета, которую мне протянул хозяин лаборатории. Особенно меня напрягало то,
что в стаканах Алхимика и Сталкера плескался просто дешевый растворимый кофе.
- Пей, давай - не тупи, - начал подгонять меня Алхимик. - Ты же хочешь
попасть в Клуб?
- Еще одна дурацкая традиция?
- Не традиция, а суровая необходимость. Входной билет в наш маленький
частный театр. Без него тебя фейс-контроль не пропустит. Давай - пей уже!
Я зажмурился и залпом выпил предложенную мне дрянь. На вкус она была похожа
на сироп от кашля со слабым привкусом вишни. В это время Сталкер и Алхимик
обменивались какими-то подозрительными пакетиками, а потом начали что-то
рассказывать друг другу периодически посмеиваясь. По моему субъективному времени
эти действия отняли у них не меньше получаса. Я слышал их голоса приглушенны-
2 Метамфетамин — наркотик, стимулятор ЦНС.
3 Боб Марли (англ. Bob Marley; 1945—1981) — ямайский музыкант, гитарист, вокалист и
композитор. Несмотря на то, что со времени его смерти прошло много лет, Боб Марли до
сих пор является самым известным исполнителем в стиле регги. Боб Марли был одним из
виднейших сторонников панафриканизма и правоверным растаманом; многие другие
последователи этой религии даже считают Марли пророком.
4 Карлос Сесар Сальвадор Аранья Кастанеда (исп. Carlos Cesar Salvador Arana
Castaneda; 1931—1998) — американский писатель и антрополог (доктор философии по
антропологии) , этнограф, мыслитель эзотерической ориентации и мистик, автор книг-
бестселлеров, посвященных шаманизму и изложению необычного для западного человека
мировоззрения. Книги Карлоса Кастанеды в течение некоторого времени после их
публикации сохраняли репутацию антропологических исследований, однако в настоящее время
академическое антропологическое сообщество рассматривает их как художественную
литературу .
ми, так словно они доносились из под толщи воды, мой взгляд расфокусировался,
а тело словно бы погрузилось в вязкую патоку. Должно быть, начинала
действовать та дрянь, которую обозвали «входным билетом».
В уголках глаз забегали какие-то желтые искорки, затем сияние усилилось и
разлилось по всей комнате, особенно ярко заливая светом стоящее рядом
зеркало, частично накрытое пыльной тряпкой. Я заглянул в него и увидел как из
отражения на меня смотрел какой-то чужой, незнакомый мужчина. Я покачнулся и
уронил стакан.
-Эй! Эй! Команды утекать не было! - услышал я издалека голос Алхимика. -
Стал, он мне сюда сейчас зазеркальщиков натянет! Сделай что-нибудь!
Тяжелая отеческая оплеуха Сталкера привела меня в чувство, но только на
время. Я снова начал терять равновесие, и окружающие звуки становились все
более и более приглушенными.
- Пора заглянцевать, - сказал Алхимик и выдул на меня какую-то не то
пыльцу, не то порошок с открытой ладони. Что произошло дальше, продолжалось всего
долю секунды, но впечатление было очень резким, ярким и отчетливым.
Мы все как будто бы оказались на какой-то открытой площадке, кажется на
крыше каменной башни. Внизу во все стороны раскинулся живущей своей жизнью и
пульсирующий соками тропический лес. Растения в кадках отрастили глаза и
подобие рук и перешептывались, глядя на меня. Тело Алхимика залили радужные
всполохи-молнии, Сталкер превратился в человека с крысиной головой,
незнакомец почти наполовину вылез из зеркала, а сверху, с неба, на нас глядел
огромный налитый кровью глаз, висящий на месте солнца и излучающий свет.
Я моргнул и видение сразу же исчезло.
- Ч..Что эт..то было? - заплетающимся языком спросил я, ощущая во рту
сухость и горечь.
- Другая грань. Переход, - объяснял мне суть произошедшего Алхимик,
дружески похлопывая по плечу. - Продолжаешь меня радовать, Корректор, - ты
держался молодцом. Некоторые от этого в штаны могут наложить, в самом прямом смысле
слова. Некоторые вообще седеют. А ты ниче так, даже на ногах устоял. Хочешь
косячок? Осадиться?
- Давай.
Никогда не курил траву, но сейчас хоть какое-то успокоительное мне было
необходимо. Руки тряслись, я еле-еле смог прикурить самокрутку.
- Ну, нам пора, - сказал Сталкер и двинулся к выходу. - Теперь только через
Циклопа пробиться осталось и все. Дальше уже, считай, твоя проблема решена.
На ватных ногах я пошел за ним.
- Заглядывайте, если что! - бросил нам вслед Алхимик, натягивая перчатки и
маску.
* * *
Мы вернулись к зданию старой школы. Мне захотелось ударить Сталкера
побольнее, за все те петли и круги, что мы наворачивали по городу, только для того,
чтобы вернуться туда, откуда начали свой путь.
- Вот, - Сталкер указал мне рукой на полустертое граффити на стене школы. -
Там вход. Тебя встретят. Дальше ты сам.
Он развернулся и ушел все в том же размеренном, но очень быстром темпе,
моментально потерявшись в темных аллеях. Я остался стоять у обшарпанной стены,
тупо уставившись на нарисованное аэрозольным баллончиком абстрактное
изображение . Что было делать дальше, было решительно непонятно.
Я уже было хотел броситься за Сталкером, но тут изображение странным
образом запузырилось, поплыло, словно бы плавясь и в стене образовалось подобие
маленькой двери.
Из неё тут же вышел, согнувшись чуть ли не вдвое, одноглазый двухметровый
амбал в замызганном плаще. Он подошел ко мне и дыхнул в лицо перегаром, его
седая борода была вся в кусочках сухих осенних листьев.
- Выворачивай карманы, - пробасил он. Его голос напоминал гудок пароходной
трубы.
Сперва у меня возникла мысль, что весь этот спектакль был просто прелюдией
к банальному ограблению, но все-таки как-то слишком уж сложно и вычурно все
получалось, не говоря уже о том, что ограбить меня сильнее, чем это сделал
Плут, было вряд ли возможно.
Я вытащил мелочь, телефон, какую-то старую шариковую ручку. Одноглазый все
тщательно осмотрел, выбросил в водосток ручку и одну из монеток, которая ему
чем-то не приглянулась. Остальное он положил в карман своего необъятного
плаща.
- Часы тоже снимай. Я все верну тебе на выходе.
Я безропотно подчинился. Затем он скрылся в той самой двери, казалось, что
он просто ушел в стену. Я стоял в нерешительности, не понимая, как можно
войти в рисунок, но пока я думал из двери вылезла огромная рука одноглазого и
буквально силой затащила меня внутрь.
* * *
Мы оказались в длинном сыром коридоре. С потолка капало. В свете мигающих
люминесцентных ламп бегали крысы и тараканы. Вдоль коридора располагалось
множество пустых дверных проемов, из комнат доносились разные звуки.
Я представлял себе Клуб совершенно по-другому, но сейчас это не имело
никакого значения.
- Иди за мной. Вопросов не задавай. По сторонам особо не заглядывайся.
Я пошел по коридору за одноглазым. В комнатах творились разные странные,
непонятный действа, но у меня уже не было сил удивляться, поэтому я просто
мимоходом отмечал краем глаза все происходящее.
В одной из комнат перед нарисованной красным мелом на полу пентаграммой
сидели длинноволосые подростки и под звуки записи, с каким-то латинским
текстом, монотонно делали надрезы на руках канцелярскими лезвиями и собирали всю
вылитую кровь в кружки. В другом зале, освещенном только горящей жестяной
бочкой стоящей в углу, люди оживленно переговаривались и делали ставки,
наблюдая за дракой двух механических созданий на маленькой импровизированной
арене. Кто-то кричал и собирал ставки. Кажется это был Плут. Где-то несколько
человек за школьными партами сосредоточенно писали конспекты, уставившись в
транслирующий помехи телевизор, закрепленный на кафедре. Еще в одной комнате
голый человек сидел в позе лотоса в герметичном стеклянном кубе, полностью
заполненном водой. Какой-то очень неопрятный азиат кидал багром сырое мясо в
темноту, скрывающуюся в углу одной из комнат. Из угла доносилось булькающее
чавканье и звон цепей.
Навстречу нам по коридору прошла девочка лет семи, ведущая за руку человека
в дорогом костюме, который закрывал ладонью свое лицо.
- Привет, Циклоп! - окликнула девочка одноглазого Здоровяка. - Сигаретки не
будет? У меня все кончились.
- Привет, Сплетница, - ответил амбал, протягивая ей пачку.
Девочка с удовольствием затянулось, закатив глаза. Человек, которого она
вела за руку, явно очень нервничал и хотел поскорее уйти.
- Послушайте, - начал было он. - А не пора ли нам...
- Заткнись, господин председатель. Здесь работают только наши правила.
Будешь стоять тут столько, сколько мне понадобится, - перебила его Сплетница, и
на её лице отразилось совершенно недетское выражение злобной, жестокой суки.
- Тебе туда, - толкнул меня в спину одноглазый и я оказался напротив
тяжелой железной двери, на которой была нацарапана буква «У». Амбал же остался
беседовать с девочкой, к явному неудовольствию её спутника.
За дверью я увидел довольно большой зал весь полностью заставленный
книжными стеллажами. За конторским столом сидел сухонький человек лет пятидесяти и
читал старинную книгу в кожаном переплете. Его очки сверкнули в свете
керосиновой лампы, когда он поднял взгляд на меня. Выглядел он как бухгалтер,
которому остается всего пару дней до пенсии. Седой ежик волос, аккуратно
подстриженные усики, скучающий взгляд.
* * *
Когда я зашел в комнату на стол запрыгнул огромный черный кот и угрожающе
Зашипел, выгнув спину.
- Спокойно, Алистер. Это свои, - сказал человек коту, повернув к себе его
морду, и пристально глядя в глаза.
Кот моментально отпрыгнул и скрылся в темноте комнаты.
- Подождите пока здесь, Пожиратель готовится вас принять, - «бухгалтер»
кивнул мне на стул и вернулся к чтению.
Я осторожно присел, боясь сломать полуразваливающуюся мебель, и стал ждать.
Неужели? Неужели совсем скоро все изменится навсегда и я, наконец, смогу
зажить полноценной жизнью?
Не то осознание того, что мое долгое приключение наконец-то подходит к
концу, не то из-за эйфории, которую вполне могла вызвать выпитая недавно дрянь я
как-то осмелел и решил задать этому человеку несколько вопросов.
- Так вы значит Умник, да?
- Десять балов Грифиндору, - бросил он мне, не отрываясь от книги.
- Простите, что?
- Да, я Умник. Извините, я сейчас занят.
- Нет, теперь вы меня извините. Мне слишком долго тут все затыкали рот. Я
хочу узнать побольше о Клубе, а вы, судя по прозвищу, должны быть осведомлены
лучше всех прочих.
Умник отложил в сторону толстый том и посмотрел на меня.
- И что же именно вы хотите узнать? Зачем вам это? Вы получите то, зачем
пришли и, скорее всего, никогда больше не услышите ни о Клубе, ни об одном из
нас.
- И все-таки. Чем именно вы занимаетесь? Я полагаю, что к вам обращаются
разные люди.
- Это верно. В наших силах сделать многое. У каждого есть свои дары. Я,
например, способен давать безошибочные консультации практически по любому
вопросу, от судопроизводства до решения задач из области высшей математики. Тем
и живу.
- И что бы вы сейчас посоветовали мне? Какова ваша консультация по моему
вопросу?
- Это неважно. Вы уже все решили, вам мои советы без надобности. Не говоря
уже о том, что у вас в любом случае не хватит денег, чтобы оплатить мои
услуги. Я могу вернутся к чтению?
- Нет, подождите. Я так понимаю вы все совершенно разные люди. Что вас
объединяет?
- Мы можем получать чуть больше остальных людей. Не настолько больше, чтобы
заинтересовать правительство, например, но на частном уровне - самое то.
Правда расплачиваться за это нам тоже приходится.
- Это и есть те самые запреты? Ограничения? Правила?
- Да. У всех они свои. Сталкер никогда не сможет уехать из этого города и
ему нельзя ходить по голой земле. Алхимик все время должен быть под кайфом.
Плут зарабатывает очень много, но не может потратить за раз больше тысячи.
Есть ограничения и посерьезней. Жрица не может заниматься сексом по любви,
Сплетница никогда не вырастет. Мне, в общем-то, повезло, я должен всего лишь
прочитывать каждый день минимум семьсот страниц текста и вы сейчас мне
здорово мешаете.
- А какое ограничение у Пожирателя?
- Он забирает себе не только блага, но и беды тех людей, кому помогает. Так
что от вас ему достанется не только семь лет жизни, но и те самые кошмары,
которые мучили вас с самого детства.
Я задумался. Да... Пожиратель пожалуй не знал на что идет. Семь лишних лет,
которые он собирался «откусить» от меня это очень малая цена, за тот ужас, с
которым ему предстоит столкнутся в ближайшее время. Я бы и десять лет отдал,
лишь бы только я смог не умирать каждую ночь, погружаясь в бездны
преисподней. Моя болезнь имеет длинное мудреное медицинское название, которое
наверняка знает Умник, но За сложными формулировками прячется подлинный ад. Ад в
котором я живу и из которого собираюсь совсем скоро вырваться.
- Ну и зачем все это вам? Неужели ограничения действительно стоят тех
даров , что вы получаете?
- У всех своя мотивация. Но чаще всего это одержимость. Я занимаюсь этим из
чистой любви к знаниям, Сталкер - плоть от плоти города. Плут вот, например,
зарабатывая свои кругленькие суммы, все время понемногу помогает местным
приютам. Он сам рос без родителей. Жрица... ну а Жрица она просто любит того,
кому...
Тут на столе у Умника зазвонил старый дисковый телефон. Он несколько раз
кивнул и ничего не отвечая повесил трубку.
- Проходите, пожалуйста, вон в ту дверь, между стеллажами с
древнекитайскими трактатами и литературой возрождения. Пожиратель готов вас принять.
* * *
Я зашел в небольшое помещение, где на продавленном диване развалился
человек , который весил, наверное, килограмм двести, а может и больше. Перед ним
на сальном сале валялись пакеты с гамбургерами, хот-догами, коробки с пиццой
и прочей дешевой едой.
- Подойди, - просипел он мне. Его мучила страшная одышка, по лбу стекали
целые струйки пота.
- Положи руку вон на тот хлеб.
Я сделал это. Пожиратель схватил пухлой рукой солонку, и что-то бормоча
себе под нос, высыпал почти всю её мне на руку.
- Теперь убери её. Стой здесь. Смотри на меня.
Отвратительно чавкая, он прикончил здоровый кусок хлеба в два укуса. Потом
быстро схватил ртом воздух, будто бы прогоняя икоту, покрутил головой,
поморщился , как от изжоги и, наконец, удовлетворенно рыгнул.
- Все. Свободен. Сегодня будешь спать спокойно. А мне надо выпить, - сказал
этот гаргантюа и поднял с пола надтреснутый графин до краев заполненный
пивом.
Я не почувствовал совершенно ничего. Ни облегчения, ни тяжести и ничего
похожего на те видения, которые посещали меня в оранжерее Алхимика. Не зная,
как дальше надо поступать в такой ситуации, я быстро попрощался и направился
к выходу. Пожиратель не ответил мне.
* * *
Я вышел из комнатки и увидел, что Умник разговаривает с одноглазым
здоровяком и какой-то девушкой, одетой в скромный наряд почтительной прихожанки
церкви. Я не мог понять почему, но даже едва заметный в полумраке силуэт этой
девушки, вызвал у меня приступ необъяснимого жгучего желания, стояк был
просто чудовищный.
Когда она обернулась в мою сторону, я с удивлением узнал её. Это была
достаточно известная порноактрисса, одна из моих любимых порноактрис, к слову
сказать. Но я почему-то не мог вспомнить её псевдоним, хотя видел множество
роликов с ней. Также я обнаружил, что и у Умника и у Циклопа стояк был не
меньше моего, но они, кажется, совершенно этого не стеснялись, да и девушка
вовсе не выглядела смущенной.
- Тебя хочет видеть Спящий, - сказал она мне и вышла из комнаты. По её тону
и угрожающей позе одноглазого я понял, что спорить с ней бессмысленно. Мы все
вместе вышли из комнаты, и в сопровождении Циклопа и Умника я пошел За ней в
самый дальний конец коридора.
Пока мы шли по коридору, я слушал разговор моих сопровождающих, которые
явно обсуждали других членах Клуба.
- Помнишь Пьянь? Я недавно ездил к родственникам за город, и оказалось, что
он сам себе создал там где-то рядышком небольшое поселение. Живет теперь там
с выдуманной семьей, выдуманной общиной. Он там вроде мэра или что-то типа
того. Стало быть, теперь он сам себе Спящий. Дела...
- А Поэт повесился недавно. В принципе его можно понять, тяжело наверно
писать стихи, которые никому нельзя показывать. Не выдержал ограничений. Жалко.
Молодой ведь совсем был.
Девушка за время всей этой беседы не сказала ни слова.
Мы подошли к стеклянной двери, за которой было что-то похожее на больничную
палату. На койке лежал дряхлый старик, подключенный к капельнице. Он еле-еле
двигался, не открывая глаз. Девушка подошла к нему и опустилась на колени,
зажав его ладонь в своей. Я хотел подойти поближе, но Циклоп удержал меня.
- Не мешай Жрице. Только она его понимает и может с ним разговаривать.
- Любооовь, - протянул Умник, и мне показалось, что я услышал в его голосе
нотки сарказма.
Девушка перешептывалась со стариком несколько минут. Затем она подошла ко
мне, вызвав новый приступ жгучего желания, и, глядя в глаза, медленно
произнесла :
- Спящий сказал свое слово. Ты видел многое, ты многое взял, ты многое
отдал . Теперь ты один из нас.
Я был полностью ошарашен. В мои планы вовсе не входило вступление в Клуб!
Словно прочитав мои мысли, девушка добавила:
- Не ты выбираешь дорогу, но дорога выбирает тебя.
- Не ты выбираешь дорогу, но дорога выбирает тебя... - повторили эхом Циклоп
и Умник.
- И что? - мне было очень не по себе, все еще могло оказаться очередным
кошмаром, я даже внутренне надеялся на это. Но надежда была не слишком
сильной. - Какие у меня теперь ограничения? Какие дары?
- Ты сам назвал себя, ты сам все выбрал, - произнесла Жрица и вернулась к
Спящему.
Мы вышли за двери. Я окончательно перестал что-либо понимать.
- Теперь я тоже... Так?
Но Умник и Циклоп не ответили. Они удалились, оставив меня наедине с
собственными мыслями. Передо мной тут же вырос мистер Плут, который вроде бы и
улыбался, но как-то без особой радости.
- Поздравляю Корректор. Поздравляю, - сказал он и протянул мне ручку и
вырванную страницу из желтопрессного издания. Я бросил взгляд на страницу и
отыскал там сразу четыре ошибки, которые тут же, поддавшись какой-то
непонятной силе, начал вычеркивать и исправлять.
- Понял? Теперь будешь делать так всегда. Где бы ты не увидел ошибку -
придется её исправить - хочешь ты этого или не хочешь.
- А что я получу взамен?
- Кто Знает. Может быть, ты сможешь изменять судьбы людей, исправляя что-то
в их биографиях, может быть сможешь переписывать историю, а может и что-то
другое. Но это будет еще не скоро. Пойдем отсюда, поможешь мне для начала
разобраться с деловыми бумагами. Пойдем, новичок. Да и еще... Чуть не Забыл!
Добро пожаловать в Клуб.
Литпортал
КОГДА МЕНЯ ОТПУСТИТ?
Коганов Леонид
Старенькая маршрутка уверенно ломилась сквозь пробку короткими рывками и
постоянно перестраивалась, раз за разом обгоняя на корпус окружающие
иномарки. Я трясся на заднем сидении и размышлял о том, что же помогает водителю
двигаться быстрее остальных. То ли опыт, отточенный годами езды по одному
маршруту, то ли чисто профессиональная смесь спокойствия и наглости, которой
не хватает простым автолюбителям — либо спокойным, либо наглым, но по
раздельности . Часы показывали без четверти девять, и я с грустью понял, что к
девяти не успеваю, и есть шанс остаться за бортом. Но вскоре маршрутка
выбралась на шоссе и быстро понеслась вперед. Судя по рекламным щитам, со всех
сторон наперебой предлагавшим щебень, кирпич и теплицы, мы уже были сильно за
городом. Я не заметил, как задремал. А когда вдруг очнулся, маршрутка стояла
на обочине, в салоне осталось пассажиров всего трое, и все они сейчас хмуро
смотрели на меня.
— Госпиталь кто спрашивал? — требовательно повторил водитель.
— Мне, мне! — спохватился я, зачем-то по-школьному вскинув руку, и кинулся
к выходу.
Маршрутка уехала, а огляделся: передо мной тянулся бетонный забор с
воротами и проходной будкой, а за забором виднелось белое пятиэтажное здание. У
проходной на стуле грелась на солнце бабулька в цветастом платке и с книжкой
в руках. Ее можно было принять за простую пенсионерку, если б не красная
повязка на рукаве.
— Доброе утро, — поздоровался я. — Не подскажете, госпиталь НИИ ЦКГ...
ВГ... длинное такое слово...
Бабулька оглядела меня с ног до головы строгим взглядом.
— А вы к кому? — хмуро спросила она. — У нас режимная территория.
— Студент, — объяснил я, — доброволец, на эксперимент. Я созванивался, мне
сказали сегодня в девять...
— В лабораторию что ли? К Бурко? — догадалась старушка и, не дожидаясь
ответа , затараторила: — Мимо главного крыльца справа обойдешь здание, сбоку за
автобусом будет железная дверь, по лестнице на последний этаж, там увидишь.
Действительно, сбоку у здания желтел корпус автобуса, а сразу за ним
оказалась железная дверь. Я нажал кнопку звонка, и вскоре кто-то невидимый щелкнул
замком, разрешая мне войти. Я поднялся на последний этаж. Здесь было почти
пусто: вдоль стен коридора тянулись банкетки, и на одной из них сидела
девушка. На ней была короткая кожаная юбочка и ярко-розовые гольфы, поднявшиеся
выше коленок, в верхней губе блестело металлическое колечко, а на голове были
здоровенные наушники в вязаном чехле. В руке она держала смартфон, куда
уходили провода наушников, и тихо копалась в нем — то ли сидела в интернете, то
ли искала следующий трек. Она слегка покачивала ногой, из наушников плыло
громкое ритмичное цыканье и тонуло в тишине коридора. На мое появление
девушка никак не отреагировала.
— Добрый день, — поприветствовал я. — Тоже на эксперимент?
Мне пришлось повторить дважды, прежде чем девушка вскинула глаза и сняла
наушник с одного уха.
— Чо? — спросила она, а затем кивнула: — Угу. Сказали ждать тут. А ты уже
был? Чего они тут дают-то?
Я помотал головой:
— Не знаю. Увидел объявление, позвонил, сказали приезжать.
Девушка рассеянно кивнула и отвернулась.
— Меня зовут Паша, — представился я, садясь рядом на банкетку. — Я из
медицинского . Кафедра хирургии. У нас объявление висело.
— Чего говоришь? — повернулась девушка, снова сдвинув наушник.
— Говорю: как тебя зовут?
— Меня зовут Дженни, — ответила она.
— А по-настоящему?
Девушка с презрением пожала плечами.
— А нафига тебе? Ну, Лена. И что?
— Ничего, просто спросил... А ты тоже в медицинском учишься?
— В стоматологическом, — ответила она и снова надвинула наушники.
Я понимающе кивнул:
— И у вас тоже объявление висело?
— На, читай... — Дженни сунула руку в карман кофты и вынула смятый листок.
Это был в точности такой же листок, который я сфоткал мобильником на доске
объявлений кафедры:
Вниманию студентов медвузов!
Лаборатории НИИ ЦКВГФСБСВП требуются добровольцы для эксперимента с
психоактивным препаратом (измененные состояния сознания) оплата 3000 руб.
Неожиданно открылась дверь, и в коридор выглянул седой бородач в белом
халате . Он оглядел нас, затем посмотрел на часы и разочарованно спросил:
— Что, больше никого? Ну ладно, Заходите...
Мы прошли в его кабинет. Больше всего он напоминал кабинет главврача: здесь
стояла кушетка, напротив нее — монументальный стол, заваленный бумагами, а
рядом столик с компьютером — судя по виду, очень древним. Бородач велел нам
присесть на кушетку, а сам уселся за стол, нацепил очки и внимательно нас
оглядел .
— Студенты? — спросил он и, не дожидаясь ответа, продолжил: — Значит,
вкратце рассказываю: меня зовут Бурко Данила Ильич, доктор медицинских наук,
заведующий кафедрой психофармакологии. Препарат, который мы с вами будем
испытывать — препарат нового поколения. Не токсичен. На животных проверку
прошел, разрешение на эксперимент с добровольцами есть. Если кому интересно,
можно посмотреть... — Данила Ильич поднял со стола лист бумаги, помахал им в
воздухе и положил обратно.
Дженни подняла на него взгляд:
— А эта штука типа ЛСД будет?
— Все, что надо, расскажу, не перебивайте! — строго одернул ее профессор. —
Теперь по процедуре. Эксперимент займет три дня. Все это время придется
пробыть в госпитале в экспериментальной палате. Все удобства есть. Если нужна
справка для института — дадим. Будем измерять давление, пульс, энцефалограмму
снимать. Ну и записывать все ваши ощущения. Вам, как будущим медикам, должно
быть интересно. Деньги получите по окончании. Деньги не бог весть какие, но
уж какие есть. — Профессор развел руками, а затем внимательно оглядел нас
поверх очков: — Теперь еще такой момент: вы читали табличку на воротах —
госпиталь военный, ФСБ России. Эксперименты тоже секретные. Поэтому вместе с
заявлением об участии в эксперименте каждый подпишет бумагу о неразглашении.
Такой порядок. И сразу предупреждаю: неразглашение — это значит неразглашение.
Чтоб никаких там «Феисбуков» и прочего. Потому что если выплывет, то и мне
будут неприятности, и вам — ответственность. С этим понятно?
Мы кивнули.
— Теперь к вам, товарищи студенты, вопрос в лоб: кто-то из вас пробовал
наркотики?
Дженни нагло вскинула руку.
— А травка считается? — спросил я аккуратно.
— Все понятно, — кивнул профессор. — Значит, сразу объясняю: то, что мы
испытываем здесь, это не наркотик. Это продукт нанотехнологий, который мы
разрабатываем двенадцать лет. Мы его называем психоактивным препаратом обратного
действия, потому что психику испытуемого он не изменяет.
— Да ну-у-у-у... — протянула Дженни. — Я тогда пошла отсюда.
— А вы что хотели, девушка? — возмутился профессор.
— Поколбаситься, — честно ответила Дженни, глядя ему в глаза.
— Колбаситься, девушка, — строго сказал профессор, — будете в своих клубах.
Вам что, деньги не нужны?
— Три тысячи? — усмехнулась Дженни. — Нет, спасибо. Я думала, у вас тут
что-то интересное...
— Типа как Кен Кизи1 и Тимоти Лири2, — поддержал я. — Добровольцы для экс-
1 Кен Элтон Кизи (англ. Ken Elton Kesey, 1935—2001) — американский писатель.
Известен, в частности, как автор романа «Над кукушкиным гнездом» (экранизация - «Пролетая
над гнездом кукушки»). Кизи считается одним из главных писателей бит-поколения и
поколения хиппи, оказавшим большое влияние на формирование этих движений и их
культуру-
2 Тимоти Фрэнсис Лири (англ. Timothy Francis Leary; 1920—1996) — американский
писатель, психолог, участник кампании по исследованиям психоделических препаратов,
разработчик программного обеспечения — одних из первых психологических тестов.
периментов с ЛСД.
Профессор смерил нас таким презрительным взглядом, что я смутился и опустил
глаза.
— Без пяти минут медики, — укоризненно сказал он. — Как вам не стыдно? Вы
молодые, здоровые, чего вам не хватает в жизни? Вам нравится состояние
неадекватности? Хотите выглядеть дебилами в глазах окружающих? Вам нравится
беспричинный смех, тупость, безумство, галлюцинации, потеря самоконтроля?
— Да, — кивнула Дженни с вызовом.
— Извините, этим мы здесь не занимаемся, — строго сказал профессор. — Мы
здесь занимаемся абсолютно противоположными вещами. Мы создаем ингибитор
обратного действия — препарат, который поможет человеку сохранять здравый
рассудок даже в искаженной реальности. Это важно для лечения многих психических
расстройств. Но это не наркотик. Его принцип обратный.
— Что-то не пойму вас, — сказал я. — А в чем его принцип?
— Принцип я вам не имею права раскрывать по понятным причинам, — отрезал
профессор. — Но еще раз подчеркну, что принцип обратный, чем у наркотика:
если изменения реальности происходят, то происходят они не с пациентом, а с
самой реальностью.
Дженни заинтересовалась.
— То есть, все-таки происходят? — спросила она. — Изменения реальности
будут?
— Это нам с вами и предстоит выяснить, — внушительно ответил профессор. — Я
скажу вам честно: на людях мы этот препарат еще не тестировали.
* * *
Палата, располагавшаяся рядом с кабинетом профессора, оказалась как в
пионерлагере — десять кроватей в ряд. «Мы думали, больше студентов откликнется»,
— признался профессор. Он представил нам свою ассистентку — толстую медсестру
Ксению. Она измерила нам давление, взяла анализ крови из пальца, а затем
выдала новенькие полосатые пижамы и закрытые резиновые тапки, напоминавшие
галоши. Нашу одежду забрали. Пижамы были как в кино у заключенных — штаны и
куртка в широкую вертикальную полоску ярко-синего цвета. Дженни долго
крутилась у зеркала над рукомойником палаты, пытаясь рассмотреть себя со всех
сторон , но осталась недовольна. А по мне — так ей очень даже шло. Я сказал ей об
этом, но, по-моему, она не поверила.
Нам велели ждать. Долгое время ничего не происходило, а затем пришел
почему-то охранник. Он был маленького роста и тощий, но бронежилет делал его
фигуру внушительной. На нем был черный костюм с нашивкой «ведомственная
охрана», а на плече висел потертый автомат с коротким стволом. Охранник прошел в
дальний угол и сел на крайнюю койку. Ксения принесла нам на подпись какие-то
бумаги, а затем профессор торжественно вынес два одноразовых стаканчика,
держа их рукой в резиновой перчатке, долил в каждый воды из крана и протянул
нам.
Вода в стаканчике казалась абсолютно прозрачной, но мне почудилось, что в
глубине что-то клубится едва заметными штрихами, как бывает, когда в кипятке
растворяется сахар. Или показалось? Я понюхал стакан, но вода ничем не пахла.
Мне стало не по себе, и вся затея показалась идиотской и опасной. Не так я
себе это представлял. . . Ну, в самом деле, зачем я в это ввязался? Тоже мне,
Кен Кизи.
— Скажите, а это точно безопасно? — спросил я, понимая, что вопрос звучит
глупо.
Дженни без вопросов опрокинула свой стакан в рот, затем внимательно его
осмотрела, слизнула языком капельку, оставшуюся на стенке, и вернула
профессору.
Настала моя очередь. Вода по вкусу оказалась совсем обычной.
— В принципе должно быть безопасно, — ответил профессор на мой вопрос. — Вы
пока располагайтесь, отдыхайте. Я буду приходить каждый час навещать вас.
— А сколько нам теперь ждать? — спросила Дженни.
— Когда что-то почувствуете — обращайтесь к Ксении, — ответил профессор. —
Или к Рустаму.
— Рустам — это кто? — спросил я.
— Это я, — подал голос охранник.
Он разлегся на дальней кровати с карандашом, а перед ним была развернута
газета.
— Наушники мне можно вернуть? — спросила Дженни.
Профессор покачал головой:
— Это будет вас отвлекать, нам нужны чистые впечатления добровольцев.
Внимательно прислушивайтесь к своим внутренним ощущениям и обо всем, что вам
покажется необычным, сразу сообщайте. Договорились?
— Договорились, — произнесли мы с Дженни хором.
И профессор вышел из палаты, оставив дверь открытой.
Дженни сразу легла на кровать, закинула руки за голову и уставилась в
потолок, изучая трещины. Медсестра Ксения зачем-то мыла в рукомойнике наши
стаканчики. Некоторое время все молчали.
— Мне кажется, — вдруг произнесла Дженни, не сводя взгляда с потолка, — у
меня в глазах красные вспышки.
Медсестра недоверчиво на нее покосилась.
— Нет, ну правда! — сказала Дженни. — Если в потолок долго смотреть.
Я лег на кушетку рядом, тоже закинул руки за голову и начал смотреть в
потолок. Потолок был неровный и пыльный, с него свисали пылевые сосульки, какие
можно заметить только при ярком солнечном свете. Осветительные трубки были
приделаны неровными рядами, кое-где не хватало ламп. Еще на потолке был
конусный датчик с проводом. А через всю комнату по потолку шла трещина, словно
он собирался развалиться над головой, и все ждал момента. Я представил себе
эту картину, и мне вдруг стало страшно. Я решил об этом сообщить.
— Что-то мне страшно, — сказал я.
— Чего вдруг? — отозвалась медсестра.
— Не Знаю, — Я сделал глубокий вдох. — Беспричинно.
Медсестра задумчиво цыкнула зубом и ничего не ответила.
— Вы бы записали это в журнал что ли, — предложил я.
— Я запомню, — пообещала Ксения.
Я снова уставился в потолок и смотрел так долго, что мне начало казаться,
будто он плавно движется на меня как большое одеяло. Я хотел об этом
сообщить , но не успел.
— Вот! — крикнула вдруг Дженни. — Опять вспышка!
И на этот раз я понял, о чем она говорит.
— И у меня, и у меня! — закричал я. — Я тоже видел! Вот на том конусе, да?
— Точно! — откликнулась Дженни и радостно повернулась ко мне: — Ты, правда,
видел, да?
Охранник Рустам звучно раскашлялся из своего угла, а затем произнес:
— Это датчик пожарный. Там сигнальный диод каждые десять секунд вспыхивает.
Мы замолчали. Мне снова показалось, что потолок начинает опускаться, но
как-то говорить об этом уже не хотелось.
Я встал, подошел к распахнутому окну, облокотился на подоконник и стал
глядеть на улицу с пятого этажа. Ярко светило солнце. Внизу под окном темнел
битумный козырек парадного крыльца, на нем валялись бутылочные осколки и
фантики. Перед входом виднелась асфальтовая площадка — справа и слева стояли
скамейки, а над ними цвели кусты сирени. Вдали по шоссе неспешно катились
грузовики. Из-под козырька появился, бодро перебирая костылями, какой-то парень в
военной форме, доковылял до лавки и сел, выставив перед собой ногу в гипсе.
Больше ничего интересного не происходило. Один раз на площадку вышли покурить
две медсестры в белых халатах, они хихикали о чем-то своем. Парень в гипсе
доковылял до медсестер, выпросил у них сигарету и заковылял к скамейке, но
медсестры его схватили под руки, развернули и начали что-то строго
выговаривать , показывая пальцем на скамейку. Через проходную вошла пожилая дама с
авоськой и, прихрамывая, направилась к зданию, на ходу деловито вынимая из
авоськи рентгеноснимок. Ничего интересного не происходило.
— Мягкая конструкция с вареными бобами, — вдруг пробасил за моей спиной
охранник Рустам, — кто автор?
Я обернулся. Рустам все так же сидел в дальнем углу, почесывая лоб
карандашом, словно и не он задал вопрос. Дженни все так же глядела в потолок.
Медсестра Ксения сидела на стуле, рассматривая свои ногти.
— Вы что-то сказали или мне послышалось? — осторожно произнес я.
— Автор картины, — забубнил Рустам, — мягкая конструкция с вареными бобами.
— Сальвадор Дали, — вдруг сказала Дженни. — У него картина так называлась
сумасшедшая. Там локти в пустыне стоят один на другом.
— Дали? — с интересом переспросил охранник. — Подходит, как раз четыре
буквы. .. А тогда поэт, восемь букв, вторая «а»?
Ему никто не ответил.
— Бальзак, — наконец предположила медсестра Ксения.
— Не, — ответил Рустам, — мало букв.
— Ну, значит Бальмонт, — пожала плечами медсестра.
Рустам долго шевелил губами, а затем удовлетворенно кивнул и заскрипел
карандашом . В палате снова воцарилась тишина.
— А кормить нас будут? — спросила Дженни.
— Конечно, — откликнулась Ксения. — Обед у нас в два. Еще три часа до
обеда.
— А здесь какой-нибудь ларек есть, ну печенье купить? — спросил я.
— Нельзя покидать палату, — покачала головой медсестра. — А что, кому-то
хочется есть?
— Нет, просто спросил.
— А может, какие-то другие симптомы? — с надеждой спросила медсестра. —
Необычные ощущения? Искажения пространства? Ну, или эти, как их...
— Галлюции, — подсказал Рустам.
Медсестра обернулась к нему:
— Галлюцинации, Рустам! Галлюцинации! Не галлюции! Ну, ты даешь! Галлюции!
— Она запрокинула голову, широко распахнула рот и оглушительно захохотала
прямо в потолок. Она хохотала долго — минуту наверно.
Я посмотрел на Дженни. Дженни сидела на кровати, обняв колени, и тоже
смотрела на медсестру настороженно.
— Скажите, а зачем нам здесь охранник с автоматом? — вдруг спросила Дженни,
когда медсестра наконец замолчала.
— Рустам? — удивилась медсестра. — А он к эксперименту не относится.
— Но вот же он сидит, — Дженни раздраженно показала пальцем на крайнюю
койку в углу.
— Он живет здесь, — ответила медсестра спокойно.
— В палате? — с ударением переспросила Дженни.
Медсестра хотела что-то ответить, но тут в раскрытую дверь заглянул
профессор. На голове его теперь была каска с прозрачным забралом, поднятым вверх, а
в руках он держал какую-то непонятную штуку — не то дрель, не то мясорубку.
— Ну? — бодро спросил он, оглядывая нас с Дженни. — Все нормально?
Мы покивали.
— Никаких новых ощущений? Ничего необычного?
Я пожал плечами. Дженни промолчала.
— Что-то они у нас бледные какие-то оба, — озабоченно сказал профессор, и
повернулся к медсестре: — Ты им часика через два температуру померяй.
Медсестра кивнула.
— Вот и чудненько, — подытожил профессор. — Если что — я пока буду во дворе
пилить.
И ушел. Вскоре со двора донесся пронзительный визг электропилы. Я
вздрогнул.
— Вы тоже этот звук слышите? — спросил я.
— И я слышу! — подтвердила Дженни.
Медсестра Ксения лениво махнула рукой:
— Данила Ильич автобус свой пилит.
— Что?! — спросил я.
— Ну, вы видели у входа желтый автобус? Списанный, без колес?
Дженни удивилась:
— А он разве без колес? Я как-то не разглядывала.
— У Данилы Ильича сейчас ремонт в доме, — с уважением пояснила Ксения. — А
у него пациент — директор автопарка. Вот он взял по случаю списанный автобус
и выпиливает окна: лоджии ими стеклить будет. Уже вторую неделю пилит. Три
окна разбил по неаккуратности, и лобовое.
— Ясно... — пробормотал я.
— Если вам нужно, — доверительно продолжила Ксения, — вы у него потом
спросите, может, у него лишние останутся.
— Окна? — испуганно спросила Дженни. — От автобуса?
Медсестра кивнула:
— Мне он тоже обещал одно выпилить. Я пока не знаю, куда его, может, на
кухне повешу...
Мне на миг показалось, что у меня кружится голова. Я открыл рот и сделал
несколько глубоких вдохов.
В этот момент во дворе послышался рассыпчатый стеклянный звон и глухая
ругань. Пила смолкла. А вскоре на пороге палаты возник хмурый профессор, сжимая
левую кисть носовым платком.
— Ксения! У нас есть зеленка?! — раздраженно рявкнул он, но вдруг увидел
мои испуганные глаза и пояснил уже спокойным тоном: — Пустяки, царапина.
— Данила Ильич! — всплеснула руками Ксения. — Давайте ж я перевяжу!
Оба исчезли в коридоре.
Я посмотрел на Дженни, Дженни пожала плечами и покрутила пальцем у виска.
— Город на юге Москвы, — вдруг подал голос Рустам и с горечью
прокомментировал: — Какие-то упоротые дебилы кроссворды сочиняют. Москва — она же сама и
есть город!
— Может, пригород? — настороженно предположила Дженни. — Ну там,
Зеленоград, Люберцы...
— Ага, при-го-род... — по слогам произнес Рустам и оживился: — Как раз
восемь букв! — Он оглядел кроссворд и нахмурился: — Но тогда не Бальмонт...
Если Бальмонт, то мягкий знак третий с конца. Чего вы там еще называли?
— Люберцы... — повторила Дженни.
— Подходит! И мягкий знак, где надо, — обрадовался охранник. — Теперь,
значит , дальше у нас получается: морское животное семейства китообразных. Первая
буква «ы». Вторая «и»...
Мы с Дженни снова переглянулись.
— Люберцы без мягкого знака пишется, — сухо сообщила Дженни.
— Подольск! — неожиданно осенило меня. — Подольск! Он как раз на юге от
Москвы!
Рустам внимательно посмотрел на нас и одобрительно покивал.
— Ну, молодцы! Не Зря вас там учат... Подольск подходит. Значит, морское
животное семейства китоообразных, три буквы. Первая «к», вторая «и». Если
Дали было правильно, то «и» вторая, да.
— Кит? — спросил я, упавшим голосом.
— Щас... — сосредоточился Рустам. — О, подходит!
За окном снова застрекотала пила, вгрызаясь в металл. Дженни решительно
вскочила, подошла к Рустаму и заглянула в кроссворд. А затем тихо вернулась и
прошептала мне на ухо:
— Слушай, у него там и правда кит в кроссворде. Реально пропечатан! Это
какая-то шиза.
— Надо звать медсестру! — кивнул я. — С нами что-то не так.
— Дурак, это с ними не так! — прошептала Дженни.
— Ага, конечно, — усмехнулся я. — Приняли экспериментальный препарат мы, а
не так — с ними?
— По-твоему, это у нас галлюцинации? — Дженни обвела рукой палату. — Здесь,
по-твоему, что-то изменилось?
Палата и впрямь не изменилась. Хотя выглядела странно. По потолку змеилась
трещина в рваных клочьях штукатурки. Из стен во множестве торчали какие-то
старые трубы, давно отпиленные и замазанные краской. Из трех окон палаты одно
было наполовину закрашено сверху белой краской, другое снаружи затянуто
металлической сеткой-рабицей — грязной и в голубиных перья, и лишь третье окно
открывалось и выглядело вменяемым. Впрочем, рукоятки у окон были зачем-то
выдраны, и там зияли дырки.
Слева от входа на крашеной стене висела грязноватая раковина, зеркало над
ней треснуло. И хотя вокруг было полно места, сама раковина располагалась
именно здесь, и так неудачно, что край фаянсового бока выходил в дверной
проем, и поэтому дверь в палату не могла закрыться до конца. Видно, ее не раз
безуспешно пытались закрыть, но она неизменно стукалась о бортик раковины: в
этом месте на двери виднелись зарубки, а на боку раковины — старый скол.
Это было так дико, что мне вдруг захотелось проверить, правда ли раковина
не дает двери закрыться. Я подошел к двери и стал ее аккуратно закрывать, но
дверь вдруг заклинилась, не дойдя даже до раковины. Я опустил взгляд: к
линолеуму был небрежно прибит гвоздями крюк, как для полотенец, — он останавливал
дверь на полпути.
— Дверь не закрывается, слепой что ли? — пробасил за моей спиной охранник
Рустам.
Я обернулся на Дженни — глаза ее были круглые и растерянные.
— А... почему дверь не закрывается? — спросил я осторожно.
— А она никогда не закрывалась, — зевнул Рустам, — я тут двенадцать лет
работаю. Вон упор специально прибит, чтоб такие, как вы, раковину не
раздолбали. Река в Гибралтаре, три буквы, первая «н»?
— Нил, — хмуро сказала Дженни.
— Отлично, — кивнул Рустам.
Я глубоко вздохнул.
— Позовите медсестру, — попросил я. — У нас точно появились странные
ощущения.
— А чего случилось? — нахмурился Рустам. — Да ты от двери-то отойди, не
ломай.
— У меня ощущение нереальности происходящего, — сообщил я. — Мне все вокруг
кажется диким и странным.
Охранник пожал плечами:
— Ну, ляг, полежи. Она скоро придет. Во дворе наверно с профессором, слышь,
автобус пилят?
Во дворе действительно надрывно скрежетала пила.
— И все-таки, позовите ее! — решительно попросил я.
Рустам поморщился, отложил кроссворд и неохотно поднялся, придерживая
автомат . Он подошел к окну, высунулся по пояс, открыл рот и вдруг оглушительно
заорал:
— Сука, для кого урна?! ! Урна для кого?! ! Я тебе говорил, на лавке не
курить?! ! — Он обернулся к нам с пылающим от гнева лицом и объяснил: — Козел, я
убью его!!! На лавке курит, потом вокруг бычки валяются!!! А меня за них
комендант дрючит!!! — Он снова высунулся в окно и заорал: — Ты чо, не понял?!!
Дженни бросилась к свободному окну, я кинулся за ней. Во дворе на лавке
сидел парень в гипсе и что-то объяснял жестами Рустаму, а затем вдруг показал
средний палец. В следующий миг послышался угрожающий лязг, а следом грохнул
выстрел, и комната наполнилась едким пороховым дымом.
— Козел, ты кому это показал?! — орал Рустам, высунув из окна дуло своего
автомата.
Грохнул второй выстрел. Мы с Дженни глянули в окно: по двору несся прыжками
парень с загипсованной ногой, нелепо виляя и размахивая костылями.
Грохнул третий выстрел.
— Бежим отсюда!!! — шепнула Дженни, дернув меня за рукав.
Взявшись за руки, мы выскочили из палаты и понеслись вниз по лестнице.
Железная дверь во двор была приоткрыта — через нее тянулся толстый электропро-
вод. Мы выскочили наружу. В лицо ударил запах сирени и металлических стружек,
в уши ворвался визг пилы. Автобус, стоявший рядом со входом, оказался и
вправду без колес. Внутри копошились медсестра Ксения и профессор Данила
Ильич . Он сжимал перебинтованной ладонью шлифовальную пилу. Край отрезного диска
торчал из автобуса наружу, оставляя за собой длинную прорезь и осыпая все
вокруг густыми оранжевыми искрами.
— Вперед! — толкнула меня Дженни, и мы ломанулись к проходной напрямик
сквозь кусты.
Нас никто не преследовал. Бабки на проходной тоже не было. Мы выскочили за
ворота, и как по команде остановились.
— Куда мы бежим? — спросил я растерянно.
— Не Знаю, — тоже растерялась Дженни.
— Мы не можем никуда бежать из больницы! Мы же сейчас под действием
препарата... У нас галлюцинации. Мы в пижамах, в конце-то концов! Нам надо
вернуться в палату и дождаться, пока нас отпустит...
— Без меня, — уверенно сказала Дженни. — Я туда не пойду. Псих с автоматом,
профессор, который распиливает автобус для лоджии, дверь эта не
закрывающаяся. . . Без меня. Ты что, не понял, что они там все обдолбанные? Сидят свои
препараты варят и проверяют на себе.
Я покачал головой.
— Он же объяснил, что это не наркотики.
— А что это тогда? — спросила Дженни. — Что? Ты вообще понял его
объяснение, что это?
Я покачал головой:
— Он что-то говорил про нанотехнологии, и про то, что это обратная
противоположность наркотикам. И сознание пациента не изменяет. А меняет саму
реальность .
— Так я и говорю, — кивнула Дженни. — Препарат приняли мы, а обдолбанные —
все они.
— Так не бывает, — возразил я. — Говорю, как будущий медик.
— Но он именно это нам и втолковывал! — возразила Дженни. — Что с нами
будет все в порядке, а изменится реальность. Вот мы и оказались в обдолбаннои
больнице. Как ее название... — Дженни вдруг уставилась куда-то за мою спину,
и глаза ее расширились.
Я испуганно обернулся, но вокруг ничего не происходило: светило весеннее
солнце, а проходная была по-прежнему пустой. А на воротах сияла алая табличка
с золотыми буквами. Я с изумлением прочел:
Центральный клинический
военный госпиталь
Федеральной службы безопасности
святого великомученика Пантелеймона
— Эта надпись была такой, когда ты сюда шел? — спросила Дженни шепотом.
— Табличка вроде была, — признался я. — А вот надпись я не читал...
Неожиданно сзади послышался треск веток, и мы резко обернулись. Из кустов
сирени бочком выходила бабулька-вахтерша в цветастом платке — теперь я с
ужасом заметил, что на ее платке нарисованы совокупляющиеся в разных позах Микки
Маусы. Видимо, у меня на лице появилось изумление, но бабка истолковала его
иначе:
— До корпуса далеко ходить, — объяснила она, кивнув на кусты, — когда
тепло , и тут можно.
— Скажите, — спросила Дженни у бабки, — это госпиталь ФСБ святого
Пантелеймона?
Бабка указала рукой на табличку:
— Читать умеете? Для кого написано-то?
— А какое отношение Пантелеймон имеет к ФСБ? — спросил я.
Бабка смерила меня презрительным взглядом — от воротника пижамы до
резиновых тапочек.
— Святой Пантелеймон, когда был в вашем возрасте, — начала она
назидательно , — нашел на улице мертвого ребенка, которого укусила ядовитая ехидна. Он
стал молиться Господу, чтобы мальчик ожил, и чтобы ехидна взорвалась на
куски. Господь выполнил обе эти просьбы, и с тех пор Пантелеймон стал врачом.
Жития святых читать надо! — закончила старушка и кивнула на свой стул, где
лежала книжка. — Ясно?
— Ясно... — сказали мы с Дженни, переглянувшись.
— А мученик Пантелеймон, — закончила бабка, — мучительную смерть принял:
ему отсекли голову, а из раны потекло молоко.
Мы потрясенно молчали.
— А вы откуда такие полосатые? Матросы что ли? — Бабка указала пальцем на
наши пижамы. — Матросы — это не к нам, у нас только сухопутные части лечатся.
— Но... — начал я, удивленно вскинув брови.
— Не пущу, — сурово покачала головой бабка. — У нас режимная территория.
Идите отсюда, матросы, идите.
* * *
Мы сидели с Дженни на пустой автобусной остановке и глядели, как мимо про-
катываются грузовики. На нас никто не обращал внимания.
— Вот я дура, — с чувством произнесла Дженни. — И зачем я вообще в это
ввязалась?
Она качнула ногой, и резиновая галоша упала в песок. Ногти на ноге у Дженни
оказались покрашены в ярко-красный цвет.
— А действительно, зачем ты в это ввязалась? — спросил я.
— А ты зачем? — с вызовом повернулась она.
— Ну... — я пожал плечами. — Знаешь, медики всегда на себе испытывали
разные лекарства...
— Вот не надо только брехать, — перебила Дженни. — Скажи честно: увидел
объявление и решил покушать психоактивных препаратов. На халяву, да еще за
деньги.
Я поморщился.
— Не совсем так. Видишь ли, я читал Кена Кизи, Тимоти Лири, Макенну3, Кас-
танеду... И...
— И? — требовательно спросила Дженни.
— И, в общем, ты права, — согласился я, наконец. — Увидел объявление, стало
интересно, повелся... На хрена мне это было? Какой-то препарат, хрен знает
какой вообще... Я ж раньше ничего толком не пробовал. Так, пару раз покурить
друзья дали...
Дженни поддела галошу кончиками пальцев, ловко подкинула и надела на ногу.
— Я тоже кроме травки ничего не пробовала. Хотя нет, вру. Однажды мне
подружка в клубе какую-то таблетку дала, но у меня уже было полстакана вискари-
ка, так что я ничего не разобрала толком, только башка утром болела...
Слушай, Пашка, а как ты думаешь, оно все три дня нас так плющить будет? Этот
профессор сказал, три дня...
Я пожал плечами:
— Не знаю. Мне кажется, уже стало отпускать потихоньку.
— Это ты как определил? — усмехнулась Дженни.
— Ну, вроде уже давно сидим, а никакой дикости вокруг не видно...
— Дикости не видно? — изумилась Дженни. — А вон туда посмотри...
Я проследил за ее взглядом и увидел на той стороне шоссе здоровенный столб,
на котором красовался рекламный плакат. Верхний угол плаката занимала толстая
3 Теренс Кемп Маккенна (англ. Terence Kemp McKenna, 1946—2000) — американский
писатель, философ, этноботаник, а также, по собственным словам, анархист и скептик.
физиономия гаишника с рукой, важно поднимающей полосатую палку, а огромные
буквы гласили: «ВОДИТЕЛИ! УВАЖАЙТЕ ТРУД ПЕШЕХОДОВ!»
Я закрыл лицо ладонями и помассировал. Затем прижал кулаки к закрытым векам
и яростно тер глаза, пока передо мной не поплыли пятна самых ярких расцветок.
Затем снова открыл глаза. Плакат никуда не исчез — он все так же маячил над
дорогой. А за ним на бетонном заборе я теперь явственно разглядел длинный
желтый транспарант, на котором черными буквами значилось без знаков
препинания: «БАНИ ПЛИТКА НАДГРОБИЯ ДЕШЕВО», и стрелка указывала куда-то За угол,
хотя угла у забора не было — он тянулся вдоль шоссе, сколько хватало глаз.
— Ну, как? — ехидно поинтересовалась Дженни.
— Плохо, — признался я. — Ты тоже все это видишь, да? Плакат? И вот то,
желтое?
— И еще мужика, который перед собой матрас толкает по обочине шоссе... —
кивнула Дженни.
— Где? — изумился я. — Ой, точно... Слушай, а зачем он матрас по шоссе
толкает? Грязно ведь, и порвется...
— Ты меня спрашиваешь? — возмутилась Дженни. — Он уже километра два прошел,
пока мы тут болтаем, скоро до нас доползет, вот сам и спросишь.
Я только хотел сказать, что пора отсюда сваливать, но как раз к остановке
подрулил старенький зеленый автобус с табличкой на лобовом стекле «ЗАКАЗНИК-
2» и призывно открыл переднюю дверь. Мы вошли внутрь. В салоне сидели хмурые
таджики в одинаковых строительных безрукавках оранжевого цвета, и каждый
держал в руке черенок от лопаты.
— Курсанты, что ли? — звонко крикнул водитель, вглядываясь в наши лица.
— Студенты, — ответил я.
— А я сразу понял: полосатые, значит, матросы! — крикнул он, стараясь
перекрыть шум мотора. — Вы на митинг тоже?
— В Москву, — сказала Дженни.
Водитель удовлетворенно кивнул.
— А что у вас за пассажиры? — спросила Дженни, настороженно покосившись на
таджиков в оранжевых безрукавках.
— Это нелегалы! Асфальтщики! — охотно сообщил водитель, прижав ладонь ко
рту — то ли для секретности, то ли чтобы перекричать шум: — Звонок помощника
губернатора: всех оранжевых срочно на митинг. Собрались, поехали.
— А палки им зачем? — продолжала Дженни.
— Российский флаг нести дадут! — объяснил водитель.
— А для чего у вас на торпеде кочан капусты лежит? — не унималась Дженни.
Я перевел взгляд и остолбенел — действительно, прямо перед водителем,
заслоняя обзор, лежал громадный кочан.
— Подарили! — с гордостью улыбнулся водитель, нежно похлопал кочан ладонью
и пояснил со значением: — Женщина подарила.
Я ткнул Дженни в бок локтем и прошептал:
— Прошу тебя, не спрашивай больше ничего! Я не знаю, что мне делать с этой
безумной информацией, у меня скоро башка от нее взорвется!
Но водителя было не остановить.
— У меня брат, — почему-то сообщил он не к месту, но гордо, — капусту возил
на «Газели». Шесть раз в аварию влетал и переворачивался. В итоге без руки
остался. А капуста в кузове цела. Вот вы, студенты, объясните, как такое
бывает?
Я глубоко вздохнул, надув щеки. Водитель явно ждал ответа.
— Всякое бывает, — сказал я. — Вот у вас бывает состояние, когда все люди
вокруг кажутся сумасшедшими? И вы слышите речь, но не понимаете смысла?
Дженни больно пихнула меня локтем.
— Смысл — он всегда есть, — философски заметил водитель. — Просто его
увидеть надо. Смысл я вам объясню: с тех пор я перед собой всегда кочан вожу.
Считай, мой талисман. Если он цел будет, то и со мной ничего не случится. —
Водитель снова нежно посмотрел на кочан и доверительно пояснил: — Обычно у
меня маленький. А этот — знакомая женщина подарила.
— А пристегиваться не пробовали? — не выдержала Дженни.
— Пробовал, — кивнул водитель, — и иконку Николая пробовал. Но кочан лучше.
— Пристегивайтесь, пожалуйста? — попросила Дженни. И повторила, нежно
вытягивая слова: — Пожа-а-алуйста.
Водитель внимательно на нее посмотрел, а затем пожал плечами и покрутил
пальцем у виска.
Вдоль шоссе проносились рекламные щиты. Я старался в них не вчитываться, но
это не удавалось: глаза сами цеплялись и прочитывали каждый лозунг.
Большинство из них оказывались просто абсурдным набором слов, было совсем непонятно,
что там рекламируется. С одного плаката скалился неопрятного вида мужик, а
надпись спрашивала «НЕ ХОЧЕШЬ ТАКОГО СОСЕДА?» На другом, совсем черном,
виднелось жутковатое и лаконичное «ЖДЕТ РЫБА». Попадались плакаты довольно
понятные — «ВЫХОД ВСЕГДА — СЕТЬ!» или просто «ЗАКУПИСЬ!», но неясным
оставалось , к чему они призывают и что имелось в виду, потому что никакой другой
информации там не было. Иногда слова на плакате отсутствовали вовсе — только
фотография дома и длиннющее число, которое для цены выглядело слишком длинным
и разнородным, а до телефонного номера не дотягивало по числу знаков. А
иногда вместо слов появлялась откровенная тарабарщина — вроде того щита, где
разноцветно сияли набросанные в полном беспорядке буквенные конструкции: «ВЫ
— КАЧЕСТ — НАД — ГОДНО — ВЕННО — ЁЖНО». Если и попадались вполне разумные с
виду заявления, то их смысл, если вдуматься, стремительно ускользал.
— Смотри, — обратился я к Дженни, — Вот что это имелось в виду: «СВАДЕБНЫЕ
ПЛАТЬЯ - СУПЕРСКИДКИ. РАСПРОДАЖА ВЕСЕННЕЙ КОЛЕКЦИИ»?
Дженни пожала плечами:
— Поторопиться с женитьбой, пока есть дешевое платье.
— Нет, а что вообще такое «весенняя коллекция свадебных платьев»? Кто их
коллекционирует? Почему весенняя?
Дженни поморщилась.
— Вопросы не по адресу, я тут сама обалдеваю, — ответила она, — Ты вот
лучше на это посмотри...
Я глянул, куда она указывала пальчиком и увидел абсолютно черный щит с
алыми строчками внизу: «ОПЯТЬ ПРОБЛЕМА С НАРКОТИКАМИ? ТЕПЕРЬ ДОСТАТОЧНО ПРОСТО
ПОЗВОНИТЬ...» — и номер телефона.
— Предлагаешь позвонить? — усмехнулся я. — Вот только как понять, там лечат
или продают?
— Или принимают доносы, — заметила Дженни.
Звучало логично.
— А вот смотри, — я показал ей магазин на обочине: — «Таможенный
конфискат». Прикинь, сколько надо каждый день конфисковывать у пассажиров разной
всячины, чтобы целые магазины открывать? — Я задумался. — Хотя если не у
пассажиров, а у бизнесменов, и целыми вагонами... Все равно непонятно, откуда
столько. Бизнесмены же не идиоты, постоянно на одни грабли наступать и
нарушать закон, теряя свои вагоны.
Дженни пожала плечами.
— Это не конфискованное, а ворованное, все знают. Таможня просто ворует, а
здесь продает.
— Абсурд, — сказал я. — И эта система так давно и открыто работает?
Неожиданно вмешался водитель.
— Да никакой это не конфискат! — сообщил он. — Врут они все! Я знаю эти
магазины, они все на одном китайском складе в Клину закупаются. Просто название
такое, чтоб народ шел.
Я опешил.
— Совсем бред получается! Выходит, магазин продает не ворованное, но
специально обманывает, будто оно ворованное, потому, что ворованное люди покупают
охотнее?!
— Пусть это будет сегодня нашей самой большой проблемой, — миролюбиво
заключила Дженни.
Автобус свернул на лепесток и выехал на МКАД. Здесь оказалось на удивление
свободно — МКАД был почти пуст. Водитель вдруг обернулся к нам почти всем
корпусом и широко улыбнулся — мы с ужасом увидели, что все зубы в его рту
стальные.
— Вот за что я люблю МКАД, — начал водитель, с азартом, — это за
неожиданности ! Никогда не знаешь...
— На дорогу смотри!!! — заорали мы с Дженни одновременно, вскидывая руки.
Водитель начал яростно тормозить, но было поздно — задница черного джипа
продолжала лететь нам навстречу с бешеной скоростью.
Я схватил Дженни обеими руками и бросился на пол автобуса, стараясь
прикрыть своим телом. Раздался оглушительный удар и звон, мир подпрыгнул, и
обрушился на нас горой таджиков с черенками от лопат.
Таджики гортанно кричали, причем, казалось все сразу. Автобус стоял
неподвижно, и мы рванулись наружу — кто-то из таджиков даже помог встать мне и
Дженни.
Удивительно, но вроде никто не пострадал, даже водитель — он, матерясь,
вылезал из кабины. У автобуса не было лобового стекла, а весь перед оказался
смят. Досталось и джипу — здоровенная черная коробка превратилась сзади в
гармошку. Из-за руля джипа вылезла лохматая дама в странном платье с вуалью и
огромным пушистым воротником. Она принялась осматривать свой джип, ни на кого
не обращая внимания.
— Эй! — заорал водитель. — Ты совсем долбанутая?! Зачем ты задом гонишь по
МКАДу?!
Дама презрительно подняла на него взгляд, словно только что заметив.
— А твое какое дело? — визгливо ответила она, уперев руки в бока. — Хочу и
гоню!
Водитель от возмущения открыл рот и снова закрыл.
— Ты больная что ли?! — снова заорал он. — Проехала поворот — езжай до
следующего ! Или аварийку включи и пяться медленно. Но кто ж задом так носится?!
— Это ты мне, сука, сказал? — прошипела дама, а затем вдруг бросилась,
цокая каблуками, на середину проезжей части и истошно замахала руками: — Люди!
Остановитесь все! Слышите? Я — Вожена!!! Смотрите, что я сделаю, смотрите!
Она кинулась обратно, выхватила у одного из таджиков черенок, метнулась к
автобусу и стала с истерическим визгом крушить стекло в двери кабины. От
первого же удара на стекле появилась витиеватая трещина, но дальше оно на
удивление крепко держалось, сколько дама ни старалась.
— Кто это? — спросила Дженни испуганным шепотом.
— Понятия не имею, — прошептал я. — Адская галлюцинация. Надо бежать
отсюда , нас плющит просто ужасно!
— А куда бежать-то? — Дженни испуганно оглянулась. — У нас ни денег, ни
документов , ни метро поблизости...
Машины невозмутимо катились по МКАДу, объезжая место аварии. За жестяным
отбойником дороги начиналась странная местность: по бесконечному пустырю в
зарослях прошлогоднего сухостоя валялись бетонные шпалы. Они были огромные —
не грузовике такую не привезешь — и валялись в абсолютном беспорядке, словно
кто-то рассыпал с неба гигантский коробок спичек. Далеко за полем торчали
жилые высотки. Чуть по ходу у обочины вяло дымилась большая металлическая куча
из обгорелых сетчатых ящиков. Приглядевшись, я понял, что это тележки из
супермаркета, сваленные в груду. Кто их сюда привез в таком количестве, как ему
удалось их поджечь и зачем — об этом я думать и не пытался. Бежать
действительно было некуда.
В этот момент рядом притормозил второй автобус — точно такой же, только на
лобовом стекле стояла табличка «ЗАКАЗНИК-1». Видимо он ехал За нами, потому
что внутри сидели такие же оранжевые жилетки. Им, похоже, уже сообщили об
аварии, потому что дверь призывно раскрылась и человек, высунувшийся оттуда,
гортанно позвал всех внутрь. Таджики послушно набились в автобус, и мы тоже
втиснулись последними.
Давка была такая, что нас прижало друг к другу, и мне пришлось обнять
Дженни за талию — на ощупь через байковую пижаму она оказалась удивительно теплой
и мягкой. Это было сейчас самое спокойное место посреди свихнувшегося мира.
Похоже, Дженни тоже так думала.
— Куда мы теперь? — спросила она. — Мне как-то в общагу сейчас совсем не
хочется.
— Поехали ко мне! — предложил я. — Поесть чего-нибудь приготовим...
— Поехали, — охотно согласилась Дженни.
В итоге автобус заехал на стоянку, забитую автобусами и людьми, и долго
стоял с закрытыми дверями и выключенным двигателем. Наконец пришли какие-то
парни с рулоном широкой ленты цвета российского флага. Всех выпустили из
автобуса. Парни, вооружившись бритвенным лезвием, принялись прямо на асфальте
резать ленту на флаги и раздавать таджикам. А таджики стали кусочками скотча
привязывать полотнища к черенкам от лопат.
— Экономней отрезай, не хватит, — ругался один из парней.
— Да и так квадраты, — огрызался его напарник.
Дженни как зачарованная наблюдала за этой картиной.
— Ты видишь то же самое, что и я? — спросила она, тревожно сжав мою ладонь.
— Не Знаю. — Я пожал плечами. — А что видишь ты?
— Это флаг Франции. У России в центре синяя.
— Пойдем отсюда скорее, — решительно сказал я.
Но уйти оказалось не просто. Все вокруг было обставлено металлическими
заграждениями , за которыми стояли молодые скучающие полицейские. Толпа медленно
вваливалась в проход, становясь все плотнее и плотнее, но куда все движутся,
было неясно. Иногда толпа останавливалась, затем начинала двигаться снова.
Прямо передо мной маячила оранжевая жилетка, от которой пронзительно пахло
асфальтом. Я крепко взял Дженни за руку, чтоб не потеряться, и предложил
выбираться из потока вправо.
Как только справа появлялось место сделать шаг, мы смещались туда, и вскоре
оранжевые жилетки сменились на вполне гражданские куртки, рубашки и вязаные
безрукавки. Пару раз я подпрыгнул, чтобы посмотреть, что происходит, но видел
лишь море голов, над которыми мелькали воздушные шарики, транспаранты,
обращенные к нам белой стороной, и флаги самых разных цветов — желтые, зеленые,
оранжевые. Совсем недалеко от нас над головами хлопало даже старинное
полковое знамя, напоминающее штору: выцветший от времени золотой серп и молот на
темно-кровавом бархате, с золотой бахромой и кистями.
Толпа все это время гудела, но невнятно. Вдруг какой-то мужик за нашими
спинами ожил и принялся выкрикивать речевку хрипло и возмущенно:
— Кто!!! Блять!!! Если не Путин!!! — скандировал он. — Кто!!! Блять!!! Если
не Путин!!! Я спрашиваю вас!!! Ответьте мне, кто?!! Кто!!! Блять!!!
Толпа невнятно загудела, а затем стала нестройно подхватывать.
— Слушай, — спросила Дженни, — а это За или против?
— Ты меня спрашиваешь? Понятия не имею. Вроде и выборы сто лет как
закончились .
— Скажите, а митинг за или против? — обратилась Дженни к пожилой женщине в
роговых очках с дужками, обмотанными зачем-то мятой и неряшливой фольгой.
Та ничего не ответила, но посмотрела взглядом, полным ненависти и
презрения. Стекла у ее очков оказались с невероятным увеличением, поэтому ненависть
выглядела огромной.
— Давай срочно выбираться, — я потянул Дженни за руку и принялся грубо
расталкивать людей плечами.
Дело пошло заметно быстрее. Вокруг стоял дикий шум, мельтешили лица, а один
раз мы даже повалили штатив с огромной камерой «НТВ++», который внезапно
вырос из толпы перед нами. Напротив камеры стоял пузатый мужик в костюме клоуна
с рыжей шевелюрой, накладным носом и выбеленным лицом. Похоже, ему было без
разницы, с кем разговаривать, потому что, когда штатив упал, он на полуслове
повернулся к нам и, не меняя интонации, продолжал говорить вслед, пока между
нами не сомкнулась толпа: «... социальные льготы и пассионарность гражданского
населения. Эта пассионарность сохранилась сегодня только в России как ответ
на давление иностранных спецслужб. И здесь я хотел бы особо подчеркнуть два
фактора, а именно...»
А потом толпа резко закончилась, и мы с размаху налетели на загородку, ко-
торую придерживал рукой здоровенный ушастый полицейский. На пальцах руки
синела полустертая татуировка «ТУЛА».
— Куда прешь, — лениво пробасил он.
— Нам разрешено! — решительно сказал я.
— Матросы что ли? — недоверчиво спросил полицейский, оглядывая нас, а затем
раздвинул перед нами загородки: — Идите, но обратно уже не пущу, — пригрозил
он.
Оказавшись на свободе, мы нырнули в арку, и оказались на параллельной
улочке . Здесь было тихо, хотя шум толпы доносился и сюда. А потом толпа зашумела
сильнее, а из далеких динамиков заиграла грустная песня. Динамики старательно
гудели, наполняя воздух ностальгической мелодией, которую полностью
перекрывал спокойный голос певца, словно в старых советских кинофильмах. Но слов
было не разобрать. А затем ликующий рев толпы достиг предела, словно между нами
не было этой кирпичной пятиэтажки, и вдруг над крышей поднялась разноцветная
стая воздушных шаров. Следом поднялась огромная надувная голова и обвела
окрестности добрыми нарисованными глазами. За головой вылезли плечи и туловище
с надувными рукавами, изображавшее деловой пиджак со строгим галстуком. И
гигантское воздушное чучело медленно поплыло в небо, покачивая подошвами
исполинских ботинок.
— Что это было? — спросил я ошарашено.
В ответ послышался далекий выстрел, а через секунду в небе расцвели гроздья
праздничного салюта. Дженни вдруг уткнулась мне в грудь.
— Я не могу больше! — всхлипнула она. — Верните меня в нормальный мир!
Отпустите меня!
— Пойдем, пойдем, — сказал я, обнимая ее за плечи. — Просто надо научиться
вести себя так, будто все вокруг нормально. Пойдем спрячемся, скоро все
пройдет.
Но ничего не проходило. Над головой грохотал салют, а мы шли по улицам,
стараясь не смотреть на вывески и лица прохожих, в каждом из которых было
свое безумие.
Из огромной фуры с надписью «ТРАНС» прямо посреди бульвара выгружали один
за другим новенькие диваны в полиэтилене и ставили в два этажа.
Огромный пакет кефира на человеческих ножках кинулся нам наперерез,
размахивая ручками и бумажной папкой. Изнутри тонкий девичий голосок, приглушенный
слоями картона, предложил поучаствовать в социальном опросе всего на пять
минут, и звонко выматерился нам вслед, когда мы прошли мимо, никак не реагируя.
Поперек дороги по земле тянулась здоровенная труба почти в человеческий
рост, а через нее был выстроен деревянный переход с резными перилами и очень
узкими ступеньками. Перед ним скапливалась очередь из прохожих. Какая-то
бомжиха в дранной меховой шубе деловито срывала с трубы пласты стекловаты и
запихивала в свою клетчатую сумку на колесиках.
Крепкие тетки в одинаковых серых халатах и белых косынках, вооружившись
ломами, методично выкорчевывали кирпичи тротуарной плитки и небрежно скидывали
прямо на проезжую часть. За ними плелись трое хмурых мужиков с тачкой и
лопатами, и забрасывали освободившиеся дыры дымящимся асфальтом, разравнивая его
сапогами.
Красная «Ауди» с тонированными стеклами, устав тащиться в пробке за
троллейбусом, вдруг взревела двигателем, подпрыгнула и вкатилась на бульвар,
гулко стукнув днищем о бордюр. Она унеслась вперед по дорожке, распугивая
пешеходов и мамаш с колясками, а чуть дальше мы уже видели, как она гудит с
тротуара и сигналит фарами, пытаясь снова вклиниться в поток, причем за тем же
самым троллейбусом.
Остальные машины выглядели не лучше. Один «Жигуленок» ехал с открытым
капотом, из-под которого валил черный дым. Когда капот открывался слишком высоко,
водитель высовывался по пояс из бокового окна и рукой слегка прикрывал его. В
стальном кузове самосвала были насквозь прорезаны электросваркой громадные
буквы «БГ433», и через них на дорогу плоскими струйками непрерывно тек песок.
Старенький, но вполне респектабельный джип вез на крыше обычный железный бак
для мусора — грязный и подписанный масляной краской «ЯСЛИ 7». У маленькой
«Дэу» нежно-салатового цвета из распахнутой горловины бензобака торчал
заправочный пистолет с обрывком шланга. Старинная «Волга» несла на своем капоте
трехметровую иглу антенны — она с оттяжкой стегала ветви каштанов, растущих
вдоль дороги.
Припаркованные автомобили стояли совсем дико и в совершено неожиданных
местах. Но особенно меня почему-то поразил оранжевый эвакуатор: он торчал
посреди тротуара, занимая все пространство, а прохожие обходили его по проезжей
части. Судя по спущенным колесам и мусору, накиданному на площадку, стоял он
здесь с зимы.
— Вот тут и живу, — сказал я Дженни, когда мы свернули во дворы, и подошли
к подъезду бетонной башни. — Заходи. Нам на последний этаж, лифт сейчас не
работает.
— Сейчас не работает? — на всякий случай с ударением переспросила Дженни.
— Ну да. Его в будни утром выключают, а в шесть вечера снова включают. — Я
покосился на нее. — Только меня не спрашивай, зачем. Может, электричество для
каких-нибудь окрестных цехов экономят. Я здесь третий год живу, всегда так
было.
— Вот я и думаю, — вздохнула Дженни. — Если мы приняли препарат сегодня, то
как же оно всегда так было?
Я пожал плечами.
— Ну, вот смотри, — продолжала Дженни, бодро шлепая по ступенькам
резиновыми галошами, — у тебя на входе в дом целых четыре двери подряд, одна за
другой. Четыре! Подряд! Это всегда так было?
— Ну да. Сначала кодовый замок, на второй — домофон, третья обычная, ну и
четвертая железная...
— Ладно, а вот это что? — Дженни бесцеремонно указала пальцем.
— Это дядя Коля, — объяснил я. — Здравствуйте, дядя Коля.
— Здоров, — кивнул он, не отрываясь от экрана.
— А почему он сидит на лестнице в одних трусах?
— Ему дома жена курить запрещает.
— И он всегда так сидит?
— Нет, конечно. Зимой — в свитере.
— Но все равно сидит здесь? С телевизором на коленях? — допытывалась
Дженни.
— Ну да... Пришли, вот моя квартира. — Я распахнул электрощиток и вынул из
тайника ключ.
Переступив порог, Дженни с любопытством озиралась.
— Скажи, а вот эти все ведра и тазы... — начала она.
— Это не мое, — перебил я. — Это хозяйки. Она здесь почти не бывает. А моя
комната вот тут.
— Нет, просто я никогда не видела столько ведер. Зачем они ей?
— Она домашнее мыло варит.
— Домашнее мыло? — отчетливо переспросила Дженни, внимательно глядя на
меня. — Мыло? Домашнее?
Я пожал плечами.
— И это нормально? — подытожила Дженни.
— Вроде того.
Дженни долго смотрела на меня, а затем вдруг облегченно рассмеялась.
— Ну, слава богу. Я уж боялась, что все три дня будет плющить. А тебя, я
вижу, уже отпускает потихоньку. Значит, скоро и меня отпустит.
— Что-то я не уверен, что меня отпускает, — пробормотал я, заглядывая в
холодильник. — Слушай, еды нет, давай я в магазин спущусь?
— Я с тобой! — быстро сказала Дженни.
— Хочешь переодеться? — предложил я. — Майку и штаны найду, а вот с обувью
не уверен...
— Зачем? — удивилась Дженни. — В пижамах и пойдем, полгорода уже прошагали.
— Ну, теперь-то у нас есть во что переодеться.
— Так кругом же одни ебанутые, — возразила Дженни. — Чего мы будем
выделяться?
— Тоже верно, — согласился я.
* * *
В магазинчике было немноголюдно, и мы с Дженни неспешно шли вдоль
стеллажей. Я рассматривал ценники и этикетки, которые попадались по пути.
— Знаешь, нет, — сказал я, наконец. — Совсем меня не отпускает. Даже и не
думает. Наоборот, все сильнее и сильнее накрывает.
— Ты уверен? — нахмурилась Дженни.
Я кивнул на коробку с кексиками:
— Вот это ты видишь, например?
Дженни присвистнула.
— Нет, ну может русский у них не родной, что они так фразы строят? —
предположила она. — Хотя не до такой же степени: «коньячный спирт» без мягкого
знака, а «пшеничная мука» — с мягким...
— Да это как раз ерунда, — отмахнулся я. — Ты на сам рисунок посмотри. Что
они с осликом делают?
— Ой, бля... — не сдержалась Дженни и испуганно закрыла рот ладошкой.
— Ведь такое случайно не нарисуешь, верно?
Дженни кивнула, еще раз посмотрела на рисунок и покраснела.
— Давай возьмем, — сказала она решительно. — Покажем кому-нибудь. С кафедры
психиатрии.
Мы пошли дальше, взяли сосисок, овощей и хлеб. Дженни остановилась у
корзины с плюшевыми енотами, вынула одного и принялась рассматривать.
— Нравится? — с готовностью спросил я. — Берем, будет у тебя енот.
Дженни молча помотала головой.
— Если ты хочешь меня спросить, что делают плюшевые еноты в продуктовом
магазине ... — начал я.
— Почему у него из жопы белые ленты? — перебила Дженни. — Почему?
Я пригляделся. Действительно, прямо из задницы енота торчал целый пучок
белых лент. Было их там три штуки — широкие, жесткие, длинные, чуть ли не
полметра , покрытые нескончаемыми абзацами убористого текста на всех языках мира.
— Там написано, как стирать, — неуверенно объяснил я.
— Как люди научились стирать? — насмешливо переспросила Дженни. — Статьи из
Википедии?
— Так всегда делают, — уверил я. — Вообще всегда. На всех игрушках мира. Не
спрашивай меня, зачем.
— Вшивают в жопу? — уточнила Дженни. — Намертво? Их же никогда оттуда не
выдрать. Смотри!
Она вдруг намотала ленты на руку и потянула изо всех сил. Ленты не
оторвались , но задница енота вдруг треснула, и на пол посыпалась пенопластовая
крошка.
Дженни испуганно запихнула енота в глубину ящика, отскочила в сторону и
принялась делать вид, что рассматривает этажерку с вином. Даже сняла одну из
бутылок.
— Возьмем? — предложил я. — Отметим знакомство.
— Что-то я боюсь, как оно на алкоголь ляжет, — нахмурилась Дженни. — Я же
тебе рассказывала, как меня мутило от таблетки в клубе.
Вдруг послышался окрик.
— Молодые люди! Матросы! Я вам говорю! — раздраженно повторила кассирша,
грозно приподнимаясь над своей кассой. — Положите обратно! Для кого
объявление висит?
Дженни испугано вернула бутылку на место.
— В будни продажа алкоголя в Москве запрещена, — объяснила кассирша. —
Только по выходным и праздникам. Не Знаете, что ли?
Я покачал головой.
— Давно? — спросила Дженни тихо.
— С начала месяца, — ответила кассирша. — Вот приказ висит. Продажа любой
продукции, содержащей алкоголь, в рабочие дни запрещена. Постановление
правительства Москвы.
— Да мы и не собирались, — ответил я. — Просто смотрели.
— Просто смотреть вот сюда надо! — проворчала кассирша, снова указывая
пальцем на ламинированные таблички, развешенные над кассой.
Мы подошли ближе и стали читать.
— А петрушка не продается вообще или тоже в рабочие дни? — аккуратно
спросила Дженни кассиршу.
— Вообще, — процедила кассирша. — Там нашли наркотические вещества. Приказ
главного санитарного врача Онищенко .
— Хорошо, а чеснок-то почему? — удивился я.
— Отравлений много было, — ответила кассирша и демонстративно отвернулась,
качнув серьгами: в ее ушах на коротких серебряных цепочках висели маленькие
пушистые мышата, изящно сшитые из какого-то породистого меха. Из попы каждого
мышонка тянулся до плеча плоский белый ярлык с надписями на разных языках.
— А почему мобильными телефонами в торговом зале запрещено пользоваться? —
спросила Дженни.
— Вам товар пробивать или вы мне нервы трепать будете? — вспыхнула
кассирша. — Просто больные все какие-то... — с чувством добавила она, грозно махнув
серьгами.
Я выложил перед кассой покупки. Кассирша ожесточенно тыкала в каждый
предмет лазерным сканером, а затем всякий раз его откладывала и принималась
набирать коды вручную. С пельменями она даже набрала код дважды.
— Марин! — вдруг заорала она в зал, поднимая голову. — Опять пельмени не
пробиваются, посмотри код?
Ей никто не ответил.
— Не пробиваются, в базе нет, — сказала кассирша и бросила пельмени в ящик
на полу.
Там уже лежали две такие же пачки, только сильно раскисшие. Следом кассирша
схватила коробку с кексами и привычным движением швырнула ее туда же.
— А это сейчас вообще нельзя, — пояснила она. — Вы на упаковку смотрели?
Дженни густо покраснела. А я набрался наглости и все-таки поднял на
кассиршу вопросительный взгляд.
— Там в составе коньячный спирт, — объяснила кассирша. — С вас двести
девяносто три семьдесят.
* * *
Дженни сидела в кресле, скрестив ноги. Перед ней лежал мой старенький
ноутбук, она копалась в интернете.
— Слушай, вообще пиздец, — вдруг сказала она. — Извини, другого слова нет.
— Что там?
С 1 июня 2011 года вступило в силу Постановление Главного государственного
санитарного врача РФ от 11.04.2011 № 30 в соответствии с которым плоды и эфирное масло
плодов петрушки курчавой (Petroselinum crispum A.W.Hill.) были отнесены к
биологически активным веществам, которые могут оказать вредное воздействие на здоровье
человека при использовании для изготовления биологически активных добавок к пище.
— Госдума обсуждает вопрос установки счетчиков на канализационных трубах!
Хотя нет, стоп... Пресс-секретарь тыры-пыры такая-то... успокоила
журналистов, объяснив, что... Ага, ну, слава богу, пишут: законопроект не коснется
самих жилых помещений! Вот перечислено: только государственных учреждений,
предприятий, офисов... — Дженни замолчала, продолжая шевелить губами. — Хотя,
нет, коснется! А также санузлов, принадлежащих жилым помещениям в квартирах
граждан.
— Это где такое? — спросил я устало.
— Да это везде! — Дженни подняла глаза. — Если конкретно — ленту новостей
ИТАР-ТАСС читаю. Просто подряд. — Она снова уткнулась в экран: — В Кемерово
неизвестные угнали тепловоз. Епископ брызнул в лицо журналистке расплавленным
оловом. В Москве проезд по улице Обручева с сентября станет платным. Иран
объявил... Ого! Иран объявил войну Египту и Венгрии! Командующий ВВС США
заявил ... — Дженни замерла с открытым ртом. — Стоп, это я вообще читать не буду.
Вдруг оно от нашего внимания запускается? Так и нас с тобой разбомбят...
— За два дня не успеют, — возразил я. — Нам осталось-то два дня
продержаться.
— Британские ученые обнаружили на орбите... — снова начала Дженни. — А нет,
пустяки. Президент России подписал указ о повышении пенсионного возраста до
семидесяти пяти... Тоже ерунда. В Павлово охранник госпиталя... Чушь собачья.
Стоп! В Павлово охранник госпиталя ФСБ прострелил пациенту здоровую ногу из-
за брошенного окурка.
— Чего? — насторожился я.
— Дело закрыто за отсутствием состава преступления. — Дженни подняла на
меня глаза: — Слушай, я не могу больше! Не могу!
— Успокойся, — сказал я, присаживаясь рядом и обнимая ее. — Надо просто
потерпеть. Понимаешь?
Дженни всхлипнула и кивнула.
* * *
— Все! — сказала Дженни, едва переступив порог, и со злостью швырнула сумку
с тетрадями в темноту коридора.
Загремели падающие ведра.
— Ну ладно тебе... — Я обнял ее и поцеловал. — Что опять стряслось?
— Четвертый день! — всхлипнула Дженни. — Четвертый уже пошел! А оно только
хуже!
— Где?
— Да везде! — Дженни топнула ножкой. — Везде! Ты не видишь?
— Вижу, но терплю, — вздохнул я. — Сегодня даже в институт не пошел. А у
тебя что нового?
— Ничего особенного! — с вызовом сказала Дженни. — По Закону божьему на
нашем курсе будет не зачет, а курсовая. Выдавали сегодня темы, мне досталось
«Мощи ли молочные Зубы». Я не могу больше!!! Не могу!!!
Я решительно кивнул.
— Дженни, давай съездим в госпиталь? Ну, извинимся, что убежали, спросим,
что делать. Одежду, опять же, может отдадут.
— Мобилку, — кивнула Дженни. — Мобилку особенно жалко. И наушники.
Госпиталь почти не изменился. Только перед зданием теперь стояли два
автобуса: второй был зеленый — с расплющенной мордой и без лобового стекла, зато
с уцелевшей табличкой «ЗАКАЗНИК—2». Профессор возился внутри, вывинчивая что-
то из кабины. Он был хмур, наше появление его не удивило, но и не обрадовало.
— Вы за деньгами? — спросил он сходу. — Денег не будет. Вы убежали, мы так
не договаривались.
— Послушайте... — начала Дженни.
— Не будет денег! — упрямо повторил профессор. — Нет у нас сейчас денег.
Нету. Нам Рустама пришлось отмазывать, нет денег.
— Да не нужно нам ваших денег! — крикнул я с отчаянием. — Скажите просто,
когда это кончится? Когда нас отпустит?!
Профессор удивленно посмотрел на нас.
— А я вас и не держу, — сказал он. — Зачем вы мне нужны? Поднимайтесь на
пятый, Ксения вам одежду вернет. Ну и всего вам доброго.
— А препарат когда прекратит действовать? — спросила Дженни.
— Какой препарат? — удивился профессор. — А, вы про эксперимент что ли? А
всё закончилось.
— Да не закончилось же! — закричали мы хором. — Он же не отпускает!
— Кто? — изумился профессор.
— Препарат!
— Вы с ума сошли? — Профессор отложил отвертку и вытер замасленные руки об
халат. — Это плацебо.
— Что?!
Профессор заговорщицки подмигнул и сообщил доверительным шепотом:
— У нас нет никакого препарата. У нас и лаборатории уже давно нет. Просто
есть проект, есть финансирование, и начальство требует отчетов. Так что мы
пока проводим вторую половину эксперимента. Чтобы отчитаться хотя бы на
пятьдесят процентов.
— Какую вторую половину? — не понял я.
— Контрольная группа, — объяснил профессор. — Вы ж медики, должны знать: в
любом эксперименте половина испытуемых — контрольная группа. Они принимают не
препарат, а просто воду. Вот это вы и были.
— Так значит... — опешил я, — не было никакого препарата?
— Не было, — подтвердил профессор. — Я ж вам сразу намекнул, что никакого
действия на ваш организм не будет. Помните? Правду я вам не мог сказать,
потому что какой же тогда эксперимент? Но воду-то в стаканчики я набирал прямо
при вас из крана. Или вы не обратили внимания?
Я замолчал потрясенно. Дженни тоже молчала.
— Так что же это получается? — наконец произнесла она одними губами. — Нас
теперь уже никогда не отпустит?
Компьютер
ЛОКАЛЬНАЯ СЕТЬ
ЛОКАЛЬНАЯ СЕТЬ
ЧЕРЕЗ ИНТЕРНЕТ
Речь в этой статье пойдет о создании локальной сети через интернет с
помощью утилиты Hamachi.
Если создать с помощью этой утилиты локальную сеть через интернет, то можно
будет играть с друзьями, обмениваться файлами и использовать различные
утилиты для работы с локальной сетью. Для программ и самой Windows сеть Hamachi
будет самой обыкновенной локальной сетью. Вся передваемая по интернету
информация шифруется 256-битным ключом по алгоритму AES (интернет, несмотря на то,
что интернет обычно изображают в виде белого облачка, на самом деле это
довольно мрачный лес с кучей опасностей. Так что шифрование тут очень кстати).
Настройка Hamachi
Прежде всего, эту утилиту нужно скачать1 и установить. Для наших целей
1 Сайт https://secure.logmein.com/RU/ , но можно найти поиском в интернет, вот
например: http://letitbit.net/download/2406.29176e40f4f340d4eea2cd9d8/hamachi.msi.html
и http://depositfiles.com/files/lhi03rdle
вполне подойдет бесплатная версия с ограничением в 16 компьютеров в сети.
Этого более чем достаточно.
После установки запускаем эту утилиту и нажимаем кнопку «Включить»:
ф\ I ппМрТп Изт^гЬ'"'
_ X
Система Сеть Справка
т
0.0.0.0
не в сети
Thank you for installing
Hamachi.
Flease с he к th* Рслег on
button to get starter)
Дальше следует ввести ваше имя клиента (Login, выбираем любой свободный)
Идеитшфякатор Hamachi
Вы входите в Hamachi впервые.
После входа в систему вы получите свои собственный адрес
сети Hamachi. Он отобразится в верхней части главного
окна вместо 0.0.0.0.
Выберите имя для этого клиента Hamachi.
acerfans.rul
Б дальнейшем это имя можно будет изменить.
Созд,
^
Для создания сети через интернет нажимаем Create a new network:
fri l лоМрТр H-im^r-hi' - x
Система Сеть Справка
5.194.137.165
acerfans ru
This area will list your netv/orks
and peers.
You are now online, but this
computer is not yet a member in
a Harnachi network.
Create a new network
Вводим идентификатор (имя) сети и пароль для подключения к ней:
Create a new cfcent-owned [?} network
Идентификатор acerfans.ru network
Введите имя сети. Эти данные другие пользователи
Пароль сети fdhafycybe
Используйте пароль для предотвращения
Создать!
S [
Отмена
or
log in to create a new managed {2} network
Нажимаем на кнопку «Создать»:
fri I nnMoTr» М^т^гЬ}' - *
Система Сеть Справка
5.194.137.165
acerfans.ru
aceHans.ru network
Aceffans Client - 5.194.141.165
Вот и все. Сеть мы создали.
Теперь рассмотрим как же подключить к этой сети другие компьютеры,
чала на них нужно также установить и запустить эту утилиту.
В главном окне нужно нажать на кнопку «Включить»:
Для на-
^ | опМрТ" Н^т»^гЬ,: - *
Система Сеть Справка
Щ
0.0.0.0
не в сети
Thank you (or installing
Hamachi.
F lease с lie л the Рол*! e>n
button to qet started
Указать имя клиента (оно должно отличатся от введенного ранее. Клиент
другой) :
Чтобы подключиться к сети, нажимаем на Join an existing network:
(Ь I опМоТп M^m^rhi1
_ X
Система Сеть Справка
5.194.141.165
Acerfans Client
This area will list your networks
and peers.
You are now online, but this
computer is not yet a member in
a Hamachi network.
Join an existing network
Вводим имя и пароль созданной ранее сети:
Нажимаем подключится:
(f) I onMoTn H^rmrhi'
- х
Система Сеть Справка
5.194.141.165
Acerfans Client
v acerfans.ru network
v acerfans.ru ■ 5 ГзИ.137,165
-re ,:i
Вот и все. Мы подключились к сети. Зеленый кружочек означает, что
подключение удалось. Желтый — ошибка с подключением. Мигающий ободок означает
передачу данных.
В системе на обоих компьютерах, которые подключаются через сеть Hamachi,
появляется дополнительное сетевое подключение:
j£' ► Панель управления ► Сетевые подключения
JCK
/псрядсчить -■ п^
Отключение сетеесго устрсйстез fcj Дизгностикз подключения >>
Имя Состояние Имя устройства Подключение Категория сети Владелец Тип
ЛВС или высокоскоростной Интернет (3)
affST _.„t
Ethernet Connection
-PiiSl P-i:-E o.qac.
*
Hamachi M^; Wi-Fi Connection
'■"еть 2 ^^5^^ Нет гсдг-ю'^ешн
4*5^ Hamachi Met/, crt: Interface X ^™ in'elr .V-Fi un» jIOj
[ Hamachi Network Interface I
и сеть:
IV " Центр управления сетями и общим доступом
Задачи
Просмотр компьютеров и
11одключиться к сети
Управление беспроводными
Установка подключения или
Управление сетевыми
подключениями
Диагностика и
восстановление
Центр управления сетями и общим доступом
IIMtUNt Несколько се-ей
(лот компьютер)
•7W Сеть (Частная сета)
Доступ
Подключение
\& Сеть 2 (Часшля сеть)
Доступ
Подключение
/"окаламая есть и Интернет
Ethernet Connect on
ТЛчько ло
Hamachi
кэльмая сеть
Й Общий доступ и сетевое обнаружение
Сетевое обнаружение О ею-,
Общий доступ к файлам О вю\
Общий доступ к об.цим О выел
гзпклм
Q -
Прссмстр полней карты
9
Интернет
Настройка
Пр с смотр
состояния
Н л тройка
Прссмстр
состояния
Настройка этой сети полностью аналогична локальной.
Дополнительные
возможности
Утилита Hamachi позволяет управлять сетью через Web-интерфейс. Для этого
нужно сначала зарегистрироваться , ввести имя учетной записи в настройках
программы (ссылка присоединить):
Программное обеспечемие
VPN-клиент LogMeln Hamachi, версия 2.0.1.66
Клиент
Идентификатор 096-635-301
Имя: aceffans.ru
Учетная запись
LogMeln:
Подключение и серверу
Тип: собственный протокол Hamachi
Адрес: std. hamachi. logmein. com: 12975
Авторское право J: 2004 - 2009 LogMeln, Inc. Бее права
изменит*^.,
присоед\_шь,
защищен-.!.
ок
Отмена
и зайти на сайт Hamachi.
Также эта утилита позволяет обмениваться сообщениями между пользователями
сети. Для этого щелкаем правой кнопкой мышки на пользователе, который
подключен к сети и выбираем пункт «Чат»:
^ I ппМрТп H^rrv:■>'"Ь}, - *
Система Сеть Справка
5.194.141.165
Acertans Client
acerfans.ru network
v acei* r mi.'-n 1 г
2 https://secure.logmein.com/RU/products/hamachi2/register.aspx
В окне пишем сообщения другим:
lUdfiktaQBi
•я*
Ф Acerfarts Client -j
Защищено посредством [AES-256]
Привет,Томиевич Андрей1
Также эта утилита позволяет настраивать сжатие трафика и шифрование:
Настроит интерфейса
[7] Показывать заставку при запуске
1 Сворачивать е область уведомлений
[ 1 Скрывать членов, не находящихся в сети
3 Включить чат
Соединения с одноранговыми узлами
Шифрование
Сжатие
Обновления програм!
13 Включить автомат
Дополнительные настро
включено »
любой ▼
иного обеспечения
гичесхое обновление
ики
ок
£ (
Отмена
На этом все.
УПРАВЛЕНИЕ
НАСТРОЙКАМИ
СЕТИ
Наверное, многим пользователям ноутбуков иногда приходится менять настройки
сети. Самый простой пример: если домашним ноутбуком пользуются как дома, так
и на работе. На работе одна сеть со своими настройками, а дома другая.
Позволю себе предположить, что не каждому хочется после тяжелого рабочего дня
копаться в настройках сети, чтобы посидеть в Интернете или посмотреть фильм,
который хранится на домашнем компьютере. Также не всем хочется с приходом на
работу в качестве этакой утренней зарядки сеть настраивать. Еще пример.
Владелец ноутбука иногда ходит к другу поиграть по сети, обменятся файлами. В
этом случае тоже не хочется что-то там настраивать во время каждого визита.
В таких случаях утилиты, которые позволяют создавать профили с настройками
сети, очень выручают. К таким утилитам относится Acer eNet Management.
Все бы ничего, но эта утилита не на всех ноутбуках работает, да и для
работы требует как минимум установки Acer Emowering Framework. К счастью, эту
утилиту можно заменить более простой и универсальной утилиткой NetSetMan.
Утилита эта бесплатна для некоммерческого использования.
Приступим к настройке этой утилиты
Настройка NetSetMan
Прежде чем настраивать эту утилиту неплохо бы её скачать и
установить. Скачать NetSetMan можно на сайте программы (http://www.netsetman.com).
Запускаем утилиту:
— " □
Профиль Опции Инструменты Помощь
SETO
SET2
SET3
SET4
SET5
SET6
Обновить ]р]
Dip
Получить IP-адрес автоматически
(о>) Использовать следующий IP-адрес
В
а
э
□ DNS-cepeep
Получить автоматически адреса C'NS
•Я) Использовать следующий адрес DN5
л -ч '
□ WINS<epeep
Дополнительно
□
□
□
□
□
□
Э □
Я □
а
а
а
в
а
'!Э
„ а
Принен.
Инфо
Закрыть
Non-Commercial Freeware
252
В главном окошке программы есть шесть вкладок — SETO .. SET6. Это и есть
профили с настройками сети. Их можно переименовать на что-то более
содержательное. Для этого щелкаем правой кнопкой мышки на вкладке и выбираем в
меню «Переименовать»:
Вводим имя профиля. Пускай это будет Дом . В этом профиле будут хранится
настройки домашней сети. Аналогично можно переименовать и другие профили.
В верхнем окошке выбираем сетевое подключение, через которое ноутбук
подключается к сети. Пускай дома мы подключаемся по Wi-Fi. Выбираем подключение
в меню:
Профиль Опции Инструменты Помощь
Дом
Работа
Друг
SETA
SETS
SET6
»Vi-Fi Connection flntelfRl PRO/Wireless 3945ABG Network Connection)
LAN ConnecOon (Broadcom Itf 0_лк (ТМ) Gigabit Ethernet)
'О' Использовать следующий IP-ад pec
DDNS<epeep
Получить автоматически адреса DNS
(о) Использовать следующий адрес DHS
П VVINS<epeep
И
И
D
□
□
П
П -I-es:
в п
в □
в
в
Обновить ]р]
а
а
а
- а
, а
Гвинеи.
Инфо
Закрыть
Non-Commercial Freeware
252
У этой программки есть такая очень удобная функция, как определение текущих
настроек сети. Для этого заходим в меню «Профиль» и выбираем пункт «Получить
все текущие настройки»:
Профиль Опции Инструменты Помощь
Профиль #: О
Переименовать
Отчистить параметры
Получить всеч^екущие настройки
Сохранить как Избранные
Загрузить Избранные
Показывать в списке доступных
□ DNS<epeep
Получить автоматически адреса Df'JS
<»> Использовать следующий адрес DfJS
□ WINS<epeep
ork Connection)
ополттельмо
SET4
SETS
SET6
В
в
в
в
□
D
□
□
Обновить 1R
а
а
а
' 'а
Та
Примен.
Инфо
Закрыть
Non Commercial Freeware
252
Отмечаем галочками те настройки, которые должны применятся при активации
профиля. То есть если галочкой настройку не отметить, то при активации
профиля она не будет изменена.
0ГР
О Получить IP-адрес автоматически
Ф Использовать следующий IP-адрес
IP-адрес 192 168. 1 3
Маска подсети 255.255.255.0
д Основной шлюз 192.168. 1 1
И DNS-сервер
Получить автоматически адреса DNS
>Ф) Использовать следующий адрес DNS
Предпочитаемый 192,168 ,1,1
q Альтернативный
□ WINS-cepeep
В
В
в
а
в
в
в
Раб. группа НОМЕ
Принтер Canon Inkjet PIXMA f
Дополнительно
а Имя ПК ASP№£
П :■•■:■-с ■*-
И
И
П
П
П
□
а
а
а
а
^ а
Инфо
Закрыть
Non-Commercial Freeware
252
Настраиваем также и другие профили. Например, на работе мы подключаемся
через проводную сеть:
Профиль Опции Инструменты Помощь
Дом
Работа
ДРУГ
I
SET4
SET5
SET6
LAN Connection (Broadcom NetUnk (IX) Gigabit Ethernet)
Обновить ]f* J
И IP
(j Получить IP-адрес автоматически
|ф) Использовать следующий IP-адрес
IP-адрес ю . о . о 111 В
+
О
Мэскаподсети 255.255.255.0
Основной шлюз Ю 0 0 1
В
В
SONS-сере ер
Получить автоматически адреса Df JS
ф> Использовать следующий адрес DNS
Предпочитаемый 10,0 , 0 , '
О Альтернативный
□ WINS-cepeep
В
Б
В
В
Дополнит ельно
D .•■■;■>-
П ■:•■■-*
ASPIRE
а
а
номе а
Canon Inkjet PIXMA iF * ' Э
Выключить
, а
бз^
Инфо
Закрыть
Non-Commercial Freeware
252
Чтобы активировать настройки профиля нажимаем на кнопку «Примен.» справа:
0IP
О Получить IP-адрес автоматически
!0< Использовать следующий IP-адрес
IP-адрес 192 168. 1 3
Маска подсети 255.255.255.0
д Основной шлюз 192.168. 1 1
И DNS-сервер
Получить автоматически адреса DNS
'•' Использовать следующий адрес DNS
Предпочитаемый 192,168 ,1,1
q Альтернативный
□ WINS-cepeep
В
В
В
в
в
в
в
Раб. группа НОМЕ
Принтер Canon Inkjet PIXMA f
Дополнительно
0 Имя ПК ASPIPJf
□ :■•■:■-с ■■*-
H
И
П
□
□
□
□
а
а
а
а
^ а
Инфо
Закрыть
Non-Commercial Freeware
252
Когда указание настройки вступят в силу, на экране появится такое вот
сообщение :
l*iST>
Готово
Р + Маска подсети
Основной шлюз
DNS<epeep
WINS
Сет. адаптер
ИняПК
Раб. группа
DNS Домен
Принтер Готово
Скрипт
Сетевой диск
Hosts
SMTP
Готово
Готово
Готово
Готово
Готово
[ Готово ]
Как видим, ничего сложного в настройке этой утилиты нет. Все просто и
понятно .
Химичка
г о г\
\—^\ /V
I Л
/4S7
\ w
^лр7
1
НЕКОТОРЫЕ МЕТОДЫ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ'
РЕАГЕНТЫ
И КАТАЛИЗАТОРЫ
Ацетальдегид
Поместите 260 мл 23% серной кислоты в 1500 мл колбу. Соедините капельную
1 Все прописи взяты из интернета. Возможно, не все они работоспособны, они не
проверялись , а только редактировались при помещении в журнал.
воронку с колбой, и подготовьте прибор к отгонке. Приемная колба должна быть
погружена в ледяносолевую баню.
Приготовьте раствор 100 г двухромовокислого натрия в 200 мл воды и 127 мл
этилового спирта. Поместите этот раствор в капельную воронку, трубка которой
должна быть на 3 см выше поверхности кислоты. Нагрейте кислоту, пока она не
начнёт кипеть, затем начинайте добавлять смесь в воронке к кислоте.
Нагревание нужно прекратить (экзотерм). Если пары уксусного альдегида начинают
улетучиваться из колбы-приёмника, регулируйте перегонку, уменьшая количество
добавляемого раствора бихромата. Если реакция не кипит сама по себе, мягко
нагрейте её в течение короткого времени, пока не начнется кипение.
Расчёт проводился на получение 0,5 л альдегида.
Прикинув, сколько надо будет спирта, бихромата и серной кислоты, выбор был
остановлен на каталитическом дегидрировании.
Катализатор из хромата
меди на асбесте2
В азотной кислоте растворяется расчётное количество меди, добавляется
нужное количество СгОз, данным раствором пропитывается асбестовая вата,
просушивается и неплотно забивается в керамическую трубку диаметром 2 см и длинной
60 см. Снаружи трубка обматывается нихромовой спиралью мощностью 1,2 кВт, а
поверх неё стеклотканью. Перед сборкой прибора включается на час для
разложения нитрата меди.
Прибор
Колба со спиртом, от которой пары спирта поступают в трубку. После трубки
стоит эффективный дефлегматор, флегма возвращается в колбу со спиртом. После
дефлегматора холодильник, колба для сбора конденсата, помещённая в снег, и
ещё один холодильник. Всё охлаждается ледяной водой.
Можно поглощать альдегид водным аммиаком, а потом выделить при прибавлении
серной кислоты. К прибору добавить колбу с 1,5 л раствора аммиака. Подводящая
трубка до дна.
Методика
Делаем катализатор, прибор, как описано, но сразу после дефлегматора ставим
колбу с аммиаком. Температуру в трубке поддерживаем в районе 280-310°С.
Обычно температура держалась в этих пределах сама. После нескольких дней стояния
на холоде, фильтруем кристаллы, разлагаем раствором серной кислоты и отгоняем
альдегид.
В колбе со спиртом постепенно накапливается вода и метилэтилкетон, что под
конец сильно снижает скорость дегидрирования. Наверное, стоит добавить
маленький дефлегматор и в колбу со спиртом, или использовать какой-нибудь
осушитель , вроде MgS04.
Затратив 3 л технического денатурата, 82 %, получаем путем перегонки 0,7 л
конденсата на эффективной колонке с кольцами Рихтера, 400 мл ацетальдегида,
■Ькип. 20,5-21,5°С. Храним в бутылке из под минералки, из неё он не улетучива-
2 Не хромита, это важно.
ется. Ну и грамм 500-600 альдегидаммиака.
Ацетилхлорид
Вот еще одно применение для хлора в уксусе, вычитанное из Губена3:
«Ярко выражается влияние теплоты также и при хлорировании уксусной кислоты
газообразным хлором в присутствии серы: если хлорирование ведется на холоду,
то образуется главным образом ацетилхлорид; при пропускании хлора в кипящую
смесь уксусной кислоты и серы образуется главным образом монохлоруксусная
кислота .»
Бензамид
Синтез проводится под тягой.
Реактивы:
• Карбонат аммония 2,7 г
• Хлористый бензоил 1.2 мл
В фарфоровой чашечке смешивают 2,7 г тонко измельченного карбоната аммония
с 1,2 мл бензоилхлорида (Осторожно! Бензоилхлорид обладает сильным
слезоточивым действием). Затем тщательно перемешивают стеклянной палочкой и нагревают
на водяной бане под тягой при перемешивании не менее 30 мин. Реакционная
масса становится сухой. К ней приливают немного воды (5 мл) , размешивают и
нагревают на кипящей водяной бане, причем следы бензоилхлорида удаляются с
водяным паром. По охлаждении отделяют выпавший бензамид на воронке с гвоздиком,
отжимают и кристаллизуют из 8 мл воды, т. пл. 130°С. Выход 0,9 г (74% от
теоретического) - бесцветные кристаллы без запаха.
Бензилхлорид
Бензилхлорид можно получить из бензинового спирта. Бензиловый спирт всегда
есть в любом химическом магазине, в то время как хлористый бензил можно
достать только под заказ, и то с большими сложностями.
Этим способом хлористый бензил получается без проблем, с выходом более 90%.
Вот что пишет на эту тему Вейганд-Хильгетаг в книге "Методы эксперимента в
органической химии":
«Относительно обмена спиртовой группы на хлор с помощью НС1 установлено,
что первичные насыщенные спирты плохо реагируют при нагревании в открытом
сосуде с концентрированной НС1 без катализатора. Между тем из бензинового,
коричного и аллилового спиртов таким способом с хорошими выходами получают
соответствующие хлориды. Эти спирты реагируют с концентрированной НС1 уже при
комнатной температуре. Во всех случаях применима реакция с концентрированной
НС1 и ZnCl2.
Растворяют 2 моль ZnCl2 в 2 моль концентрированной НС1, прибавляют 1 моль
спирта и кипятят с обратным холодильником 3-4 ч (при добавлении 5 моль спирта
кипятят 9 ч). После охлаждения отделяют верхний слой, галогенид кипятят в
течение 30 мин с обратным холодильником, добавив равный объем концентрированной
H2S04, отгоняют хлорид, промывают его водой, сушат над СаС12 и перегоняют.
3 Губен И. Методы органической химии. т.З (ориентировочно стр. 32 9).
При получении нестойких хлоридов, например циклопентилхлорида, нагревают 60
мин на паровой бане, промывают отделенный верхний слой водой, раствором
ЫаНСОз, водой и насыщенным раствором СаС12, сушат над СаС12 и перегоняют.
Низкокипящие алкилхлориды лучше отгонять из реакционной массы в процессе
продолжающейся около 1 ч реакции через служащий ректификационном колонной
вертикальный холодильник; при этом подачу охлаждающей воды регулируют так,
чтобы температура, показываемая термометром наверху холодильника, не
превышала температуры кипения алкилхлорида более чем на 2° С. Таким способом готовят
н-пропилхлорид (выход 70-72%) и н-бутилхлорид (выход 76-77% от
теоретическою) .
Вместо ZnCl2 применяют также СаС12, например, для получения циклогексилхло-
рида.
В многоатомных спиртах гидроксильные группы обменивают на хлор чаще всего
кипячением с концентрированной НС1 или пропусканием тока сухого НС1.
В 2л колбу поместить 500 мл бензинового спирта и 250 г ZnCl2, Закрыть
пробкой с двумя трубками. Трубку для подведения НС1 опустить почти до дна колбы и
пропустить НС1 через раствор со средней скоростью, поддерживая t=60-70°,
вторую соединить с поглотителем. В качестве поглотителя можно использовать
патрон от армейского противогаза - получается очень удобно, и никакой вони.
Для получения НС1 в 2 л колбу засыпать 1 кг NaCl, смочить соляной кислотой
и постепенно прикапывать 400 мл концентрированной H2S04 при слабом
нагревании. Окончание реакции определяют по прекращению поглощения газа и окончании
разогрева раствора. На всё уходит около двух часов. Необходимо добавить, что
раствор нужно интенсивно перемешивать, например трясти колбу.
К концу реакции раствор состоит из двух слоев: раствора ZnCl2 и хлористого
бензила. Эти вещества взаимно хорошо растворимы, для промывки лучше
использовать эту смесь без разделения; при разбавлении раствора ZnCl2 водой
выделяется растворённый в нём хлористый бензил и повышается выход.
Для промывки хлористого бензила, по окончании реакции через газоподводящую
трубку пропускаем довольно сильный ток воды из-под крана, следя, чтобы
продукт не уносило водой. Промывку вести не менее 30 минут, за это время
полностью вымывается ZnCl2, HC1, и остатки бензинового спирта. Отделяем продукт и
сушим MgS04.
Выход более 90 %, из 500 мл бензинового спирта - 500 мл продукта.
Хлористый бензил получается достаточно чистым для реактива Гриньяра, его не
нужно перегонять или дополнительно очищать.
Ещё раз напомню, что колбу с раствором НУЖНО ОХЛАЖДАТЬ! Если температура
поднимется слишком высоко, то пойдут процессы конденсации с сильным
разогревом и возможен выброс, а хлористый бензил вещь очень противная, особенно на
потолке.
Если хотите, то можно ещё упростить методу, используя соляную кислоту, но в
этом случае продукт будет содержать некоторое количество бензинового спирта.
Для реактива Гриньяра без дополнительной очистки и перегонки он, скорее
всего , не подойдёт, а в остальных случаях вполне пригоден.
Бензонитрилы
Способ 1
Из бензойных кислот.
о-хлорбензонитрил
(RC00)2Zn + Pb(CNS)2 = 2RCN + ZnS + PbS + 2C02
Наилучшие выходы дает применение вместо свободной кислоты ее цинковой соли.
Эта реакция не применима для: амино-, нитро-, оксикислот, но может быть
использована в случае бромбензойной или хлорбензоинои кислот.
К горячему раствору 50 г NaOH в 400 мл воды прибавляют 195 г о-
хлорбензойной кислоты. Осторожно нейтрализуют NH3 или содой и при нагревании
прибавляют 105 г (101 г теоретически) ZnS04 в 400 мл воды. Выделяющаяся
цинковая соль сушится продолжительное время при 200°С и тщательно смешивается с
205 г Pb(CNS>2- Полученную смесь кофемолят и сушат при 120-140°С в течение
продолжительного времени, затем нагревают в реторте на голом пламени горелки
или на газу, при этом смесь плавится и выделяются газы.
Перегоняющийся нитрил для очистки обрабатывают NH3, перегоняют с паром и
высаливают. Выход 137 г (80 % от теор.) tnn = 43-46°С, tKnn = 232°С
Перегонка смеси солей занимает обычно 30-60 мин, но длительность сушки
делает метод довольно затяжным.
Способ 2
Из амидов бензойных кислот и
сульфаминовой кислоты.
Предлагаю Вашему вниманию господа еще один интересный способ получения
ароматических и не только нитрилов. Теперь уже из амидов кислот. Способ
получения о-хлорбензонитрила хорош, но имеет несколько недостатков. Он весьма
длителен, трудоемок и относительно дорог. В настоящем способе этих недостатков
нет, кроме того, он менее чувствителен к влажности реагентов. В оригинальной
литературе дан пример для бензонитрила, но он работает так же и на примере о-
бромбензонитрила.
Получение нитрилов из амидов и сульфаминовой кислоты.
Амид тщательно смешивают с сульфаминовой кислотой и смесь в течение 10—20
мин. при энергичном перемешивании нагревают на масляной или воздушной бане
при 180—200°С. Летучие нитрилы отгоняются, в случае нелетучих реакционную
массу, по охлаждении обрабатывают водой и нитрил извлекают подходящим
растворителем.
Выходы нитрилов очень хорошие.
RCONH2 + HOS02NH2 = RCN + HOSO2ONH4
В качестве примера приводим метод получения бензонитрила:
Тщательно растертую смесь 12,1 г (0,1 моля) бензамида и 14,55 г (0,15 моля)
сульфаминовой кислоты помещают в колбу Вюрца и последнюю нагревают на
масляной бане, причем температуру поднимают до 200°С в течение 20 мин. При
температуре бани 203°С начиняется отгонка, заканчивающаяся при 230°С, на что
тратится обычно около 20 мин. Собранный отгон перегоняют получая 8,44 г
бензонитрила (82% от теоретического) с т. кип. 185—186°С.
о-бромбензонитрил
50 г о-бромбензамида и 35 г (25 г расчетное кол-во) сульфаминовой к-ты
тщательно перемешивается и нагревается в колбе Вюрца. При 250-255°С начинается
отгонка, которая заканчивается при 285-295°С на что уходит 1,5-2 часа.
Собранный отгон перегоняют получая ~ 36 г (80% от теор.) о-бромбензонитрила, тр
= 53-57°, Ьр = 251-253°.
Способ 3
Способ 2 усовершенствованный,
с получением бензамидов in situ.
В сущности, то же, что и выше, за одним исключением - никаких амидов
получать не надо. Оные формируются in situ4 из кислоты и мочевины.
Даже сульфаминовую кислоту, как указано в Примере 2, можно получать in situ
из хлоросульфоновой к-ты и той же мочевины.
Пример 1.
Patent GB2151626
Смесь 396 г (6.6 моль) мочевины, 639 г (6.59 моль) сульфаминовой кислоты и
700 г (3.30 моль) 3,4,5-триметоксибензойной кислоты нагреты при 190 °С в
течение 4 часов.
Реакционная смесь охлаждена к комнатной температуре, после чего добавляют
1.5 л воды, 5 л из толуола и 100 г карбоната кальция. Образовавшийся 3,4,5-
триметокси-бензонитрил переходит в фазу толуола. Реакционная смесь нагрета
при 100 °С 20 мин., охлаждена к комнатной температуре, после чего добавлены
200 мл концентрированного водного раствора гидроксида аммония и 25 г
активизированного древесного угля. Раствор отфильтровывается, и фильтрат
разделяется на органический и водный слой. Фаза толуола выпарена в вакууме. Остаток
взвешен в 1.5 л ацетона, добавляют 25 г активированного древесного угля,
смесь нагрета и фильтрована. Фильтрат выливают в воду под перемешиванием,
осаждённый продукт отфильтровывается и сушится. Выход - 510 г 3,4,5- триме-
токсибензонитрила, 80%, тр.: 93 °С.
рН водного фильтрата отрегулирован к 2 добавлением концентрированной
соляной кислоты при перемешивании. Смеси позволяют отстояться, осаждённый продукт
отфильтровывается, промыт водой и высушен. Получают обратно 35 г 3,4,5-
триметокси-бензойной кислоты; эта кислота заново используется для
изготовления 3,4,5-триметоксибензонитрила. Степень конверсии кислоты - 84%.
Пример 2.
К 18.0 г (0.3 моль) мочевины 20.49 г (0,18 моль) хлоросульфоновой кислоты
добавлены по каплям при температуре ниже 50 °С с перемешиванием и водным
охлаждением. Смесь нагрета до 100 °С и перемешана при этой температуре, пока не
прекратилось выделение газа.
21.2 г (0.01 моль) 3,4,5-триметоксибензойной кислоты были добавлены, и
реакционная смесь перемешана при 190-200°С в течение 4 часов, затем охлаждена к
комнатной температуре, и были добавлены 100 мл 10% раствора гидроксида
натрия.
Образовавшаяся суспензия отфильтровывается, продукт промывается на фильтре
водой и сушится. Таким образом получают 15 г 3,4,5-триметокси-бензонитрила,
In situ (лат. на месте) - в химии выражение обычно означает «в реакционной смеси».
выход 77.7 %, тр.: 92 °С.
После перекристаллизации из метанола получают 12.5 г 3,4,5-триметокси-
бензонитрила, тающего при 94°С, выход 64.7 %.
Бромистый циан5
Метод6 1
KCN + Br2 = BrCN + KBr
Смесь 62,6 г (0,39 моль) брома и 30 мл воды охлаждают до 0 °С и при
энергичном перемешивании прибавляют в течение 50 минут раствор 24,3 г (0,4 96
моль) 89% цианистого натрия7 в 160 мл воды, поддерживая температуру массы не
выше 20 °С. Конец реакции определяют по полному исчезновению окраски брома.
Приливают 260 мл хлороформа, хорошо перемешивают и отделяют хлороформный
раствор. Водный слой экстрагируют хлороформом (2x50 мл) Хлороформные растворы
сушат хлористым кальцием, фильтруют.
Метод 2
а) Синтез проводят в колбе на 1 л, снабженной механической мешалкой. В нее
вносят 26 мл брома и 12 мл воды. Затем из капельной воронки прибавляют
раствор 43 г KCN в 70 мл воды (причем оставляют 12 мл) при охлаждении льдом.
Затем отгоняют бромциан, нагревая колбу на водяной бане (при 60-65 °С.)
После затвердевания продукт отделяют от воды. Выход 40,2 г.
б) В колбе с магнитной мешалкой смешивают 3 мл брома с 50 мл воды и
прикапывают из капельной воронки раствор 4 г KCN в 30 мл воды. Затем отгоняют 20
мл дистиллята, который охлаждают и отфильтровывают 1.8 г белых кристаллов
BrCN.
Хлорацетон8
Свойства хлорацетона: бесцветная, сильно слезоточивая жидкость с плотностью
1,15 г/см3. Температура плавления = -44,5 °С, кипения = 119 °С. Растворим в
воде, этаноле, эфире, хлороформе.
Метод 1
Ввиду того, что ацетон растворим в воде, автору представилось
интересным проводить хлорирование in statu nascendi9.
В плоскодонную колбу емкостью 10 л поместили 1000 мл ацетона, 1200 мл
соляной кислоты, колбу поместили на магнитную мешалку и тонкой струйкой приливали
5 Бромистый циан является сильнейшим ядом. Вдыхание его паров вызывает смерть.
Хранить его нельзя - при стоянии может спонтанно разложиться со взрывом (или стать
нестабильным) . Естественно, все вышеуказанные эксперименты можно проводить только в
вытяжном шкафу.
6 Рубцов М.В., Байчиков А.Г. "Синтетические химико-фармацевтические препараты"
(1971).
7 Возможно эта реакция в точности так же работает и с кровяной солью.
8 Хлорацетон - сильный лакриматор, возможно канцероген. Все работы вести в вытяжном
шкафу.
9 In statu nascendi (лат.) - в состоянии зарождения, возникновения.
8 литров бытового отбеливателя "белизна" Р=1.08 (водный раствор гипохлорита
натрия). По окончании внесения отбеливателя колбу оставили на 1 час на
мешалке, затем через воронку присыпали карбонат натрия до прекращения вспенивания,
Затем начали перегонять, собрав первые 2100-2200 мл дистиллята. Отгон
поместили в подходящую посуду, засыпали большим количеством хлористого кальция и,
не дожидаясь застывания последнего, разделили, отбросив нижнюю фазу. Верхний
слой оставили на ночь над хлористым кальцием, а затем разогнали с небольшим
дефлегматором, получив 250-300 мл титульного продукта в виде бесцветного
масла с незабываемым запахом. Р=1.15, Ьр=121 °С. Продукт10 нестоек, склонен к
окислению и полимеризации, однако хранился в холодильнике в бутыли темного
стекла в течение недели без заметных изменений.
Метод 2
150 мл ацетона, 50 мл воды, 12 г хлорида меди. Медь естественно двуххлори-
стая СиС1г ибо в процессе реакции она отдает хлор и переходит в однохлористую
CuCl.
6 г хлорида лития перемешивают при 20 °С в течение 5-24 часов. Смесь
перегоняют. Сначала отгоняется непрореагировавший ацетон при 56 °С, потом азео-
троп хлорацетон-вода при 89 °С, потом хлорацетон при 121 °С. Более высококи-
пящие фракции содержат дихлорацетон и т.д. Отгон перегоняют над хлористым
кальцием. Хлорацетон11 должен быть стабилизирован 1% карбонатом кальция или
0.1% воды, в случае если он будет храниться, так как он образует взрывчатую
смесь.
Метод 3
В колбу загружают 500 г ацетона и 125 г измельченного в порошок мрамора.
Охлаждают проточной водой и пропускают в реакционную массу умеренный ток
хлора, при этом добавляя по каплям 315 мл воды. Температура реакционной смеси
должна быть не выше 30 °С и не ниже 10 °С. После растворения почти всего
мрамора температуру повышают до 40 °С и поддерживают ее в течение нескольких
часов до окончания выделения СОг. Следят за тем, чтобы в смеси все время
оставался мрамор, в случае надобности его добавляют в небольшом количестве. По
окончании реакции отделяют в делительной воронке образовавшийся верхний слой
и подвергают его фракционной перегонке, собирая продукт с температурой
кипения 118-120 °С.
Бромаце тон12
Плотность = 1,6 г/мл. Т. кип = 136,5 °С с разложением.
Комплексное соединение диоксана с бромом — диоксандибромид применяется с
успехом в ряде случаев, где бромирование свободным бромом не дает
удовлетворительных результатов13.
Этот хлорацетон сильно загрязнён дихлоридом ацетона, который нельзя отделить
фракционной перегонкой. Чтобы получить более чистый продукт, необходимо увеличить
пропорцию ацетона к хлорирующей смеси.
11 Этот хлорацетон тоже не свободен от дихлорида.
12 Бромацетон (мартонит) — боевое отравляющее вещество, относящееся к группе лакри-
маторов.
13 см. А. П. Терентьев и Л. А. Яновская. Применение галоидсодержащих соединений для
заместительного галоидирования органических веществ. Сб. «Реакции и методы
исследования органических соединений», т. 6. Госхимиздат, М., 1957, стр. 71.
Комплексное соединение диоксана с бромом - диксандибромид — было описано А.
Е. Фаворским в 1906 г. (ЖРФХО, 38, 741 (1906) . Диоксандибромид (получается
при непосредственном смешении эквимолекулярных количеств брома и абсолютного
диоксана на холоду) представляет собой кристаллическое вещество оранжевого
цвета с т. кип. 66 °С. Вполне устойчив в отсутствие влаги; медленно
разлагается холодной водой. Хорошо растворяется в диоксане и пиридине, хуже — в
хлороформе , спирте и эфире.
Бромирование диоксандибромидом производится простым смешением его с броми-
руемым веществом в растворе или без растворителя, в различных температурных
условиях (при охлаждении, при комнатной температуре или при нагревании), в
зависимости от природы вещества. Выделяющийся по реакции бромистый водород
большей частью удерживается диоксаном.
Способ 1
1. Диоксан дибромид
В колбу на 100 мл наливают 20 мл (20,6 г) диоксана (ч.) и при несильном
охлаждении из капельной воронки постепенно прибавляют 12 мл (37,4 г) Вг2 (ч.) .
При этом содержимое колбы полностью кристаллизуется.
2. Получение бромацетона
К полученному ДДБ по каплям при комнатной температуре добавляют 17 мл (14
г) ацетона (чда.) при этом происходит растворение ДДБ, а затем полное
обесцвечивание раствора. К полученному раствору добавляют 20 мл воды хорошо
перемешивают , а затем нейтрализуют связанную диоксаном НВг концентрированным
раствором ЫагСОз (если не добавить воды вначале, то прибавление р-ра соды вызовет
немедленное осмоление реакционной массы). Затем смесь промывают 3-4 раза
небольшими количествами воды (таким образом вымывают диоксан из бромацетона),
при этом последний раз используют дистиллированную воду. Бромацетон
получается в виде бесцветного тяжелого масла. Выход количественный (20 мл, 32 г.) Он
не растворим в воде и при промывании всегда образует нижний слой. Сушат его
исключительно MgS04 т.к. любые карбонаты вызывают его немедленное осмоление.
Он очень плохо хранится, даже застабилизированный небольшими количествами
воды через неделю он полностью чернеет. При более длительном хранении он
становится вязким и с трудом вымывается даже хлороформом. Так что лучше всего его
использовать немедленно.
Способ 2
В 500 мл колбу помещаем 30 мл (0,33 М) свежеперегнанного диоксана, при
взбалтывании приливаем 15,5 мл (0,3 М) брома. Масса довольно сильно
разогревается. Охлаждаем до комнатной температуры и за раз приливаем 25-30 мл (0,33-
0,4 М) ацетона. Через несколько секунд масса сильно разогревается и
происходит энергичное выделение НВг. Выдержка 5 минут и приливаем воду до 400-450
мл. Тщательное взбалтывание несколько минут для отмывки, а потом отсасывание
бромацетона шприцом с трубкой. Выход бромацетона 15 мл (0,18М), 60% на бром.
Полученный продукт содержит примеси НВг, диоксана, воды и ацетона, но
повторная промывка нежелательна: если при первоцй промывке продукт собирается
на дне, не смачивая стекло (как ртуть), причём плёнки на поверхности воды не
образуется, (отсюда и почти полное отсутствие паров), то при второй промывке
продукт становится не намного чище, но образуется плёнка на воде, со всеми
вытекающими последствиями...
Бромсукцинимид
Сукцинимид
В 1-литровую колбу, оснащенную отводои длиною 40 см и внутренним диаметром
не менее 10 мм (прим. 1) , помещено 236 г (2 моль) янтарной кислоты. Потом,
медленно и при встряхивании, туда заливают 270 мл (234 г, 4 моль) 28%
охлажденного раствора аммиака. Почти вся кислота растворяется, образуя прозрачный
раствор. К отводу присоединяют 500 мл бутыль-приемник, охлаждаемую водой.
Далее ведется нисходящая отгонка. Смесь осторожно нагревают на открытом
пламени. Происходит немедленное полное растворение и вместе с первыми порциями
дистиллята вылетает несвязанный аммиак. Температуру повышают до 100 °С и
держат ее таковой, пока не соберется 200 мл дистиллята. После этого пламя
усиливают; начинается разложение получившегося в смеси сукцината аммония с
выделением аммиака; температура падает до 97 °С пока собирают следующие 30 мл
дистиллята. Когда температура повышается до 102 °С, приемник быстро заменяют на
новый и собирают фракцию интервала 102-275 °С.
Полученный сукцинимид затем перегоняют при 275-289 °С. В колбе
(естественно, той, которую нагревают) происходит образование черной смолы; дистилляцию
прекращают когда эти смолянистые субстанции начинают разлагаться с
образованием желтой пены.
Полученный сырой сукцинимид весит 178 г. Его перекристаллизовывают из 95%
этанола, рассчитывая 1 мл на 1 грамм продукта. При перекристаллизации смесь
охлаждают за несколько часов до фильтрации до 0 °С, а при фильтрации
промывают 25 мл охлажденного этанола. Это дает 163-164 г продукта. Из маточного
раствора потом можно вытащить еще 4-5 г сукцинимида (прим. 2). Продукт плавится
при 123-125 °С и не содержит кристаллизационной воды.
Примечания:
1) При меньшем внутреннем диаметре отвод может засориться кристаллами
перегоняемого сукцинимида.
2) Для этого маточный раствор упаривают и перекристаллизовывают из
холодного этанола.
N-бромсукцинимид
1,62 моль (160 г) сукцинимида растворяют в смеси 1,6 моль (64 г) гидроксида
натрия, 300 г колотого льда и 400 кубов воды. Смесь охлаждают на ледяной бане
и добавляют 85 мл (1,65 моль, 264 г) брома при перемешивании. Перемешивание
продолжают 2 минуты, затем выпавший продукт отфильтровывают и промывают
ледяной водой. Сушат в эксикаторе. Выход 75-81%.
Не старайтесь особо чистить продукт. Будучи желтым (от примесей брома) и
вонючим, он прекрасно работает.
Бутилнитрит
Смесь 45 мл воды и 63 мл серной кислоты (конц.) охлаждается до 0 °С. Затем
добавляется 160 мл бутилового спирта. К полученной смеси приливают раствор
нитрита натрия (165 г нитрита + 650 мл воды). В результате реакции выделяется
маслянистый слой. Полученный бутилнитрит хранить на холоде.
Примечание:
Вместо бутилового спирта в этой реакции можно применять пропиловый, изопро-
пиловый, амиловый и т.д. спирты. Только молярные пропорции нужно пересчитать.
Реактив Гриньяра.
Хитрости и советы
Реакция Гриньяра — металлорганическая химическая реакция, в которой арил-
или алкилмагниигалогениды (также называемые реактивами Гриньяра) действуют
как нуклеофилы, атакуя электрофильный атом углерода с образованием углерод —
углеродной связи. Реакция Гриньяра — важный метод создания углерод-углеродных
связей, а также связей углерод-гетероатом (Р, Sn, В, Si и др.)
Реактивы Гриньяра обычно синтезируют в абсолютном простом эфире (диэтило-
вом, диамиловом или тетрагидрофуране) реакцией металлического магния с арил-
или алкилгалогенидом (обычно применяют иодиды или бромиды; хлориды применяют
редко, а фториды к реакции с магнием не способны).
Некоторые реактивы Гриньяра (например фенилмагнийбромид) являются
коммерчески доступными в виде растворов в диэтиловом эфире или тетрагидрофуране.
1) Взаимодействие металлического магния с органическими галогенидами.
RX + Mg -> RMgX
2) Трансметаллирование других металлорганических соединений (например ли-
тийорганических).
RLi + MgX2 -> RMgX + LiX
* * *
Я работал с бромбензолом, т.е. довольно реакционно-способным соединением.
Реакция никак не хотела запускаться, целых четыре часа, вместо обычных 10
минут.
На будущее рекомендую всем, чтобы не сталкиваться с подобными проблемами,
выполнять несколько простых вещей:
1. Максимально очистить эфир от спирта: встряхивание с насыщенным растворим
СаС12 (половина от объёма эфира), с последующим стоянием над безводным
СаС12.
2. Тщательное обезвоживание всех компонентов; эфир - выдержка как минимум 2
недели над безводным MgS04, или металлическим натрием.
3. Предохранение магния от влаги, не храните его в сыром помещении!
4. По возможности используйте чистый магний, а не его сплавы (например,
электрон, с ним реакция запускается хуже).
5. Вся посуда должна быть абсолютно сухая.
6. Активизация ВСЕГО магния: в реакционную колбу кидаем несколько
кристаллов йода, всего с горошину, и засыпаем магний. После колбу нагреваем на
плитке до появления обильного черно-фиолетового дыма. Колба изнутри
должна покрыться тёмным налётом, нагреваем ещё некоторое время, затем
даём колбе охладиться, чтобы рука терпела и начинаем прилив реактивов.
7. Использование в реакции раствора реактива в эфире нужной концентрации.
Не рекомендую выливать в колбу весь эфир, а затем прикапывать реактив -
реакцию много труднее запустить.
8. Не перемешивайте реакционную смесь до запуска реакции во всей массе.
Часто реакция начинается маленькими очагами, и при перемешивании вновь
останавливается.
Ещё добавлю, что не следует приливать сразу более трети реактива,
необходимо дождаться запуска реакции. В противном случае всё это легко выходит из под
контроля и начинаются плевание эфиром или реакционной смесью.
Если Вы всё это выполните, то реакция довольно легко запускается, и не
придётся долго, долго ждать.
Насчёт сушки КОН - весьма рекомендую. Сам я храню эфир над КОН, чем убиваю
сразу трёх зайцев:
1. Эфир всегда абсолютно сухой
2. В нём не образуется перекисей
3. Поглощаются остатки спирта
Насчёт запуска реакции бромом - никакого преимущества по сравнению с йодом
нет, а работать сложнее и более вонючее. Используйте, если только нет йода.
Абсолютирование эфира
Как правило, эфир из бочки, и в нем достаточно всяких приммесей...
Вариант 1
Долго промываем раствором СаС12, сушим им же, кипятим над КОН, потом над
Na.
Из-за того, что в воде эфир не так уж и плохо растворяется, это не очень
выгодно.
Вариант 2
Любой эфир сначала кипятится над пятиокисью фосфора, перегоняется над ней и
кипятится над Na, подкидывая его (точнее, проволоку или раскатанные кусочки)
до тех пор, пока металл не перестанет съедаться. После чего перегоняем над
свежим натрием. Храним - над натрием!
Достоинство - эфир любого происхождения можно довольно быстро довести до
состояния, годного в Гриньяр.
Недостаток - расход пятиокиси и натрия (пусть не очень большой, но все
Ж6 • • • ) •
Вариант 3
Годится для регенерации эфира из синтезов.
Сначала грязный эфир кипятится над КОН, перегоняется над ним, перегоняется
над пятиокисью фосфора (потребляется гораздо меньше, чем в варианте 2, но это
еще и от специфических примесей в отработанном эфире зависит) и, после этого
- опять кипятится над натрием как можно дольше.
Для химиков, работающих с комплексами и прочими катализаторами приходится
кипятить эфир в инертной атмосфере (или ТГФ) над натрием с добавлением бензо-
фенона - тогда появление синей окраски раствора (натриевое производное бензо-
фенола) говорит об абсолютной сухости растворителя и отсутствии следов
кислорода. Возможно, для обычных Гриньяров это необязательно. Кстати, удобный
способ хранения - пока раствор синий, его можно использовать (перегонка перед
использованием), если нет - заново очистка с кипячением...
Активация магния
Замечательные результаты дает растирание магния в ступке (можно с кусочками
стекла) для расплющивания стружек и появления серого налета Мд на фарфоре
ступки и серебристого цвета стружек. Затем возгонка кристаллика йода при
перемешивании магния прямо в колбе (нагревом колбы). Необходимо добавить
немного 1,2-дибромэтана (сухого!) для активации и маленькой капли ртути (или
немного сулемы, но ее трудно достать). Удается приготорить Гриньяр из пропар-
гилбромида в эфире при тепературах -10...-15 градусов. Причем особую важность
имела именно активация ртутью (без неё синтез не шел). Есть методы
"сопровождения", когда трудно реагирующий галогенид прикапыват вместе с 1,2-
дибромэтаном, но это экзотика.
В 500 мл колбу наливают 100 мл эфира, добавляют 19,2 г магниевой стружки и
несколько кристалликов иода. Начинают перемешивание и по возможности
максимально быстро приливают раствор 83 мл (125 г) бромбензола в 200 мл эфира, но
так что бы ОХ не захлебывался.
Сразу перемешивание никто никогда не начинает. Гриньяра главное запустить -
а это порой бывает непросто. Особенно, когда сушат эфир хлористым кальцием и
тут же запускает в реакцию.
Сушить только металлическим натрием не меньше трех дней. И следите за
давлением в банке - все-таки при этом выделяется водород, который нужно
стравливать .
Как запускают Гриньяра? Приливают раствор скажем бромбензола в эфире - 5
мл, не больше, и ждут начала реакции. Никакого перемешивания - слой тяжелого
галогенида должен сидеть на магнии. Реакция не начинается - подогреть,
добавить йода, или 1 мл дибромэтана. Раствор начал мутнеть и разогреваться - все,
реакция запустилась, теперь можно начать перемешивание и по капле приливать
остальной галогенид. Медленно приливать - конденсат должен капать из
обратного холодильника со скоростью 1-2 капли в секунду, ну уж никак не струей. Чем
быстрее добавляешь - тем меньше выход магнийорганики и больше образуется ди-
мера (например, из бромбензола - бифенил) . При быстром добавлении - выход
магнийорганики 60%, при медленном 95%.
Возможно можно проводить Гриньяра не в эфире, а в бензоле-толуоле-ксилоле.
Есть такая методика. На моль магния добавляют 1-1.5 моля ТГФ, и проводят
реакцию с магнием обычным образом в бензоле (Chem. Ind. 1965, р. 426).
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Электроника
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ДИЭЛЕКТРОМЕТР
А.Г. Карпов, Н.В. Егоров
Описано устройство для определения электрических параметров
диэлектриков с использованием метода импульсной поляризации,
работающее на линии с э.в.м., подключение к которой обеспечивается
по универсальной последовательной линии передачи информации.
Учет формы диэлектрометрического отклика позволил значительно
сократить время измерения. Существо метода измерений состоит в
регистрации моментов времени пересечения эквидистантных порогов
напряжения с разрешением 10~7 с. Задание порогов осуществляется
12-разрядным цифроаналоговым преобразователем с ценой деления
2.5 мВ. Погрешность измерений составила <1%.
Поляризация диэлектриков, определяющая их электрические свойства,
исследуется при воздействии на них переменных полей различной частоты [1-3]. В
некоторых случаях воздействие осуществляется с помощью импульсных полей, что
позволяет проводить исследования времен релаксации от 10~10 до 10~5 с [3, 4].
Наиболее простое и эффективное устройство для выполнения такого рода
измерений описано в [5]. Алгоритм работы устройства ориентирован на высокую
скорость спада, когда скорость измерений определяется быстродействием
регистрирующих устройств (например, скоростью ввода в э.в.м.), и не учитывает форму
диэлектрометрического отклика, который имеет высокую скорость спада на на-
чальном участке, а затем - более низкую. На пологом участке отклика, когда
времена достижения откликом следующего уровня напряжения уставки, задаваемого
цифроаналоговым преобразователем, могут достигать десятков минут (а то и
часов) , такой алгоритм, рассматривающий измерение временного интервала
достижения каждого отдельного уровня как существенно отдельное обособленное
измерение, не эффективен. Но именно измерения на пологом участке позволяют
определить времена релаксации в низкочастотной области, что особенно важно для
исследования и контроля изделий из композитных материалов и где метод
импульсной поляризации имеет особенные преимущества [3].
Так, пусть скорость спада на начальных 128 уровнях (из общего числа 256
уровней при 8-разрядном кодировании напряжения уставки) в среднем составляет
Vi = 1 уровень/мс (или 40 В/с) и превышает скорость регистрации информации, а
на последующих 128 уровнях скорость спада составляет в среднем V2 = 1
уровень/мин (или «0.7 мВ/с) и меньше скорости регистрации измерений. Тогда, как
нетрудно подсчитать, время измерения диэлектрометрического отклика составит
128 * 128
п = 1 т = 1
= 8.256 с + 8256 мин - 5.7 суток,
где ди - интервал по напряжению между соседними уровнями (в данном случае
40 мВ) . Но на участке, где скорость регистрации адекватна скорости спада
диэлектрометрического отклика, измерения можно проводить, лишь однажды подав
питание на измерительный конденсатор в начале участка. Тогда время измерения
128
^М2=Х(ПЛ^/У'+(128А^/У2 =
п = 1
= 8.256 с + 128 мин = 128 мин.
Таким образом, время измерения уменьшится в 64 раза и составит приемлемую
величину ~2 ч. При этом необходимо использовать разные алгоритмы измерений
для крутого и пологого участков диэлектрометрического отклика и обеспечить
автоматическое переключение соответствующих режимов работы устройства.
Ниже описано устройство (рисунок), позволяющее регистрировать с высокой
точностью изменение тока во времени при заряде измерительного конденсатора
Сх, в который помещается исследуемое изделие (или материал) с временами
релаксации от 10~7 с до 7 мин. Основные структурные узлы устройства: генератор
на 10 МГц М13, счетчик-таймер М1-М8, буферный регистр счетчика-таймера М9-
М12, универсальный асинхронный приемопередатчик (у.а.п.п.) М23-1, М24, М27
(на рисунке показан вариант подключения к э.в.м. по токовой петле), счетчик
цифроаналогового преобразователя М32-М35, цифроаналоговый преобразователь
(ц.а.п.) М36-М38, аналоговый тракт М28-М31 и логическое устройство
управления. Устройство питается напряжениями +5, +15, -15 В.
Схемы ввода/вывода по последовательному интерфейсу позволяют подключать
устройство практически к любым э.в.м., обычно комплектуемым узлами
последовательного ввода/вывода информации. Высокая точность получения информации
достигается благодаря применению 12-разрядного ц.а.п. М36, а также использованию
32-разрядного счетчика-таймера для измерения интервалов времени изменения
тока заряда измерительного конденсатора Сх от Imax до 1уст (1уСт соответствует
напряжению уставки, задаваемому ц.а.п.: UycT = 1уСТКэ) , "вес" младшего разряда
счетчика-таймера составляет 0.1 мкс. Общая погрешность измерений не превышает
1%. Весь диапазон напряжений разбит на 4096 интервалов, что позволяет при
опорном напряжении Uon = 10.24 В получать значения уменьшающихся напряжений
UVCT с шагом 2 .5 мВ.
м.
+ 1
14
ST
rd
+ i
ст
12
14
ст
12
Mt)
ЛС
16 ДО
19 D/
15 D2
12 Di
ZV
9 D5
06
D7
С
ft
ST
RD
У4
DO
Dl
m
D3
D4
D5
Dt,
D7
+ 1
Л/,-,
M,
14
Сравнение
+ 1 ЦЛП
Сброс
м
23.5
rth
13
15
СТ
RDI 1
ft£>2 2
Ш 3
RD4 4
150 п Л/22-1
Г
680
4 s
к
г
-и
470
10 МГц
470
/XI
£>/
D2
D1
1)4
/?5
D7
+ 1
ST
DO
Dl
D2
D3
D4
D5
Db
D7
С
+ 1
ft
ST
RD
Ул
Mr
W,4 Г|_[
Мц-1 ^
m;
10
f mapm
Mn.A Mn_2
&l ■■ II
p
Jl
10
:iH
820
M1K
9 40
I 26
2 27
3 28
4 29
S 30
Принимаемые данные
СПД
Д
fix
КПД
ДПР
^™ J..J, Н М
Л*м 2 " П П 2 К
/ор| сутр [111 UU ^
12 * 1 R Т
Д " I S I
Вых , D
ЧТС
ОПР
ЧТД1
ДПД
ш Сброс
Л/,
1-3
Сброс
р*л
iB
ю
-d
10
ГПР 12. I S!lH s ^270n
д/7д i lS>> Передаваемые данные^
I . ,—— Питание в э. в. м. _ -i
Передаваемые данные^
+ 12
Питание в э.в.м.,
620
Питание приемника от э.в.м.,
.С г
ISO к
+ / ЦАП
Сброс
Принципиальная схема устройства. М1-М8 - К555ИЕ7; М9-М12 - К555ИР22;
М13 - К555ЛАЗ; М14 , М15 - К555ТМ2, М16 - К561ИЕ9; М17-М20, М26, М27
- К555АГ1; М21 - К555ЛИ1; М22, М34 , М35 - К555ЛН1; М23 - К555ТЛ2;
М24 - К581ВА1; М25 - К555ЛА18; М28, М31 - КР554САЗ; М29-К561КТЗ; МЗО
- К544УД2; М32, МЗЗ - К561ИЕ10; М36 - К1108ПА1; М37, А/38 -
К140УД14; транзистор - КТ815; стабилитрон - Д818Е.
Конденсатор с исследуемым диэлектриком включается последовательно с
эталонным сопротивлением Rs, которое может варьироваться от 10 до 100 МОм в
зависимости от исследуемого материала для максимальной устойчивости работы схемы.
При включении питания элементами М23-5 и М23-6 вырабатываются сигналы
сброса, приводящие устройство в начальное состояние: у.а.п.п. М24 программируется
и приводится в рабочее состояние, триггеры М14, М15-1, и М15-2 сбрасываются в
"О", сигнал «Старт» имеет нулевой уровень, а сигнал «Сброс» - единичный,
счетчик ц.а.п. (М32, МЗЗ) установлен в нулевое состояние, на измерительный
конденсатор подано нулевое напряжение через коммутатор М29.
Устройство запускается в работу по команде от э.в.м., имеющей код
ХХХХХХ102, при этом устанавливается в "1" триггер М15-2, снимается сигнал
«Сброс», блокирующий счетчик ц.а.п., импульсом с выхода одновибратора Ml 7
сбрасывается в нуль счетчик-таймер (подготавливается для счета интервалов
достижения последовательных уровней напряжения уставки) и затем
устанавливается в "1" М14 и по сигналу «Старт» на Сх подается напряжение питания.
Начинаются измерения интервалов времени, отсчеты поступают в э.в.м. в виде
последовательностей, состоящих из 4 байтов каждая, таких последовательностей будет
4096. Если по какой-либо причине программа э.в.м. (или исследователь-
оператор) сочтет нужным прекратить процесс измерения, то в устройство
необходимо подать команду с кодом ХХХХХХ012.
Работа устройства в процессе измерения интервалов времени (Тп) достижения
диэлектрометрическим откликом последовательных напряжений уставки, начиная от
Umax («15 В), состоит в следующем. Интервал времени Тп накапливается в
счетчике-таймере, причем содержимое буферного регистра М9-М12 повторяет содержимое
счетчика-таймера. По приходу сигнала «Сравнение» (диэлектрометрический отклик
достиг текущего UycT) устанавливается в "1" триггер М15-1, что снимает
блокировку счетчика Ml6 и запускает формирователь импульсов записи (ЗПД),
состоящий из одновибраторов М19 и М20. Одновибратор М20 обеспечивает задержку
подачи импульса ЗПД на время отработки тракта подачи данных счетчика-таймера на
входы у.а.п.п. М24; этот тракт состоит из элементов М16, М22, М9-М12.
Передача 32-разрядного состояния счетчика-таймера в э.в.м. осуществляется
побайтно, включая таким образом 4 байтовых посылки через у.а.п.п. В начальном
(нулевом) состоянии счетчика Ml6 разрешается передача первого (младшего)
байта состояния счетчика-таймера, затем по ходу передачи содержимое Ml6
увеличивается и разрешается передача второго, третьего и, наконец, четвертого байта.
Переключение состояния Ml6 производится сигналом состояния канальной передачи
КПД, который переходит в нулевое состояние по импульсу ЗПД и в единичное - по
окончании передачи. Кроме того, КПД запускает формирователь ЗПД (Ml9 и М20) ,
если содержимое М16 не равно трем и триггер М15-1 находится в единичном
состоянии. Триггер М15-1, сбрасывается в "0" при переходе КПД в единичное
состояние, когда содержимое Ml6 равно трем; на этом передача значения интервала
времени завершается.
Сброс М15-1 вызывает увеличение на 1 кода счетчика ц.а.п. (тем самым,
снижение напряжения уставки) - сигнал «+1ЦАП»; в то же время происходит проверка
состояния сигнала «Сравнение». Если процедура передачи (и приема) кода
интервала в э.в.м. не адекватна скорости спада сигнала на информационном входе
компаратора М31 (что и бывает на начальном участке спада - скорость спада
слишком велика), то уменьшение кода напряжения уставки на 1 не вызывает
сброса в "0" сигнала «Сравнение». Одновибратор М18 обеспечивает задержку на время
срабатывания счетчика ц.а.п. М32, МЗЗ, инверторов М34 и М35, ц.а.п. М36 и
компаратора М31. Затем, если сигнал «Сравнение» установлен в единичное
состояние, то через элементы М21-4, М22-2 и М21-3 вырабатывается сигнал сброса
триггера М14, чем снимается сигнал «Старт» со входа коммутатора М29 и, тем
самым питание с измерительной емкости Сх, которая подключается к потенциалу
земли и разряжается, Счетчик-таймер сбрасывается в нуль, изменение его
состояния блокируется.
Спустя время гарантированного разряда Сх, которое обеспечивается одновибра-
тором М17, триггер М14 устанавливается в "1", на измерительный конденсатор
подается питание, разрешается счет счетчика-таймера для измерения интервала
Тп для текущего кода уставки.
Если скорость спада сигнала на информационном входе компаратора М31
адекватна скорости передачи информации в э.в.м., то при поступлении сигнала
проверки с выхода одновибратора Ml8 сигнал «Сравнение» сброшен в "О" и процедура
сброса сигнала «Старт» (со всеми вытекающими последствиями) не выполняется.
Для индикации хода измерений выходы счетчика ц.а.п. М32, МЗЗ можно вывести
на светодиодную линейку (на рисунке не показано).
Апробация устройства проводилась, как и в работе [5], на процессе
затвердения эпоксидной смолы ЭД-20, чтобы упростить сравнение полученных данных.
Получены сходные данные, различие которых укладывается в погрешность измерения
с учетом того, что у нас ц.а.п. имеет разрядность 12, а не 8, и цена деления
счетчика-таймера равна 10~7 с.
К достоинствам устройства следует отнести:
• значительное снижение объема регистрируемых данных по сравнению с
непрерывной оцифровкой;
• существенное сокращение времени измерения за счет учета формы диэлектро-
метрического отклика, что позволит использовать данное устройство в
пооперационном контроле в ходе технологических процессов;
• значительное сокращение размеров устройства и затрат на оборудование за
счет исключения дополнительных приборов (таких, как вольтметр и
частотомер) ;
• универсализация подключения устройства к э.в.м. любого типа (на рисунке
показано подключение типа "токовая петля", для подключения по интерфейсу
RS-232 элементы М23-1 с оптронной развязкой и М25 надо заменить
операционными усилителями, например, К140УД6).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кушнир Ф.В. Электрорадиоизмерения: Учебное пособие для вузов. Л.: Энер-
гоатомиздат, 1983. С. 320
2. Алмазов А.А. , Егоров Н.В., Резников М.А. и др. // Методы и средства
диагностики несущей способности изделий из композитов. Практика создания и
применения. Т. 2. Рига: Зинатне, 1991. С. 125.
3. Hyde P.J. И Proc. IEE. 1970. V. 117. № 9. P. 1891.
4. Фельдман Ю.Д., Зуев Ю.Ф., Валитов В.М. // ПТЭ. 1979. № 3. С. 5.
5. Киселев В.И. , Султанаев P.M., Усолгьцев М.В. // ПТЭ. 1990. №4. С. 136.
Системы
ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ
ГЛАВА 4 . ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ1 (ЦАП)
Структуры ЦАП
Большинство обычно используемых структур ЦАП (отличных от простого
одноразрядного ЦАП, основанного на одном коммутаторе с использованием опорного
напряжения) являются двоичными взвешивающими ЦАП или многозвенными схемами
лестничного типа. Данные схемы, хотя и являются несложными по структуре,
требуют весьма тщательного анализа. Мы начнем рассматривать одну из простейших
структур - делитель Кельвина, представленный на рис.4.1. N-раЗрядная версия
этого ЦАП просто содержит 2 равных по величине последовательно соединенных
резисторов. Выходной сигнал снимается с соответствующего отвода замыканием
одного из 2 коммутаторов после декодирования N-раЗрядных данных. Современные
ЦАП, использующие эту архитектуру, называются строковыми ЦАП.
Эта архитектура проста, имеет выход с изменяющимся значением напряжения
Zout, и изначально обеспечивает монотонный сигнал (даже если сопротивление
одного из резисторов равно 0, OUTPUTn не может превышать OUTPUTn+i).
Архитектура линейна, если все резисторы равны по значению, но может быть преднаме-
1 Уолт Кестер, Джеймс Брайэнт
ренно сделана нелинейной, если требуется нелинейный ЦАП. Так как в момент
переключения работают только два коммутатора, эта архитектура обладает малым
ложным сигналом (low-glitch). Ее главным недостатком является большое
количество резисторов, требуемых для обеспечения высокой разрешающей способности,
поэтому в качестве отдельного устройства она обычно не используется, но, как
мы увидим позже, применяется в роли компонента более сложных структур ЦАП.
V °"
REF
V
ДЕШИФРАТОР
3X8
-о РАЗРЯДНЫЙ
ЦИФРОВОЙ
-° вход
АНАЛОГОВЫЙ
ВЫХОД
Рис. 4.1. Делитель Кельвина - простейший ЦАП с
выходом напряжения (строковый ЦАП).
Существует аналогичный ЦАП с токовым выходом, который также состоит из 2
резисторов, или источников тока, но подключенных теперь параллельно между
входом опорного напряжения и виртуальным заземленным выходом (рис.4.2).
В данном ЦАП, как только какой-либо резистор подключается к цепи, любые
дальнейшие увеличения цифрового кода уже не могут его отключить. Таким
образом, структура является изначально монотонной, независимо от погрешностей
резисторов и, подобно предыдущему случаю, может быть сделана преднамеренно
нелинейной там, где эта нелинейность требуется. Опять, как и в предыдущем
случае, архитектура является редкостью, так как, если попытаться ее использовать
для изготовления полного ЦАП, потребуется большое количество резисторов и
коммутаторов. Но опять же она часто используется в качестве компонента в ЦАП
более сложной структуры.
В отличие от делителя Кельвина, этот тип ЦАП не имеет уникального названия,
хотя оба типа упомянуты как полно-декодирующие (fully decoded) ЦАП, ЦАП типа
"столбик термометра" (thermometer) или строковые (string) ЦАП.
Полно-декодирующие ЦАП часто используются как компоненты более сложных ЦАП.
Наиболее популярными являются сегментные ЦАП, где часть выходного сигнала
полно-декодирующего ЦАП в дальнейшем вновь поступает на делитель. Данная
структура используется потому, что полно-декодирующий ЦАП изначально
монотонен, так что, если последующий делитель тоже монотонен, в целом является
таковым же и результирующий ЦАП.
v °-
VREF
ДЕШИФРАТОР
3X7
о о о
3-РАЗР.
ЦИФРОВОЙ
ВХОД
о о
s s
токовый выход
НА ВИРТУАЛЬНУЮ
ЗЕМЛЮ (ОБЫЧНО ОУ,
I-V
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ)
Рис. 4.2. Простейший цап с токовым выходом.
В сегментных ЦАП с выходом по напряжению (рис.4.3) сигнал подается с одного
из резисторов делителя Кельвина на новый делитель Кельвина (в этом случае
полная структура известна как "делитель Кельвина-Варлея") или на ЦАП какой-
либо другой структуры.
ДЕЛИТЕЛЬ КЕЛЬВИНА-
ВАРЛЕЯ (СТРОКОВЫЙ ЦАП)
REF
VREF
ВЫХОД
-о < о
ДЕЛИТЕЛЬ КЕЛЬВИНА И СХЕМА
ЛЕСТНИЧНОГО ТИПА R-2R
ВЫХОД
-о ■+-
\
"° ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ:
СТАРШИЙ БИТ ЛЕСТНИЧНОЙ
_„ СХЕМЫ СПРАВА
ЕСЛИ ЛЕСТНИЧНАЯ СХЕМА
МОНОТОННА, ТО ВЕСЬ ЦАП
ТОЖЕ МОНОТОНЕН
Рис. 4.3. Сегментные цап с выходом напряжения.
Во всех ЦАП выходной сигнал представляет собой результат комбинации
опорного напряжения и цифрового кода. В этом смысле все ЦАП являются
перемножающими, но многие из них хорошо работают только в ограниченном диапазоне Vref.
Настоящие перемножающие ЦАП (MDAC) ориентированы на работы в широком
диапазоне Vref. Строгое определение перемножающего ЦАП требует, чтобы его диапазон
опорного напряжения включал О В, и многие схемы, особенно лестничного типа с
токовым режимом и с переключателями CMOS, допускают положительное,
отрицательное и переменное значение Vref. ЦАП, которые не работают при значении
Vref = О В, тоже полезны, и их типы, допускающие изменение значения Vref в
пропорции 10:1 или около того, часто относят к перемножающим ЦАП (MDAC), хотя
более точно их можно было бы назвать полуперемножающими ЦАП.
Архитектуры ЦАП с
малыми искажениями
Из-за акцента, делаемого в системах связи на ЦАП прямого цифрового синтеза
(DDS) с высоким SFDR, было положено много сил на определение оптимальной
архитектуры ЦАП. Фактически, все высокоскоростные ЦАП с малыми искажениями
используют некоторый вид режима токовой коммутации без ненасыщения. Как описано
выше, прямой двоичный ЦАП с одним токовым ключом на разряд дает кодозависимые
ложные сигналы и, конечно, не является наиболее оптимальной архитектурой
(рис. 4.4). ЦАП с одним токовым источником на кодовый уровень не имеет
кодозависимых ложных сигналов, но не практичен в реализации, когда требуется
достижение высокой разрешающей способности. Тем не менее, эта характеристика
может быть улучшена, если декодировать несколько первых старших разрядов (MSB)
в код "термометра" при одном токовом ключе на уровень. Например, 5-разрядный
ЦАП-"термометр" имел бы архитектуру, подобную представленной на рис. 4.5.
MSB
О-
выход
4-ЛЛЛгч t-ANv-t ИЛАгч HWV-»»
1/16
MSB
о-
2R
2R
2R
ВЫХОД
R (МОЖЕТ БЫТЬ ВНЕШНИМ)
Рис. 4.4. Архитектуры 5-разрядных двоичных ЦАП.
Здесь входное двоичное слово фиксируется триггером и затем декодируется на
один из 31 возможных выходов, которые управляют вторым триггером. Выход
второго триггера управляет 31 токовым ключом с одинаковым весом, выходные
сигналы которых складываются вместе. Эта схема эффективно устраняет почти всякую
зависимость выходного кода от ложного сигнала. Остаточный ложный сигнал на
выходе одинаков и не зависит от изменения входного кода, то есть он
кодонезависимый, и может подлежать фильтрации, поскольку появляется на частоте
преобразования ЦАП и ее гармониках. Причинами искажений, связанных с полнодекоди-
рующей архитектурой, являются, прежде всего, асимметричный выходной поворот
(slewing), конечное время включения и выключения ключей и интегральная
нелинейность .
MSB
o-
o
LSB
5-PA3P.
РЕГИСТР
ТАКТОВЫЕ
ИМПУЛЬСЫ
о <
ДЕКОДИРУЮЩАЯ
ЛОГИКА
5X31
31
ЛИНИЯ
31-РАЗР.
РЕГИСТР
31
ЛИНИЯ
31
ОДИНАКОВЫЙ
ТОКОВЫЙ
ключ
токовый
ВЫХОД
—о
Рис. 4.5. 5-разрядный ЦАП-"термометр" или полнодекодирующий ЦАП,
минимизирующий кодозависимые импульсные помехи.
Очевидным недостатком этого типа ЦАП является большое количество триггеров
и ключей, требуемых для создания 14-, 12-, 10- или даже 8-разрядного ЦАП. Но,
если эта методика используется на пяти старших битах 8-, 10-, 12- или 14-
разрядного ЦАП, возможно существенное сокращение кодозависимости ложного
сигнала . Этот процесс называется сегментацией и весьма обычен в ЦАП с низкими
искажениями.
10
о /
°/
ТАКТ.
СИГН/
10-РАЗР.
РЕГИСТР
Ш '
5
/
/
MSB-
ДЕКОДЕР
5
/
31
/
/
36-РАЗР.
РЕГИСТР
/
1
31
/
/
5
/
/
КОДИРУЮЩИЙ ЦАП
MSB
ДВОИЧНЫЙ ЦАП
LSB
ТОКОВЫЙ
выход
Рис. 4.6. 10-разрядный сегментированный ЦАП.
На рис.4.6 представлена схема, посредством которой первые пять разрядов 10-
разрядного ЦАП декодируются, как описано выше, и управляют 31 ключом с
одинаковым весом. Последние пять разрядов получены посредством использования
двоично взвешенных источников тока. Сигналы от источников тока с одинаковым
весом, подаваемые на лестничную резисторную схему R/2R, могли бы использоваться
для получения младших разрядов (LSB), но этот подход требует наличия
тонкопленочных резисторов, в общем случае недоступных для дешевого CMOS процесса.
Кроме того, использование R/2R схем понижает выходное сопротивление ЦАП, так
как требует большего управляющего тока при том же напряжении и фиксированном
нагрузочном сопротивлении.
В 14-разрядном ЦАП AD9772 (TxDAC™) с быстродействием 150 MSPS используется
три секции сегментации, показанных на рис.4.7. В других представителях
семейства AD977x и AD985x используется такой же принцип.
Первые пять разрядов (MSB) полностью декодируются и управляют 31 токовым
ключом с одинаковым весом, каждый из которых является источником для 512
уровней, соответствующих младшим разрядам. Следующие четыре разряда
декодируются в 15 сигналов. Они управляют 15 токовыми ключами, каждый из которых
является источником для 32 уровней, соответствующих следующим разрядам. Пять
младших разрядов хранятся триггером и управляют традиционным двоичным
взвешивающим ЦАП с одним разрядом на выход. Для реализации этой архитектуры
требуется 51 токовый ключ и 51 триггер.
14
О-
ТАКТОВЫЕ
ИМПУЛЬСЫ
о
14-РАЗР.
РЕГИСТР
РАЗРЯДЫ 1-5
ДЕШИФРАТОРА 5X31
РАЗРЯДЫ 6-9
ДЕШИФРАТОРА 4X15
31
15
51-РАЗР.
РЕГИСТР
31
15
31 ТОКОВЫЙ
ключ
1 = 512 LSB
15 ТОКОВЫХ
КЛЮЧЕЙ
I = 32 LSB
5 ДВОИЧНЫХ
ТОКОВЫХ
КЛЮЧЕЙ
I = 1 LSB
ТОКОВЫЙ
ВЫХОД
—о
FS =
2 мА-
20 мА
Рис. 4.7. Ядро 14-разрядного CMOS ЦАП AD9772 TxDAC™.
В основе ячейки токового ключа лежит дифференциальная МОП (PMOS)
транзисторная пара, показанная на рис.4.8. Дифференциальные пары управляются
низковольтной логикой, минимизирующей время переходных процессов при коммутации и
временной сдвиг. Выходы ЦАП являются симметричными дифференциальными токовыми
выходами, которые обеспечивают минимизацию искажений четного порядка
(особенно в случаях, когда выход ЦАП управляет устройством с дифференциальным
входом, таким как трансформатор или операционный усилитель - преобразователь
тока в напряжение).
Полная архитектура семейств AD977x TxDAC™ и AD985x-DDS является
превосходным компромиссом в соотношении энергопотребление/производительность и
позволяет реализовать полную функцию ЦАП на базе стандартного CMOS-процесса без
тонкопленочных резисторов. Работа с однополярным источником питания +3,3 В
или +5 В делает устройства чрезвычайно привлекательными для переносных и ма-
ломощных приложении.
<
о
ф
Т +vs
J L
•
<г
1
, ? ,
J Ц
1)
:) с
<;Rl >Rl
£
Рис. 4.8. Токовые ключи на моп-транзисторах (PMOS).
Логика ЦАП
Самые ранние монолитные ЦАП содержали небольшую, если таковая вообще была,
логическую схему, и параллельные данные должны были накапливаться на цифровом
входе, чтобы сформировать аналоговый выходной сигнал. Сегодня почти все ЦАП
имеют входные элементы фиксации состояния (триггеры, latches) и записывают
данные только один раз, без процедуры накопления.
Существует многочисленные разновидности входных структур ЦАП, которые не
будут обсуждаться здесь, но в большинстве своем сегодня преобладают
устройства "с двойной буферизацией". ЦАП с двойной буферизацией имеет два набора
триггеров. Данные первоначально хранятся (защелкиваются) в первом наборе и
впоследствии передаются на второй, как показано на рис.4.9. Существует три
причины, по которым это компоновка представляется выгодной.
ЦИФРОВОЙ
вход
ВХОДНЫЕ СТРУКТУРЫ:
МОГУТ БЫТЬ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМИ,
ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ, БАЙТОВОЙ
ШИРИНЫ И Т.Д.
Е
С
ВЫХОДНОЙ ТРИГГЕР
ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В
ЦАП И
СИНХРОНИЗАЦИЯ
ДАЮТ
НЕЗАВИСИМОСТЬ ОТ
ВХОДНЫХ ДАННЫХ
>
(
1ЫХ0ДН0Й С
ТР0БИР0ВА1
fc = ЧАСТС
Ь
ТРОБ, МОЖН
ГЬ МНОГО Ц
>
)ТА ДИС
10
АП
ЦАП
КРЕТИЗАЦИИ
ВЫХОД
Рис. 4.9. ЦАП с двойной буферизацией допускают сложные входные
структуры данных и мгновенную модификацию.
Первая - это то, что она позволяет вводить данные в ЦДЛ многими различными
способами. ЦДЛ без триггера или с одним триггером должен быть заполнен сразу
по всем разрядам, так как иначе его выходной сигнал в течение загрузки может
сильно отличаться от тех значений, которые были до преобразования и появятся
после преобразования. С другой стороны, ЦДЛ с двойной буферизацией может быть
загружен параллельными данными, последовательными данными, 4-разрядными или
8-разрядными словами или чем-то подобным, и выход его остается неизменным до
тех пор, пока новые данные полностью не загрузятся, и на ЦАП не поступит
команда модификации выходных данных.
Второй особенностью входной структуры этого типа является то, что генератор
тактовых импульсов может работать на фиксированной частоте (частоте
дискретизации сигнала), в то время как входной триггер может быть загружен
асинхронно. Это выгодно в приложениях, где требуется восстановление сигнала в
реальном масштабе времени.
Третья выгодная особенность структуры с двойной буферизацией состоит в том,
что несколько ЦАП могут выполнять преобразования одновременно. Данные
Загружаются в первый набор каждого ЦАП, и когда преобразования завершатся,
выходные буферы всех ЦАП модифицируются одновременно. Существует много приложений,
требующих цифро-аналогового преобразования, в которых выходы нескольких ЦАП
должны одновременно изменяться, и структура с двойной буферизацией позволяет
легко осуществить это.
Наиболее ранние однокристальные ЦАП с высоким разрешением имели
параллельные порты данных для подключения к параллельным шинам передачи данных и
дешифраторам адреса. Они отображались в адресном пространстве микропроцессора в
виде очень маленьких блоков памяти только для записи (некоторые ЦАП
обеспечивали не только запись, но и чтение содержимого - это было выгодно для
некоторых приложений, но не очень распространено). ЦАП, подключаемые к параллельной
шине данных, уязвимы из-за емкостной связи шины с аналоговом выходом. Поэтому
многие ЦАП сегодня имеют последовательные структуры ввода данных. Они менее
подвержены шуму (так как в них меньше шумовых контактов), используют меньшее
количество выводов и поэтому занимают меньше места и более удобны для
использования с современными микропроцессорами, многие из которых имеют
последовательные порты передачи данных. Некоторые, хотя и не все из таких
последовательных ЦАП имеют дополнительные выходы данных, благодаря которым несколько
ЦАП могут соединяться последовательно, чтобы получать данные с одного
последовательного порта. Эта компоновка часто упоминается как "гирляндная цепь"
(daisy-chaining).
Другое достижение в технологии ЦАП заключается в возможности исполнения
нескольких ЦАП на одном кристалле, что представляется полезным с точки зрения
сокращения размеров печатной платы (РСВ) и затрат на сборку. Сегодня
существует возможность приобретения шестнадцати 8-разрядных, восьми 12-разрядных,
четырех 14-разрядных или двух 16-/18-/20-/22-/24-раЗрядных ЦАП в одном
корпусе . В будущем возможна и более высокая степень интеграции.
Интерполирующие ЦАП
В системах, использующих аналого-цифровое преобразование, избыточная
дискретизация способствует снижению требований к ФНЧ (antialiasing filter).
Сигма-дельта АЦП обладают этим характерным преимуществом в наибольшей мере. В
системах, базирующихся на цифроаналоговом преобразовании (таких, как системы
прямого цифрового синтеза, DDS), для достижения аналогичной цели может
использоваться концепция интерполяции. Эта концепция обычно применяется в
цифровых звуковоспроизводящих CD-проигрывателях, где основная скорость
обновления данных от CD примерно равна 44 KSPS. Добавление "нулей" в параллельный
поток данных увеличивает эффективную скорость обновления в 4, 8 или 16 раз по
сравнению с базовой скоростью. 4-х, 8-ми, или 16-кратный поток пропускают
через цифровой интерполяционный фильтр, который генерирует дополнительные
значения данных. Высокая скорость избыточной дискретизации способствует смещению
вверх крайних частот (image), допуская, таким образом, использование менее
сложного фильтра с более широким переходным диапазоном. Архитектура
одноразрядного sigma-delta ЦАП представляет собой пример завершенного развития этой
концепции и является популярной в современных CD-проигрывателях.
Та же самая концепция может применяться в высокоскоростных ЦАП.
Предположим, что традиционный ЦАП работает на частоте дискретизации 30 MSPS (рис.
4.10 а) . Пусть выходная частота ЦАП равна 10 МГц. Компонент боковой частоты
30-10 = 20 МГц должен быть подавлен аналоговым ФНЧ (antialiasing), и
переходной диапазон фильтра находится в диапазоне от 10 до 20 МГц. Предположим, что
боковая частота должна быть уменьшена на 60 дБ. Поэтому характеристика
фильтра должна пройти от полосы пропускания, заканчивающейся в точке 10 МГц, до
ослабления на 60 дБ в полосе Задержки, начинающейся в точке 20 МГц, то есть
через переходный диапазон, который находится между 10 и 20 МГц (одна октава).
Фильтр Баттерворта дает ослабление 6 дБ на октаву для каждого порядка.
Поэтому для обеспечения желательного ослабления требуется как минимум фильтр 10
порядка. Фильтры становятся еще более сложными, если требуется более узкий
переходной диапазон.
А
ДБ
В
ДБ
*.
1С
11
\* АНАЛОГОВЫЙ ФНЧ
*У^ 'такт = 30MSPS
\ N.
\ Ч.
\ *
\ \
\ \
\ ГАРМ. \ /^ f ^
\ \ / ГАРМ- ГАРМ. \ ^-"f
\ \, / \ "' ГАРМ-
\ VI 1 V 1
2
) 30 40 50 60 70
ЧАСТОТА (МГц)
^\ ~~"^--^^ 'такт = 60 MSPS
^v. -■-,
\ —
о АНАЛОГОВЫЙ ФНЧ ^^ ^
^\ГАРМ. \ / ГАРМ-
1 | | 1 у 1
) 20 30 40 50 60 70
80
80
Рис. 4.10. Требования к аналоговому фильтру для fo = 10 Мгц: при
fc = 30 MSPS и fc = 60 MSPS.
Предположим, что мы увеличим скорость обновления ЦАП до 60 MSPS и вставим
"ноль" между каждым первоначальным отсчетом данных. Скорость параллельного
потока данных теперь равна 60 MSPS, но нам предстоит определить значение
точек с нулевыми данными. Для этого поток данных 60 MSPS с добавленными нулями
пропускается через цифровой интерполяционный фильтр, который вычисляет
дополнительные значения данных. Реакция цифрового фильтра при избыточной
двукратной дискретизации представлена на рис. 4.10 б. Теперь зона перехода
аналогового сглаживающего ФНЧ (antialiasing filter) занимает от 10 до 50 МГц (первая
составляющая - image - попадает на 2fc-fo = 60-10 = 50 МГц) . Эта переходная
зона немного больше, чем две октавы, и фильтра Баттерворта пятого или шестого
порядка оказывается достаточно.
Упрощенная блок-схема микросхемы AD9772 14-разрядного интерполирующего ЦАП
с избыточной двукратной дискретизацией представлена на рис.4.11. Устройство
предназначено для обработки 14-разрядных входных данных, поступающих с
частотой до 150 MSPS. Максимальная частота данных на выходе интерполятора
составляет 300 MSPS. Для выходной частоты 60 МГц, скорости обновления 150 МГц и
коэффициента избыточной дискретизации 2 боковая частота равна 300 МГц - 60 МГц
=240 МГц. Поэтому переходной диапазон для аналогового фильтра равен 60 МГц -
240 МГц. Без избыточной дискретизации боковая частота равна 150 МГц - 60 МГц
= 90 МГц и переходной диапазон фильтра находится в интервале от 60 МГц до 90
МГц.
14
° /
РЕГИСТР
)
fc
Г"! i
\
TV
и/
/
ФАПЧ
1ПИЧНОЕ
ЦИФРОВОЙ
ИНТЕРПОЛЯЦИОННЫЙ ФИЛЬТР
/
1
14/
/
РЕГИСТР
/
K-fc
ПРИЛОЖЕ
НИЕ: fc :
V
К =
= 150 IV
= 60МГ
2
1SPS
"Ц
*
14/
/
ЦАП
ФНЧ
1—>
Рис. 4.11. 14-разрядный интерполяционный 150 MSPS ЦАП AD9772 TXDAC™.
Сигма-Дельта ЦАП
Другой путь получения высокого разрешения состоит в использовании методов
избыточной дискретизации и одноразрядного ЦАП. Этот метод, известный как
сигма-дельта (2-Д), является методом с весьма интенсивными вычислениями, так что
только недавно началось практическое использование его для изготовления ЦАП с
высоким разрешением. Поскольку данный метод использует одноразрядный ЦАП, ему
по определению свойственны линейность и монотонность.
2-Д-ЦАП, в отличие от 2-Д-АЦП, является в основном цифровым устройством
(рис.4.12). Он состоит из интерполяционного фильтра (цифровая схема, которая
принимает данные, поступающие с низкой частотой дискретизации, вставляет нули
в поток данных, увеличивая тем самым частоту дискретизации, затем применяет
алгоритм интерполяции и выдает данные с высокой частотой дискретизации), 2-Д-
модулятора (который эффективно действует как ФНЧ по отношению к сигналу и как
ФВЧ по отношению к шуму квантования, преобразуя результирующие данные в
высокоскоростной последовательный поток битов) и одноразрядного ЦАП, чей выход
переключается между равными по значению положительным и отрицательным
опорными напряжениями. Выход фильтруется внешним аналоговым ФНЧ. Вследствие высокой
частоты избыточной дискретизации, сложность ФНЧ намного меньше, чем в случае
традиционного подхода Найквиста.
ОДНОРАЗРЯДНЫЙ
N-PA3P
fs N-PA3P @ Kf s ^рдзр @ Kfs
АНАЛОГОВЫЙ СИГНАЛ:
2 УРОВНЯ
°-А
ЦИФРОВОЙ
ИНТЕРПОЛЯЦИОННЫЙ
ФИЛЬТР
ЦИФРОВОЙ
IA
МОДУЛЯТОР
АНАЛОГОВЫЙ
ВЫХОДНОЙ
ФИЛЬТР
МНОГОРАЗРЯДНЫЙ (СЕРИЯ AD185X)
N-PA3P
N-PA3P
ЦИФРОВОЙ
^ИНТЕРПОЛЯЦИОННЫЙ
ФИЛЬТР
п-РАЗР @ Kfs АНАЛОГОВЫЙ СИГНАЛ:
2ПУРОВНЕЙ
ЦИФРОВОЙ
МНОГОРАЗРЯДНЫЙ
ZA
МОДУЛЯТОР
АНАЛОГОВЫЙ
ВЫХОДНОЙ
ФИЛЬТР
N = 16/18/20/24 бит, fs=192KSPS
АНАЛОГОВЫЙ
ВЫХОД
О
АНАЛОГОВЫЙ
ВЫХОД
О
Рис. 4.12. Сигма-дельта (2-Д) ЦАП: одноразрядный и многоразрядный.
Возможно использование большего, чем один, количества разрядов в ЦАП, и это
приводит к многоразрядной архитектуре, представленной на рис. 4.12 б. Ее
концепция подобна описанному ранее интерполяционному ЦАП с добавлением цифрового
2-Д-модулятора. Раньше многоразрядные ЦАП были сложны для проектирования из-
за высоких требований по точности к внутреннему n-разрядному ЦАП (этот ЦАП,
хотя и является n-разрядным, должен иметь линейность, соответствующую
конечному числу разрядов N). Модели серии звуковых ЦАП AD185x используют
патентованный метод скремблирования данных (называемый прямым скремблированием
данных) или который решает эту проблему и имеет превосходное отношение общих
нелинейных искажений и шума (THD + N) . Например, двойной 24-разрядный ЦАП
AD1853 с быстродействием 192 KSPS имеет значение THD + N больше, чем 115 дБ
при частоте дискретизации 48 KSPS.
Прямой цифровой
синтез (DDS)
Частотные синтезаторы используется для генерации некоторого множества час-
тот на одном или большем числе опорных частот. Эти устройства используются в
течение десятилетий, особенно в коммуникационных системах. Многие из них
основаны на переключении и смешивании частотных выходов от группы кварцевых
генераторов . В основе других лежат известные методы использования цепей с
фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ, PLL) . Эта традиционная технология
представлена на рис. 4.13. Опорная фиксированная частота подается на один из
входов компаратора фазы. Другой вход компаратора фазы подключается к делителю
частоты на N, на который, в свою очередь, подается сигнал от генератора,
управляемого напряжением (ГУН, VCO) . Наличие отрицательной обратной связи
приводит к тому, что сигнал на выходе фильтра, включенного в контур обратной
связи, принимает такое значение, которое делает выходную частоту ГУН (VCO)
равной N-кратной опорной частоте. Постоянная времени контура обратной связи
Зависит от характеристик фильтра в контуре. При проектировании ФАПЧ часто
приходится идти на компромиссы между фазовым шумом, скоростью подстройки,
разрешающей способностью по частоте и т.д. Существует немало хорошей
литературы по данной тематике.
НАБОР ГЕНЕРАТОР
хо
1
хо
2
/\^ ^/^СМЕС
*У^У
*
OB
МТЕЛЬ
'
S~ "\ f~..4
ХО
3
•
■
ХО
п
1
SW ^\p.
1 СМЕСИТЕЛЬ
—о
СХЕМА ФАПЧ
f .,_„._„_„___
тс
ОПОРНАЯ
ФИКСИРОВАННАЯ ЧАСТОТА
MJIVII 1АГА 1 Ur
ФАЗЫ
<ХУ
\
ФИЛЬТР
fout=N'fc
■*■ N
ГУН
fout
Рис. 4.13. Частотный синтез с использованием генераторов и цепей
фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).
В связи с широким распространением цифровых методов в измерительных и
коммуникационных системах, метод генерации набора частот от источника опорной
частоты, реализуемый в цифровой форме, развился в так называемый метод
прямого цифрового синтеза (DDS). Основная его архитектура представлена на рис.
4.14. В этой упрощенной модели, стабильный генератор тактового сигнала
управляет программируемым ПЗУ (PROM), который хранит один или большее целое число
циклов синусоидального сигнала (или другого сигнала произвольной формы). По
мере того, как адресный счетчик проходит через каждую ячейку памяти,
соответствующая цифровая амплитуда сигнала из каждой ячейки подается на ЦАП,
который , в свою очередь, воспроизводит аналоговый выходной сигнал. Спектральная
чистота конечного аналогового выходного сигнала определяется, прежде всего,
ЦАП. Фазовый шум является, в основном, шумом задающего генератора.
fc
w
ТАКТОВЫЕ
ИМПУЛЬСЫ
АДРЕСНЫЙ
СЧЕТЧИК / *
ППЗУ
ТАБЛИЦА
СИНУСОВ
N-PA3P
■ ТАБЛИЦА СОДЕРЖИТ ДАННЫЕ
ДЛЯ ЦЕЛОГО ЧИСЛА ЦИКЛОВ
ГЕНЕРИРУЕМОГО СИГНАЛА
Ч
РЕГИСТР
/ N-BITS
ЦАП
У
ФНЧ
вых
Рис. 4.14. Система прямого цифрового синтеза (DDS)
Система прямого цифрового синтеза (DDS) отличается от ФАПЧ (PLL)
несколькими моментами. В связи с дискретной природой DDS должны быть рассмотрены все
проблемы, присутствующие в процессе дискретизации: шум квантования, наложение
спектров, фильтрация и т.д. Например, гармоники высокого порядка выходных
частот ЦАП, попадая обратно в полосу Наиквиста, больше не фильтруются, тогда
как гармоники высокого порядка в выходном сигнале ФАПЧ-синтезаторов могут
быть отфильтрованы. Существуют и другие соображения, которые будут вскоре
обсуждаться .
Основная проблема этой простой DDS-системы состоит в том, что выходная
частота может быть изменена только путем изменения частоты задающего генератора
или посредством перепрограммирования ПЗУ, что делает систему весьма негибкой.
На практике DDS-система осуществляет эту основную функцию намного более
гибким и эффективным способом, используя цифровую схему, называемую генератором
с цифровым управлением (Numerically Controlled Oscillator, NCO) . Блок-схема
такой системы представлена на рис. 4.15.
Сердцем системы является сумматор фазы, чье содержимое обновляется
однократно за каждый тактовый цикл. Каждый раз при обновлении сумматора фазы
цифровое число М, сохраненное в регистре приращения фазы (delta phase register),
добавляется к числу в сумматоре фазы. Предположим, что число в delta-регистре
равно 00...01 и что начальное содержимое сумматора фазы равно 00...00.
Сумматор фазы обновляется значением 00...01 каждый тактовый цикл. Если сумматор
является 32-разрядным, для возврата сумматора фазы в состояние 00...00
требуется 2 тактовых цикла (более 4 миллиардов), после чего цикл повторяется.
Усеченное значение выходного сигнала сумматора фазы служит адресом для
таблицы задания синуса (или косинуса). Каждый адрес в таблице соответствует
точке синусоидального сигнала с фазой от 0° до 360°. Таблица поиска содержит
информацию, соответствующую цифровой амплитуде для одного полного цикла
синусоидального сигнала (в действительности, требуются только данные для 90°,
потому что данные о квадранте содержатся в двух старших значащих разрядах). Та-
ким образом, таблица отображает фазу синусоидального сигнала сумматора фазы в
виде значения цифровой амплитуды, которое, в свою очередь, подается на ЦАП.
СУММАТОР ФАЗЫ
П = 24-32 РАЗРЯДА
РЕГИСТР
С
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ
ИЛИ
ПОБАЙТНОЙ
ЗАГРУЗКОЙ
П
ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ
РЕГИСТР
ПРИРАЩЕНИЯ
ФАЗЫ
м
УПРАВЛЕНИЕ ЧАСТОТОЙ
О—
РЕГИСТР
ФАЗЫ
ТАКТ.СИГН.
ТАБЛИЦА
СИНУСОВ
В ROM
УСЕЧЕНИЕ
ФАЗЫ
12-16 РАЗР
АМПЛИТУДНОЕ
ОГРАНИЧЕНИЕ
fo =
M»f,
»n
Рис. 4.15. Гибкая система прямого цифрового синтеза (DDS)
Рассмотрим случай для п=32 и М=1. Сумматор фазы проходит через каждое из 2
возможных значений выхода перед переполнением. Соответствующая частота
выходного синусоидального сигнала равна частоте синхронизации, деленной на 2 .
Если М=2, то число в регистре сумматора фазы успевает дважды смениться, и
выходная частота удваивается. Это можно обобщить следующим образом.
Для n-разрядного сумматора фазы (в большинстве DDS-систем значение п лежит
в диапазоне от 24 до 32) существует 2П возможных значений фазы. Число М в
регистре приращения фазы представляет собой величину, на которую текущее
значение фазы увеличивается в каждом тактовом цикле. Если fc - частота
синхронизации , то выходная частота синусоидального сигнала равна:
*ъ
м
2
п
Это уравнение известно как уравнение настройки DDS. Обратите внимание, что
разрешающая способность системы по частоте равна fc/2n. Для п=32 разрешающая
способность больше, чем один к четырем миллиардам! В реальной DDS-системе не
все разряды от сумматора фазы используются для выбора значения из таблицы,
оставляются только первые 12-16 старших значащих разрядов (MSB), тогда как
младшие разряды игнорируются. Это уменьшает размер таблицы и не ухудшает
разрешающую способность по частоте. Усечение разрядности фазы только добавляет
незначительное, но приемлемое количество фазового шума к окончательному
выходному сигналу; тогда как большая часть выходных искажений возникает
непосредственно в ЦАП.
Описанная выше базовая DDS-система представляет чрезвычайно гибкое решение
с весьма высокой разрешающей способностью. Частота может быть мгновенно
изменена без искажения фазы простым изменением содержимого М-регистра. Реальные
DDS-системы сначала требуют выполнения последовательной или параллельной
загрузки нового значения частоты во внутренний буферный регистр, который
предшествует М-регистру с параллельным выходом. Это делается для минимизации
числа выводов в микросхеме счетчика. После того, как новое слово будет загружено
в буферный регистр, оно синхронно переносится в регистр приращения фазы,
благодаря чему все разряды регистра приращения фазы одновременно изменяются.
Число тактовых циклов, требуемых для загрузки регистра приращения фазы,
определяет максимальную скорость, с которой можно менять выходную частоту.
DDS-система AD9850 быстродействием 125MSPS (рис. 4.16) использует 32-
разрядный сумматор фазы, выход которого, перед тем как он используется для
адресации в таблице, ограничивается 14-тью старшими разрядами. На внутренний
ЦДЛ подается окончательный выходной 10-разрядный цифровой сигнал. AD9850
позволяет модулировать выходную фазу, используя дополнительный регистр и
сумматор, помещенный между выходом сумматора фазы и входом таблицы. AD9850 для
управления фазой использует 5-разрядное слово, которое позволяет сдвигать
фазу в сторону увеличения на 180°, 90°, 45°, 22,5°, 11,25° или на любую
комбинацию из вышеперечисленных. Устройство также содержит внутренний
высокоскоростной компаратор, который может быть сконфигурирован для приема
отфильтрованного сигнала ЦАП, что позволяет сгенерировать выходной импульс с
незначительным дрожанием фазы, пригодный для подачи на тактовый вход АЦП. Полный
динамический диапазон значений тока на выходе может лежать в пределах от 10 до 20
мА при использовании одного внешнего резистора. Значение выходного напряжения
составляет +1 В.
ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ
ЗАГРУЗКА
О
8 РАЗР. X 5
входной
РЕГИСТР
ДАННЫХ И
УПРАВЛЕНИЯ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ
ЗАГРУЗКА
О
1 РАЗР. X 40
ТАКТ ЗАГРУЗКИ СЛОВА
О
УПРАВЛЕНИЕ
ФАЗОЙ
32
СУММАТОР
ФАЗЫ
ВХОД ЗАДАЮЩЕГО ГЕНЕРАТОРА
О
32
14
ТАБЛИЦА
СИНУСОВ
10
10-РАЗРЯДНЫИ
ЦАП
-О
АНАЛОГОВЫЙ
ВЫХОД
О
SET
-о
быстродействующий
компаратор
Рис. 4.16. CMOS синтезатор DDS/ЦАП AD9850 с быстродействием 125 MSPS,
Настройка частоты (входное слово регистра приращения фазы) и значения
загружаются для фазовой модуляции в AD9850 в параллельном или последовательном
формате. Параллельный формат подразумевает загрузку пяти байтов. Первый байт
управляет фазовой модуляцией (5 разрядов), активизацией выключения питания (1
разряд) и форматом загрузки (2 разряда). В байтах 2-5 содержится 32-разрядное
слово настройки частоты. Максимальная частота обновления управляющего
регистра равна 23 МГц. Последовательная загрузка AD9850 выполняется с использования
40-разрядного последовательного потока данных, загружаемого через один вывод
микросхемы. Максимальная скорость (частота) обновления управляющего регистра
в режиме последовательной загрузки равна 3 МГц.
Потребляемая мощность AD9850 составляет всего 380 мВт с однополярным
источником питания +5 В при максимальном быстродействии 125 MSPS. Устройство
выпускается в 28-контактном корпусе для поверхностного монтажа SSOP (Shrink
Small Outline Package).
Analog Devices предлагает множество систем прямого цифрового синтеза (DDS)
для разнообразных приложений. Семейство AD983X представляет недорогие 10-
разрядные системы с частотами синхронизации до 50 MSPS. Семейство AD985x
предлагает 10-разрядные и 12-разрядные системы с синхронизации до 300 MSPS и
дополнительными функциями, такими, как квадратурная и фазовая модуляция,
возможность режима импульсного сигнала с ЧМ и программируемые, интегрированные
на кристалле умножители частоты задающего генератора.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Матпрактикум
КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ ВРАЩЕНИЯ
ТЕЛА В СИЛОВОМ ПОЛЕ
Майер Р.В.
"Люблю волчок, забаву детства, его вращенья чародейство..." -
поется в одной из популярных песен 80-х. Слушая ее, каждый
вспоминает , как он в детстве наблюдал за вращением небольшой
шестеренки, опирающейся одним концом на гладкую горизонтальную
поверхность, или играл с юлой. Эта динамичная игрушка не оставляет
равнодушными ни детей, ни взрослых. Кроме классических,
существуют музыкальные волчки, волчки со специальным механизмом для
разгона, волчки с игрушками внутри и т.д. В статье
рассматриваются результаты компьютерного моделирования движения волчка в
поле тяжести.
Как движется волчок
Проблема движения тела вокруг закрепленной точки является одним из сложных
вопросов динамики твердого тела. Так как при этом каждая точка тела движется
по сферической поверхности, то такое движение называется сферическим. Само
тело при этом называют волчком; различают асимметричный, симметричный и
шаровой волчок. Юла, шестеренка, гироскоп (массивный диск, насаженный на
стержень) , - это примеры симметричного волчка, так как два их главных центральных
моментов инерции равны.
Неподвижный волчок ведет себя как обычное твердое тело и под действием
внешнего момента сил поворачивается в том же направлении. Если волчок
вращается, то происходит гироскопический эффект: при действии на ось вращающего
момента М , она поворачивается в направлении перпендикулярном к вектору М .
Вращающийся гироскоп стремится сохранить ориентацию своей оси в пространстве,
что используется в гирокомпасах. Эти явления объяснены в любом вузовском
учебнике физики [1, 4].
Особый интерес представляет собой движение волчка в однородном силовом
поле. Ось гироскопа, нижняя точка которой закреплена, прецессирует,
поворачиваясь вокруг вертикали и описывая коническую поверхность (рис. 1.1) . Так как
из-за сил трения скорость вращения уменьшается, то ось волчка спиралеобразно
удаляется от вертикали. При этом положение волчка однозначно определяется
углом собственного вращения If/ , углом прецессии (р и углом нутации 0 . Нам
будет удобно угол прецессии (р отсчитывать так, как показано на рис 1.1, а не
традиционным образом. Если прецессия нерегулярная, то угол нутации 0
колеблется относительно некоторого значения, точка А выписывает сложную кривую,
ось гороскопа совершает нутационные колебания.
Существующая теория движения волчка довольно сложна и требует решения
динамических уравнений Эйлера. Ее можно найти в вузовском курсе теоретической
механики, например, в книге [1]. В настоящей статье предлагается простой и
достаточно оригинальный способ моделирования сферического движения твердого тела
на персональной ЭВМ, требующий знания только школьного курса физики и
математики.
Рис. 1. Моделирование сферического движения твердого тела.
Основная идея
моделирования
Мысленно заменим гироскоп, имеющий форму диска с осью, системой из трех
материальных точек, находящихся в вершинах равнобедренного или даже равносто-
роннего треугольника с длиной стороны /q и связанных жесткими невесомыми
стержнями (рис. 1.2). Можно подобрать массы материальных точек и длины сторон
треугольника так, чтобы получившаяся система полностью соответствовала
какому-то реальному гироскопу с вполне конкретной массой, моментом инерции и
положением центра масс (ЦМ). Точка 3 остается неподвижной, ее координаты не
изменяются. Вместо жестких стержней будем рассматривать упругие стержни с
большим коэффициентом жесткости к . В этом случае задача сводится к расчету
движения двух частиц ТП\ и ТП^ , связанных между собой упругими стержнями в
однородном поле тяжести при заданных начальных условиях.
Понятно, что предложенная модель симметрична относительно плоскости,
содержащей частицы ТП\ , Jfl2 и ^3 * ,^ля то:го i чтобы изучить сферическое движение
произвольного твердого тела, перейдем к модели из пяти частиц, находящихся в
узлах правильной четырехугольной пирамиды и соединенных упругими стержнями
(рис. 1.3). В общем случае частицы должны иметь различные массы.
Математическая модель
Рассмотрим симметричную систему из трех материальных точек ТП\, ТП^ , ^3 '
связанных между собой упругими невесомыми стержнями, которая находится в
однородном поле тяжести (рис. 1.2) . Точка Ш^ Закреплена, точки ТП\ и ТП^ имеют
равные массы, они движутся в среде с вязкостью Г . Если их начальные скорости
равны и направлены противоположно (Оу = — L>2 ) / то начальная скорость ЦМ С
равна 0. Стержни имеют жесткость к , их длины в недеформированном состоянии
равны /q . Пусть в начальный момент t = О все точки лежат в плоскости yOz, а ось
собственного вращения ОС образует с осью Оу угол 71I1 — uq . Тогда начальные
координаты частиц ТП\ и ТП^ равны:
*1=0, Л =/ocos(^-/2-#o +7116)r z\ = /osin(;r/2-#o + я76),
х2 = О , yi=h cos(^" I2-0Q-7T16), z2=Iq sin(;r 12-в^-п 16),
Для того, чтобы начальная скорость ЦМ С была равна 0, необходимо задать
начальные скорости частиц 7П\ и ТП^ так: Vyx — — &2х * ^се остальные проекции
скоростей в момент t = О равны нулю.
На каждую частицу ТП\ и ТП^ действуют две силы упругости, сила вязкого
трения и сила тяжести. Сила вязкого трения пропорциональна скорости и равна
— TV . Сила упругости находится из закона Гука Ffj = л(/гу—/q), где
2 2 2 0 5
Ifj = (\Xf — X j) + (Xf — X j) + (Xf — X j) ) ' - длина деформированного упругого
стержня, соединяющего частицы ТПг и Ш,. Тогда равнодействующая сила,
приложенная к i-ой частице имеет проекции:
з _ з _ з _
/7. _ V F- — XJ- F- - V F- — У-1- F- - V F- — ZJ-
Зная проекции силы в дискретный момент t можно, используя метод конечных
разностей Эйлера, рассчитать проекции ускорений, скоростей и координаты
частиц в момент t + l по формулам:
J+l (T?t f ч / J+l
t+l / i-'t t \ I t+l / T^t t \ I
<*ix =(Flx-rvlx)/mll aiy =(Fiy -rviy)lml,
4zl = (Fiz-rviz)/m-gr
»ixl=»ix+alxlAT, ui+l=uiy+aj+lAT, u£l = ujz + a£l At ,
4+1=4+^!Ar, yl+l=yl+vl;lAT, 4+1=4+^!Ar,
Чтобы охарактеризовать движение волчка, проследим за перемещениями ЦМ С и
его оси вращения ОС. Координаты ЦМ С определяются по формулам
хс = (m\Xi + m2x2)/(mi + т2 + тъ)'
Ус = (ЩУ1 + т2У2)Кщ + т2 + т3), zc = (mxzx + m2z2) 1{тх + т2+т3).
Для получения на экране ПЭВМ трехмерного изображения траектории ЦМ С
необходимо перейти от его пространственных координат X , у , Z к координатам
экрана X и Y (рис. 1.2). Для этого используются формулы:
X = (ус-xc)cose , Y = zq-(xq + yc)s\ns , е = я/$.
Для расчета угла прецессии (р и угла нутации 0 используют формулы:
cosср = хс I Jxc + ус , sin<^ = д/l-cos ср , ср = arctg(siti(p/cos(p),
cos в = zc I /0 sin(^- / 3), sin6> = л/1-cos в , 6> = arc^(sin6'/cos6').
Все это позволяет построить графики зависимостей (р и О от времени.
Аналогичным образом решается задача с пятиточечной моделью волчка (рис. 1.3).
Результаты
моделирования
Рассмотренная выше модель позволяет изучить сферическое движение твердого
тела и, в частности, вращение гироскопа в однородном нестационарном силовом
поле. Даже с помощью трехточечной модели (программа ПР-1, приложение) можно
получить довольно интересные результаты, представленные на рис. 2, 3, 4. На
рис. 2 показана траектория центра масс гироскопа, движущегося в однородном
поле тяжести с учетом силы вязкого трения. По аналогичной траектории движется
апекс - точка пересечения оси волчка со сферой единичного радиуса. Видно, что
происходит нутация волчка: угол нутации 0 гироскопа периодически изменяется
в некотором интервале. Одновременно с этим ось волчка ОС прецессирует,
поворачиваясь вокруг вертикальной оси Oz. Из-за силы вязкого трения волчок теряет
свою скорость, и угол нутации постепенно увеличивается. Когда гироскоп
остановится, его ось ОС будет направлена вертикально вниз.
Характер изменения угла нутации виден из рис. 3. Из-за уменьшения скорости
собственного вращения среднее значение угла нутации увеличивается, период
нутационных колебаний растет. Траектория движения центра масс зависит от
начальных условий. Рис. 2 соответствует ситуации, когда при ^ = 0 Uy = — L>2 и
начальная скорость ЦМ волчка равна нулю. Если начальные скорости частиц ТП\ и
ТП2 по модулю будут неодинаковыми, то в момент t = 0 ЦМ С волчка будет иметь
некоторую скорость и станет выписывать петли, которые через некоторое время
исчезают за счет силы вязкого трения (рис. 4).
Рис. 2. Движение оси гироскопа в однородном поле тяжести.
Рис. 3. Изменения угла нутации гироскопа с течением времени.
Рис. 4. Движение волчка: ЦМ имеет начальную скорость.
Для того, чтобы промоделировать сферическое движение произвольного твердого
тела (асимметричного волчка) перейдем к модели из пяти частиц, находящихся в
узлах правильной четырехугольной пирамиды (рис. 1.2). Эта задача решается
аналогично, используется программа ПР-2. В случае, когда массы частиц Jfl^,
JT12 1 IM3 и ^4 одинаковы, программа моделирует движение осесимметричного
волчка. В общем случае необходимо задать различные значения масс материальных
точек.
На рис. 5.1 показана траектория движения центра масс симметричного волчка в
силовом поле, интенсивность которого скачком увеличивается. Видно, что угол
нутации успевает совершить несколько колебаний небольшой амплитуды и периода,
после чего амплитуда и период нутационных колебаний возрастают. Не трудно
промоделировать ситуации, когда массы частиц с течением времени изменяются,
напряженность силового поля плавно уменьшается или резко поворачивается на
заданный угол, точка О колеблется вдоль оси Oz. На рис. 5.2 показана сложная
траектория центра масс асимметричного волчка (гироскопа со смещенным центром
масс) в стационарном однородном поле.
Рис. 5. Движение центра масс волчка (пятиточечная модель).
Чтобы добиться регулярной прецессии, при которой ось гироскопа не совершает
нутационных колебаний, а движется строго по конической поверхности,
необходимо подобрать очень специфические начальные условия. Если же просто увеличить
скорость собственного вращения волчка, то его нутация будет практически
незаметной. Такая прецессия называется псевдорегулярной [4, с. 120-129].
Рассмотренные выше модели могут быть использованы при изучении основ
механики и компьютерного моделирования. В книгах [2, 3] проанализированы другие
компьютерные модели движения системы материальных точек и твердого тела в
силовом поле.
Приложение
Ниже представлены компьютерные программы, позволяющие промоделировать
сферическое движение твердого тела. Они работают в средах Borland Pascal или
Free Pascal.
ПР-1
uses crt, graph;
const N=3; dt=0.001; Ms=40; pi=3.1415926;
r=0.006; teta0=0.8; 10=5;
var m,Fx,Fy,Fz,x,y,z,vx,vy,vz,xx,yy: array[l..N] of real;
Gd,Gm,i,j,k: integer; b,xc,yc,zc,ax,ay,az,F,1,t : real;
teta,cost,sint,fi,cosfi,sinfi,Mx,My:real;
Procedure Sila;
begin
For i:=l to N do begin Fx[i]:=0; Fy[i]:=0; Fz[i]:=0; end;
For i:=l to N do for j:=l to N do begin
l:=sqrt(sqr(x[i]-x[j])+sqr(y[i]-y[j])+sqr(z[i]-z[j]));
If 1O0 then begin F:=25000*(10-1);
Fx[i]:=Fx[i]+F*(x[i]-x[j])/l; Fy[i]:=Fy [i]+F* (y [i]-y [ j ] )/1;
Fz[i]:=Fz[i]+F*(z[i]-z[j])/1; end; end; end;
Procedure Nach_uslov;
begin m[l]:=2; m[2]:=2.1; m[3]:=0.01; b:=pi/2-teta0;
x[l]:=0; y[l]:=10*cos(b+pi/6); z[1]:=10*sin(b+pi/6);
x[2]:=0; у[2]:=10*cos(b-pi/6); z[2]:=10*sin(b-pi/6);
vx[1]:=-4; vx[2]:=3.5; end;
BEGIN Gd:=Detect; InitGraph(Gd, Gm, 'c:\bp\bgi');
line(320,0,320,240);
line(320,240,round(320+300*cos(pi/8)),round(240+300*sin(pi/8)));
line(320,240,round(320-300*cos(pi/8)),round(240+300*sin(pi/8)));
circle(320,240,210); Nach_uslov;
Repeat Sila; For i:=l to 2 do begin
ax:=(Fx[i]-r*vx[i])/m[i]; ay:=(Fy[i]-r*vy[i])/m[i];
az:=(Fz[i]-r*vz[i])/m[i]-0.05;
vx[i]:=vx[i]+ax*dt; vy[i]:=vy[i]+ay*dt; vz[i]:=vz[i]+az*dt;
x[i]:=x[i]+vx[i]*dt; у[i]:=y[i]+vy[i]*dt; z[i]:=z[i]+vz[i]*dt;
end; inc(k); t:=t+dt;
If к mod 30=0 then begin k:=0;
xc: = (m[l]*x[l]+m[2]*x[2])/(m[l]+m[2]+m[3]) ;
yc: = (m[l]*y[l]+m[2]*y[2])/(m[l]+m[2]+m[3]) ;
zc: = (m[l]*z[l]+m[2]*z[2])/(m[l]+m[2]+m[3]) ;
Mx:=cos(pi/8); My:=sin(pi/8);
If xc>0 then circle(320+round(Ms*(yc-xc)*Mx*0.9),
240-round(Ms*(zc-(xc+yc)*My)),2);
If xcKO then circle(320+round(Ms*(yc-xc)*Mx*0.9),
240-round(Ms*(zc-(xc+yc)*My)),1);
cost:=zc/10/0.87; sint:=sqrt(l-cost*cost);
teta:=arctan(sint/cost) ;
circle(round(t/1) ,440-round(teta*200) ,1) ;
circle(round(t/1),441-round(teta*200),1);
cosfi:=xc/sqrt(xc*xc+yc*yc); sinfi:=sqrt(l-cosfi*cosfi);
fi:=arctan(sinfi/cosfi) ;
circle(round(t/1),240-round(fi*100),1); end;
until KeyPressed; CloseGraph;
END.
ПР-2
uses crt, graph;
const N=5; dt=0.0005; Ms=45; pi=3.1415926; r=0.01; teta0=0.6; 10
var m,Fx,Fy,Fz,x,y,z,vx,vy,vz: array[l..N] of real;
Gd,Gm,i,j,k: integer; b,xc,yc,zc,ax,ay,az,F,l,11,t: real;
teta,cost,sint,fi,cosfi,sinfi,Mx,My,gg: real;
Procedure Sila;
label Metka;
begin
For i:=l to N do begin Fx[i]:=0; Fy[i]:=0; Fz[i]:=0; end;
For i:=l to N do for j:=l to N do begin
If j=i then goto Metka; 11:=10;
l:=sqrt(sqr(x[i]-x[j])+sqr(y[i]-y[j])+sqr(z[i]-z[j]));
If (i*j=3)or(i*j=6)or(i*j=8)or(i*j=4)then 11:=10/1.41;
F:=25000*(11-1); Fx[i]:=Fx[i]+F*(x[i]-x[j] )/1;
Fy[i] :=Fy[i]+F*(y[i]-y[j])/l;
Fz[i]:=Fz[i]+F*(z[i]-z[j])/1; Metka: end;
end;
Procedure Nach_uslov;
begin b:=pi/2-teta0;
m[l]:=l; m[2]:=l; m[3]:=l; m[4]:=1.5; m[5]:=0.01;
x[l]:=0; y[l]:=10*cos(b+pi/6); z[1]:=10*sin(b+pi/6);
x[2]:=0; у[2]:=10*cos(pi/6-b); z[2]:=-10*sin(pi/6-b);
z[3]: = (z[l]+z[2])/2; у [3] : = (y [1]+y [2] )/2 ; z[4]:=z[3]; y[4]:=y[3];
x[3]:=10*sin(pi/6); x[4]:=-10*sin(pi/6); x[5]:=0; y[5]:=0; z[5]:=0;
vx[l]:=-42; vx[2]:=40; end;
BEGIN Gd:=Detect; InitGraph(Gd, Gm, 'c:\bp\bgi');
line(390,0,390,500); Nach_uslov;
Repeat Sila;
for i:=l to 4 do begin ax:=(Fx[i]-r*vx[i])/m[i];
ay:=(Fy[i]-r*vy[i])/m[i]; az:=(Fz[i]-r*vz[i])/m[i]-0.3;
vx[i]:=vx[i]+ax*dt; vy[i]:=vy[i]+ay*dt; vz[i]:=vz[i]+az*dt;
x[i]:=x[i]+vx[i]*dt; у[i]:=y[i]+vy[i]*dt; z[i]:=z[i]+vz[i]*dt;
end; inc(k); t:=t+dt;
If к mod 30=0 then begin k:=0;
xc: = (m[l]*x[l]+m[2]*x[2]+m[3]*x[3]+m[4]*x[4])/
(m[l]+m[2]+m[3]+m[4]+m[5]) ;
yc: = (m [ 1 ] *y [ 1 ] +m [ 2 ] *y [ 2 ] +m [ 3 ] *y [ 3 ] +m [ 4 ] *y [ 4 ] ) /
(m[l]+m[2]+m[3]+m[4]+m[5]) ;
zc: = (m[l]*z[l]+m[2]*z[2]+m[3]*z[3]+m[4]*z[4])/
(m[l]+m[2]+m[3]+m[4]+m[5]) ;
Mx:=cos(pi/8); My:=sin(pi/8);
If xc>0 then circle(390+round(Ms*(yc-xc)*Mx*0.9),
500-round(Ms*(zc-(xc+yc)*My) ),2);
If xcKO then circle(390+round(Ms*(yc-xc)*Mx*0.9),
500-round(Ms*(zc-(xc+yc)*My)),1);
circle(390,500,10*Ms); end;
until KeyPressed; CloseGraph;
END.
Литература
1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика Т.1. Механика. - М.: Физ-
матлит, 2004. - 224 с.
2. Майер Р. В. Задачи, алгоритмы, программы. [Электронный ресурс] - URL:
http://maier-rv.glazov.net, http://komp-model.narod.ru.
3. Майер Р. В. Компьютерное моделирование физических явлений. - Глазов,
ГГПИ: 2009. - 112 с.
4. Савельев И.В. Основы теоретической физики: Учеб руководство: Для вузов.
В 2 т. Т.1. Механика и электродинамика. - М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат.
лит., 1991. - 496 с.
Разное
ПРОСТЫЕ ОПЫТЫ С РАСТЕНИЯМИ
Батурицкая Н.В., Фенчук Т.Д.
ИГРА ЦВЕТОВ
Кто не восхищался красками цветущего луга, лесной опушки, осенней листвы,
даров сада и поля? Но далеко не всем известно, откуда у природы такая богатая
палитра цветов. Всей этой красотой обязаны мы специальным красящим веществам
— пигментам, которых в растительном мире известно около 2 тысяч.
Цвет вещества, в том числе и пигмента, определяется его способностью к
поглощению света. Если свет, падающий на вещество или какой-либо орган
растения, равномерно отражается, они выглядят белыми. Если же все лучи
поглощаются, объект воспринимается как черный. Человеческий глаз способен различать до
300 оттенков ахроматического, т.е. нецветного, серого цвета. Если вещество
поглощает только отдельные участки видимой части солнечного спектра, оно
приобретает определенную окраску.
Электромагнитные волны с длиной волны 400—700 нм составляют видимую часть
солнечного излучения. В этой части спектра выделяются отдельные участки: с
длиной волны 400—424 нм — фиолетовый цвет, 424—4 91 нм — синий, 4 91—550 нм —
Зеленый, 550—585 нм — желтый, 585—647 нм — оранжевый, 647—740 нм — красный.
Излучение с длиной волны меньше 400 нм — ультрафиолетовая, а с длиной волны
более 740 нм — инфракрасная область спектра.
Зрительный аппарат человека способен различать до 10 млн. различных
хроматических, т.е. окрашенных, цветов и оттенков. Максимальное цветоразложение
солнечного света приходится на 13—15 часов. Именно в это время луг, поле
кажутся нам, наиболее ярко и пестро расцвеченными.
В растительных клетках чаще всего встречаются зеленые пигменты хлорофиллы,
желто-оранжевые каротиноиды, красные и синие антоцианы, желтые флавоны и фла-
вонолы. Каждая из этих групп представлена несколькими отличающимися по
химическому строению, а следовательно, по поглощению света и окраске пигментами.
Например, группа хлорофиллов высших растений включает 2 пигмента, а кароти-
ноидов — свыше 300.
Растительные пигменты — это крупные органические молекулы, имеющие
группировки, ответственные за поглощение света. Для этих группировок характерно
наличие цепочки чередующихся простых и двойных связей (—С=С—С==С—). У желто-
оранжевого пигмента бетта-каротина 11 двойных связей, у красного ликопина —
13. Кроме того, поглощение света усиливается при наличии в молекуле кольцевых
структур. Так, желтые флавоны и флавонолы, сине-фиолетовые антоцианы,
коричневые катехины содержат по 3 кольца. Цвет пигмента может меняться при
изменении кислотности среды, температуры, при взаимодействии его с металлами,
образовании солей.
В природе нет двух растений, которые имели бы абсолютно одинаковый цвет.
Следовательно, окраска зависит не только от количества и типа пигментов, но и
от строения ткани: ее толщины, количества межклетников, плотности
находящегося на поверхности клеток воскового налета, химического состава клетки,
особенно вакуолей.
Правда, не всегда окраска обусловлена избирательным поглощением света. Так,
«металлический» цвет листьев некоторых растений объясняется преломлением
света и рассеянием его с поверхности особых «оптических» чешуек или клеток. У
эписции медной сильно опушенные коричневые листья, середина которых отливает
перламутром от голубоватого до медного цвета (рис. 1) . Особенность листьев
эписции в том, что под прозрачным эпидермисом находятся клетки, отражающие
свет в направлении падения лучей на предмет. Это вызывает эффект,
напоминающий свечение дорожного знака в темноте при освещении его фарами.
Рис. 1. Эписция: а — общий вид, б — схема строения листа.
Многие растительные пигменты используются в качестве красителей. Например,
из корнеплодов моркови получают желтый, а из свеклы столовой — красный
пищевые красители. Из листьев индигоферы красильной — синий краситель индиго,
широко применяемый в текстильной промышленности, а из листьев лавсонии — хну,
оранжево-красную краску, издавна используемую для окраски волос, шерстяных и
шелковых тканей, пищевых продуктов. Из плодов барбариса амурского получают
красный пищевой краситель, из рылец пестиков шафрана посевного — желтый.
Но даже, если орган не содержит никакого пигмента, он все равно не
прозрачен, а имеет свой цвет — белый.
БЕЛЫЙ ЦВЕТ
В природе белый цвет распространен очень широко: белые цветки, белые
стебли, белые пятна на листьях. Больше всего растений с белыми цветками в
высокогорных и приполярных областях, где они составляют до 30—40% обитающих там
видов. В средней полосе их меньше (до 25% видов) и совсем мало в пустынях и
степях.
Белый красящий пигмент называется бетулином (от лат. «бетула» — береза).
Накапливаясь в клетках коры молодых деревьев, бетулин окрашивает ствол березы
в тот прекрасный белый цвет, который так любим и воспет поэтами. Удивительно,
что во флоре средней полосы Европейской части СССР береза — единственное
растение , образующее этот пигмент.
Выделить из клеток коры березы бетулин можно, хотя и не очень просто. Для
этого применяют метод возгонки: мелко измельченную сухую кору помещают в
колбу и медленно нагревают. При этом бетулин выделяется из клеток и оседает на
стенках колбы в виде белого налета.
У других растений причиной белой окраски венчиков являются обширные
межклетники в сочетании с клетками, лишенными пигментов. Белые лепестки белы по
той же причине, по какой снег белый. Каждая снежинка в отдельности бесцветна,
так как свободно пропускает солнечные лучи. Но снежинки, падая друг на друга,
отражают солнечные лучи, и снег кажется белым. А вот лед, не имеющий
воздушных полостей, прозрачен, поскольку свет свободно проходит через него.
Убедиться в том, что белый цвет лепестков ромашки, белой лилии и других
цветов обусловлен не наличием красящего вещества, а развитой системой
межклетников , можно несколькими способами.
1. Почему лепестки
цветков белые
Вариант I (самый простой). Лепесток осторожно сожмите пальцами. Воздух из
межклетников выходит, и лепесток становится бесцветным и прозрачным, как лед.
Вариант II (более продолжительный). Погрузите лепестки в воду. Через
несколько часов, когда вода через устьица проникнет в межклетники, лепестки
станут бесцветными.
Вариант III (самый надежный). Лепестки поместите в шприц и заполните его
водой. Установив шприц наконечником вверх (без иглы), задвиньте поршень,
чтобы вытеснить воздух. После этого закройте пальцем отверстие наконечника и
отведите поршень вниз. В результате создавшегося вакуума из воды и лепестков
начнут выделяться пузырьки воздуха. Через 1—2 мин воздух из межклетников
выйдет . Вновь задвиньте поршень в шприц. При этом вода поступит в межклетники и
лепесток станет прозрачным.
КРАСНЫЙ. РОЗОВЫЙ.
СИНИЙ. ФИОЛЕТОВЫЙ
Как это ни удивительно, но эти цвета определяет одна группа пигментов — ан-
тоцианы (от греч. «антос» — цветок, «цианос» — голубой), впервые выделенные
из цветков василька синего.
Антоцианы хорошо растворимы в воде. Содержатся в клеточном соке (вакуолях),
значительно реже — в клеточных оболочках. Могут существовать в различных
формах. При действии минеральных и органических кислот образуют соли красного,
при действии щелочей — синего цвета. На цвет антоцианов влияет не только
кислотность клеточного сока, но и способность этих пигментов образовывать
комплексные соединения с металлами. Например, для проявления синего цвета
необходимо наличие в клетках комплексного соединения антоцианов с магнием,
алюминием, оловом, а также белками и сахарами.
Поскольку в клетках содержится обычно несколько различных антоцианов, а
химический состав растений изменяется с возрастом, то окраска даже
кратковременно живущих венчиков может изменяться на протяжении дня. Так, у чины
весенней они сначала красные, затем зеленовато-синие. Иногда меняется окраска
только части венчика. Например, у конского каштана желтое пятнышко на
лепестке сначала становится оранжевым, потом красным, причем нектар выделяется
только в желтой стадии.
Ярко-красные розы, голубые васильки, фиолетовые анютины глазки содержат
растворенные в клеточном соке антоцианы. Яблоки, вишни, виноград, черника,
голубика своим цветом обязаны антоцианам. Клеточный сок листьев и стеблей
гречихи, краснокочанной капусты, листьев и корнеплодов столовой свеклы,
молодая красная кора эвкалипта, красные осенние листья также содержат антоцианы.
Больше всего антоцианов накапливают растения в местностях с суровыми
климатическими условиями (Арктика, высокогорные луга), а также ранневесенняя флора.
Антоцианы поглощают свет в ультрафиолетовой и зеленой областях спектра.
Поглощенная энергия частично превращается в тепло, повышая на 1—4°С температуру
листьев, пестиков, тычинок. Это создает более благоприятные условия, как для
фотосинтеза, так и для оплодотворения и прорастания пыльцы в условиях
пониженных температур. У высокогорных растений антоцианы, поглощая избыток
солнечной радиации, защищают хлорофилл и наследственный аппарат клетки от
повреждений. Несомненно, яркая окраска цветков и плодов играет большую роль в
привлечении насекомых-опылителей и в распространении плодов. Интересно, что «ан-
тоциановые» растения обладают повышенной стойкостью к загрязнению воздуха
кислыми газами промышленных предприятий.
Поступая в организм человека с фруктами и овощами, антоцианы проявляют
действие, сходное с действием витамина Р: они поддерживают нормальное состояние
кровяного давления и сосудов, предупреждая внутренние кровоизлияния. Образуя
комплексы с радиоактивными элементами, антоцианы способствуют быстрому
выведению их из организма. Кроме того, эти пигменты способны улучшать зрение.
Если орган растения имеет голубой, синий, фиолетовый цвет, то нет никакого
сомнения в том, что его окраска обусловлена антоцианами. А вот с красной
окраской несколько сложнее. У некоторых, немногочисленных по сравнению с «анто-
циановой» группой видов растений оранжевая, красно-коричневая окраска цветков
(тагетес прямостоячий, настурция большая), плодов (томаты, шиповник, ландыш
майский) обусловлена не растворенными в клеточном соке антоцианами, а
находящимися преимущественно в желтых и оранжевых пластидах (хромопластах)
пигментами группы каротиноидов (от лат. «карота» — морковь).
Наиболее распространен красный пигмент ликопин, близкий по строению к
каротину.
Каротиноиды не растворимы в воде, но хорошо извлекаются из пластид органи-
ческими растворителями. Их цвет, в отличие от антоцианов, не зависит от
кислотности среды.
Используя свойство антоцианов изменять цвет в зависимости от реакции среды,
можно поставить ряд интересных опытов.
2. Выделение
антоцианов
Изменение цвета под
действием кислот и щелочей
Для опыта понадобятся листья краснокочанной капусты, фиолетовые цветки
анютиных глазок или другие растения, содержащие антоцианы, 2 пробирки, 1-
процентная соляная или 6-процентная уксусная кислоты, 0,001-процентный гидро-
ксид натрия, индикаторная бумага.
Получить антоциановую вытяжку можно двумя способами. 0,5—1 г красных
листьев или синих, фиолетовых лепестков поместите в пробирку. Залейте 5 мл воды и
доведите до кипения над пламенем спиртовки. Нагревание выше 70°С приводит к
разрушению мембран клеток. Антоцианы свободно выходят из клеток, окрашивая
воду в розовый, синий или зеленоватый цвет. Отфильтруйте раствор в чистую
пробирку через бумажный фильтр.
Вместо кипячения листья или лепестки можно измельчить в ступке с небольшим
количеством песка, и, добавив около 5 мл воды, отфильтровать. Цвет раствора
убеждает в том, что антоцианы — водорастворимые пигменты.
Начинать следующую часть работы лучше с рассмотрения действия кислот. В
чистую пробирку отлейте 2—3 мл вытяжки пигментов, добавьте каплю разбавленной
кислоты (1-процентной соляной, 6—9-процентной уксусной, 0,025-процентной
лимонной) . Если полученная вытяжка антоцианов имела первоначально буроватую
окраску, то после добавления 1—2 капель кислоты она примет красивый розово-
красный цвет. Изменения окраски связаны с перестройками в молекуле антоциана.
К окрасившемуся в розовый цвет раствору добавляйте по каплям разбавленную
щелочь (0,001-процентный раствор едкого натра) или немного, на самом кончике
ножа, порошка питьевой соды. Розовая окраска исчезает.
Контролируя с помощью индикаторной бумаги изменение рН раствора,
происходящее в результате постепенного добавления кислоты или щелочи, можно установить
более точную зависимость цвета антоцианов от кислотности среды. У
краснокочанной капусты исходная вытяжка имеет красно-фиолетовый цвет. В сильнокислой
среде (рН 2—3) она приобретает красный, а при рН 4—5 — розовый цвет. В
результате нейтрализации розово-красный цвет изменяется сначала на синий
(нейтральная среда, рН 6—7), затем на зеленый (рН 8), желто-зеленый (рН 9—10) и в
сильно щелочной среде на желтый (рН выше 10).
К зеленоватому или синему раствору добавьте еще несколько капель кислоты.
Наблюдается повторное появление красного окрашивания. Можно повторить весь
цикл изменения окраски антоциановых растворов под действием кислот и щелочей
несколько раз.
Вытяжка пигментов синих лепестков и листьев многих растений при добавлении
щелочи окрашивается в зеленый цвет. Только у некоторых видов, например, у
фиолетовых анютиных глазок, гибискуса (китайская роза), краснокочанной
капусты, раствор антоциана приобретает под действием щелочи довольно устойчивую
сине-фиолетовую окраску. У василька синего голубая окраска устойчива даже в
кислой среде (рН 4—6). Причина этого явления в том, что голубой и синий цвета
появляются только в том случае, если молекула пигмента входит в состав
сложного комплексного соединения с металлами (Fe, Са, Мд и др.), углеводами,
белками. У многих видов в процессе выделения пигментов из листьев происходит
разрушение этого комплекса и утрата способности к проявлению голубого и
синего цветов.
В клетках растений может содержаться одновременно несколько различающихся
по цвету антоцианов. Так, в ягодах темно-окрашенного винограда их найдено 11.
3. Приготовление
индикаторной бумаги из
растворов антоцианов
Антоцианы растений относятся к группе индикаторов — веществ, изменяющих
свою окраску в зависимости от реакции среды. Поэтому вытяжка из окрашенных в
красный и синий цвет органов может быть с успехом использована для
приготовления индикаторной бумаги. Чтобы приготовить индикатор на щелочь, (красную
индикаторную бумагу) вытяжку, полученную из красных лепестков или других
окрашенных антоцианом тканей растения, подкислите 1—2 каплями любой кислоты до
появления четкой розовой окраски. Полоску фильтровальной бумаги пропитайте
раствором антоциана и высушите на стекле. Индикаторная бумага готова.
Индикаторную бумагу на кислоты готовьте, пропитывая полоски фильтровальной
бумаги сине-фиолетовым или зеленым раствором антоцианов.
Проверить эффективность приготовленной индикаторной бумаги можно, нанеся на
нее по капле кислоты или щелочи. Индикаторные свойства антоцианов сходны с
лакмусом: область перехода окраски лежит в интервале рН 3—12.
Для более точного определения рН раствора с помощью индикаторной антоциано-
вой бумаги необходимо подготовить цветную шкалу изменений окраски антоцианов
данного вида растений в интервале рН 2—10. Растворы, получаемые из окрашенных
в красный, синий цвета органов растений, всегда содержат комплекс антоцианов
(до 10-15), которые различаются по строению и способности к поглощению
отдельных участков спектра. Поэтому индикаторные свойства окрашенных вытяжек,
получаемых из разных видов растений, также различны.
4. Изменение окраски
цветков в букете
Убедиться в том, что окраска органа зависит во многом от кислотности
клеточного сока, можно на простом и эффектном опыте.
Для опыта нужны 3—4 вида растений с различной окраской венчиков, 2
стеклянных колпака, 2 стеклянные подставки под колпаки, водный раствор аммиака,
концентрированная («дымящая») соляная кислота.
Составьте 3 одинаковых букета из цветов с различной окраской венчика:
красных, голубых, фиолетовых, белых. Особенно эффектные результаты получаются с
розами.
Первый букет (контрольный) оставьте в стакане с водой. Второй поместите в
пары аммиака. Для этого на подставку из стекла поставьте букет в стакане без
воды. Рядом в маленьком стакане или бюксе — водный раствор аммиака. Быстро
накройте стеклянным колпаком. Третий букет поместите рядом со стаканчиком с
концентрированной кислотой, накройте колпаком. Помните, что кислота оседает
не только на цветках, но и на столе. Поэтому необходима подставка.
В течение 15—30 мин, по мере проникновения в клетки паров кислоты или
аммиака, происходит постепенное изменение окраски комплекса антоцианов и их
цветового сочетания с сопутствующими желтыми пигментами. В варианте, где
лепестки венчиков подвергались воздействию паров кислоты, на лепестках синего
цвета постепенно появляются розовые и красные пятна.
В варианте с воздействием на лепестки паров аммиака изменения окраски более
разнообразны. Это обусловлено тем, что при изменении кислотности клеточного
сока от кислой до щелочной происходит изменение цвета от красного через сине-
фиолетовые тона до зеленого и желтого (рис. 3). Лепестки венчиков, имевшие до
опыта красные, розовые тона приобретают необычную расцветку. У темно-красных
роз в атмосфере аммиака цвет лепестков изменяется сначала до разных оттенков
зеленого, затем переходит в коричневый. Такое изменение окраски связано с
тем, что в лепестках роз одновременно содержатся не только антоцианы,
придающие лепесткам красный цвет, но и желтые пигменты флавонолы. Под влиянием
аммиака цвет флавонолов тоже меняется: слабое желтое окрашивание переходит в
желто-оранжевое, коричневое.
\. -ч - /
Рис. 3. Изменение окраски лепестков роз под действием щелочи.
Интересные результаты получаются с некоторыми белыми и бело-красными
цветками. Так, у турецкой гвоздики, имеющей красные лепестки с белой каймой под
влиянием паров кислоты может наблюдаться покраснение белых частей. Дело в
том, что в клетках растений с белыми цветками и плодами могут синтезироваться
бесцветные предшественники антоцианов — лейкоантоцианы, которые в результате
окисления способны превращаться в окрашенные вещества.
В самом упрощенном варианте цветки или отдельные лепестки можно погрузить в
1—2-процентный раствор соляной кислоты или 0,001-процентный раствор гидрокси-
да натрия. По мере проникновения растворов в клетки происходит изменение
окраски. Недостаток этого варианта в том, что венчики намокают, антоцианы
постепенно вымываются в раствор. Удобнее этим способом окрасить в ярко-красный
цвет цветки бессмертника (под этим названием обычно объединяют 2 вида: акрок-
линиум розовый и гелихризум большой).
В книге О. Ольгина «Опыты без взрывов» предложен более сложный способ
выполнения опыта. В вытяжном шкафу обрабатывают цветки парами смеси 50 мл
медицинского эфира и 50 мл аммиака. Так как эфир, накапливаясь в клетках,
нарушает проницаемость мембран, кислота или щелочь легко проникают в вакуоли, и сам
опыт протекает быстро.
5. Надписи на лепестках
В журнале «Химия и жизнь» (№ 1, 1977) членам клуба «Юный химик» было
предложено задание: найти забытый способ надписей на лепестках. Победителем был
признан десятиклассник из Винницы. Плотно прижимая к стеклянной пластинке
лепестки узамбарской фиалки, он с помощью пера, иглы или стеклянной трубочки с
оттянутым концом наносил на лепестки вещества (главным образом разбавленные
кислоты и щелочи) и наблюдал за изменением окраски. Так школьнику удалось
написать поздравление сестре ко дню 8 Марта.
Приведем таблицу, в которую ученик свел результаты своих опытов (в скобках
указан цвет, который приобрели лепестки со временем).
Реагент
NH4OH
NaOH
НС1
HBr
H2S04
HNO3
CH3COOH
Лепестки
белые
Ярко-желтый
Зеленый (красно-
коричневый )
Зеленовато-голубой
Зеленый (синий)
Зеленый
Салатовый
—
розовые
Светло-салатовый
Зеленый (красно-
коричневый )
Розово-красный
Карминово-красный
Бордо
Бледно-розовый
голубые
Голубой (изумрудный с
синей каймой)
Голубой (желтый с зеленой
каймой)
Розово-красный
Бордо
Красный
Бледно-красный
Лепестки цветков фиалки узамбарской по размерам невелики, но, благодаря
разнообразию их окраски, очень удобны для предварительного изучения изменения
окраски лепестков под действием кислоты и щелочи. Для надписей лучше
использовать более крупные лепестки тюльпанов, роз, пионов, гладиолусов.
Надпись делайте остро заточенной палочкой, смоченной в растворе кислоты или
щелочи. Так как лепестки часто покрыты восковым налетом, малопроницаемым для
водных растворов, поверхность листа слегка поцарапайте острым концом палочки.
Надписи, сделанные кислотой на синих лепестках, будут розового цвета, а
щелочью на красных — синими или зелеными.
6. Муравьиные художества
Известно, что муравьи выделяют кислоту, которая так и называется —
муравьиная. Положите на муравейник синие или голубые цветки (например, незабудки
болотной) и наблюдайте за изменением окраски лепестков. Проникая в клетки
лепестков , муравьиная кислота изменяет цвет антоцианов на красный. У цветков,
окрашенных в красные тона, изменения менее заметны.
Посадите около муравейника несколько растений гиацинта мышиного. Под
влиянием муравьиной кислоты, поступающей в растения через корни, окраска цветков
из синей постепенно становится розовой.
В весеннем лесу обратите внимание на окраску венчиков молодых и старых
цветков: хохлатки Галлера, медуницы неясной, сочевичника весеннего, фиалки
трехцветной, сон-травы. У медуницы венчики окрашены в самые разные цвета: от
розового — до лилового и синего, от синего — до голубого и белого. Это цветки
разного возраста: самые молодые, сидящие рядом с бутонами, розовые. Старея,
они приобретают фиолетовую окраску, затем синюю и, в конце концов — белую.
Изменения окраски венчиков связаны с постепенным изменением реакции клеточно-
го сока: в кислой среде она розовая, в щелочной — синяя, в нейтральной —
лиловая .
7. Влияние ионов
металлов на окраску
цветков гортензии
Цвет антоцианов определяется не только кислотностью клеточного сока, но и
способностью образовывать сложные комплексные соединения с металлами. Обычно
взаимодействие с одновалентными катионами усиливает красную окраску, а с
двухвалентными — синюю. У некоторых растений комплексные соединения
антоцианов с молибденом имеют фиолетовый цвет, с железом — синий, с никелем и медью
— белый. Увеличение содержания отдельных элементов в почве способно повлиять
на окраску лепестков венчика. Убедиться в этом можно на опыте с гидрангиеи
крупнолистной (гортензией) (рис. 4).
Рис. 4. Гортензия.
Для опыта нужны 2 растения гортензии: одно — образующее соцветия розового
цвета, второе — голубого, розовый раствор перманганата калия и раствор желе-
зоаммиачных или алюмокалиевых квасцов, либо сульфата железа (II) или сульфата
алюминия (II) (4—5 г/л).
Опыт лучше начинать весной, когда у гортензии начинают отрастать новые
побеги , но соцветие еще не сформировалось. Голубую гортензию 1—2 раза в неделю
поливайте розовым раствором перманганата калия, розовую — раствором
соединений железа или алюминия. Из почвы окрашенные растворы поступают в растения и
накапливаются в клетках, что вызывает в первом случае изменение окраски
лепестков венчика с синей на розовую, а во втором — с розовой на голубую.
Именно на способности растений изменять свой внешний вид в зависимости от
химического состава почвы и воздуха основан биогеохимический метод поиска
месторождений полезных ископаемых
В книге Н. Сладкова «Планета чудес, или невероятные приключения
путешественника Парамона» есть маленький рассказ «Говорящие цветы»
«Как только мы спустились с горы в долину, мой провожатый сразу забыл про
меня. Он бросился собирать цветы. Это была долина цветов.
Геолог торопливо срывал их, внимательно рассматривал, что-то записывал.
Губы его беззвучно шевелились. Казалось, что он разговаривает с цветами. Будто
он их о чем-то спрашивает, а они ему отвечают.
«Уж геолог ли он? — подумал я. — Может, он ботаник или поэт?»
— Что вы там шепчете? — спросил я громко.
— Я нашел клад! — ответил геолог. — В этой долине глубоко под землей
спрятаны несметные сокровища!
— Это кто же вам сказал? — удивился я
— Они сказали, — крикнул геолог. — Цветы.
«Неплохо,— подумал я. — То цветы — поджигатели, то подземные, то
говорящие» .
— Наши цветы такие!— выкрикивал геолог. — Им известны все клады, спрятанные
в земле. Нужно только понимать их язык — они все расскажут.»
Это не сказка. В зонах рудных месторождений из почвы в растения поступают и
накапливаются в них повышенные количества элементов, образующих рудную
залежь . Это приводит к появлению у растений отклонений в форме, окраске листьев
и цветков. У эшшольции калифорнийской повышенное содержание меди в почве
изменяет оранжевый цвет лепестков на сизый, а цинка — на лимонно-желтый. Мак,
растущий на свинцово цинковом месторождении, изменяет форму лепестков
(рассеченная форма вместо цельной) , а на молибденовом месторождении на его ярко
красных лепестках появляются красивые черные пятна. Никель обесцвечивает
цветки сон-травы. По этой примете на Южном Урале были найдены залежи никеля.
Есть растения-индикаторы, которые растут только на почвах, богатых тем или
иным химическим элементом. Например, на Алтае один из видов качима — растения
семейства гвоздичных, растущего в виде плотных подушкообразных кустов —
является индикатором меди. В Америке есть «свинцовая трава», растущая над
залежами свинцовой руды.
8. Мозаика из всходов
Всходы травянистых растений, молодые, весенние листочки многих деревьев и
кустарников из-за повышенного содержания антоцианов часто имеют окраску,
непохожую на цвет сформированных листьев. Например, легко различимы всходы ржи
и пшеницы у ржи они красноватые, у пшеницы — зеленые. В ярко-красный цвет
окрашены проростки столовой свеклы. Используя эту особенность, можно получить
удивительную картину.
Для опыта нужны наклюнувшиеся семена пшеницы, ржи, свеклы столовой, чашка
Петри или другой плоский сосуд с невысокими стенками, фильтровальная бумага.
На дно чашки Петри уложите 2—3 слоя фильтровальной бумаги. Важно, чтобы
поверхность, на которую будут уложены семена, была ровной. На фильтровальную
бумагу нанесите контуры двух- или трехцветного рисунка, учитывая цвет
проростков. Увлажните фильтровальную бумагу и, в соответствии с рисунком,
разместите набухшие семена. Для создания влажной среды, благоприятной для
прорастания семян, накройте чашку крышкой. Антоциановая окраска сильнее проявляется у
растений при пониженной температуре почвы и воздуха. Поэтому после того, как
семена наклюнутся, сосуд перенесите в холодильник (4—10°С) до появления
проростков .
К сожалению, картина красива только короткое время. С появлением первых
настоящих листьев она становится однотонной, зеленой.
9. Обесцвечивание
антоцианов
сернистым газом
Сернистый газ (SO2) оказывает на антоцианы удивительное действие — они
обесцвечиваются: красные, синие цветки превращаются в белые.
Для опыта нужны цветки с красными и синими лепестками, стеклянный колпак,
пригодный для обработки в нем цветков сернистым газом, кусочек серы или лабо-
раторная установка для получения сернистого газа, ложка для сжигания веществ.
Опыт проводится в вытяжном шкафу или вне помещения, так как сернистый газ
раздражающе действует на органы дыхания человека.
Поместите 1—2 цветка (без воды) под стеклянный колпак и заполните
пространство внутри колпака сернистым газом. Для этого в ложке зажгите кусочек серы и
внесите в камеру, где находятся цветки. Лучше использовать лабораторную
установку. Заполните сосуд сернистым газом с помощью газоотводной трубки. Плотно
закройте камеру. Наблюдайте постепенное, в течение 15—30 мин, обесцвечивание
лепестков венчика. У растений с махровыми цветками сначала изменяются
наружные лепестки.
Как только лепестки полностью или частично обесцветятся, достаньте цветок
из камеры и поставьте в стакан с водой. Сернистый газ постепенно улетучится и
лепестки примут исходный цвет. Нужно иметь в виду, что восстановление цвета
происходит значительно медленнее, чем обесцвечивание, в некоторых случаях — в
течение суток.
Сернистый газ вызывает переход антоцианов в бесцветную, так называемую лей-
коформу. Бесцветные формы антоцианов достаточно широко распространены,
например, в листьях, кожице и мякоти плодов некоторых растений (винограда,
яблони) . При определенных условиях они способны переходить в окрашенные формы
10. Акварельные
краски из антоцианов
Для опыта нужны растворы антоцианов, полученные из окрашенных частей
различных растений, 1-процентная НС1, 0,001-процентный NaOH, водяная баня,
кусочки камеди, образующейся на стволах вишни, сливы или 4-процентный глицерин.
Приготовьте различающиеся по цвету растворы антоцианов из окрашенных частей
различных видов растений. С помощью нескольких капель НС1 или NaOH придайте
растворам более яркий оттенок. Для повышения вязкости добавьте растворенные в
небольшом объеме воды кусочки камеди и упарьте на водяной бане. Краски готовы
ЖЕЛТЫЙ ЦВЕТ
Желтые пигменты распространены в мире растений так же широко, как и
красные, но в некоторых случаях они маскируются антоцианами, хлорофиллом и
поэтому менее заметны.
Географическое распределение растений с желтыми цветками довольно
равномерно: на их долю приходится около 30% видов, произрастающих в данной местности.
Группа пигментов, способных придать клетке желтый, желто-оранжевый цвет,
наиболее многочисленна: это каротиноиды, флавоны, а также флавонолы и
некоторые другие.
Очень широко распространены в мире растений каротиноиды. Обычно растения
содержат не один, а несколько различных каротинойдов, например, в кожице
зрелых плодов перца овощного обнаружено их около 100. Наиболее распространенными
пигментами этой группы являются каротин, ксантофилл и ликопин.
Каротиноиды поглощают свет в синей области спектра. Цвет пигмента
определяется как количеством сопряженных двойных связей в молекуле, так и
концентрацией его в растворе.
Каротиноиды, в отличие от других желтых пигментов, в воде не растворимы.
Для их извлечения применяют органические растворители (бензин, спирт).
У растений каротиноиды содержатся практически во всех органах: в цветках
(лепестках, завязи, тычинках), листьях, плодах и семенах. В листьях и зеленых
плодах каротиноиды находятся в хлоропластах, где маскируются хлорофиллом, и в
хромопластах. В лепестках, семенах они могут находиться также во внепластид-
ном состоянии в качестве красящего компонента капелек масла.
Желтый цвет венчиков чаще всего обусловлен пигментами группы каротиноидов.
Например, в одном из исследований было установлено, что у 240 из 300
изученных видов растений желтый цвет лепестков определяли каротиноиды. Они придают
желтый цвет венчикам цветков огурца посевного, тыквы обыкновенной, одуванчика
лекарственного, лютиков, купальницы европейской, калужницы болотной,
чистотела большого, подсолнечника однолетнего и других видов растений.
Вместе с флавонами каротиноиды содержатся в желтых тычинках и рыльцах
пестиков, участвуя в процессах созревания пыльцы, прорастания ее на рыльце
пестика и оплодотворения.
Мякоть плодов облепихи Крутиковой, лимона, апельсина, корнеплодов моркови
также богата каротиноидами.
Практическое использование каротиноидов основывается на их лекарственных
свойствах: они находят применение как обезболивающее средство при ожогах и
обморожениях, как источник витамина А, для лечения трудно заживающих ран.
Каротиноиды — прекрасные пищевые желтые красители. Выделенный из растений
каротин используют для окраски конфет, масла, сыра, мороженого и других
продуктов .
11. Получение
облепихового
(морковного) масла
В плодах облепихи хромопласты с каротиноидами находятся в сочном
околоплоднике . Для получения масла, обогащенного каротиноидами, нужны растительное
масло, плоды облепихи крушиновой, корнеплоды моркови, сито.
Плоды облепихи залейте таким количеством воды, чтобы она только покрывала
ягоды, доведите до кипения, слегка охладите и протрите массу через сито. К
мякоти добавьте столько процеженного растительного масла, чтобы получаемое
облепиховое было достаточно концентрированным. Помешивая, прокипятите смесь
на слабом огне. Каротиноиды, будучи жирорастворимыми веществами, переходят из
разрушенных в процессе термической обработки хромопластов в растительное
масло, которое приобретает оранжевую окраску. Для более полного извлечения
пигментов смесь оставьте на несколько часов. После этого осторожно слейте с
поверхности слой масла, обогащенного каротиноидами. Чтобы получить более
насыщенный раствор, слитым маслом залейте новую порцию мякоти плодов и повторите
процедуру несколько раз.
Сравните цвет растительного масла до начала и в конце опыта. Хорошо
заметное изменение окраски с бледно-желтой до оранжевой свидетельствует о переходе
в него пигментов плодов облепихи. Светло-желтый цвет самого растительного
масла также обусловлен каротиноидами.
Натрите на терке корнеплод моркови, обжарьте в большом количестве
подсолнечного масла. Вы получите масло, обогащенное комплексом каротиноидов
моркови.
Основной компонент облепихового, морковного масла — каротиноид каротин,
давший название всей группе пигментов. Кроме него, в состав масла входят
другие жирорастворимые вещества: стерины, фосфолипиды. Лечебное действие масла
обусловлено комплексом всех растворенных в нем веществ.
Помимо каротиноидов, в мире цветковых растений широко распространены желтые
пигменты флавоны и флавонолы (от лат. «флавус» — желтый). Флавоны и флавонолы
близки между собой и по строению и по цвету. Сосредоточены они в вакуолях
эпидермальных клеток, хорошо растворимы в воде. В растениях содержатся в
цветках (лепестки, рыльца пестиков), листьях, плодах. Известно около 70 жел-
тых пигментов, несколько различающихся по химическому строению. Названия их
обычно происходят от названий растений, из которых они были впервые выделены:
кверцетин — пигмент коры и плодов дуба (от лат. «кверкус» — дуб), рутином
богаты листья руты душистой.
Обычно в венчиках растений содержатся и антоцианы, и флавоны, и флавонолы.
Например, в цветках львиного зева обнаружено 2 вида антоцианов (пеларгонидин
и цианидин), 2 флавонола, в том числе кверцетин, несколько флавонов, например
лютеолин — пигмент анютиных глазок. Наиболее распространен кверцетин, который
содержится в лепестках всех изученных цветковых растений.
Флавоны и флавонолы интенсивно поглощают ультрафиолет. Поэтому особенно
богаты этими пигментами цветки и листья тропических и высокогорных растений.
Установлено, что, поглощая ультрафиолетовые лучи, флавоны и флавонолы
предохраняют хлорофилл и цитоплазму клеток от разрушения.
С давних пор желтые пигменты наряду с антоцианами широко используются в
качестве природных красителей. Первоначальное применение их связывается с
раскраской и татуировкой тела. В дальнейшем краски употреблялись для окрашивания
шкур, служивших одеждой. Позднее — для окраски тканей, пищевых продуктов и
других предметов широкого потребления. Уже в XV—XVI вв. в Европе стали
культивировать растения как источник красителей. Возникла красильная
промышленность .
Для окрашивания волокон и тканей в желтый цвет в народной практике
использовались цмин песчаный, череда трехраздельная, пупавка красильная, василек
луговой, ястребинка зонтичная. В зеленые, коричневые, болотные тона
окрашивает шерсть экстракт из наземной части зверобоя продырявленного; в желтые,
зеленые, коричневые — вытяжка из корней укропа огородного. Желто-коричневые
оттенки даст окрашивание шерстяных волокон экстрактом из корней и листьев
щавеля конского. Хороший желтый краситель получается из молодых листьев березы.
12. Получение желтого
красителя из
сухой чешуи лука
Сухая чешуя репчатого лука содержит в большом количестве желтый пигмент
группы флавонолов — кверцетин. Экстракт чешуи находит широкое применение для
окрашивания пищевых продуктов и тканей в желто-коричневый цвет. Используя
экстракт чешуи лука, ознакомимся с методикой приготовления и использования
растительных красителей.
Для опыта нужна сухая чешуя лука, аммониево-железные квасцы [(NH4)2S04#
•Fe2(SO4) з*24Н20] , сульфат железа (II), 2 химических стакана.
Окрашивание состоит из 3 этапов: экстракции, т.е. извлечения красителя,
закрепления (протравки) и промывания.
100 г сухой чешуи лука залейте на 30—35 мин теплой водой (1 л) , добавьте
питьевую соду (чайная ложка на 1 л воды) и прокипятите 1,5 ч на слабом огне,
слегка помешивая.
Экстракт слейте, а чешую лука еще раз залейте небольшим объемом воды и
прокипятите в течение часа. Снова слейте экстракт, смешайте с полученной ранее
порцией и дайте отстояться. Для увеличения концентрации красителя полученный
экстракт можно упарить.
Такой концентрированный краситель можно непосредственно использовать для
окрашивания ткани в желто-коричневый цвет, но для закрепления красителя,
придания ему нужного оттенка обычно применяют протравливание ткани различными
составами. Для окрашивания ткани в желтые тона в качестве протравки
используют аммониево-железные квасцы, а в темно-зеленые — сульфат железа (II)
(железный купорос).
Протравливание можно проводить перед окрашиванием, во время окрашивания и
после него. При предварительном протравливании окрашиваемый материал
прокипятите 15—20 мин в растворе протравителя, затем переложите в холодный раствор
красителя и прокипятите 45—60 мин.
При одновременном протравливании 4 г квасцов или 1 г сульфата железа (II)
растворите в 2 л воды и добавьте в раствор красителя. Окрашиваемый материал
опустите в раствор и доведите до кипения, все время переворачивая материал.
При последующем протравливании материал прокипятите около 1 ч в отваре
чешуи лука, затем добавьте в раствор протравитель и кипятите еще 40 мин.
Окрашенную ткань или пряжу прополощите в теплой воде, в которую добавлено
немного столового уксуса.
Помимо чешуи лука репчатого, для окрашивания в желто-зеленые тона можно
использовать другой растительный материал (см. таблицу):
Источник красителя
Молодые листья березы
Хвоя ели
Молодые шишки ели
Опавшие листья липы
Протравитель
Дихромат калия
Медный купорос (сульфат меди) (II)
Квасцы
Медный купорос
Цвет окрашенного
материала
Олив ков о-желтый
Зеленый
Желтый
Желтый
В некоторых случаях цвет ткани будет зависеть от порядка выполнения работы.
Экстракт листьев и стеблей картофеля можно использовать для окрашивания ткани
в желто-зеленый и черный цвета. При одновременной протравке с сульфатом
железа (II) ткань приобретает желто-зеленый цвет, при предварительной — черный.
КОРИЧНЕВЫЙ И
ЧЕРНЫЙ ЦВЕТА
Абсолютно черного пигмента у растений нет. Коричнево-черный пигмент антофе-
ин также не часто встречается в мире растений: коричневые орхидеи, черные
пятнышки на лепестках бобовых.
Антофеин — пигмент группы меланинов. По химическим свойствам близок к
дубильным веществам.
В большинстве случаев, когда речь идет о черных цветках, плодах, мы имеем
дело с накоплением темно-синих антоцианов.
Плоды черники, бузины черной, крушины ольховидной выглядят черными,
поскольку толстый слой окрашенных клеток мякоти полностью поглощает солнечный
свет.
Коричневого цвета в солнечном спектре нет, он обусловлен накоплением в
клетках больших количеств желтых пигментов, часто в сочетании с окрашенными в
красно-коричневые тона дубильными веществами. Например, в плодах конского
каштана обыкновенного, дуба черешчатого содержится очень много желтого
пигмента кверцетина.
Причиной появления коричневой, черной окраски, кроме того, могут быть
бесцветные вещества из группы катехинов. Сами по себе катехины бесцветны, но при
окислении на воздухе происходит их полимеризация, т.е. соединение нескольких
молекул между собой. Если количество взаимодействующих молекул невелико (2—
4) , получаются так называемые «пищевые» дубильные вещества. В цитоплазме
клеток имеются специальные ферменты, которые при определенных условиях
превращают катехины в дубильные вещества, окрашенные в красный, коричневый
цвеНепищевые» дубильные вещества (в коре дуба, ивы) представляют собой более
высокомолекулярные полимеры.
По химическому составу катехины очень близки к антоцианам и флавонолам, но
отличаются от них строением трехуглеродной цепочки. Катехины хорошо
растворимы в горячей воде, накапливаются в вакуолях и в большом количестве содержатся
в листьях многих растений, древесине, плодах. В листьях чайного куста
содержатся различные желтые пигменты группы флавонолов, например кверцетин. Но
желто-коричневый, а порой коричнево-черный цвет настоя чая обусловлен в
основном комплексом так называемых «пищевых» дубильных веществ, которые
образуются из катехинов в листьях чайного куста при обработке. В чайном листе
количество катехинов превышает содержание хлорофилла и каротиноидов. В процессе
приготовления чая молодые верхушечные листья сначала подвяливают в течение 6—
8 ч, затем 2—3 раза пропускают между валками давильных машин и выдерживают
несколько часов в потоке кислорода. За это время в разрушенных клетках под
действием ферментов происходит окисление и полимеризация катехинов.
Бесцветные катехины имеют горький и терпкий вкус, который пропадает при
полимеризации. Процесс сопровождается образованием красных и коричневых продуктов. Если
ферментация проходит не полностью, чай получается более низкого качества —
горьковатый, чрезмерно терпкий. В чайном листе обнаружено до 130 химических
соединений, причем многие из них имеют лекарственные свойства. Особенно
богаты целебными веществами молодые листья: в трех верхних листочках
сосредоточена четверть всех биологически активных веществ чайного куста. Первоначально
чай использовали исключительно как лекарство. Катехины чая обладают
свойствами витамина Р и так же, как этот витамин, регулируют проницаемость стенок
кровеносных сосудов. Кофеин, содержание которого в высших сортах чая может
достигать 4 %, обладает тонизирующим действием.
Наиболее распространены 2 типа чая: черный и зеленый. Кроме того, известны
желтый и красный чаи. Получают их из одних и тех же листочков, но по-разному
перерабатывают. Зеленый чай сохраняет естественный цвет и химический состав
листьев. Он обладает наиболее активными лечебными свойствами. Черный чай в
процессе переработки теряет часть витамина С, но приобретает аромат и
золотисто-коричневый цвет. Желтый чай по свойствам близок к зеленому, но отличается
интенсивным янтарно-желтым цветом и ни с чем не сравнимым ароматом. Красный
дает ярко-красный настой, пряный аромат и имеет вдвое больше катехинов и
других полезных веществ.
Известно много рецептов приготовления чая.
Тонизирующий чай заваривается из черного байхового чая высшего сорта в
соотношении 2 г на 100 мл воды. Чай насыпают в предварительно нагретый
фарфоровый чайник и заливают водой, доведенной до начальной стадии кипения (вода
покрывается мелкими пузырьками, но еще не кипит). Сначала наливают половину
нужного количества воды и, укрыв, настаивают 5 мин. Затем воду доливают, и
чай готов. Для приготовления хорошего настоя пригодна только мягкая вода.
При таком способе приготовления в раствор переходят 100% эфирных масел, 75%
кофеина, 50% дубильных веществ. Пить тонизирующий чай нужно сразу после того,
как он налит в чашку, ибо эфирные масла, а с ними и часть тонизирующих
веществ быстро улетучиваются.
Яблоки и картофель также содержат катехины. Они-то, окисляясь на воздухе, и
придают темный цвет яблокам в местах надрезов, яблочному соку, тертому
картофелю.
Дубильные вещества играют защитную роль в жизни растений, препятствуя
развитию в их тканях патогенных грибов и бактерий.
13.Обнаружение катехинов
в клетках растений
Этот опыт по сравнению с предыдущими может показаться несколько сложным.
Для опыта нужны 10-процентный раствор нитрата натрия, 20-процентный раствор
мочевины, 9—10-процентный раствор уксусной кислоты, 2-процентный раствор гид-
роксида натрия, срезы молодых побегов ольхи, ивы, сосны, острый нож или
лезвие.
Тонкие срезы молодых веток поместите последовательно в равные объемы
растворов : сначала нитрата натрия, затем мочевины и наконец уксусной кислоты.
Выдержите 3—5 мин в каждом. Затем перенесите срезы в раствор гидроксида
натрия, объем которого в 2 раза превышает объем уксусной кислоты. При наличии
веществ из группы катехинов на срезах появится вишнево-красное окрашивание.
14. Получение чернил из
растительного материала
В результате полимеризации катехинов в растениях образуются дубильные
вещества, которые в присутствии солей железа (5—10 г на 100 г растительного
сырья) дают зеленые, синие или черные соединения. На этом основано получение
растительных чернил.
Для опыта нужно 50—100 г растительного сырья, богатого дубильными
веществами, например, дубовой коры, корней лапчатки прямостоячей или щавеля
курчавого, плодов конского каштана обыкновенного или бузины черной,
концентрированный настой чайного листа, сульфат железа (II) , воронка, фильтровальная
бумага.
Чтобы получить чернила из чая, возьмите 2 г чайного листа, 20-процентный
раствор сульфата железа (II), 1—2 г сахара. Залейте чай 50 мл горячей воды и
нагревайте 30—40 мин на кипящей водяной бане. Раствор отфильтруйте, к осадку
добавьте еще 20—25 мл воды, прокипятите и отфильтруйте. Фильтраты объедините
и упарьте до объема 8—10 мл. Получится интенсивно окрашенная коричневая
жидкость. К 2 мл теплого фильтрата добавьте 0,5—1 мл 20-процентного раствора
сульфата железа (II) до появления черного цвета. 1—2 г сахарного песка
сделают чернила густыми. Чернила из чая стойки, не выцветают.
Чернила из зеленых плюсок1 каштана готовятся так. Возьмите 200 г плюсок и
проварите в течение 60—80 мин в 1 л воды. После того как раствор приобретет
коричневую окраску, отфильтруйте его и немного уварите. К фильтрату добавьте
2 г сульфата железа (II) и 1 г железоаммиачных квасцов. Почернение раствора
происходит постепенно, через 1—2 дня чернила готовы. Чем больше будет
добавлено сульфата железа (II), тем темнее будет цвет чернил.
Чтобы получить чернила из дубовой коры, залейте ее таким количеством воды,
чтобы она только покрывала кору, и прокипятите около часа. Когда жидкость
окрасится в темно-коричневый цвет, раствор отфильтруйте, добавьте порциями
порошок сульфата железа (II) и оставьте на 1—2 дня. Вместо сульфата железа (II)
можно добавить хлорное железо FeCl3. Чернила приобретут темно-синий оттенок.
Для приготовления чернил из плодов черной бузины возьмите 100 г ягод,
отожмите из них сок, добавьте 5 г 9-процентной уксусной кислоты, 2 г
железоаммиачных квасцов и 5 г сульфата железа (II). Для увеличения вязкости добавьте 1—
2 г сахара. Получите чернила черного цвета.
Высокое содержание дубильных веществ (до 30%) свойственно корневищам
лапчатки прямостоячей. Найти это растение не трудно. Цветки желтые, но в отличие
от других видов лапчаток четырехлепестковые. В народной медицине больше
известно под названием «калган» (рис. 6)
Осенью выкопайте корневища, измельчите, залейте водой с избытком и приго-
1 Плюска (лат. cupula — чашечка) — чашевидный орган, окружающий плод некоторых
растений порядка Букоцветные (Fagales). Образуется в результате срастания листьев и
прицветников редуцированного соцветия. Может покрывать плод целиком.
товьте насыщенный отвар. Добавляя к теплому отвару небольшими порциями
порошок железного купороса, получите превосходные черные чернила.
*
£
ч*
9?
Ч^
\\
Рис. 6. Лапчатка прямостоячая.
Возможность получения черного красителя из различных растений,
свидетельствует о широком распространении катехинов и дубильных веществ в растительном
мире. В каждом растении они представлены сложным комплексом близких по
составу соединений. Поэтому оттенок получаемых чернил будет зависеть от вида
растения, даже если вы приготавливаете их по единой методике.
15. Почему органы
растений после
гибели чернеют
Изучите влияние солей железа на окраску различных органов растения.
Для опыта нужен 5—20-процентный раствор сульфата железа (II) , опавшие
листья различных видов растений, плоды дуба, каштана, химические стаканы или
кристаллизатор.
Опавшие листья, плоды поместите в химические стаканы, чашки Петри или
кристаллизатор и залейте раствором железного купороса, чтобы он только покрывал
материал. Уже через несколько дней станет заметным изменение их окраски.
Причем, чем выше концентрация раствора сульфата железа (II) и содержание
дубильных веществ, тем быстрее проявляется черный цвет.
Железо содержится, хотя и в небольших количествах (10~5—10~6 % от сырой
массы) во всех органах растения. Оно входит в состав ферментов, без которых
невозможно осуществление таких физиологических процессов, как дыхание и
фотосинтез. Дубильные вещества также широко представлены в растениях. Однако,
пока растение здорово, взаимодействия между железом и дубильными веществами в
живых клетках не происходит. Если листья, стебли, плоды повреждаются и после
отмирания попадают во влажную среду, насыщенную солями железа, это
взаимодействие осуществляется легко и приводит к появлению черного цвета. Чем выше
содержание дубильных веществ в живых клетках, тем интенсивнее их черная окраска
после отмирания.
По этой же причине чернеют в воде мертвые листья рдеста, очень богатые
дубильными веществами. Плоды дуба и конского каштана, пролежавшие долгое время
в воде или в сыром месте, также становятся черными.
16. Многие ли растения
содержат дубильные вещества
Для опыта нужны 5-процентный раствор хлорида или сульфата железа (II) или
10-процентный раствор железоаммиачных квасцов, спиртовка, пробирка,
стеклянная палочка, предметное стекло, лист белой бумаги.
Качественной реакцией на наличие дубильных веществ является почернение
тканей при обработке разбавленными растворами солей железа, например, хлорида,
сульфата железа, железоаммиачных квасцов.
Опыт можно провести 3 способами:
1. 1—2 г растительного материала прокипятите в пробирке с 5—6 мл воды. При
этом дубильные вещества переходят в раствор. К вытяжке добавьте 1—2
капли хлорида железа.
2. Предметное стекло положите на лист белой бумаги. На предметное стекло
нанесите каплю сока, выжатого из исследуемого растения, и прибавьте
каплю соли железа.
3. Приготовьте срезы исследуемого органа. На срез нанесите каплю соли
железа.
Независимо от способа исследования при наличии в клетках дубильных веществ
появляется темное окрашивание. Хлорид железа и железоаммиачные квасцы дают
темно-зеленое окрашивание, а сульфат железа (II) — черное.
Начинать работу лучше с растениями, содержащими много дубильных веществ
(дуб, ива, каштан конский, щавель курчавый), а затем перейти к исследованию
других растений.
17. В какой части
стебля накапливаются
дубильные вещества
Для этого опыта понадобится микроскоп, 10-процентный водный раствор
железоаммиачных квасцов или 5-процентный свежеприготовленный раствор хлорида
железа, острый нож, предметное стекло, молодые побеги ольхи клейкой, сосны и
других растений.
Острым ножом или лезвием приготовьте тонкие срезы молодых побегов сосны и
ольхи. Поместите срезы в раствор хлорида железа или железоаммиачных квасцов
на 2—3 мин, промойте водой, поместите на предметное стекло, рассмотрите под
микроскопом при малом увеличении. Клетки, содержащие дубильные вещества,
окрашиваются в темно-зеленый цвет.
Хорошо заметно, что в стеблях сосны и ольхи больше всего дубильных веществ
содержится в клетках коры и сердцевины.
ЗЕЛЕНЫЙ ЦВЕТ
Зеленые стебли, позеленевшие на свету клубни картофеля, зеленые плоды и,
разумеется, зеленые листья своим цветом обязаны пигменту хлорофиллу (от греч.
«хлорос» — зеленоватый, «филлон» — лист). В отличие от обширных групп анто-
цианов, каротиноидов, флавонов и флавонолов, в клетках всех высших растений
имеется только 2 формы хлорофилла — зеленый с синеватым оттенком, хлорофилл
«а» и зеленый с желтоватым оттенком, хлорофилл «б». У некоторых водорослей в
очень малых количествах обнаружены еще 3 формы хлорофилла.
Других пигментов зеленого цвета у растений нет, только у некоторых видов
древесных растений слои старой древесины могут приобретать зеленоватый
оттенок в результате взаимодействия дубильных веществ с солями железа.
Для листьев различного возраста, различных видов растений характерно
многообразие оттенков зеленого цвета. Объясняется это тем, что в формировании
окраски листа принимают участие не только хлорофилл, но и другие содержащиеся в
листе пигменты: желтые каротиноиды, красные антоцианы.
Убедиться в том, что в листьях зеленого цвета присутствуют и желтые
пигменты можно, проделав следующий опыт.
18. Какие пигменты
содержатся в
зеленом листе
Для опыта нужны свежие листья злаков или комнатных растений, 95-процентный
этиловый спирт, бензин, ступка фарфоровая, пробирка, воронка, ножницы,
фильтровальная бумага.
Прежде всего получите вытяжку пигментов. Лучше, если вытяжка будет
концентрированной, темно-зеленой. Можно использовать листья любых травянистых, но
удобнее всего комнатных теневыносливых растений. Они мягче, легче
растираются, содержат, как все теневыносливые растения, больше хлорофилла. Хорошим
объектом являются листья каллы (белокрыльника), аспидистры, пеларгонии. Менее
пригодны для получения хлорофилльных вытяжек листья бегонии, содержащие в
вакуолях много органических кислот, которые при растирании листьев могут
частично разрушить хлорофилл.
К измельченным листьям (для опыта достаточно 1—2 листа пеларгонии) добавьте
5—10 мл этилового спирта, на кончике ножа СаС03 (мел) для нейтрализации
кислот клеточного сока и разотрите в фарфоровой ступке до однородной зеленой
массы. Прилейте еще этилового спирта и осторожно продолжайте растирание, пока
спирт не окрасится в интенсивно-зеленый цвет. Полученную спиртовую вытяжку
отфильтруйте в чистую сухую пробирку или колбу.
Убедиться в том, что спиртовая вытяжка пигментов листа, помимо зеленых,
содержит еще и желтые пигменты, можно 2 способами:
1. На фильтровальную бумагу нанесите стеклянной палочкой каплю полученной
спиртовой вытяжки пигментов листа. Через 3—5 мин на бумаге образуются
цветные концентрические круги: в центре зеленый (хлорофилл), снаружи-
желтый (каротиноиды).
2. Полоску фильтровальной бумаги шириной примерно в 1 см и длиной 20 см
погрузите одним концом в пробирку с вытяжкой. Через несколько минут на
бумаге появится зеленая полоса хлорофилла, а выше нее — желтые полосы
каротиноидов (каротина и ксантофилла).
Разделение пигментов обусловлено их различной адсорбцией (поглощением в
поверхностном слое) на фильтровальной бумаге и неодинаковой растворимостью в
растворителе, в данном случае — этиловом спирте. Каротиноиды хуже, по
сравнению с хлорофиллом, адсорбируются на бумаге, больше растворимы в спирте, по-
этому передвигаются по фильтровальной бумаге дальше хлорофилла.
Таким образом, в создании цвета листа участвуют 2 группы пигментов —
зеленые и желтые
Количество хлорофилла в сформировавшихся листьях примерно в 3 раза выше,
чем каротиноидов, поэтому желтый цвет каротиноидов маскируется зеленым цветом
хлорофилла.
Количественное соотношение хлорофилла и каротиноидов непостоянно, зависит
от возраста листа, физиологического состояния растений. Если содержание
хлорофилла уменьшается, листья приобретают желто-зеленый, желтый цвет.
Кроме описанных выше, существуют другие методы разделения пигментов.
19. Разделение
пигментов
по методу Крауса
Убедиться в том, что в спиртовой вытяжке наряду с хлорофиллом присутствуют
желтые пигменты, можно, используя их различную растворимость в спирте и
бензине.
Из пигментов группы каротиноидов в хлоропластах находятся преимущественно
желто-оранжевый каротин и золотисто-желтый ксантофилл. Все пигменты можно
выделить из листа спиртом, но растворимость хлорофилла и каротина в бензине
выше , чем в спирте. Ксантофилл в бензине не растворяется.
Для опыта нужны спиртовая вытяжка пигментов, бензин, пробирки, пипетка,
цветные карандаши.
В пробирку налейте 2—3 мл вытяжки, столько же бензина и 1—2 капли воды.
Закройте большим пальцем пробирку, энергично взболтайте в течение 2—3 мин и
дайте отстояться.
Жидкость в пробирке разделится на 2 слоя; бензин, как более легкий, будет
наверху, спирт — внизу. Оба слоя приобретут различную окраску: бензиновый —
зеленую, спиртовой — желтую.
Желтый цвет спиртовому раствору придает пигмент ксантофилл.
В бензиновом слое находятся 2 пигмента: хлорофилл и каротин, который не
заметен из-за интенсивно-зеленого цвета хлорофилла.
Убедиться в том, что в бензиновом слое действительно находится пигмент
каротин, можно, проделав реакцию взаимодействия хлорофилла со щелочью.
20. Действие
щелочи
на хлорофилл
По химическому строению хлорофилл представляет собой сложный эфир дикарбо-
новой кислоты хлорофиллина и двух спиртов — метилового и фитола. При
взаимодействии сложных эфиров со щелочами (реакция омыления) происходит разрыв
сложноэфирных связей с образованием соли данной кислоты и спиртов. В
результате реакции омыления хлорофилла образуется соль хлорофиллина и 2 спирта:
метиловый и фитол.
C32H3„ON4Mg <"SgggJ, +2NaOH-
C32H3oON4Mg <^S +CH,0H + CMH„0H
COONa
Для проведения этой реакции нужны спиртовая вытяжка пигментов листа,
бензин, 20-процентный раствор гидроксида натрия или гидроксида калия, пробирка.
Налейте в пробирку 2—3 мл спиртовой вытяжки пигментов, добавьте 4—5 капель
20-процентного раствора щелочи, взболтайте смесь. Происходит реакция
взаимодействия хлорофилла со щелочью. Цвет раствора не меняется, так как соли хло-
рофиллина имеют зеленую окраску.
Добавьте бензин, чтобы общий объем жидкости в пробирке увеличился в 2 раза,
взболтайте и дайте отстояться.
Нижний спиртовой слой окрасится в зеленый цвет благодаря присутствию в нем
натриевой соли хлорофиллина, которая, в отличие от хлорофилла, в бензине не
растворима. Здесь же, в спиртовом слое находится пигмент ксантофилл, но его
окраска маскируется интенсивно зеленым цветом натриевой соли хлорофиллина.
Верхний слой бензина будет окрашен в желтый цвет пигментом каротином.
Опыты по разделению пигментов спиртовой вытяжки листа показывают, что она
содержит 2 желтых пигмента: каротин и ксантофилл. Количественное соотношение
их в растениях примерно равное.
Итак, цвет листа зависит от сочетания и количественного соотношения желтых
пигментов каротиноидов (каротин, ксантофилл) и зеленого хлорофилла, изменяясь
от желто-зеленого у молодых до интенсивно-зеленого у взрослых и ярко-желтого
цвета у опадающих осенних листьев. Но можно ли с уверенностью говорить, что
хлорофилл — зеленый?
21. Какого
цвета хлорофилл
Цвет хлорофилла, как и любого окрашенного вещества, обусловлен сочетанием
тех лучей, которые пигмент не поглощает. В спектре поглощения света
растворами хлорофилла максимумы поглощения расположены в сине-фиолетовой (430 нм у
хлорофилла «а» и 450 нм у хлорофилла «б») и красной частях (660 нм у
хлорофилла «а» и 650 нм у хлорофилла «б»). Эти лучи поглощаются хлорофиллом
полностью. Поглощение голубых, желтых, оранжевых лучей определяется концентрацией
хлорофилла в растворе: при низких концентрациях они поглощаются частично, при
высоких могут быть поглощены полностью. Минимум поглощения лежит в зоне
Зеленых лучей. Совершенно не поглощается хлорофиллом только небольшая часть
красных лучей, которые в спектре расположены на границе с инфракрасными лучами.
Это так называемые дальние красные лучи.
Исследуйте зависимость цвета вытяжки от концентрации молекул хлорофилла в
ней.
Для опыта нужна настольная лампа без абажура или фонарь, высокая пробирка,
темно-зеленая спиртовая вытяжка пигментов, черная бумага.
Пробирку, завернутую в черную бумагу, чтобы свет сбоку не попадал на
раствор, поместите над лампой. Свет от лампы должен проходить через раствор
хлорофилла снизу вверх. Если смотреть в пробирку сверху, постепенно добавляя в
нее (не над лампой) маленькими порциями раствор хлорофилла, можно наблюдать
удивительную картину изменения окраски раствора от ярко-зеленой до вишнево-
красной .
Объясняется это тем, что по мере увеличения высоты столба жидкости в
пробирке изменяются условия освещения молекул хлорофилла, а следовательно, и
поглощение ими света.
Пока вытяжки в пробирке немного, она имеет в проходящем свете характерный
для хлорофилла изумрудно-зеленый цвет, обусловленный сочетанием непоглощенных
зеленых, части голубых, желтых и дальних красных лучей.
По мере увеличения количества хлорофилла в пробирке молекулы хлорофилла
постепенно поглощают сначала голубые и желтые, а затем и зеленые лучи. Остаются
непоглощенными только дальние красные лучи. Поэтому в очень большом слое
раствор хлорофилла в проходящем свете имеет не зеленый, а вишнево-красный цвет
(рис 7) . Так иногда в густом лесу можно видеть красное свечение, исходящее
из-под полога леса.
£ ЬЧ
■Л- '
~ -Ми iMii Г>I-1: ьИ1 7[>(\ I'hi jsi) "i^'Ikm ;.4i .)\:\} i,-,i» <,.|i• ,71 •
'I'lHIIJ 1Mb. Illil :\1
Рис 7. Поглощение света хлорофиллом в зависимости от
концентрации пигмента: а — в разбавленном растворе (поглощаются средняя
часть красного и сине фиолетовая области спектра) цвет раствора
желто-зеленый; б — в растворе повышенной концентрации
(поглощаются голубые, желтые, оранжевые лучи) цвет раствора изумрудно-
зеленый; в — в сильно концентрированном растворе (поглощаются
все видимые лучи солнечного спектра за исключением дальних
красных лучей); цвет раствора вишнево красный.
Этот опыт показывает, что зеленый цвет хлорофилла — сочетание различных,
проходящих через молекулу пигмента участков солнечного спектра Измененный
солнечный свет, в котором мало лучей, хорошо поглощаемых хлорофиллом, — одна
из причин того, почему светолюбивые растения не могут жить под пологом других
растений.
22. Взаимодействие
хлорофилла с кислотой
Характерное для хлорофилла поглощение света определяется химической
структурой его молекулы. Система сопряженных двойных связей играет большую роль в
поглощении сине-фиолетовых лучей. Присутствие магния в ядре молекулы
обусловливает поглощение в красной области. Нарушение структуры, например удаление
из молекулы магния, приводит к изменению цвета хлорофилла. Удалить из
хлорофилла магний можно, проделав реакцию взаимодействия хлорофилла с кислотой.
Для опыта нужна спиртовая вытяжка хлорофилла, 10-процентный раствор соляной
кислоты, уксуснокислый цинк, спиртовка, пипетка, 3 пробирки.
СООСНз
C32H3oON4Mg<^^39 + 2HCl
С32Нз2ОЫ4
СООС20Н39 + MgGb
Приготовьте спиртовую вытяжку хлорофилла и разлейте в пробирки по 2—3 мл.
Одна из пробирок контрольная. В две другие добавьте по 2—3 капли соляной ки-
слоты. В результате взаимодействия хлорофилла с кислотой магний замещается
двумя атомами водорода и образуется вещество бурого цвета — феофитин.
Одну из пробирок с феофитином оставьте для контроля, а в другую внесите на
кончике ножа уксуснокислый цинк и нагрейте на водяной бане до кипения. Бурый
цвет раствора меняется на зеленый: вместо двух атомов водорода в молекулу
входит атом цинка и занимает то место, где раньше был магний.
Вместо уксуснокислого цинка можно взять соли меди, ртути. Во всех случаях
металл входит в ядро молекулы феофитина, восстанавливается металлоорганиче-
ская связь и зеленая окраска. Следовательно, цвет хлорофилла зависит от
наличия металлоорганической связи в его молекуле.
Производные хлорофилла с цинком, медью или ртутью в природных условиях пока
не обнаружены, а феофитин образуется в листьях, поврежденных заморозками,
промышленными кислыми газами, в процессе старения.
2 3. Письмо на
зеленом листе
Свойство хлорофилла изменять цвет под действием кислот можно использовать
для написания текста на зеленом листе. Выше описывалась методика нанесения
рисунка на лепестки.
Для опыта нужны «чернила» — 10-процентная соляная кислота, листья фикуса,
палочка.
Заостренный конец палочки смочите соляной кислотой и нанесите на лист
нужный текст. На зеленом фоне листа постепенно появляется надпись бурого цвета.
Скорость изменения цвета в месте нанесения кислоты зависит от плотности
покровов листа. Появление бурой окраски обусловлено проникновением кислоты
внутрь клеток и образованием в них феофитина.
Газообразные выделения промышленных предприятий часто содержат сернистый
ангидрид S02, который, проникая через устьица в листья, растворяется в
цитоплазме клеток и образует сернистую кислоту H2S03. Накопление ее в больших
количествах в цитоплазме вызывает разнообразные нарушения обмена веществ в
клетках, в том числе и разрушение хлорофилла. Внешне такие повреждения могут
выражаться в появлении на листьях бурых пятен.
24. Образование колец
отмирания на листьях
Образование феофитина в листьях многих растений может происходить также и
при нагревании листа выше 70—80 °С.
Для опыта нужны зеленые листья различных растений, спиртовка,
препаровальная игла, стеклянная палочка.
Пятикопеечную монету, закрепив так, чтобы не обжечься, нагрейте в пламени
спиртовки. Горячую монету опустите на лист. Через несколько минут вокруг
монеты появится бурое пятно неправильной формы, при этом часть листа
непосредственно под монетой может остаться зеленой.
Видоизмените опыт: прикоснитесь к листу концом сильно нагретой стеклянной
палочки, либо проколите его раскаленной препаровальной иглой. Во всех случаях
возникают своеобразные изменения окраски листа: зеленые круги с неровными
бурыми кольцами. Наиболее наглядные результаты дают растения с кислой реакцией
клеточного сока.
Появление бурых колец обусловлено поступлением кислот клеточного сока из
вакуолей в цитоплазму, а затем в хлоропласты. Под действием кислот происходит
образование феофитина и появление бурого окрашивания. Поскольку химический
состав листьев различных растений имеет свои особенности, можно получить раз-
личные картины колец отмирания (рис. 8).
Рис. 8. Кольца отмирания.
Желтые, коричневые пятна отмирания появляются на листьях и в природных
условиях под влиянием сильного перегрева, засухи.
25. Получение отпечатков,
фотографий с помощью
раствора хлорофилла
(по К.А. Тимирязеву)
Способность хлорофилла к поглощению света лежит в основе процесса
фотосинтеза. Однако при высокой интенсивности освещения, особенно под влиянием
ультрафиолетовых лучей, может происходить необратимое разрушение хлорофилла,
которое приводит к обесцвечиванию, выцветанию его. Особенно быстро под
действием солнечного света обесцвечивается выделенный из листьев хлорофилл. На этом
основан опыт К.А. Тимирязева, который был приведен в его знаменитой Круниан-
ской лекции, прочитанной в 1903 г. в Лондонском Королевском обществе:
«Вот отпечаток листа папоротника, полученный при помощи хлорофилла. Лист
был наложен на пластинку из коллодиума, окрашенного хлорофиллом. После
непродолжительной экспозиции на солнце все поле выцвело, а части, защищенные
листом, сохранили свою оригинальную окраску. Изображение фиксировалось
непродолжительным погружением в баню из медного купороса» (рис. 9).
Рис. 9. Отпечаток листа папоротника.
Повторите опыт К.А. Тимирязева. Для его проведения необходима спиртовая
вытяжка хлорофилла, коллодий или фильтровальная бумага, 10-процентный раствор
медного купороса CUSO4, лист растения.
Приготовьте спиртовую вытяжку пигментов. Если нет коллодия2, можно
использовать фильтровальную бумагу. Пропитайте ее раствором хлорофилла и прикрепите
лист растения, отпечаток которого вы хотите получить. Перенесите в освещенное
солнцем место.
Через 1—2 ч под действием света происходит обесцвечивание хлорофилла на
участках фильтровальной бумаги, незащищенных листом растения. Для закрепления
изображения опустите фильтровальную бумагу с отпечатком листа в горячий (50—
60 °С) 10-процентный раствор CUSO4 на несколько минут.
Обесцвечивание хлорофилла при избытке света происходит в результате
взаимодействия возбужденных светом молекул хлорофилла с кислородом и последующего
необратимого окисления молекул пигмента. Необратимое фотоокисление хлорофилла
происходит не только в условиях чрезмерно высокой интенсивности освещения, но
и при увеличении доли ультрафиолетовой радиации в потоке солнечного света. В
природе такие условия бывают довольно часто, например, растения гор обитают в
мощном потоке ультрафиолетового излучения. У этих растений в процессе
эволюции возникли защитные механизмы в виде сопутствующих хлорофиллу пигментов
(антоцианы, каротиноиды), которые поглощают избыточную солнечную радиацию и
превращают ее в тепло. Не случайно высокогорные растения содержат в листьях
больше антоцианов, чем растения долин. Установить связь между количеством ан-
тоцианов в листе и условиями освещения достаточно легко. Для этого необходимы
2 растения колеуса гибридного, можно взять 2 укорененных черенка (рис. 10) .
Одно растение поставьте на яркий солнечный свет, другое — в условия
рассеянного освещения. На свету окраска листьев становится значительно ярче,
краснее, а при рассеянном освещении листья зеленеют. То же происходит и с
фиолетовыми листьями традесканции зебровидной.
Рис. 10. Колеус.
2 6. Фотография жизнью
(по К.А. Тимирязеву)
Название этого опыта, как и описание, даны К.А. Тимирязевым в его
знаменитой книге «Солнце, жизнь и хлорофилл». Цель опыта — показать, что для
образования хлорофилла в листе обязательно нужен свет.
2 Колло дий (от греч. вязкий, клейкий) — 4 % раствор тринитроцеллюлозы в смеси
этанола и диэтилового эфира в соотношении 1:7 (в медицине 20 на 76 частей).
Достичь цели просто: выращивая растения, клубни картофеля на свету и в
темноте . Через 2—6 дней после начала прорастания сравните цвет проростков. Летом
это сделать еще проще: достаточно рассмотреть траву под большим камнем,
доской , бревном. Она будет совершенно обесцвечена.
Климент Аркадьевич Тимирязев выбрал самый эффектный вариант. Вот описание
опыта:
«Всякий знает, что в темном погребе растение получается не зеленое, а
бледно-желтое, этиолированное, как выражаются ботаники, таков, например, наш
зимний салат-цикорий и т.д. Возьмем плоский деревянный ящик, на дно его положим
кусок войлока и, посеяв по нему обыкновенный кресс-салат, оставим все в
совершенной темноте. Кресс скоро вытянется и представит густую щетку — почти
сплошную поверхность из своих первых, совершенно желтых листьев. Теперь
вырежем в листе картона сквозными буквами какое-нибудь слово (Тимирязев выбрал
слово «свет») и, прибив гвоздиками этот картон к краям ящика, вынесем все на
свет (но не на солнце). Через несколько часов, сняв картон, увидим на желтом
фоне нашего газона из кресс-салата надпись, выступающую зелеными буквами»
(рис. 11).
*VHaa
Рис. 11. Схема опыта К. А. Тимирязева.
Четкий стиль изложения, умение простым, понятным языком объяснить научные
понятия — характерная особенность работ К.А. Тимирязева.
Кресс-салат был выбран ученым за быстроту прорастания, мелкость семядольных
листочков, что важно для создания однородного фона. Вместо кресс-салата можно
использовать семена быстро и легко прорастающих растений: салата, горчицы,
ржи, пшеницы.
Войлок был использован К. А. Тимирязевым потому, что хорошо впитывает воду,
семена на нем лежат ровно, дружно прорастают. Его можно заменить несколькими
слоями фильтровальной бумаги либо поролоновым матрасиком.
Результаты опыта свидетельствуют, что без света у покрытосеменных растений
хлорофилл не образуется. В то же время хвойные, папоротники и многие зеленые
водоросли способны синтезировать хлорофилл в полной темноте. Биосинтез
молекулы хлорофилла включает 15 последовательных реакций, одна из которых —
присоединение 2 атомов водорода по месту разрыва двойной связи в четвертом пир-
рольном кольце — происходит на завершающей стадии биосинтеза хлорофилла.
Поэтому для позеленения этиолированных проростков достаточно нескольких часов
освещения.
27. Фотографии
на листьях
Световая энергия, поглощенная пигментами хлоропластов, расходуется на
образование из углекислого газа и воды органического вещества. Используя четкие
фотографические негативы, убедимся в том, что количество образующегося в
листе крахмала пропорционально количеству света, падающего на лист.
Для опыта нужны растения, накапливающие в листьях крахмал — примула,
гортензия, фасоль обыкновенная, настурция большая, четкий фотографический
негатив, черная бумага, ножницы, пинцет, водяная баня, химический стакан, 95-
процентный этиловый спирт, раствор йода в йодиде калия (раствор Люголя),
чашки Петри, лампа накаливания мощностью 100—200 Вт (или лампы дневного света).
Определить, подходит ли растение для опыта, можно пробой на крахмал. Для
этого кусочек листа (взять во второй половине дня) прокипятите в воде 2—3
мин, выдержите в горячем спирте до полного удаления хлорофилла из листа,
промойте горячей водой и погрузите в раствор йода в йодиде калия, который
готовят следующим образом: 2 г йодида калия растворяют в 10 мл воды, вносят 1 г
кристаллического йода, тщательно размешивают и доводят до 300 мл водой.
Хранят в темном месте. Можно приобрести в аптеке готовый раствор Люголя, который
включает те же компоненты, но в более высокой концентрации. Если под
действием йода кусочек листа посинел, растение для опыта пригодно.
Важный этап опыта — предварительное обескрахмаливание листа. Обычно трех
суток выдерживания растения в темноте достаточно для того, чтобы весь
крахмал, находящийся в листьях, превратился в глюкозу и перешел из листьев в
другие органы. Скорость передвижения органических веществ по растению достаточно
велика — до 1 м/ч. Проще поместить в темное место все растение, но длительное
пребывание без света для растения неблагоприятно. Поэтому лучше склеить
темные внутри и светлые снаружи (для отражения света) пакетики и изолировать
отдельные листья (лучше молодые). Во многих случаях обескрахмаливание идет
быстрее, чем за трое суток. В связи с этим можно закрыть пакетиками на 3 листа
больше, чем планируется сделать фотографий. Через 12, 24 ч затемнения можно
сделать пробу на крахмал и приступать к опыту.
На верхнюю сторону листа наложите фотографический негатив эмульсией вверх,
а нижнюю сторону тщательно закройте черной бумагой (бумагу и негатив можно по
краям сшить).
В осенне-зимний период естественного освещения для интенсивного фотосинтеза
явно недостаточно. Поэтому для получения хорошего отпечатка на листе, его
надо дополнительно освещать. Лампа не должна располагаться слишком близко к
листу (температура вблизи листа 25—30 °С) . Негатив должен плотно прилегать к
поверхности листа и равномерно освещаться лампой. 3—6 ч освещения обычно
достаточно для накопления крахмала в экспериментальном листе.
Методика «проявления» фотографии обычна: пакет снимите, лист опустите на 2—
3 мин в кипяток, затем выдержите в горячем спирте до полного удаления
хлорофилла (стаканчик со спиртом нагревать только на водяной бане!). Промойте
горячей водой, осторожно положите в чашку Петри или тарелку и залейте раствором
йода. После появления изображения раствор слейте, промойте лист холодной
водой и просушите фильтровальной бумагой.
На свету даже у высушенного отпечатка окраска постепенно светлеет,
выгорает , но ее можно восстановить, вновь обработав лист раствором йода.
28. Окрашивание цветков
искусственными красителями
Применив ряд искусственных красителей, можно придать лепесткам цветков
необычную для данного вида расцветку.
Для опыта нужны белые или окрашенные в светлые тона цветки различных видов
растений (например, нарциссы, сирень обыкновенная, жасмин садовый (чубушник),
виола трехцветная), красители: эозин, метиленовый синий, малахитовый зеленый,
метиловый фиолетовый, либо содержащие данные красители красные, зеленые, си-
ние, фиолетовые, черные чернила «Радуга-2», пробирки, штатив для пробирок.
Приготовленные для окрашивания цветков растения погрузите в пробирки с
разбавленными растворами красителя. Начинать работу лучше с красных чернил,
которые содержат краситель эозин. Эозин способен быстро (через 15—30 мин)
проникать в лепестки, окрашивая их в розовые и красные тона. Первоначально
краситель накапливается в сосудах, благодаря чему становится заметной густая
сеть жилок, пронизывающих лепестки. Постепенно, по мере того как краситель из
сосудов начинает проникать в клетки, лепестки окрашиваются полностью (рис.
12, а).
Рис. 12. Цветки-химеры.
Используя чернила других цветов, можно белые лепестки превратить в синие,
даже зеленые, что для мира растений — редкость.
Если несколько видоизменить опыт, можно получить цветки или соцветия
причудливой мозаичной окраски. Для этого расщепите вдоль стебель соцветия или
цветоножку. Одну половину стебля погрузите в пробирку с раствором красителя,
например эозина, а вторую — в пробирку с водой. В этом случае в красный цвет
окрасится только часть соцветия или цветка. Мозаичное окрашивание хорошо
удается на соцветиях белой сирени, жасмина садового, рябины обыкновенной (рис.
12, б).
На окрашенных лепестках видно, что входящие в них проводящие пучки (жилки)
различным образом ветвятся, между ними образуются перемычки. Благодаря густой
сети проводящих пучков любая клетка лепестка оказывается близко от источника
воды. По мере накопления красителя можно рассмотреть окончания отдельных
тонких жилок.
Вода из сосудов легко поступает в близлежащие клетки, но проникновение в
них растворенных в воде веществ определяется свойствами наружной мембраны
клеток. Поэтому, помещенные в растворы различных красителей, цветки одного и
того же вида растений будут окрашиваться с различной скоростью. Быстро
поступает в клетки красный эозин, значительно медленнее — метиловый фиолетовый. В
процессе старения клеток проницаемость мембран возрастает, поэтому скорость
окрашивания цветков зависит еще и от их возраста. Например, в одном из опытов
цветки маргаритки многолетней, находившиеся в растворе зеленых чернил
(разбавление 1:2), окрасились в зеленый цвет только на седьмой день.
Передвижение воды вверх по сосудам растений происходит благодаря процессу
испарения воды с поверхности листьев, лепестков. Поэтому скорость движения
воды может колебаться от 0,1 до 100 м/ч в зависимости от вида растения и
условий внешней среды. Используя эозин, можно определить скорость передвижения
воды по стеблю или цветоножке. Для этого в раствор красителя нужно опустить
только нижнюю часть стебля, измерить расстояние от уровня красителя до цветка
и определить время, необходимое для появления красителя в лепестках.
РОСТ РАСТЕНИЙ
Ростовые явления у растений проявляются, прежде всего, в образовании новых
органов, тканей, клеток и их компонентов. В отличие от животных, рост
растений продолжается в течение всей их жизни. Неограниченность роста обусловлена
тем, что, в отличие от других организмов, деление клеток у растений
приурочено к определенным зонам, называемым меристемами (от греч. «меристес» —
делитель) . В меристемах происходит не только деление клеток, но и образование
зачатков органов. За счет деления клеток верхушечных меристем происходит рост
стебля и корня в длину, образование листьев, цветков. Боковые меристемы
обеспечивают рост осевых органов в толщину. У злаков рост стебля обусловлен
делением клеток вставочных меристем, расположенных в основании междоузлий
Характерной чертой роста растения является его неравномерность,
периодичность . Рост клеток растений включает несколько следующих друг за другом
процессов : фазы деления, растяжения и дифференциации.
Фаза деления (эмбриональная фаза) проходит в зоне меристем. Образующиеся в
результате деления дочерние клетки первоначально имеют размеры вдвое меньше
материнской, но затем быстро растут за счет увеличения объема цитоплазмы.
Часть клеток, образовавшихся в процессе деления, остается меристематически-
ми, а остальные переходят в фазу растяжения. Характерной особенностью фазы
растяжения является быстрое увеличение объема клеток, например, за 1 ч клетка
может увеличиться в размерах в 2 раза. Увеличение объема клеток связано с
поглощением больших количеств воды и формированием вакуолей. К концу фазы
растяжения размеры клетки увеличиваются по сравнению с эмбриональной фазой в
десятки раз.
Постепенно растяжение замедляется, и клетки переходят к третьему этапу
жизнедеятельности — дифференциации, в ходе которого происходит их узкая
специализация. Из внешне однородных клеток меристем формируются покровные,
проводящие, паренхимные, эмбриональные, механические клетки, совокупность которых
образует соответствующие ткани растений.
Таким образом, изменение размеров клеток идет неравномерно: сначала
(эмбриональная фаза) медленно, размеры клеток после деления увеличиваются только
в 2 раза, затем очень быстро (фаза растяжения) и вновь замедление вплоть до
полной остановки роста (фаза дифференциации). Графически рост клетки
описывается в виде S-образной кривой, иначе называемой большой кривой роста (рис.
13) .
Рост клеток происходит под контролем гормонов и регуляторов роста
негормональной природы. К гормонам растений относят вещества, которые синтезируются
и функционируют в растениях в микроколичествах, при этом место синтеза
гормонов и место их регуляторного воздействия пространственно разобщены. Например,
гормон цитокинин, который синтезируется в клетках корня, перемещается по
сосудам в клетки стебля, листьев, цветков. У растений нет определенных органов
или желез, аналогичных железам внутренней секреции животных, синтезирующим и
продуцирующим гормоны. Гормоны растений образуются преимущественно в местах
активного деления клеток: в верхушках корней и стеблей, в молодых листьях,
почках, растущих плодах.
100
90
80
70
Ь0
К
E
2 «30
E
S
cf 40
.30
20
10
I 2 i 4 5 6 7 8 <>
Время, дни
Рис. 13. Большая кривая роста (фазы): 1 — медленного роста, 2 —
быстрого роста, 3 — замедления (переход клеток в фазу дифференци-
ровки), 4 — стационарная, свидетельствующая о прекращении роста.
В зависимости от влияния, оказываемого гормонами на рост растений, выделяют
гормоны — стимуляторы роста (ауксин, цитокинины, гиббереллины) и гормоны —
ингибиторы роста (абсцизовая кислота, этилен). В регуляции участвуют и
вещества негормональной природы, например входящая в группу фенольных ингибиторов
салициловая кислота.
Ауксин синтезируется в верхушечных меристемах побегов и корней, молодых
листьях, зародышах семян. В эмбриональной фазе ауксин стимулирует деление
клеток, а затем их растяжение, регулирует передвижение питательных веществ в
растении. Увеличение количества ауксина в растущих клетках увеличивает приток
к ним питательных веществ, что приводит к усилению роста клеток.
Гиббереллины синтезируются в меристематических тканях тех же органов, что и
ауксин. Совместно с ауксином гиббереллины регулируют процесс растяжения
клеток, активизируют деление и дифференцировку. Им принадлежит главная роль в
регуляции прорастания семян.
Основное место синтеза цитокининов — верхушки корней, откуда они
перемещаются по растению с током воды. Цитокинины непосредственно регулируют процесс
деления клеток. Активизируя синтез белков и нуклеиновых кислот, цитокинины
задерживают старение клеток.
Ингибиторы замедляют рост растений, подавляя процессы деления и растяжения
клеток.
Этилен подавляет растяжение клеток, блокирует передвижение ауксина.
Накопление этилена в значительных количествах ускоряет старение клеток листьев,
плодов, цветков. Он играет важную роль в регуляции созревания плодов,
опадении листьев.
Действие абсцизовой кислоты так же, как и этилена, проявляется в торможении
роста. Она вызывает покой почек, опадение листьев.
Координация ростовых процессов основана на сбалансированном совместном
действии стимуляторов и ингибиторов роста растений.
2 9. Периодичность
роста
древесных побегов
Общим законом роста растений является его неравномерность, или
периодичность , обусловленная внутренними процессами.
Изучите проявление этого закона на примере роста побегов.
Для опыта нужны побеги деревьев, например тополя, линейка. Опыт лучше
проводить осенью или зимой, после полной остановки роста побегов.
Измерьте длину междоузлий, а также длину побега от его основания до каждого
междоузлия.
При измерении стебля важно не упустить сближенные узлы с неразвивающимися
почками у основания и на верхушке побега.
В большинстве случаев имеет место четко выраженная периодичность роста. Она
проявляется в том, что междоузлия, образующиеся по мере нарастания побега,
имеют неодинаковую длину: увеличиваясь от основания к середине, длина
достигает максимума, а к верхушке побега опять уменьшается.
На основании полученных данных постройте кривые роста междоузлий и побега.
Для этого по оси ординат отложите длину междоузлий и длину побега, по оси
абсцисс — номера междоузлий, считая от основания побега. Построенные кривые
показывают, что рост побега происходит неравномерно. Вначале наблюдается
медленный рост, затем он увеличивается и, наконец, снова замедляется и
прекращается.
Кривая роста междоузлий, характеризующая периодичность их роста, будет
иметь одновершинную, почти симметричную форму.
Вы изучили особенности роста только одного органа растения — побега. Но они
являются общими для ростовых процессов как всего растения в целом, так и
других органов и тканей. Ведь в основе роста лежит рост составляющих их клеток.
Общий характер кривых роста был установлен немецким ученым Ю. Саксом.
Замедление и полное прекращение роста растений в природных условиях часто
совпадает с наступлением неблагоприятных внешних условий, но обусловлено
прежде всего внутренними факторами: изменением уровня нуклеиновых кислот в
точках роста, соотношением гормонов и ингибиторов роста. В тропиках, где годовые
колебания температуры незначительны, практически все растения имеют
периодическую приостановку роста.
Очевидно, рост растений можно регулировать искусственно.
30. Выращивание растения
с 2 стеблями из 1 семени
Обычно прорастающие семена двудольных растений образуют 1 побег,
развивающийся из зародышевой почки.
Для получения растений с 2 стеблями нужны семена гороха посевного, 2 горшка
с почвой, ножницы.
В горшки посейте по 5—6 семян гороха, близко к поверхности.
Когда семена дадут всходы, в одном горшке срежьте стебельки у самой
поверхности почвы таким образом, чтобы удалить ту часть стебля, на которой находят-
ся прилистники. От стебля останется только короткий пенек.
Через несколько дней у опытных растений вместо удаленного главного побега
вырастают 2 боковых, у контрольных растений продолжает расти 1 главный побег.
Выкопайте несколько опытных растений и убедитесь, что боковые побеги выросли
из пазух семядолей. Выкопав и раздвинув семядоли нескольких контрольных
растений, убедитесь, что в их пазухах также имеются почки, но они находятся в
состоянии покоя.
После появления первого листа обрежьте у части опытных растений верхушку
стебля, оставив прилистники. Вскоре из почек, находящихся в пазухах
прилистников , начнут развиваться боковые побеги. Образуются двустебельные растения.
У опытных растений еще раз обрежьте верхушки обоих стеблей. Таким образом
можно получить уже растения с 4 стеблями.
Опыты показывают, что у основания (в пазухах) всех листьев имеются
покоящиеся почки, которые трогаются в рост после удаления части побега с
верхушечной почкой. Торможение роста боковых почек ростом верхушечной — проявление
так называемых ростовых корреляций. Ростовые корреляции могут быть как
отрицательными, так и положительными. При положительной корреляции рост одного
органа ускоряется другим, такие взаимоотношения характерны, например, для
корневой системы и надземной части растений. Торможение роста боковых почек
верхушечной — пример отрицательной корреляции. Она имеет гормональную природу
и обусловлена количественным распределением гормона ауксина. Основной
источник ауксина в побеге — активно делящиеся клетки верхушечной почки, откуда он
перемещается вниз по побегу и накапливается в боковых почках в избыточном,
тормозящем рост количестве. При удалении верхушки побега концентрация ауксина
в боковых почках снижается до оптимальной и почки трогаются в рост.
Это явление широко используется в растениеводстве при формировании крон
деревьев и кустарников. В парках, на площадях часто можно видеть живые
изгороди, которым искусной стрижкой придана причудливая форма. При стрижке
удаляются верхушечные почки всех побегов, в результате происходит пробуждение
большого количества спящих почек, развитие боковых побегов, которые и придают
подстригаемому кусту форму и плотность.
31. Причудливые стебли
Для того чтобы получить растения с причудливой, искривленной формой стебля,
нужно создать такие условия, при которых рост клеток одной стороны стебля
будет происходить быстрее, чем другой. Добиться этого можно 2 способами: либо
искусственно увеличить в клетках одной стороны содержание ауксина, который
регулирует интенсивность растяжения клеток, либо несколько раз изменить
положение растения в пространстве, что также приводит к неравномерному
распределению ауксина в клетках верхней и нижней сторон стебля.
Опробуйте оба способа.
Для опыта нужны травянистые, растения, обладающие хорошим вертикальным
ростом, например, бобы конские, фасоль посевная, картофель, молодые растения ко-
леуса гибридного, 0,1-процентный раствор ауксина, ланолин.
I вариант — с ауксином
Марлевый или ватный тампон смочите раствором ауксина и привяжите к части
стебля непосредственно под верхушечной почкой, где начинается зона
растяжения. Во избежание высыхания тампон смажьте вазелином или кремом.
Вместо тампонов можно приготовить ауксиновую пасту. Для этого 10 мл 0,1-
процентного раствора ауксина смешайте с 10 г (2 чайные ложки) расплавленного
на водяной бане ланолина. Размешивайте стеклянной палочкой не менее 10 мин до
получения однородной эмульсии. Ланолин имеет желтоватый цвет, но после
растирания становится белым. Вместо ланолина можно взять любой крем, например
детский (ланолин составляет жировую основу всех кремов). Хранится паста в
холодильнике .
Нанесите ауксиновую пасту на одну из сторон стебля проростка фасоли. Ауксин
легко поступает в клетки и ускоряет их растяжение. В результате обработанная
сторона становится немного длиннее необработанной, что приводит к изгибу
стебля. Чтобы добиться кольцевого изгиба, надо заставить стебель совершить
еще 2 поворота — вниз, а затем вверх. Поэтому накладывать тампоны или пасту
придется несколько раз.
II вариант — без ауксина
Получить кольцевой изгиб стебля можно, используя способность главного
стебля расти вертикально вверх. Для проведения этого опыта можно использовать
проростки бобов или фасоли, колеус гибридный. Удобнее, если они будут
посажены в горшок прямоугольной формы. Положите горшок так, чтобы стебель растения
оказался в горизонтальном положении. Спустя несколько дней верхушка стебля
изогнется, и он снова примет вертикальное положение. Таким образом у растения
формируется первый изгиб. Постепенно в этой части стебля клетки заканчивают
рост, одревесневают, изгиб закрепляется. Еще раз переверните горшок с
растением таким образом, чтобы стебель вновь оказался в горизонтальном положении.
Через сутки верхняя часть стебля снова окажется изогнутой вверх, но четко
обозначенный изгиб сформируется через несколько дней.
Еще раз переверните растение таким образом, чтобы растущая верхняя часть
стебля оказалась в горизонтальном положении. Верхушка стебля вновь изогнется
вверх, завершая формирование кольцевого изгиба стебля.
Таким образом, перемещение стебля в горизонтальное положение оказывает
такое же влияние, как одностороннее нанесение пасты с ауксином. Объясняется это
тем, что в результате любого отклонения главного стебля от вертикального
положения в нем происходит перераспределение содержащегося в клетках
эндогенного ауксина. В результате увеличивается количество гормона в клетках нижней
стороны горизонтально расположенной части стебля, происходит усиление их
роста и изгиб стебля вверх.
32. Березовый сок
и старение растений
Место синтеза цитокининов — верхушки корней, откуда гормоны роста по
сосудам вместе с током воды поднимаются в надземную часть растений. Одно из
проявлений действия цитокининов — повышение устойчивости клеток растений к
действию неблагоприятных факторов, торможение старения клеток, в том числе и
клеток лепестков венчика. Естественным источником цитокининов является пасока
— раствор минеральных и органических веществ, перемещающихся из корня в
надземную часть растений по сосудам. Например, в пасоке винограда обнаружено 5
различных цитокининов.
Изучите влияние цитокининов березового сока на процесс старения срезанных
цветков или листьев.
Для опыта нужны 100—200 мл свежего березового сока, молодые цветки фиалки
узамбарской или других растений, несколько отделенных от растения листьев,
например пеларгонии зональной.
Несколько молодых цветков фиалки и листьев пеларгонии поместите в стакан
или пробирку с березовым соком. Контрольную группу растений поместите в
раствор сахара (2 г на 100 мл) , так как в пасоке березы содержание Сахаров со-
ставляет около 2%. Для предотвращения развития гнилостных бактерий можно
добавить поваренную соль из расчета 1 чайная ложка соли на 1 л раствора.
Продолжительность жизни срезанных цветков фиалки под действием цитокининов
березового сока увеличивается на 3—5 дней, листья пеларгонии остаются
зелеными еще дольше.
Старение лепестков, листьев связано с постепенным накоплением в них
ингибитора роста этилена, что приводит к нарушению проницаемости мембран клеток,
усилению распада белков, а в листьях и хлорофилла.
Поступающие в лепестки и листья цитокинины тормозят синтез этилена, что
приводит к увеличению продолжительности цветения, сохранению зеленого цвета
листьев.
33. Салициловая кислота
— ингибитор роста растений
Широко известно применение салициловой кислоты и ее производного —
ацетилсалициловой кислоты (аспирина) в медицине. Впервые салициловая кислота была
выделена из коры и листьев ив (от лат. «саликс» — ива), где содержится в
значительных количествах. Кроме ивы, салициловая кислота выделена из стеблей
злаков, корней томатов, мякоти плодов лимона, земляники, абрикоса. Ее широкое
распространение обусловлено тем, что она обладает свойствами ингибитора
роста . Изучим влияние салициловой кислоты на рост корня и стебля.
Для опыта нужны: раствор салициловой кислоты (50 мг на 100 мл) , 3—6 чашек
Петри, семена однодольных растений, например кукурузы, и двудольных, например
огурцов посевных, линейка.
Семена разместите в 3 чашках Петри по 10 штук в каждой. Для большей
достоверности проведите опыт в двух-, трехкратной повторности.
В первую чашку налейте 10 мл воды, во вторую 5 мл воды и 5 мл
приготовленного раствора салициловой кислоты, что соответствует концентрации 0,025%, в
третью — 10 мл исходного раствора салициловой кислоты (концентрация 0,05%).
Закройте чашки Петри крышками и поставьте на проращивание в теплое (25—30 °С)
место. Через неделю измерьте длину корней и стеблей у проростков, подсчитайте
среднюю длину корня и стебля в каждом варианте, данные занесите в таблицу.
Результаты опыта свидетельствуют, что салициловая кислота, особенно в высоких
дозах, замедляет как прорастание семян, так и рост корня и стебля (рис. 15).
Рис. 15. Действие салициловой кислоты на рост проростков дыни:
а — контроль, б — кислота 200 мкг/мл, в — кислота, 500 мкг/мл.
Например, в одном из опытов при повышении концентрации салициловой кислоты
до 0,05% рост корня прекращается сразу после наклевывания, точки роста
чернеют . В растворе наполовину меньшей концентрации корни у проростков вырастают в
4 раза короче, чем в контроле. Тормозящее действие салициловой кислоты на
рост корня выражено значительно более отчетливо, чем на рост стебля. Корень
проявляет в 2—3 раза большую чувствительность к ингибитору, чем стебель.
Тормозящее действие салициловой кислоты связано с подавлением в клетках синтеза
ряда витаминов, хлорофилла, белков, процессов дыхания и фотосинтеза.
Салициловая кислота относится к довольно обширной группе природных негормональных
ингибиторов роста.
34. Влияние ростовых
веществ дрожжей на
укоренение черенков
Наряду с ингибиторами роста в группу негормональных регуляторов входят
также вещества, стимулирующие рост: витамины, некоторые фенольные соединения,
например, кофейная, феруловая кислоты. Изучите влияние комплекса витаминов,
содержащихся в клетках дрожжей, на укоренение черенков.
Для опыта нужны черенки различных видов растений, дрожжи, фильтровальная
бумага, мерный цилиндр на 500 мл.
Приготовьте раствор дрожжей концентрацией 100 мг/л. Черенки, например,
пеларгонии зональной, разделите на 2 группы. Одну группу (контроль) поместите
на сутки в воду, а вторую (опытные растения) — на такой же срок в раствор
дрожжей. Через сутки черенки достаньте из раствора дрожжей, обмойте водой и
перенесите в сосуд, заполненный наполовину водой. Чтобы вода не застаивалась,
в сосуды с контрольными и опытными черенками поместите несколько кусочков
древесного угля. Черенки должны находиться в сосудах с водой до появления
корней у растений обоих вариантов. В таблице для подведения итогов отметьте
дату появления корней и число их к концу опыта.
Результаты опыта показывают, что вещества, выделяемые дрожжевыми клетками в
воду, ускоряют появление корней на 10—12 дней и увеличивают их число в 2—10
раз.
Использование раствора дрожжей позволяет ускорить корнеобразование у
растений с трудно укореняющимися черенками, например, лимона, роз, сирени.
Ускорение корнеобразования обусловлено выделением в воду из дрожжевых
клеток витамина Вг, биотина (витамина Н) , а также спирта мезоинозита. Витамины,
входя в состав различных ферментов, усиливают действие фитогормонов, что
приводит к усилению процессов регенерации в черенках опытных растений.
35. Влияние качества
света на рост растений
Стимулятором или ингибитором роста растений может быть и свет. Большое
значение имеет качественный, спектральный состав света. В солнечном спектре
выделяют обычно 6 участков, имеющих различную окраску: фиолетовый, синий,
зеленый, желтый, оранжевый, красный. Рассмотрим влияние на рост растений синего,
зеленого, красного света.
Для опыта нужны растения салата листового, редиса посевного, укорененные
черенки бегонии вечноцветущеи, камнеломки отпрысковой, хроматические камеры
(50x50x50 см), стержни к шариковым ручкам (синие, зеленые, красные), ацетон,
небольшие поролоновые тампоны для окрашивания стекол.
Для изучения роста растений в условиях освещения красным, зеленым, синим
светом необходимы 4 хроматические камеры, пропускающие свет определенных
спектральных участков. В качестве хроматической камеры можно использовать
готовые стеклянные аквариумы, либо изготовить их на основе деревянного каркаса
из стекла. Использовать аквариумы в качестве хроматических камер лучше в том
случае, если опыт проводится в лаборатории. При проведении опыта в полевых
условиях нужны специальные хроматические камеры (рис. 16) , в которых
предусмотрена система вентиляции.
Ш////////шм
Рис. 16. Хроматическая камера (вид в разрезе) : 1 — навесы из
полосок клеенки, 2 — цветное стекло, 3 — щели для вентиляции.
Окрасить стекла можно пастой шариковых ручек, которую слегка разводят
ацетоном и наносят на стекла поролоновым тампоном.
В опыте 4 варианта: I — растения, выращиваемые под синими стеклами, II—
под зелеными, III — под красными, IV — под неокрашенными (контроль). В каждую
камеру помещают по 3 растения.
Растения в фазе проростков или небольшие укорененные черенки бегонии вечно-
цветущей накройте хроматическими камерами. Через 1—2 месяца сравните длину
главного побега, среднюю длину междоузлий, количество и размеры листьев.
Наблюдения показывают, что растения, выросшие под красным, зеленым, синим
светофильтром, отличаются по скорости развития и формирования стебля и
листьев от растений, находившихся при естественном освещении или в камере с
неокрашенными стеклами.
Синий свет вызвал торможение роста стебля, но не оказал влияния на
количество и площадь листьев. Зеленый свет способствовал вытягиванию стеблей.
Растения этого варианта имели мало листьев, площадь их пластинок уменьшилась.
При освещении красными лучами тоже наблюдалось усиление линейного роста,
уменьшение площади листьев, быстрое отмирание нижних листьев. Растения
контрольного варианта, освещавшиеся естественным солнечным светом, по длине
стебля занимали промежуточное положение между растениями, выросшими на синем
и красном свету, но имели более развитую листовую поверхность, большее
количество цветков.
Результаты опыта свидетельствуют, что условия освещения оказывают регуля-
торное воздействие на рост растений (рис. 17).
При анализе результатов опыта необходимо учитывать, что свет в жизни
растений выполняет 2 важные функции: энергетическую и регуляторную. Энергия света,
поглощенного хлорофиллом и вспомогательными пигментами (у высших растений —
каротинойдами), расходуется в процессе фотосинтеза на образование
органических веществ из неорганических. Максимумы поглощения света хлорофиллом распо-
ложены в сине-фиолетовой и красной частях спектра, каротиноидов — в синей.
Накопление органического вещества прямо пропорционально количеству
поглощенной световой энергии, поэтому освещение растений зелеными лучами, мало
поглощаемыми хлорофиллом, неблагоприятно для фотосинтеза и образования необходимых
для ростовых процессов органических веществ.
В
/
,'У —.
iV V
J"" \
Рис. 17. Растения гороха, развивающиеся одинаковое количество
времени в белом (а), синем (б) и оранжевом (в) свете.
Вторая функция света — регуляция процессов роста и развития. В этом случае
свет поглощается не хлорофиллом, а другими пигментами: синий свет — флавина-
ми, красный — фитохромом.
Реакции фоторегулирования могут осуществляться с помощью очень малого
количества пигмента, поглощающего ничтожную часть падающего солнечного излучения.
Влияние света на онтогенез растений многообразно. Он регулирует прорастание
семян, образование листьев, корней, цветков, листопад, переход почек в
состояние покоя. Синие, фиолетовые, ультрафиолетовые лучи стимулируют процессы
деления клеток, но подавляют их рост в фазе растяжения, что приводит к
задержке роста растений в высоту. Подавление растяжения клеток обусловлено, с
одной стороны, сильным возрастанием количества ингибиторов роста, а с другой,
— уменьшением содержания ауксинов в результате его фоторазрушения. Поэтому
растения, выращенные в условиях освещения исключительно синим светом, имеют
приземистую, часто розеточную форму.
Оконное стекло задерживает ультрафиолетовые лучи. Поэтому растения,
выросшие в хроматической камере с неокрашенными стеклами, имеют более вытянутые
стебли по сравнению с растениями, растущими вне камеры.
Красный свет подавляет процессы деления клеток, но стимулирует их
растяжение . Это приводит к усилению линейного роста растений, вытягиванию стеблей и
междоузлий. Растения, выращенные на красном свету, могут внешне напоминать
этиолированные, т.е. выросшие без света растения.
Зеленые лучи тоже выполняют определенные функции в образовании и активации
ферментов. Поэтому гармоничный рост растений возможен только в условиях
освещения белым светом, который, как известно, содержит все участки солнечного
спектра, от ультрафиолетового до дальнего красного: фиолетовый, синий,
голубой, зеленый, желтый, оранжевый, красный.
Оптимальные для роста растений соотношения красного и синего света в общем
светопотоке могут несколько меняться в зависимости от вида и возраста расте-
ний. Известно, например, что крестоцветные более требовательны к синему
цвету, а злаки — к красному.
При культивировании растений в условиях искусственного освещения
(светокультура растений) регуляция спектрального состава и интенсивности света дает
возможность управлять формированием урожая.
3 6. Тормозящее влияние
света на рост растений
Изучите скорость роста растений в течение суток. Для опыта нужны семена
гороха посевного, подсолнечника, клубни картофеля, линейка.
В горшках с почвой вырастите в темноте проростки гороха, подсолнечника,
картофеля. Когда ростки достигнут 3—4 см, точно измерьте их длину и утром
выставьте на свет. Чем интенсивнее освещение, тем нагляднее будут результаты.
Через 9—12 ч снова измерьте длину проростков и на ночь поставьте в темное
место. Утром растения измерьте и выставьте на свет. Наблюдения за ростом
растений в дневное и ночное время проведите в течение нескольких дней. На основе
полученных данных постройте кривую суточной периодичности роста растений. Для
этого на оси абсцисс отметьте время измерения длины растений (с указанием
часа суток), а на оси ординат — прирост стебля в длину.
Результаты опыта показывают, что в ночное время рост проростков идет
быстрее, чем днем.
Тормозящее действие света на рост растений обусловлено его влиянием на
количественное соотношение гормонов в растении. На свету происходит частичное
разрушение ауксинов и подавление синтеза гиббереллинов. Это приводит к
снижению их количества днем и возрастанию в ночное время суток. Одновременно на
свету возрастает количество абсцизовой кислоты, ингибирующей деление и
растяжение клеток.
37. Влияние табачного
дыма на рост растений
Загрязнение воздуха, в том числе табачным дымом, оказывает отрицательное
воздействие на рост растений, особенно выраженное у молодых особей.
Для опыта нужны семена гороха посевного, бобов, 3 чашки Петри, 3 стеклянных
колпака и пластинки из стекла в качестве подставок под колпаки, табак,
чашечки для его сжигания.
Рис 18 Влияние табачного дыма на рост
растений : а — контроль б — трехкратное окуривание.
В чашках Петри разложите на увлажненной фильтровальной бумаге, которую
можно предварительно сложить в виде гармошки, по 10 семян гороха посевного.
После прорастания семян поместите чашки под стеклянные колпаки. Проростки в
первой чашке — контрольные. Проростки во второй чашке окурите табачным дымом
1 раз, а в третьей — 2—3 раза с интервалом в 1—2 дня.
Для окуривания необходимо зажечь в чашечке для сжигания табак. Чтобы
колпаки достаточно герметично закрывали чашки с проростками, их края смажьте
вазелином .
Обычно уже однократной обработки растений табачным дымом достаточно, чтобы
у проростков гороха листья приобрели бледно-зеленую окраску, развился слабый
стебель. В третьей чашке растения заметно отстают в росте, окраска листьев
бледно-зеленая, стебельки изогнуты (рис. 18).
38. Срастание
корневых систем
древесных растений
Срастание корней в природных условиях происходит у многих видов древесных
растений.
Для наблюдения этого явления нужны групповые насаждения сосны обыкновенной
или березы бородавчатой, дуба черешчатого, клена остролистного возрастом не
менее 5 лет, лопата, совок, нож.
В 80—100 м от центра группы растений выкопайте траншею глубиной 80—100 см и
длиной 1—2 м. Стенку траншеи, обращенную к деревьям, осторожно разрушьте и
освободите всю корневую систему. В корневой системе двух или нескольких
растущих очень близко друг к другу деревьев можно наблюдать срастание стержневых
корней, врастание бокового корня в стержневой, срастание боковых корней и
даже срастание одного корня с корнями нескольких особей (рис 19) .
Сфотографируйте сросшиеся корневые системы и засыпьте почвой обнаженные корни. Такие
срастания корней аналогичны прививкам побегов растений.
Рис. 19. Срастание корней древесных растений, живые пни.
Считают, что срастание корней — положительное явление в жизни растений.
Можно представить себе березовую рощу как единый организм (срастание корней у
березы происходит особенно легко из-за гладкой поверхности корней).
Благодаря срастанию корней в природе можно наблюдать удивительное явление.
Например, в посадках сосны обыкновенной до 50% пней, оставшихся после
прореживания посадок, могут быть живыми. Большинство таких пней находится на
расстоянии 2,5 м от молодого дерева. Причем у живого пня функционируют только
те корни, которые срослись с живым деревом. Пни, не сросшиеся корнями с дру-
гими деревьями, отмирают через год.
39. Взаимное
влияние растений
Помимо абиотических факторов внешней среды (свет, температура, вода,
кислород, элементы питания), на рост растений оказывают влияние биологически
активные вещества, которые выделяются в почву и воздух другими растениями.
Явление взаимного влияния растений носит название аллелопатии (от греч. «алле-
лон» — взаимно, «патос» — страдание). Растения могут выделять вещества,
которые тормозят (токсины) или ускоряют (стимуляторы) рост других растений.
Для изучения взаимного влияния растений нужны наклюнувшиеся семена пшеницы,
овса и ячменя, 4 горшка с почвой.
В 3 горшка посейте раздельно одинаковое количество семян пшеницы, овса,
ячменя. В четвертый горшок посейте поочередно семена всех 3 видов растений.
Общее количество семян в нем должно быть таким же, как и в контрольных горшках.
Через месяц подведите итоги опыта. Рост пшеницы, ячменя и овса в раздельном
и смешанном посевах происходит по-разному. Растения овса в смешанном посеве
отстают в росте, имеют менее развитую корневую систему по сравнению с
растениями, выращенными в раздельном посеве (рис. 20). Это может быть обусловлено
конкуренцией за питательные вещества, ведь растения принадлежат к одному
семейству и имеют сходные биологические свойства. Взаимное влияние растений в
посеве проявляется также через корневые выделения, которые могут
стимулировать или угнетать растущие рядом растения. В состав корневых выделений входят
минеральные соединения, органические кислоты, алкалоиды, ферменты, ингибиторы
роста негормональной природы, например кумарин, кофейная кислота и
стимуляторы, например витамины.
Рис 20. Изменение длины корней овса в смешанных с
ячменем и пшеницей посевах: а — контроль, б — посев
через зерно, в — посев через ряд.
Под влиянием комплекса токсинов, выделяемых корневыми системами одних
растений, может происходить подавление деления и роста клеток, интенсивности
процессов фотосинтеза и дыхания соседних растений.
4 0. Влияние газообразных
выделений растений
на прорастание семян
Выясните, как влияют летучие выделения растений (фитонциды) на прорастание
семян гороха.
Для проведения опыта нужны наклюнувшиеся семена гороха посевного или
другого вида растений, листья комнатных растений (алоэ древовидное, пеларгония
зональная) , 2 чашки Петри (или пол-литровые банки), пластилин, ступка с
пестиком, фильтровальная бумага.
В центре чашки Петри из пластилина сделайте бортик, тщательно приклеивая
его ко дну (рис. 21) . Вокруг бортика поместите смоченное водой кольцо из
фильтровальной бумаги и расположите на нем по периметру чашки на равном
расстоянии друг от друга 10 семян гороха.
Рис. 21. Схема опыта по изучению действия летучих
соединений растений на прорастание семян.
5 г ткани исследуемого растения разотрите в ступке с песком. Поместив
кашицу в углубление, ограниченное бортиком, быстро закройте чашку и поставьте в
теплое место.
В контрольную чашку в углубление вместо кашицы налейте чистую воду.
Регулярно следите за состоянием семян, и при необходимости увлажняйте
фильтровальную бумагу. Отметьте, на какие сутки от начала опыта наблюдается
прорастание семян. Когда корешки в одном из вариантов опыта достигнут 1—1,5
см, проведите учет их длины у каждого семени и вычислите среднюю длину
корешка, а также процент проросших семян.
Средние значения длины корней, процент проросших семян в каждом варианте
занесите в таблицу.
Результаты опыта показывают, что летучие выделения листьев могут оказывать
на прорастание семян и рост корней гороха посевного как стимулирующее (алоэ
древовидное), так и тормозящее (пеларгония зональная) действие.
В состав летучих соединений, получивших общее название фитонцидов (от греч.
«фитон» — растение, «цидо» — убиваю), входят эфирные масла, альдегиды
уксусной и пропионовои кислот, метиловый и этиловый спирты, полифенолы и другие
соединения.
К образованию комплекса летучих соединений способны все растения, причем
повреждение клеток усиливает выделение фитонцидов. Именно поэтому при
проведении описанного выше опыта рекомендуется использовать кашицу, получаемую пу-
тем растирания листьев.
Состав и количество химических веществ, выделяемых растениями, специфичны
для каждого вида, что сказывается на характере их взаимоотношений. Например,
ясень обыкновенный, осина, липа мелколистная, клен ясенелистный подавляют, а
береза бородавчатая, клен остролистный — стимулируют рост дуба. Напротив,
сосна обыкновенная отрицательно реагирует на выделение газообразных веществ
листьями березы бородавчатой.
Химические вещества, выделяемые листьями и корнями высших растений, играют
важную роль в формировании сообществ растений (фитоценозов).
41. Бактерицидное
действие
фитонцидов горчицы
Фитонциды растений обладают мощным бактерицидным действием. Например,
фитонциды чеснока, лука, хрена, горчицы убивают многие виды бактерий,
простейших, низших грибов в течение нескольких минут и даже секунд. Изучите
бактерицидные свойства фитонцидов горчицы черной.
Для опыта нужна горчица пищевая в виде порошка или пасты, вареное яйцо,
колба емкостью 500 мл, пробка с крючком, сургуч.
На дно колбы поместите немного разведенной в теплой воде горчицы. На
крючок , приделанный к пробке, подвесьте в сеточке очищенное от скорлупы яйцо.
Опустите сеточку с яйцом в колбу таким образом, чтобы оно не касалось слоя
горчицы, и плотно закройте колбу пробкой. Для герметичности можно залить
пробку сургучом или парафином.
Под действием фитонцидов горчицы, основным компонентом которых являются ал-
лилгорчичные масла, происходит стерилизация воздуха у поверхности яйца. В
атмосфере летучих выделений горчицы яйцо может сохраняться без признаков порчи
продолжительное время. Описан опыт, в котором куриное яйцо в колбе
сохранилось свежим благодаря горчице в течение 20 лет.
Количество фитонцидов, выделяемых различными растениями, неодинаково. 1 га
соснового леса выделяет за сутки около 5 кг летучих фитонцидов, а
можжевелового — около 30 кг. Фитонциды являются одним из факторов естественного
иммунитета : растение стерилизует себя продуктами собственной жизнедеятельности.
РАЗДРАЖИМОСТЬ И
ДВИЖЕНИЯ У РАСТЕНИЙ
Для растений движения также естественны, как и для животных. Но поскольку
большинство растений не способно к перемещению в пространстве, у многих людей
существует представление об их неподвижности. Даже известный французский
биолог Жан Батист Ламарк в свое время дал растениям такое определение: «Растения
представляют собой живые организованные тела, части которых никогда не
обладают раздражимостью. Они не переваривают пищи и не способны двигаться ни под
влиянием волн, ни вследствие истинной раздражимости». Заметим, что Ламарк
выделил 3 основных критерия, по которым различают растения и животных: наличие
у животных организмов раздражимости, способности к движению и способности к
перевариванию пищи.
Справедливость восторжествовала только в конце XIX в. Исследования Ч.
Дарвина в 1865—1880 гг., индийского ученого Д.Ч. Боса в 1895—1937 гг., русских
ученых И.Ф. Леваковского и Т.И. Вяземского в 1860—1901 гг. показали, что
раздражимость так же свойственна растениям, как и животным.
Изучение способности растений к движениям Ч. Дарвин начал сразу же после
выхода в свет его знаменитой книги «Происхождение видов путем естественного
отбора». На основании изучения более 100 видов лазящих и вьющихся растений,
31 вида хищных растений, принадлежащих к 11 родам, ученый сделал вывод о
способности растений к восприятию раздражения и проведению возбуждения по
тканям.
В итоговой книге «Способность к движению у растений» великий
естествоиспытатель с удовлетворением заключил: «В настоящий момент мы знаем, что движение
растений происходит постоянно и что только его размах или направление, или то
и другое вместе должны видоизменяться для пользы растения соответственно
внешним и внутренним стимулам».
Доказательство единства, физиологической общности процессов раздражимости у
растений и животных — одно из величайших достижений биологии конца XIX —
начала XX в.
РАЗДРАЖИМОСТЬ РАСТЕНИЙ
Что же такое раздражимость? Это способность организма воспринимать
воздействия внешней и внутренней среды и реагировать изменением процессов
жизнедеятельности .
Спектр внешних воздействий, воспринимаемых растением, широк — свет,
температура, сила тяжести, химический состав окружающей среды, магнитное поле
Земли, механические и электрические раздражения.
У растений так же, как и у животных, восприятие раздражения и ответная
реакция, например двигательная, пространственно разобщены. Передача раздражения
(проведение возбуждения) может осуществляться путем возникновения и
распространения по растению электрического потенциала, т.н. потенциала действия.
В существовании электричества у растений можно убедиться на довольно
простых опытах.
42. Обнаружение
токов повреждения
в разрезанном яблоке
Так называемые токи повреждения были впервые обнаружены в конце XVIII в.
итальянским ученым Луиджи Гальвани у животных организмов. Если разрезать
отпрепарированную мышцу лягушки поперек волокон и подвести электроды
гальванометра к срезу и продольной неповрежденной поверхности, гальванометр
зафиксирует разность потенциалов около 0,1 В.
Первые доказательства существования аналогичных процессов у растений были
получены спустя почти 100 лет, когда по аналогии стали измерять токи
повреждения на разных растительных тканях. Срезы листьев, стебля, репродуктивных
органов, клубней всегда оказывались заряженными отрицательно по отношению к
з доров ой т кани.
Итак, вернитесь в 1912 г. и повторите опыт с измерением потенциалов
надрезанного яблока. Для опыта, кроме яблока, нужен гальванометр, способный
измерить разность потенциалов около 0,1 В.
Яблоко разрежьте пополам, удалите сердцевину. Если оба электрода,
отведенных к гальванометру, приложить к наружной стороне яблока (кожуре),
гальванометр не зафиксирует разности потенциалов. Один электрод перенесите во
внутреннюю часть мякоти, и гальванометр отметит появление тока повреждения.
Кроме яблока, можно измерить токи повреждения, достигающие 50—70 мВ, у
срезанных стеблей, черешков, листьев.
Как показали более поздние исследования, средняя скорость тока повреждения
в стебле и черешке составляет около 15—18 см/мин.
В неповрежденных органах биотоки тоже постоянно существуют, но для их изме-
рения нужна высокочувствительная аппаратура.
Установлено, что ткань листа заряжена электроотрицательно по отношению к
центральной жилке, верхушка побега заряжена положительно по отношению к
основанию, листовая пластинка — положительно по отношению к черешку. Если стебель
положить горизонтально, то под действием силы земного тяготения нижняя часть
его становится более электроположительной по отношению к верхней.
Наличие биоэлектрических потенциалов характерно для любой клетки. Разность
потенциалов между вакуолью клетки и наружной средой составляет около 0,15 В.
Только в 1 см2 листа может содержаться 2—4 млн. клеток, и каждая — маленькая
электростанция.
Решающую роль в возникновении растительного, как впрочем и животного,
электричества играют мембраны клетки. Проницаемость их для катионов и анионов в
направлении из клетки и в клетку не одинакова. Установлено, что если
концентрация какого-либо электролита с одной стороны мембраны в 10 раз выше, чем с
другой, то на мембране возникает разность потенциалов 0,058 В.
Под действием различных раздражителей проницаемость мембран меняется. Это
приводит к изменению величины биопотенциалов и возникновению токов действия.
Возбуждение, вызванное раздражителем, может передаваться по растению от
корней к листьям, регулируя, например, работу устьиц, скорость фотосинтеза. При
смене освещения, изменении температуры воздуха токи действия могут
передаваться и в противоположном направлении — от листьев к корням, что приводит к
изменению активности работы корня.
Интересно, что вверх по растению биотоки распространяются в 2,5 раза
быстрее , чем вниз.
С наибольшей скоростью возбуждение у растений идет по проводящим пучкам, а
в них — по клеткам-спутницам ситовидных трубок. Скорость распространения
потенциала действия (электрических импульсов) по растению у различных видов не
одинакова. Быстрее всех реагируют насекомоядные растения и мимоза — 2—12
см/с. У других видов растений эта скорость значительно ниже — около 25
см/мин.
4 3. Опыт с
зеленой
горошиной
Этот опыт впервые был поставлен крупнейшим исследователем проблемы
раздражимости растений индийским ученым Д.Ч. Босом. Он показывает, что резкое
повышение температуры вызывает в семенах появление токов действия. Для опыта
нужны несколько зеленых (несозревших) семян гороха посевного, бобов, фасоли,
гальванометр, препаровальная игла, спиртовка.
Соедините внешнюю и внутреннюю части зеленой горошины с гальванометром.
Очень осторожно в бюксе нагрейте горошину (не повреждая) приблизительно до
60°С.
При повышении температуры клеток гальванометр регистрирует разность
потенциалов до 0,1—2 В. Вот что отметил по поводу этих результатов сам Д. Ч. Бос:
если собрать 500 пар половинок горошин в определенном порядке в серии, то
суммарное электрическое напряжение составит 500 В, что вполне достаточно для
казни на электрическом стуле.
Самыми чувствительными у растений являются клетки точек роста, находящиеся
на верхушках побегов и корней. Многочисленные побеги, обильно ветвящиеся и
быстро нарастающие в длину, кончики корней как бы ощупывают пространство и
передают информацию о нем в глубь растения. Доказано, что растения
воспринимают прикосновение к листу, реагируя на него изменением биопотенциалов,
перемещением электрических импульсов, изменением скорости и направления передви-
жения гормонов. Например, кончик корня реагирует более чем на 50
механических, физических, биологических факторов и всякий раз при этом выбирает
наиболее оптимальную программу для роста.
Убедиться в том, что растение реагирует на прикосновения, особенно частые,
надоедливые, можно на следующем опыте.
44. Стоит ли
трогать растения
без надобности
Познакомьтесь с тигмонастиями — двигательными реакциями растений,
вызванными прикосновениями.
Для опыта в 2 горшка высадите по одному растению, желательно без опущения
на листьях (бобы, фасоль). После появления 1—2 листьев начинайте воздействие:
листья одного растения слегка потрите между большим и указательным пальцем
30—40 раз ежедневно в течение 2 недель.
К концу второй недели различия будут видны отчетливо: растение,
подвергавшееся механическому раздражению, отстает в росте (рис. 23).
Рис. 23. Влияние на рост растений механического воздействия.
Результаты опыта свидетельствуют, что длительное воздействие на клетки
слабыми раздражителями может привести к торможению процессов жизнедеятельности
растений.
Постоянным воздействиям подвергаются растения, высаженные вдоль дорог.
Особенно чувствительны ели. Их ветви, обращенные к дороге, по которой часто
ходят люди, ездят машины, всегда короче ветвей, расположенных на
противоположной стороне.
Раздражимость растений, т.е. их способность реагировать на разные
воздействия, лежит в основе активных движений у растений, которые не менее
разнообразны, чем у животных.
Перед тем как приступить к описанию опытов, раскрывающих механизм движения
растений, целесообразно ознакомиться с классификацией этих движений. Если
растения на осуществление движений затрачивают энергию дыхания, это
физиологически активные движения. По механизму изгиба они подразделяются на ростовые
и тургорные.
Ростовые движения обусловлены изменением направления роста органа. Это
сравнительно медленные движения, например изгибы стеблей к свету, корней к
воде.
Тургорные движения осуществляются путем обратимого поглощения воды, сжатия
и растяжения специальных двигательных (моторных) клеток, расположенных у
основания органа. Это быстрые движения растений. Они свойственны, например,
насекомоядным растениям, листьям мимозы.
Более подробно типы ростовых и тургорных движений будут рассмотрены ниже по
мере выполнения опытов.
Для осуществления пассивных (механических) движений прямых затрат энергии
клетки не требуется. В механических движениях в большинстве случаев
цитоплазма не участвует. Наиболее распространены, гигроскопические движения, которые
вызываются обезвоживанием и зависят от влажности воздуха.
ГИГРОСКОПИЧЕСКИЕ ДВИЖЕНИЯ
В основе гигроскопических движений лежит способность оболочек растительных
клеток к поглощению воды и набуханию. При набухании вода поступает в
пространство между молекулами клетчатки (целлюлозы) в оболочке и белка в
цитоплазме клетки, что приводит к значительному увеличению объема клетки.
4 5. Движения чешуи
шишек хвойных, сухого
мха, сухоцветов
Изучите влияние температуры воды на скорость движения семенных чешуи шишек.
Для опыта нужны по 2—4 сухие шишки сосны и ели, высушенные соцветия акрок-
линиума розового или гелихризума большого (бессмертники), сухой мох кукушкин
лен, часы.
Рассмотрите сухую шишку сосны. Семенные чешуи подняты, хорошо видны места,
к которым были прикреплены семена (рис. 24)
Рис. 24. Шишки сосны.
Опустите половину шишек сосны в холодную воду, а вторую — в теплую (40—50
°С). Наблюдайте за движением чешуи. Отметьте время, которое потребовалось для
полного их смыкания.
Достаньте шишки из воды, стряхните и проследите за движением чешуи в
процессе высыхания.
Отметьте время, за которое чешуи вернутся в исходное состояние, занесите
данные в таблицу.
Повторите опыт с теми же шишками несколько раз. Это позволит не только
получить более точные данные, но и убедиться в обратимости изучаемого вида
движений .
Результаты опыта позволят сделать важные выводы:
1) Движение семенных чешуи шишек обусловлено потерей и поглощением ими
воды. Об этом же свидетельствует прямая зависимость движения чешуи от
температуры воды: при ее повышении скорость движения молекул воды
возрастает , набухание чешуи происходит быстрее.
2) Чтобы набухание чешуи могло изменить их положение в пространстве,
строение и химический состав клеток на внешней и внутренней стороне чешуи
должны быть различными. Это действительно так. Оболочки клеток верхней
стороны чешуи шишек хвойных более эластичны, растяжимы по сравнению с
клетками нижней стороны. Поэтому при погружении в воду они поглощают ее
больше, быстрее увеличивают свой объем, что приводит к удлинению верхней
стороны и движению чешуи вниз. В процессе обезвоживания клетки верхней
стороны теряют воду тоже быстрее клеток нижней стороны, что приводит к
загибанию чешуи вверх.
Интересно наблюдать вызываемые набуханием движения листьев кукушкина льна
либо других листостебельных мхов. У живых растений листья направлены в
сторону от стебля, а у сухих — прижаты к нему. Если опустить сухой стебелек в
воду, через 1—2 мин листья переходят из вертикального положения в
горизонтальное.
Очень красивы движения высушенного соцветия бессмертника. Если сухое
соцветие опустить в воду, через 1—2 мин листочки обертки приходят в движение и
соцветие закрывается.
4 6. Гигроскопические
движения семян.
Гигрометр из семян аистника
Гигроскопические движения играют важную роль в распространении семян
различных растений.
Изучите механизм самозакапывания семян аистника, перемещения по почве семян
василька полевого.
Для опыта нужны семена аистника (грабельника), василька синего, лист
плотной бумаги, часы, предметное стекло.
Аистник — распространенное растение. Свое название получило благодаря
сходству плода с головой аиста (рис. 25).
Рассмотрите внимательно строение сухого плода аистника. Доли зрелого коро-
бочковидного плода снабжены длинной остью, в нижней части спирально
закрученной. Плод покрыт жесткими волосками.
На предметное стекло нанесите каплю воды и опустите в нее сухой плод.
Закрученная спиралью нижняя часть начинает раскручиваться и плод, не имеющий
опоры на стекле, совершает вращательные движения.
После полного выпрямления ости перенесите плод на сухую часть стекла. По
мере высыхания нижняя часть снова закручивается в спираль и вызывает вращение
плода.
Рис. 25. Аистник.
Проведите хронометраж опыта, сравнивая скорости процессов раскручивания и
закручивания спирали.
Механизм движения плода аистника тот же, что и чешуи шишек хвойных —
различие в гигроскопичности клеток ости.
Наблюдения за движением плода в капле воды позволяют понять поведение его в
почве. Когда плод падает на землю, верхний конец ости, загнутый под прямым
углом, цепляется за окружающие его стебельки и остается неподвижным. При
закручивании и раскручивании спирального участка нижняя часть плода с семенем
ввинчивается в землю. Путь назад преграждают жесткие, отогнутые вниз волоски,
покрывающие плод.
Рис. 26. Гигрометр из аистника.
Чтобы изготовить примитивный гигрометр, в кусочке картона или дощечке,
покрытой белой бумагой, проделайте отверстие и закрепите в нем нижний конец
плода. Для калибровки прибора сначала высушите, затем смочите ость водой и
отметьте крайнее положение (рис. 26) . Размещать прибор лучше на улице, где
колебания влажности выражены более резко, чем в помещении.
Аистник — не единственное растение, способное к самозакапыванию семян.
Сходное строение и механизм распространения имеют ковыли, овсюг, лисохвост.
Плоды василька (семянки с хохолком из твердых щетинок) не способны к само-
закапыванию. При колебаниях влажности почвы щетинки попеременно опускаются и
поднимаются, толкая плод вперед.
ТРОПИЗМЫ
В зависимости от строения органа и действия факторов внешней среды
различают два вида ростовых движений: тропизмы и настии.
Тропизмы (от греч. «тропос» — поворот), тропические движения — это движения
органов с радиальной симметрией (корень, стебель) под влиянием факторов
внешней среды, которые действуют на растение односторонне. Такими факторами могут
быть свет (фототропизм), химические факторы (хемотропизм), действие силы
земного тяготения (геотропизм), магнитное поле Земли (магнитотропизм) и др.
Эти движения позволяют растениям располагать листья, корни, цветки в
положении, наиболее благоприятном для жизнедеятельности.
4 7. Гидротропизм корня
Одно из наиболее интересных видов движения—движение корня к воде
(гидротропизм) . Наземные растения испытывают постоянную потребность в воде, поэтому
корень всегда растет в ту сторону, где содержание воды выше. Гидротропизм
присущ прежде всего корням высших растений. Наблюдается также у ризоидов мхов
и заростков папоротников.
Для опыта нужно 10—20 наклюнувшихся семян гороха (люпина, ячменя, ржи) , 2
чашки Петри, немного пластилина.
Плотно прикрепленным ко дну пластилиновым барьером разделите площадь чашки
на 2 равные части. На барьер положите наклюнувшиеся семена, слегка вдавливая
их в пластилин, чтобы при росте корня семена не сдвинулись с места. Корешки
должны быть направлены строго вдоль барьера (рис. 27).
lj
Рис. 27. Схема расположения семян при изучении гидротропизма корня.
Эти этапы работы в контрольной и опытной чашках одинаковы. Теперь предстоит
создать различные условия увлажнения. В контрольной чашке влажность в левой и
правой частях должна быть одинакова. В опытной чашке вода наливается только в
одну половину, а вторая остается сухой.
Обе чашки накройте крышками и поместите в теплое место. Ежедневно
наблюдайте за положением корешков. Когда ориентация их станет хорошо заметной,
подсчитайте количество семян, корни которых проявили положительный гидротропизм
(рост органа в сторону воды).
Наблюдения за движением корешка к воде ясно показывают, что тропизмы — это
ростовые движения. Корешок растет в сторону воды, при этом происходит, если
это необходимо растению, изгиб корня.
Гидротропизм — частный случай хемотропизма (ростовой реакции растений на
неравномерное распределение в окружающей среде какого-либо вещества).
Способность корней растений, грибных гифов, пыльцевых трубок, проростков
паразитических растений (повилики, например) распознавать химическое вещество на
некотором расстоянии от него удивительна. Установлено, что воспринимает
воздействие химических веществ зона роста органа, а изгиб образуется на некотором
расстоянии от нее, т.е. происходит передача раздражения по корню (рис. 28).
Рис. 28. Хемотропический изгиб корней.
4 8. Влияние силы
земного тяготения на
рост стебля и корня
Большинство растений растет вертикально. При этом главную роль играет не
расположение их относительно поверхности почвы, а направление радиуса Земли.
Именно поэтому на горных склонах растения растут под любым углом к почве, но
вверх. Главный стебель обладает отрицательным геотропизмом — он растет в
сторону, противоположную действию силы земного тяготения. Главный корень,
напротив , обладает положительным геотропизмом.
Наиболее интересно поведение боковых побегов и корней: в отличие от
главного корня и стебля, они способны расти горизонтально, обладая промежуточным
геотропизмом. Побеги и корни второго порядка вообще не воспринимают действие
силы земного тяготения, и способны расти в любом направлении. Неодинаковое
восприятие побегами и корнями различных порядков действия силы земного
тяготения позволяет им равномерно распределяться в пространстве.
Чтобы убедиться в противоположной реакции главного стебля и главного корня
на одно и то же воздействие силы земного тяготения, можно поставить следующий
опыт.
Для опыта нужны наклюнувшиеся семена подсолнечника посевного, пластинки из
стекла и пенопласта 10x10 см, фильтровальная бумага, пластилин, стакан.
На пластинку из пенопласта положите несколько слоев увлажненной
фильтровальной бумаги. Наклюнувшиеся семена разместите на ней так, чтобы их острые
концы были направлены вниз. По углам пластинки прикрепите кусочки пластилина.
Положите на них, слегка прижимая, стеклянную пластинку, чтобы зафиксировать
семена в нужном положении. Оберните несколькими слоями увлажненной
фильтровальной бумаги и в вертикальном положении (острые концы семян должны быть
направлены вниз) поместите в теплое место.
Когда корешки достигнут 1—1,5 см, пластинку переверните на 90°, чтобы
корешки были расположены горизонтально.
Ежедневно контролируйте состояние проростков. Фильтровальная бумага должна
быть влажной.
Проведите хронометраж опыта и отметьте время (в сутках от начала опыта)
проявления геотропического изгиба.
Результаты опыта свидетельствуют, что при любом положении проростка в
пространстве главный корень всегда изгибается вниз, а стебель — вверх. Причем
ответная реакция осевых органов может проявиться довольно быстро (1—2 ч).
Геотропическая чувствительность растений высока, некоторые способны
воспринимать отклонение от вертикального положения в 1 ° . Проявление ее зависит от
сочетания внешних и внутренних условий. Под влиянием низкой температуры
воздуха отрицательный геотропизм стеблей может переходить в поперечный, что
приводит к их горизонтальному росту.
Каким же образом стебель или корень «ощущают» свое положение в
пространстве? У корня зона, воспринимающая геотропическое раздражение, находится в
корневом чехлике. Если его удалить, геотропическая реакция затухает. В стебле
силы земного тяготения также воспринимаются верхушкой.
Непосредственный изгиб корня или стебля осуществляется ниже, в зоне, где
клетки проходят растяжение. При этом под действием одного и того же фактора —
силы земного тяготения — в горизонтально лежащем стебле усиливается рост
клеток нижней стороны, что приводит к изгибу его вверх, в корне же — рост клеток
верхней и изгибу вниз.
4 9. Влияние этилена на
геотропическую реакцию
проростков гороха
Рост растений регулируется не только биоэлектрическими сигналами, но и
гормональной системой. Главную роль в регуляции скорости роста играет
количественное содержание гормона ауксина и его взаимодействие с другими гормонами, в
частности абсцизовой кислотой и этиленом.
В отличие от стимулирующего рост ауксина, абсцизовая кислота тормозит
деление клеток нижней стороны органа. Это вызывает замедление ее роста, и корень
начинает изгибаться по направлению к центру Земли.
Для опыта нужны зрелые яблоки (источник этилена), 2 стеклянных колпака, 2
горшка с проростками гороха.
Стеклянные колпаки установите на подставку. Под ними разместите горшки с
2х-, Зх-дневными проростками гороха. В опытном варианте под колпак положите
яблоки. Растения поставьте в темноту.
По мере накопления этилена в воздухе, он начинает проникать в проростки
гороха. Через несколько дней становятся заметны нарушения нормальной
отрицательной геотропической реакции побегов, которые начинают расти горизонтально,
а при высокой концентрации этилена в воздухе даже полегают.
Результаты опыта свидетельствуют о регуляторных функциях этилена в жизни
растений. Увеличение его содержания в клетках приводит к изменению скорости
их роста.
Естественно, геотропическая ориентация органов растений в непрерывно
меняющихся условиях среды не может всегда оставаться постоянной. По мере
формирования и распускания бутонов изменяется ориентация цветоножки, например у
мака. Молодые ветки ели растут под более острым углом, чем старые.
Можно изучить смену отрицательного геотропизма цветоножек арахиса
(земляного ореха) на положительный, вырастив его в комнатных условиях. После
отцветания цветоножка арахиса, на которой сидит завязь, удлиняется, загибается к
земле и углубляется в нее. Таким образом, цветки находятся над землей, а
плоды созревают в земле. Хотя это ограничивает способность вида к
распространению, созревшие семена находятся в идеальных условиях для прорастания.
50. Как поднимаются
полегшие стебли ржи
Затопление почвы, как это бывает после затяжных дождей или неправильного
полива, может привести к полеганию зерновых культур из-за смены отрицательной
геотропической реакции стеблей злаков на положительную. Вызванный этим изгиб
стебля происходит своеобразно: он как бы надламывается и изгибается вниз.
После улучшения аэрации почвы побег может снова приобрести отрицательную гео-
тропическую настроенность и выпрямиться, при этом на стебле возникают
своеобразные коленчатые изгибы.
Для опыта нужны произрастающие в природных условиях растения ржи в фазе
колошения , 3 металлические шпильки или 6 деревянных колышков, с помощью которых
можно прижать стебли к почве, 3 небольших стакана с водой.
На первом этапе выясните, в какой части горизонтально лежащего стебля может
произойти геотропический изгиб, на втором изучите способность междоузлий к
росту.
Металлическими шпильками или деревянными колышками осторожно прижмите к
почве 3 растения ржи таким образом, чтобы стебель располагался горизонтально.
У одного растения шпильку расположите под одним из нижних междоузлий, у
второго — в средней части соломины, у третьего — непосредственно под колосом.
Наблюдайте за растениями. Отметьте время (в сутках) и место проявления
геотропической реакции (изгиб вверх).
Результаты опыта показывают, что полегший стебель ржи поднимается через
несколько дней вертикально в результате формирования изгиба в основании одного
из междоузлий (рис. 29). Если растение еще не окончило рост, изгиб может
произойти в любом междоузлии. Это связано с тем, что у злаков каждое междоузлие
в нижней своей части имеет зону делящихся клеток (вставочную меристему).
Интенсивность деления и растяжения клеток верхних и нижних междоузлий различна.
Убедитесь в том, что каждое междоузлие соломины ржи растет самостоятельно,
за счет собственной меристемы. Из верхней части стебля вырежьте междоузлие
так, чтобы верхний и нижний срезы прошли под близлежащими узлами соломины.
Лист можно отрезать, но влагалище оставьте. Чтобы выяснить, в какой части
междоузлия находится зона деления и растяжения клеток, разрежьте междоузлие
поперек. Получите равные половины: нижняя — с узлом и влагалищем листа,
верхняя — участок междоузлия.
Обе половины междоузлия поставьте в сосуд с водой, накройте стеклянной
пластинкой. Через сутки сравните их длину: верхняя половина почти не изменится в
размерах, следовательно, клетки ее уже закончили рост, нижняя увеличится в
длине, при этом соломина заметно выдвинется из влагалища. Измерив прирост
междоузлия за сутки, приблизительно определите скорость его роста.
Рис. 29. Геотропический изгиб стебля.
Результаты опыта показывают, что нарастание стебля ржи в длину происходит
путем деления и растяжения клеток нижней части междоузлий. Так как в стебле
злаков несколько междоузлий и каждое растет самостоятельно, геотропические
изгибы могут происходить в любом из них, если ростовые процессы еще не
прекратились .
51. Изучение
фото тропизма
растений
Растения при недостаточном освещении всегда растут в сторону света. Это
явление носит название фототропизма, в данном случае — положительного.
Корни растений находятся в земле, свет для их роста не нужен, поэтому у
большинства растений корни фототропически нейтральны. Но у ряда растений
корни способны проявлять при освещении отчетливую отрицательную реакцию,
изгибаясь от источника света.
Для опыта нужны семена растений семейства крестоцветных, например капусты,
горчицы сарептской, редиса посевного, опилки, невысокий стакан, кусочек
пробки или пенопласта, фототропическая камера или черный колпак с небольшим
отверстием для света.
Во влажных опилках вырастите проростки исследуемого растения таким образом,
чтобы корешок был прямым. Для этого наклюнувшиеся семена зафиксируйте, как
описано в опыте № 48. Можно также вырастить растение в пробирке. В кусочке
пробки или пенопласта проделайте отверстие и пропустите в него корешок
растения.
Пробку с укрепленным проростком поместите в стакан с водой и перенесите в
темное место на сутки. За это время под действием силы земного тяготения
корень вырастет отвесно вниз, а стебель вертикально вверх.
Измените условия освещения. Поставьте стакан с проростком в фототропическую
камеру или накройте черным колпаком с расположенным сбоку отверстием для
света . Уже через несколько часов можно заметить изменения в ориентации органов:
стебелек начинает изгибаться в сторону света, а корень — в противоположную
(рис. 30).
ft
1
I
?
f
t
Рис. 30. Фототропизм стебля и корня горчицы.
Проведите хронометраж опыта. Вскоре становится ясно, что в стебле
затененная сторона растет быстрее, чем освещаемая, что приводит к изгибу в сторону
источника света.
Наблюдая за развитием изгиба в корне, отметьте, что в нем быстрее
происходит рост клеток освещаемой стороны. Торможение роста затененной стороны
вызывает изгиб от света.
Противоположная реакция стебля и корня на одно и то же воздействие
указывает на различие физиологических свойств клеток этих органов.
И в корне, и в стебле действие света воспринимается верхушкой органа, а
изгиб происходит ниже, в той части, где клетки проходят фазу растяжения.
Установлено, что при неравномерном освещении стебля в нем происходит
перераспределение гормона ауксина: до 75 % его перемещается на затененную
сторону. Это приводит к усилению растяжения клеток и удлинению затененной стороны.
В корне большую роль в торможении роста затененной стороны играет,
вероятно, абсцизовая кислота, которая синтезируется в корневом чехлике и
накапливается в большом количестве на затененной стороне.
52. Движение
корзинки
подсолнечника
Интересной разновидностью фототропизма является гелиотропизм — движение
органа вслед за движением солнца по небосводу в течение дня.
Для опыта нужны растущие на открытом месте растения подсолнечника с
раскрытыми и закрытыми соцветиями, компас, несколько листов бумаги, карандаш, отвес
— нитка с привязанным небольшим грузом, например, гвоздем.
Лист бумаги через прорезь в нем наденьте на стебель растения и опустите на
землю. С помощью компаса отметьте на бумаге направление сторон горизонта. К
центральной части соцветия поднесите нить отвеса так, чтобы гвоздь острием
почти касался бумаги. Проекцию отвеса отметьте на бумаге карандашом (в виде
точки) и заметьте время. В течение дня через каждые час-два повторяйте
измерения. Точки соедините, стрелкой укажите направление движения соцветия.
Наблюдения показывают (рис. 31) , что раскрывшиеся желтые корзинки подсол-
нечника в течение дня остаются неподвижными, ориентированными на восток,
тогда как нераскрывшиеся зеленые корзинки поворачиваются за солнцем, совершая
путь с востока на запад.
Рис. 31. Гелиотропизм подсолнечника
Этот опыт отчетливо показывает зависимость ростовых движений растений от
возраста органа: изгибы органа возможны только до тех пор, пока клетки его
проходят фазу растяжения. Клетки полностью дифференцировавшихся тканей, в
данном опыте — обертки раскрытого соцветия подсолнечника, уже не могут
делиться, расти в длину, и поэтому не обнаруживают движения.
53. Магнитное поле
Земли и рост корня
Одно из наиболее таинственных движений растений — магнитотропизм —
зависимость роста от действия магнитного поля Земли.
Для опыта нужны компас, семена любого вида растений, у которых видно
направление роста зародышевого корешка, чашка Петри, фильтровальная бумага.
На дно чашки Петри уложите несколько слоев фильтровальной бумаги, обильно
смочите ее и разделите поверхность на 2 части. В одной сухие семена положите
таким образом, чтобы их зародышевые корешки были направлены точно к южному
полюсу, во второй — к северному. Чашку закройте крышкой.
В большинстве случаев семена, ориентированные корешками к южному полюсу,
прорастают быстрее. Во втором варианте появившиеся корешки изгибаются в
сторону южного магнитного полюса.
Результаты опыта показывают, что проростки растений способны
ориентироваться в пространстве.
К сожалению, о механизме восприятия магнитного поля Земли и процессах,
происходящих в клетках растений под его воздействием, крайне мало данных.
НАСТИИ
Помимо органов с радиальной симметрией, есть органы и с двусторонней
симметрией — листья, усики некоторых растений (гороха посевного).
Благодаря различиям в строении, химическом составе клеток верхней и нижней
сторон, они способны реагировать на диффузное, равномерное изменение условий
среды вокруг листа, цветка. Движения такого типа называются настическими или
просто настиями (от греч. «настое» — уплотненный). Термин возник в связи со
способностью некоторых видов растений поднимать или опускать листья, плотно
прижимая их друг к другу (рис. 32).
у-Щ
Рис. 32. Настические движения листьев фасоли (а) и донника желтого (б).
Названия настий, как и тропизмов, зависят от тех раздражителей, которые их
вызывают. Различают фото-, термо-, никти-, хемо-, тигмо-, сейсмо-, электро-,
травмонастии.
54. Наблюдения за
движениями
венчиков цветков
Для опыта нужны полоска миллиметровой бумаги длиной около 10 см, лист
миллиметровой бумаги, цветущие растения: годеция крупноцветковая, деморфотека
гибридная, ипомея пурпурная, маттиола двурогая, ноготки лекарственные,
портулак крупноцветный, нивяник наибольший, табак душистый, эшшольция
калифорнийская.
Никтинастии, обусловленные сменой дня и ночи, довольно медленные, плавные
движения, поэтому определить среднее время открытия и закрытия цветка
визуально не просто. Для получения более точных данных необходимо провести
наблюдения за движением лепестков в течение всего дня, лучше в солнечную погоду.
Основной показатель — расстояние между расположенными друг против друга
лепестками венчика. Когда цветок закрыт, расстояние между лепестками
минимально , по мере раскрытия венчика оно возрастает. Расстояние измеряйте полоской
миллиметровой бумаги.
Опыт лучше начинать утром, когда венчики большинства цветков еще закрыты.
Или, наоборот, раскрыты, как у табака душистого и магтиолы двурогой.
Для наблюдения отберите 2 молодых цветка изучаемого вида. На цветоножки
повесьте небольшие этикетки с номером растения.
Измерения проводите с интервалом в 1—2 ч, заканчивая их вечером.
Полученные данные используйте для составления графика движения лепестков
венчика в течение дня. На оси абсцисс отложите часы суток, в которые были
проведены измерения, на оси ординат — расстояние (мм) между противоположно
расположенными лепестками венчика. На кривой, описывающей движение венчика в
течение дня, отметьте время начала раскрывания венчика, полного открытия его
и закрытия. Полученные данные сведите в таблицу и на ее основе составьте
местный вариант цветочных часов.
Наблюдения показывают, что у исследованных видов растений венчики способны
открываться и закрываться в определенное, характерное для данного вида, время
суток. Изменение условий, например дождь, облачность, приводит к сдвигу в
ритмах движений венчиков. Это явление получило образное название «сна
растений» .
У календулы лекарственной венчики раскрываются около 10 ч утра и к 19—20 ч
закрываются. Иной характер этих движений у ослинника двулетнего.
У большинства растений движения отчетливо выражены только у молодых
цветков, а лепестки старых либо совсем не двигаются, либо их движения имеют
несколько другой характер. Например, у портулака крупноцветкового цветки
начинают открываться в 9 ч утра и в 11 ч все уже открыты. Молодые цветки
«бодрствуют» до 15 ч, а старые тут же начинают закрываться и в 14 ч уже все «спят».
Поэтому грядки портулака выглядят оригинально: в 14 ч часть цветков закрыта,
часть открыта.
Наблюдения за движениями одного и того же цветка в течение нескольких дней
убеждают, что ритмические движения венчиков совершаются непрерывно до тех
пор, пока цветок не состарится.
Способностью к движениям обладают и листья. Семядольные листочки лебеды
раскидистой, томатов, перца овощного вечером поднимаются, а днем опускаются,
подставляя листовые пластинки солнцу. Сходным образом ведут себя листочки
сложных листьев клевера белого, горошка мышиного, кислицы, робинии лжеакации.
Перистые листья робинии лжеакации (белой акации) особенно чувствительны к
суточным изменениям освещенности и температуры. В течение суток листочки их
могут несколько раз менять свое положение. Утром они располагаются
горизонтально , солнечный свет падает на всю поверхность листа. В полдень, когда
интенсивность освещения возрастает, они становятся ребром к солнечным лучам. С
заходом солнца листочки свешиваются вниз.
Медленный, плавный характер многих никтинастий позволяет сделать вывод, что
это ростовые движения. Если клетки верхней стороны лепестка растут быстрее,
венчик раскрывается. Замедление их роста по сравнению со скоростью роста
клеток нижней стороны лепестка приводит к закрытию цветка.
Этот вывод подтверждается и наблюдениями за способностью к движениям
венчиков молодых и старых цветков.
В лепестках стареющих цветков клетки заканчивают растяжение, поэтому на
изменение условий освещения реагируют слабее. Никтинастические движения
листьев , а также лепестков некоторых растений представляют собой не ростовые, а
тургорные движения. Движения листа происходят вследствие быстрого увеличения
или уменьшения объема клеток, расположенных у основания органа.
Никтинастий — результат совместного влияния изменяющихся в течение суток
освещенности и температуры. Большую роль играют также внутренние раздражения
— характерный для них суточный ритм движений растения сохраняют, находясь в
течение нескольких суток в условиях равномерного освещения и температуры.
55. Термонастии
цветка тюльпана
Для опыта нужны побеги тюльпанов, комнатный термометр, холодильник, часы.
Побеги с полностью раскрытыми цветками положите на нижнюю полку
холодильника (около +5°С). Когда цветки полностью закроются, достаньте побеги из
холодильника и перенесите в теплое помещение. Занесите в таблицу данные о
времени , за которое лепестки открывались и закрывались.
Для вывода о механизме этого вида движений проделайте опыт с состарившимися
цветками.
И в природных условиях цветки тюльпанов, крокусов, галантуса белого
(подснежника) , портулака крупноцветного в холодные дни не раскрываются.
Несомненно, термонастические движения лепестков играют защитную роль,
предохраняя завязь и пыльцу от переохлаждения и переувлажнения. И это особенно
важно для раннецветущих растений: крокусов, галантусов, которые из-за
капризов погоды порой могут оказаться под снегом.
56. Как движутся листья
кислицы обыкновенной
и робинии лжеакации
У небольшой группы растений имеются специализированные — моторные, или
двигательные — клетки. Благодаря особому механизму их работы, реакция листочков
и чувствительных волосков на раздражающие стимулы может наступать уже через
несколько секунд.
Эти сейсмонастические движения — ответная реакция растений на толчки,
сотрясения (при ветре, дожде, прикосновении насекомых). Наиболее детально
изучены движения листьев мимозы1 стыдливой — полукустарника с двоякоперистыми
листьями родом из Бразилии. В нашей стране мимоза выращивается только в
оранжереях. У мимозы днем листочки сложного листа и сам лист располагаются
горизонтально. Если встряхнуть все растение, происходят одновременно 3 движения:
главный черешок отгибается вниз, весь лист повисает, прижимаясь к стеблю;
опускаются по направлению к главному черешку 4 листа; листочки сложного листа
поднимаются вверх и прижимаются друг к другу (рис. 39). Эти движения у мимозы
могут происходить и в медленном темпе, под влиянием смены дня и ночи.
Рис. 39. Реакция мимозы стыдливой на раздражение.
Чувствительность мимозы удивительна. Если слегка ударить по какому-нибудь
листу, волна возбуждения быстро распространяется по растению и листья
начинают поочередно складываться.
В России в обиходной речи мимозами часто называют некоторые виды акации — другого
рода подсемейства Мимозовые, чаще всего — акацию серебристую. Этот вид широко
распространён на Черноморском побережье Кавказа и именно ветки этого растения являются
традиционным подарком на Международный женский день.
В нашей флоре тоже есть, хоть и менее чувствительные, но все же интересные
в этом отношении растения — кислица обыкновенная, робиния лжеакация.
Для опытов необходимы растения кислицы, листья робинии лжеакации, часы,
линейка, лист миллиметровой бумаги.
Кислица медленно раскрывает и складывает свои листья и лепестки венчика при
смене дня и ночи (никтинастии) и намного быстрее в ответ на резкие
механические (сейсмонастии) и температурные (термонастии) воздействия.
Чувствительность кислицы по сравнению с мимозой значительно ниже, поэтому легкого
прикосновения к листу может быть недостаточно. Нужно слегка ударить палочкой по
черешку листа. Отметьте начало опыта. Обратите внимание на поведение черешка,
трех листочков сложного листа и частей листовой пластинки. Определите
скорость реакции листьев на раздражение и скорость возврата в исходное
состояние.
Графическое изображение движений листочков и их половинок облегчит
восприятие и анализ результатов. Лучше всего всю сложную систему движений листьев
кислицы представить серией фотографий.
Исследование реакции листьев кислицы на механическое раздражение
показывает, что реакция органа (складывание листьев) протекает немного быстрее, чем
восстановление исходного состояния. Это характерная особенность процесса
возбуждения всех клеток.
Обращает на себя внимание согласованность движений черешка, листочков и
половинок листовой пластинки. Координация их обусловлена преобразованием
механического раздражения в электрический сигнал. Он быстро распространяется по
растению (у мимозы, например, скорость его передвижения около 2 см/с) и
доходит до основания черешков. У основания черешка листа и черешков сложных
листьев имеются особые утолщения — листовые подушечки (рис. 40) со
специализированными моторными (двигательными) клетками. Под влиянием электрических
сигналов резко изменяется проницаемость мембран, вода выталкивается из вакуолей
в межклетники и клетки быстро теряют тургор. Поэтому сейсмонастические
движения относят к группе тургорных движений. Уменьшение или увеличение объема
листовых подушечек вызывает опускание и поднятие листьев кислицы, мимозы.
Рис. 40. Срез сочленовой подушечки мимозы.
К группе тургорных движений относятся и никтинастии сложных листьев робинии
лжеакации, различных видов клевера. Убедимся в этом.
Лист робинии лжеакации, листовая пластинка которого полностью развернута,
поместите на несколько минут в стакан с водой, затем достаньте его и положите
на стол.
Постепенно происходит обезвоживание листа, в том числе моторных клеток
листовых подушечек. В результате начинается движение листочков сложного листа,
они поднимаются вверх и складываются. Вновь поставьте лист в воду,
пронаблюдайте за восстановлением тургора.
57. Влияние ауксина
на закручивание
усиков гороха
Впервые этот опыт был проведен американским ученым А. Гэлстоном.
Для опыта необходимы растения гороха посевного с усиками на листьях, 50 мл
раствора ауксина (гетероауксина) концентрацией 150 мг/л, 3 пробирки, 3 чашки
Петри, деревянная палочка.
Ауксин плохо растворяется в холодной воде, поэтому раствор нужно готовить
накануне опыта. Для получения нужной концентрации растворите 8 мг ауксина в
50 мл воды, нагревая до 80—90 °С. Ауксин (гетероауксин) можно приобрести в
магазинах бытовой химии.
В стоящие в штативе пробирки с водой осторожно, не прикасаясь к усикам,
поместите отрезки стебля гороха, несущие листья с молодыми, еще не закрученными
усиками.
Рядом с пробирками поставьте 3 чашки Петри. В первые две налейте воду, в
третью — раствор ауксина.
Концы усиков осторожно опустите в подготовленные чашки так, чтобы они не
касались края.
Усик, находящийся в первой чашке, — контрольный. Если предыдущие этапы
работы выполнены аккуратно, то он до конца опыта не закручивается.
Нижнюю сторону верхушки второго усика несколько раз слегка потрите
палочкой, имитируя соприкосновение усика с опорой. Под влиянием раздражения он
начнет постепенно закручиваться.
Усик же, опущенный в раствор ауксина, начинает закручиваться
самопроизвольно, без дополнительного раздражения.
У гороха посевного в усик превращается верхняя часть сложного перистого
листа, поэтому, как и лист, усик дифференцирован на верхнюю и нижнюю стороны,
различающиеся по строению и свойствам. Поступающие из раствора дополнительные
количества ауксина стимулируют рост только верхней стороны, что и приводит к
закручиванию усика.
Перераспределение ауксина, увеличение его содержания в клетках верхней
стороны усика — ответная реакция его на прикосновение.
Самой высокой степенью раздражимости обладает верхняя треть усика, причем у
гороха — нижняя его сторона. У некоторых растений чувствительность усиков
настолько высока, что они могут воспринимать раздражение от прикосновения
шерстяной, нитки массой 0,025 мг.
Таким образом, результаты проведенного опыта показывают, что закручивание
усика гороха посевного регулируется ауксином.
58. Хмель завивается...
Широко распространены у растений круговые или колебательные движения
верхушки стебля — нутации. В большей или меньшей степени они характерны для
верхушек всех молодых растений, но наиболее отчетливо выражены у вьющихся. Бла-
годаря непрерывным круговым движениям верхушки (у хмеля диаметр круга,
описываемого верхушкой, достигает 50 см) растение обвивается вокруг опоры.
Направление движения у различных видов не одинаково: для одних (хмель
обыкновенный) характерно правое (по часовой стрелке), для других (фасоль
многоцветковая, вьюнок полевой) — только левое (против часовой стрелки), у третьих
(горец вьюнковый) возможно вращение в обоих направлениях. Любопытно, что у
растений преобладает левовинтовое движение.
Определите направление и скорость движения верхушки стебля хмеля
обыкновенного.
Для опыта нужны молодые вьющиеся растения хмеля обыкновенного, картон или
фанера (20x20 см) , бумага (20x20 см) , отвес (нитка, к которой за шляпку
привязан гвоздь), часы, кнопки.
Около стебля растения положите лист картона с приколотой чистой бумагой. В
картоне сделайте прорезь, чтобы зафиксировать стебель. К верхушке растения,
не касаясь ее, поднесите отвес так, чтобы гвоздь острием почти касался
бумаги. Проекцию отвеса отметьте на бумаге карандашом в виде точки и заметьте
время. Каждые 10—30 мин повторяйте измерения. На бумаге стрелкой укажите
направление движения. Окончите опыт, когда верхушка побега завершит оборот.
Скорость вращения довольно велика. Например, в одном из опытов верхушка
хмеля описала круг диаметром 33 см за 2 ч.
В основе вращения лежит неравномерный рост клеток внешней и внутренней
сторон органа, причем усиление роста идет по оси. Нутации — пример автономных,
или эндогенных, движений, которые регулируются внутренними процессами,
имеющими ритмичный характер, т.н. биологическими часами
РАСТЕНИЯ ОСЕНЬЮ И ЗИМОЙ
Большая часть территории России расположена в зоне умеренного и холодного
климата, для которого характерны длительные относительно сильные морозы до —
20 °С, а в отдельных районах Восточной Сибири до —68 °С. Районов, где совсем
бы не было зимы, в России нет.
Понижение температуры ниже нуля создает серьезные трудности для выживания
растений. У большинства видов ростовые процессы могут идти только в интервале
температур от —5 до +55 °С, а фотосинтез и накопление органического вещества—
от +5 до +40 °С.
Жизнедеятельность растений прекращается зимой потому, что из замерзшей
почвы в растения перестают поступать вода и минеральные соли. В периоды
длительных морозов гибель тканей растения наступает от повреждающего действия
кристаллов льда, образующихся в межклетниках и цитоплазме клеток.
Приспособление растений к выживанию в экстремальных условиях шло в процессе
эволюции различными путями.
Так, однолетние травянистые растения заканчивают свой жизненный цикл до
наступления морозов и зимуют в виде семян, клубней, луковиц, находящихся в
состоянии покоя.
Травянистые многолетники с отмирающими на зиму листьями зимуют в виде
Заглубленных в почву корневищ (осот полевой, хвощ полевой, пырей ползучий).
Многие травянистые растения уходят под снег с листьями, а ранневесенние
растения (хохлатка, ветреница) даже способны к подснежному росту.
Деревья и кустарники с наступлением холодов переходят в состояние покоя.
Листопадные породы предварительно сбрасывают листву.
Переход от активного роста летом к глубокому покою зимой происходит
постепенно, в течение осеннего сезона. Изменение условий внешней среды, прежде
всего продолжительности дня, вызывает перестройку гормонального режима
растений : постепенно уменьшается содержание гормонов, стимулирующих рост, и увели-
чивается количество ингибиторов роста (этилена, абсцизовой кислоты). Не
случайно абсцизовую кислоту называют гормоном стресса, а этилен — гормоном
старения. Увеличение содержания ингибиторов роста приводит к снижению
интенсивности обмена веществ и постепенной остановке роста. Формируются
приспособления, повышающие устойчивость растений к морозам: сбрасывание листвы,
накопление Сахаров и других водо-растворимых веществ, обезвоживание клеток, переход
растений в состояние покоя.
ЛИСТОПАД И ВЕТВЕПАД
Характерной чертой осеннего состояния природы является, конечно, листопад,
а у некоторых растений — и ветвепад.
Отделение листа происходит в области специализированной ткани, где у
основания черешка формируется отделительный слой толщиной в 2—3 клетки. У одних
растений под действием ферментов пектиназ, синтезирующихся к этому времени в
клетках отделительного слоя, растворяется межклеточное вещество, соединяющее
клетки. У других — кроме пектиназ, синтезируется еще и фермент целлюлаза. Он
расщепляет целлюлозу клеточных оболочек, что приводит к растворению клеток.
Результат — желтые листья под ногами, иногда целые ветви, оказавшиеся
«лишними» .
59. Искусственный листопад
Для опыта нужны 2—4 побега караганы древовидной или робинии лжеакации,
несколько зрелых яблок, 2 стеклянных колпака, 2 стакана.
В стаканы с водой поместите по 1—2 побега караганы древовидной. Листья
должны быть зелеными, без признаков пожелтения, но не слишком молодыми
(среднего и нижнего ярусов), так как этилен проявляет свое действие при
предрасположенности ткани, в данном случае черешка, к старению. Накройте стаканы
колпаками. Под один из них положите несколько зрелых яблок. Через 5—6 дней в
варианте опыта с яблоками начнется пожелтение и опадение боковых листочков
сложного листа. Несколько позже опадет и главный черешок. В другом варианте
листья остаются зелеными.
Результаты опыта позволяют сделать вывод, что газообразные выделения зрелых
яблок стимулируют образование отделительного слоя в черешке и преждевременное
опадение листьев.
Как мы уже знаем, этим газообразным веществом является этилен. Он
синтезируется в околоплоднике в период созревания плодов, где стимулирует накопление
Сахаров, разрушение хлорофилла и синтез антоцианов, а также распад
соединяющего клетки межклеточного вещества.
У яблонь синтез этилена созревающими плодами и выделение его через
межклетники усиливается после сбора плодов. Поэтому для проведения описанного опыта
яблоки более удобны, чем другие сочные плоды.
Помимо созревания плодов, этилен, как показывают результаты проведенного
опыта, регулирует и опадение листьев.
60. Опадение листьев под
влиянием табачного дыма
Для опыта нужны 2—4 побега караганы древовидной, 2 стеклянных колпака,
табак, чашечка для сжигания табака, 2 стакана.
В стаканы с водой поставьте по 1—2 побега караганы. На них должны быть не
только молодые (верхушечные), но и более старые листья среднего и нижнего
ярусов. Вместо побегов караганы древовидной (у нее сочленения боковых листоч-
ков сложных листьев реагируют на увеличение содержания этилена в воздухе)
можно использовать побеги любых комнатных растений. Накройте стаканы
стеклянными колпаками. Под одним из них сожгите часть сигареты. Воздух под колпаком
Заполнится табачным дымом. Нужно позаботиться о том, чтобы не было утечки
дыма из-под стеклянного колпака (поставить растение и колпак на подставку из
стекла).
Наблюдая за растениями, убедитесь, что у побегов, находящихся в атмосфере
табачного дыма, через несколько дней начинается опадение листочков сложных
листьев (рис. 42) .
Рис. 42. Влияние табачного дыма на листопад робинии лжеакации.
Табачный дым неблагоприятно действует не только на растения. В нем
содержится более 90 органических веществ, многие из которых оказывают на организм
человека еще более сильное отрицательное воздействие, чем никотин. Например,
содержание ацетона в табачном дыме превышает допустимые для человека дозы в
74 раза, содержание таких активных канцерогенов, как бензпирен, стирол,
превышает допустимые дозы в 1037 раз, 2-метил-пропана л я — в 513 раз. Среди
веществ, которые выделяются при сгорании табака, есть и этилен. Именно он
воздействует на клетки черешков листьев, вызывая преждевременное формирование
отделительного слоя и опадение листьев.
Результаты изучения влияния газообразных выделений плодов и табачного дыма
показывают, что первыми начинают опадать нижние, более старые листья. Это
связано с тем, что в молодых органах велико содержание ауксина, листья прочно
удерживаются на побегах и клетки отделительной ткани черешков медленнее
реагируют на увеличение содержания этилена.
Осень — пора массового листопада. Следовательно, растения получают какой-то
общий для всех сигнал, по которому начинает формироваться отделительный слой
в черешках листьев. Если растение по какой-то причине такого сигнала не
получит , морозы застанут его неподготовленным к зиме.
В условиях России не успевает сбросить листву до наступления холодов
робиния лжеакация, погибают от морозов в фазе активного цветения георгины
культурные , хриз ант емы.
Установлено, что переход древесных растений от активной вегетации к зимнему
покою регулируется изменением продолжительности светового периода в течение
суток. Если в июле в средних широтах продолжительность дня составляет 16—17
ч. то в сентябре она уменьшается до 11—14 ч. а в октябре — до 9—11 ч.
61. Береза —
растение комнатное!
Для опыта нужны семена березы бородавчатой, светоустановка для
дополнительного освещения растений, горшки с почвой.
Соберите осенью семена березы бородавчатой. Весной посейте их в горшки.
Через год разделите их на 2 группы по 4—6 растений в каждой. Растения первой
группы выращивайте при естественном освещении (контрольные растения).
Саженцам второй группы создайте условия постоянного длинного дня — 15 и
более часов освещения в сутки. Для соблюдения этого условия, начиная с середины
августа, дополнительно подсвечивайте растения в течение 1—3 ч. Опыт
продолжайте до начала листопада у берез в природных условиях.
Если условия освещения соблюдены, березы, выращиваемые в условиях длинного
дня, к листопаду не приступят, хотя у другой, контрольной группы, пожелтение
и опадение листьев произойдет одновременно с растениями в природе.
Прекратив дополнительную подсветку, переведите растения на характерный для
данного месяца короткий день. Под влиянием короткого фотопериода в черешках
листьев сформируется отделительный слой, листья опадут.
Продолжите опыт. Контрольные растения, успешно и вовремя закончившие
листопад, разделите на 2 группы. Растения одной из них пересадите из горшков в
почву, а вторую оставьте зимовать в тепле. В конце апреля — начале мая у
деревьев, растущих вне помещения, начнут распускаться почки, а комнатные
березки по-прежнему будут оставаться в состоянии покоя, без листьев, Вывести их из
этого состояния можно только длительным, в течение 2-3 месяцев, воздействием
низких температур.
Таким образом, выращивать березу в домашних условиях очень сложно. Листопад
— обязательный этап онтогенеза всех листопадных видов растений. Главное
условие его начала — укорочение светового дня, которое является сигналом
приближения зимы. Обычно для формирования отделительного слоя в черешках листьев
растениям достаточно 10—15 коротких дней.
Возникает вопрос: каким образом растения определяют продолжительность дня?
Восприятие действия света осуществляется голубоватым пигментом фитохромом.
Фитохром локализован в поверхностной мембране клетки, эндоплазматической сети
и других мембранах. Общее количество фитохрома в клетках ничтожно по
сравнению с содержанием хлорофилла. Фитохром — регуляторный пигмент, который
координирует прохождение растением практически всех этапов онтогенеза, в том
числе листопада и перехода в состояние покоя.
В мембранах клетки фитохром находится в двух взаимопревращаемых формах.
Одна форма голубого цвета имеет максимум поглощения в светло-красной области
спектра с длиной волны 660 нм (Фббо), а. вторая — в темно-красной области
спектра с длиной волны 730 нм (Ф730) • При освещении светло-красным светом Ф660
превышается в Ф730, который малоустойчив и в темноте постепенно возвращается в
исходную форму Ф6бо • Более быстро возврат происходит при освещении растений
темно-красным светом (длина волны 730 нм) . Свет волны длиной 730 нм — это
дальние красные лучи, граничащие с невидимой инфракрасной частью спектра,
поэтому одна форма фитохрома получила название фитохром 730 дальний красный
(Фдк) , а другая форма — фитохром 660 красный (Фк) .
Таким образом, в течение дня в листе постепенно накапливается фитохром
дальний красный.
Именно эта форма является физиологически активной. Ее количество
определяется продолжительностью дня. Когда количество активной формы фитохрома
достигает критического уровня для данного вида, происходит переход от одного этапа
развития к другому. В данном случае идет усиление синтеза этилена, ферментов,
формирующих отделительный слой, и, в конечном итоге, опадение листьев, пере-
ход растений в состояние покоя (рис. 43).
Рис. 43. Отделительный слой у основания листового черешка.
У каждого вида растения своя критическая длина дня, приводящая в действие
фитохромную систему. Причем, как выяснилось, главную роль играет не
продолжительность светового периода как таковая, а именно укорочение его. Поэтому,
хотя все особи одного вида приступают к листопаду практически одновременно, у
разных видов эти сроки различны, но не случайны. Критическая длина дня
обусловлена климатическими условиями, в которых данный вид в процессе эволюции
сформировался. Переход в состояние покоя должен начаться не слишком рано, так
как это приведет к истощению растения, но и без опоздания, чтобы перестройка
организма закончилась к моменту наступления неблагоприятных условий.
В субтропиках, на юге Европы благоприятные климатические условия позволяют
начать подготовку к зиме значительно позже, чем в средней полосе. Поэтому
южные виды, выращиваемые в условиях средней полосы России, например робиния
лжеакация, хризантемы, не начинают этой подготовки до тех пор, пока длина дня
не уменьшится до критической величины. И конечно, запаздывают: листья их
остаются зелеными до первых морозов.
Интересно, что деревья, растущие возле уличных фонарей, осенью дольше
остаются зелеными, что объясняется увеличением продолжительности светового
периода в течение суток.
62. Как сохранить
естественную окраску
засушиваемых цветов
Искусственное прекращение жизни растения до формирования отделительного
слоя лежит в основе приготовления зимних букетов. Чтобы сохранить осенние
ветки с красиво окрашенными листьями, осторожно прогладьте листья и черешки
горячим утюгом через бумагу. Если отделительный слой еще полностью не
сформирован, проглаженные листья будут долго держаться на ветках.
Тот же принцип лежит в основе метода объемного засушивания цветков в
горячем песке. Помимо температурного воздействия, для приготовления объемных
букетов можно применить другие приемы.
Для опыта нужны цветущие побеги роз, астр, хризантем и других растений с
плотными мелкоцветными соцветиями, ящик (сосуд), который можно плотно за-
крыть, ложечка для сжигания серы.
Свежесрезанные побеги свяжите попарно и подвесьте «головками» вниз в хорошо
закрывающемся ящике. Удобно проводить опыт в пустом аквариуме или под
стеклянным колпаком. В ящик внесите горящую серу. Сернистый газ обладает
раздражающим действием, поэтому при выполнении опыта необходимо соблюдать правила
техники безопасности: опыт проводить в хорошо проветриваемом помещении, под
тягой или вне помещения. После того как ящик заполнится сернистым газом,
закройте его крышкой. Через несколько часов под действием SO2 сначала
обесцвечиваются антоцианы цветков (они становятся белыми), затем погибают клетки.
Извлеките побеги из ящика (растения с травянистыми стеблями выдерживайте
меньше, с одревесневшими — дольше) и развесьте для проветривания и сушки в
хорошо вентилируемом, затененном месте. По мере улетучивания сернистого газа
восстанавливается окраска цветков. Так как ткани лепестка погибли в
результате обработки, далее при высушивании цветков отделительный слой уже не
образуется, и лепестки не опадают. Для лучшего сохранения формы высохшего соцветия
его можно периодически переворачивать.
К концу высушивания цветки уменьшаются в объеме, но сохраняют свой цвет и
форму.
63. Влияние листовой
пластинки на длительность
жизни черешка
Было установлено, что листовая пластинка играет важную роль в формировании
отделительного слоя в черешке.
Для опыта нужен горшок с комнатным растением (пеларгония зональная), аукси-
новая паста.
Выберите на растении несколько (по 4—6) молодых и старых листьев, причем
лучше использовать верхние и нижние листья одного побега.
На выбранном побеге (чем он длиннее, тем больше разница в возрасте между
верхними и нижними листьями) удалите у половины листьев листовые пластинки,
оставив на стебле черешки. Делайте это так, чтобы по всей длине побега
обрезанные листья чередовались с неповрежденными.
Через 2—3 недели станут заметны результаты опыта. Оставшиеся без листовой
пластинки черешки постепенно начинают желтеть и опадать. Причем не все
одновременно, а последовательно, в соответствии с возрастом: сначала старые,
затем более молодые. Отметьте дату опадения каждого черешка, занесите данные в
таблицу. У контрольных листьев никаких видимых изменений не происходит. Они
продолжают оставаться зелеными, прочно удерживаются на стебле.
Таким образом, результаты опыта показывают, что вещества, поступающие в
черешок из листовой пластинки, регулируют срок образования в нем отделительного
слоя.
Казалось бы, черешки должны жить и без листовой пластинки. Клетки черешков
содержат хлоропласты, в которых идет процесс фотосинтеза, образуются
органические вещества в количестве, достаточном для их питания. Однако,
взаимодействие листа и черешка более сложное. Результаты описанного ранее опыта
«Искусственный листопад» показывают, что скорость формирования отделительного
слоя у основания черешков регулируется количеством этилена в них.
Продолжительность жизни черешка без листовой пластинки значительно короче,
следовательно, в изолированном черешке ускоряется синтез этилена и формирование
отделительного слоя.
Важную роль в торможении синтеза этилена в отделительной ткани черешка
играет ауксин, который синтезируется в делящихся клетках листьев и поступает в
черешки. Стареющие листья вырабатывают ауксина меньше, что приводит к измене-
нию количественного соотношения ауксина и этилена в пользу последнего.
Поэтому черешки старых листьев опадают быстрее.
Чтобы убедиться в роли листовой пластинки как источника ауксина, несколько
видоизмените опыт. На новом побеге удалите у части листьев, чередуя, листовые
пластинки. Срезы половины черешков смажьте ауксиновой пастой (методика ее
приготовления описана в опыте № 31). Наблюдения показывают, что обработанные
черешки опадают позже. Ауксин заменяет черешкам листовую пластинку.
64. Получение
растительного
волокна
Упавшие на влажную землю осенние листья, как и отмершие стебли однолетних
растений, постепенно чернеют под действием ферментов, выделяемых почвенными
бактериями и грибами. Происходит разрушение тканей и клеток органов. Распад
идет в определенной последовательности: сначала отмирает межклеточное
вещество , которое соединяет соседние клетки, затем оболочки и протоплазма. Клетки
сосудов и механических волокон, входящих в состав жилок листьев, благодаря
толстым клеточным оболочкам более устойчивы. Поэтому поздней осенью и ранней
весной в лужицах на лесных дорогах, в парках, как только сойдет снег, можно
найти черные листья, у которых мягкие ткани перегнили, и остался только
кружевной «скелет» (рис. 44).
Рис. 44. «Скелет» листа.
Неодновременность разложения микроорганизмами паренхимных клеток и жилок
издавна использовалась человеком для получения из растений волокон и
изготовления тканей.
Растительные волокна — это длинные клетки с очень толстой клеточной
оболочкой, образующие механическую ткань растения. Волокна входят в состав
проводящих пучков стеблей, корней, листьев прядильных растений. Самое
распространенное из них в России — лен, из стеблей которого получают очень тонкое и
прочное волокно. В стеблях конопли посевной волокно более толстое, ломкое,
поэтому оно используется для изготовления веревок, канатов, парусины. Еще более
грубое, но прочное волокно дают стебли джута длиннолистного, выращиваемого в
Индии. Оно используется для изготовления мешковины.
Древнейшим прядильным растением была крапива двудомная. Из ее волокон
делали прочные нитки для изготовления чулок, полотна.
Хорошо известна сказка о девушке, которая, чтобы спасти братьев от злых
чар, должна была в короткий срок сплести рубашки из крапивы.
Хлопковое волокно (составляет более 50% мирового производства волокна) —
длинные и прочные волоски, окутывающие семена хлопчатника.
Волокно можно получить из некоторых растений с длинными листьями, имеющими
дуговое и параллельное жилкование. Например, из листьев банана волокнистого
получают манильскую пеньку, которая идет на изготовление веревок, мешковины.
Из листьев агавы американской — волокно «сизаль», используемое на веревки,
шпагат, ковбойские лассо. На острове Шри-Ланка в этих целях получают волокно
из листьев сансевьер, а в южной Америке — из листьев алоэ.
Крапиву для прядильных целей заготавливают, как и лен, в конце августа —
сентябре, когда созрели семена, стебли приобрели желтый или темный цвет.
Срезанные стебли подсушите в течение нескольких дней, чтобы было легче
удалить листья, свяжите в пучки и погрузите в речную или прудовую воду. В ней
всегда имеются микроорганизмы, способные к разложению органического вещества
(от 10 до 400 тыс. бактериальных клеток в 1 мл воды) . Водопроводной же воде
нужно дать отстояться несколько дней для удаления остатков дезинфицирующих
веществ.
Постепенно под действием ферментов, вырабатываемых водными
микроорганизмами , происходит разложение межклеточного вещества.
Спустя 1—2 недели волокна уже легко отделяются от остальных клеток стебля.
Описанный способ получения волокна из стеблей крапивы — вариант так
называемой водяной мочки стеблей прядильных растений. При этом мацерация
(разъединение клеток в результате разрушения межклеточных пластинок) осуществляется
анаэробными бактериями. Главная роль принадлежит бактериям Clostridium
pectinoforum. Название означает, что бактерии способны к расщеплению
пектиновых веществ — основного компонента межклеточного вещества. Образующиеся
растворимые углеводы расходуются бактериями на процессы брожения и роста.
Познакомимся поближе с этими бактериями.
Мертвые перегнивающие ткани растений несут огромное количество
разнообразных бактерий. Чтобы выделить нужную группу, надо поставить опыт так, чтобы в
питательной среде мог развиваться только один, интересующий исследователя вид
бактерий.
Для опыта приготовьте снопик крапивы высотой 5—6 см, составленный из
нескольких стебельков, пробирку, микроскоп, предметное и покровное стекла,
раствор Люголя.
Перевяжите снопик нитками в двух местах, поместите в большую пробирку,
залейте полностью водой и прокипятите в течение 10 мин. Смысл этого этапа
работы в удалении из клеток растворимых веществ, которые могут быть использованы
для питания посторонними бактериями. Воду слейте, а снопик залейте новой
порцией воды и прокипятите еще раз в течение 10 мин. При кипячении из воды
удаляется кислород.
Пробирку закройте ватным тампоном и поставьте на 6—7 дней в теплое место
(25-30 °С).
На поверхности стеблей крапивы, льна и других растений всегда имеются споры
пектиноразрушающих бактерий. Они образуются в бактериальных клетках при
наступлении неблагоприятных условий. При кипячении споры не погибают, и в
питательной среде уже через несколько часов из них вырастают жизнеспособные,
активно делящиеся клетки. Постепенно в пробирке начинается процесс брожения
пектиновых веществ, в результате которого образуется масляная кислота (имеет
характерный запах прогорклого масла), углекислый газ и водород. От выделяю-
щихся газов жидкость пенится. Полностью брожение заканчивается через 1,5—2
недели.
Для изучения морфологии бактерий через 3—5 дней достаньте снопик из
пробирки и отожмите каплю жидкости на предметное стекло. Добавьте каплю раствора
Люголя, накройте покровным стеклом и рассмотрите под микроскопом на большом
увеличении. На препарате видны крупные палочковидные клетки, окрашенные йодом
в синий цвет.
Проведя эти наблюдения, вы убедитесь, что разложение растительных остатков
происходит при активном участии микроорганизмов.
Мацерация тканей под действием ферментов, выделяемых микроорганизмами, —
процесс достаточно длительный. В лабораторных условиях ее можно провести
быстрее, используя искусственные способы разрушения пектиновых веществ
межклеточных пластинок. Примените их для получения волокон из листьев комнатных
растений: сансевьеры трехполосной, агавы американской, алоэ древовидного,
куркулиго наклоненного.
Самый простой способ — механический. Вот описание древнейшего метода
получения волокна из листьев сансевьеры из книги Н. Верзилина «Путешествие с
домашними растениями»:
«Сансевьера растет в диком виде на острове Цейлон1, но возделывается с
древних пор в Индии как волокнистое растение. Индусы добывают волокна
вручную. Положив лист сансевьеры на доску, прижимают ее ногой, а руками сдирают
часть листа до волокна».
Частичное разрушение пектиновых веществ происходит при кипячении листьев в
воде. Из обработанных таким образом листьев волокна легко выделить вручную
или вычесать гребнем.
Мацерация пройдет быстрее, если лист или часть его осторожно прокипятить в
течение 5 мин в 1-процентной НС1. После пребывания листа в соляной кислоте
тщательно промойте его водой и, подложив ткань, выбейте мякоть осторожными
ударами жесткой щетки либо вычешите гребнем с редкими зубьями.
Волокна, полученные из листьев и стеблей, имеют сероватый цвет, из них
можно сплести веревочку, изготовить полотно.
ОСЕННИЕ КРАСКИ
Непременный признак осени — изменение цвета листвы, которое совпадает с
началом формирования отделительного слоя. У каждого вида растений своя,
характерная окраска листвы. У ольхи, робинии осенняя окраска выражена слабо.
Листья липы — желто-зеленого цвета, тополей и берез — желтого. Прекрасны
окрашенные в красные тона листья дуба красного, ирги канадской, груши
обыкновенной , бересклета европейского.
Это многообразие оттенков обусловлено различным сочетанием в осенних
листьях трех групп пигментов: желто-оранжевых каротинойдов, зеленых хлорофиллов и
красных антоцианов.
Изменение окраски листьев всегда начинается с прекращения синтеза
хлорофилла . Имеющийся в хлоропластах хлорофилл начинает постепенно разрушаться: у
одних видов — полностью (листья дуба), у других — частично (слива).
В хлоропластах зеленых листьев всегда присутствуют 2 группы пигментов:
зеленые хлорофиллы и желто-оранжевые каротиноиды. Каротиноиды маскируются
хлорофиллом, поэтому в зеленых листьях не заметны. В отличие от хлорофиллов,
каротиноиды более устойчивы, осенью распад их идет гораздо медленнее, а у
некоторых видов количество их даже возрастает. В конечном итоге цвет листа будет
зависеть от того, способен ли данный вид к синтезу в листьях антоцианов.
1 Современное название Шри-Ланка. — Прим. ред.
У деревьев и кустарников, не образующих в листьях антоцианы, в результате
осеннего распада хлорофилла становятся заметными каротиноиды, листья
приобретают различные оттенки желтого, желто-зеленого цвета.
65. Влияние условий
освещения на
пожелтение листьев
Различные факторы внешней среды (освещенность растений, температура
воздуха, водоснабжение) оказывают влияние на окраску листьев. Например, в
зависимости от погодных условий цвет листьев клена меняется от желтого до пурпурно-
красного .
Для опыта нужны листья нижних ярусов настурции большой, которые уже
закончили рост, но еще не имеют внешних признаков старения, стакан, лист черной
бумаги.
Половину листовой пластинки закройте с двух сторон черной бумагой. Лист
поместите в стакан с водой и поставьте в хорошо освещенное место. Спустя 4—5
дней снимите бумагу, сравните цвет половинок листа. Хорошо заметны различия в
окраске: освещенная часть зеленая, а затемненная — желтая.
Результаты опыта свидетельствуют, что снижение интенсивности и
продолжительности освещения листьев ускоряет распад молекул хлорофилла в хлоропла-
стах.
У разных видов растений скорость распада хлорофилла различна. Это
проявляется в неодновременности развития осенней окраски. Например, у шелковицы
белой разрушение хлорофилла происходит медленно, в течение 60 дней, а у
магнолии быстрее — за 35 дней.
66. Необходимость
кислорода для
разрушения хлорофилла
Стареющий, но еще сохранивший зеленый цвет лист любого светолюбивого
растения опустите в стакан с водой так, чтобы только половина его находилась под
водой.
Для этого закрепите лист в прорези укрывающей стакан плотной бумаги или
пропитанной парафином марли. Стакан поставьте в темное место.
Через 3—5 дней станут заметны различия в окраске листа: находившаяся в воде
часть сохранит зеленый цвет, другая — пожелтеет (рис. 4 6).
Рис. 4 6 Необходимость кислорода для разрушения хлорофилла.
Уменьшение скорости распада хлорофилла в той части листа, которая
находилась в воде, свидетельствует, что в разрушении хлорофилла важную роль играет
процесс дыхания. Содержание кислорода в воде намного ниже, чем в воздухе.
67. Искусственная осень
Многие виды растений одновременно с распадом хлорофилла синтезируют и
накапливают в вакуолях клеток красный пигмент антоциан. У таких растений цвет
листьев будет определяться сочетанием желто-оранжевых каротинойдов, красных ан-
тоцианов и остаточных количеств хлорофилла.
Ярко-красная окраска листьев бывает, однако, далеко не каждую осень у тех
видов, для которых она характерна. Необходимы определенные условия: ясная
солнечная погода, достаточно высокие дневные температуры, прохладные ночи.
В ясные солнечные дни в листьях еще довольно интенсивно идет процесс
фотосинтеза, накапливаются углеводы, но отток органических веществ из листа
затруднен как пониженными ночными температурами, так и началом формирования
отделительного слоя. В листе накапливается некоторый избыток Сахаров, которые и
способствуют синтезу антоцианов.
Для опыта нужны растущие в естественных условиях растения, синтезирующие
антоцианы в листьях: виноград девичий пятилисточковый, дерен красный, клен
остролистный, груша и др.
В конце июля — начале августа на побеге растения сделайте поперечный,
надрез примерно на 2/3 древесины.
Спустя 2—3 недели сравните цвет листьев на надрезанном и неповрежденном
побегах .
Листья, расположенные на побеге выше надреза, приобретут ярко-красную
окраску, тогда как на остальном растении они сохранят зеленый цвет (рис 47) .
Причина преждевременного усиления синтеза антоцианов в избыточном накоплении
Сахаров в листьях, расположенных выше надреза.
Рис. 47. Искусственная осень.
Условия освещения влияют на накопление Сахаров и, в свою очередь, на синтез
антоцианов, образующихся не только в листьях, но и в созревающих плодах
некоторых видов растений. Проверьте эту зависимость на плодах яблонь.
68. Надписи и
рисунки на плодах
Для опыта нужны красноокрашенные яблоки, темный чехол с вырезанным рисунком
или темная изолента.
Опыт проводите в саду в июле — августе, когда рост плодов уже
заканчивается, но цвет еще остается зеленым. В этот период клетки плода приобретают
способность к синтезу ферментов, необходимых для образования антоцианов из
Сахаров .
Наденьте на яблоко чехол. Можно прикрепить к плоду фигурку из темной бумаги
или изоленты.
Чехол остается на плодах до того времени, пока не покраснеют остальные
плоды на дереве. Снимите чехол, убедитесь, что антоцианы образовались только в
тех местах, на которые падал свет. Затененные места приобрели бледно-желтый
цвет.
Результаты опыта свидетельствуют, что для образования антоцианов нужен
свет. В садах довольно часто можно видеть плоды, на поверхности которых видны
светло-желтые отпечатки листа, затенявшего созревающий плод. У многих
деревьев , например клена остролистного, груши обыкновенной, листва краснеет только
на той стороне, которая лучше освещена, а в дождливую осень с обилием
пасмурных дней остается желтой.
69. Тайны
созревающих
плодов
Созревание плодов — характерная примета осени. Любой плод состоит из семян
и околоплодника. Семена образуются из оплодотворенных семяпочек, а
околоплодник — из разросшейся стенки завязи.
Соответственно выделяют 2 этапа созревания плодов. Первый связан с
формированием и созреванием семян. Семяпочки в неоплодотворенной завязи очень
маленькие. После оплодотворения семя начинает расти, в нем формируется зародыш,
эндосперм (или утолщаются семядольные листочки зародыша), семенная оболочка.
К концу созревания семена обычно переходят в состояние покоя, поэтому для
опыта мы предлагаем рожь и томаты, семена которых не имеют длительного
периода покоя.
Второй этап — рост и созревание околоплодника. Маленькая завязь
превращается в большой плод. Например, плоды томатов проходят всем хорошо знакомый путь
от маленьких и очень зеленых до крупных зеленых. Затем рост прекращается,
плоды белеют и через небольшое пожелтение переходят к красно-оранжевому
цвету.
Что происходит в плодах? Почему околоплодник не растет безгранично? Что
регулирует его рост? Почему семена не прорастают внутри плода? На все эти
вопросы попытаемся дать ответ.
I часть опыта.
Как растет околоплодник? Для роста и деления клеток обязательно нужен
источник гормонов роста. В растении эти гормоны, конечно, образуются, но к
периоду цветения и образования плодов способность растительных тканей к их
синтезу значительно снижается. Поэтому вегетативные части растений не могут слу-
жить источником гормонов роста для плодов. Эта закономерность достаточно
очевидна: из массы цветков дают плоды только те, которые были оплодотворены, в
которых начал развиваться зародыш. Зародыш — очень молодое растение, все его
клетки — места интенсивного образования гормонов. Синтезирующиеся в
зародышевом корешке, стебельке, листочках гормоны поступают в клетки завязи, где
стимулируют их деление и рост.
Чтобы убедиться в роли семян для разрастания завязи, попробуйте удалить
семена и посмотрите, что произойдет с созревающими плодами. Чаще семена
находятся внутри плода, и проделать такую операцию, не повредив плодов,
невозможно. Выбор растений, у которых семена находились бы на поверхности плода,
невелик: земляника лесная или садовая. У этих растений ягода представляет собой
разросшееся цветоложе, на поверхности которого находятся мелкие сухие плодики
(орешки). Такие образования называют ложными плодами.
Для опыта понадобятся 9 совсем зеленых молодых плодов. В опыте 3 варианта.
Первый — контроль, для него отберите 3 плода. Обязательно повесьте на
плодоножку этикетку — небольшую пластинку из пластмассы на нитке. Подпись делайте
мягким простым карандашом.
У трех плодов, отобранных для второго варианта, очень осторожно иглой или
крючком снимите плодики с одной половины земляничины.
В третьем варианте снимите все орешки с поверхности завязи.
Экспериментальная часть на этом заканчивается. Остается только внимательно
наблюдать за ростом ягод и в конце опыта зарисовать либо сфотографировать
плоды. Опыт закончен, когда созреют плоды контрольной группы растений.
Сравните их размеры, форму с опытными ягодами. В контрольной группе они
значительно крупнее, имеют правильную, округлую форму. Плоды с удаленными с одной
стороны семенами вырастают однобокими. С той стороны, где семян нет, завязь
не разрастается. В третьем варианте размеры завязи остаются теми же, что и в
начале опыта. Результаты свидетельствуют, что разрастание мякоти плода
регулируется ростовыми веществами, поступающими из семян.
II часть опыта.
Когда заканчивается созревание семян?
Эти наблюдения лучше провести с рожью либо с мелкоплодными кистевидными
сортами томатов.
Суть опыта в том, чтобы через определенные промежутки времени, например,
через 6—10 дней (начав опыт, как только можно будет выделить семена из
плода) , отбирать семена для проверки их способности к прорастанию. Выделенные
семена промойте водой и разложите на влажной фильтровальной бумаге. Для
удобства сравнения результатов желательно брать одинаковое количество семян в
каждом опыте либо вычислять всхожесть в процентах. Опыт продолжайте до сбора
урожая. Охарактеризуйте внешний вид плодов, их вкусовые качества.
Результаты опыта убеждают, что созревание семян и околоплодника происходит
не одновременно, но взаимосвязано. Созревание семян заканчивается гораздо
раньше. По времени оно совпадает с началом изменения окраски плода, например,
с зеленой на красную у томатов. Одновременно прекращается рост плода, так как
созревшие семена, как и стареющие растения, перестают синтезировать гормоны
роста. У сухих плодов околоплодник засыхает, а у сочных начинается
интенсивный процесс его созревания, в ходе которого происходят изменения, делающие
плод привлекательным для животных: плоды меняют маскирующий их зеленый цвет
на более яркий, кислый вкус на сладкий, твердую консистенцию на мягкую.
III часть опыта.
Почему семена не прорастают внутри плода?
Если семена полностью созревают до окончания созревания плода», то почему
они не прорастают внутри его?
Для опыта необходимы созревшие томаты. Из плодов выделите семена и отожмите
сок. Семена тщательно промойте, чтобы отделить от них слизистую оболочку.
Можно, как это обычно делают при получении семян томатов, залить их водой и
оставить на несколько дней.
Опытные семена разделите на 2 части. Одну поместите в чашке Петри на
фильтровальной бумаге, смоченной водой, другую — на фильтровальной бумаге,
смоченной соком, выжатым из зеленых плодов. Через несколько дней семена в первом
варианте начнут прорастать, тогда как семена, находящиеся на фильтровальной
бумаге, смоченной соком плодов, останутся не проросшими. Следовательно, в
мякоти плодов находятся вещества, тормозящие прорастание семян — ингибиторы
роста. Если плоды имеют плотную оболочку, как, например, у тыквы, то в
процессе хранения происходит постепенное разрушение ингибиторов, и семена
начинают прорастать внутри плода.
ПОКОЙ - ЭТО ТОЖЕ ЖИЗНЬ
После созревания плодов и семян у растений наступает период покоя, когда
резко снижаются скорость роста и интенсивность обмена веществ. Но все же
жизнь растений продолжается.
В течение лета в листьях накапливается много органических и минеральных
веществ, в том числе таких важных для растений, как азот, фосфор, калий.
Несмотря на то что над каждым квадратным метром земной поверхности находится
7,5 т молекулярного азота, усваивать его, использовать на построение белков и
других азотсодержащих веществ многоклеточные растения не могут. Содержание
минеральных азотистых веществ в почве крайне мало, а органические формы азота
растения усваивают слабо. Вынужденные всю жизнь экономить питательные
вещества, растения перед сбрасыванием старых листьев, а тем более перед полным
удалением листвы в период листопада, повторно используют многие содержащиеся в
старых листьях вещества. Под влиянием специально образующихся к этому времени
ферментов белки старых листьев распадаются до аминокислот, крахмал — на
растворимые сахара, освобождаются фосфор, калий. По ситовидным трубкам они
оттекают из отмирающих листьев либо к молодым побегам, если растение еще молодо,
либо к запасающим органам (древесине, корням, клубням, луковицам), если
растение готовится к переходу в состояние покоя. В сущности, опадает не тот,
наполненный жизнью лист, что мы видели летом, а лишь оболочка его.
7 0. Много ли
питательных веществ
в опавших листьях
Убедиться в способности растений экономить питательные вещества можно с
помощью метода крахмальной пробы.
Для опыта нужны раствор Люголя, 50—100 мл 96-процентного этилового спирта.
Осенью с одного растения сорвите 2 листа: один с верхушки побега, зеленый,
другой — у основания, желтый. Прокипятите листья в воде до полного отмирания
клеток, затем выдержите в горячем спирте (на водяной бане) для удаления
пигментов . Обесцвеченные листья обработайте раствором Люголя. Разница в окраске
старых и молодых листьев очевидна: молодой лист под действием йода
окрашивается в синий цвет, а старый остается желтым. Посинение листа происходит в
результате взаимодействия йода с крахмалом, следовательно, желтые, опадающие
листья крахмала не содержат. Перед листопадом крахмал превращается в
растворимые сахара, которые по проводящим пучкам перемещаются в запасающие органы:
стебель и корень (древесные растения), семена (травянистые одно-, дву-, мно-
голетники).
В клетках стебля и корня из растворимых Сахаров снова синтезируется
крахмал. Разумеется, далеко не все вещества листьев повторно используются
растением, например, избыточные количества солей кальция остаются в листьях и
удаляются таким образом из растения.
71. Судьба
запасного
крахмала
Для опыта нужны ветки липы мелколистной или березы бородавчатой, раствор
Люголя.
Осенью запасной крахмал скапливается в виде крахмальных зерен в живых
клетках древесины, сердцевины. Убедитесь в этом, расщепив старую ветку и
обработав ее раствором Люголя. Интенсивность синего окрашивания зависит от
количества крахмала в стебле.
Запасной крахмал служит энергетическим материалом, за счет которого
растения живут зимой. Он повышает устойчивость клеток к морозам, благодаря ему
происходит рост растений весной до появления листьев.
Зимой, несмотря на то, что растения находятся в состоянии покоя и процессы
видимого роста у них приостановлены, в клетках происходит постепенный распад
крахмала и накопление растворимых Сахаров и жиров.
В зависимости от характера превращения запасного крахмала древесные
растения делят на 2 группы: крахмалистые (дуб, ива, сирень, лещина) и маслянистые
(хвойные, а также береза, липа).
Проследите за превращением запасного крахмала в стеблях растений,
относящихся к группе «маслянистых».
Опыт начните в октябре, сразу после окончания листопада. Один раз в месяц
или 10 дней срезайте по 1—2 небольших побега липы мелколистной или березы
бородавчатой и на продольном расщепе их с помощью раствора Люголя определяйте
наличие крахмала.
Содержание крахмала выразите в баллах: 4 — иссиня-черный цвет (содержание
крахмала высокое), 3 — темно-синий (содержание среднее), 2 — светло-синий
(содержание низкое), 1 — голубой (следы крахмала), 0 — желтый (крахмал
отсутствует) . Результаты занесите в таблицу. Закончите опыт в апреле — мае.
Результаты показывают, что содержание крахмала в стеблях липы колеблется. К
середине зимы крахмал почти исчезает, однако с февраля его количество
начинает постепенно возрастать.
Такие колебания в содержании запасного крахмала связаны с распадом крахмала
и накоплением жиров в вакуолях клеток, нередко вместе с крахмалом, запасными
белками, а также в цитоплазме.
Простыми методами трудно проверить, действительно ли в клетках стебля липы
в декабре — январе появляется много жиров. Один из них описан в книге Н. Вер-
зилина «По следам Робинзона», куда и отсылаем интересующихся. Скорость
превращения крахмала в жиры у маслянистых видов растений зависит от температуры
окружающей среды. Наступление сильных холодов ускоряет этот процесс.
Накопление жиров в клетках помогает перезимовать не только животным, но и растениям.
Повышение температуры воздуха в конце зимы вызывает распад жиров и повторное
накопление крахмала. К началу сокодвижения и распускания почек запасной
крахмал окончательно распадается с образованием растворимых Сахаров, которые
используются растением на процессы роста. Чтобы убедиться в этом, не
обязательно ждать весны.
Зимой внесите ветку сирени (дуба, ивы, лещины) в комнату, поставьте в воду
на 3—4 недели. После появления листьев сделайте пробу на крахмал.
Механизм защитного действия жиров достаточно сложен. Он связан с регуляцией
содержания воды в клетках. У морозостойких видов подготовка к зиме начинается
заранее. Один из ее этапов — обезвоживание клеток. Жиры, накапливаясь в
клетках, вытесняют из них воду. Оставшаяся вода прочно связана с молекулами
белков , углеводов и теряет способность к кристаллизации. Поэтому у морозостойких
видов кристаллы льда внутри клеток не образуются. При значительном понижении
температуры кристаллы льда начинают образовываться в межклетниках. Кристаллы
растут, оттягивая воду из клеток. Сильное обезвоживание также вредно: оно
приводит к разрушению структуры мембран, белков, нуклеиновых кислот.
Увеличение содержания жиров на поверхности протоплазмы препятствует дальнейшему
выходу воды из клеток и тем самым повышает устойчивость растений к морозам.
Морозостойкость связана с накоплением в клетках не только жиров, но и
растворимых Сахаров. Например, накопление сахарозы и глюкозы в клетках
характерно для листьев озимых злаков, а также зимующих видоизмененных органов —
луковиц, корнеплодов моркови, свеклы.
72. Повышение
морозоустойчивости
тканей растений
Для опыта нужен корнеплод свеклы столовой, 3 пробирки, штатив, термометр
(на —25 °С), лед, поваренная соль, мешалка для льда.
В вакуолях клеток столовой свеклы содержится водо-растворимый пигмент из
группы антоцианов — бетацианин. Поскольку он, как и другие антоцианы,
находится только в вакуолях, для выделения пигмента необходимо повредить
мембрану.
Пробочным сверлом из корнеплода вырежьте 6 небольших одинаковых (2x0,5 см)
пластинок. Тщательно промойте их водой, чтобы удалить антоциан из разрезанных
клеток (от этого будут зависеть результаты опыта).
Затем перенесите пластинки в пробирки. В первую налейте на 1/4 объема воду,
во вторую — столько же 0,5 М раствора сахарозы, в третью — столько же 1,0 М
раствора сахарозы. Количество раствора в пробирках и количество пластинок
свеклы в них должно быть одинаковым.
Пробирки поместите в охлаждающую смесь: к 3 частям снега или мелко
истолченного льда добавьте 1 часть поваренной соли и перемешайте. Измерьте
температуру смеси. Когда она опустится до —20 °С, содержимое пробирок замерзнет.
Через 15—20 мин достаньте пробирки и поставьте в стакан с водой комнатной
температуры для оттаивания, после чего сравните окраску раствора в пробирках.
В контрольной — раствор окрашивается в красный цвет. Выход антоцианов из
вакуолей в раствор означает, что клетки погибли, мембраны их разрушены и уже не
могут удержать содержимое клетки.
В пробирках с 0,5 Ми 1,0 М растворами сахарозы цвет отличается от
контроля. Чем выше концентрация сахарозы, тем слабее окрашен раствор. Уменьшение
выхода антоциана из тканей корнеплода свеклы, находившихся в растворах
сахарозы, свидетельствуют о том, что сахароза оказала защитное действие на
цитоплазму клеток при их замораживании. Степень защитного действия зависит от
концентрации сахарозы: в более концентрированном (1,0 М растворе) повреждение
тканей оказалось минимальным.
Внезапное, в течение 15—20 мин, понижение температуры от +20 до —20 °С
вызывает в клетках корнеплода, находившегося в пробирке с водой, образование
льда непосредственно в цитоплазме. Кристаллы льда повреждают структуру
клеток , клетки погибают. В природных условиях такие резкие перепады температуры
характерны для весенних заморозков.
Защитное действие сахарозы во второй и третьей пробирках связано как с по-
ступлением сахарозы из раствора в клетки, так и с выходом воды из клеток в
наружный, более концентрированный раствор. Чем выше количество сахарозы в
клетке, тем ниже температура замерзания цитоплазмы, поскольку сахароза,
связывая внутриклеточную воду, уменьшает ее подвижность. Обезвоживание клеток
также повышает их устойчивость к действию морозов, препятствуя
внутриклеточному образованию льда. Не случайно у древесных растений зимой накапливается в
клетках до 10 % Сахаров, а у озимых злаков — до 50 %.
Результаты опытов позволяют понять, почему для успешной зимовки, как озимых
травянистых растений, так и древесных, важна солнечная осень. При пониженных
ночных температурах, замедляющих отток Сахаров в другие части растения, в
зеленых листьях накапливаются углеводы. Самая низкая температура, которую
выдерживают наиболее морозостойкие сорта озимой ржи — около —30 °С на уровне
почвы. Это не слишком высокая степень морозоустойчивости. Ведь почки
древесных пород в Сибири выдерживают до —70 °С. Такая температура наблюдается в
Якутии, где растут ель сибирская, сосна обыкновенная, береза пушистая, осина.
Дополнительную морозостойкость почкам этих видов придает состояние глубокого
покоя, переход в которое сопровождается сильным обезвоживанием клеток,
накоплением жиров, углеводов, изменением состава белков.
73. Продолжительность
периода глубокого покоя
у разных видов растений
Для опыта нужны побеги липы мелколистной или клена остролистного, дуба че-
решчатого, тополя черного, березы бородавчатой, ивы козьей, сирени
обыкновенной, черешни, форзиции пониклой.
Методика опыта проста, но для того, чтобы довести его до конца, требуется
определенное терпение и настойчивость, а также объекты исследования в
достаточном количестве. Необходимо раз в месяц или в 10 дней срезать по 2—3
небольших побега какого-либо из указанных выше растений. Этот перечень не
является строго обязательным. Конечно, чем больше видов будет изучено, тем
интереснее и полнее будут результаты, но не забывайте о бережном отношении к
природе.
Срезанные побеги снабдите этикетками с названием растения и датой сбора,
поставьте в сосуд с водой в теплом помещении, еженедельно подрезая стебли и
меняя воду. Основная задача дальнейших наблюдений за побегами — отмечать дату
распускания почек. Сведения о дате сбора побегов и распускания почек заносите
в таблицу, подсчитывая количество дней, прошедших со дня внесения данного
побега в теплое помещение до начала роста почек.
Начинать опыт можно в октябре — ноябре, но наиболее полноценные наблюдения
получаются в том случае, если к изучению покоя почек приступить еще до
опадения листьев, в августе — сентябре. Заканчивайте опыт в апреле — мае.
Если опыт проводился длительное время и данных получено много, результаты
лучше выразить графическим способом. На оси абсцисс отложите даты срезания
побегов растений, на оси ординат — промежуток времени (в сутках) от срезания
побега до распускания почек.
Наблюдения показывают, что зимой у исследованных в опыте видов есть период,
когда их побеги, будучи перенесенными в благоприятные для роста условия, не
способны к распусканию почек.
Если начать опыт в июле, можно заметить, что в начальном этапе формирования
почек они еще способны к росту (при условии, что вы перед опытом уберете все
листья с побега). Затем, по мере вхождения древесных растений в состояние
покоя, почки полностью утрачивают способность к росту.
Это период так называемого глубокого покоя. У разных растений продолжитель-
ность глубокого покоя не одинакова. Почки липы мелколистной приобретают
способность к росту только в январе, тополя черного — в октябре — ноябре, а у
сирени обыкновенной период глубокого покоя еще короче. У некоторых видов
период глубокого покоя может практически отсутствовать.
Способность к весеннему росту проявляется у почек после прекращения
глубокого покоя постепенно. Например, в одном из опытов (рис. 48) при взятии
побегов каждые 10 дней в период с 20 ноября по 10 января для распускания листовых
почек форзиции пониклой понадобилось соответственно 23, 17, 15, 8 дней.
Продолжительность же распускания цветочных почек практически не менялась, имели
место лишь колебания в пределах 6—10 дней. Такое поведение почек форзиции
обусловлено тем, что она цветет до распускания листьев, поэтому цветочные
почки полностью формируются с осени. У вишни разрыв между цветением и
распусканием листьев меньше, но все же цветение начинается раньше, поэтому сроки
распускания цветочных почек у нее несколько меньше (21, 20, 18, 13 дней), чем
листовых (28, 35, 16, 13 дней).
о
S
с
А
Ь
О
X
л
3
ь
§
8
а.
йЙ
чи
tf\
•Ю
20
№
а
0i
<*
-i-
-"
***
i
i^
—-
Г
4
*■
Ч
' V
Ш>Л>?
щ
'-■Я
.
~M<J**
J-
1
ШЩЩ,1 ЩШ
tJ.. ЛЗ
i»«l^
S
i\J
-1-
П
■—
*г
январь фейрт март
Рис. 48. Продолжительность зимнего покоя листовых (а)
и цветочных (б) почек форзиции пониклой.
Если такие измерения проводились несколько лет подряд, то по усредненной
кривой можно достаточно точно определить, за сколько дней до нужного срока
необходимо срезать побеги для выгонки.
Период глубокого покоя заканчивается (ноябрь — январь) до наступления
весеннего тепла. Уже готовые к росту почки не распускаются только потому, что
отсутствуют благоприятные для роста условия внешней среды. Этот период покоя
получил название вынужденного. Переход растений из состояния глубокого покоя
в вынужденный происходит постепенно, что обусловлено крайне замедленным
протеканием всех процессов жизнедеятельности в зимний период.
Что же происходит в почках растений в период покоя?
Для глубокого покоя почек древесных растений характерна внутренняя,
физиологическая неготовность к возобновлению роста в самых благоприятных условиях.
Все физиологические процессы (дыхание, синтез веществ, новообразование орга-
нелл клетки) в этот период замедлены, но не прекращены. Значение периода
глубокого покоя в том, что даже при появлении кратковременных оттепелей почки не
трогаются в рост в заведомо неблагоприятные периоды.
Главное условие возобновления роста почек — воздействие температуры от 0 до
+5 °С в течение 3—5 недель. Оно воспринимается почками и вызывает, прежде
всего, изменение гормонального режима.
Когда древесные растения в сентябре — октябре переходят в состояние
глубокого покоя, содержание в почках гормонов (ауксинов, гиббереллинов),
стимулирующих рост, уменьшается, а содержание ингибиторов роста (абсцизовой кислоты)
нарастает. Под действием перенесенных морозов в клетках точек роста вновь
начинается синтез гормонов роста, прежде всего гиббереллина. По мере накопления
в почках гормонов — стимуляторов ростовых процессов — способность к росту в
благоприятных условиях возобновляется, что свидетельствует об окончании
периода глубокого покоя.
Содержание ингибиторов роста после выхода почек из состояния глубокого
покоя падает постепенно. По мере снижения их количества уменьшаются сроки,
необходимые для распускания почек на побегах.
74. Цветы зимой
Результаты предыдущего опыта показывают, что, даже если период глубокого
покоя у растения и окончился, энергия распускания почки весной значительно
выше, чем зимой. Существует много способов ускорения выхода растений из
состояния покоя: обработка почек эфиром, теплыми ваннами, поранение тканей
почки уколами, впрыскивание воды. Действительно, эти методы ускоряют на 2—6 дней
распускание почек, особенно листовых.
Надо иметь в виду, что легче всего поддаются выгонке растения, которые
цветут до распускания листьев.
Период глубокого покоя у них очень короткий и никакой специальной
обработки, если знать примерное время, необходимое для распускания почек в ноябре —
апреле, не требуется. Чтобы получить цветущие ветки к Новому году, срежьте в
ноябре — начале декабря побеги одного из перечисленных видов растений: форзи-
ции пониклой, айвы японской, магонии падуболистной, вишни, черешни, алычи,
абрикоса — и поставьте в воду.
В феврале — марте побеги срезайте за 6—12 дней до праздника. Более точные
рекомендации можно получить, проведя в течение 2—3 лет последовательное
изучение продолжительности глубокого покоя и скорости выхода из него почек
каждого вида растений, которые мы собираемся использовать для выгонки.
Уход за побегами состоит в еженедельной смене воды, подрезании стеблей,
ежедневном опрыскивании водой (набухание почек весной происходит в основном
путем поглощения ими воды или влажного воздуха).
Весьма заманчиво получить к Новому году цветущие побеги сирени, чубушника.
В отличие от вишни, форзиции, сирень и чубушник принадлежат к группе
растений, у которых цветки появляются позже листьев. Для полного развития цветков
требуется приток питательных веществ из листьев. Поэтому окрашенные соцветия
сирени легче получить в декабре, когда в стеблях еще велик запас питательных
веществ. Если осень была благоприятна для фотосинтеза и в стеблях накоплен
запас углеводов, если понижение температуры было достаточным для завершения
гормональной перестройки тканей цветочных почек, то срезанные в начале
декабря побеги сирени дают соцветия без дополнительных обработок.
Более надежен другой способ. В начале ноября срежьте несколько побегов
сирени с хорошо развитыми цветочными почками, удалите низко расположенные
почки. Для защиты от высыхания упакуйте в полиэтиленовую пленку и выдержите 4—5
недель в холодильнике при температуре от +4 °С и ниже (побеги сирени
выдерживают понижение температуры до —20 °С) . В начале декабря достаньте побеги из
холодильника и поставьте в сосуд с водой комнатной температуры. Ежедневно
побеги опрыскивайте водой, а стебли периодически отмывайте от слизи и подрезай-
те. Для улучшения питания растений в воду добавьте сахарозу или глюкозу из
расчета 8—10 г на 100 мл воды. Рекомендуются и более сложные рецепты,
включающие, например, 15 г сахара, 0,8 г алюмокалиевых квасцов, 0,3 г хлорида
калия и 0,2 г поваренной соли на 1 л воды. В растворах Сахаров создаются
благоприятные условия для развития гнилостных бактерий, в целях борьбы с ними
можно бросить в сосуд с побегами несколько кусочков древесного угля или чайную
ложку поваренной соли на 1 л воды. Окраска соцветий сирени будет ярче, если
побеги получат дополнительное освещение.
Ускорить выход растений из состояния глубокого покоя можно, используя также
искусственные приемы воздействия на покоящиеся почки. Познакомимся с
некоторыми из них.
75. Теплые ванны
для растения
Ускорить выход растений из состояния глубокого покоя можно также с помощью
теплых (35—40 °С) ванн.
Для опыта нужны побеги растений, находящиеся в глубоком покое, термос.
Опыт проводите в октябре — ноябре. Срезанные побеги разделите на 2 группы.
Контрольную полностью погрузите в воду комнатной температуры (15—20 °С) ,
опытную — в термос с теплой (35—40 °С) водой. Через 9—15 ч достаньте побеги,
поставьте в сосуды с водой. Уход за побегами состоит в опрыскивании почек и
обрезке концов стеблей. Теплая вода стимулирует распускание почек (через 3—5
недель), тогда как почки побегов, получивших холодные ванны, остаются в
состоянии покоя.
В начале декабря срежьте ветки сирени и полностью погрузите в теплую воду
(30 °С) на 12 ч. После этого обновите срезы веток и при комнатной температуре
поставьте в сосуд с раствором, содержащим 30 г сахара, 0,8 г алюмокалиевых
квасцов, 0,3 г хлорида калия на 1 л кипяченой воды.
С началом распускания почек перенесите букет в более прохладное место (15—
17 °С). Через неделю раствор замените свежим, но уже без сахара. Стебли
обмойте , концы немного обрежьте.
Улучшает распускание постоянное опрыскивание веток, которое прекращайте,
когда цветки начнут распускаться (через 15—18 дней после срезки).
С началом зацветания ветки перенесите в раствор лимонной кислоты (2—3 г/л).
Букет сирени сохранится около 7 дней.
Стимулирующее действие теплых ванн на выход растений из состояния покоя во
многом обусловлено вымыванием из почек ингибиторов роста. Накопление
ингибиторов роста всегда сопутствует переходу почек, семян, видоизмененных зимующих
органов в состояние покоя, а возобновление роста связано с уменьшением их
количества. Набор ингибиторов роста достаточно обширен: это может быть уже
знакомая вам абсцизовая кислота или вещества негормональной природы (бензойная,
коричная, салициловая кислоты, алкалоиды, дубильные вещества и др.).
Поскольку это хорошо растворимые вещества, их можно извлечь из покоящихся почек и
изучить влияние на рост.
7 6. Почки
осенние
и весенние
8 осенних почках ивы обнаружен ингибитор роста негормональной природы —
изосалипурпозид. По химическому строению он близок к салициловой кислоте,
впервые полученной из коры ивы.
Для опыта нужны почки ивы (любого вида), собранные с растений осенью, 6
пробирок, ступка с пестиком, свежесрезанные побеги ивы.
Опыт проводится в 2 этапа. Первый этап — сентябрь, октябрь. В этот период
почки большинства растений содержат много ингибиторов. Основная задача
осеннего этапа — собрать около 10 г почек с побегов любого вида ивы и сохранить
их до весны в сухом месте при комнатной температуре.
Второй этап можно провести в феврале — мае, когда распускание почек
происходит легко и дружно.
Ингибитор роста, содержащийся в почках ивы, хорошо растворим в воде.
Заготовленные осенью почки разотрите в ступке, залейте небольшим (около 30 мл)
объемом теплой воды, перемешайте. Экстракт отфильтруйте и разлейте в 3
пробирки (опытный вариант). Можно приготовить растворы различного разбавления.
Оставшиеся пробирки заполните тем же объемом воды (контрольный вариант).
Свежесрезанные побеги ивы, находящиеся в вынужденном покое, поместите по одному
в пробирки с экстрактом почек и чистой водой. Штатив с пробирками поставьте в
теплое и светлое место. Сравните сроки распускания почек в опытном и
контрольном вариантах.
Результаты одного из опытов изображены на рис. 49. Поставленные в воду
побеги контрольного варианта начинали рост уже через неделю, тогда как почки
побегов опытного варианта оставались в состоянии покоя.
1
Рис. 49. Распускание почек ивы осенью (а) и весной (б) , черенок
обработан ингибитором, выделенным из почек осеннего черенка (в).
Можно сделать вывод, что осенью почки ивы действительно содержат ингибиторы
роста. Извлеченные из осенних почек, они по сосудам стебля поступают в
готовые к росту почки весенних побегов и, накапливаясь в них, тормозят
распускание.
Можно выделить ингибиторы прорастания из семян, например караганы
древовидной, и изучить их влияние на прорастание семян ржи, пшеницы.
7 7. Покой семян
Переход в состояние покоя — широко распространенный у растений способ
переживания неблагоприятных условий. В покоящееся состояние переходят не только
зимующие почки, но и семена большинства растений. Покоящиеся семена имеют
много общего с покоящимися почками: большие запасы питательных веществ (3/4
всех семенных растений накапливают в семенах в качестве запасного
питательного вещества жиры), уменьшение содержания воды, снижение обмена веществ. При
переходе в состояние покоя семена обезвоживаются значительно сильнее, чем
почки, что повышает их устойчивость в неблагоприятных для жизни условиях. У
семян, как и у почек, есть периоды глубокого и вынужденного покоя. Благодаря
резкому снижению интенсивности обмена веществ, семена могут сохранять
жизнеспособность (всхожесть) довольно длительное время. Например, семена ржи,
кукурузы, капусты, томатов сохраняют всхожесть около 5 лет; пшеницы, овса,
ячменя, тыквенных — около 10 лет. У многих растений, относящихся к семейству
бобовых, — 50—100 лет. Возраст сохранивших жизнеспособность семян люпина
арктического, добытого из отложений торфа, определили в 10 000 лет.
В чем же секрет долголетия семян мелкосемянных бобовых растений?
Для опыта нужны семена любого вида бобовых растений с мелкими семенами
(клевера, люцерны, донника, вики), 2 чашки Петри, фильтровальная бумага,
немного песка для обработки семян. Продолжительность опыта 15—16 дней.
Отсчитайте 100 семян, уложите их в чашку Петри на увлажненную
фильтровальную бумагу для проращивания. Уже через 2 суток видно, что не все семена,
находящиеся в чашке Петри, способны к набуханию и росту. В зависимости от вида
растения, способа сбора, количество проросших семян может колебаться от 3 до
50. Семена, способные прорасти сразу же, как только попадут в благоприятные
условия, называют мягкими, имея в виду, что их оболочка легко пропускает
воду. Семена, которые спустя 10 дней остаются ненабухшими и непроросшими,
относят к твердым. Они светло-желтые или коричневые, лежат на влажной
фильтровальной бумаге, как камешки (поэтому их еще называют твердокаменными
семенами) . В любой партии посевного материала могут быть просто невсхожие семена.
Их легко отличить они черные, набухают, но не дают проростков, к концу опыта
ослизняются.
На 10—12-й день проращивания подсчитайте количество проросших семян (это
будет фракция мягких семян), невсхожих, сгнивших и ненабухших (твердых)
семян. Полученные результаты занесите в таблицу.
Для следующего этапа работы нужны только твердые семена. Поэтому проросшие
семена удалите, полученную фракцию твердых семян разделите на 2 части. Одну
часть уложите в чашку Петри на увлажненную фильтровальную бумагу для
проращивания без дополнительной обработки. Это контрольная группа семян. Другую
часть поместите в ступку, добавьте немного песка и осторожно перетрите с
песком, примерно в течение 1 мин. Песчинки повреждают оболочку, на ней
появляются трещины. Из-за небольшого размера семян и песчинок эти царапины незаметны,
поэтому очень важно не растереть сами семена. Можно заменить перетирание
энергичным встряхиванием с песком в течение получаса. Обработанные семена
отделите от песка и уложите во вторую чашку Петри на увлажненную фильтровальную
бумагу.
Результаты опыта станут очевидны уже через 3—4 дня: обработанные песком
семена энергично прорастают, контрольные — остаются в набухшем состоянии.
Следовательно, в твердых семенах клевера, люцерны зародыш сформирован и
семя не прорастает потому, что покрыто плотной, водонепроницаемой оболочкой.
Разрушение целостности семенной оболочки твердых семян называется
скарификацией. Этот прием широко используется в сельском хозяйстве, поскольку
количество твердых семян в посевном материале может колебаться от 50 до 97 %.
В природе растрескивание оболочки происходит под влиянием многократного
высыхания, замораживания, она разрушается бактериями. Поэтому сохраниться
непроросшими в течение сотен лет твердые семена могут только при постоянном
воздействии неблагоприятных условий — под слоем торфа и льда.
ФОТОГАЛЕРЕЯ
Разное
Разное
ЗДЕСЬ МОГЛО БЫ БЫТЬ ВАШЕ
БЕСПЛАТНОЕ ОБЪЯВЛЕНИЕ О
СИМПОЗИУМЕ, КОНФЕРЕНЦИИ, СЕМИНАРЕ